DE3641604C2

DE3641604C2 -

Info

Publication number: DE3641604C2
Application number: DE19863641604
Authority: DE
Inventors: Franz-Albert V. Dipl.-Chem. Dr. 5300 Bonn De Itter; Joachim 5216 Niederkassel De Breuer
Original assignee: Huels AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1992-04-16
Also published as: DE3641604A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von Cyanacetaldehyd-acetalen, die gegebenenfalls am α-Kohlenstoffatom substituiert sein können, durch Um setzung von Alkali- und Erdalkalisalzen der entspre chenden β-Hydroxyacrylnitrile mit Alkoholen in Gegen wart von Säuren.

Alkali- oder Erdalkalisalze von β-Hydroxyacrylnitrilen sind als Ausgangsstoffe zur Darstellung der Cyanacetal dehyd-acetale bekannt, jedoch sind zunächst 3-Alkoxy acrylnitrile bzw. Acyloximethylenverbindungen herzu stellen, aus denen die Acetale nach DE-PS 32 22 519 bzw. 32 11 679 zugänglich sind. Diese mehrstufige Verfahrens weise ist aufwendig. Andere Herstellwege benötigen Edel metallkatalysatoren oder schwer zugängliche Ausgangs stoffe wie β-Bromacetaldehyd-acetale bzw. β-Chloracryl nitrile, erzielen geringe Ausbeuten und sind unwirt schaftlich.

Es bestand daher die Aufgabe, Cyanacetaldehyd-acetale aus Alkali- oder Erdalkalisalzen der β-Hydroxyacrylni trile direkt durch einfache Reaktionsführung in hoher Ausbeute herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren gemäß An spruch 1 und der Unteransprüche.

Das Verfahren ist besonders geeignet, empfindliche Cyan aldehyde, wie beispielsweise Cyanacetaldehyd oder α-al kylierte Cyanacetaldehyde in die entsprechenden Acetale zu überführen, welche dann als stabile Syntheseäquiva lente weiter umgesetzt werden können.

Übliche Verfahren der Acetalisierung versagen bei diesen instabilen Formylnitrilen und führen überwiegend zu Kon densationsprodukten.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhaft die Suspension der Alkali- oder Erdalkali verbindung der allgemeinen Formel (II) in einem aprotischen orga nischen Lösungsmittel zu der Lösung einer Säure in einem Alkohol R¹OH im Verlauf von bis zu 24 Stunden, vorzugs weise bis zu 2 Stunden, kontinuierlich oder portions weise zugegeben. Geeignete Lösungsmittel sind aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Toluol, aber auch Ace tonitril, n- oder cyclo-Paraffine oder Ether, wie Dioxan, THF, Glyme oder Anisol, oder ein Gemisch dieser Lösungs mittel. Beide R¹ sind vorzugsweise gleich. Als Säure wird Chlorwasserstoff bevorzugt. Alkyle sind vorzugs weise solche von 1 bis 6 C-Atomen.

Die Cyanacetaldehyd-acetale werden in hoher Ausbeute er halten. Dieses Ergebnis ist überraschend, da Nitrile be kanntermaßen mit Alkoholen und z. B. Chlorwasserstoff in Form einer Pinnerreaktion unter Angriff an der Cyano gruppe reagieren. Die Umsetzung von Nitrilen mit Alko holen und HCl in Gegenwart organischer Lösungsmittel ist zudem das allgemeine Darstellungsverfahren für Ortho ester. Die beobachtete selektive Acetalbildung war da her nicht vorhersehbar.

Nach DE-PS 27 53 322 lassen sich Alkali- oder Erdalkali salze der β-Acrylnitrile als Ausgangsstoffe (II) durch Umsetzung der entsprechenden Nitrile mit Alkoholat und CO in einem organischen Lösungsmittel leicht und in ho her Ausbeute darstellen. Zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens wird vorzugsweise die nach DE-PS 27 53 322 erhaltene Suspension in dem Lösungsmittel ohne Isolierung der Stoffe der Formel (II) in die saure alkoho lische Lösung eingegeben. Es ist auch möglich, die Stoffe der allgemeinen Formel (II), z. B. durch Fest-/Flüssig-Trennung zu isolieren und, vorzugsweise filterfeucht, zuzugeben. Zur Aufarbeitung kann das saure Reaktionsgemisch mit einer Base, z. B. einem Hydroxid, Alkoholat, Carbonat oder Hydrogencarbonat der Alkalien oder Erdalkalien neutralisiert werden, wobei vorteilhaft mit einem Über schuß Base gearbeitet wird. Der pH-Wert der Mischung soll auf 6 bis 12, vorzugsweise 6 bis 8, eingestellt werden. Nach Abfiltrierung des ausgefallenen Feststoffes kann das Produkt durch Destillation isoliert werden. Es ist auch möglich, die saure Reaktionslösung mit einer Lösung der genannten Base in Wasser auf den genannten pH-Wert zu bringen, und das Produkt nach Abtrennen der wäßrigen Phase durch Destillation zu erhalten.

