CH525894A

CH525894A - Verfahren zur Herstellung von neuen Dialkoholen N-heterocyclischer Verbindungen

Info

Publication number: CH525894A
Application number: CH76472A
Authority: CH
Inventors: Batzer Hans Dr Prof; Juergen Dr Habermeier; Daniel Dr Porret
Original assignee: Ciba Geigy Ag
Priority date: 1968-11-11
Filing date: 1968-11-11
Publication date: 1972-07-31
Also published as: ES385362A1; JPS5034031B1; ES385363A1; YU245070A; CS160116B2; CH521970A; BR6914069D0; CS160115B2; JPS5034032B1; SE359544B; SU398028A3; YU34126B

Description

Verfahren zur Herstellung von neuen Dialkoholen N-heterocyclischer Verbindungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen Dialkoholen der allgemeinen Formel (I)
EMI1.1
worin Y1 und Y je ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeuten und Z einen stickstoff-freien, zweiwertigen Rest, der zur Vervollständigung eines fünf- oder sechsgliedrigen, gegebenenfalls weiter-substituierten, heterocyclischen Ringes notwendig ist, bedeutet und m und n je für eine ganze Zahl im Wert von 1 bis 30, vorzugsweise von 1 bis 4, stehen, wobei die Summe aus m und n mindestens 3 betragen muss, dadurch gekennzeichnet, dass man einkernige N-heterocyclische Verbindungen der allgemeinen Formel (11)
EMI1.2
worin Y1, Y2 und Z die gleiche Bedeutung wie in Formel I haben,

mit Äthylenoxid (Äthenozid) oder Propylenoxid (Propenoxid) in Gegenwart eines geeigneten Katalysators umsetzt.

Der Rest Z in der Formel I besteht vorzugsweise nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Er kann z.B. ein Rest der Formeln
EMI1.3
sein, wobei R', R", R"', und R"" unabhängig voneinander je ein Wasserstoffatom oder z.B. einen Alkylrest, einen Alkenylrest, einen Cycloalkylrest oder einen gegebenenfalls substituierten Phenylrest bedeuten können.

Bei der Darstellung von Dialkyholen der Formel I verwendet man vorzugsweise saure Katalysatoren. Als saure Katalysatoren eignen sich besonders Lewis-Säuren, wie z.B. AICI3, SbCI5, SnCI4, FeC15, ZnCl5, BF3 und deren Komplexe mit organischen Verbindungen.

Die Verbindungen der Formel II werden z.B. erhalten, indem man an einkernige N-heterocyclische Verbindungen der Formel III
EMI2.1
worin Z die gleiche Bedeutung wie in Formel I hat, Äthylen- oder Propylenoxid anlagert. Diese Anlagerungsreaktion kann sowohl in Gegenwart von sauren als auch alkalischen Katalysatoren vorgenommen werden, wobei man zweckmässig pro Äquivalent NH-Gruppe der N-heterocy- clischen Verbindung der Formel III einen geringen Überschuss an Äquivalent Epoxidgruppen des Alkenoxids einsetzt.

Vorzugsweise verwendet man aber bei der Herstellung von Dialkoholen der Formel II alkalische Katalysatoren, wie Tetraäthylammoniumchlorid oder tertiäre Amine.

Man kann für diese Anlagerungsreaktion aber auch Alkalihalogenide, wie Lithiumchlorid oder Natriumchlorid, erfolgreich anwenden; sie läuft auch ohne Katalysatoren ab.

Die zur Herstellung der Alkenoxidanlagerungspro.

dukte der Formel II verwendeten einkernigen N-heterocyclischen Verbindungen der Formel m sind vor allem Hydantoin, Hydantoinderivate, Barbitursäure, Barbitursäurederivate, Uracil, Uracilderivate, Dihydrouracil und Dihydrouracilderivate, ferner Parabansäure.

Das Hydantoin und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel -(Iv)
EMI2.2
wobei R1 und R3 je ein Wasserstoffatom oder einen niederen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder wobei R1 und R2 zusammen einen Tetramethylenoder Pentamethylenrest bilden. Genannt seien Hydantoin, 5-Methyl-hydantoin, 5-Methyl-5-äthylhydantoin, 5-n-Propylhydantoin, 5-Isopropyl-hydantoin, 1,3 -Diaza-spiro- (4,5)-decan-2,4-dion, 1,3-Diaza-spiro(4,4)-nonan-2,4- dion und vorzugsweise 5,5-Dimethyl-hydantoin.

Die Barbitursäure und ihre bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel (V)
EMI2.3
worin R3 und R4 unabhängig voneinander je ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest, einen Alkenylrest, einen Cycloalkyl- oder -alkenylrest oder einen substituierten oder unsubstituierten Phenylrest bedeuten.

