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Verfahren zur Herstellung von N-substituierten .Amiden von ß-Oxycarbonsäuren
und bzw. oder N-substituierten ß -.Aminocarbonsäuren Es wurde gefunden, daß man
N-substituierte Amide von ß-Oxycarbonsäuren und bzw. oder N-substituierte ß-Aminocarbonsäuren,
die sich gewünschtenfalls leicht trennen lassen, erhält, wenn man ß-Lactone, d.
h. Lactone oder innere Ester der ß-Oxycarbonsäuren, wie sie z. B. nach dem Verfahren
der USA.-Patentschrift 2 356 459 durch Umsetzung von Ketenen mit Aldehyden oder
Ketonen erhältlich sind, mit aliphatischen, cycloaliphatischen, aliphatisch-aromatischen,
aromatischen oder heterocyclischen primären oder sekundären Aminen oder Hydrazinen
oder Amidinen umsetzt.
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Erfindungsgemäß zu verwendende ß-Lactone sind z. B. ß-Propiolacton,
ß-n-Butyrolacton, ß-Valerolacton, ß-Isovalerolacton, s-n-Caprolacton, a-Äthvl-ß-propiolacton,
a-Isopropyl-ß-propiolacton, a-Butyl-ß-propiolacton,ß-Methyl ß-valerolacton,ß-Cyclohexyl-ß-propiolacton,
ß-Phenyl-ß-propiolacton, ß-Benzyl-ß-propiolacton.
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Die zu verwendenden ß-Lactone können auch Sauerstoff, Stickstoff,
Schwefel oder Halogene enthalten, z. B. ß, ß-Dimethyl-ß-propiolacton-a-carbonsäure,
ß-(o-Nitro-m-chlorphenyl)-ß-propiolacton und a-Bromß, ß-dimethyl-ß-propiolacton-a-carbonsäure.
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Als weitere nach der Erfindung zu verwendende Ausgangsstoffe sind
aliphatische primäre Amine zu nennen, z. B. Methylamin, Äthylamin, Isopropylamin,
n-Butylamin, Isobutylamin, Amylamin, Octylamin, Laurylamin und ungesättigte primäre
aliphatische Amine, wie Allyl- und Propargylamin. Ferner sind zu
verwenden
Äthylendiamin, Propylendiamin, Pentamethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetraamin,
ß-Methylamino-äthylamin, ß-Dimethylaminoäthylamin u. dgl.
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Als zu verwendende cycloaliphatische primäre Amine sind z. B. Cyclohexylamin,
Cyclohexylendiamin, als aliphatisch-aromatische primäre Amine Benzylamin, Benzhydrylamin,
Phenyläthylamin, p-Xylylendiamin zu nennen. Geeignete aromatische primäre Amine
sind z. B. Anilin, Toluidin, Xylidin, Xenylamin, Naphthylamin, Phenylendiamin, Benzoltriamin,
Dimethylaminoanilin, als heterocyclische primäre Amine sind Pyridylamin, Chinolinamin
u. dgl. zu verwenden.
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Ferner dienen als Ausgangsstoffe des Verfahrens geeignete aliphatische,
cycloaliphatische, aliphatischaromatische, aromatische und heterocyclische sekundäre
Amine, beispielsweise Dimethylamin, Diäthylamin, Diisopropylamin, Di-n-Butylamin,
Dioctylamin, Diallylamin, Dicyclohexylamin, Dibenzylamin, N-Methyläthylamin, N-Methylallylamin,
Äthylenimin, Piperidin, Pipecolin, Piperazin.
