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Verfahren zur Herstellung von aliphatischen und cycloaliphatischen
v-Ketonitrilen
Während die Mannich-Basenhydrochloride aromatisch-aliphatischer Ketone
mit wäßriger Kaliumcyanidlösung unter Austausch des Aminrestes gegen die Cyangruppe
y-Ketonitrile liefern (E. Knott, J. Chem. Soc. [London], I947, 5. 1190), gelang
es bisher nicht, diese Reaktion auf Mannich-Basenhydrochloride rein aliphatischer
oder alicyclischer Ketone zu übertragen. Zwar bilden sich hierbei ebenfalls in erster
Stufe die Cyanhydrine, doch entstehen aus ihnen auf diese Weise im günstigsten Fall
nur sehr geringe Mengen entsprechender ^-Ketonitrile. Es konnte nun die völlig unerwartete
Feststellung gemacht werden, daß durch einfaches Erhitzen fester oder flüssiger
Cyanhydrine die 7-Ketonitrile in sehr guten Ausbeuten zu erhalten sind.
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Für diese Reaktion eignen sich Cyanhydrin-Mannich-Basen, in denen
verschiedene Amine, wie Dimethylamin, Diäthylamin oder Piperidin, als Bestandteil
enthalten sind.
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Die hesten Resultate werden erzielt, wenn man das hetreffende Cyanhydrin
2 Stunden auf 150 bis 1600 erhitzt. Geringe Mengen a@ zugesetztem Wasser, Kaliutncyanid
oder Aniin scheinen die @ R
aktion kaum zu beeinflussen; kleine
Zusätze starker Säuren unterdrücken dagegen die Nitrilbildung und führen zu harzigen
Produkten.
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Die bei der Zersetzung frei werdenden Amine können fast quantitativ
zurückgewonnen werden.
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Die Synthese der Mannich-Basenhydrochloride erfolgt nach den Angaben
von Mann ich (Ber. dtsch. chem. Ges., Bd. 53, 1920, S. 1874) ; man konnte die Ausbeute
auf 93 bis 95% steigern. Es ist zur weiteren Umsetzung nicht erforderlich, das Hydrochlorid
zu isolieren; nach dem Einengen seiner wäßrigen Lösung wird es durch Zugabe von
Kaliumcyanid praktisch vollständig in das Cyanhydrin umgewandelt. Dieses scheidet
sich als bald kristallisierendes Öl an der Oberfläche ab und kann nach kurzem Trocknen
für die thermische Zersetzung verwendet werden.
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Die auf diese Weise dargestellten y-Ketonitrile sind wertvolle Ausgangsmaterialien
für pharmakologisch wirksame Stoffe und können außerdem zur Synthese von Geschmacks-
und Riechstoffen verwendet werden.
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Als Beispiel für die Herstellung aliphatischer oder alicyclischer
y-Ketonitrile wird zuerst die Herstellung des Cyclohexanon-(2)-acetonitrils-(1)
der Formel (1) aus dem Cyanhydrin des 2-Dimethylaminomethyl-cyclohexanons-(I) der
Formel (II) angegeben.
| CH3 |
| \ CH Zersetzung t + HN |
| H / CN CH3 > - .CH, |
| IN/ |
| (11) (I) |
Beispiel I 6So g (6,66 Mol) Cyclohexanon, I,33 Mol Dimethylammoniumchlorid in konzentrierter
wäßriger Lösung und Formalin mit einem Gehalt von I,33 Mol Formaldehyd werden im
Kolben auf dem Wasserbad unter ständigem Rühren zur Vermisch!ung beider Phasen I
Stunde langsam auf 700 erwärmt; diese Temperatur wird 30 Minuten gehalten, dann
wird das Gemisch sehr langsam abgekühlt. Nach Zugabe von 400 ml Wasser wird die
Cyclohexanonschicht abgetrennt, die wäßrige Phase gründlich ausgeäthert, um ailes
Cyclohexanon zu entfernen, und anschließend im Vakuum eingeengt.
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Beim Mischen mit I30 g (2 Mol) KCN in der zur Lösung nötigen Wassermenge
scheidet sich ein schwachgelbgefärbtes, bald kristallisierendes Öl ab. Dieses Cyanhydrin
wird über Nacht in einem mit Schwefelsäure beschickten Exsikkator getrocknet. Die
Ausbeute beträgt 227 g (940/o der Theorie) .
