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Verfahren zur Herstellung von Aminocarbonsäure-N, N-alkyl,enimiden
Es ist bekannt, daß Isatosäureanhydrid mit primären oder sekundären aliphatischen
Aminen unter Bildung von am Säureamid-Stickstoff substituierten
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest und R' einen Alkylrest bedeutet.
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Im Falle der Verwendung von sekundären Aminen als Ausgangsmaterial
[vgl. Clark und Wagner, Anthranilsäureamiden reagiert. Die Umsetzung vollzieht sich
gemäß der Gleichung Journal of Organic Chemistry, g, S. 64 (19q_4)] entstehen die
entsprechenden Anthranilsäureamide, z. B. das Diäthyl- und das Dipropylamid, jedoch
nur in einer Ausbeute von etwa 300/", so daß sie durch
Vakuumdestillation
aus dem Reaktionsgemisch isoliert werden müssen. Es erschien daher wenig aussichtsreich,
nach dieser Methode, ausgehend von den sehr zur Polymerisation neigenden a, ß-Allzyleniminen,
zu Anthranüsäure-N, N-alkylenimiden zu gelangen, da erwartet werden mußte, daß letztere
bei der d'estillativen Aufarbeitung ebenfalls polymerisieren würden. Überdies war
schon während der Herstellung mit einer Polymerisation der als Ausgangsmaterial
zu verwendenden Alliylenimine durch das bei der Reaktion frei werdende Kohlendioxyd
zu rechnen.
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Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß Isatosäureanhydrid
und andere N-Carbonsäureanhydride aromatischer oder gemischt aromatisch-aliphatischer
Aminocarbonsäuren in überaus glatter Reaktion mit a, ß-Alkyleniminen zu den entsprechenden
Aminocarbonsäure-N, N-alkylenimiden reagieren, wenn man die Komponenten in Gegenwart
eines organischen Lösungsmittels aufeinander einwirken läßt. Die Reaktion, die für
den Fall des Isatosäureanhydrids mit Äthylenimin durch die nachstehende Gleichung
wiedergegeben werden kann, verläuft in den meisten Fällen mit sehr guter Ausbeute.
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N-Carbonsäureanhydride, die sich für das vorliegende Verfahren eignen,
sind z. B. Isatosäureanhydrid und seine Substitutiohsprodukte, wie 5-Brom-isatosäureanhydrid,
3, 5-Dichlor-isatosäureanhydrid, 5-Nitro-isatosäureanhydrid, ferner N-Carbonsäureanhydride
von o-Aminocarbonsäuren höherer Ringsysteme, wie Naphthalin und Phenanthren, N-Carbonsäureanhydride
gemischt aromatisch-aliphatischer Aminocarbonsäuren, wie N-Phenylglycin, und Verbindungen,
die die N-Carbonsäureanhydridgruppierung mehrmals im Molekül enthalten. Ein solcher
Körper ist beispielsweise das Bis-isatosämeanhydrid, das man durch Phosgenieren
der Benzidin-o-dicarbonsäure erhalten kann.
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Als für das Verfahren geeignete a, ß-Alkylenimme seien z. B. Äthylenimin,
2-Methyl-äthylenimin, 2, 2-Dimethyl-äthylenimin und Cyclohexenimüi genannt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. in der Weise ausgeführt
werden, daß das betreffende Alkylenimin in dem organischen Lösungsmittel, wie Methyl-oder
Äthylalkohol, vorgelegt und das N-Carbonsäureanhydrid bei gewöhnlicher Temperatur
unter Schütteln und Rühren eingetragen wird. Letzteres geht im allgemeinen unter
lebhafter Kohlendioxydentwicklung rasch in Lösung. Hat man das Verdünnungsmittel
und seine Menge richtig ausgewählt, so kristallisiert das gebildete Alkylenimid
gegen Ende der Reaktion meist in guter Ausbeute und großer Reinheit aus. In manchen
Fällen ist es erforderlich, das Reaktionsgemisch kurze Zeit zu erwärmen, um die
Umsetzung' zu Ende zu führen. Wenn ein Reaktionsprodukt so schwer löslich ist, daß
es bald nach Beginn der Reaktion ausfallen würde, arbeitet man vorteilhaft in einem
sehr gut lösenden Medium, wie z. B. Dimethylformamid oder Chloroform, und bemißt
seine Menge derart, daß am Ende der Umsetzung eine möglichst konzentrierte Lösung
vorliegt, aus der das Reaktionsprodukt dann mit Hilfe eines geeigneten Fällungsmittels
isoliert werden kann.
