DE69813388T2

DE69813388T2 - Verfahren zur Herstellung von 2,4-Oxazolidindion

Info

Publication number: DE69813388T2
Application number: DE1998613388
Authority: DE
Inventors: Masaharu Doya
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: DE69813388D1; EP0889040B1; JPH1121281A; EP0889040A1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 2,4-Oxazolidindions. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines gereinigten 2,4-Oxazolidindions unter Verwendung eines 2-Hydroxycarbonsäureesters und Harnstoff als Ausgangsmaterialien. Ein 2,4-Oxazolidindion ist z. B. als Zwischenprodukt zur Herstellung eines photographischen Gelbkupplers oder als Zwischenprodukt zur Herstellung von Arzneimitteln eine wichtige Substanz.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Als Verfahren zur Herstellung eines gereinigten 2,4- Oxazolidindions unter Verwendung eines 2-Hydroxycarbonsäureesters und Harnstoff als Ausgangsmaterialien ist ein Verfahren bekannt, das Erhitzen eines 2-Hydroxycarbonsäureesters und Harnstoff in Ethanol in Gegenwart einer äquivalenten Menge an Natriumethylat unter Erhalt eines Natriumsalzes eines 2,4-Oxazolidindions, Lösen dieses in Wasser, Neutralisieren der Lösung mit einer Säure, dann Extrahieren der Reaktionslösung mit Ether und Destillieren des Extrakts unter Erhalt eines gereinigten 2,4- Oxazolidindions umfasst [Journal of American Chemical Society (JACS), Bd. 63, S. 2376-2379 (1941)].
Im herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines gereinigten 2,4-Oxazolidindions muss eine teure Alkalimetallverbindung in äquivalenter Menge eingesetzt werden. Daher ist ein durch die Reaktion erhaltenes 2,4-Oxazolidindion ein Alkalimetallsalz und es sind eine Neutralisierung mit einer Säure, Extraktion mit einem Lösungsmittel zum Entsalzen, ein komplizierter Reinigungsvorgang, wie z. B. Destil lation oder dergleichen, notwendig um ein freies 2,4- Oxazolidindion zu erhalten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines gereinigten 2,4-Oxazolidindions in hoher Ausbeute ohne Verwendung einer teuren Alkalimetallverbindung und in einfacher Weise durch ein einfaches Reinigungsverfahren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben strebsam Untersuchungen an einem Verfahren zur Herstellung eines 2,4- Oxazolidindions, das die oben genannten Probleme beinhaltet, durchgeführt und schließlich gefunden, dass ein 2,4- Oxazolidindion in einfacher Weise in hoher Ausbeute erhalten werden kann, indem ein 2-Hydroxycarbonsäureester vorab mit Harnstoff in Gegenwart eines Katalysators bei einer Temperatur von 100 bis 250ºC ohne Verwendung einer teuren Alkalimetallverbindung umgesetzt wird; sie haben eine Patentanmeldung eingereicht (japanische Offenlegungsschrift Nr. 48769/1997).
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weitere Untersuchungen durchgeführt und schließlich festgestellt, dass die oben erhaltene Reaktionslösung ein 2-Hydroxycarbonsäureamid und Carbaminsäureester als Nebenprodukte enthält, dass das 2-Hydroxycarbonsäureamid kaum von dem 2,4- Oxazolidindion abgetrennt wird und dass ein nicht- umgesetzter 2-Hydroxycarbonsäureester und der Katalysator durch Destillation aus der Reaktionslösung abgetrennt werden und der Rest dann kristallisiert oder unter Verwendung von Wasser extrahiert wird, wobei in einfacher Weise ein gereinigtes 2,4-Oxazolidindion erhalten wird. Diese Feststellungen haben zur Vollendung der vorliegenden Erfindung geführt.
D. h. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines gereinigten 2,4-Oxazolidindions aus einem 2-Hydroxycarbonsäureester und Harnstoff, umfassend:
[A] eine Stufe der Umsetzung eines 2-Hydroxycarbonsäureesters, dargestellt durch die Formel (1)
worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Benzylgruppe oder eine 2-Thienylgruppe darstellen und R&sub3; eine Niedrigalkylgruppe darstellt,
mit Harnstoff in Gegenwart eines Katalysators bei einer Temperatur von 100 bis 250ºC unter Bildung eines 2,4-Oxazolidindions, das durch die Formel (2) dargestellt wird
worin R&sub1; und R&sub2; dieselbe Bedeutung wie in Formel (1) haben,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem umfasst:
[B] eine Stufe der Trennung der in Stufe [A] erhaltenen Reaktionslösung in (a) eine niedrig-siedende Fraktion, die hauptsächlich aus einem nicht-umgesetz ten 2-Hydroxycarbonsäureester besteht, (b) eine Fraktion, die hauptsächlich aus dem 2,4-Oxazolidindion besteht, und (c) eine Katalysator-enthaltende hochsiedende Komponente durch Destillation und
