Katalytische Synthese von N-alkylierten Anilinen aus Olefinen und Anilinen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung N-alkylierter Aniline.
Substituierte Aniline sind von industrieller Bedeutung als Vorprodukte für Farbstoffe, Feinchemikalien, Pharmazeutika und Agroprodukte. In diesem Zusammenhang sind auch N-alkylierte Aniline technisch bedeutsam. Die Herstellung von substituierten N-alkylierten Anilinen wird technisch im wesentlichen durch Nitπ'eruπg eines entsprechenden Aromaten, nachfolgender Hydrierung und Alkylierung mittels Alkyihalogeniden (z.B. Methyliodid) oder Schwefelsäurealkylestern durchgeführt. Bei allen bekannten Alkylierungen von Anilinen fallen daher stöchiometrische Mengen an Salznebenprodukten an, was ökologisch von Nachteil ist. Darüberhinaus verlaufen die Alkylierungen mit funktionalisierten Alkyihalogeniden wie z.B. Arylethy bromiden nur unzureichend selektiv, so daß weitere Nebenprodukte gebildet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung substituierter, N-alkylierter Aniline aus einfachen Edukten unter milden Reaktionsbedingungen, das in industriellem Maßstab durchgeführt werden kann und bei dem keine Salznebenprodukte anfallen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines N- Arylethylanilins der Formel (I)
Ar-N(R1)2.n(CHR2CHR3Ar')n (I)
durch Umsetzung eines aromatischen Olefins der Formel (II)
Ar'CR3=CHR2 (II) mit einem Anilin der Formel (lll)
Ar-N(R1)2.n(H)n (lll)
in einem inerten Lösungsmittel in Gegenwart mindestens eines basischen Katalysators, ausgewählt aus der Gruppe von Alkali- und Erdalkalialkoholaten oder Alkali- und Erdalkaliamiden, wobei in den Formeln (I) bis (lll)
• Ar und Ar' unabhängig voneinander einen Arylrest darstellen, ausgewählt aus der Gruppe der kondensierten und nicht kondensierten C6-C22- Aromaten und der kondensierten oder nicht kondensierten C5-C22- Heteroaromaten, die im Ring mindestens ein Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatom aufweisen;
• Ri, R2 und R3 unabhängig voneinander ein Wasserstoff atom, einen d-C8- Alkyl- oder einen Arylrest Ar darstellen; und
• n die Zahl 1 oder 2 darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für die Umsetzung von primären aromatischen Aminen und sekundären aliphatischen und aromatischen Aminen.
Des weiteren ist es möglich, daß das N-Arylethylanilin der Formel (I) in Erweiterung der intermolekularen Kupplung zwischen dem aromatischen Olefin der Formel (II) und dem Anilin der Formel (lll) durch eine intramolekulare Aminierungen einer entsprechenden Verbindung hergestellt wird.
Eine wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die
Aniline erstmals mit Styrolen basenkatalysiert generell in guten bis sehr guten Ausbeuten von 70 bis 99 % reagieren. Salznebenprodukte entstehen hierbei nicht.
Beispiele für den Arylrest Ar sind Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl-, Phenanthryl- und Biphenyl-, Pyridyl-, Furfuryl- oder Pyrazolylreste.
Das inerte Lösungsmittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe aromatischer Kohlenwasserstoffe wie Toluol, Xylole, Anisol, Tetralin und aliphatischeπ Ethern wie Tetrahydrofuran, Dimethoxyethan, Dioxan, Tetrahydropyran, Formaldehydacetale.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der basische Katalysator ausgewählt aus der Gruppe der tert.-Butanolate, Methanolate, Propanolate und 2-Ethyihexanolate der Alkali- und Erdalkalimetalle, insbesondere aus den entsprechenden Kalium- und Natriumverbindungen. Beispiele hierfür sind Kalium-tert.-butanolat, Kaliummethanolat, Kaliumethanolat, Kaliumpropanolat, Kaliumisopropanolat, Kalium-2-ethylhexanolat, Kaliumphenolat und 2-Amino-1 -Kaliumethanolat.