Genannt seien: Barbitursäure, 5-Äthylbarbitursäure, 5,5-Diäthylbarbitürsäure, 5-Äthyl-5-butylbarbitursäure, 5 -Äthyl5-sec. -butylbarbitursäure, 5-Äthyl-5-isopentylbarbitursäure, 5,5-Diallylbarbitursäure, 5-Allyl-5-isopropylbarbitursäure, 5-Allyl-5-sec.-butylbarbitursäure, 5-Äthyl -5(1'- methylbutyl)barbitursäure, 5- Allyl-5( 1 -methylbu- tyl)barbitursäure, 5-Äthyl-5-phenylbarbitursäure, 5-Äthyl -5(1' -cyclohexen- 1 -yl)barbitursäure.

Uracil und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel (Vl)
EMI2.4
worin R5 und R6 beide Wasserstoff oder einer der beiden Reste ein Wasserstoffatom und der andere Rest eine Methylgruppe bedeuten.

Uracile der Formel V sind Uracil selbst; ferner 6-Methyl-uracil und Thymin (= 5-Methyl-uracil).

Das Dihydrouracil (= 2,4-Dioxo-hexahydropyrimidin) und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel (VII)
EMI2.5
worin R7 und R8 beide ein Wasserstoffatom oder gleiche oder verschiedene Alkylreste, vorzugsweise Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und R9 und Rlo unabhängig voneinander je ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest bedeuten.

Vorzugsweise bedeuten in obiger Formel die beiden Reste RT und R8 Methylgruppen, R9 ein Wasserstoffatom oder einen niedrigen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoff- atomen und Rlo ein Wasserstoffatom. Genannt seien: 5,6-Dihydrouracil, 5,5- Dimethyl -5,6- dihydrouracil(2,4 -Dioxo-5,5-dimethylhexahydropyrimidin) und 5,5-Dime- thyl-6-isopropyl-5,6- dihydrouracil (2,4- Dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropylhexahydropyrimidin).

Beispiel 1 1,3-Di(h-hydroxyäthoxyäthoxyäthyl)-S,S-dimethyl- hydantoin a) Zu einer Mischung aus 64,2 g 5,5-Dimethylthydantoin (0,5 Mol), 4,15 g Tetraäthylammoniumchlorid und 100 ml Dimethylformamid wird bei Raumtemperatur eine auf etwa 50C gekühlte Lösung von 48,5 g Äthylenoxid (1,1 Mol) in 200 ml Dimethylformamid fliessen gelassen.

Es wird allmählich auf 50 bis 600C erhitzt, wobei die Reaktion unter Wärmeabgabe eintritt. Nach der Exothermie wird noch 3 Stunden bei 900C gerührt. Die Aufarbeitung erfolgt wie im Beispiel A. Man erhält 108,0 g eines zähen Öls (99,7% der Theorie). Die Reinigung erfolgt durch Vakuumdestillation (Kp0,3 = 185-1860C), man erhält das reine 1,3 -Di(-hydroxyäthyl) -5,5-dimethyl- hydantoin in 86,8S0iger Ausbeute. Das Produkt erstarrt zu farblosen Kriställchen, die um 400C schmelzen.

Analytische Daten: druckosmometrisch zu M = 394 bestimmt (Theorie 392,5), die Elementaranalyse ergibt 51,7wo C und 8,4% H (berechnet: 52,0% C und 8,2% H).

Eine Probe dieser Substanz wird in Chloroform gelöst, mit wenig 1 0%iger Natronlauge ausgeschüttelt und nach Abtrennung der wässerigen Phase wird die Chloroformschicht über Magnesiumsulfat getrocknet. Anschliessend wird aus Petroläther/Cyclohexan gefällt, das erhaltene hellgelbe Öl wird in Methylenchlorid aufgenommen und bis zur Gewichtskonstanz (zuletzt 600C/0,1 Torr) behandelt. Das so gereinigte Produkt ist laut Dünnschichtchromatogramm praktisch einheitlich.

Das H NMR-(kernmagnetische Resonanz)-Spektrum und seine Integration zeigen, dass folgende 32 Protonen vorhanden sind (Summenformel: C1,H32N208):
6 Methylprotonen bei 8 = 1,40
2 C-OH Protonen bei 8 ca. 3,55
24 Methylenprotonen bei 8 ca. 3,65
Da die Addition des Äthenoxids statistisch auf beiden Seiten des 1,3-Di(A-hydroxyäthyl)-5,5-dimethylhydan- toins erfolgen dürfte, muss aufgrund der angeführten Ergebnisse das Vorliegen im wesentlichen folgender Struktur angenommen werden:
EMI3.1
gefunden:

berechnet:
49,54% C 49,99% C
7,39% H 7,46% H (Mosmometriseh) 212 216 (MTheorie) b) Aus 108,1 g 1,3-Di(0-hydroxyäthyl)-5,5-dimethyl- hydantoin (0,5 Mol), 500 ml Dioxan u. 2 ml einer 47%igen Bortrifluorid-diäthylätheratlösung in Diäthyläther wird bei 600C eine klare farblose Lösung hergestellt. In diese Lösung werden innerhalb von 2 Stunden und 20 Minuten 88,1 g Äthenoxid (etwa 2 Mol) eingeleitet. Man geht dabei so vor, dass ein konstanter Äthenoxidgasstrom von solcher Stärke in die Lösung geleitet wird, dass praktisch alles Äthenoxid absorbiert wird. Die Menge des eingeleiteten Äthenoxids wird mit einem geeigneten Gasdurchflussmesser (Rotameter) laufend kontrolliert.

