DE3704620A1 - Verfahren zur herstellung von aminoacetaldehyd-dialkylacetalen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aminoacetaldehyd-dialkylacetalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aminoacetaldehyd-dialkylacetale finden als Zwischenprodukte für pharmazeutische und landwirtschaftliche Chemikalien, ect. und auch als Zwischenprodukte für Modifikatoren von Hochmolekulargewichts- Verbindungen wie z. B. Stärke Verwendung.

Aminoacetaldehyd-dialkylacetale - im folgenden als "Aminoacetale" bezeichnet - sind Verbindungen, die durch die folgende Formel dargestellt werden.

wobei R₁ und R₂ beide einen Wasserstoff- oder Alkylrest und R₃ einen Alkylrest darstellen.

Es ist bekannt diese Verbindungen üblicherweise herzustellen, indem man ein Halogenacetaldehyd-dialkylacetal mit einem Amin umsetzt, wobei generell berichtet wird, daß diese Reaktion nur in einem nicht wäßrigen System durchgeführt werden kann (s. z. B. Org. Synth. III, 50 (1055), J. Amer. Chem. Soc., 71, 4002 (1949), DE-OS 27 45 588, etc.).

Auf jeden Fall erfordern die bekannten Herstellungsarten verfahrensbedingt natürlicherweise eine strikte Trennung vom Lösungsmittel und den Gebrauch eines teuren, risikoreichen Alkalireagenz, wie z. B. metallisches Natrium oder Natriumalkoholat, um das Amin zu neutralisieren. Weiterhin mußte bei bekannten Herstellungsarten das Startreagenz Amin in gasförmiger Form oder in nichtwäßriger, organischer Lösungsmittellösung anstelle einer sehr kostengünstigen wäßrigen Lösung benutzt werden. Daher sind die bekannten Herstellungsverfahren kostenmäßig unvorteilhaft. Diese Nachteile können vermieden werden, wenn die Reaktion in einem wäßrigen System durchgeführt wird (s. z. B. die geprüfte japanische Patentschrift SHO 37-823). Es wurde nun versucht Methylamin mit Chloracetaldehyd-dimethylacetal in einem wäßrigen System umzusetzen, die Reaktionsmischung zu neutralisieren und mit einem Alkalisalz auszusalzen und dann die gewünschte Komponente aus dem vom Aussalzen resultierenden Filtrat zu extrahieren. Bei der praktischen Durchführung warfen diese Verfahren nichtsdestoweniger das Problem auf, daß sie eine große Menge von Alkalisalz und ebenso eine große Menge von Extraktionslösungsmittel erfordern, da die gewünschte Komponente, nämlich Methyl-aminoacetaldehyd-dialkylacetal eine sehr große Löslichkeit in Wasser hat.

Die obenerwähnte Reaktion wirft andere Probleme auf. Da die Salzsäure, die bei der Reaktion als ein Nebenprodukt entsteht, ein Additionssalz mit Methylamin bildet, verbraucht die Reaktion 2 Mol Methylamin pro Mol der anderen Ausgangsmaterialien, also des Chloracetaldehyd-dimethylacetals. Das im System anwesende Additionssalz ist nachteilig im Hinblick auf die Korrosion des Reaktors. Es ist unmöglich die Reaktion kontinuierlich durchzuführen, weil es nötig ist, das System zur Rückgewinnung des nach der Reaktion im System verbleibenden Methylamins einmal herunterzukühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den bekannten Verfahren großtechnisch vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Aminoacetaldehyd-dialkylacetalen vorzuschlagen. Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Es stellte sich also heraus, daß all die eingangs genannten Probleme dadurch gelöst werden können, daß man ein Halogenoacetaldehyd- dialkylacetal mit Ammoniak oder einem Alkylamin in einem wäßrigen Medium in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihydroxyds umsetzt und die daraus resultierende Reaktionsmischung destilliert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung reagiert sich das im Reaktionssystem befindliche Hydroxyd des Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls vorzugsweise mit dem Nebenprodukt der Halogenwasserstoffverbindung zu einem Salz und nimmt der Reaktion die korrodierende Wirkung, die sie gemäß der Halogenwasserstoffverbindung hätte. Weiterhin hat das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß nur ein Mol Ammoniak oder Alkylamin verbraucht wird. Weiterhin kann das gewünschte Produkt von der Reaktionsmischung durch Destillation getrennt werden, welche ohne zu Hilfenahme der beschwerlichen herkömmlichen Methoden, wie z. B. Aussalzen und Extraktion industriell leichter durchgeführt werden kann.