Besonders bevorzugt ist hierbei Kalium-tert.-butanolat.
Entsprechend einer weiteren, ebenfalls bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der basische Katalysator ausgewählt aus den Amiden, Dimethylamiden, Diisopropylamiden und Aniliden der Alkali- und Erdalkalimetallen, insbesondere deren Kalium- oder Natriumverbindungen. Beispiele hierfür sind Kaliumamid, Kaliumdimethylamid, Kaliumdiisopropylamid, Kaliumanilid.
Es ist ebenfalls möglich, daß als basischer Katalysator ein Gemisch von mindestens zwei der zuvor beschriebenen basischen Katalysatoren verwendet wird.
Der Katalysator kann in Form einer der genannten Verbindungen oder ähnlicher Verbindungen direkt eingesetzt werden. Mitunter ist es jedoch von Vorteil aufgrund der Stabilität des basischen Katalysators die aktive Verbindung in situ aus geeigneten Vorstufen herzustellen.
Der basische Katalysator kann in einer Menge von 0,01 bis 20 Mol-%, insbesondere von 0,1 bis 5 Mol-%, bezogen auf das Anilin der Formel (III), eingesetzt werden.
Die Arylreste Ar oder Ar' in den Formeln (I) bis (lll) können unabhängig voneinander bis zu 8 Substituenten aufweisen, die gleich oder verschieden ein Wasserstoff-, Fluor-, Chlor-, Brom- oder lodatom oder einen d-Cβ-Alkyl-, Cι-C8-Alkoxy-, Cι-C8- Acyloxy-, HO-, O2N-, CN-, HOC(O)-, HC(O)-, HOS(O)2-, R4S(O)2-, R S(O)-, H2N-, R4N(H)-, R4 2N-, R4C(O)N(H)-, R4C(O)-, (OCH)HN-, Ar"C(O)-, ArC(O)O-, CF3-, H2NC(O)-, R4OC(O)C(H)=C(H)-, Ar"2P(O)-, R 2P(O)-, R 3Si- oder einen Heteroarylrest mit 5 oder 6 Atomen im Arylring darstellen, wobei R4 einen C1-C12- Alkylrest darstellt und Ar" ausgewählt ist aus der Gruppe der kondensierten oder nicht kondensierten C6-C22-Aromaten und der kondensierten oder nicht kondensierten C5-C22-Heteroaromaten, die im Ring mindestens ein Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatom aufweisen.
Die Reaktion findet bei Temperaturen von 0 bis 200°C, insbesondere bei 10 bis 150°C und vorzugsweise bei 20 bis120°C statt. Bei einigen aromatischen Olefinen der Formel (II) kann es aufgrund der Neigung von Oligomerisations- und Polymerisationsnebenreaktionen vorteilhaft sein, einen Polymerisationsinhibitor zuzusetzen. Hierzu können die gängigen Polymerisationsinhibitoren verwendet werden, wie z.B. p-Chinon.
Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung des Verfahrens.
Beispiele
Allgemeines
Alle Reaktionen werden unter Ausschluß von Luft und Wasser unter Argon- Atmosphäre in einem 30 ml Druckrohr von Aldrich mit Teflondichtung durchgeführt. Die verwendeten Lösungsmittel wurden nach üblichen, literaturbekannten Methoden getrocknet und über 4 A Molsieb unter Argon-Atmosphäre gelagert. Alle Edukte wurden vor Verwendung getrocknet und ebenfalls über 4 A Molsieb und Schutzgas
gelagert. 1H-NMR- (400 MHz) und die 13C-NMR-Spektren (100 MHz) werden mittels der Verschiebungen der verwendeten Lösungsmittel kalibriert.