[C] eine Stufe, in der die Fraktion (b), die hauptsächlich aus dem in Stufe [B] erhaltenen 2,4- Oxazolidindion besteht, in Wasser bei einem Gewichtsverhältnis von Wasser : dieser Fraktion (b) von 2 oder weniger gelöst wird und gekühlt wird um Kristalle des 2,4-Oxazolidindions auszufällen, dann filtriert wird um das 2,4-Oxazolidindion abzutrennen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Reaktion in Stufe [A] der vorliegenden Erfindung wird durchgeführt, indem ein Katalysator zu einer gemischten Lösung eines 2-Hydroxycarbonsäureesters und Harnstoff gegeben wird und das Gemisch dann erhitzt wird.
Beispiele für den 2-Hydroxycarbonsäureester, der als Ausgangsmaterial verwendet wird, umfassen Niedrigalkylester von 2-Hydroxycarbonsäuren, wie z. B. Glykolsäure, Milchsäure, 2-Hydroxybuttersäure, 2-Hydroxyisobuttersäure, 2- Hydroxyvaleriansäure, 2-Hydroxyhexansäure, Mandelsäure, 2- Hydroxy-3-phenylpropionsäure und 2-(2-Thienyl)glykolsäure.
Was das Verhältnis des Ausgangsmaterials 2-Hydroxycarbonsäureester zu Harnstoff angeht, so ist es empfehlenswert, dass der Anteil des 2-Hydroxycarbonsäureesters im Bereich von 1 bis 5 mol pro mol Harnstoff liegt. Wenn das Molverhältnis des 2-Hydroxycarbonsäureesters zu Harnstoff kleiner als 1 ist, ist die Selektivität für das 2,4-Oxazolidindion durch die Nebenreaktion von Harnstoff selbst verringert. Wenn darüber hinaus das Molverhältnis des 2- Hydroxycarbonsäureesters zu Harnstoff mehr als 5 ist, ist die Menge des 2-Hydroxycarbonsäureesters, die wiedergewon nen und zurückgeführt wird, erhöht und dies ist vom wirtschaftlichen Standpunkt unerwünscht.
Die Reaktion in Stufe [A] läuft bei Einstellen der Reaktionstemperatur auf 100ºC oder höher ohne Verwendung des Katalysators ab. Allerdings ist es vorteilhaft, den Katalysator zu verwenden.
Der Katalysator ist vorzugsweise ein einfaches Metall oder mehrere einfache Metalle, ausgewählt aus Kupfer, Beryllium, Calcium, Barium, Zink, Cadmium, Aluminium, Titan, Zinn, Blei, Vanadium, Antimon, Wismuth, Chrom, Molybdän, Tellur, Mangan und Eisen oder Verbindungen der genannten. Im Allgemeinen werden ein Metallpulver, eine Metallplatte, ein Oxid, ein Hydroxid, ein anorganisches Salz, ein Carbonat, ein basisches Carbonat und ein organisches Säuresalz verwendet.
Diese Katalysatoren können entweder einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Außerdem können diese Katalysatoren auch im Gemisch mit Verbindungen oder Trägern, die für die Reaktion inaktiv sind, verwendet werden oder von diesen getragen werden.
Die Menge des Katalysators ist nicht besonders beschränkt. Im Allgemeinen wird er so verwendet, dass die Menge der Metallverbindung zwischen 0,0001 und 10 mol, vorzugsweise zwischen 0,001 und 1 mol pro mol Harnstoff liegt.
Die Reaktion in Stufe [A] wird durchgeführt, indem ein Gemisch aus 2-Hydroxycarbonsäureester, Harnstoff und einem Katalysator bei einer Reaktionstemperatur gehalten wird und gleichzeitig Ammoniak, der gebildet wird, aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird.
Um Ammoniak zu entfernen, ist auch ein Verfahren wirksam, bei dem ein inertes Gas unter Reaktionsbedingungen während der Reaktion in die Reaktionslösung eingeführt wird. Ein Verfahren, bei dem die Reaktion durchgeführt wird, während das Ausgangsmaterial oder das Lösungsmittel unter Rückfluss gehalten werden, anstatt Inertgas eingeführt wird, ist wirksamer. Wenn das Ausgangsmaterial oder das Lösungsmittel einen hohen Siedepunkt haben, ist es zweckdienlich den Rückfluss unter reduziertem Druck durchzuführen.
Die Menge des Ausgangsmaterials oder des Lösungsmittels, die unter Rückfluss gehalten werden soll, liegt zwischen 1 und 100 mol pro mol gebildetes Ammoniak.
Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 100 und 250ºC, vorzugsweise zwischen 120 und 200ºC. Wenn die Reaktionstemperatur zu niedrig ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig. Wenn sie zu hoch ist, wird die Geschwindigkeit der Nebenreaktion erhöht.
Die Reaktionszeit variiert in Abhängigkeit vom Typ des 2- Hydroxycarbonsäureesters als Ausgangsmaterial, dem Typ und der Menge des Katalysators und der Reaktionstemperatur. Sie liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 20 Stunden.
Die Stufe [B] der Trennung des nicht umgesetzten 2- Hydroxycarbonsäureesters und des Katalysators aus der Reaktionslösung ist eine normale Destillationsstufe. Zuerst wird eine niedrig-siedende Fraktion, die hauptsächlich aus nicht-umgesetztem 2-Hydroxycarbonsäureester, der eine tiefer-siedende Substanz als das 2,4-Oxazolidindion ist, besteht und dann die Fraktion, die hauptsächlich aus dem 2,4-Oxazolidindion besteht, erhalten. Die niedrig-siedende Fraktion, die hauptsächlich aus dem nicht umgesetzten 2- Hydroxycarbonsäureester besteht, und die Katalysator- enthaltende hoch-siedende Komponente (auch Bodenprodukt), die gewonnen werden, werden dem Reaktionssystem wieder zugeführt und wiederverwendet.