Die Aminoacetale gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Formel (I) dargestellt, worin R₁ und R₂ beide Wasserstoff- oder Alkyl-Reste darstellen und gewöhnlich Methyl-, Ethyl- oder Propylreste sind und R₃ eine Alkyl-Gruppe darstellt und gewöhnlich ein Methyl-, Ethyl- oder Propylrest ist. Beispiele für solche Verbindungen sind Aminoacetaldehyd- dimethylacetal, Aminoacetaldehyd-diethylacetal, Aminoacetaldehyddipropylacetal, Methylaminoacetaldehyd dimethylacetal, Methylaminoacetaldehyd diethylacetal, Methylaminoacetaldehyd- dipropylacetal, Ethylaminoacetaldehyd-dimethylacetal, Ethylaminoacetaldehyd- diethylacetal, Ethylaminoacetaldehyd- dipropylacetal, N,N-dimethylaminoacetaldehyd-dimethylacetal, N,N-dimethylaminoacetaldehyd-diethylacetal, N,N-diethylaminoacetaldehyd-dimethylacetal, N,N-diethylaminoacetaldehyd- diethylacetal, etc.

Diese Aminoacetale erhält man durch Umsetzung der entsprechenden Halogenacetaldehyd-dialkylacetale (z. B. Chloracetaldehyd- dimethylacetal, Chloracetaldehyd-diethylacetal, Chloracetaldehyd-dipropylacetal, Bromacetaldehyd-dimethylacetal, Bromacetaldehyd-diethylacetal oder ähnliches) mit Ammoniak oder einem Alkylamin (z. B. Methylamin, Ethylamin, Dimethylamin, Diethylamin oder dergleichen) bei einer Temperatur von 80 bis 150°C. Diese Reaktion wird bei einem erhöhtem Druck von gewöhnlich in etwa 300 bis 2000 kPa durchgeführt. Es ist unerläßlich, daß die Reaktion in Gegenwart eines Alkalihydroxids oder eines Erdalkalihydroxids durchgeführt wird. Natriumhydroxid ist zwar das brauchbarste Salzhydroxid, aber auch Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid und Magnesiumhydroxid oder dergleichen sind natürlich benutzbar.

Die Reaktion wird im wäßrigen Medium durchgeführt. Üblicherweise wird das Amin, das als eines der Startmaterialien dient, in Form einer wäßrigen Lösung verwendet und das Alkali- oder Erdalkalihydroxid wird dem System auch in Form einer wäßrigen Lösung zugemischt, so daß die Reaktion in einem wäßrigen System durchgeführt wird. Natürlich kann ein wäßriges Medium durchaus zu dem System ohne jede Bedenken hinzugefügt werden, während eine geringe Menge von organischem Lösungsmittel gegenwärtig sein kann.

Es empfiehlt sich bei der Durchführung der Reaktion 4 bis 20 Mol Ammoniak oder Alkylamin, 1,0 bis 1,5 Mol Alkalihydroxid oder Erdalkalihydroxid und 200 bis 1000 ml eines wäßrigen Mediums pro Mol des Halogenacetaldehyd-dialkylacetals zu verwenden.

Die günstigste Reaktionszeit beträgt zwischen 3 und 20 Std.

