CH434260A - Verfahren zur Herstellung von Amiden von Dimethyläther-a,a'-tetrasubstituierten-dicarbonsäuren - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Herstellung von Amiden von   Dimethyläther-a,      a'-tetrasubstituierten-dicarbonsäuren   
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Her  stellung von Amiden von Dimethylädherz etrasub-    stituierten-dicarbonsäuren des Typs
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 worin   Ri,    R2, R3, R4   Alkyl-,      Aryl-oder Alkenylreste      und !    R   Wasserstoff, Alkyl-oder Arylreste bedeuten,    das dadurch gekennzeichnet ist, dass   α

  -Oximierungsprodukte    der entsprechenden 2, 2, 5,   5-tetrasubstituierten-4-Oxote-      trahydrofurane    der Formel
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 mit einem das   Oximierumgsprodükt losenden, zur Ring-    spaltung zwischen C3 und C4 befähigten Mittel   behan-    delt wird.



   Zur Ringspaltung befähigte Mittel sind gegenüber   Carboxyl-und/oder      Carbäurenitnigruppen    inerte organische Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe, z. B.



  Benzol, ToluoL Xylol, höhere Ketone, z. B.   Methyl-      äthylketon,    Amide, z. B. Dimethylformamid,   Di-isopro-      pylather-a, a'-sekundäres Ddcarbonsäureamid, odler    Pyridin.



   Eine weitere Gruppe von zur Ringspaltung   befähig-    ten Stoffen stellen die gegen ber Carboxyl- und/oder CarbonsÏurenitrilgruppen reaktionsfÏhige Stoffe dar, die gleichzeitig l¯send auf das Oximierungsprodukt wirken.



  Dabei handelt es sich vor allem um Stoffe, die mit den   Carboxyl-und/oderCarbonsäuTenitEiIgmppenunter    Ver  seifung    oder Veresterung in Verbindung treten können, wie Wasser oder Alkohole.   



   ZweckmässigwirdmandieReaktionbeschleunigen.



  Dieskanneinerseitsdadurchgeschehen,dassmanauf    Temperaturen von   50-200'  C erwärmt ; anderseits    gelingt es, die Reaktion durch Anwendung   kabalytischer    Mengen von Verseifungs- und Veresterungskatalysatoren zu beschleunigen. Selbstverständlich kann die An  wendungvonWärme    mit der   AnwendungvonKataly-    satoren kombiniert werden.



   Als   Verseifungs-,Veresterungs-undUmesterungs-      Katalysatorenkommenbasisch,neutralodersauerwir-    kende Stoffe, wie Alkali- oder Erdalkalihydroxyde, -oxyde,-alkoholate, Titanate, Säuren usw. zur Anwendung.



   Bei der Verwendung sauer wirkender   Veresterungs-    katalysatoren ist darauf zu achten, da¯ diese nur verwendet werden, wenn das Reaktionsmedium wasserfrei ist, das   heisst,dassdiesesauerwirkendenKatalysatoren    nur dann angewendet werden sollen, wenn. das Reak  tionsmedium    ein gegenüber Carboxyl-und/oderCarbon  säurenitmigruppeninertesorganischesLösungsmittel    oder ein Alkohol, keinesfalls aber Wasser ist. Werden Säuren als Katalysator in Wasser verwendet, findet keine   RingspaltungzwischendemCs-undCt-Kohlcnstoffstatt,    sondern   es entstehen α,α'-Diketotetrahydrofurane.   



   Bei der Umsetzung ist zu beachten, dass das zur   RingspaltungbefähigteLösungsmittelreaktions'lenkend    wirken kann. Wird z. B. zur   Rsngspaltmg    als Lösungsmittel ein Alkohol der allgemeinen Formel ROH verwendet, so kann dieser mit der Carboxylgruppe der Mononitril-Monocarbonsäure den entsprechenden Ester   bilden, der damn bei derUmlagerumgzumsubstituierten SauTeamid der Formel   
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 führt.



   Für die Anwendung von Wärme als   reaktionsbe-      schleunigendes Mittel kann die allgemeine Regel gegeben    werden, dass in Abwesenheit von Katalysatoren bereits Temperaturen von 90¯ C gen gen, um befriedigende Umsatzgeschwindigkeiten zu erreichen. Werden Katalysatoren angewendet, werden diese bereits bei Tempera  turen    um etwa   50  C    erreicht.



