NO882505L - Syntese av n-epoksypropyllaktamer. - Google Patents

Description

N-epoksyalkyllaktamer, spesielt N-epoksypropyl-2-pyrrolidon, er verdifulle overflateaktive mellomprodukter som er utbredt benyttet innen kosmetisk og farmasøytisk teknikk. Pyrro-lidonforbindelsen har tidligere blitt syntetisert ved omsetning av kaliumpyrrolidon og epiklorhydrin i dietyleter. (E. P. Sidelkovkaya et al., Chim. Geterosiki Soevin, No. 2, side 212, 1968). Denne metoden krever imidlertid fremstilling av kaliumpyrrolidon fra kaliumhydroksyd som innebærer azeotrop fjerning av vann og omfattende ringåpning av pyrro-1idonkomponenten hvilket er meget uønsket. I tillegg krever omsetningen av kaliumpyrrolidon med epiklorhydrin bruken av et oppløsningsmiddel som i stor grad øker omkostningene ved fremstilling av produktet. En alternativ metode som innebærer omsetning med kalium-t-butoksyd er også uoverkommelig kostbar, og de lave utbyttene som resulterer fra de ovennevnte synteser, gjør dem uattraktive for kommersiell bruk.

Det er følgelig et formål med foreliggende oppfinnelse å overkomme de ovennevnte mangler og å tilveiebringe en kommersiell gjennomførlig fremgangsmåte for fremstilling av et N-epoksypropyllaktam i høyt utbytte.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ett-trinns-fremgangsmåte som er egnet for fremstilling av N-epoksypropylpyrrolidon i stor målestokk.

Disse og andre formål vil fremgå fra følgende beskrivelse.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir et laktam som har 4-6 karbonatomer, slik som pyrrolidon, piperidon eller kaprolaktam, omsatt med et epihalogenhydrin, for trinnvis epiklorhydrin, i nærvær av et alkalimetallhydroksyd, fortrinnsvis natrium- eller kaliumhydroksyd, og mellom ca. IO-<1>'og ca. IO-<4>molarkonsentrasjon basert på laktam_ av en fase-overføringskatalysator sojn har formlene:

hvor n er et helt tall med en verdi på mellom 3 og 10; R er alkyl med 4-12 karbonatomer, og X~ er Cl- eller Br~.

Generelt utføres reaksjonen ved en temperatur mellom ca. 30 og ca. 75°C i løpet av fra ca. 5 til ca. 30 timer; fortrinnsvis ved en temperatur mellom ca. 32 og ca. 50°C i en periode på 1-18 timer under atmosfæretrykk.

De ovennevnte katalysatorer av hvilke tetrabutyl- og tetra-oktyl-ammoniumhydrogensulfåtene er foretrukne, kan benyttes i en mengde mellom ca. IO--'- og ca. lO-^ molarkonsentras j on basert på laktam. En katalytisk mengde fra ca. —2 molar og ca. 10~<3>molar er imidlertid vanligvis tilstrekkelig for å fremme og fullføre reaksjonen i løpet av en rimelig tids-periode.

Epihalogenhydrinet som benyttes i reaksjonen, er fortrinnsvis epiklorhydrin, skjønt epibromhydrin også kan anvendes, og denne reaktanten benyttes i et molforhold for epihalogenhydrin til laktam på mellom ca. 5:1 og ca. 1:1, skjønt et lite overskudd av førstnevnte vanligvis er ønsket. Molforhold mellom ca. 4-2:1 har blitt funnet å være meget effektivt for fremstilling av produkt i høyt utbytte i løpet av en periode fra ca. 1 til ca. 12 timer.

Mens rekkefølgen for tilsetning av"reaktantene ikke er kri-tisk i foreliggende fremgangsmåte, er det ønskelig at de bringes i kontakt i voksende mengder i løpet av en vesentlig periode; vanligvis er dråpevis tilsetning av laktamet i løpet av flere timer mest effektivt, og er hensiktsmessig for opp-rettholdelse av den eksoterme reaksjonen i det ovennevnte temperaturområdet.

Det anbefales at metallhydroksydet som benyttes i reaksjonen, er sterk konsentrert. Mens vandige oppløsninger som har en hydroksydkonsentrasjon så lav som 60$ kan benyttes uten at det er ugunstig for reaksjonen, vil fjerning av vann ved fullføring av reaksjonen i betydelig grad øke omkostningene for prosessen og bør unngås. I foreliggende fremgangsmåte anbefales følgelig en alkalimetallhydroksyd-konsentrasjon på mellom ca. 80 og 100$. Metallhydroksydet kan benyttes som pellets, flak eller som en konsentrert vandig oppløsning og benyttes generelt i en molar mengde fra ca. 1:1,5 til ca. 1,5:1 med hensyn til epihalogenhydrinet, idet omkring ekvi-molare mengder er foretrukket.