Allgemeine Arbeitsvorschrift (im folgenden AAV): 1 ,1 mmol Kalium-tert.-butylat KO Bu (= 123 mg = 10 mol%) werden in einem ausgeheizten und mit Argon gespültem Druckrohr vorgelegt, mit 100 μl Hexadecan (interner Standard) versetzt und in 4 ml THF suspendiert. Unter Argonstrom werden nacheinander 0,011 mol Olefin und 0,011 mol Amin zugegeben, wobei eine starke Färbung der Lösung (gelb bis violett) auftritt. Bevor die Reaktionsmischung auf 120°C für 20 h im Ölbad erwärmt wird, läßt man noch für 15 min. bei
Umgebungstemperatur rühren. Während der Reaktion verstärkt sich die Farbe der Reaktionslösung weiter. Nach dem Abkühlen wird die Mischung mit 5 ml Wasser hydrolisiert, dabei tritt eine fast vollständige Entfärbung der Lösung auf. Anschließend wird das Gemisch mit 20 ml 1 M Salzsäure und 10 ml Methylenchlorid vermengt. Die saure, wäßrige Phase wird im Scheidetrichter abgetrennt und die organische Phase drei weitere Male mit jeweils 15 ml 1 M Salzsäure extrahiert. Im Anschluß werden die vereinigten wäßrigen Phasen mit Natriumcarbonat neutralisiert, fünfmal mit je 15 ml Methylenchlorid extrahiert und die organischen Phasen mehrmals mit Wasser nachgewaschen. Nach dem Trocknen der organischen Phase über Magnesiumsulfat, wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Isolierung der flüssigen Produkte erfolgt säulenchromatographisch.
Beispiel 1:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Anilin und 0,011 mol (= 1 ,25 ml) Styrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / π-Hexan (1 :3) als
Elutionsmittel, wobei das Produkt N-Phenylethylanilin als gelbe Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 78 % d. Th. Molgewicht: 197,28 g/mol
RrWert: 0,71 (Hexan/Essigsäureethylester 3: 1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25°C): δ = 2,93 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-CH2-), 3,42 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-). 3,69 (s, 1 H, -NH-), 6,62 (d, 2 H, J = 8,05 Hz, 0- Anilin-H), 6,71 (t, 1 H, J = 7,03 Hz, p-Aπiliπ-H), 7,15-7,35 (m, 7 H). 13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 35,5 (-NH-CH2-), 45,0 (-NH-CH2-CH2-), 113,0 (o-Anilin-C), 117,4 (p-Aniiin-C), 126,4 (tπ-Aniliπ-C), 128,6 (o-Phenyl-C), 128,8 (p- Phenyl-C), 129,4 (m-Phenyl-C), 139,3 (quart. C-Phenyl), 148,0 (quart. C-Anilin). GC-Ms: m/e = 197 [M+], 106 [M+ - CH2-Phenyl], 91 , 77, 65.
Beispiel 2:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,20 ml) N-Methylanilin und 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Styrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :3) als Elutionsmittel, wobei das Produkt N-Methyl-N-phenylethylanilin als gelbe Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 53 % d. Th.
Molgewicht: 211 ,31 g/mol
GC-MS: m/e = 211 [M+], 120 [M+- CH2-Phenyl], 104, 91 , 77, 51 , 28.
Beispiel 3:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Anilin und 0,011 mol (= 1 ,45 ml)
3-Methylstyrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / π-Hexaπ (1 :5) als
Elutionsmittel, wobei das Produkte N-2-[(3-Tolyl)ethyl]anilin als hellgelbe Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 90 % d. Th.
Molgewicht: 211 ,31 g/mol Rf-Wert: 0,51 (Hexan/Essigsäureethylester 5:1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25°C): δ = 2,39 (s, 3 H, -CH3), 2,92 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, - NH-CH2-CH2-), 3,44 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-), 3,69 (s, 1 H, -NH-), 6,64 (d, 2 H, J = 8,05 Hz, o-Anilin-H), 6,75 (t, 1 H, J = 7,50 Hz, p-Aπilin-H), 7,04-7,12 (m, 3 H), 7,17-7,31 (m, 3 H). 13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 21 ,4 (-CH3), 35,4 (-NH-CH2-), 45,0 (-NH- CH2-CH2-), 112,9 (o-Anilin-C), 117,4 (p-Aniiin-C), 125,7 (m-Anilin-C), 127,1 , 128,4, 129,2, 129,5, 138,2 (quart. C-CH3), 139,2 (quart. C-Phenyl), 148,0 (quart. C-Anilin). GC-MS: m/e = 211 [M+], 106 [M+- CH2-t77-Tolyl], 77, 51 , 28.