   Die Herstellung der   α-Oximierungsprodukte    der 2, 2, 5,   5-tetrasubstiLtuierten-4-Oxotetrahydrofurane    kann in bekannter Weise durch Addition von 2 Molen Keton an   1    Mol   Acetylen,Umlagerndesentstehendentetira-    substituierten   Hexmdiols    in Gegenwart von löslichen   Quecksilber (In-Katalysatoren    in das wasserunlösliche 2, 2, 5, 5 - tetrasubstituierte - 4 und schliesslich durch   eOximierung    letzterer mit salpetriger Säure, deren Ester, Chloride oder Anhydride erfolgen.



   Der formelmϯige Ablauf des Verfahrens erinnert an die bekannte    < :Beckmannsche      Umlagerungp, die von      Keto-oximen    zu   substituierten primären Carbonsäure-    amiden führt. Bei der praktischen Durchführung der   BeckmannschenUmlagerungeinerseitsunddesan-      meldungsgemässen    Verfahrens anderseits stösst man jedoch auf wesentliche Unterschiede der beiden   Reaktio-    nen. Nach modernen und anerkannten Darstellungen werden zum Ausl¯sen der    <  Beckmannschen Umlage-    rung¯ stark saure bzw. sÏurebildende Substanzen, wie H2SO4, SO3, P2O5, SOCl2, PCl5 u. a. m., ben¯tigt.



   Unter der Einwirkung   dergenanntenSäurenwerden    aus den Oximen Kationen gebildet und nach Abspaltung von Wasser die    BeckmamnschcUmlagerungvoüt-    zogen. Völlig konträr zu diesen Ergebnissen steht die Tatsache, dass im Falle des neuen Verfahrens auf die Verwendung von   Säurennichtnurverzichtet    werden kann, sondern auch mit starken Alkalien   wesendiche      Reaktionsbeschleunigungenund    hohe Ausbeuten an den gewünschten Reaktionsprodukten erzielt werden.



   Das neue Verfahren beschränkt sich mit Nachdruck auf   die Oximierungsprodukte der    2, 2, 5,   5-tetrasubstitu-      ierten-4-Oxotetrahydrofurane. Unterwirft    man die analog   a-oximierten    tri-, di-, monosubstituierten oder gar nicht   substituiert)en-4-0xotetrahydrofuraneBedingungen,    bei denen das neue Verfahren glatt abläuft, gelangt man nicht oder mit kaum erkennbaren Ausbeuten zu den Amiden der   Ätherdiacarbonsäure.    Als chemisch wesentliche   Voraussetzang für    das neue Verfahren erscheint also die   besonderen sterischen VerhÏltnisse bei den. &alpha;

  -Oximie-    rungsprodukten der 2,2,5,5-tetrasubstituierten-4-Oxotetrahydrofurane zu sein, die eine Umlagerung aus den vollstÏndig substituierten 5-Ring-Sauerstoff-Verbindun gen in die offenbar   entspannterenoffenkettigen    bzw.



     6g ! iedrigen Verbindungen stark begünstigen.    Auch dar in liegt ein wesentlicher Unterschied zur bekannten ¸ Beckmannschen Umlagerung¯, nach der technisch die Umlagerung des   6g)iedrigenCyclbhexanon-oximeszum    7gliedrigen Caprolactam erfolgt.



   Die nach   dlem    Verfahren der Erfindung herstellbaren Produkte lassen sich durch Ätherspaltung mit konzen  trerten    Säuren in die entsprechend substituierten   a-Oxy-    carbonsäuren überführen.



   Beispiel 1
Beim Erhitzen von 0, 0585 Mol 98,   8 %    igem a-Oxymierumgsprodukt des 2, 2, 5,   5-tetramethyl-4-      oxotetrahydrofumans in    40 g Toluol als   Suspendier-    mittel und 0, 2 g NaOH als Katalysator auf Siedehitze ist die Reaktion, wie der negative Nachweis auf Carbonylgruppen mit 2,   4-Dinitrophenylhydrazinaus-    weist, nach 2 Stunden beendet. Aus dem im Vakuum eingeengten R ckstand kristallisieren unmittelbar 48% der Theorie   Di-isopropyläther-a,    a'-sekundäres Dicarbon  säuceamid    aus. Weitere 37 %   werden durch Umkristallir-    sation des Rückstandes aus   1 l    iger Salzsäure erhalten, was eine Gesamtausbeute von 75 % ergibt.

