DE4236971A1

DE4236971A1 - Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen

Info

Publication number: DE4236971A1
Application number: DE4236971A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr Deutsch; Hans-Joachim Prof Dr Niclas
Original assignee: NICLAS HANS JOACHIM PROF DR
Current assignee: NICLAS HANS JOACHIM PROF DR
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen, wobei die entstehenden Ameisensäureester und Formamide als Lösungsmittel sowie als Zwischenprodukte für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln und Pharmaka verwendet werden.

Es ist bekannt, daß Ameisensäure als einfachstes Formylierungsmittel erst bei höheren Temperaturen mit Alkoholen und Aminen reagiert (Chem. Zbl. 1913 II,1959; Org. Synth. 3, 590 (1955)). Ameisensäureethylester ist mäßig reaktiv und formyliert Amine nur bei mehrstündigem Kochen am Rückfluß (J. Org. Chem. 27, 4058 (1962)) oder in kürzeren Reaktionszeiten unter erhöhtem Druck bei Temperaturen von 100- 110°C (J. Chem. Soc. 1948,1457).

Die Verwendung von thermisch labilem und schwer dosierbarem Formylfluorid oder Ameisensäureanhydrid bleibt auf Reaktionstemperaturen von weit unter 0°C be schränkt (Chem. Rev. 87, 671(1987)). Essigsäure-ameisensäureanhydrid ist bis etwa 105°C stabil. Seine Handhabung und Lagerung erfordert jedoch besondere Vorsicht, da es an der Luft ätzende Dämpfe bildet (Chem. Zbl. 1900 II, 750)). Das effektiv wirkende N-Formylimidazol muß aus dem über Phosgen zugänglichen 1,1′-Carbonyl diimidazol hergestellt werden. Es ist äußerst hygroskopisch und zersetzt sich oberhalb von 60°C (Liebigs Ann. 655, 95 (1962)). Enolformiate übertragen den Formylrest ebenfalls auf Amine und Alkohole. Ihre Synthese erfordert jedoch den Einsatz teurer rutheniumhaltiger Katalysatoren (J. Chem. Soc., Perkin Trans.I, 1991,1197).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Mittel für ein technisch anwendbares Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen aufzufinden, das die Nachteile der bekannten, oben aufgeführten Reagenzien nicht besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen der allgemeinen Formeln I und II,

in denen R¹ eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe,
R² und R³ ein Wasserstoffatom und eine Alkyl- oder Arylgruppe, eine Alkyl- und eine Arylgruppe oder jeweils eine Alkylgruppe
bedeuten, indem erfindungsgemäß der Alkohol oder das Amin der allgemeinen Formel I oder II mit den für R¹ bis R³ oben genannten Bedeutungen mit Ameisensäu recyanmethylester der Formel III

in einem Temperaturbereich von -10 bis 100°C zu Ameisensäureestern oder -amiden der allgemeinen Formeln IV oder V,

in denen R¹ bis R³ die oben genannten Bedeutungen haben, umgesetzt werden. Bei festen Ausgangsstoffen wird die Umsetzung in einem Lösungsmittel durchgeführt. Hierfür sind aprotische Lösungsmittel wie Dichlormethan oder Dichlorethan geeignet. Alkohole oder schwach basische Amine werden vorteilhaft in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt. Hierfür sind heterocyclische Amine wie Imidazol oder 4- Dimethylamino-pyridin verwendbar. Der Katalysator wird in einer Menge von 2 bis 12 Mol% zugesetzt.

Die Reaktion wird in einem Temperaturbereich von -10 bis 100°C, vorzugsweise bei 0 bis 90°C durchgeführt. Schwach basische aromatische Amine reagieren vorteilhaft bei Temperaturen zwischen 60 und 80°C.

Erfindungsgemäß wird der Alkohol bzw. das gegebenenfalls mit dem Lösungsmittel verdünnte Amin zum vorgelegten Ameisensäurecyanmethylester getropft und einige Zeit bei der angegebenen Temperatur gerührt. Nach erfolgtem Umsatz arbeitet man destillativ auf oder reinigt das Produkt durch Umkristallisieren.

