DE3939059C2

DE3939059C2 - Verfahren zur Herstellung von N-Alkyl-benzamiden

Info

Publication number: DE3939059C2
Application number: DE19893939059
Authority: DE
Inventors: Heinz-Ulrich Dipl Chem D Blank; Uwe Dipl Chem Dr Heinz; Erich Dipl Chem Hammerschmidt
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1989-11-25
Filing date: 1989-11-25
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2009-11-26
Also published as: DE3939059A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Alkyl-benzamiden durch Umsetzung von Benzoesäureestern mit primären Aminen, wobei von der wäßrigen Lösung der primären Amine ausgegangen wird und die Umsetzung in heterogener Phase begonnen wird.

Carbonsäureamide werden gewöhnlich aus aktivierten Carbonsäurederivaten, beispielsweise den Anhydriden oder den Carbonsäurechloriden, und dem entsprechenden Amin hergestellt; die Carbonsäurechloride können ebenfalls als Anhydride aus einer Carbonsäure und Chlorwasserstoff verstanden werden. Hierbei muß die freiwerdende Säure (Carbonsäure bzw. Chlorwasserstoff) entweder mit über schüssigem Amin oder mit einer zusätzlich zugeführten Base, die stärker ist als das eingesetzte Amin, neu tralisiert werden. Beim Einsatz von Carbonsäurean hydriden stellt sich das Problem der Abtrennung und der gesonderten Verwendung oder Wiederaufarbeitung des an fallenden Carbonsäuresalzes. Beim Einsatz von Carbon säurechloriden ist es schwierig, ein chloridionenfreies Produkt zu erhalten. Die Chloridionen stellen weiterhin bei der Herstellung der Carbonsäureamide und bei ihrer Weiterverarbeitung ein großes Korrosionsproblem dar, dem man im allgemeinen nur mit Sondermaterialien für die Re aktionsapparate beikommen kann.

Die JP-Patentschrift 54-79 241 (1979), zitiert nach C.A. 92 (1980), 6276 r, beschreibt die Herstellung von p-Tolylsäureamid aus p-Tolylsäuremethylester mit Ammoniak bei 50-160°C in Gegenwart eines stark basischen Ammoniumsalzes, wie Ammoniumchlorid, wobei in einem Autoklaven gearbeitet werden muß. Die Umsetzungsrate des p-Tolylsäuremethylesters beträgt nur 33%; hierdurch sind zusätzliche Reinigungsverfahren zur Gewinnung eines weiterverwendbaren Säureamids erforderlich. Darüber hinaus stellt die Verwendung von Ammoniumchlorid wiederum das oben besprochene Korrosionsproblem dar.

In US 32 49 636 wird die Umsetzung von Terephthalsäure estern mit Methylamin in Methanol zu N,N′-Dimethyl terephthalsäurediamid beschrieben. Während in dieser Umsetzung ein geringer Wassergehalt nicht stören soll, führen höhere Wassergehalte oberhalb von 5%, insbeson dere aber oberhalb von 15%, zur Hydrolyse der Ester. Auch in diesem Verfahren muß unter Druck gearbeitet werden, was entsprechende aufwendige Apparaturen er fordert. Zusätzlich muß bei niederen Aminen, wie Methyl amin oder Ethylamin das Amin unter Druck vorrätig ge halten, gefördert und dosiert werden.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß Benzoesäureester mit einer wäßrigen Alkylaminlösung bei normaler bis leicht erhöhter Temperatur umgesetzt werden können, wobei durch die Vermeidung von Aminen in reiner, viel fach gasförmiger Form drucklos gearbeitet werden kann. Es ist überraschend, daß unter diesen Bedingungen, bei denen Wasser ein Hauptanteil des Umsetzungsgemisches ist, die Hydrolyse zur Benzoesäure nicht die Hauptreak tion ist, sondern nur eine untergeordnete Nebenreaktion darstellt. Außerdem ist überraschend, daß die Umsetzung zügig voran geht, obwohl die Reaktionspartner zu Anfang in heterogener Phase, beispielsweise als Emulsion, vor liegen und daher zunächst nur schlecht miteinander in Kontakt kommen; erst im Verlaufe der Umsetzung geht das Umsetzungsgemisch in eine homogene Phase über.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung eines N-Alkyl benzamids der Formel

durch Umsetzung eines Benzoesäureesters mit einem primären Amin gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Benzoesäureester der Formel

mit der wäßrigen Lösung eines primären Amins der Formel

H₂NR¹ (III),

wobei in den Formeln
R¹, R² und R³ unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl bedeuten und R² zusätzlich Wasserstoff sein kann,
umgesetzt wird, so daß die Umsetzung in heterogener Phase begonnen wird, wobei bei einer Temperatur von 20 bis 100°C gearbeitet wird.

Geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl ist bei spielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl oder tert.-Butyl.

In bevorzugter Weise tritt an die Stelle von R¹ der Substituent R¹¹ mit der Bedeutung Methyl oder Ethyl, der bevorzugt Methyl ist.

In weiterhin bevorzugter Weise tritt an die Stelle von R² der Substituent R¹² mit der Bedeutung Methyl oder Wasserstoff, der bevorzugt Wasserstoff ist.

In weiterhin bevorzugter Weise tritt an die Stelle von R³ der Substituent R¹³ mit der Bedeutung C₁-C₃-Alkyl (Methyl, Ethyl, Propyl oder Isopropyl), der besonders bevorzugt Methyl ist.

Das primäre Amin kann hierbei in einem weiten molaren Verhältnis eingesetzt werden, dessen untere Grenze durch die kleiner werdende Umsetzungsrate und dessen obere Grenze durch wirtschaftliche Überlegungen begrenzt werden. Dieses Verhältnis beträgt 0,8-2,5 Mol, bevorzugt 1-2 Mol, besonders bevorzugt 1,2-1,8 Mol Amin pro Mol Benzoesäureester. Das Amin wird in wäßriger Lösung eingesetzt, die beispielsweise 15-60 Gew.-%, bevorzugt 20-40 Gew.-%, Amin, bezogen auf die Gesamtmenge der wäßrigen Lösung, enthält.

Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 20-100°C, bevorzugt 20-75°C durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch das Arbeiten in wäßrigem Milieu ohne Druck sowie das Fehlen eines Katalysators gekennzeichnet. Das Umsetzungsgemisch liegt zu Beginn in heterogener Phase, beispielsweise in Form einer Emulsion, vor. Im Verlaufe der Reaktion wird der Ester in das Amid umgewandelt, so daß der Esteralkohol frei wird und das Umsetzungsgemisch gegen Ende der Reaktion in eine homogene Phase umwandeln kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die beiden Reaktionspartner Benzoesäureester und wäßrige Lösung des primären Amins zusammengegeben und bei der gewählten Reaktionstemperatur in geeigneter Weise, bei spielsweise durch einen Rührer, gemischt werden. Es ist jedoch auch möglich, zu Beginn der Reaktion nicht die gesamte Menge der wäßrigen Lösung des Alkylamins zuzu geben, sondern nur einen Teil vorzulegen und den Rest während der Umsetzung zuzudosieren. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Temperatur gegen Ende der Umsetzung innerhalb des angegebenen Bereichs von einem tieferen Wert auf einen höheren Wert zu steigern. Zur Aufarbei tung des Umsetzungsgemisches wird, falls erforderlich, Wasser in einer solchen Menge zugesetzt, daß das Um setzungsgemisch einen Wassergehalt von 50-80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Umsetzungsgemisches, hat. Danach werden etwa vorhandenes überschüssiges Alkylamin und gebildeter Alkohol abdestilliert. Im Ver laufe dieser Destillation tritt sodann Kristallisation des N-Alkyl-benzamides ein. Es ist jedoch auch möglich, vor dem Wasserzusatz zunächst das überschüssige Alkyl amin und den gebildeten Alkohol abzudestillieren. Bei dieser Variante fällt das N-Alkyl-benzamid wegen starker Kristallisationshemmung vielfach nicht aus. Eine solche Kristallisation tritt jedoch bei der angegebenen Ver dünnung mit Wasser ein; gegebenenfalls tritt Kristalli sation auch nach Animpfen mit kristallinem N-Alkylbenz amid ein. Das kristallisierte N-Alkyl-benzamid fällt in hoher Reinheit an und ist für die meisten Einsatzzwecke direkt benutzbar. Das Kristallisat kann in einer üb lichen Weise, beispielsweise durch Filtration, Abzentri fugieren oder Abdekantieren, gewonnen werden.