Die Fraktion, die hauptsächlich aus dem in Stufe [B] erhaltenen 2,4-Oxazolidindion besteht, enthält ein 2- Hydroxycarbonsäureamid, einen Carbaminsäureester und dergleichen, die durch die Reaktion als Nebenprodukte gebildet werden; diese Nebenprodukte werden in der nächsten Stufe [C] abgetrennt und gereinigt.
Was die Destillationsbedingungen angeht, so sind entweder Normaldruck oder reduzierter Druck anwendbar; der Druck variiert in Abhängigkeit von dem als Ausgangsmaterial verwendeten 2-Hydroxycarbonsäureester und dem gebildeten 2,4- Oxazolidindion.
In Stufe [C] der vorliegenden Erfindung wird das gereinigte 2,4-Oxazolidindion durch ein Kristallisationsverfahren aus der Fraktion erhalten, die hauptsächlich aus dem 2,4- Oxazolidindion besteht und in [B] erhalten wird.
In diesem Verfahren wird das Lösungsmittel zu der Fraktion gegeben, die hauptsächlich aus dem 2,4-Oxazolidindion besteht und in Stufe [B] erhalten wird, gegeben; dieses wird zur Durchführung einer Kristallisation darin gelöst, wodurch das gereinigte 2,4-Oxazolidindion erhalten wird. Das bei diesem Kristallisationsverfahren verwendete Lösungsmittel ist vorzugsweise Wasser.
Wenn Wasser verwendet wird und seine Menge groß ist, so ist der Anteil der Kristalle des erhaltenen gereinigten 2,4-Oxazolidindions verringert. Dementsprechend ist die Menge an Wasser, ausgedrückt als Gewichtsverhältnis, bezogen auf die Fraktion, die hauptsächlich aus dem 2,4- Oxazolidindion als Ausgangsmaterial besteht, 2 oder weniger. Wenn die Wassermenge zu gering ist, ist die Reinheit des gereinigten 2,4-Oxazolidindions verringert.
Die Lösungstemperatur nach Wasserzusatz variiert in Abhängigkeit vom Typ des 2,4-Oxazolidindions und dem Typ des enthaltenen Nebenprodukts.
Sie ist üblicherweise höchstens 100ºC, d. h. der Siedepunkt des Wassers unter Normaldruck.
Das Verfahren zum Ausfällen der Kristalle des 2,4- Oxazolidindions kann ein normales Kühlungsverfahren sein. Dabei ist die Kühlungstemperatur möglichst niedrig um eine hohe Kristallausbeute zu erhalten.
Die Primärkristalle des 2,4-Oxazolidindions, die durch Filtration nach der Kühlung erhalten werden, enthalten eine geringe Menge an Filtrat, das Nebenprodukte enthält. Um ein 2,4-Oxazolidindion hoher Reinheit zu erhalten, ist es dementsprechend effektiv, die Kristalle mit einer geringen Menge an Wasser zu waschen. Die zum Waschen der Kristalle verwendete Wassermenge variiert in Abhängigkeit vom Typ des 2,4-Oxazolidindions. Wasser wird üblicherweise, ausgedrückt als Gewicht, bezogen auf die Primärkristalle des 2,4-Oxazolidindions, in einer Menge von 1 oder weniger eingesetzt. Die Temperatur des verwendeten Wassers ist vorzugsweise möglichst gering um den Verlust durch Lösen der 2,4-Oxazolidindionkristalle in Wasser zu reduzieren.
Da die so erhaltenen Kristalle des 2,4-Oxazolidindions eine geringe Menge an Wasser, das zum Waschen verwendet wurde, enthalten, wird das gereinigte 2,4-Oxazolidindion durch Entfernung des Wassers durch Trocknung oder Destillation erhalten.
Das durch Kristallisation abgetrennte Filtrat enthält das 2,4-Oxazolidindion und ein 2-Hydroxycarbonsäureamid, einen Carbaminsäureester und dergleichen, die Nebenprodukte darstellen. Das 2,4-Oxazolidindion wird durch Extraktion mit dem Lösungsmittel aus diesem Filtrat gewonnen oder aber Wasser wird durch Destillation aus dem Filtrat abgetrennt und der Rückstand wird dann zu dem Reaktionssystem zurückgeführt oder das Filtrat wird mit Harnstoff oder einem Kohlensäurediester umgesetzt, wodurch es möglich wird, die Ausbeute des gereinigten 2,4-Oxazolidindions zu verbessern.
Die durch Waschen der Primärkristalle erhaltene Waschflüssigkeit wird als Wasser verwendet, das zuerst bei der Kristallisation zugesetzt wird, wodurch die Gesamtmenge des 2,4-Oxazolidindions, das in der Waschflüssigkeit gelöst wird, wiedergewonnen wird; so kann die Ausbeute an gereinigtem 2,4-Oxazolidindion verbessert werden.
Jede der Stufen, die durch [A] bis [C] dargestellt werden, kann in der vorliegenden Erfindung chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das gereinigte 2,4-Oxazolidindion aus dem 2-Hydroxycarbonsäureester und Harnstoff durch ein einfaches Reinigungsverfahren ohne Verwendung einer teuren Alkalimetallverbindung hergestellt werden.
Daher kann die vorliegende Erfindung das gereinigte 2,4- Oxazolidindion, das als Zwischenprodukt zur Herstellung eines photographischen Gelbkupplers oder als Zwischenprodukt zur Herstellung von Arzneimitteln wichtig ist, industriell vorteilhaft bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Allerdings wird die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Beispiel 1