Die Zielprodukte wurden elementaranalytisch oder gaschromatographisch sowie mittels ¹³C-NMR- und IR-Spektroskopie charakterisiert.

Den als Formylierungsmittel eingesetzten Ameisensäurecyanmethylester erhält man, indem man in Sulfolan suspendiertes wasserfreies Kaliumformiat mit Chloracetonitril unter Rühren mehrere Stunden lang erwärmt. Als Katalysator wird etwas Kaliumiodid zugesetzt. Nach Absaugen und Waschen des gebildeten Kaliumchlorids mit Dichlor methan wird das vereinigte Filtrat fraktioniert destilliert.

Das Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen sei an einigen Beispielen erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein.

Beispiel 1 a) Herstellung des Formylierungsmittels Ameisensäurecyanmethylester

16,82 g (0,2 mol) wasserfreies, gepulvertes Kaliumformiat werden in 30 ml trockenem, auf ca. 35°C erwärmtem Sulfolan suspendiert und danach mit 15,1 g (0,2 mol) Chloracetonitril und 1 g (0,03 mol) Kaliumiodid versetzt. Man rührt 4 Stunden unter Feuchtigkeitsausschluß bei einer Innentemperatur von 100°C, saugt nach dem Abkühlen das gebildete Kaliumchlorid ab und wäscht es dreimal mit je 15 ml Di chlormethan aus. Aus dem vereinigten Filtrat wird zunächst das Dichlormethan abdestilliert und der verbleibende Rückstand anschließend im Vakuum fraktioniert. Das Zielprodukt geht bei Kp₁₂ 60-66°C über. Darüber hinaus können ca. 85% des eingesetzten Sulfolans destillativ zurückgewonnen werden. Zur weiteren Reinigung wird der rohe Ester erneut über eine Dornkolonne destilliert. Das im Kühlschrank unter Lichtausschluß aufbewahrte farblose Produkt erleidet auch nach mehreren Monaten keinerlei Verfärbung.
Ausbeute: 12,90 g (76%), Kp₁₂ 62-64°C
Summenformel: C₃H₃NO₂ (85,06)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 47,87; 114,47; 159,46
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 2970; 1730
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <99%

b) Ameisensäure-n-butylester

14,04 g (0,165 mol) Ameisensäurecyanmethylester, 11,12 g (0,15 mol) n-Butanol und 0,51 g (0,0075 mol) Imidazol werden zusammengegeben und 24 Stunden unter Feuchtigkeitsausschluß stehen gelassen, wobei die Mischung innerhalb der ersten 2 Stunden intensiv gerührt wird. Bei der nachfolgenden Destillation geht das rohe Zielprodukt zwischen 103 und 107°C über. Sinkt der Siedepunkt schließlich wieder ab, so ist die Destillation zu beenden, wenn 103°C unterschritten werden. Zur weiteren Reinigung wird der Ester erneut fraktioniert.
Ausbeute: 13,55 g (88%), Kp 104-106°C
Summenformel: C₅H₁₀O₂ (102,13)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 13,62; 19,16; 30,71; 63,88; 161,36
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 2965; 2940; 2880; 2730; 1720
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <95%

Beispiel 2 Ameisensäure-cyclopentylester

14,04g (0,165 mol) Ameisensäurecyanmethylester, 12,92g (0,15 mol) Cyclopentanol und 0,51 g (0,0075 mol) Imidazol werden zusammengegeben und 2 Tage unter Feuchtigkeitsausschluß stehengelassen, wobei die Mischung innerhalb der ersten 2 Stunden intensiv gerührt wird. Bei der nachfolgenden Vakuumdestillation (78 Torr) geht das Zielprodukt zwischen 69 und 71°C über. Sinkt der Siedepunkt schließlich wieder ab, so ist die Destillation zu beenden, wenn 69°C unterschritten werden. Zur weiteren Reinigung wird der Ester bei Normaldruck erneut fraktioniert.
Ausbeute: 13,43 g (78%), Kp 138-139°C
Summenformel: C₆H₁₀O₂ (114,15)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 23,75; 32,79; 76,94; 160,98
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 2965; 2875; 1715
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <91%