Nach vollständiger Durchführung der Reaktion wird die erhaltene Reaktionsmischung destilliert. Gewöhnlich jedoch wird nicht reagierter Ammoniak oder Alkylamin vor der Destillation entfernt.

Die Destillation kann mit einer geeigneten Destillationssäule durchgeführt werden. Wenn das System dazu neigt mit dem Fortschritt der Destillation viskos oder zu zäh zu werden, kann die Destillation unter Zugabe einer entsprechenden Menge von Wasser fortgeführt werden. Wasser kann natürlich auch der Reaktionsmischung vor der Destillation ohne Bedenken hinzugemischt werden.

Das gewünschte Aminoacetal kann durch Destillation erhalten werden. Da das Acetal eine azeotrope Mischung mit Wasser bildet oder sein Siedepunkt nahe dem Siedepunkt des Wassers liegt, erhält man das Produkt gewöhnlich in Form einer flüssigen Mischung des Aminoacetals und Wasser.

Das Aminoacetal ist, auch wenn es in der Form einer Mischung mit Wasser vorliegt, im allgemeinen problemlos zu benutzen. Wenn es für einen bestimmten Gebrauch notwendig ist, das Wasser zu entfernen, wird die Mixtur weiter gereinigt.

Die Reinigung kann durch ein gewünschtes Verfahren wie Extraktion, Destillation oder ähnlichem durchgeführt werden, während es industriell am nützlichsten ist, das Wasser azeotrop auf die folgende Weise zu entfernen.

Zur azeotropen Entfernung des Wassers wird zumindest ein organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt zwischen 60 und 150°C aus den folgenden aliphatischen Kohlenwasserstoffen, alicyclischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffhalogeniden der Mischung, d. h. der wäßrigen Lösung des Acetals, zugegeben.

Beispiele für solche aliphatischen Kohlenwasserstoffe sind Hexan, Heptan, Octan ect. Beispiele für brauchbare alicyclische Kohlenwasserstoffe sind Cyclohexan, Methylcyclohexan, Ethylcyclohexan, etc. Beispiele für brauchbare aromatische Kohlenwasserstoffe sind Toluol, Benzol, Xylol, Ethylbenzol, Chlorbenzol, ect. Beispiele für brauchbare Kohlenwasserstoffhalogenide sind Dichlormethan, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, 1,2-dichlorethan, Trichlorethylen, etc. Verschiedenste Isomere oder substituierte Formen dieser Lösungsmittel sind natürlich benutzbar, insofern sie einen Siedepunkt zwischen 60 und 150°C besitzen. Unter diesen organischen Lösungsmitteln verwendet man am besten Heptan als ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, Cyclohexan als ein alicyclischer Kohlenwasserstoff, Toluol und Benzol als aromatische Kohlenwasserstoffe, und 1,2-dichlorethan als ein Kohlenwasserstoffhalogenid, und zwar unter allgemeinen Gesichtspunkten unter anderem der Verfügbarkeit und der Möglichkeit es wieder vom Wasser zu trennen.

Das Wasser kann azeotrop von der wäßrigen Lösung des Aminoacetals entfernt werden, indem das organische Lösungsmittel zu der Lösung auf einmal oder in aufgeteilten Portionen hinzugegeben wird und die daraus resultierende Mischung ohne zu Hilfenahme irgendeines speziellen Verfahrens rückflußgekocht wird. Wenn es nötig ist, kann das Rückflußkochen unter Rühren durchgeführt werden. Das Destillat ist im wesentlichen frei von dem Aminoacetal und besteht aus Wasser und dem organischen Lösungsmittel. Das organische Lösungsmittel wird vom Wasser abgetrennt und dem System wieder zugeführt. Obwohl die zu benutzende Menge des organischen Lösungsmittels nicht besonders festgelegt ist, ist sie in der Regel gleich oder größer wie die Gewichtsmenge des in der wäßrigen Lösung enthaltenen Aminoacetals. Wenn das Destillat nahezu frei von Wasser ist, ist das Reinigungsverfahren beendet. Auf diese Weise wird das Wasser nahezu vollständig von der wäßrigen Lösung des Aminoacetals entfernt; es entsteht das gewünschte Aminoacetaldehyd-dialkylacetal gelöst in dem organischen Lösungsmittel.

