WO1997046528A1 - Sterisch gehindertes 4-amino-piperidin mit geringem dimergehalt, seine herstellung und verwendung - Google Patents

Sterisch gehindertes 4-amino-piperidin mit geringem dimergehalt, seine herstellung und verwendung Download PDF

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    • C07D211/36—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D211/56—Nitrogen atoms
    • C07D211/58—Nitrogen atoms attached in position 4

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the dimer formation of piperidines of the formula I.
  • R 1 to R 4 to C CJ fl alkyl, R 1 and R: and / or R 1 and R 4 together are a CH-C atoms with 2 to 5 chain.
  • the invention further relates to a mixture which contains a piperidine of the formula I, 1 to 1000 ppm of a dimer II and 0.001 to 0.2% by weight of a reducing agent, and the use thereof for the preparation of HALS stabilizers.
  • Sterically hindered 4-amino-piperidines of the general formula I are generally prepared on an industrial scale from acetone or acetone derivatives. You can I in one stage in a catalytic ring closure reaction in the presence of ammonia and hydrogen from the compounds
  • the purification of the sterically hindered 4-amino-piperidine produced industrially is generally carried out by distillation.
  • the sterically hindered 4-amino-piperidine of the general formula I is used in many ways. It is used in particular as an intermediate in the manufacture of UV stabilizers for synthetic polymers.
  • HALS Hindered Amine Light Stabilizer
  • the piperidine I has a high chemical purity. This is especially true when piperidine I is used to manufacture HALS stabilizers, since their product quality and thus the quality of the stabilized polymers crucially depend on the chemical purity.
  • the dimer of piperidine I which is colorless, is a troublesome by-product that forms from intolerable amounts of the piperidine I even during storage at room temperature, even under protective gas in the dark.
  • DD 266 799 describes the cleaning of piperidines I in acetone / water solution with CO; implement, separate the precipitate, wash with acetone, then thermally decompose and purify the product by distillation.
  • Another cleaning process for sterically hindered 4-amino-piperidine I is described in SU 18 11 527.
  • the contaminated crude product is dissolved in an aprotic solvent, reacted with ethylene glycol, the reaction product is distilled and purified in several steps. Both methods are extremely complex and cost-intensive. They in no way prevent the disruptive replication of the dimer.
  • the object of the present invention was therefore to prevent or suppress the dimerization of piperidine I.
  • the above-mentioned process was found, which is characterized in that the piperidine I 0.001 to 0.2 wt .-%, based on the piperidine I of a reducing agent of the formula MXH 4 - m Y m , in which M is an alkali metal, NR 4 , where R is the same or different Ci-C ⁇ alkyl groups, or an equivalent of an alkaline earth metal or an equivalent of zinc, X boron or aluminum, YH or CN and m 0 or 1.
  • M is an alkali metal
  • NR 4 where R is the same or different Ci-C ⁇ alkyl groups, or an equivalent of an alkaline earth metal or an equivalent of zinc, X boron or aluminum, YH or CN and m 0 or 1.
  • the radicals R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are, independently of one another, preferably C 1 -C 4 -alkyl, in particular ethyl or methyl, for example methyl.
  • the amount of the reducing agent which is added to the piperidine I is preferably 10 to 1000 ppm, sometimes up to 500 ppm, in particular up to 200 ppm, based on the piperidine I. In some cases the reducing agent can also be present in amounts of over 50 ppm , in particular over 100 ppm, based in each case on piperidine I, are added.
  • the reducing agent can be added all at once or in batches to an initial charge which contains the piperidine I and mixed in, for example by stirring. This can be done batchwise or continuously, the latter for example also by metering in the reducing agent into a product stream which Contains or consists of piperidine I. In principle, it is also conceivable to exchange the substance that has been added and added. Temperature and pressure are not critical; the reducing agent can be added in the customary process steps for the preparation of the piperidine I, for example during or in particular after the distillation step which serves for the final purification of the piperidine I in the production process.