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Außerdem sind noch primäre und sekundäre Amine verwendbar, die außer
Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff noch Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder
Halogene enthalten, z. B. Äthanolamin, Monoisopropanolamin, 2-Amino-2-methylpropanol-i,
Tris-(oxymethyl)-aminomethan, ß-Oxydiäthylamin, Diäthanolamin, Diisopropanolamin,
Adrenalin, Aminoaceton, ß-Diäthylaminoäthylamin, ß-Cyanäthylamin, sowie Glykokoll,
Alanin, Leucin, Prolin, Serin, Sarcosin, Asparaginsäure, Iminodiessigsäure, ß-Aminopropionsäure
und ihre Ester und Amide, ferner ß-Nitroäthylamin, Chloräthylamin, 2, 3-Dichlorpropylamin,
Aminomethyläthylsulfid, ß, ß-Diaminoäthylsulfid, y-Mercaptopropylamin, Cystein,
Cystin, Taurin.
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Als erfindungsgemäß zu verwendende Hydrazine und Amidine sind beispielsweise
Phenylhydrazin, Äthylhydrazin, Benzylhydrazin,Acetamidin, Guanidin, Guanylhydrazin,
Dicyandiamid zu nennen.
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Die Reaktion zwischen den genannten ß-Lactonen und Aminoverbindungen
geht auf zweifache Weise vor sich. Einerseits lagert sich die Aminogruppe unter
Öffnung des Lactonringes an das Carbonylkohlenstoffatom des ß-Lactons unter Substitution
i Wasserstoffatoms am Stickstoff an, wobei ein N-substituiertes Amid einer ß-Oxy
carbonsäure entsteht. Andererseits findet diese Anlagerung am ß-Kohlenstoffatom
des ß-Lactons statt, wobei unter Bildung einer freien Carboxylgruppe eine N-substituierte
ß-Aminocarbonsäure entsteht. Beide Reaktionen finden nebeneinander statt, wenn auch
in vielen Fällen die Amidbildung oder die Aminosäurebildung derart überwiegt, daß
von der anderen Bildungskomponente nur ganz geringe Mengen entstehen. Sofern eine
Trennung der beiden Arten von Verbindungen erforderlich ist, was von dem Verhältnis
der entstehenden Anteile und von dem Verwendungszweck abhängt, für den die Erzeugnisse
bestimmt sind, findet diese Trennung je nach den physikalischen Konstanten der Verbindungen
nach an sich üblichen Arbeitsweisen, z. B. durch Destillation oder gegebenenfalls
fraktionierte Kristallisation mit Filtrieren u. dgl., statt. Wie schon eingangs
gesagt, findet die Reaktion nach der Erfindung bei mäßigen Temperaturen statt, nämlich
bei etwa - io bis etwa ioo°, doch werden vorzugsweise Temperaturen zwischen etwa
- io und 5o° angewendet.
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Die Reaktion läßt sich unter anderem so ausführen, daß z. B. bei beiderseitigem
Vorliegen von Flüssigkeiten diese unter Rühren zusammen oder unter allmählicher
Zugabe der einen Komponente zur anderen, z. B. des ß-Lactons zur Aminoverbindung,
umgesetzt werden. Liegt z. B. aber einer der Umsetzungsteilnehmer bei der Umsetzungstemperatur
in fester Form vor, so wird dieser zweckmäßig in einem geeigneten inerten Lösungs-
oder Verdünnungsmittel gelöst oder dispergiert, worauf man eine Lösung oder Dispersion
des anderen Reaktionsteilnehmers in dem gleichen oder doch mit dem ersten mischbaren
Lösungs- oder Verdünnungsmittel zusetzt. Selbstverständlich lassen sich noch weitere
in der chemischen Technik übliche Arbeitsweisen für die Umsetzung verwenden.
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Geeignete Lösungs- oder Verdünnungsmittel sind Wasser, Benzol und
andere Kohlenwasserstoffe, Äther, Aceton und andere neutral reagierende und bei
der vorliegenden Umsetzung inerte Lösungsmittel. Bei Verwendung von z. B. Wasser
als Lösungsmittel kann man die Aminoverbindungen in Form ihrer wasserlöslichen Salze
verwenden.
