DE2004698C3

DE2004698C3 - ß-Formylaminopropionsäureester und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2004698C3
Application number: DE2004698A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. 5074 Odenthal Oertel; Heinrich Dr. 5090 Leverkusen Rinke; Friedrich Karl Dr. 5090 Leverkusen Rosendahl; Hans Dieter Dr. 5670 Opladen Winkelmann
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1978-03-02
Also published as: FR2078152A5; US3758553A; GB1337503A; DE2004698B2; DE2004698A1; NL7101375A; BE762464A

Description

C HN CU, CH, COOR²

Il

in der R- n-Butyl, iso-Butyl oder n-Hcxyl bedeutet.

Die Erfindung betrifft bestimmte /J-Formylaminopropionsäureester sowie ein Verfahren zur Herstellung von /f-Formylaminopropionsäureestern durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureestern bei Normaldruck in Gegenwart basischer Katalysatoren bei relativ niedrigen Temperaturen.

Die Reaktion wird durch folgende Gleichung näher beschrieben:

u) OHCNH₂ > CH, CHCOOR¹

basischer

Katalysator

OHC NlIt H₂CH₂(OOR¹ (I)

(R¹: geradkettiger oder verzweigter C|-Ci_>-Alkylrest, vorzugsweise C i-Ci>-Alkylrest, A ralkylrest.)

Die Umsetzung von Formamid und Acrylester ist schon beschrieben worden (Monatshefte für Chemie 78 [1948], I 37). Sie wurde jedoch wegen der bei 170— 180"C flüchtigen Reaktionsteilnehmer präparativ aufwendig als Druckreaktion durchgeführt und liefert außerdem unerwünschte Nebenprodukte. So entsteht nach Gleichung b) neben dem gewünschten /i-Forniylaminopropionsäurc-äth<1ester (I) in etwa vergleichbaren Mengen das störende Bisaddukt jf./i'-Forniimido-dipropionsänre-diäthylester (II) durch Reaktion von bereits gebildetem (I) mit weilerein Acrylsäureäthy! ester:

b) OHC NIK H,(H,( ()()(,II, ι (H, (I)

C(H)CIl,

OH(N (("11..("H₂C(M)C₂H,I. (M)

Unter Vermeidung obiger Nachteile wurde nun gefunden, daß sich /i-Formylaminopropionsäureesier in einfacher Weise ohne Druckreaktion in hoher Ausbeute und Reinheit und praktisch frei von Verunreinigung mit ßisaddukten herstellen lassen.

Da erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von /f-Formylaminopropionsäureestern durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureestern im Molverhältnis 10 : 1 bis 1 : IO bei Normaldruck in Gegenwart von 0,005 bis 10,0 Mol pro Mol Acrylsäureester basischer Katalysatoren und geringer Mengen Polymerisationsinhibitoren bei Temperaturen von 0"C bis zur Rückflußtemperatur und anschließende Isolierung des/i f'ormylaminopropionsäureesters ist dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Katalysatoren Verbindungen, die eine oder mehrere tertiäre Aminogruppen enthalten, verwendet.

Herbei entstehen praktisch keine Bisaddukte.

Die Erfindung betrifft ferner/J-Formylaminopropionsäurealkylester der allgemeinen Formel

OHCNHCH₂CHjC(X)R'

in der R- η-Butyl, iso-Butyl oder n-llcxyl bedeutet.

Aus J.Org. Chem. 26 (1961), S. 2507, rechte Spalte, geht hervor, daß Glyzinäthylestcrhydrochlorid in 85%iger Ausbeute phosgeniert werden kann. Setzt man jedoch einen Isopropyl- oder Isobutylesier ein, so sinkt die Ausbeute an entsprechendem Isocyanat auf nur 9—10%. Demgegenüber steigt die Ausbeute bei der Phosgenierung von beta-Alaninestcrhydrochloriden, die aus den erfindungsgemäßen bcta-Formylaminopropionsäurecstern hergestellt wurden, überraschend und eindrucksvoll beim Übergang vom Älhylester zum Propyl- bzw. Butylester.

Zweckmäßigerweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die Ausgangsmaterialien (/.. IJ. Formamid, Acrylester und tertiäres Amin) bei Raumtemperatur vereinigt, wobei sich gegebenenfalls eine zweiphasige Reaktionslösung bildet. Durch Zusatz eines Lösungsmittels kam, man jedoch eine Homogenisierung erreichen. Hierauf wird die Lösung mehrere Stunden erwärmt. Nicht umgesetzte und überschüssig eingesetzte Ausgangsprodukte sowie die als Katalysatoren verwendeten tertiären Amine können durch eine fraktionierte Destillation abgetrennt und gegebenenfalls im Kreislauf wieder der Reaktion zugeführt werden. Der gewünschte /J-F'ormylaminopropionsäureesler kann z. B. durch eine Vakuumdestillation in reiner Form erhalten werden. Das Verfahren eignet sich auch zu einer kontinuierlichen Durchführung der Reaktion.

Die Mengenverhältnisse von Formamid zu Allylester können in weitem Bereich variiert werden, /. IJ. von 10:1 bis I : !0. Vorzugsweise wird mit äquivalenten oder überschüssigen Mengen an Formamid gearbeitet. z. B. im Molverhältnis "3 : I bis I : I.

Zur Umsetzung des Acrylsäureester·» mit Formamid eignen sich

Acrylsäure-alkyl-, cycloalkyl und -aralkylester, z. Ii.

Acrylsäuremethylester, Acrylsäureäthylester,

Acrylsäurcpropy !ester, Acrylsäureisopropylester,

Aerylsäurebutylester, Acrylsäureisobutylester,

Acrylsäurecyclohexy !ester,

Acrylsäuredodecylester, Acrjlsäurebenzylesier.
Als Polymerisationsinhibitoren für Acrylsäureester kann man bekannte Verbindungen, wie z. Ii. Hydrochinon, I-Phenylaminonaphthalin bzw. 2-Aminonaphthalin in geringen Mengen, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gewichtsprozent, einsetzen.

Als tertiäre Amine seien beispielsweise genannt

N.N-Dimethylcyclohexylamin,

N-Methylpyrrolidin.Tributylamin,

Triethylamin, 4-Dimethylamino-pyridin und

2,3,4,6,7,8,9,10-Octahydropyrimido-

[l,2-ixj-azepin.

Als besonders geeignete tertiäre Amine haben sich 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan und das genannte Azepin herausgestellt. Die tertiären Amine werden in Mengen von 0.05 bis 10,0, vorzugsweise 0,15 bis 1,0 Mol pro Mol Acrylester eingesetzt.

Zur Homogenisierung der Lösung kann man polare Lösungsmittel zusetzen, z. B. Pyridin, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Hexamethylphosphorsäuretriamid, N-Methylpyrro!idon oder überschüssige tertiäre Amine.

Die Umsetzung wird unter Normaldruck vorgenommen, wobei lediglich einfache Reaktionsgefäße mit Rückflußkühlung notwendig sind.

Als Reaktionstemperatur eignen sich Temperaturen zwischen etwa 0°C und einer Temperatur, welche durch die Siedetemperatur der Reaktionslösung (bei starkem Rückfluß und guter Kühlung) gegeben ist. Sie kann eventuell bis ca. 210¹¹C (Siedetemperatur des Formamides) ansteigen, besonders bewährt haben sich Temperaturen zwischen 50 und 150"C. Verwendet man I,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan als Katalysator, so kann man bevorzugt Temperaturen zwischen 60 und 120⁰C einhalten.

Die Reaktionszeiten liegen zwischen etwa 3 Minuten und 50 Stunden, bevorzugt jedoch zwischen 3 Minuten und 25 Stunden, wobei in den meisten Fällen Reaktionszeiten von 30 Minuten bis 10 Stunden ausreichend sind.

