CH630913A5 - Process for the preparation of N-N-dimethylpiperidinium chloride and N,N-dimethylmorpholinium chloride - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von N,N-Dimethylpiperidini-umchlorid bzw. N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid durch Umsetzung von N-Methylpiperidin bzw. N-Methylmor-pholin mit Methylierungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass man die Monomethylverbindungen mit Methylchlorid in Gegenwart von Wasser als Verdünnungsmittel bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und einem Druck von 1 bis 7 bar umsetzt.

Es wurde nun gefunden, dass man N,N-Dimethylpiperidi-niumchlorid bzw. N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid aus N-Methylpiperidin bzw.N-Methylmorpholin leicht und in ausgezeichneten Ausbeuten erhält, wenn man die Monome-s thylverbindungen mit Methylchlorid in Gegenwart von Wasser als Verdünnungsmittel bei einer Temperatur von 0 bis 100°C und einem Druck von 1 bis 7 bar umsetzt.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N,N-Dimethylpiperidiniumchlorid bzw. N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid aus den entsprechenden Monomethylverbindungen und Methylchlorid in Gegenwart von Wasser.

Es ist bekannt, N,N-Dimethylpiperidiniumchlorid bzw. N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid als Mittel zur Beeinflussung des Wachstums von Pflanzen zu verwenden (DT-PS 1642215 und DT-OS 2207 575). Sie werden in Form einer wässrigen Lösung zur Anwendung gebracht. Ihre Herstellung erfolgt in bekannter Weise durch Überführung von N,N-Dimethylpiperidiniumjodid bzw. N,N-Dimethylmor-piioliniumjodid in die entsprechenden Chloride [Helv. Chim. Acta 39,399 (1956) bzw. Chem. Ber. 22,2091 (1889)].

IS

O

CH,+CH,C1

3 j

Das istüberrschend und war nicht vorzusehen,weil Methy-lierungen mit Methylchlorid bisher entweder in nichtwäss-rigen Lösungsmitteln durchgeführt wurden oder wenn Wasser als Verdünnungsmittel verwendet wurde, dann wurden Temperaturen (120°C), die weit über der Raumtemperatur liegen, und starke Drücke (20 bis 60 bar) verwendet.

Das erfindungsgemässe Verfahren hat zwei wesentliche Vorteile: Erstens ist durch die Verwendung von Wasser als Verdünnungsmittel das Verfahren sehr einfach und damit sehr wirtschaftlich, da die wässrige Lösung der Endprodukte direkt zur biologischen Anwendung kommen kann. Zweitens erlaubt die Umsetzung bei Normaldruck bzw. wenig erhöhtem Druck die Verwendung von preiswerten serienmäs-sigen Rührbehältern, da diese normalerweise, auch wenn sie für drucklose Reaktionen bestimmt sind, aus Sicherheitsgründen für einen Druck von 4 bis 7 bar ausgelegt werden.

25 Die Umsetzung kann für den Fall der Verwendung von N-Methylpiperidin durch die folgende Formel wiedergegeben werden:

O'1

CH.

CH,

Cl

(-)

Im Vergleich zu bekannten Verfahren liefert das erfindungsgemässe Verfahren auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege die gewünschten quaternären Ammoniumchloride in guter Ausbeute und hoher Reinheit. Während die bekannten Verfahren umständlich waren, weil sie zweistufig durchgeführt werden mussten, wird nach dem erfindungsge-mässen Verfahren die Umsetzung in einem Schritt durchgeführt.

Ausgangsstoffe des Verfahrens sind N-Methylpiperidin, N-Methylmorpholin und Methylchlorid. Sie werden beispielsweise in etwa äquivalenten Mengen verwendet, gegebenenfalls mit einem geringen Überschuss an Methylchlorid.

Die Umsetzung kann beispielsweise folgendermassen durchgeführt werden: In dem Reaktionsbehälter werden Wasser und das Monomethylamin vorgelegt, die Mischung vvird auf die gewünschte Reaktionstemperatur erwärmt und dann mit Methylchlorid behandelt. Vorteilhaft werden die Reaktionskomponenten dabei miteinander vermischt, beispielsweise durch Rühren. Nach dem Ende der Reaktion wird die Reaktionslösung auf Raumtemperatur abgekühlt und danach mit Wasser auf die gewünschte Wirkstoffkonzentration verdünnt.

