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Verfahren zur Herstellung basisch substituierter Carbonsäureamide
Es wurde gefunden, daß man wertvolle basische CärbQnsäureamide erhält, wenn man
Carbonsäuren, die quaternäre Ammoniumgruppen im Molekül enthalten, bzw. ihre innenmolekularen
oder ihre mit Säuren oder Basen gebildeten Salze in Gegenwart wasserabspaltender
Mittel bei erhöhter Temperatur auf primäre oder sekundäre Aminogruppen enthaltende
organische Verbindungen einwirken läßt. Die Umsetzung erfolgt vorteilhafterweise
in Gegenwart eines indifferenten Verdünnungsmittels: Das quaternäre Stickstoffatom
der vorge-* nannten Carbonsäuren kann auch Bestandteil eines heterocyclischen Ringsystems
sein. Als-Beispiele seien angeführt Betäüi und seine Homologen, Trimethyl-m- oder
--p-benzbetain; ferner die Anlagerungserzeugnisse von Alkyl-oder Aralkylhalogeniden
oder von Dialkylsulfäten oder Arylsulfonsäurealkylestern an Dimethylaminoessigsäure,
an N-Piperidinoessigsäure, an die drei Dimethylaminobenzoesäuren, an die drei Pyridinxnonocarbonsäuren
oder an die verschiedenen Pyridindicarbonsäuren oder Chinolincarbonsäuren. Leicht
zugängliche Ausgangsstoffe sind schließlich noch die Anlagerungsprodukte von Halogenessigsäuren
an Pyridinbasen, wie Pyridin und seine Homologen, Chinolin oder Isochinolin. Die
für das Verfahren geeigneten Aminoverbindungen können die verschiedenste Konstitution
besitzen. Es sind sämtliche primären und sekundären Amine der aliphatischen, aromatischen,
gemischt aliphatischaromatischen und heterocyclischen Reihe verwendbar. Die Amine
können auch beliebige Substituenten enthalten, sofern diese sich bei der vQrliegenden
Umsetzung. indifferent verhalten. Werden solche Aminoverbindungen angewendet, deren
mineralsaure Salze in wäßriger Lösung gar nicht oder nur zu einem geringen Betrage
hydrolytisch gespalten sind, wie die Alkylamine oder Anilin und seine Homologen,
so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kondensation in Gegenwart tertiärer
Amine, wie Triäthylamin, -Dimethylani= ]in oder Pyridin, vorzunehmen, die in diesem
Falle auch gleichzeitig die Rolle des Verdünnungsmittels übernehmen können. Bei
sehr schwach basischen Aminen, wie beim Diphenylamin, p-Nitranilin oder beiden Aminoanthrachinonen,
ist dieser Zusatz entbehrlich.
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Als wasserabspaltende Mittel kommen in erster Linie die Phosphorhalogenide
und -oxyhalogenide sowie Thionylchlorid in Betracht: Die Kondensation von Carbonsäuren
mit Aminen mittels wasserabspaltender- Mittel ist zwar bereits bekannt; bekannt
ist es auch,
daß Carbonsäuren mit einer tertiären Aminogruppe zu
dieser Kondensation fähig sind. Neu und überraschend ist aber, daß auch Carbonsäuren,
die eine quaternäre Ammoniumgruppe enthal.`en, zu dieser Kondensation fähig sind.
Es war vielmehr zu erwarten, daß durch den stark basischen quaternären Ammeniumrest,
dessen Bas:zität bekanntlich diejenige der primären, sekundären und tertiären Aminogruppe
bei weitem übertrifft, die Reaktionsfähigkeit der Carbonsäuren gehemmt werden würde.
In besonderem Maße gilt dies von Betain und von anderen hierher gehörigen Stoffen
betainartiger Struktur, welche innere Salze darstellen. Diese sowohl als auch ihre
Mineralsäureadditionsprodukte, z. B. Betainhydrochlorid, sind in den üblichen indifferenten
Verdünnungsmitteln, wie Kohlenwasserstoffen und Halogenkohlenwasserstoffen oder
Nitrobenzol, praktisch unlöslich. Auch aus diesem Grunde war der in vielen Fällen
sehr glatte Ablauf der neuen Kondensationsreaktion nicht vorauszusehen.
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Der technische Fortschritt des vorliegenden Verfahrens ist darin zu
sehen, daß man in einem einzigen Arbeitsgang, von den vielfach leicht zugänglichen
Carbonsäuren mit quaternärem Stickstoffatom ausgehend, unmittelbar zu den technisch
mannigfach verwendbaren basisch substituierten Carbonsäureanziden gelangt, die nach
den bisher bekannten Methoden nur durch eine Folge von mehreren Operationen gewonnen
werden konnten.