  • the reducing agent can be added in powder form or as a solution, for example dissolved in pure piperidine I.
  • the mixture of substances according to claim 5, consisting of piperidine I, dimer II and reducing agent, can be prepared in a simple manner by firstly removing crude piperidine I from the dimer II in the desired manner by distillation. This can be done, for example, by distillation since the dimer II has a significantly higher boiling point than the piperidine I.
  • the person skilled in the art can easily determine the content of dimers, for example by gas chromatography analysis. The reducing agent is then added as described.
  • HALS stabilizers are generally prepared from the mixture of substances according to the invention by alkylation or acylation of piperidine I on the nitrogen atom of the 4-amino group in a conventional manner.
  • TAD pure fraction (TAD content according to GC: 99.7%) was stored and measured on the one hand without addition of sodium boron hydride and on the other hand after addition of 1000 ppm of sodium borohydride under identical conditions. The result is shown in the following table:

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Abstract

Verfahren zur Verringerung der Dimerisierung von Piperidin der Formel (I), in der R?1 bis R4 C¿1- bis C6-Alkyl, R?1 und R2¿ und/oder R?3 und R4¿ gemeinsam eine CH¿2?-Kette mit 2 bis 5 C-Atomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Piperidin 0,001 bis 0,2 Gew.-%, eines Reduktionsmittels der Formel MXH4-mYm, in der M ein Alkalimetall, NR4, wobei R gleiche oder verschiedene C1-C4-Alkylgruppen bedeuten, oder ein Äquivalent eines Erdalkalimetalls oder ein Äquivalent Zink, X Bor oder Aluminium, Y H oder CN und m 0 oder 1 bedeuten, zusetzt, ein Gemisch aus Piperidin (I), 0,001 bis 0,2 Gew.-% eines Reduktionsmittels und 1 bis 1000 ppm des Dimeren des Piperidins (I), und Herstellung von HALS-Stabilisatoren daraus.

Description

Sterisch gehindertes 4-Amino-piperidin mit geringem Dimergehalt, seine Herstellung und Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Dime- renbildung von Piperidinen der Formel I
Figure imgf000003_0001
in der R1 bis R4 Cj- bis Cfl-Alkyl, R1 und R-: und/oder R1 und R4 gemeinsam eine CH .-Kette mit 2 bis 5 C-Atomen bedeuten. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gemisch, das ein Piperidin der Formel I, 1 bis 1000 ppm eines Dimeren II und 0,001 bis 0,2 Gew.-% eines Reduktionsmittels enthält, und dessen Verwendung zur Her¬ stellung von HALS-Stabilisatoren.
Sterisch gehinderte 4-Amino-piperidine der allgemeinen Formel I werden großtechnisch im allgemeinen aus Aceton oder Aceton- derivaten hergestellt. Man kann I einstufig in einer kataly- tischen Ringschlußreaktion in Gegenwart von Ammoniak und Wasser¬ stoff aus den Verbindungen
R1 O R3
(DE 2 412 750) erhalten oder aus Triacetonaminen III
Figure imgf000003_0002
durch aminierende Hydrierung in ein oder zwei Stufen, beispiels¬ weise katalytisch, erhalten (siehe beispielsweise DE 2 040 975, DE 2 349 962, DE 26 21 870, EP 33 529, EP 42 119, EP 303 279, EP 410 970, EP 611 137, EP 623 585 und DE 42 10 311). Die Reini- gung des technisch hergestellten sterisch gehinderten 4-Amino-pi- peridins erfolgt im allgemeinen durch Destillation. Das sterisch gehinderte 4-Amino-piperidin der allgemeinen Formel I wird vielfältig eingesetzt. Es dient insbesondere als Zwischenprodukt bei der Herstellung von UV-Stabilisatoren für synthetische Polymere. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gemisch, das ein Piperidin der Formel I, 1 bis 1000 ppm eines Di¬ meren II und 0,001 bis 0,2 Gew.-% eines Reduktionsmittels ent¬ hält, und dessen Verwendung zur Herstellung von HALS-Stabilisato- ren (HALS = Hindered Amine Light Stabilizer) . Es handelt sich dabei meist um Piperidine I, bei denen das Stickstoffatom der 4-Aminogruppe alkyliert oder acyliert ist. (s. R. Gächter,
H. Müller (Herausgeber): Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, München, 1979; F. Gugumus, Polym. Degrad. Stabil. 44, 299-322 (1994) .