Die Reaktion ist schwach exotherm, so dass sich das Reaktionsgemisch nach Entfernung der Aussenheizung um etwa 100C auf 700C erwärmt. Nach dem Abstellen des Äthenoxidstromes wird auf 150C gekühlt und mit 15 ml 50%iger Natronlauge versetzt. Man filtriert und engt die klare, bernsteinfarbene Lösung am Rotationsverdampfer ein (60-800C, 15 Torr), danach wird bis zur Gewichtskonstanz bei 800C/0,1 Torr behandelt.

In quantitativer Ausbeute erhält man ein Öl, dessen IR (Infrarot)-Spektrum neben der vom Dimethylhydantoin herrührenden Absorption eine starke OH-Absorption (2,92-3,02,,) und eine sehr starke C-O-C Absorption (8,9-9,41L) aufweist. Das Molekulargewicht wird dampf
Beispiel 2 I,s-oi-(i-ydroxyäthyl-polyäthoxyäthyl hydantoin
21,6 g 1,3 -Di(-hydroxyäthy -5,5-dimethylhydantoin (hergestellt gemäss Beispiel la) (0,1 Mol) werden in 600 g wasserfreiem Dioxan gelöst und bei 650C gerührt. Man fügt 1,5 ml 47%ige ätherische Bortrifluorid-diäthylätheratlösung zu und leitet innerhalb v. 4 Stunden unter Rühren 264,3 g Äthylenoxid (6,0 Mol) = 134,4 Liter gasförmig ein. Der Äthylenoxidstrom wird mit Hilfe eines Gasdurchflussmessers (Rotameter) dosiert.

Die Reaktion ist exotherm, so dass auf eine Heizung verzichtet werden kann; gelegentlich muss sogar mit Eiswasser etwas gekühlt werden, um die Reaktionstemperatur von ca. 650C zu halten. Man lässt über Nacht stehen und rührt zur Neutralisation von Bortrifluorid 18 ml ln NaOH ein.

Man filtriert die trübe Lösung und engt das wasserklare, farblose Filtrat am Rotationsverdampfer unter 20 Torr ein. Anschliessend werden flüchtige Anteile bei 80 C/ 0,08 Torr entfernt. Man erhält 218 g eines farblosen niedrigviskosen Öls, dies entspricht einer Äthylenoxidaufnahme von 196,4 g (= 4,466 Mol). Die Analysen ergeben folgende Resultate: Das protonenmagnetische Resonanzspektrum (60 Mc H-NMR, aufgenommen in CDCI3 bei 350C) zeigt im wesentlichen nur noch die Signale für C-CH3 bei 8 = 1,30 und ein sehr intensives Multiplett bei etwa 8 = 3,62, das von den -(CH2-CH2-O)n-Gruppen herrührt.

Die Elementaranalyse zeigt folgende Werte:
53,3% C 8,9% H 1,6% N
Dies bedeutet, dass im Mittel an jedem N-Atom des Hydantoins etwa 20-23 Äthylenoxideinheiten gebunden sind.

Die Gelpermeationsanalyse zeigt eine Molekulargewichtsverteilung, nach der die Verteilungsfunktion ein Maximum bei etwa 20-24 Äthylenoxideinheiten pro N Atom hat, entsprechend einem Molekulargewicht von etwa 2000-2500.

Das mittlere Molekulargewicht wurde dampfdruckosmometrisch zu 1100-1200 bestimmt; dieser Wert wird durch die Molekulargewichtsverteilungskurve der Gelpermeationsanalyse bestätigt.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Herstellung von neuen Dialkoholen der Formel (I) EMI4.1 worin Y3 und Y2 je ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeuten und Z einen stickstoff-freien, zweiwertigen Rest, der zur Vervollständigung eines fünf- oder sechsgliedrigen, gegebenenfalls weiter-substituierten, heterocyclischen Ringes notwendig ist, bedeutet und m und n je für eine ganze Zahl im Wert von 1 bis 30 stehen, wobei die Summe aus m und n mindestens 3 betragen muss, dadurch gekennzeichnet, dass man einkernige Nheterocyclische Verbindungen der allgemeinen Formel (11) EMI4.2 worin Y1, Y2 und Z die gleiche Bedeutung wie in Formel I haben, mit Äthylenoxid oder Propylenoxid in Gegenwart eines Katalysators umsetzt.

UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator Bortrifluoriddiäthylätherat verwendet.

2. Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als N-heterocyclische Verbindung 1,3-I9i-P-hydroxyäthyl)-5,5 - dimethylhydantoin verwendet.