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70 g (o,3S5 Mol) des auf diese Weise hergestellten 2-(Dimethylaminomethyl)-cyclohexanoncyanhydrins-(I)
der Formel (II) werden 120 Minuten auf 1500 erhitzt; gleichzeitig wird das frei
werdende Amin in verdünnter Salzsäure aufgefangen (790/0 der Theorie). Am Anfang
der Zersetzung sublimiert etwas Dimethylammoniumcyanid in den Kühler. Die Destillation
des Rückstandes ergibt 42 g (80% der Theorie) Cyclohexanon- (2) -acetonitril-(I)
der Formel (1), Kp.12 143 bis 1450. Will man das Nitril nicht innerhalb einiger
Tage verwenden, so verhindert eine Destillation im Stickstoffstrom seine Gelbfärbung.
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Bei erhöhter Zersetzungstemperatur ergeben sich folgende Ausbeuten:
60 Minuten langes Erhitzen auf 1900:560/0 der Theorie; 60 Minuten langes Erhitzen
auf 2500: I70/o der Theorie.
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Das wasserklare Nitri! ist in den üblichen organischen Lösungsmitteln
leicht löslich. D243 I,OI3.
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Sein Thiosemicarbazon schmilzt bei 190 bis I9I°, wenn es aus verdünntem
Äthanol umkristallisiert wird.
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Analyse: CgHl4N4S (Molekulargewicht: 210,29) Berechnet: N 26,65 0/o,
gefunden: N 26,80%.
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Das an der Luft sehr leicht zersetzliche Phenylhydrazon schmilzt
bei 112 bis 113° wenn es aus verdünntem Methanol umkristallisiert wird.
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Das 2, 4-Dinitrophenylhydrazon schmilzt nach dem Umkristallisieren
aus verdünntem Methanol bei 166,5 bis 1670.
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Analyse: C14H15O4N5 (Molekulargewicht:317,30) Berechnet: N 22,07%,
gefunden : N 22,28%.
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Beispiel 2 In entsprechender Weise läßt sich das aus wasserfreier
Blausäure und Methylvinylketon zu erhaltende γ-Ketovaleronitril auch aus dem
Cyanhydrin des [Methyl-ß-dimetnhylaminoäthylketons (Mannich-Base aus Aceton, Formaldehyd
und Dimethylamin)] durch go Minuten langes Erhitzen auf I200 in 65- bis 7o0/o'iger
Ausbeute herstellen.
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Als Amin kann ebenfalls das Piperidin verwendet werden:
| ,CH2-CH2 |
| CH2-CN |
| 2 -- CH |
| H CN CH2 + HN Zersetzung ; + HN '/ \ CH |
| OH' + HN$ - CH,,- |
| OH O CH2-CH0 |
| (III) (1) |
Beispiel 3 Das Cyanhydrin der Formel (III) wird analog dem Beispiel
1 hergestellt. Zur Bestimmung der Ausbeute wird die Mannich-Base mit KOH frei gemacht,
ausgeäthert und nach dem Trocknen destilliert: Aus 46 g (0,37 Mol) Piperidiniumchlorid,
0,37 Mol Formaldehyd und 175 g (1,78 Mol) Cyclohexanon werden 43 g (4g°/o der Theorie)
heim Kp.10 I34 bis I360 siedendes 2-(Piperidinomethyl)-cyclohexanon-(1) erhalten.
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Unter Eiskühlung stellt man mit verdünnter Salzsäure das Hydrochlorid
her und aus diesem durch Zugahe einer konzentrierten wäßrigen Lösung von 22 g (0,37
Mol) KCN das Cyanhydrin als rasch kristallisierendes Öl. Die Ausbeute ist praktisch
quantitativ.
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14,5 g (0,065 Mol) des auf diese Weise gewonnenen Cyanhydrins der
Formel (III) werden I20 Minuten auf I600 erhitzt. Gegen Ende der Spaltung wird durch
Anlegen eines schwachen Vakuums auch das restliche Piperidin abdestilliert (5 g
= 91 % der Theorie). Es werden 6,7 g (75 % der Theorie) bei Kp.10 138 bis 140° siedendes
Cyclohexanon-(2)-acetonitril-(1) erhalten.