Ved fullføring av reaksjonen blir den resulterende blanding filtrert og vasket fri for metallsulfat med metylenklorid, etylacetat, toluen, benzen eller kloroform, osv. Den resulterende blanding filtreres, og filtratet destilleres for å fjerne overskudd epihalogenhydrin og andre lavtkokende uren-heter. Det ønskede produkt blir videre underkastet vakuum-destillasjon for å utvinne produktet i utbytter på over 70%.

Etter å ha beskrevet foreliggende oppfinnelse skal det nå vises til følgende eksempler som illustrerer foretrukne ut-førelser.

Eksempel 1

Til en 2-liters, firehalset kolbe utstyrt med røreverk, til-bakeløpskjøler, termometer og dryppetrakt inneholdende epiklorhydrin (329 ml, 4 mol), ble det under omrøring tilsatt natriumhydroksyd (pellets, 160 g, 4 mol) og vann (16 ml).

Tetrabutylammoniumhydrogensulfat (4,4 g, 0,013 mol) ble deretter innført under omrøring. Dpnne reaksjonsblandingen ble omrørt ved romtemperatur i 15 min. og reaksjonen ga eksoterm virkning til ca. 35°C. Til ovennevnte reaksjonsblandfng ble 2-pyrrolidon (76 ml, 1 mol) deretter tilsatt dråpevis i løpet av 2 timer. Den resulterende eksoterme reaksjon ble holdt mellom 35 og 45°C ved bruk av is-vannbad. Etter fullføring av 2-pyrrolidontilsetningen ble reaksjonsblandingen omrørt i ytterligere 5 timer og filtrert, og filtratet oppsamlet. De utfelte saltene ble vasket med metylenklorid (4 x 100 ml). Filtratet og metylenkloridvaskingene ble kombinert, tørket over vannfritt natriumsulfat og igjen filtrert for å fjerne natriumsulfat. Filtratet ble strippet i en rotasjons-fordamper for å fjerne metylenklorid, og resten (317,1 g) ble anbragt i en destillasjonskolbe hvor overskuddet av epiklorhydrin og de andre lavtkokende urenhetene ble fjernet ved en temperatur på 30-75°C. Det ønskede epoksydproduktet ble oppnådd ved 90-95°C (0,2 mm Hg) og i 75$ utbytte. Strukturen til denne forbindelsen

ble bekreftet ved<13>C og<1>H KMR-data.

Eksempel 2

Reaksjonen i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse for at bare 2 mol av 2-pyrrolidon ble benyttet. Ved bruk av de samme reaksjonsbetingelsene. og opparbeiddsesmetode ble det samme epoksydproduktet utvunnet i 72$ utbytte.

Eksempel 3

Reaksjonen i eksempel 1 ble gjentatt med unntagelse for at trikaprylmetylammoniumklorid ble benyttet som • faseover- føringskatalysator og ble omsatt 1 1 time. Produktet 2,3-epoksypropylpyrrolidon ble isolert i 73$ utbytte ved destil-lasjon.

Det skal forstås at andre laktamforbindelser slik som piperidon eller kaprolaktam kan benyttes isteden i de ovenfor an-gitte eksempler for tilveiebringelse av de tilsvarende epoksypropylproduktene i høyt utbytte og med høy renhet. Epibromhydrin kan også benyttes istedenfor klorhydrin-forbindelsen for å tilveiebringe ekvivalent produktutbytte og

—renhet.

Claims (8)

1. Væskefase-fremgangsmåte, karakterisert ved at man epoksylerer et laktam som har 4-6 karbonatomer med et epihalogenhydrln valgt fra gruppen av epiklorhydrin og epibromhydrin i nærvær av en vandig alkalimetall-hydroksydoppløsning benyttet i en konsentrasjon i det minste så høy som 60$ eller i nærvær av 100$ alkalimetallhydroksyd og en kvaternisert katalysator valgt fra gruppen med formlene:

hvor n er et helt tall med en verdi fra 3 til 10; R er alkyl med 4-12 karbonatomer, og X~ er Cl- eller Br", for fremstilling av det tilsvarende N-epoksypropyllaktam.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at laktamet er 2-pyrrolidon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved "at epihalogenhydrinet er epiklorhydrin.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er tetrabutylammoniumhydrogensulfat.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at alkalimetallhydroksydet er natrium-eller kaliumhydroksyd.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved - at at metallhydroksydet benyttes i. form av pellets.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den utføres ved en temperatur på mellom ca,. 30 og ca. 75°C.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den utføres ved en temperatur på mellom ca. 32 og ca. 50°C under atmosfæretrykk.