Bei der destillativen Entfernung von überschüssigem Amin und gebildetem Alkohol kann eine 1. Fraktion gewonnen werden, die den größten Teil des überschüssigen Amins enthält, während die 2. Fraktion nur noch wenig Amin enthält. Dies ist ganz besonders ausgeprägt der Fall bei der destillativen Abtrennung und Gewinnung von Methylamin und Methanol, wie sie bei der Umsetzung von Benzoesäuremethylester mit Methylamin anfallen. Bei der Umsetzung eines höheren primären Amins im Bereich der obigen Beschreibung kann man die getrennte Gewinnung von Amin und Alkohol durch die Wahl eines geeigneten Ester alkohols in grundsätzlich ähnlicher Weise steuern. Das gewonnene Alkylamin kann in der Form des gewonnenen Destillatanteils in einem folgenden Umsetzungsansatz als Teil des darin einzusetzenden Alkylamins verwendet werden. Damit entfällt die Notwendigkeit, größere Mengen an Alkylaminen zu entsorgen. Die 2. Fraktion kann in einer dem Fachmann bekannten Weise aufgearbeitet oder entsorgt werden.

Beispiel 1

68 g (0,5 Mol) Benzoesäuremethylester und 85 ml (0,75 Mol) 30%iger wäßrige Methylaminlösung wurden 8 Stunden bei 40°C gerührt. Die anfängliche Emulsion ging allmählich in eine farblose Lösung über. Es wurden 100 ml Wasser zugegeben. Im Wasserstrahlvakuum wurden 26 ml Destillat abgenommen. Dabei trat Kristallisation ein. Nach dem Abkühlen wurde abgesaugt. Nach dem Trock nen erhielt man 50,6 g weiße Kristalle, die nach HPLC (High Performance Liquid Chromatography) 100% Methyl benzamid enthielten. Dies entsprach einer isolierten Ausbeute von 84% der theoretischen Ausbeute.

Beispiel 2

1230 g (9 mol) Benzoesäuremethylester, 542 g (4,52 mol) Methylaminlösung (Destillat aus einem Vorversuch, 25,9%ig) sowie 1153 g (10,1 mol) frische Methylaminlö sung (27,2%ig) wurden insgesamt 19 Stunden gerührt. Im Verlaufe dieser 19 Stunden wurde die Temperatur stufen weise von 20 auf 50°C gesteigert. Es wurden bei Normal druck 660 ml (514 g) Methylamin-Wasser-Gemisch abdestil liert. Diese 1. Fraktion enthielt 23,3% Methylamin und konnte in einem Folgeversuch eingesetzt werden. Weiter wurden 360 ml (308,1 g) abdestilliert. Diese 2. Fraktion bestand im wesentlichen aus Methanol und Wasser und enthielt nur 9,5% Methylamin und wurde verworfen. Zu dem Reaktionsgemisch wurden 800 ml Wasser zugesetzt und anschließend weiter abgekühlt bis zu einer Tempera tur von 40°C. Durch Zugabe von Impfkristallen wurde die Kristallisation eingeleitet. Es wurde weiter bis auf 5°C abgekühlt, 1 Stunde nachgerührt und abgesaugt. Das Nutschgut wurde 2 mal mit je 500 ml Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen verblieben 998,4 g weiße Kristalle, die nach gaschromatographischer Analyse 100% N-Methyl benzamid enthielten. Dies entsprach einer Ausbeute von 85% der theoretischen Ausbeute, bezogen auf Benzoe säuremethylester.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines N-Alkyl-benzamids der Formel durch Umsetzung eines Benzoesäureesters mit einem primären Amin, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Benzoesäureester der Formel mit der wäßrigen Lösung eines primären Amins der FormelH₂NR¹,wobei in den Formeln
R¹, R² und R³ unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C₁-C₄-Alkyl bedeuten und R² zusätzlich Wasserstoff sein kann,
umgesetzt wird, so daß die Umsetzung in heterogener Phase begonnen wird, wobei bei einer Temperatur von 20 bis 100°C gearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle von R¹ der Substituent R¹¹ mit der Bedeutung Methyl oder Ethyl tritt, der bevor zugt Methyl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle von R² der Substituent R¹² mit der Bedeutung Methyl oder Wasserstoff tritt, der bevorzugt Wasserstoff ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle von R³ der Substituent R¹³ mit der Bedeutung C₁-C₃-Alkyl tritt, der bevorzugt Methyl ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Amin in einer Menge von 0,8-2,5 Mol, bevorzugt 1-2 Mol, besonders bevorzugt 1,2-1,8 Mol pro Mol des Benzoesäureesters eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei 20-75°C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der destillativen Aufarbeitung des Um setzungsgemisches als gesonderte Fraktion an fallende überschüssige Alkylamin als Teil des in einem weiteren Umsetzungsansatz einzusetzenden Alkylamins eingesetzt wird.