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Im allgemeinen verwendet man äquimolekulare Mengen der Reaktionsteilnehmer,
wenn es nicht vorteilhaft ist, die Aminoverbindungen im Überschuß anzuwenden, doch
versteht es sich von selbst, daß jede reagierende Aminogruppe die entsprechende
Menge Lacton erfordert.
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Die erfindungsgemäß hergestellten N-substituierten Amide von ß-Oxycarbonsäuren
und N-substituierten ß-Aminocarbonsäuren dienen zur Herstellung von Kunstharzen,
synthetischem Kautschuk, plastischen Massen, Kunstfasern, Weichmachern, Heilmitteln
u. a. und sind wertvolle Ausgangsstoffe für weitere Umsetzungen.
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So sind die erhaltenen N-substituierten Amide von ß-Oxycarbonsäuren,
die im allgemeinen in Alkoholen und Dioxan lösliche, in Äther, Kohlenwasserstoffen
und Tetrachlorkohlenstoff unlösliche kristallinische Substanzen darstellen, vielfach
bei höherer Temperatur unbeständig und lassen sich durch einfaches Erhitzen, manchmal
sogar unter vermindertem Druck, unter Wasserabspaltung in die entsprechenden N-substituierten
Amide von u, ß-ungesättigten Carbonsäuren umwandeln.
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In den nachfolgenden Beispielen sind die angegebenen Teile Gewichtsteile.
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Beispiel i 72 Teilen (i Mol) ß-Propiolacton werden bei Temperaturen
der Reaktionsmischung zwischen ungefähr io und 30° langsam 186 Teilen (2 Mol) Anilin
unter Rühren zugesetzt. Das ölige Reaktionsprodukt, das vorwiegend aus N-Phenylhydracrylsäureamid
besteht, wird dann im Vakuum destilliert. Nach Abscheiden eines Vorlaufs wird eine
Hauptfraktion vom Siedepunkt 115 bis 150°/i mm erhalten, die ihrerseits wieder (15%
Ausbeute) aus Phenylacrylsäureamid
(F. 104 bis 1o5°) und einer Flüssigkeit
(Ausbeute 700/0), die sich aus N-Phenylhydracrylsäureamid und ß-N-Phenylaminopropionsäure
zusammensetzt, besteht.
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Das N-Phenylhydracrylsäureamid dient zur Herstellung von Weichmachern
und Heilmitteln und, über das N-Phenylacrylsäureamid, zur Herstellung von plastischen
Massen.
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Beispiel 2 72 Teile (i Mol) ß-Propiolacton werden einer wäßrigen Lösung
von 13o Teilen (i Mol) Anilinhydrochlorid bei etwa 2o° zugesetzt, worauf die Mischung
unter vermindertem Druck destilliert wird. Das Destillat enthält N-Phenylhydracrylsäureamid,
N-Phenylacrylsäureamid und ß-N-Phenylaminopropionsäure.
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Beispiel 3 72 Teile (i Mol) ß-Propiolacton werden einer Acetonlösung
von 107 Teilen (i Mol) p-Toluidin unter Rühren bei etwa 8 bis 3o° zugesetzt, worauf
2 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt wird.
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Nach Abtreiben des Acetons wird das erhaltene gelbe C51, das im wesentlichen
aus N-(p-Toluyl)-hydracrylsäureamid besteht, im Vakuum destilliert. Aus dem Destillat
erhält man in 50%iger Ausbeute N-(p-Toluyl)-acrylsäureamid (Kplmm 145 bis 17o°),
das nach Umkristallisieren aus Wasser einen F. von 14o bis 141,5° aufweist und durch
Entwässerung eines Teils des Hydracrylsäureamids während der Destillation gebildet
wurde.
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Die Verwendung anderer primärer Monoamine liefert anologe Produkte.