Beispiel 4
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Anilin und 0,011 mol (= 1 ,40 ml) 4-
Chlorstyrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :5) als Elutions- mittel, wobei das Produkt N-2-[(4-Chlorphenyl)ethyl]aniiin als gelblich braune
Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 72 % d. Th.
Molgewicht: 231 ,73 g/mol
RrWert: 0,48 (Hexan/Essigsäureethylester 5:1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 2,84 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-CH2-), 3,34
(t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-), 3,61 (s, 1 H, -NH-), 6,57 (d, 2 H, J = 7,50 Hz, 0-
Anilin-H), 6,69 (t, 1 H, J = 7,50 Hz, p-Anilin-H), 7,05-7,27 (m, 6 H).
"C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25°C): δ = 34,7 (-NH-CH2-), 44,8 (-NH-CH2-CH2-), 112,9 (o-Anilin-C), 117,5 (p-Anilin-C), 128,6, 129,2, 130,0, 132,1 (quart. C-Cl), 137,7
(quart. C-Phenyl), 147,7 (quart. C-Anilin).
GC-Ms: m/e = 231 [M+], 125 [M+ - CH2-NH-Phenyl], 106 [M+ - CH2-Chlorphenyl], 89,
77, 63, 51 , 28.
Beispiel 5:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,10 ml) p-Fluoraniiin und 0,011 mol (= 1 ,25 ml) Styrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :1 ) als Elutions- mittel, wobei das Produkt N-(2-Phenylethyl)-(p-fluor)anilin als braune Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 84 % d. Th.
Molgewicht: 215,27 g/mol Rf-Wert: 0,90 (Hexan/Essigsäureethylester 1 :1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25°C): δ = 2,79 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-CH2-), 3,23 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CHa-), 3,42 (s, 1 H, -NH-), 6,45-6,50 (m, 2 H, o-Anilin-H), 6,72-6,83 (m, 2 H, m-Anilin-H), 7,07-7,29 (m, 5 H). 13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 35,4 (-NH-CH2-), 45,6 (-NH-CH2-CH2-),
113,7-113,8 (d, J = 8 Hz, o-Anilin-C), 115,5-115,7 (d, J = 22 Hz, m-Anilin-C), 126,1 , 128,4, 128,8, 139,1 (quart. C-Pheπyi), 144,3 (quart. C-Anilin), 154,6-156,9 (d, J = 235 Hz, quart. C-F). GC-MS: m/e = 215 [M+], 124 [M+ - CH2-Phenyl], 95, 75, 28.
Beispiel 6:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,25 ml) o-Anisidin und 0,011 mol (= 1 ,25 ml) Styrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :5) als Elutionsmittel, wobei das Produkt N-(2-Phenylethyl)-(o-methoxy)anilin als leicht rosagefärbte Flüssigkeit erhalten wird. Ausbeute: 85 % d. Th.
Molgewicht: 227,31 g/mol RrWert: 0,48 (Hexan/Essigsäureethylester 5:1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 2,92 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-CH2-), 3,40 (t, 2 H, J = 7,03 Hz, -NH-CH2-), 3,80 (s, 3 H, -O-CH3), 4,33 (s, 1 H, -NH-), 6,68 (t, 2 H, J = 7,50 Hz), 6,79 (d, 1 H, J = 6,03 Hz), 6,89 (t, 1 H, J = 7,50 Hz), 7,18-7,33 (m, 5 H). 13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 35,6 (-NH-CH2-), 45,0 (-NH-CH2-CH2-), 55,4 (-CH3), 109,5, 109,9, 116,4, 121 ,3, 126,3, 128,5, 128,7, 138,0 (quart. C-OCH3), 139,5 (quart. C-Phenyl), 146,9 (quart. C-Anilin).
