DE3525922A1 - Verfahren zur herstellung von hydantoin - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hydantoin

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DE3525922A1
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glycinonitrile
hydantoin
tertiary amine
carbon dioxide
aqueous solution
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Toshio Morita
Kazuo Kawasaki Kanagawa Nakayasu
Humihiko Shoga
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Showa Denko KK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D233/00Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
    • C07D233/54Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D233/66Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D233/72Two oxygen atoms, e.g. hydantoin

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Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Hydantoin, einem wertvollen Zwischenprodukt zur Herstellung von pharmazeutischen und landwirtschaftlichen Chemikalien.
  • Typischerweise wird Hydantoin unter Verwendung von Cyanuraten oder nach dem sog. Bucherer-Bergs-Verfahren hergestellt.
  • Diese Verfahren sind jedoch insofern mit Nachteilen behaftet, als das gewünschte Hydantoin nur in geringen Ausbeuten erhalten wird. Daher wurden verschiedene Versuche unternommen, die Hydantoinausbeute zu verbessern. Beispielsweise ist in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) 39-24807 die Herstellung von Hydantoin durch Umsetzung von Hydroxyacetonitril mit Ammoniumbicarbonat in einem geschlossenen und unter erhöhtem Druck stehenden System und durch anschliessende Behandlung mit Säuren beschrieben.
  • Die japanische Offenlegungsschrift (Kokai) 50-671 beschreibt die Herstellung von Hydantoin durch Umsetzung von Hydroxyacetonitril mit Ammoniumbicarbonat in Gegenwart eines sekundären oder tertiären Amins bei Atmosphärendruck. Diese Verfahren sind jedoch im Hinblick auf Durchführung und Apparatur nachteilig, da Hydroxyacetonitril sehr instabil ist und nach seiner Zersetzung zu unerwünschten Farbveränderungen des Produkts führt, da aufgrund der Umsetzung unter erhöhtem Druck druckbeständige Apparaturen erforderlich sind und da aufgrund der Säurebehandlung säurefeste Apparaturen verwendet werden müssen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend geschilderten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Hydantoin bereitzustellen, bei dem Hydantoin in hoher Reinheit und in hohen Ausbeuten unter Bildung einer geringen Menge an Nebenprodukten, wie Hydantoinsäure, anfällt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Hydantoin, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Glycinonitril mit einem tertiären Amin und Kohlendioxid in wässriger Lösung umsetzt.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren entsteht Hydantoin in hoher Ausbeute, ohne dass es zur Bildung einer wesentlichen Menge an unerwünschten Nebenprodukten, wie Hydantoinsäure, kommt. Somit erhält man direkt hochreines Hydantoin, ohne dass es erforderlich ist, eine Cyclisierungsbehandlung der als Nebenprodukt erhaltenen Hydantoinsäure mit einer Säure durchzuführen.
  • Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird durch eine wässrige Lösung von Glycinonitril und einem tertiären Amin in Wasser oder in Wasser mit einem Gehalt an einem hydrophilen Lösungsmittel Kohlendioxid beispielsweise bei Umgebungstemperatur oder darüberliegenden Temperaturen durchgeperlt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Hydantoin herzustellen, indem man Glycinonitril zu einer wässrigen Lösung gibt, die vorher hergestellt worden ist, indem man Kohlendioxid durch eine wässrige Lösung, die ein tertiäres Amin oder ein tertiäres Amin und ein hydrophiles Lösungsmittel enthält, durchperlt.
  • Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch im allgemeinen gekühlt, wodurch sich weisse Kristalle oder Niederschlag bilden. Die erhaltenen Kristalle werden filtriert und anschliessend unter Bildung von Hydantoin umkristallisiert.
  • Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch kristallisiert.
  • Das im erfindungsgemässen Verfahren als Ausgangsmaterial verwendete Glycinonitril kann durch Umsetzung von Glykolnitril mit Ammoniak erhalten werden. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann dieses Reaktionsprodukt direkt, nach vorheriger Reinigung oder als wässrige Lösung verwendet werden.
  • Im erfindungsgemässen Verfahren verwendbare tertiäre Amine sind Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamin, Diäthylaminoäthanol, Triäthanolamin, Methyldiäthanolamin, Dimethylaminoäthanol, Triäthylendiamin, Tetraäthylendiamin, N-Methylmorpholin und N-Methylpiperidin. Diese Amine können auch ggf. in Form eines Carbonats verwendet werden.
  • Diese Amine und deren Carbonate können bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens allein oder in beliebigen Gemischen untereinander verwendet werden.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann das erfindungsgemässe Verfahren in Gegenwart einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt an einem hydrophilen Lösungsmittel durchgeführt werden.
  • Beispiele für derartige hydrophile Lösungsmittel sind Alkohole, wie Methanol, Athanol, Propanol, Athylenglykol, Trimethylenglykol und Triäthylenglykol sowie Dioxan. Diese hydrophilen Lösungsmittel können bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden, um tertiäre Amine, die in der Reaktionslösung bei Verwendung von Wasser als alleinigem Lösungsmittel nicht vollständig löslich sind, vollkommen in Lösung zu bringen.