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Beispiel 4 7 Teile o-Phenylendiamin werden in 5oo Teilen Wasser gelöst,
die Lösung auf io° abgekühlt, worauf 5 Teile ß-Propiolacton zugesetzt werden und
die Reaktionsmischung etwa 2 Stunden bei io bis 30° erührt wird. Dann wird mit Äther
extrahiert, der !ther abgetrieben und abgekühlt. Es kristallisiert das Hydracrylsäureamid
des o-Phenylendiamins als rötliche Verbindung vom F. 164° aus, das in Alkohol löslich
und in Chloroform und Aceton unlöslich ist. Als Strukturformel wird die folgende
angenommen
Die Verbindung ist zur Herstellung plastischer Massen und von Weichmachern verwendbar.
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Mit anderen primären aromatischen Polyaminen werden entsprechende
Ergebnisse erhalten, z. B. ist das aus ß-Propiolacton und p-Phenylendiamin erhaltene
Amid eine Substanz vom F. 175 bis i8o°, löslich in Wasser, Alkohol und Dioxan, unlöslich
in Aceton, Äther, Tetrachlorkohlenstoff und Benzol. Beispiel 5 Einer Lösung von
31 Teilen (i Mol) Methylamin in ioo Teilen Diäthyläther werden bei - io° unter Rühren
72 Teile ß-Propiolacton zugesetzt, worauf die Mischung auf Raumtemperatur erwärmt
wird. Dann wird der Äther abgetrieben und als Rückstand ein viscoser Sirup erhalten,
der vorwiegend aus N-Methylhydracrylsäureamid besteht. Die Vakuumdestillation ergibt
eine fast quantitative Ausbeute an N-Methylacrylsäureamid vom Kp3 "m 84°.
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Andere aliphatische, aliphatisch-aromatische und cycloaliphatische
primäre Amine ergeben sämtlich mit ß-Propiolacton Hydracrylsäureamide der allgemeinen
Formel
in der R einen Kohlenwasserstoffrest bedeutet. Beispiel 6 Einer Lösung von 32,7
Teilen Phenylhydrazin in etwa ioo Teilen Äther werden 24 Teile ß-Propiolacton unter
Rühren zugesetzt, worauf die Mischung etwa i Stunde unter Rückfluß zum Sieden erhitzt
und darauf abgekühlt wird. Danach wird durch Filtrieren eine abgeschiedene Substanz
erhalten, die mit Äther gewaschen und getrocknet wird. Sie besteht aus 42 Teilen
Hydracrylsäurephenylhydrazid (7o % Ausbeute) und einer Substanz vom F. 141 bis i42°.
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Beispiel 7 Zu ioo Teilen (2,2 Mol) Dimethylamin werden bei unterhalb
5° langsam unter Rühren 144 Teile (2 Mol) ß-Propiolacton zugesetzt, worauf die Reaktionsmischung
etwa 2 Stunden bei Raumtemperatur weitergerührt wird. Es wird eine sirupähnliche
Flüssigkeit erhalten, die fast vollständig aus N, N-Dimethylhydracrylsäureamid besteht.
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Durch Destillieren unter Vakuum werden 182 Teile (92 °/p) N, N-Dimethylacrylsäureamid
vom Kp$ m", 9o bis 93° erhalten, das sich gut polymerisieren läßt. Beispiel 8 Einer
Lösung von 72 Teilen (i Mol) ß-Propiolacton in ioo Teilen Diäthyläther werden unter
Rühren 146 Teile Diäthylamin zugesetzt, worauf das Gemisch 4 Stunden bei 35° unter
Rückfluß gehalten wird. Darauf werden Äther und überschüssiges Diäthylamin abgetrieben.
Als Rückstand wird eine fast ausschließlich aus N, N-Diäthylhydracrylsäureamid bestehende
sirupöse Flüssigkeit erhalten. Dieses Amid stellt nach Umkristallisieren aus Wasseraceton
einen farblosen kristallinischen Körper dar, der in Wasser und Methanol löslich,
in Äther unlöslich und in Benzol wenig löslich ist.