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In dem Falle, daß Betain zur Verwendung j kommt, welches bekanntlich
in der Melasseschlempe der Rübenzuckerfabrikation in beträchtlicher Menge vorkommt,
ist das vorliegende Verfahren auch von großer wirtschaftlicher Bedeutung insofern,
als damit zurrt ersten Male das Betain in Form hochwertiger Umwandlungsprodukte
nutzbar gemacht werden kann. Beispiel i 185 Gewichtsteile n-Dodecylaniin werden
in 3oo Teilen Pyridin gelöst. Die Lösung wird zu 3ooo Teilen Toluol hinzugefügt,
worauf in dieser Lösung 117 Teile fein gepulvertes, trockenes Be;ain suspendiert
werden. Hierauf läßt man allmählich 125 Teile Phosphörtrchlorid einlaufen und erwärmt
die Mischung unter ständigem gutem Rühren allmählich bis auf i io'. Bei dieser Ternper-atur
rührt man 3 bis. 4 Stunden, kühlt dann auf Raumtemperatur und saugt den kristallinisch
äusgeschie= denen Niederschlag ab. Derselbe besteht aus dein N - Dodecylacetam-d
- co - trimethylammoniumchlörid, das in Wasser unter starkem Schäumen leicht löslich
und aus dieser Lösung durch Kochsalz nicht aussalzbar ist, aber mit Kaliumjodid
als in heißem Wasser leicht, in kaltem Wässer schwer lösliches Jodid vom Schmelzpunkt
176 bis r77° gefällt werden kann.
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Beispiel 2 ,.i 38 Teile m-Nitranilin und 153,5 Teile Betainhydrochlorid
werden, beide fein gepulvert, in i 5oo Raumteilen Toluol suspendiert. Hierzu fügt
man 25o Teile Pyridin und danach allmählich 14o Teile Phosphoroxychlerid. Die Mischung
wird dann auf ioo bis i i o' erwärmt und bei dieser Temperatur Stunden gerührt.
Nach dem Abkühlen auf 6o° fügt man i 5oo Teile Wasser hinzu und rührt, bis die ausgeschiedene
Masse sich flockig verteilt hat, worauf auf Raumtemperatur abgekühlt und filtriert
wird. Aus der wäßrigen Schicht des Filtrats kann man durch. Sättigen mit Kochsalz
einen kleinen Teil des Umsetzungserzeugnisses abscheiden. Die Hauptmenge desselben
befindet sich jedoch in dem Filterrückstand, der in 2ooo Teilen heißem Wasser gelöst
wird. Die heiße Lösung macht man dann schwach ammoniakalisch. filtriert von etwas
Unlöslichem und kühlt das Filtrat auf o° ab. Die reichlich gebildete gelblichweiße
Ausscheidung wird abfi:triert und getrocknet. Aus dem Filtrat kann durch Sättigen
mit Kochsalz nochmals eine kleine Menge des U msetzungserzeugn:sses gewonnen werden.
Die Gesamtausbeute an -Acetyl-m-nitranilinartrimethylanin:oniumchlorid (Schmel.:punkt
2i8') beträgt etwa 80% der Theorie.
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Beispiel 3 Man ersetzt in vorstehendem Beispiel das m-Nitran:lin durch
die gleiche Menge p-:@itranilin und verfährt sonst genau wie zuvor. Bei der Aufarbeitung
erhält man in ähnlich guter Ausbeute das Acetyi-p: nitranilin-w-trimethylammoniumchlorid
in braunen Kristallen vom Schmelzpunkt °Beispiel 214 bis 4 216.
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223 Teile a-Aminoanthrachinon und 170
Teile Betainhydröchlorid
werden in feingepulvertem Zustand in 3ooo Raumteilen Nitro-Benzol suspendiert und
i 8o, 'feile Thionylchlorid hinzugefügt. Die Mischung wird unter Rühren erwärmt,
wobei von etwa go° an eine Umsetzung zu bemerken ist,. die bei ioo unter lebhafter
Entwicklung von Chlorwasserstoff- und Schwefeldioxyd verläuft. Die dickliche Mischung-
geht allmählich bis auf eine geringe -verbleibende Suspension in -eine klare, braune
Lösung über, - die noch 31A2 Stunden bei - i i o bis 115' - gerührt wird.
Dami kühlt man ab, neutralisiert mit Sodalösung, -bläst das" Nitrobenzol mit Wasserdampf
ab,-filtriert die hinterbleibende wäßrige Lösung in der Wärme und kühlt das Filtrat
auf o'. Das
gebildefe- Acetyl=ä-aminoanthräEhinan-cv-trimethylatnmoniurnehlorid
(Schmelzpunkt- 2o8 bis z:og°). - fällt .nahezu vollständig als gelbes, mikrokristallines
: Pulver. .aus, welches filtrier: und getrocknet wird: .Die `Ausbeute beträgt $:@-.
bis =:8-5:o@a; hex tlZeoretschez@:=: . -. :.