  • Obgleich es keine kritischen Grenzen für die umzusetzenden Mengen an Glycinonitril, tertiärem Amin und Kohlendioxid gibt, werden das tertiäre Amin vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 10 Mol und insbesondere von 0,5 bis 5 Mol pro 1 Mol Glycinonitril und das Kohlendioxid in Mengen von 1 bis 10 Mol und insbesondere von 1 bis 5 Mol pro 1 Mol Glycinonitril verwendet.
  • Auch hinsichtlich der Reaktionstemperatur, des Reaktionsdrucks und der Reaktionszeit gibt es keine kritischen Grenzen. Vorzugsweise wird die Umsetzung jedoch bei Temperaturen von etwa 20 bis 80 0C und insbesondere von 40 bis 2 700C und bei einem Druck von 1 bis 10 bar (kg/cm ) und ins-2 besondere 1 bis 5 bar (kg/cm2) 2 bis 12 Stunden und insbesondere 4 bis 8 Stunden durchgeführt.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
  • Beispiel 1 28,0 g (0,5 Mol) Glycinonitril und 50 g (0,5 Mol) Triäthylamin werden unter Rühren zu 100 ml einer 50-volumenprozentigen wässrigen Äthanollösung gegeben. Anschliessend wird bei Raumtemperatur gasförmiges Kohlendioxid durch die erhaltene wässrige Lösung durchgeperlt. Nach 2 Stunden ist das Reaktionsprodukt in der wässrigen Lösung ausgefällt.
  • Der gebildete Niederschlag wird abfiltriert. Das filtrierte Produkt wird aus Wasser umkristallisiert. Man erhält 41,5 g (Ausbeute 83 Prozent) an weissen Kristallen.
  • Die erhaltenen Kristalle werden durch IR- und NMR-Spektroskopie und Elementaranalyse als Hydantoin identifiziert: IR-Spektrum (KBr-Pressling, Hauptbanden, cm ): 3130, 1760, 1710, 1430, 1280, 1190 NMR-Spektrum (/-Wert, ppm, Lösungsmittel: d6-Dimethylsulfoxid, interner Standard: Tetramethylsilan): 3,87 (Doublett, CH2), 7,67 (Singulett, NH) und 10,57 (Singulett, NH).
  • Elementaranalyse: C3H402N2 C H O N ber.: 36,01 4,03 31,97 27,99 gef.: 35,83 4,01 32,03 28,13 Beispiel 2 12,3 g (0,22 Mol) Glycinonitril und 59,7 g (0,4 Mol) Triäthanolamin werden in 150 ml einer 50-volumenprozentigen wässrigen Athanollösung gelöst. Anschliessend wird bei einer Temperatur von 40 0C gasförmiges Kohlendioxid durch die erhaltene wässrige Lösung geperlt. Nach 3 Stunden erhält man ein Reaktionsgemisch in Form einer Aufschlämmung. Das Reaktionsprodukt wird durch Filtration gewonnen. Das Filtrat wird unter vermindertem Druck eingedampft, wodurch man weiteren Niederschlag erhält. Dieser Niederschlag wird ebenfalls abfiltriert. Die vereinigten Produkte werden aus Wasser umkristallisiert. Man erhält 17,9 g (0,179 Mol) Hydantoin (Ausbeute 81,4 Prozent).
  • Beispiel 3 40 g (0,1 Mol) Triäthylamin werden zu 100 ml einer 50-volumenprozentigen wässrigen Methanollösung gegeben. Anschliessend wird 2 Stunden gasförmiges Kohlendioxid durch die erhaltene Lösung geperlt. Die Temperatur wird allmählich auf 500C erhöht. Während man die Temperatur unter Erwärmen auf etwa 50 0C belässt, wird kontinuierlich 5 Stunden Glycinonitril in einer Menge von 0,2 Mol/h zugesetzt. Nach beendeter Glycinonitrilzugabe wird die Umsetzung weitere 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 50 0C fortgesetzt.
  • Nach Kühlung werden die Reaktionsprodukte zur Bildung von Niederschlägen eingeengt. Die erhaltenen Niederschläge werden abfiltriert und aus Wasser umkristallisiert. Man erhält das gewünschte Hydantoin in einer Ausbeute von 85 Prozent.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung von Hydantoin Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Hydantoin, dadurch gekennzeichnet, dass man Glycinonitril mit einem tertiären Amin und Kohlendioxid in wässriger Lösung umsetzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung durchführt, indem man das Kohlendioxid bei Umgebungstemperatur oder darüberliegenden Temperaturen in eine wässrige Lösung des Glycinonitrils und des tertiären Amins einleitet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung durchführt, indem man das Glycinonitril zu einer wässrigen Lösung des tertiären Amins, die vorher mit Kohlendioxid durchperlt worden ist, zusetzt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als tertiäre Amin mindestens einen Bestandteil aus folgend er Gruppe verwendet: Trimethylamin, lriäthylamin, Tripropylamin, Diäthylaminäthanol, Triäthanolamin, Methyldiäthanolami, Dimethylaminoäthanol, Triäthylendiamin, Tetraäthylendiamin, N-Methylmorpholin und N-Methylpiperidin.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das tertiäre Amin in einer Menge von 0,1 bis 10 Mol pro 1 Mol Glycinonitril verwendet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Kohlendioxid in einer Menge von 1 bis 10 Mol pro 1 Mol Gycinonitril verwendet.
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