DE1274578B

DE1274578B - Verfahren zur Herstellung von Cycloalkylaminverbindungen

Info

Publication number: DE1274578B
Application number: DEF45013A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl-Heinz Hermann; Dr Hermann Schnell
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1965-01-21
Publication date: 1968-08-08
Also published as: US3442854A; NL6600826A; DE1570534A1; FR1463702A; BE675190A; GB1079822A

Description

Verfahren zur Herstellung von Cycloalkylaminverbindungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Cycloalkylaminverbindungen nach L e u c k a r t durch Umsetzung von basischen Stickstoffverbindungen mit cycloaliphatischen Ketonen und Ameisensäure. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Stickstoffverbindungen a,-Aminocarbonsäuren verwendet.
Dieses Verfahren stellt somit eine besondere Ausführungsform der als »reduzierende Alkylierung Von Aminen« nach L e u c k a r t bekannten Umsetzung von Carbonylverbindungen mit basischen Stickstoffverbindungen und Ameisensäure dar. Diese Umsetzung ist jedoch nicht ohne weiteres allgemein anwendbar. Im einzelnen sind unter anderem beschrieben einerseits die Umsetzung von Cyclohexanon und dessen Derivaten mit Ammoniak zu Cyclohexylamin und Dicyclohexylamin als Nebenprodukt bzw. zu deren Derivaten (Organic Reactions, Bd. V, 1949, S. 314) und andererseits die Umsetzung von Aminosäuren nur mit Formaldehyd zu den entsprechenden Dimethylaminosäuren, nicht jedoch mit Aldehyden und Ketonen schlechthin (H o u b e n -W e yl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XI/2 4. Auflage, 1958, S. 331, Abschnitt y). An dieser Stelle ist ausgeführt, daß die Leuckart-Reaktion zur Einführung anderer Reste als Methylgruppen in Aminosäuren bisher nicht herangezogen worden ist.
Es war nicht zu erwarten, daß die Leuckart-Reaktion auch mit ,-Aminocarbonsäuren durchführbar ist und auf einfache Weise in guter Ausbeute zu den entsprechenden Monosubstitutionsprodukten führt, weil sich Aminocarbonsäuren gegenüber Carbonylverbindungen anders verhalten als die sonstigen basischen Stickstoffverbindungen.
Wie bereits erwähnt, findet bei Einwirkung von Formaldehyd auf eine Aminosäure eine Substitution beider Wasserstoffatome am Stickstoffatom zu der entsprechenden Dimethylaminosäure statt, während bei Verwendung eines cycloaliphatischen Ketons Reaktion nur mit einem Wasserstoffatom des Stickstoffatoms eintritt. Vor allem aber zeigen Versuche mit z. B. Acetaldehyd und linearen Ketonen, wie Aceton, Diäthylketon, Methylisobutylketon, Acetophenon und Benzophenon, daß mit diesen Carbonylverbindungen und Aminosäuren überhaupt keine Reaktion eintritt, was an der ausbleibenden Kohlendioxydentwicklung ohne weiteres erkennbar ist.
Als ."-Aminocarbonsäuren kommen vorzugsweise Verbindungen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen in Betracht, wobei die Aminogruppe an einem aliphatischen Kohlenstoffatom sitzt. Vorzugsweise Verwendung findende a,-Aminocarbonsäuren sind z. B.
Glycin, 3-Aminopropionsäure, 4-Aminobuttersäure, 6-Aminocapronsäure, 11-Aminoundekansäure oder die 4-Aminoäthylbenzoesäure.
Für das Verfahren können cycloaliphatische Ketone mit 4 bis. 10 Kohlenstoffatomen im Ring, die gegebenenfalls durch Alkylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen durch den Phenyl- oder Phenylalkylrest (Alkyl mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen) substituiert sind, sowie cycloaliphatische Ketone auf der Basis von Cyclohexanon, in denen zwei Cyclohexanonreste über einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 19 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylenrest (Alkylen mib 5 bis 12 Kohlenstoffatomen), Sauerstoff, Schwefel oder den 1,4'-Diisopropylidenbenzolrest verbunden