Wenn benötigt, wird das organische Lösungsmittel natürlich von der Lösung entfernt um den Erhalt des gewünschte Aminoacetals mit einem hohen Reinigungsgrad zu gewährleisten.

So entstehen durch das erfindungsgemäße Verfahren Aminoacetale sehr wirtschaftlich durch effizienten Gebrauch der Apparatur und das Verfahren ist daher von enormen industriellen Nutzen.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung soll nun im Zusammenhang mit den folgenden Beispielen detaillierter beschrieben werden.

Beispiel 1

Man gibt 124,5 g Chloracetaldehyd-dimethylacetal, 465,0 g einer 40%igen wäßrigen Lösung von Methylamin und 40,4 g Natriumhydroxid in einen Autoclaven, erhitzt sie und startet die Reaktion bei einem Überdruck von 400 kPa. Die Reaktion wurde bei einem Druck zwischen 400 und 700 kPa und 86 und 113°C fortgeführt. Nach Vervollständigung der Reaktion wurde unumgesetztes Methylamin (151,8 g) durch Reinigung zurückgewonnen. Anschließend wurde die Reaktionsmischung destilliert; 340 g einer wäßrigen Lösung von Methylaminoacetaldehyd- dimethylacetal wurden gewonnen. Mittels Gaschromatographie wurde festgestellt, daß die Lösung 110 g des Acetals enthielt (Ausbeute 92,4%).

Beispiel 2

Die gleiche Versuchsdurchführung wie im Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß 1214 g von 28%igem Ammoniumhydroxid anstelle von Methylamin verwendet wurden und die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 98 und 116°C bei einem Druck von 700 bis 900 kPa 15 Stunden lang durchgeführt wurde. Dadurch erhielt man 7940 g einer wäßrigen Lösung von Aminoacetaldehyd-dimethylacetal, die 89,2 g des Acetals enthielt (Ausbeute 85,0%).

Beispiel 3

Die gleiche Versuchsdurchführung wie im Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Chloracetaldehyd-diethylacetal anstelle von Chloracetaldehyd-dimethylacetal verwendet wurde und die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 85 und 120°C bei einem Druck von 400 bis 800 kPa 10 Stunden lang durchgeführt wurde. Es wurden 413,6 g einer wäßrigen Lösung von Methylaminoacetaldehyd-diethylacetal erhalten, die 90,1 g des Acetals enthielten (Ausbeute 61,3%).

Beispiele 4 und 5

Die gleiche Versuchsdurchführung wie im Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid anstelle von Natriumhydroxid verwendet wurde.

Beispiel 4 lieferte 353 g einer wäßrigen Lösung von Methylaminoacetaldehyd-dimethylacetal (Ausbeute des Acetals 89,8%). Beispiel 5 ergab 336 g derselben wäßrigen Lösung (Ausbeute des Acetals 90,3%).

Beispiel 6

Die gleiche Versuchsdurchführung wie im Beispiel 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß Chloracetaldehyd-diethylacetal mit Ammoniumhydroxid umgesetzt wurde, wodurch man 867 g einer wäßrigen Lösung von Aminoacetaldehyd-diethylacetal erhielt (Ausbeute des Acetals 56,2%).

Beispiel 7

Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 wurden 590,0 g einer wäßrigen Lösung von Methylaminoacetaldehyd-dimethylacetal vorbereitet (der Gehalt an Acetal betrug 200 g).