   Bei analoger Reaktionsführung in Abwesenheit von   NaOH    dauert die Umsetzung 9 Stunden und die isolierten   Ausbeutenlie-    gen um rund 30% tiefer. Ersetzt man Toluol gegen das niedriger siedende Benzol, wird die Reaktionsdauer in Gegenwart von   NaOH    nicht wesentlich erhöht, wohl aber in Abwesenheit von ; NaOH auf über 12 Stunden.   



  ImhöhersiedendenXylolistdieReaktioninGegen-    wart von   NaOH    1, 5 Stunden und   von n-Butyltitanat    bereits nach 45 Minuten beendet. Bei 150¯ C, im siedtnden   Dimethylformamid,eirfolgtmAbwesenheitvon      reaktionsbeschleunigenden Zusätzen vollständiger    Umsatz innerhalb von 3, 5   Stunden.    Bei weiterer   Temperatur-    erhöhung können die   Reaktionszeitien    auch bei Fort  lassung    von Katalysatoren noch weiter verk rzt werden.



   Beispiel 2
Eine Mischung, bestehend aus 0, 2 Mol des   a-Oxi-    mierungsproduktes des 2, 2, 5,   5-tetramethyl-4-Oxotetra-      hydrofurams, darauf    bezogen 5 %   n-Butyl-orthotitanat    als Veresterungskatalysator und   0,    22 Mol   n-Butanol,    wird im überschüssigen Benzol aufgeschlämmt und unter Rückfluss an einer   10    cm langen   Fivllkörperkolonne    mit   Kokmnenkopf    zum   Sied'en    erhitzt. Das sich   abschei-    dende   Veresterungswasser    wird als   Destillat abgezogen.   



  Als obere Schicht werden etwa 1, 5 ml Wasser erhalten (=41,7% der Theorie).



   Das   Losungsmittel(Benzol)undüberschüssige    n Butanol werden   d'urch    Destillation entfernt. Man   er-    hÏlt einen mit Kristallen durchsetzten öligen Rückstand.



  Mit   Petroläther    wird der kristalline Anteil herausgelöst und wieder zur Kristallisation gebracht. Man erhält nach Umkristallisation aus Benzol 7, 8 g   Di-isopropyläther-      a, a'-sekundäres-dicarbonsläureamid entsprechendl    einer Ausbeute von 23 % der Theorie. Die Substanz   schmilizt    bei   137     C, es wurden 7,   95 %    N gefunden und 8,   18 %    N berechnet.



   Die Destillation des restlichen Rückstandes führte zur Isolierung von 21, 9 g N-n-Butylsubstituiertem-di  isopropylÏther-&alpha;,&alpha;'-sekundÏrem-dicarbonsÏureamid.   



   Kp. bei 0, 3 mm Hg =   77  C.   



   Berechnet : C 63,   4%    H 9,   3%    N 6, 17%
Gefunden : C 63,3% H 9,   3%    N 6,   0%   
Die Ausbeute von 21, 9 g entspricht einer solchen von 48 % der Theorie. Demnach betrug die isolierte Ge  samtausbeute an sekundären Atherdicarbonsäureamiden    23, 0 % + 48%=71% der Theorie. Die IR-Spektren der beiden isolierten Substanzen entsprechen den angenommenen Formeln. Mit mässig konzentrierter Salz  säureim.Überschusssindbeide,ina-Oxyisobuttersäure    überführbar.



   Durch Anwendung eines höheren Überschusses von   n-Butanol    wird   erwartungsgemässdieAusbeutean    sub  stituiertem Ätherdi. ca. rbonsäureamid erhöht.   



   Anstelle von   n-Butyliütanatkönnenauchgeringe    Mengen an   NaOH    als   Katalysatorverwandt    werden.



  Hierbei wird die Ausbeute an nicht substituiertem Di   carbonsäureamidaufKos'tendessubstituiertenerhöht    und gleichzeitig die Reaktionsdauer von 1 Stunde auf 2 Stunden verlängert.