Es ist für viele Anwendungen von Wichtigkeit, daß das Piperidin I eine hohe chemische Reinheit besitzt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Piperidin I zur Herstellung von HALS-Stabilisa- toren eingesetzt wird, da deren Produktgualität und damit auch die Qualität der stabilisierten Polymeren entscheidend von der chemischen Reinheit abhangt. Insbesondere das Dimere des Piperi- dins I, das farblos ist, ist ein störendes Nebenprodukt, das sich aus dem Piperidin I schon wahrend der Lagerung bei Raumtemperatur auch unter Schutzgas im Dunkeln in nicht tolerierbaren Mengen bildet .
Verfahren zur Verhinderung der Dimerenbildung des Piperidins sind nicht bekannt .
Aus US 4 316 837 war bekannt, 4-Iminopiperidylgruppen in ver- zweigten aliphatischen Alkoholen zu den entsprechenden 4-Amino- piperidylhaltigen verzweigten Alkoholen zu reduzieren. Das Dimere II des Piperidins I ist nicht offenbart.
In DD 266 799 wird beschrieben, zur Reinigung Piperidine I in Aceton-/Wasserlosung mit CO; umzusetzen, den Niederschlag abzu¬ trennen, mit Aceton zu waschen, anschließend thermisch zu zer¬ setzen und das Produkt durch Destillation zu reinigen. In SU 18 11 527 wird ein anderes Reinigungsverfahren für sterisch gehindertes 4-Amino-piperidin I beschrieben. Das verunreinigte Rohprodukt wird dabei in einem aprotischen Lösungsmittel gelöst, mit Ethylenglykol umgesetzt, das Umsetzungsprodukt destilliert und in mehreren Schritten gereinigt. Beide Verfahren sind außer¬ ordentlich aufwendig und kostenintensiv. Sie verhindern in keiner Weise die störende Nachbildung des Dimeren. Aus EP 477 593 war bekannt, daß man die Eigenfärbung von rohen N-Alkyl-di-alkanolaminen verbessern kann, wenn man ein Metallbor¬ hydrid zusetzt und in Gegenwart von Wasser unter bestimmten Be¬ dingungen destilliert. Es handelt sich bei den N-Alkyl-di-alka- nolaminen jedoch um eine völlig andere Substanzklasse als die sterisch gehinderten 4-Amino-piperidine der vorliegenden Erfindung. Weiterhin war aus Spec. Chem. 4(2), S. 38-41 (1984) und US 3,159,276, US 3,207,790 und US 3,222,310 bekannt, daß durch Zusatz von Natriumborhydrid zu Ethanolaminen, Ethylenaminen oder aromatischen Aminen die Farbe der Produkte verbessert werden kann. Auch in dieser Schrift wird das Piperidin I, auch ebensowe¬ nig ein farbloses Dimeres II erwähnt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Dimeri- sierung des Piperidins I zu verhindern bzw. zurückzudrängen.