Überraschend werden die Acetale selektiv und in hohen Ausbeuten erhalten. Die Reaktionsführung ist einfach, und die Umsetzung kann bei Raumtemperatur durchgeführt wer den. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, durch Kombination mit den obengenannten Darstellungsverfahren der Ausgangsverbindungen der allgemeinen For mel (II) ohne Isolierung der labilen Zwischenprodukte weiterarbeiten zu können.

Die hergestellten Acetale sind stabil und lagerfähig und dienen insbesondere zur Herstellung pharmazeutischer Produkte, Agrochemikalien und Parfüme.

Beispiel 1

In einem 2-l-Hubautoklaven werden 82,1 g (2 m) Acetonitril mit 143 g (2,1 m) festem Natriumethylat und 14,8 g (0,2 m) Ethylformiat in 920 g (10 m) Toluol mit CO bei 100 bis 110°C und einem CO-Druck von 40 bis 50 bar umgesetzt. Die anfallende Suspension des Natriumsalzes des 3-Hydro xiacrylnitrils wird bei 25°C in eine Lösung von 146 g (4 m) HCl in 400 g (8,7 m) Ethanol innerhalb von 15 Mi nuten eingegeben, 2 Stunden gerührt und anschließend mit 202 g (2,4 m) NaHCO₃ neutralisiert. Nach Abfiltrieren der angefallenen Salze wird das Lösungsmittel abdestil liert und das Produkt destillativ gereinigt.

Es werden 203 g Cyanacetaldehyddiethylacetal entspre chend 71% d. Th., bezogen auf eingesetztes Acetonitril, erhalten.

Beispiel 2

Eine Suspension von 60,7 g (0,5 m) Natrium-3-hydroxi acrylnitril (Gehalt 75%) in 230 g (2,5 m) Toluol, erhal ten durch Filtration einer Suspension der Herstellung des Ausgangsstoffes wie in Beispiel 1 und Suspendierung in Toluol, wird bei 20°C innerhalb von 5 min zu einer Lö sung von 36,5 g (1,0 m) Chlorwasserstoff in 92,1 g (2,0 m) Ethanol gegeben. Die Mischung wird 2 Stunden bei Raum temperatur gerührt und dann mit 50,4 g (0,6 m) Natrium hydrogencarbonat neutralisiert. Anschließend wird das Salz abgetrennt und die Mutterlauge eingeengt. Durch De stillation im Vakuum werden 62,2 g (87%) Cyanacetalde hyddiethylacetal erhalten.

Beispiel 3

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird die Reaktions mischung zur Neutralisation mit einer Lösung von 24 g (0,6 m) NaOH mit 476 g Wasser versetzt, die organische Phase abgetrennt und eingeengt. Die Destillation im Va kuum ergibt 60,8 g (85%) Cyanacetaldehyddiethylacetal.

Beispiel 4

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit 220 g (2,5 m) Di oxan statt Toluol als Lösungsmittel. Ausbeute 57,2 g (80%) Cyanacetaldehyddiethylacetal.

Beispiel 5

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit 205 g (5 m) Ace tonitril statt Toluol als Lösungsmittel. Ausbeute 59,3 g (83%) Cyanacetaldehyddiethylacetal.

Beispiel 6 (zum Vergleich)

60,7 g (0,5 m) Natrium-3-hydroxiacrylnitril (Gehalt 75%), erhalten durch Filtration einer wie in Beispiel 1 erhal tenen Suspension, werden innerhalb von 5 Minuten bei 20°C zu einer Lösung von 36,5 g (1,0 m) Chlorwasserstoff in 92,1 g (2,0 m) Ethanol gegeben. Die Mischung wird 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und dann mit 50,4 g (0,6 m) Natriumhydrogencarbonat neutralisiert. Anschließend wird das Salz abgetrennt und die Mutterlauge ein geengt. Durch Destillation im Vakuum werden 21,9 g (31%) Cyanacetaldehyddiethylacetal erhalten.

Beispiel 7

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit 64,1 g (2,0 m) Methanol statt Ethanol als Alkoholkomponente. Durch De stillation werden 45,8 g (79%) Cyanacetaldehyddimethyl acetal erhalten.

Beispiel 8

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch n-Butanol an stelle von Ethanol verwendet wird und das entsprechende Dibutylacetal in vergleichbarer Menge entsteht.