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Die durch die Erfindung zugänglich gewordenen Aninocarbonsäure-N,
N-allkylenimide sind meist gut kristallisierende Körper mit definierten Schmelzpunkten.
Die neuen Verbindungen sind -bedingt durch ihre chemische Konstitution -von großer
Reaktionsfähigkeit und können deshalb zu zahlreichen weiteren Umsetzungen benutzt
werden. 'Sie besitzen Bedeutung als Zwischenprodukte zur Herstellung von Pharmazeutika,
Textilhilfsmitteln, Farbstoffen und Kunststoffen.
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Beispiel 1 In eine Mischung von 55 ccm Äthylenirnin und 5oo ccm Äthanol
werden bei Raumtemperatur unter lebhaftem Rühren nach und nach i63 g (1 Mol) Isatosäureanhydrid
eingetragen, das unter lebhafter Kohlendioxydentwicklung in Lösung geht. Da gegen
Ende der Zugabe das Reaktionsprodukt auszukristallisieren beginnt, wird gelinde
erwärmt, so daß am Schluß eine klare Lösung vorliegt. Diese versetzt man sofort
mit 500 ccm Wasser und läßt dann ruhig stehen. Das Anthranüsäure-N, N-äthylenimid
kristallisiert alsbald in langen weißen Nadeln aus, die, nach' einiger Zeit abgesaugt,
mit 5o°/"igem Alkohol gewaschen und an der Luft getrocknet werden. Die Ausbeute
beträgt 124 g, entsprechend 77 °/o der Theorie. Der Schmelzpunkt liegt bei 68,5
bis 69° und ändert sich bei weiterem Umkristallisieren aus Methanol nicht mehr.
Zur Analyse wurde = Stunde lang im Vakuum bei 40° über Phosphorpentoxyd getrocknet.
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C,HloON2 (162,o9): Berechnet C 66,63, H 6,22, N =7,28; gefunden C
67,oo, H 5,95, N 17,32, 17,56. Beispiel 2 77,4 g rohes 5-Brom-isatosäureanhydrid,
das durch Oxydation von 5-Bromisatin mittels Chromtrioxyd in Eisessig erhalten worden
ist, trägt man bei Raumtemperatur unter Rühren allmählich in eine Lösung von 2o,6
ccm Äthylenimin in 300 ccm Äthanol ein.
Man erhält schließlich
einen Kristallbrei, den man dann unter Rühren bis zur Lösung erwärmt. Zur Entfernung
von Verunreinigungen wird rasch filtriert. Das 2-Amino-5-brom-benzoesäureäthylenimid
scheidet sich beim Erkalten in fast farblosen Kristallen aus- und wird wie üblich
isoliert. Man erhält 46 g (6o °/o der Theorie) vom F.-93,5 bis 94'. Durch Einengen
der Mutterlauge im Vakuum läßt sich eine weitere Menge gewinnen. Eine durch mehrmaliges
Umkristallisieren aus Äthanol erhaltene analysenreine Probe zeigt nach zweistündigem
Trocknen im Vakuum bei 40° über Phosphorpentoxyd den F. 95 bis 95,5°.
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C,H96N,Br (241,o): - - : '.