Beispiel 3 Benzylformamid

Zu 12,8 g (0,15 mol) Ameisensäurecyanmethylester werden unter Feuchtigkeitsaus schluß, intensivem Rühren und Eiskühlung allmählich 16,05 g (0,15 mol) in 25 ml trockenem Dichlormethan gelöstes Benzylamin so zugetropft, daß die Innentempera tur nicht über 20°C steigt. Man läßt 6 Stunden bei Raumtemperatur stehen, destilliert das Dichlormethan ab und stellt zur Kristallisation in den Kühlschrank. Das feste Produkt wird mit 25 ml eiskaltem Wasser versetzt, sorgfältig zerkleinert, scharf abgesaugt und mit wenig Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen im Vakuum kristallisiert man aus 20 ml Toluen um.
Ausbeute: 13,4 g (66%), Schmp. 58-60°C
Summenformel: C₈H₉NO (135,16)
Elementaranalyse:
ber. C 71,09, H 6,71, N 10,36
gef. C 71,26, H 6,74, N 10,40

¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 42,16/45,71; 127,19/127,94; 127,81/128,14; 128,94/129,11; 137,81/137,94; 161,42/164,99
IR (KBr), ν(cm^-1): 3280; 3050; 3025; 2885; 2750; 1640

Beispiel 4 n-Octylformamid

Zu 12,8 g (0,15 mol) Ameisensäurecyanmethylester werden unter Feuchtigkeitsaus schluß, intensivem Rühren und Eiskühlung allmählich 19,39g (0,15 mol) n-Octylamin so zugetropft, daß die Innentemperatur nicht über 20°C steigt. Man läßt 6 Stunden bei Raumtemperatur stehen und fraktioniert im Vakuum. Nach einem aus Glykolsäurenitril bestehenden Vorlauf destilliert das Zielprodukt.
Ausbeute: 18,34 g (78%), Kp₄ 149-151°C
Summenformel: C₉H₁₉NO (157,25)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 13,48; 22,10; 25,93/26,43; 28,74; 28,95; 30,74/31,30; 37,72; 41,48; 161,44/164,64
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 3280; 3050; 2955; 2920; 2860; 2740; 1655
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <98%

Beispiel 5 Formanilid

Die Zielverbindung wird gemäß Beispiel 4 aus 12,8g (0,15 mol) Ameisensäurecyan methylester und 14,0 g (0,15 mol) frisch destilliertem Anilin hergestellt.
Ausbeute: 12,6 g (69%), Kp₂ 133-137°C, Schmp. 43-47°C
Summenformel: C₇H₇NO (121,13)
Elementaranalyse:
ber. C 69,40, H 5,82, N 11,56
gef. C 69,49, H 5,79, N 11,58

¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 118,93/120,40; 124,94/125,42; 129,22/129,89; 137,06/137,29; 160,08/163,48
IR (KBr), ν(cm^-1): 3250; 3190; 3120; 3065; 3045; 1680; 1605; 1595

Beispiele 6 Cyclohexylformamid

Die Zielverbindung wird gemäß Beispiel 4 aus 12,8g (0,15 mol) Ameisensäurecyan methylester und 14,88 g (0,15 mol) Cyclohexylamin hergestellt.
Ausbeute: 14,31 g (75%), Kp₁₇ 148-151°C
Summenformel: C₇H₁₃NO (127,18)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 24,80; 25,06/25,47; 32,91/34,62, 47,12/51,19; 160,66/163,80
IR (CHCl₃), ν(cm^-1): 3420; 3300; 3000; 2930; 2850; 2740; 1685
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <95%