Stufe [A]

Ein 500-Milliliter-Dreihalskolben, der mit einem Rührer, einem Rückflusskühler und einem Thermometer ausgestattet war, wurde mit 236,3 g (2,00 mol) Methyl-2-hydroxyisobutyrat, 60,1 g (1,00 mol) Harnstoff und 1,5 g Bleioxid beschickt; das Gemisch wurde unter Rühren bei 140ºC und 93,3 kPa (700 Torr) am Rückfluß erhitzt. Nachdem die Reaktion 3 Stunden durchgeführt worden war, erreichte die Temperatur der Reaktionslösung 170ºC. Danach wurde die Reaktionslösung unter Erhalt von 247,7 g Reaktionslösung abgekühlt. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wurde durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Danach enthielt sie 104,3 g nicht-umgesetztes Methyl-2-hydroxyisobutyrat, 121,9 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 11,9 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid als Nebenprodukt und 3,1 g Methylcarbamat als Nebenprodukt.
Das Resultat war, dass die Umsetzung von Methyl-2-hydroxyisobutyrat, bezogen auf den theoretischen Wert von 50,0%, 55,8% war und dass die Ausbeute an 5,5-Dimethyl-2,4- oxazolidindion, bezogen auf umgesetztes Methyl-2-hydroxybutyrat, 84,7% war.

Stufe [B]

Die Gesamtmenge der in [A] erhaltenen Reaktionslösung wurde in einen 300-Milliliter-Destillationskolben gegeben und die Destillation wurde unter vermindertem Druck durchgeführt, wodurch 104,8 g einer niedrig-siedenden Fraktion (< 2,66 kPa (< 20 Torr), 50ºC), die hauptsächlich aus Methyl-2-hydroxyisobutyrat bestand, 118,7 g einer Fraktion (2,66 kPa (20 Torr), 50ºC ~ 1,6 kPa (12 Torr), 154ºC), die hauptsächlich aus 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion bestand, und 20,5 g einer Katalysator-enthaltenden hoch-siedenden Komponente (Destillationsbodenprodukt) erhalten wurden.
Die Analyse der Zusammensetzungen der jeweiligen Fraktionen und des Destillationsbodenprodukts durch Flüssigkeitschromatographie ergab: 103,1 g Methyl-2-hydroxyisobutyrat in der niedrig-siedenden Fraktion; 104,4 g 5,5-Dimethyl- 2,4-oxazolidindion, 9,7 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid, 1,3 g Methylcarbamat in der Hauptfraktion und 17,4 g 5,5- Dimethyl-2,4-oxazolidindion in Destillationsbodenprodukt.