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Berechnet C 44,81,H 3,.76, N 11,62, . "Br 33,16; gefunden C 45,45
H 4,05, N 11,33, 11,o3, Br 32,70. Beispiel 3 2,32 g rohes, durch Oxydation von 5,
7-Dichlor-isatin erhaltenes 3, 5-Dichlor-isatosäureanhydrid gibt man portionsweise
unter Umrühren zu einer Lösung von o,6 ccm Äthylenimin in 1o ccm Methanol. Gegen
Ende des Eintragens kommt das Reaktionsprodukt zur Abscheidung. Man erwärmt schließlich
bis zur vollkommenen Lösung, filtriert blank und läßt erkalten, wobei das 2-Amino-3,
5-dichlorbenzoesäureäthylenimid als fast farblose Nadeln vom F. 69,5° erhalten wird.
Zur Analyse kristallisiert man aus Methanol um und trocknet 2 Stunden im Vakuum
bei 40° über Phosphorpentoxyd. Der Schmelzpunkt lag dann bei 69,5 bis 7o°.
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C9H8ON2C12 (230,99) Berechnet C 46,76, H 3,49, N 12,13, Cl
30,70; gefunden C 46,8o, H 3,65, N 11;32, Cl 3o,7. Beispiel 4 1o6,5 g (0,5 Mol)
rohes Naphthisatosäureanhydrid, das durch Phosgenieren der 2-Aminonaphthalin-3-carbonsäure
gemäß dem Verfahren der deutschen Patentschrift 500 g16 (Friedländer, 17,
S. 50o) erhalten worden ist, trägt man in dem Maße, wie das entweichende Kohlendioxyd
es gestattet, unter Rühren bei gewöhnlicher Temperatur in eine Mischung von 35 ccm
Äthylenimin und 60o ccm Chloroform ein. Die tiefrotbraun gefärbte Lösung wird filtriert
und mit 1,21 Methanol verdünnt. Das Reaktionsprodukt fällt allmählich in schmutziggelb
gefärbten Blättchen aus; die Kristallisation wird durch Kühlen in einer Kältemischung
vervollständigt. Man saugt ab und wäscht mit Methanol, in dem die Verbindung sehr
schwer löslich ist. Das lufttrockene 2-Aminonaphthalincarbonsäureäthylenimid (56
g = 53 °/o der Theorie) schmilzt bei 129,5 bis 13o°. Zur weiteren Reinigung nimmt
man, ohne zu erwärmen, in möglichst wenig Chloroform auf, filtriert notfalls und
versetzt das Filtrat mit dem doppelten Volumen Methanol. Die Kristallisation beginnt
sofort und liefert 47 g reingelbe Blättchen vom F. 13o bis 13o,5°, die im UV-Licht
prächtig grüngelb fluoreszieren. Eine durch Umkristallisieren aus Methanol erhaltene
analysenreine Probe zeigt nach dem Trocknen bei 40° im Vakuum über Phosphorpentokyd
den F.130,5 bis z31°. CisH"ON2 (2I2,I): Berechnet C 73,55,H 5,70, N 13,21;
gefunden C 73,55,H 5,70, N 12,8o, 1z,63.-Beispiel 5 Zu einer Lösung von 41,6
g (o,2 Mol) 5-Nitro-isatosäureanhydrid in Zoo ccm Dimethylformamid tropft man unter
Umschütteln und Kühlen 12 ccm Äthylenimin. Dabei entweicht stürmisch Kohlendioxyd.
Nach beendeter Zugabe gießt. man die klare Reaktionslösung in 500 ccm Methanol,
saugt die abgeschiedenen gelben Kristalle nach einiger Zeit ab und wäscht mit Methanol
nach. Die Ausbeute an lufttrockener Verbindung beträgt 34 g = 82 °/9 der Theorie.