Beispiel 9

Eine Suspension von 7,5 g (0,05 m) Natrium-2-ethyl-3- hydroxyacrylnitril (Gehalt 80%) in 28 g (0,3 m) Toluol wird bei 10 bis 15°C zu einer Lösung von 3,7 g (0,1 m) HCl in 9,2 g (0,2 m) Ethanol gegeben und 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Die Mischung wird mit 5,1 g (0,06 m) NaHCO₃ neutralisiert, filtriert und das Fil trat eingeengt.

Durch Destillation im Vakuum werden 7,0 g (82%) 3,3-Di ethoxy-2-ethylpropionitril erhalten.

Beispiel 10

Eine Suspension von 11,0 g (0,05 m) Natrium-2-benzyl-3- hydroxyacrylnitril (Gehalt 83%) in 28 g (0,3 m) Toluol wird bei 5 bis 10°C zu einer Lösung von 3,7 g (0,1 m) HCl in 9,2 g (0,2 m) Ethanol gegeben und 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Die Mischung wird mit 5,1 g (0,06 m) NaHCO₃ neutralisiert, filtriert und das Filtrat eingeengt.

Durch Destillation werden 9,9 g (85%) 2-Benzyl-3,3-di ethoxy-propionitril erhalten.

Beispiel 11

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch anstelle von 2 Mol Ethanol 2 Mol Cyclohexanol bei der Reaktion eingesetzt werden. Bei Ausführung der Reaktion und Aufarbeitung entsprechend Beispiel 2 wird Cyanacetaldehyddicyclohexylacetal in Ausbeute von über 80% erhalten.

Beispiel 12

Entsprechend Beispiel 1 werden 2 Mol Bernsteinsäuredinitril mit CO und den im Beispiel 1 genannten Stoffen zum Na-Salz des 2- Hydroxymethylen-bernsteinsäuredinitrils umgesetzt. Die anfallende Suspension dieses Na-Salzes wird wie in Beispiel 1 mit HCl und Ethanol umgesetzt und das 2-Diethoxymethylen-bernsteinsäuredinitril in 80%iger Ausbeute erhalten.

Beispiel 13

Das nach Beispiel 1 als Produkt erhaltene Cyanactaldehyddiethylacetal in Mengen von 2 Mol wird erneut mit den Mengen und unter den Bedingungen von Beispiel 1 mittels CO carbonyliert, wodurch eine Suspension des Na-Salzes des 2-Hydroxymethylen-cyanacetaladehyddiethylacetals erhalten wird. Diese Suspension wird entsprechend Beispiel 1 mit HCl und Ethanol umgesetzt, wobei 2-Diethoxymethylencyanacetaldehyd diethylacetal in 82%iger Ausbeute erhalten wird.

Claims

1. Verfahren zur Darstellung von Cyanacetaldehyd-acetalen der allgemeinen Formel (I) worin R¹ = geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen, oder cyclischer Alkylrest oder beide Reste R¹ gemeinsam einen Alkylen- oder Alkenylenrest mit 2 bis 6 C-Atomen bilden, und R² = H, R¹, geradkettige oder verzweigte Reste -(CH₂)_nCN oder -(CH₂)_nCH(OR)³)₂ mit n = 0 bis 5 und R³ = Alkylrest mit 1 bis 12 C-Atomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der allgemeinen Formel (II) worin R² der in der allgemeinen Formel (I) genannten Bedeutung entspricht und Me ein Alkalimetall mit α = 1 oder ein Erdalkalimetall mit α = 2 ist, mit Alkoholen der Formel R¹OR, worin R¹ die obengenannte Bedeutung besitzt, als Suspension in aprotischen organischen Lösungsmitteln und einer Säure, wobei pro Mol der Verbindung (II) mehr als ein Äquivalent der Säure verwendet wird bei einer Reaktionstemperatur von -20 bis +80°C umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung der allgemeinen Formel (II) zu dem genannten Lösungsmittel im Molverhältnis 1 : 1 bis 1 : 20 zu einer Lösung von Chlorwasserstoff in einem genannten Alkohol R¹OH, wobei das Molverhältnis der Verbindung der allgemeinen Formel (II) zum Alkohol R¹OH 1 : 1 bis 1 : 20 beträgt, zugegeben wird, wobei das Molverhältnis der Verbindung der allgemeinen Formel (II) zum Säureäquivalent der verwendeten Säure 1 : 1,1 bis 1 : 10 beträgt.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe der allgemeinen Formel (II) in der bei deren Herstellung entstandenen Suspension zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Alkali- bzw. Erdalkaliverbindung der Formel (II) zum Lösungsmitteln 1 : 2 bis 1 : 10 beträgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Verbindung der allgemeinen Formel (II) zu Alkohol R¹OH 1 : 2 bis 1 : 10 beträgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Verbindung der allgemeinen Formel (II) zu Säureäquivalent der verwendeten Säure 1 : 1,5 bis 1 : 3 beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur 0 bis 40°C beträgt.