Nach Zugabe von 200 g Toluol (Siedepunkt 110°C) wurde die Lösung bei einer Temperatur von 85 bis 120°C rückflußgekocht.

Aus der Mischung konnte bald ein Destillat abgenommen werden (bei einer Innentemperatur der Destillationsapparatur von 92°C). Wasser wurde vom Destillat getrennt und das abgetrennte Toluol wurde in die Destillationsapparatur zurückgegeben. Dieses Verfahren wurde in geeigneter Weise 5 Stunden lang zur azeotropen Abtrennung von Wasser wiederholt, bis das Destillat nicht länger zwei getrennte Phasen zeigte. Die Innentemperatur betrug 120°C als das Verfahren beendet worden war.

Die gewonnene, das Acetal enthaltende Lösung wurde gaschromatographisch analysiert, um den Gehalt an Acetal und verbleibenden Wassers zu bestimmen. Es stellte sich heraus, daß es sich bei der Lösung um eine Toluollösung handelte, die in etwa 198 g des Acetals (Gehalt 99,2%) und in etwa 9,3 g Wasser (Gehalt 0,1%) enthielt. Folglich war das Wasser nahezu vollständig entfernt worden.

Das Wasser wurde von derselben wäßrigen Acetallösung wie oben in derselben Art wie oben entfernt, mit der Ausnahme, daß Toluol durch Heptan (Siedepunkt 98°C), Cyclohexan (Siedepunkt 81°C), Benzol (Siedepunkt 80°C) oder 1,2-dichlorethan (Siedepunkt 83,7°C) ersetzt wurde.

Die Lösungen, die nach dem Entfernen des Wassers erhalten wurden, wurden auf ihren Gehalt an Acetal und verbleibendem Wasser analysiert. Die Ergebnisse sind unten aufgelistet.

Beispiel 8 bis 10

Das gleiche Verfahren zum azeotropen Entfernen des Wassers wie im Beispiel 7, wurde unter Verwendung verschiedener organischer Lösungsmittel wiederholt, mit der Ausnahme, daß die wäßrige Lösung des Methylaminoacetaldehyd-dimethylacetals durch eine wäßrige Lösung von Aminoacetaldehyd-dimethylacetal (Beispiel 8), Methylaminoacetaldehyd-diethylacetal (Beispiel 9) oder Aminoacetaldehyd-diethylacetal (Beispiell 10) ersetzt wurden.

Die Lösungen, die bei dem Entfernen des Wassers erhalten wurden, wurden auf den Gehalt an Acetal und verbleibenden Wasser analysiert. Die Ergebnisse sind unten aufgelistet.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß es keine Korrosion der Apparatur verursacht, daß es den Verbrauch von Alkylaminen verringert und daß es das gewünschte Produkt durch das einfache Verfahren der Destillation liefert. Es ist daher wesentlich besser als das bekannte Verfahren.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Aminoacetaldehyd-dialkylacetals, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halogenacetaldehyd-dialkylacetal mit Ammoniak oder einem Alkylamin in einem wäßrigen Medium in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihydroxids umgesetzt wird und die daraus gewonnene Reaktionsmischung destilliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkali- oder Erdalkalihydroxid Natriumhydroxid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 4 und 20 Mol Ammoniak oder eines Alkylamins, zwischen 0,1 und 1,5 Mol des Alkali- oder Erdalkalihydroxids und 200 bis 1000 ml eines wäßrigen Mediums pro Mol des Halogenacetaldehyd-dialkylacetals verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxid mit dem Nebenprodukt der Halogenwasserstoffverbindung zu einem Salz reagiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mol Ammoniak oder Alkylamin pro Mol Acetal verbraucht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt von der Reaktionsmischung durch Destillation getrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit zwischen 3 und 20 Stunden beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser azeotrop von der wäßrigen Lösung des Aminoacetaldehyd-dialkylacetals durch Zugabe eines organischen Lösungsmittels und anschließender Destillation entfernt werden kann.