Demgemäß wurde das oben genannte Verfahren gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Piperidin I 0,001 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Piperidin I eines Reduktionsmittels der Formel MXH4-mYm, in der M ein Alkalimetall, NR4, wobei R gleiche oder verschiedene Ci-C^-Alkylgruppen bedeuten, oder ein Äquivalent eines Erdalkalimetalls oder ein Äquivalent Zink, X Bor oder Aluminium, Y H oder CN und m 0 oder 1 bedeuten, zusetzt. Weiter¬ hin wurde die folgende Stoffmischung gefunden:
Piperidin der Formel I
Figure imgf000005_0001
enthaltend 1 bis 1000 ppm einer Verbindung der Formel II,
Figure imgf000005_0002
und 0,001 bis 0,2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Piperidin I, eines Reduktionsmittels. Darüber hinaus wurde die Verwendung die- ser Stoffraischung zur Herstellung von HALS-Stabilisatoren gefun¬ den. Weitere Ausprägungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im sterisch gehinderten 4-Amino-piperidin I sind die Reste R1 , R2, R3 und R4 unabhängig voneinander bevorzugt C]- bis C«-Alkyl, ins¬ besondere Ethyl oder Methyl, beispielsweise Methyl.
Als Reduktionsmittel werden Verbindungen MXH/j-mYr,,, in denen M ein Alkalimetall, NR4 , wobei R gleiche oder verschiedene Cι-C4-Alkyl- gruppen bedeuten, oder ein Äquivalent eines Erdalkalimetalles oder ein Äquivalent Zink, bevorzugt ein Alkalimetall, ins¬ besondere Natrium oder Kalium, beispielsweise Natrium, und X Aluminium oder insbesondere Bor, Y CN oder bevorzugt H und m 1 oder insbesondere 0 darstellen, eingesetzt. Ein Beispiel ist Natriumborhydrid. In manchen Fällen haben sich auch (RaO) 2TiBH4 oder (R'"O) tTiBH^, in denen Ra eine C]-C^-Alkylgruppe bedeutet, bewahrt.
Die Menge des Reduktionsmittels, das dem Piperidin I zugesetzt wird, ist bevorzugt 10 bis 1000 ppm, manchmal bis 500 ppm, ins¬ besondere bis 200 ppm, bezogen auf das Piperidin I. In manchen Fällen kann das Reduktionsmittel auch in Mengen von über 50 ppm, insbesondere über 100 ppm, jeweils bezogen auf das Piperidin I, zugegeben werden.
Seine Zugabeart ist unkritisch. Das Reduktionsmittel kann auf einmal oder chargenweise einer Vorlage, die das Piperidin I ent¬ hielt zugegeben und eingemischt werden, beispielsweise durch Ruh¬ ren. Dieses kann diskontinuierlich oder kontinuierlich geschehen, letzteres beispielsweise auch durch zudosieren des Reduktionsmit¬ tels zu einem Produktstrom, der das Piperidin I enthält oder aus ihm besteht. Es ist auch grundsatzlich denkbar, vorgelegte und zugegebene Substanz auszutauschen. Temperatur und Druck sind un¬ kritisch, die Zugabe des Reduktionsmittels kann bei den üblichen Verfahrensschritten der Herstellung des Piperidins I, beispiels¬ weise während oder insbesondere nach dem Destillationsschritt, der der Endreinigung des Piperidins I im Herstellungsprozeß dient, erfolgen. Das Reduktionsmittel kann in Pulverform oder als Lösung zugesetzt werden, beispielsweise gelost in reinem Piperidin I.
Die Stoffmischung gemäß Anspruch 5 aus Piperidin I, Dimerem II und Reduktionsmittel laßt sich in einfacher Weise herstellen, in¬ dem zunächst rohes Piperidin I destillativ vom Dimeren II in ge- wunschter Weise abgetrennt wird. Dies kann beispielsweise durch Destillation geschehen da das Dimere II einen deutlich höheren Siedepunkt hat als das Piperidin I. Der Fachmann kann leicht, beispielsweise durch gaschromatographisehen Analyse den Gehalt an Dimeren bestimmen. Danach wird wie beschrieben das Reduktionsmit¬ tel zugesetzt.
Die Herstellung von HALS-Stabilisatoren aus der erfindungsgemaßen Stoffmischung erfolgt im allgemeinen durch Alkylierung oder Acylierung des Piperidins I am Stickstoffatom der 4-Amιnogruppe in üblicher Weise.
Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren erhalt man in einfacher, kostengünstiger Weise reine sterisch gehinderte 4-Amιno- piperidme I, die praktisch frei von Dimeren sind. Diese Stabili¬ sierung kann in einfacher Weise bei Raumtemperatur geschehen und fuhrt häufig zu leicht handhabbaren Losungen, die zumindest mehrere Wochen frei von Dimeren bleiben.
Daraus lassen sich vorteilhafte HALS-Stabilisatoren mit geringem Nebenproduktgehalt herstellen.
Beispiele
4208 g rohes 4-Amino-2,2, 6, 6-tetramethyl-pιperιdm (Triaceton- diamm, TAD) mit der Zusammensetzung
85,6 % Triacetondiamm (TAD)
9,0 % H?0 ca. 0,7 % Tiefsieder
4,7 % Mittel- und Hochsieder
wurden in einer Laborapparatur in einer Kolonne mit 2,4 m Sulzer- CY-Packung (ca. 22 theor. Boden, Nennweite: 43 mm) bei einem RucklaufVerhältnis von 5:1 und einem Druck von 100 bis 40 mbar rektifiziert. Nach der Abtrennung des Wassers im Vorlauf bei einer Temperatur von 43 bis 44°C und einem Druck von 100 mbar wurden im Hauptlauf bei einem Druck von 40 mbar und einer Kopf- temperatur von 97 bis 103°C TAD-Remfraktionen mit einem TAD- Gehalt von > 99,6 % erhalten (Gas-Chromatographie; 30 m Kapillar- saule RTX-5 Amme); Destillationsausbeute: 3022 g (84 %) .
Eine TAD Reinfraktion (TAD-Gehalt nach GC: 99,7 %) wurde zum einen ohne Natπumborhydrid-Zusatz und zum anderen nach Zusatz von 1000 ppm an Natriumborhydrid unter identischen Bedingungen gelagert und vermessen. Das Ergebnis zeigt die folgende Tabelle:
Figure imgf000008_0001
R1, R::, R1, R4 = Methyl

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verringerung der Dimerisierung von Piperidin der Formel I
Figure imgf000009_0001
in der R1 bis R4 Ci- bis C6-Alkyl, R1 und R2 und/oder R3 und R4 gemeinsam eine CH2-Kette mit 2 bis 5 C-Atomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Piperidin 0,001 bis
0,2 Gew.-%, bezogen auf das Piperidin, eines Reduktionsmit¬ tels der Formel MXH4 mYm- in der M ein Alkalimetall, NR4, wo¬ bei R gleiche oder verschiedene Ci-C4-Alkylgruppen bedeuten, oder ein Äquivalent eines Erdalkalimetalls oder em Aquiva lent Zink, X Bor oder Aluminium, Y H oder CN und m 0 oder 1 bedeuten, zusetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R1, R2, R3 und R4 Ci- bis C3-Alkyl bedeuten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Formel MXH4 mYm Natriumborhydrid ist.
4 Gemisch enthaltend
A. Piperidin der Formel I
I,
Figure imgf000009_0002
B. 1 bis 1000 ppm, bezogen auf A, einer Verbindung der Formel II,
Figure imgf000010_0001
und
C. 0,001 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf A, eines Reduktionsmit■ tels der Formel MXH4.mYm, in der M ein Alkalimetall, NR4, wobei R gleiche oder verschiedene Cχ-C4 -Alkylgruppen be- deuten, oder ein Äquivalent eines Erdalkalimetalls oder ein Äquivalent Zink, X Bor oder Aluminium, Y H oder CN und m 0 oder 1 bedeuten.
5. Gemisch nach Anspruch 4, wobei R1, R2, R3 und R4 Cj-bis C3 -Alkyl bedeuten.
6. Gemisch nach den Ansprüchen 4 oder 5, wobei die Verbindung der Formel MXH4.mYm Natriumborhydrid ist.
7. Verwendung eines Gemisches gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 zur Herstellung von HALS-Stabilisatoren.
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