sind, Verwendung finden. Als Beispiele derartiger mono- oder bifunktioneller Ketone seien vorzugsweise genannt: Cyclobutanon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, 2-, 3- oder 4-Methylcyclohexanon, 2,4-Dimethylcyclohexanon, 4-Isopropylcyclohexanon, 4-Isobutylcyclohexanon, 4-n- oder Isooctylcyclohexanon, 4-n- oder Isononylcyclohexanon, 4-n- oder Isododecylcyclohexanon, 2- oder 4-Stearylcycloliexanon, 2- oder 4-Beiizylcyclohexanon, 4-(2-Phenylisopropyliden)-cyclohexanon, Cyclohexylcyclohexanon, Phenylcyclohexanon Cycloheptanon, Cyclooctanon, Di-(4-ketocyclohexyl)-methan Di-(4-ketocyclohexyl)-propan-(2,2), Di-(4-ketocyclohexyl)-cyclohexan-(1,1).
Di-(4-ketocyclohexyl)-cyclododecan-( 1,1), Di-(4-ketocyclohexyl)-n-nonadecan-(2,2), Di-(4-ketocyclohexyl)-äther, Di-(4-ketocyclohexyl)-sulfid, Di-(4-ketocyclohexyl)-diisopropylidenbenzol-( 14).
Das Verfahren sei an der Umsetzung von 6-Aminocapronsäure mit Cyclohexanon und Ameisensäure beispielhaft erläutert: Die @ @@@@ @@ im allgemeinen so dinchgeführt, daß em Gemischaus #-Aminocarbonsäure, cyclischem Keton und Ameisensäure bis zur beendeten Kohlendioxydentwicklung auf Temperaturen zwischen etwa 50 und etwa 150°C. vorzugsweise 80 und 120 C. erhitzt wird. Sie kann sowohl ohne als auch in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden.
Bei Verwendung eines Lösungsmittels haben sich höhere Alkohole. wie Propanol. Isopropanol. n-Butanol, Isobutanol. aber auch andere Lösungsmittel, wie Dimethylacetamid oder Dimethylformamid. als besonders vorteilhaft erwiesen.
Das Mengenverhältnis der Reaktionsteilnehmer wird derart bemessen, daß auf 1 Mol ."-Aminocarbonsäure 1 bis 2 Mol. vorzugsweise 1 bis 1.1 Mol, Keton und 1 bis 1,2 Mol Ameisensäure Verwwendung finden. Beim Einsatz von bifunktionellen Ketonen erhöht sich sinngemäß die Menge an #-Aminocarbonsäure sowie Ameisensäure auf das doppelte der vorgenannten Mengen.
Es ist bei vorliegendem Verfahren belanglos. in welcher Reihenfolge die einzelnen Komponenten eingesetzt werden. Man kann sowohl zur vorgelegten Aminosäure das Keton sowie die Ameisensäure zugeben, als auch zum vorgelegten Gemisch aus Ameisensäure und Keton die Aminosäure zusetzen.
Vorzugsweise legt man das Gemisch aus Aminocarbonsäure und cyclischem Keton vor und setzt die Ameisensäure nachträglich zu. An Stelle von Aminocarbonsäure und Ameisensäure können selbstverständlich auch die entsprechenden N-Formylaminocarbonsäuren im obengenannten Molverhältnis mit dem cycloaliphatischen Keton umgesetzt werden.
Das Ende der Reaktion ist am Nachlassen der Kohlendioxydentwicklung erkennbar und kann durch Messung leicht ermittelt werden. Die Reaktionsdauer ist weitgehend von der Reaktionstemperatur abhängig und liegt im allgemeinen zwischen etwa 30 Minuten bis zu etwa 10 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 Stunden.
Die Reaktionsprodukte fallen meist in kristalliner Form und hoher Reinheit an und werden auf übliche Weise isoliert. Gegebenenfalls kann für besondere Einsatzgebiete eine zusätzliche Reinigung durch Umkristallisieren erfolgen. Das Verfahren kann auch kontinuierlich durchgeführt werden.
Verwendung finden die neuen N-monocycloalkylsubstituierten Aminocarbonsäuren zur Herstellung von Weichmachern oder Textilhilfsmitteln.
N- Monocycloalkylsubstituierte Aminocarbonsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen im Carbonsäurerest können durch Erhitzen unter Wasserabspaltung in die entsprechenden, sonst nur schwer zugänglichen, N-substituierten Lactame übergeführt werden.
Beispiel 1 Ein Gemisch aus 524 g (4 Mol) 6-Aminocapronsäure, 432 g (4,4 Mol) Cyclohexanon und 1,51 n-Bulanol wird auf Rückfiußtemperatur (105 bis 110 - C) erwärmt. Dami werden unter Riihl-en in 2 Stunden 202 g (4,4 Mol) Ame' sensäure zugetropft.