Stufe [C]

Die Gesamtmenge der Fraktion, die hauptsächlich aus 5,5- Dimethyl-2,4-oxazolidindion bestand und in Stufe [B] erhalten worden war, und 70 g Wasser wurden in einen 300- Milliliter-Becher gefüllt, bei 50ºC erwärmt und gleichmäßig gelöst. Die Lösung wurde dann auf 5ºC gekühlt. Die ausgefallenen Kristalle wurden filtriert und das Filtrat wurde abgetrennt. Die resultierenden Primärkristalle wurden dann mit 50 g kaltem Wasser mit 5ºC gewaschen und unter Erhalt von 85,2 g gereinigtem 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion getrocknet. Das gewonnene Filtrat war 70,9 g und die gewonnene Waschflüssigkeit war 72,8 g.
Die Reinheit des resultierenden gereinigten 5,5-Dimethyl- 2,4-oxazolidindions und die Zusammensetzungen des Filtrats und der Waschflüssigkeit wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Danach war die Reinheit des gereinigten 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindions 99,3%; im Filtrat waren 11,2 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 7,7 g 2- Hydroxyisobuttersäureamid, 1,0 g Methylcarbamat; in der Waschflüssigkeit waren 8,1 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 1,7 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid und 0,2 g Methylcarbamat. Die Nettoausbeute an 5,5-Dimethyl-2,4- oxazolidindion, die unter Berücksichtigung der Reinheit des gereinigten 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindions bereitgestellt wurde, betrug, bezogen auf den Harnstoff als Ausgangsmaterial, 65,5%.

Beispiel 2

Stufe [A]

Dieselbe Vorrichtung wie die, die in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mit 130,0 g (1,10 mol) Methyl-2-hydroxyisobutyrat, 60,1 g (1,00 mol) Harnstoff und der Gesamtmenge der niedrig-siedenden Fraktion, die hauptsächlich aus Methyl-2-hydroxyisobutyrat bestand, und die Katalysator- enthaltende hoch-siedende Komponente (Destillationsbodenprodukt), die in Stufe [B] von Beispiel 1 gewonnen worden waren, beschickt. Die Reaktion wurde 3 Stunden wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Reaktionslösung wurde abgekühlt, wodurch 269,0 g Reaktionslösung erhalten wurden. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wurde durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Das Resultat war, dass diese 109,0 g nicht-umgesetztes Methyl-2-hydroxyisobutyrat, 130,5 g gebildetes 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 14,5 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid als Nebenprodukt und 5,5 g Methylcarbamat als Nebenprodukt enthielt.
Folglich war die Umwandlung von Methyl-2-hydroxyisobutyrat, bezogen auf den theoretischen Wert von 50,0%, 53,2%; die Ausbeute an frisch gebildetem 5,5-Dimethyl-2,4- oxazolidindion, bezogen auf das umgesetzte Methyl-2- hydroxyisobutyrat, war 83,4%.

Stufe [B]

Die Gesamtmenge der in Stufe [A] erhaltenen Reaktionslösung wurde in einen 300-Milliliter-Destillationskolben gefüllt und die Destillation wurde unter reduziertem Druck durchgeführt, wodurch 107,2 g einer niedrig-siedenden Fraktion (< 2,66 kPa (< 20 Torr), 120ºC), die hauptsächlich aus Methyl-2-hydroxyisobutyrat bestand, 133,6 g einer Fraktion (2,66 kPa (20 Torr), 120ºC ~ 1,6 kPa (12 Torr), 154ºC), die hauptsächlich aus 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion bestand, und 23,5 g einer Katalysator-enthaltenden hoch-siedenden Komponente (Destillationsbodenprodukt) erhalten wurden.
Die Zusammensetzungen jeder Fraktion und des Destillationsbodenprodukts wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Demnach waren 105,0 g Methyl-2-hydroxyisobutyrat in der niedrig-siedenden Fraktion enthalten; 114,8 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 12,2 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid, 3,2 g Methylcarbamat in der Hauptfraktion enthalten; und im Destillationsbodenprodukt waren 19,7 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion enthalten.