   Beispiel 3
0, 176 Mol des   a-Oximierungsproduktesdas!    2, 2, 5, 5  tetramethyl-4-oxotetrahydrofurans    werden in 120 g   Athylalkohol    in Lösung gebracht, mit 0, 5 g   NaOH    verse'tzt und unter Rückfluss erhitzt. Gelegentlich werden Proben entnommen und mit Hilfe von typischen Rea  genzien    auf freie   Ketogruppen    (z. B. 2,   4-Dinitro-phenyl-    hydrazin) der Reaktionsablauf verfolgt. Nach etwa 3 Stunden ist die Reaktion beendet. Geringe Nebenreaktionen   (Verseifungen)    zeigten sich durch Ammoniakabspaltung an.



   Bei Aufarbeitung, wie in Beispiel 2 angegeben, wurden isoliert : etwa 60 %   der Theorie Di-isopropyl-Ïther-&alpha;,      a'-sekun-    däres   dicarbonsäureamid    ; etwa   35 %    der   Theorie N-Athylrdi-isopropyläther-ce, a'-    sekundäres   dicarbonsäureamid;    zusammen : etwa 95 % Gesamtausbeute.



   Die IR-Spektren der   Reaktibnsprodukte entspra-    chen der Theorie. Der Einfluss   eines Reaktionsbeschleu-    nigers lϯt sich aus den Reaktionszeiten der Parallelversuche erkennen. Bei Fortlassung von NaOH war die Umsetzung nach 8 Stunden noch nicht beendet. Bei Anwendung von   Natriumäthylat    anstelle von   NaOH    ist die Reaktion bereits nach 30 Minuten abgeschlossen.



   Beispiel 4
In einer Reibschale werden je 0,1 Mol (= 17, 1 g)   Di-isopropylÏther - &alpha;, a' - sekundÏres DicarbonsÏureamid    (als zur Ringspaltung befÏhigtes   Mittel) und &alpha; -Oximie-    rungsprodukt von 2,2,5,5-tetramethyl-4-oxotetrahydrofuran miteinander innig verrieben und in einem R hrkolben unter Rückfluss   langsamerhitzt.Bei80     C be  ginnt    das Gemisch zu schmelzen und bei   90     C setzt eine exotherme Reaktion ein, wobei das Reaktionsgemisch sich von selbst auf 150¯ C erwÏmt. Nach wenigen Minuben ist die Reaktion beendet und man erhält eine zähviskose Masse, die langsam   durchkristallisiert.   



  Die Umsetzung ist vollstÏndig und  bliche Ketonachweisreaktionen verlaufen negativ. Durch Umkristiallisation aus Benzol erhält man knapp 25 g   Di-isopropyl-      äther-a. a'-sekundäres DicarbonssäuTeamid mit    einem Fp. von 135-137¯ C.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Ami. de von Dime th : yläther-a, a'-tetrasubstituierten-dicarbonsäuren des Typs EMI3.1 worin Ri, R2, Rs, R4 Alkyl-, Aryl-oder Alkenylrestte und R Wasserstoff, Alkyl-oderAryhestebedeuten, da durch gekennzeichnet, da¯ α-Oximierungsprodukte der entsprechend 2, 2, 5, 5-tetrasubstituierten-4-Oxotetrahydrofurane der Formel EMI3.2 mit einem das Oximierungsproduktlösenden, zur Ringspaltung zwischen C3 und C4 befÏhigten Mittel behandelt werden.

   UNTBRANSPRÜCHB 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da¯ man als zur Ringspaltung befähigtes Mittel ein gegenüber Carboxyl- und CarbonsÏurenitrilgruppen inert wirkendes,organischesLösungsmittelfür das Oximierungsprodukt verwendet.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn- zeichnet, dass man als zur Ringspaltung befÏhigtes Mittel ein mit Carboxyl-und/od & r Carbonsäurenitrdlgruppen issagierendesLösungsmittelfürdasOxhnierungsprodukt verwendet.

   3. Verfahren nach Patentanspruch undUnteransprü- chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da¯ man die Ringspaltung diN-ch Erwärmen auf Temperaturen von 40 bis 200 C beschleunigt.

   4. Verfahren nach Patentanspruch und Unberansprü- chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ringspaltung durch neutral bis basisch wirkende Um esterungskatalysatoren beschleunigt.

   5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran- sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Ringspaltung durch sauer wirkende Vereskerungskataly- satoren in wasserfreiem Reaktionsmedium beschleunigt.