Die Konzentration der Monomethylamine im Wasser bei Beginn der Umsetzung kann in weiten Grenzen variiert werden. Bevorzugt werden solche Konzentrationen verwendet, die nach beendeter Reaktion Konzentrationen der Endprodukte liefern, die geringfügig über der Konzentration der zum Verkauf bestimmten wässrigen Lösungen liegen. Man kann aber auch mit verdünnterer wässriger Lösung beginnen und nach beendeter Umsetzung einen Teil des verwendeten Wassers abdestillieren, ohne dass die Qualität der Endprodukte darunter leidet. Die Konzentration der Monomethylamine im Wasser darf auch ohne weiteres so hoch sein, dass sie von Anfang an oder während der Umsetzung nicht vollständig gelöst sind.

Da Methylchlorid ein Gas ist, arbeitet man zweckmässiger-35 weise in einer geschlossenen Apparatur. Beim erfindungsge-mässen Verfahren kann man drucklos oder mit Druck arbeiten. Mit Druck verläuft die Reaktion etwas schneller. Arbeitet man ohne Überdruck, so ist es zweckmässig, vor dem Einleiten des Methylchlorids in den Reaktionsbehälter 40 diesen durch teilweises Evakuieren weitgehend luftfrei zu machen und dann durch Einleiten von Methylchlorid in den Behälter den gewünschten Druck einzustellen.

Arbeitet man während der Umsetzung bei konstantem Druck, dann kann man an der Menge des zugeführten Methyl-45 chlorids den Fortgang der Umsetzung verfolgen.

Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, vorzugsweise bei mindestens 20°C, zweckmässig 30 bis 80°C, insbesondere 40 bis 60°C, diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt.

so Die Zeitdauer der Umsetzung ist für die Qualität der Endprodukte ohne Bedeutung. Man kann deshalb die Reaktionszeit nach dem Gesichtspunkt der grössten Wirtschaftlichkeit einstellen. So kann es z. B. gegebenenfalls günstiger sein drucklos zu arbeiten, weil nur ein Behälter für das drucklose 55 Arbeiten zur Verfügung steht und dafür eine längere Reaktionszeit in Kauf zu nehmen.

Am Ende der Reaktion wird kein Methylchlorid mehr aufgenommen und die Reaktionslösung besitzt einen pH-Wert von 6-7. Sie stellt dann eine klare, praktisch farblose Flüssig-60 keit dar.

Die erfindungsgemässe Umsetzung veläuft praktisch vollständig zu den gewünschten Endprodukten, d. h. es entstehen keine Nebenprodukte, wodurch die Ausbeute praktisch quantitativ ist.

65 Die einzigen Nebenprodukte, die gegebenenfalls auftreten können, stammen aus Verunreinigungen der Ausgangsstoffe. Wenn z. B. das N-Methylpiperidin noch geringe Mengen unsubstituiertes Piperidin enthält, so entsteht durch die

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Umsetzung mit Methylchlorid N-Methylpiperidinhydro- durchaus sinnvoll sein kann, weil die beiden Produkte bei chlorid, welches wegen der Hydrochloridbildung nicht weiter einigen Pflanzenkulturen mit besonderem Erfolg auch methyliert wird. Setzt man der Ausgangslösung basische gemeinsam angewendet werden können.

Stoffe zu, die aus Aminhydrochloriden die entsprechenden Möchte man die beiden Produkte als feste kristalline Stoffe

Amine in Freiheit setzen, z. B. Natriumhydroxid, so kann s isolieren, so gelingt das leicht durch Eindampfen der entspre-

man die oben beschriebene Entstehung des Hydrochlorids chenden wässrigen Lösungen. Man erhält sie als farblose,

des tertiären Amins verhindern. Wenn die Entstehung des grobe Kristalle hoher Reinheit mit einem Schmelzpunkt aus dem Aminhydrochlorid und dem basischen Zusatzstoff oberhalb 300°C.