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Durch Vakuumdestillation erhält man 94,7 Teile (75 °/o) N, N-Diäthylacrylsäureamid
vom Kply,y,r,y 70 bis 73°, das sich gut polymerisieren läßt.
Die
Verwendung anderer sekundärer Amine ergibt in jedem Falle Stoffe der allgemeinen
Formel
in der R Kohlenwasserstoffreste bedeuten, die im Falle der Verwendung von Äthylenimin
miteinander verbunden sein können. Die entsprechende Verbindung besitzt die Formel
Beispiel g 72 Teile (i Mol) ß-Propiolacton werden mit 87 Teilen (i 11o1) Morpholin
bei etwa 5o° 6 Stunden gerührt, worauf ein Sirup erhalten wird, der nach Umkristallisieren
aus Methanol 126 Teile (7g °/a) N-Carboxyäthylmorpholin vom F. 74 bis 76° ergibt.
Diese Verbindung dient als Zwischenprodukt für weitere Umsetzungen und als Heilmittel.
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Analog lassen sich Hydracrylsäureamide aus Piperidin, Pipecolin und
anderen Alkaloiden ähnlicher Struktur herstellen. je nach der angewandten Menge
der Base entstehen z. B. mit Piperazin Mono- und Dihydracrylsäureamid, letzteres
hat die Formel
Beispiel io Einer Lösung von i2o Teilen Diäthanolamin in 157 Teilen Alkohol werden
unter Rühren bei etwa 2 bis 5° 72 Teile ß-Propiolacton langsam zugesetzt. Danach
wird erwärmt und i Teil des Alkohols durch Destillation entfernt. Beim Abkühlen
fallen 115 Teile (65 °/o) N, N-Di-2-Oxyäthyl-ß-aminopropionsäure vom F. io8 bis
iio° aus.
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Diese Verbindung und das entsprechende Hydracrylsäureamid sind zur
Herstellung von plastischen Massen und Weichmachern geeignet. Ähnliche N, N-disubstituierte
ß-Aminopropionsäuren, die OH-Gruppen enthalten, erhält man aus ß-Propiolacton und
sekundären Oxyaminen mit ähnlicher Struktur wie Diäthanolamin. Beispiel ii 72 Teile
(i Mol) ß-Propiolacton werden langsam zu 61 Teilen (i Mol) Äthanolamin unter Rühren
bei etwa io° zugesetzt, worauf die Mischung etwa 2 Stunden auf 5o° erwärmt wird.
Das Reaktionsprodukt besteht aus einem viscosen Öl, das N-2-Oxyäthyl-ß-aminopropionsäure
enthält und zur Herstellung plastischer Massen und Weichmachern verwendbar ist.
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Ein analoges Produkt erhält man bei Verwendung von Wasser als Lösungsmittel
und Äthanolaminhydrochlorid an Stelle der freien Base.
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Beispiel 12 Zu einer Lösung von 75 Teilen Glycokoll in Wasser werden
bei etwa 2o bis 50° langsam unter Rühren 72 Teile Propiolacton zugesetzt, worauf
man die Reaktionsmischung einige Stunden stehenläBt und dann das Wasser unter vermindertem
Druck abdestilliert. Der Rückstand ist ein viscoses Öl, das N-Carboxymethylhydracrylsäureamid
der Formel
enthält. Analog ergibt die Reaktion von ß-Propiolacton mit ß-Cyanäthylamin N-ß-Cyanäthyl-hydracrylsäureamid,
mit ß-Chloräthylamin N ß-Chloräthylhydracrylsäureamid, mit Aminomethyläthylsulüd
N-Äthylthiomethyl-hydracrylsäureamid, mit 2-Pyridylamin N-Pyridyl-2-hydracrylsäureamidund
mit Guanidin N-Guanylhydracrylsäureamid.
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N-substituierte Amide homologer ß-Oxycarbonsäuren bzw. homologe N-substituierte
ß-Aminocarbonsäuren erhält man bei Verwendung anderer ß-Lactone an Stelle von ß-Propiolacton.