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' Beispiel 5 278 Teile 2, 3-Oxynaphthoesäure-3'-aminoaniLd und 153,5
Teile Betainhydrochlorid werden in 3oo Teilen Toluol suspendiert. Man fügt 125 Teile
Phosphortrichlorid hinzu und dann allmählich 25o Teile Pyridin. Unter Rühren wird
langsam bis zum Sieden des Toluols erhitzt und 2 Stunden unter Rückfluß iveitergel>ocht:
'Dann kühlt"nian auf 6o° ah@:-fügt-3ooo Teile Wasser-hinzu>.kühlt weiter auf. Raumtemperatur
ab und filtriert: Der Rückstand wird mit q;öoo Teilen, Wasser liigere Zeit xtnter,gleichzeitigern
Zusatz .von gerade so' viel Soda,.-.daß die kongosaure :Reaktion verschwindet, bei
9o bis ioo° digeriert und die heiße, bräunliche Lösung von ungelöst gebliebenen
Anteilen abgegossen. B.-im Kühlen in Eis scheidet sich das Kondensationsprodukt
amorph ab. Es wird filtriert und bei 8o°-getrocknet. Seiner Bildungsweise und seinen
Eigenschaften zufolge hat das Erzeugnis die folgende Konstitutionsformel:
Das Produkt hat ausgesprochene Affinität zur Cellulosefaser.
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Beispiel 6 92 Teile Benzidin und 213,5 Teile Trim,ethyl-m-benzbetäinhydrochlorid
(Trimethyl-(m-carboxyphenyl)-ammoniumchlorid) werden in 2ooo Teilen Xylol suspendiert.
Man rührt dann i8o Teile Phosphortribromid und hierauf allmählich 3oo Teile Triäthylamin
ein, erwärmt langsam auf i oo°, hält unter ständigem Rühren die Temperatur q. Stunden
auf diesem Punkt, kühlt dann ab, versetzt mit 3ooo Teilen Wasser und filtriert.
Der Rückstand wird mit viel siedendem Wasser behandelt, die Lösung heiß filtriert
und das Filtrat abgekühlt, wobei sich das Kondensationsprodukt in Form des Brornids
fast vollständig abscheidet. Seine Konstitutionsformel ist sehr wahrscheinlich die
folgende:
Das Umsetzungserzeugnis hat ausgesprochene Affinität zur Cellulosefaser.
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Beispiel 7 171 Teile N-Athylpiperidinbetain der Formel -
werden in i5oo Raumteile Monochlorbenzol eingetragen; ferner werden 93 Teile Anilin
und 25o Teile Pyridin hinzugefügt und schließ:ich 125 Teile Phosphortrichlorid allmählich
eingerührt. Man wärmt auf i i o° auf, rührt 3 Stunden bei dieser Temperatur, kühlt
ab, fügt iooo Teile Wasser hinzu, .macht mit Soda lackmusneutral und bläst mit Wasserdampf
alles Flüchtige ab. Nach dem Erkalten wird abfiltriert und der Rückstand unter Zusatz
von so viel Salzsäure, daß die Flüssigkeit eben kongosauer reagiert, in 25oo Teilen
siedendem Wasser gelöst. Von etwas unlöslichem harzigem Rückstand wird-filtriert
und das Filtrat nach Zugabe von 7oo Teilen Kochsalz in Eis gekühlt. Hierbei fällt
das Umsetzungserzeugnis, das co-Piperidinoacetanilidchloräthylat, in Form farbloser
Kristalle aus. Der Niederschlag wird filtriert und getrocknet. ' Beispiel B 137
Teile wasserfreies Trigo.r.ellin und 138 Teile p-Nitranilin werden fein gepulvert
in i5oo Raumteilen Nitrobenzol suspendiert, worauf 175 Teile Thionylchlorid eingerührt
werden. Dann erhitzt man unter Rühren etwa Stunden .auf io5 bis i io° bis zur Beendigung
der Gasentwicklung, die bei etwa 8o° beginnt. Nach dein Erkalten filtriert man den
hellen, pulvrigen Rückstand ab, wäscht das anhaftende Nitrobenzol mit kaltem Alkohol
aus und trocknet bei 9o bis ioo°. Die Ausbeute an Nicotinsäure-p-nitranilidchlormethylat
beträgt etwa goo/o der Theorie. Durch Umkristallisieren aus Wasser kann das Erzeugnis
gereinigt werden. Beim Erhitzen verkohlt .es, ohne zu schmelzen.