Beispiel 7 Di-n-hexylformamid

Die Zielverbindung wird gemäß Beispiel 4 aus 12,8 g (0,15 mol) Ameisensäurecyan methylester und 27,8 g (0,15 mol) Di-n-hexylamin hergestellt.
Ausbeute: 25,92 g (81%), Kp₁ 125-127°C
Summenformel: C₁₃H₂₇NO (213,35)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 13,94/13,98; 22,56/22,59; 26,21/26,68; 27,38/31,44; 28,77/31,58; 42,21/47,49; 162,60
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 2955; 2930; 2855; 2770; 1680
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <97%

Beispiel 8 N-Methyl-(4-methoxy)-formanilid

Die Zielverbindung wird gemäß Beispiel 4 aus 12,8g (0,15 mol) Ameisensäurecyan methylester und 20,85 g (0,15 mol) frisch destilliertem 4-Methoxy-N-methylanilin hergestellt.
Ausbeute: 17,13 g (69%), Kp_0,6-0,8 108-120°C
Summenformel: C₉H₁₁NO₂ (165,19)
¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 32,57; 55,47/55,57; 114,49/114,97; 124,75; 125,48; 135,48; 158,56/162,59
IR (Kap. Schicht), ν(cm^-1): 3050; 2995; 2925; 2830; 1670; 1600
Gaschromatographisch ermittelter Gehalt: <95%

Beispiel 9 3-Nitro-formanilid

12,8 g (0,15 mol) Ameisensäurecyanmethylester, 20,72 g (0,15 mol) 3-Nitro-anilin und 0,9 g (0,013 mol) Imidazol werden in 50 ml trockenes Dichlorethan gegeben und 12 Stunden unter Rühren und Feuchtigkeitsausschluß auf eine Innentemperatur von 75°C erhitzt. Nach anschließender Abdestillation des Lösungsmittels wäscht man den verbleibenden Rückstand mit Wasser, saugt scharf ab und trocknet das Rohprodukt im Vakuum. Zur Reinigung wird der erhaltene Feststoff aus 45 ml Methanol um kristallisiert. Durch Aufarbeitung der Mutterlauge läßt sich weiteres Anilid gewinnen.
Ausbeute: 17,2 g (69%), Schmp. 133-135°C
Summenformel: C₇H₆N₂O₃ (166,13)
Elementaranalyse:
ber. C 50,61, H 3,64, N 16,86
gef. C 50,74, H 3,60, N 17,00

¹³C-NMR (CDCl₃), δ(ppm): 113,25/114,80; 119,69/120,05; 124,26/125,77; 130,32/131,08; 159,19/161,69
IR (KBr), ν(cm^-1): 3250; 3090; 1690; 1660; 1620; 1600

Claims

1. Verfahren zur Formylierung von Alkoholen und Aminen der allgemeinen Formeln I und II, in denen
R¹ eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe,
R² und R³ ein Wasserstoffatom und eine Alkyl- oder Arylgruppe, eine Alkyl- und eine Arylgruppe oder jeweils eine Alkylgruppe,
bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol oder das Amin der allgemeinen Formel I oder II mit den für R¹ bis R³ oben genannten Bedeutungen mit Ameisensäu recyanmethylester der Formel III in einem Temperaturbereich von -10 bis 100°C zu Ameisensäureestern oder -amiden der allgemeinen Formel IV oder V, in denen R¹ bis R³ die oben genannten Bedeutungen haben, umgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umsetzung fester Ausgangsstoffe ein Lösungsmittel zu verwenden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein aprotisches Lösungsmittel ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als aprotisches Lösungsmittel Dichlormethan oder Dichlorethan eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung von Alkoholen oder von schwach basischen Aminen in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Imidazol oder 4-Dimethylamino-pyridin verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 12 Mol% des Katalysators eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 0 und 90°C erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung von Alkoholen und Aminen bei Temperaturen zwischen 10 und 30°C erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung schwach basischer aromatischer Amine bei Temperaturen zwischen 60 und 80°C erfolgt.