Das 2-Amino-5-nitro-benzoesäureäthylenimid färbt sich über 10o° zunächst orange,
dann tiefrot und schmilzt zwischen 140 und 15o° zu einem zähen Harz zusammen. Zur
Analyse wurde nochmals aus Dimethylformamid-Methanol umgefällt und einige Zeit im
Vakuumexsikkator über Phosphorpentoxyd aufbewahrt.
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C9H9O3N3 (207,09) Berechnet C 52,15,H 4,38, N 2o,29; gefunden C 52,5o,
H 4,5o, N 1g,64. Beispiel 6 i g 5-Nitro-isatosäureanhydrid trägt man unter Umrühren
nach und nach in eine Lösung von o,5 ccm 2-Methyl-äthylenimin in 2o ccm Äthanol
ein. Anfänglich löst sich das Anhydrid unter Kohlendioxydentwicklung glatt auf.
Gegen Ende des Eintragens kommt die neue Verbindung zur Abscheidung. Man rührt dann
noch so lange um, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachten ist, und erwärmt darauf
eben bis zur vollkommenen Lösung. Beim Erkalten scheidet sich das 2-Amino-5-nitro-benzoesäurepropylenimid
in gelben Nadeln aus, die bei 152,5 bis 153,5° unter Rotfärbung schmelzen. Das Umkristallisieren
aus Äthanol bewirkt keine Steigerung des Schmelzpunktes mehr. Beispiel 7 Wie im
Beispiel 6 beschrieben, wird i g 5-Nitroisatosäureanhydrid mit einer Lösung von
0,5 ccm 2, 2-Dimethyl-äthylenimin in 2o ccm Methanol zur Reaktion gebracht.
Man erhält das 2-Amino-5-nitrobenzoesäureisobutylenimidin gelben, seidenglänzenden
Nadeln vom F. 165 bis 166°, der sich durch weiteres Umkristallisieren aus Methanol
nicht mehr ändert. Beispiel 8 53,19 (0,3 Mol) rohes N-Phenylglycin-N-carbonsäureanhydrid,
das durch Phosgenieren von N-Phenylglycin in Chlorbenzol erhalten worden ist, trägt
man unter Umschütteln nach und nach in eine Mischung von 18 ccm Äthylenimin und
150 ccm Methanol ein. Die Reaktion verläuft sehr lebhaft, und gegen -Ende der Zugabe
fällt das Phenylaxnino-essigsäureäthylenimid aus. Durch gelindes Erwärmen bringt
man eben
alles in Lösung, läßt freiwillig erkalten und kühlt schließlich
noch in Eis-Kochsalz, da das Reaktionsprodukt ziemlich leicht löslich ist. Man saugt
ab und wäscht mit gekühltem Methanol. Das Phenylaminoessigsäureäthylenimid (36,5
g = 69 °/o der Theorie) fällt in dicken Schuppen an, die bei 69,5 bis 7o° schmelzen.
Durch Einengen der Mutterlauge unter vermindertem Druck kann man eine weitere Menge
gewinnen. Beispiel 9 In eine bei Raumtemperatur gerührte Mischung von 50o ccm Essigester
und 4r,6 ccm Äthylenimin trägt man 64,8 g Bis-isatosäureanhydrid ein, das durch
Phosgenieren der Benzidin-o-dicarbonsäure erhalten worden ist. Nach 1/z Stunde erhitzt
man 5 Minuten zum Sieden, saugt vom Ungelösten heiß ab und verdünnt das Filtrat
mit dem dreifachen Volumen Methanol. Durch Kratzen mit einem Glasstab leitet man
die Kristallisation ein und vervollständigt sie durch Kühlen in einer Eis-Kochsalz-Kältemischung.
4, 4'-Diaminodipheri@l-3, 3'-di@arbonsäure-bis-N, N-äthylenimid fällt als gelbes
Kristallpulver an, das nach Absaugen mit Methanol gewaschen wird. Ausbeute
10,5 g. Es fluoresziert im UV-Licht gelbgrün und schmilzt auf der Kofler-Bank
bei i72° unter Zersetzung.