GC-MS: m/e = 227 [M+], 136 [M+ - CH2-Phenyl], 121 [M+ - CH3, - CH2-Phenyl], 91 , 77, 51 , 28. Beispiel 7:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Anilin und 0,011 mol (= 1 ,43 ml) α-Methyistyrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :5) als Elutionsmittel, wobei das Produkt (±)-N-1-(2-Phenylpropyl)anilin als leicht rosagefärbte Flüssigkeit erhalten wird.
Ausbeute: 34 % d. Th.
Molgewicht: 211 ,31 g/mol
RrWert: 0,63 (Hexan/Essigsäureethylester 5:1 )
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 1 ,30 (d, 3 H, J = 7,03 Hz, -CH3), 3,05 (sextett,
1 H, J = 7,03 Hz, -CH2-CH-CH3), 3,23 (dd, 1 H, J = 12,00 Hz, J = 8,04 Hz, -CH2-CH-
CH3), 3,31 (dd, 1 H, J = 12,00 Hz, J = 8,03 Hz, -CH2-CH-CH3), 3,50 (s, 1 H, -NH-);
6,55 (d, 2 H, J = 8,04 Hz, o-Anilin-H), 6,67 (t, 1 H, J = 7,03 Hz, p-Aniiin-H), 7,09-
7,33 (m, 7 H). 13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 19,7 (-CH3), 39,2 (-NH-CH2-), 50,9 (-NH-
CH2-CH-), 112,9 (o-Anilin-C), 117,3 (p-Anilin-C), 126,6 (m-Anilin-C), 127,2, 128,6,
129,2, 144,5 (quart. C-Phenyl), 148,1 (quart. C-Anilin).
GC-MS: m/e = 211 [M+], 106 [M+- CH(CH3)-Phenyl], 79, 77, 51 , 28.
Beispiel 8:
Gemäß AAV werden 0,011 mol (= 1 ,00 ml) Anilin und 0,011 mol (= 1 ,43 ml) ß- Methylstyrol miteinander umgesetzt. Die Isolierung des Produktes erfolgt säulenchromatographisch mit Essigsäureethylester / n-Hexan (1 :10) als Elutionsmittel, wobei das Produkt (±)-N-(1-Methyl-2-phenylethyl)anilin als leicht rosagefärbte Flüssigkeit erhalten wird. Ausbeute: 50 % d. Th.
Molgewicht: 211 ,31 g/mol
RrWert: 0,37 (Hexan/Essigsäureethylester 10:1)
1H-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 1 ,06 (d, 3 H, J = 6,50 Hz, -CH3), 2,60 (dd, 1 H, J = 13,50 Hz, J = 7,50 Hz, -NH-CH-CH2-), 2,86 (dd, 1 H, J = 13,50 Hz, J = 5,00 Hz, -NH-CH-CH2-), 3,42 (s, 1 H, -NH-); 3,68 (sextett, 1 H, J = 6,50 Hz, -NH-CH-), 6,55 (d, 2 H, J = 8,02 Hz, o-Anilin-H), 6,62 (t, 1 H, J = 7,03 Hz, p-Anilin-H), 7,06- 7,25 (m, 7 H).
13C-NMR (400 MHz, CDCI3, 25 °C): δ = 20,2 (-CH3), 42,3 (-NH-CH-), 49,3 (-NH-CH- CH2-), 113,3 (o-Aniiin-C), 117,2 (p-Anilin-C), 126,2 (tn-Anilin-C), 128,3, 129,3, 129,5, 138,5 (quart. C-Phenyl), 147,2 (quart. C-Anilin). GC-MS: m/e = 211 [M+], 120 [M+- CH2-Phenyl], 91 , 77, 28.