Stufe [C]

Ein 300-Milliliter-Becher wurde mit der Gesamtmenge der Fraktion, die hauptsächlich aus 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion bestand und die in Stufe [B] erhalten worden war, und der Gesamtmenge der in Stufe [C] von Beispiel 1 gewonnenen Waschflüssigkeit beschickt. Das Gemisch wurde bei 50ºC erwärmt und gleichmäßig gelöst. Dann wurde die Lösung auf 5ºC abgekühlt. Die ausgefallenen Kristalle wurden zur Abtrennung des Filtrats filtriert. Die resultierenden Primärkristalle wurden mit 50 g kaltem Wasser mit 5ºC gewaschen, wodurch 97,3 g gereinigtes 5,5-Dimethyl- 2,4-oxazolidindion erhalten wurden. Das gewonnene Filtrat war 82,4 g und die gewonnene Waschflüssigkeit war 55,7 g.
Die Reinheit des resultierenden gereinigten 5,5-Dimethyl- 2,4-oxazolidindions und die Zusammensetzung des gewonnenen Filtrats und der gewonnenen Waschflüssigkeit wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Demnach war die Reinheit des gereinigten 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindions 99,2%; im Filtrat waren 15,7 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 12,1 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid, 2,9 g Methylcarbamat enthalten; in der Waschflüssigkeit waren 9,8 g 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, 1,8 g 2-Hydroxyisobuttersäureamid und 0,5 g Methylcarbamat enthalten.
Die Nettoausbeute an 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, bezogen auf das Ausgangsmaterial Harnstoff, betrug 74,8%.

Beispiel 3

Fünfzig Milliliter Diisopropylether wurden zu der Gesamtmenge des Filtrats nach der Kristallisation und Abtrennung, die in Stufe [C] von Beispiel 2 erhalten worden war, gegeben um 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion zu extrahieren. Der Extraktionsvorgang wurde zweimal durchgeführt und der resultierende Extrakt wurde konzentriert um 14,9 g 5,5- Dimethyl-2,4-oxazolidindion zu gewinnen. Wenn dieser mit dem gereinigten 5,5-Dimethyl-2,4-oxazolidindion, das in Stufe [C] von Beispiel 2 erhalten worden war, kombiniert wurde, war die Menge 112,2 g; die Ausbeute desselben, bezogen auf Harnstoff als Ausgangsmaterial, betrug 86,3%.

Beispiel 4

(Stufe [C] dieses Beispiels stellt keine Ausführungsform von Stufe [C], wie sie in Anspruch 1 definiert ist, dar)

Stufe [A]

Dieselbe Vorrichtung, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mit 354,4 g (3,00 mol) Ethyllactat, 60,1 g (1,00 mol) Harnstoff und 3,0 g Zinkoxid beschickt, dann wurde das Gemisch unter normalem Druck bei 155ºC unter Erhitzen am Rückfluß gehalten, während gerührt wurde. Nachdem die Reaktion 2 Stunden lang durchgeführt worden war, erreichte die Temperatur der Reaktionslösung 165ºC. Die Reaktionslösung wurde unter Erhalt von 348,6 g der Reaktionslösung abgekühlt. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wurde durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Demnach enthielt sie 226,8 g nicht-umgesetztes Ethyllactat, 106,5 g gebildetes 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, 6,7 g Milchsäureamid als Nebenprodukt und 2,9 g Ethylcarbamat als Nebenprodukt.
Das Ergebnis war, dass die Umwandlung von Ethyllactat 36,0%, bezogen auf den theoretischen Wert von 33,3%, war und dass die Ausbeute an 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, bezogen auf Ethyllactat, 85,7% war.

Stufe [B]

Ein 500-Milliliter-Destillationskolben wurde mit der Gesamtmenge der Reaktionslösung, die in Stufe [A] erhalten worden war, beschickt und die Destillation wurde bei verringertem Druck durchgeführt, wobei 228,9 g einer niedrigsiedenden Fraktion (< 2,66 kPa (< 20 Torr), 120ºC), die hauptsächlich aus Ethyllactat bestand, 100,4 g einer Fraktion (2,66 kPa (20 Torr), 120ºC ~ 0,66 kPa (5 Torr), 140º0, die hauptsächlich aus 5-Methyl-2,4-oxazolidindion bestand, und 16,8 g einer Katalysator-enthaltenden hochsiedenden Komponente erhalten wurden.
Die Zusammensetzung jeder Fraktion und des Destillationsbodensproduktes wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Das Resultat war, dass 225,8 g Ethyllactat in der niedrig-siedenden Fraktion waren; dass 94,3 g 5- Methyl-2,4-oxazolidindion, 5,7 g Milchsäureamid in der Hauptfraktion waren; und dass 0,9 g Ethylcarbamat und 12,4 g 5-Methyl-2,4-oxazolidindion im Destillationsbodenprodukt waren.

