DE3525922C2 - Verfahren zur Herstellung von Hydantoin - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von HydantoinInfo
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Description
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 JP-B
39-24 807 die Herstellung von Hydantoin durch Umsetzung von
Hydroxyacetonitril mit Ammoniumbicarbonat in einem geschlossenen
und unter erhöhtem Druck stehenden System und
durch anschließende Behandlung mit Säure beschrieben.
Die JP-A 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.
Aus dem Derwent Abstract 79-88 375B/89 ist ein Verfahren zur
Herstellung von Hydantoin bekannt, bei dem ein Salz von
Glycinonitril mit einer anorganischen Säure mit einem Alkalimetallcyanat
umgesetzt und danach weiter mit Säure umgesetzt
wird.
In der US-A-24 02 134 wird die Umsetzung von Aminoacetonitril
mit wäßrigem Ammoniumcarbonat bei erhöhter Temperatur und
unter erhöhtem Druck beschrieben, wobei eine Ammoniumhydantoat
und Hydantoin enthaltende Lösung gebildet wird. Diese
Lösung wird schließlich mit Säure vermischt und bei erhöhter
Temperatur umgesetzt.
Aus der DE-PS 5 66 094 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Hydantoinen bekannt, bei dem Aldehyde oder Ketone mit mindestens
zwei Kohlenstoffatomen mit einem Cyanid, Ammoniak und
Kohlensäure umgesetzt werden.
Auch durch diese Verfahren werden die vorstehend erläuterten
Probleme noch nicht gelöst.
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 durch Umsetzung von
- a) Glycinonitril mit einem tertiären Amin aus der Gruppe Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamin, Diäthylaminoethanol, Triäthanolamin, Methyldiäthanolamin oder Dimethylaminoäthanol und Kohlendioxid in wäßriger Lösung, wobei
- b) das tertiäre Amin in einer Menge von 0,1 bis 10 Mol pro 1 Mol Glycinonitril und das Kohlendioxid in einer Menge von 1 bis 10 Mol pro 1 Mol Glycinonitril eingesetzt wird und
- c) die Reaktionstemperatur 20 bis 80° beträgt.
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 Cyclisierungsbehhandlung 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.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren tertiären 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, Äthanol, Propanol, Äthylenglykol,
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.
Das tertiäre Amin wird vorzugsweise in Mengen von
0,5 bis 5 Mol pro
1 Mol Glycinonitril und das Kohlendioxid in Mengen von
1 bis 5 Mol pro 1 Mol
Glycinonitril verwendet.
Vorzugsweise wird die Umsetzung bei Temperaturen
von 40 bis
70°C und bei einem Druck von 1 bis 10 bar (kg/cm²) und insbesondere
1 bis 5 bar (kg/cm²) 2 bis 12 Stunden und insbesondere
4 bis 8 Stunden durchgeführt.
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-1): 3130, 1760,
1710, 1430, 1280, 1190
NMR-Spektrum (δ-Wert, ppm, Lösungsmittel: d₆-Dimethylsulfoxid, interner Standard: Tetramethylsilan): 3,87 (Doublett, CH₂), 7,67 (Singulett, NH) und 10,57 (Singulett, NH).
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Elementaranalyse: C₃H₄O₂N₂
Berechnet:
C 36,01; H 4,03; O 31,97; N 27,99,
Gefunden:
C 35,83; H 4,01; O 32,03; N 28,13.
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C 35,83; H 4,01; O 32,03; N 28,13.
12,3 g (0,22 Mol) Glycinonitril und 59,7 g (0,4 Mol) Triäthylamin
werden in 150 ml einer 50-volumenprozentigen
wäßrigen Äthanollösung gelöst. Anschließend wird bei einer
Temperatur von 40°C 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).
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 50°C
erhöht. Während man die Temperatur unter Erwärmen auf etwa
50°C 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°C 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 (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Hydantoin durch Umsetzung
von
- a) Glycinonitril mit einem tertiären Amin aus der Gruppe Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamin, Diäthylaminoethanol, Triäthanolamin, Methyldiäthanolamin oder Dimethylaminoäthanol und Kohlendioxid in wäßriger Lösung, wobei
- b) das tertiäre Amin in einer Menge von 0,1 bis 10 Mol pro 1 Mol Glycinonitril und das Kohlendioxid in einer Menge von 1 bis 10 Mol pro 1 Mol Glycinonitril eingesetzt wird und
- c) die Reaktionstemperatur 20 bis 80° beträgt.
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. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
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| DE3525922C2 true DE3525922C2 (de) | 1994-01-27 |
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| US2402134A (en) * | 1945-04-25 | 1946-06-18 | Du Pont | Preparation of hydantoin |
| JPS54138556A (en) * | 1978-04-18 | 1979-10-27 | Nitto Chem Ind Co Ltd | Preparation of hydantoin |
| JPS58954A (ja) * | 1981-06-26 | 1983-01-06 | Toray Ind Inc | プロピルアミン誘導体の製造法 |
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- 1984-09-27 JP JP20059884A patent/JPS6178769A/ja active Granted
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