entstehenden Metallchlorids nicht stört, kann man das Verfahren unter Umständen noch wirtschaftlicher machen, 10 Ausführungsbeispiel indem man von unreinen Ausgangsaminen ausgeht. Wenn In einem Rührgefäss, welches mit einem Heizmantel ver-auch eine grössere Menge Metallchlorid nicht stört, kann sehen und ein Volumen von 100 Volumenteilen besitzt, man sogar von Anfang an von den sekundären Aminen, d. h. wurden 30 Volumenteile Wasser und 15,6 Gewichtsteile von Piperidin bzw. Morpholin, ausgehen und diese unter den N-Methylpiperidin eingefüllt (Volumenteile verhalten sich zu oben beschriebenen Reaktionsbedingungen in Gegenwart is Gewichtsteilen wie Liter zu Kilogramm). Die Apparatur eines Äquivalents eines basischen Zusatzstoffes mit Methyl - wurde evakuiert und auf 50°C erwärmt. Bei dieser Tempe-chlorid umsetzen. Man erhält dann als Endprodukt eine ratur wurden über einen Durchflussmesser maximal 1000 wässrige Lösung einer Mischung aus einem Mol quaternärein Volumenteile Methylchlorid pro Stunde zugeführt und die Ammoniumchlorid und einem Äquivalent Metallchlorid. Mischung gerührt.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch deshalb fort- 20 Nach etwa 2 Stunden wurde ein Druck von 2 bar erreicht schrittlich, weil es sehr umweltfreundlich ist. Feste oder flüs- und dieser durch ständige kontrollierte Zugabe von Methyl-

sige Abfallstoffe entstehen überhaupt nicht, da die Reak- chlorid auf gleicher Höhe gehalten.

tionslösung direkt das gewünschte Endprodukt ist. Gasför- Der HeizmanteI wurde wähfend der Reaktion mit Wasser mige Emissionen lassen sich weitgehend vermeiden, wenn yon 550C besch die Innentemperatur auf49-50°C

man das Entleeren des Reaktionsbehalters und aas 25 ai*

„ j a * u u gehalten werden konnte.

Beschicken desselben mit den Ausgangsstoffen ohne vorher- e Stunden blieb der Druck ohne weiteres Zuleiten

• 1 « «• 1». j n 1 »1. • • •, »r'ii» lidvll / OlUliUvll UllvU vivi L/lUWa UilliC Wvllvlvd uUlvllvll gehende Beluftung des Behälters vornimmt, was mit Hilfe ^^ c 1

® ~ «r , , « • . von Methylchlorid konstant. Es wurde noch 0.75 Stunden von Pumpen problemlos durchzufuhren ist nachgerührt und dann die Apparatur so entleert, dass das

Da die wässrige Losung nach beendeter Umsetzung etwas „ ... , , , jf,,. , , V ,

w .L il. -j ..-u I j- t •• » ir j Bodenventil gerade noch bedeckt blieb und damit der

Methylchlond enthalt, kann diese Losung unter Umstanden 30 . „ . ,

, r, - . . „ .. i., „ Behälter nicht entspannt wurde.

als Emissionsquelle von Verunreinigungen betrachtet K.. . .... , .,

, _.. ,? _ ... t-• , , , . Die so erhaltene Losung war eine gelbliche klare Flussig-

werden. Fur diesen Fall kann man die Losung nach beendeter . v . . T.... f , „ °, . ö

... ,, , c j ■ r* .',1 „• 1 keit, zeigte einen pH-Wert von 6,9 und enthielt nach einer

Umsetzung über einen Verdampfer oder eine Destillationsko- „ ,'u ° r ... , ' XI ,->• i • j- •

■ r-i. jj . .. „ , ... , Gehaltsbestimmung, bei der das N,N-Dimethylpipendmi-

lonne fuhren und damit die Reaktionslosung vom Methyl- ,, ., , „ . 6, ,, ^ ,

,. . ., c . p. , .. ® .... „ umchlond als Tetraphenylboratkomplex ausgefallt und gra-

chlond befreien. Das so erhaltene wässrige Destillat kann 35 . f J .? .°

. . , , c , jr.jw u , ... vimetrisch bestimmt wurde, 0,46 Gewichtstelle pro 1 Volu-

dann wieder der folgenden Produktionscharge als Verdun- ^ * i_ * h ^ *

1 , 0 menteil. Die Ausbeute war damit quantitativ.

nungsmittel zugefuhrt werden. n

Sowohl N,N-Dimethylpiperidiniumchlorid als auch Der Verbrauch an Methylchlorid entsprach einem Molver-

N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid können in der gleichen hältnis N-Methylpiperidin zu Methylchlorid von 1:1,02.

Apparatur hergestellt werden, was unter Umständen von 40 Völlig analog erhält man aus N-Methylmorpholin und wirtschaftlicher Bedeutung ist. Bei Bedarf können auch beide Methylchlorid N,N-Dimethylmorpholiniumchlorid, wobei

Produkte gemeinsam in Mischung hergestellt werden, was die Reaktionszeit 14 Stunden beträgt.

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