Stufe [C]

Ein 500-Milliliter-Scheidetrichter wurde mit der Gesamtmenge der Fraktion, die hauptsächlich aus 5-Methyl-2,4- oxazolidindion bestand, die in Stufe [B] erhalten worden war, 200 g Methyl-t-butylether und 100 g Wasser beschickt. Die Lösung wurde unter Schütteln getrennt. Die organische Phase der oberen erhaltenen Schicht wurde außerdem zweimal mit Wasser in einer Menge von 100 g für jeden Waschgang gewaschen. Anschließend wurde Methyl-t-butylether durch Destillation entfernt, wodurch 64,2 g gereinigtes 5- Methyl-2,4-oxazolidindion erhalten wurden.
Außerdem wurde die wässerige Phase der unteren Schicht damit kombiniert und dreimal mit Methyl-t-butylether in einer Menge von 70 g für jede Extraktion extrahiert und 5- Methyl-2,4-oxazolidindion in der wässerigen Phase wiederzugewinnen.
Das resultierende gereinigte 5-Methyl-2,4-oxazolidindion und die Zusammensetzung der Methyl-t-butylether-Lösung, die 5-Methyl-2,4-oxazolidindion enthielt, das durch Extraktion der wässerigen Phase gewonnen worden war, wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Das Resultat war, dass die Reinheit von gereinigtem 5-Methyl-2,4- oxazolidindion 99,6% war und dass in der gewonnenen Methyl-t-butylether-Lösung, die 5-Methyl-2,4-oxazolidindion enthielt, 28,7 g 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, 0,5 g Milchsäureamid und 0,2 g Ethylcarbamat enthalten waren.
Die Nettoausbeute an 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, bezogen auf Harnstoff als Ausgangsmaterial, war 55,6%.

Beispiel 5

(Stufe [C] dieses Beispiels stellt keine Ausführungsform der Stufe [C], wie sie in Anspruch 1 definiert ist, dar)

Stufe [A]

Dieselbe Vorrichtung, wie sie in Beispiel 1 verwendet worden war, wurde mit 128,6 g (1,09 mol) Ethyllactat, 60,1 g (1,00 mol) Harnstoff und der Gesamtmenge der niedrigsiedenden Fraktion, die hauptsächlich aus Etyhllactat und dem Katalysator-enthaltenden hoch-siedenden Destillationsbodenprodukt, die in Stufe [B] von Beispiel 4 gewonnen worden waren, beschickt. Die Reaktion wurde wie in Beispiel 1 für 2 Stunden durchgeführt. Die Reaktionslösung wurde unter Erhalt von 368,8 g der Reaktionslösung abgekühlt. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wurde durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Demnach enthielt sie 228,9 g nicht-umgesetztes Ethyllactat, 115,9 g gebildetes Oxazolidindion, 7,8 g Milchsäureamid als Nebenprodukt und 3,3 g Ethylcarbamat als Nebenprodukt.
Das Resultat war, dass die Umwandlung von Ethyllactat 35,4%, bezogen auf den theoretischen Wert von 33,3%, war. Die Ausbeute an frisch gebildetem 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, bezogen auf umgesetztes Ethyllactat, war 84,7%.

Stufe [B]

Ein 500-Milliliter-Destillationskolben wurde mit der Gesamtmenge der Reaktionslösung, die in Stufe [A] erhalten worden war, beschickt und die Destillation wurde unter reduziertem Druck durchgeführt, wobei 229,3 g einer niedrigsiedenden Fraktion (< 2,66 kPa, (< 20 Torr), 120ºC), die hauptsächlich aus Ethyllactat bestand, 118,7 g einer Fraktion (2,66 kPa (20 Torr), 120ºC ~ 0,66 kPa (5 Torr), 140ºC), die hauptsächlich aus 5-Methyl-2,4-oxazolidindion bestand, und 18,8 g einer Katalysator-enthaltenden hochsiedenden Fraktion (Destillationsbodenprodukt) erhalten wurden.
Die Zusammensetzungen für jede Fraktion und das Destillationsbodenprodukt wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Das Resultat war, dass 226,2 g Ethyllactat in der niedrig-siedenden Fraktion waren; dass 106,4 g 5- Methyl-2,4-oxazolidindion, 6,6 g Milchsäureamid, 1,2 g Ethylcarbamat in der Hauptfraktion waren und dass 10,1 g 5- Methyl-2,4-oxazolidindion in dem Destillationsbodenprodukt waren.