Es wird noch weitrie @Stundet. unter Kückfluß geüuhrt. Beim Ab@@@@@@@@@@ sich au, der @@@@@@@ @@@@@@@@@ @@@@@ @@ abgesangt, mit @@@@@@@@ @@@@ @@@@ @@@ @@ @@@@ @@@@ @@ @@@@@@@@@@@@einem Sch@@@@@ @@@@@@@ @@ @@@ @@@ @@@@ @ @@@@ @@ aus @@@@@@@@@@@ @@@ @@@@@ @@@@@ @@@ @@@ pun@@ 22@ bis 224 C. erhalten.
Durch lstündiges Erhitzen von N-Cyclohexyl-6-aminocapronsäure auf '50 C und anschließende Destillation wird in 77°iger Ausbeute N-Cyclohexylcaprolactam mit einem Siedepunkt von 167 bis 173 C/1 1 mm Hg und einem Schmelzpunkt von 50°C erhalten.
Beispiel 2 Ein Gemisch von 402 g (2 Mol) 11-Aminoundekansäure, 216 g (2,2 Mol) Cyclohexanon und 101 g (2,2 Mol) Ameisensäure sowie 750 ml n-Butanol wird unter Rühren erwärmt. Bei 80 bis 90°C setzt die CO2-Abspaltung ein. Nach 3 Stunden ist die Temperatur auf 110°C angestiegen, und die CO2-Abspaltung hört auf. Aus der klaren Lösung scheiden sich beim Abkühlen Kristalle ab, die abgesaugt und getrocknet werden. Die Ausbeute an N-Cyclohexyl-1 1-aminoundekansäure beträgt 500 g (88% der Theorie) bei einem Schmelzpunkt von 159°C. Nach Umkristallisation aus 800h>igem Äthanol liegt der Schmelzpunkt bei 161°C.
Beispiel 3 Ein Gemisch von 402 g (2 Mol) 11-Aminoundekansäure, 236 g (1 Mol) Di - (4 - ketocyclohexyl) - propan-(2,2) und 750 ml n-Butanol wird auf 105°C erwärmt. Dann werden unter Rühren innerhalb 1 Stunde 101 g (2,2 Mol) Ameisensäure zugetropft.
Nach 3stündigem Rühren unter Rückfluß haben sich 40 1 CO2 gebildet. Beim Abkühlen scheiden sich aus der klaren Lösung Kristalle ab, die abgetrennt und getrocknet werden. Die Ausbeute an 4-Isopropylidenbis-N-cyclohexyl-11-aminoundekansäure beträfgt 532g (88% der Theorie) bei einem Schmelzpunkt von 185CC.
Beispiel 4 Ein Gemisch von 103 g (1 Mol) 4-Aminobuttersäure, 108 g (1,1 Mol) Cyclohexanon und 0,41 n-Butanol wird auf Rückflußtemperatur (105 bis 1102 C) erwärmt. Dann werden unter Rühren in 1 Stunde 50,5 g (1,1 Mol) Ameisensäure zugetropft.
Es wird noch 1 Stunde unter Rückfluß gerührt. Beim Abkühlen scheiden sich aus der klaren Lösung Kristalle ab. Durch Einengen der Lösung und Zusatz von Essigsäureäthylester wird die Kristallisation vervollständigt. Die Kristalle werden abgesaugt, mit Aceton gewaschen und getrocknet. Es werden 120 g (650/0 der Theorie) N-Cyclohexyl-4-aminobuttersäure mit einem Schmelzpunkt von 237 bis 239°C erhalten.
Elementaranalyse: Gefunden . .. C 64,7°/o, H 10,0%, N 7,10/o; berechnet... C 64,8%, H 10,3%, N 7,6%.
Durch 2stündiges Erhitzen von N-Cyclohexyl-4-aminobuttersäure auf 250°C und anschließende Destillation wird in 83% iger Ausbeute N-Cyclohexylpyrrolidon mit einem Siedepunkt von 147 bis 14X Ctl6 mm Hg erhalten.
Beispiel 5 E@@@@@@@@@ Beispiel 4 erhält man aus 6-Amino. cap@@@@@@@ Cycloh planon N-cycloheptyl-6-a@@@@@@@ dure in e@@@@ Ausbeute von 51% der The@@@@@@@@@@ bis 210°C L@@@@@ analyse: Gefunden .. C 68,8%, H 11,1%, N 6,4%; berechnet .. C 68,7%, H 11,1% N 6,2%.
Beispiel 6 Entsprechend Beispiel 4 erhält man aus 11-Aminoundekansäure und Cycloheptanon N-Ccloheptyl-11-aminoundekansäure in einer Ausbeute von 60% der Theorie. F.: 154 bis 156°C.
Elementaranalyse: Gefunden .. C 7,21%, H 11,8% N 5,0%; berechnet ... C 72,70/o, H 11,9%, N4,70/0.

Claims

Paentanspruch: Verfahren zur Herstellung von Cycloalkylaminverbindungen nach L e u c k a r t durch Umsetzung von basischen Stickstoffverbind ungen mit cycloaliphatischen Ketonen und Ameisensäure, dad urch gekennzeichnet, daß man als basische Stickstoffverbindung #-Aminoearbonsäuren verwendet.

In Betrach: gezogene Drcuksehuiften: Houben Weyl Methoden der organsichin #hemie, Bd. X@@ 2, 4, Auflage, 1958, @ 331 Organic Reactions, Bd. V, 1949, 301 bis @@@ Dr. Kurt THinius, Chemie, Physik und Technologie der Weichmacher, 1960, S. 456 und 457.