Stufe [C]

Die Gesamtmenge der Methyl-t-butylether-Lösung, die 5- Methyl-2,4-oxazolidindion enthielt, und die in Stufe [C] von Beispiel 4 gewonnen worden war, und 100 g Wasser wurden zu der Gesamtmenge der Fraktion, die hauptsächlich aus 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, erhalten in Stufe [B], in einen 500-Milliliter-Scheidetrichter gegeben, dann wurde die Lösung unter Schütteln getrennt. Die organische Schicht der resultierenden oberen Schicht wurde außerdem zweimal mit Wasser in einer Menge von 100 g für jeden Waschgang gewaschen. Anschließend wurde Methyl-t-butylether durch Destillation entfernt, wobei 93,7 g gereinigtes 5-Methyl- 2,4-oxazolidindion erhalten wurden.
Ferner wurde die wässerige Lösung der unteren Schicht damit kombiniert und zweimal mit Methyl-t-butylether in einer Menge von 100 g bei jeder Extraktion extrahiert.
Das resultierende gereinigte 5-Methyl-2,4-oxazolidindion und die Zusammensetzung der Methyl-t-butylether-Lösung, die 5-Methyl-2,4-oxazolidindion enthielt, welches durch die Extraktion der wässerigen Phase gewonnen worden war, wurden durch Flüssigkeitschromatographie analysiert. Demnach war die Reinheit des gereinigten 5-Methyl-2,4- oxazolidindions 99,4%; in der gewonnenen Methyl-t- butylether-Lösung, die 5-Methyl-2,4-oxazolidindion ent hielt, waren 39,5 g 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, 0,7 g Milchsäureamid und 0,3 g Ethylcarbamat.
Die Nettoausbeute an 5-Methyl-2,4-oxazolidindion, bezogen auf Harnstoff als Ausgangsmaterial, war 80,9%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gereinigten 2,4-Oxazolidindions aus einem 2-Hydroxycarbonsäureester und Harnstoff, umfassend:

[A] eine Stufe der Umsetzung eines 2-Hydroxycarbonsäureesters, dargestellt durch die Formel (1)

worin R&sub1; und R&sub2;, unabhängig voneinander, ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Benzylgruppe oder eine 2-Thienylgruppe darstellen und R&sub3; eine Niedrigalkylgruppe darstellt,

mit Harnstoff in Gegenwart eines Katalysators bei einer Temperatur von 100 bis 250ºC unter Bildung eines 2,4-Oxazolidindions, das durch die Formel (2) dargestellt wird

worin R&sub1; und R&sub2; dieselbe Bedeutung wie in Formel (1) haben,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Verfahren außerdem umfasst:

[B] eine Stufe der Trennung der in Stufe [A] erhaltenen Reaktionslösung in (a) eine niedrigsiedende Fraktion, die hauptsächlich aus einem nicht umgesetzten 2- Hydroxycarbonsäureester besteht, (b) eine Fraktion, die hauptsächlich aus dem 2,4-Oxazolidindion besteht, und (c) ei ne Katalysator-enthaltende hochsiedende Komponente durch die Destillation und

[C] eine Stufe, in der die Fraktion (b), die hauptsächlich aus dem in Stufe [B] erhaltenen 2,4-Oxazolidindion besteht, in Wasser bei einem Gewichtsverhältnis von Wasser zu dieser Fraktion (b) von 2 oder weniger gelöst wird und gekühlt wird, um Kristalle des 2,4-Oxazolidindions auszufällen, dann filtriert wird, um das 2,4-Oxazolidindion abzutrennen.

2. Verfahren zur Herstellung des 2,4-Oxazolidindions nach Anspruch 1, wobei der in Stufe [A] verwendete Katalysator ein einfaches Metall oder mehrere einfache Metalle, ausgewählt aus Kupfer, Beryllium, Calcium, Barium, Zink, Cadmium, Aluminium, Titan, Zinn, Blei, Vanadium, Antimon, Wismut, Chrom, Molybdän, Tellur, Mangan und Eisen, oder Verbindungen davon, ist.

3. Verfahren zur Herstellung des 2,4-Oxazolidindions nach Anspruch 1, wobei (a) die niedrigsiedende Fraktion, die hauptsächlich aus dem nicht umgesetzten 2-Hydroxycarbonsäureester besteht, und (c) die Katalysator-enthaltende hochsiedende Komponente, die in Stufe [B] getrennt werden, recycelt und wieder verwendet werden.

4. Verfahren zur Herstellung des 2,4-Oxazolidindions nach Anspruch 1, wobei in Stufe [C] das Filtrat mit einem organischen Lösungsmittel unter Erhalt des geringeren Teils des 2,4-Oxazolidindions extrahiert wird.

5. Verfahren zur Herstellung des 2,4-Oxazolidindions nach Anspruch 1, wobei in Stufe [C] das 2,4-Oxazolidindion mit Wasser gespült wird und das Spülwasser als Lösungswasser verwendet wird.