Die Aufarbeitung kann in Form einer fraktionierten Destillation erfolgen. Man kann auch bei der Aufarbeitung der Reaktionsansätze bei niederen Temperaturen in Wasser eingießen und mit Lösungsmitteln, w'e /_ B. Chloroform oder Methylenchlorid, das gewünschte Produkt aus der wäßrigen Phase extrahieren.

Die erfindungsgemäß erhaltenen /f-Formylaininop.^ropionsäureester sind wegen ihrer verfahrensmü3ig einfachet; Herstellung aus technisch leicht zugänglichen Ausgangsinaterialien wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von Derivaten des /f-Alanins, die ihrerseits zur Herstellung von Polyamiden oder Polyurethanen geeignet sind. Beispielsweise gelangt man durch Umsetzung von /J-Formylaminopropionsäureesten; mit Chlorwasserstoff in Alkoholen in quantitativer Ausbeute zu dem entsprechenden //-Alaninesterhydrochlorid (und dem abdestillierbaren Ameisensäureester des entsprechenden Alkohols). Diese /J-Alaninesterhydrochloride können direkt weiter umgesetzt werden, z. B. mit Phosgen zu /Msocyanato-propionsäureestern.

Beispiel 1

450 g (10 Mol) Formamid und 640 g (5 Mol) Aerylsäure-n-butylester werden mit 28 g (0,25 Mol) 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan 10 Stunden zwischen 128 und I34"C gerührt. Anfangs hat man ein zweiphasiges System vorliegen, das sich jedoch mit fortschreitender Reaktion mischt. In der anschließenden fraktionierten Destillation siedet der 0-Formylaminopropionsäure-n-butylester bei 115-123°C/0,l Torr(ng· 1,4522).

Ausbeute: 406 g (65% auf umgesetzten Acrylester bezogen).

Die im Vorlauf abgetrennten, nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien können zu einer weiteren Umsetzung verwendet werden.

Gemäß Beispiel I wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten 0-Formylaminopropionsäureester der allgemeinen Formel

OHCNHCH₂CH₂COr¹

hergestellt.

Tabelle	her.	C	Il	N	O
R¹	gel'.	45,8%	6,97,	10,7%	36,67,
CH,	her.	45,7%	6,8 %	11,0%	36,2%
	gel	4⁽),6%	7,67,	⁽U7.	33,1%
C ,11,	ber.	4⁽),5%	7,8%	'),·>%	32,8%
	gel	55,5%	8,7%	8,07,	27,8%
n-C,H„	ber	55,4%	8,·)7,	8,1 %	27,6%
	gef.	55,57,	8,77,	8.0%	27,8%
iso-C ,11,,	her.	55,3";,	^l), 17.	8,37.	27,67',,
	gel·.	5¹U";.	').5%	7,0",.	23,87,
H-C₁JI₁,	her.	5^I),57,	⁽>,X%	7,3%	23,87,
	«ef.	63.8%	6.3"',,	6,8"/,	23,1%
( Il ( „II,		64,1%	6,6"/,	6,^l)%	22,87..

Kp

1,4570 110-116 (70,11 Torr

1,4528 ⁽)5- 105 C 70,07-0,08 Torr

1,4522 117 123 C70,08 Torr

1,4508 117 118 (70,03 Torr

1,4568 134 140 (70,06 Torr

1,5282 IV8 201 (70,06 lorr

Beispiel 2

Fine zweiphasigc Lösung aus 1280 g (tu MoI) Acrylsäurc-n-biitylcstcr, 900 g (20 Mi!) l^:urmaniid. 112 g (IMoI) l,4-Dia/abieydo{2,2,2]octan und 3.75 g Hydrochinon wird 10 Stunden auf 95 his 100 C erwärmt. Anschließend wird das Reaktionsprodukt destilliert. Der /J-Formylaminopropionsäurc-n-butylestcr geht bei 100- 120" C70.08 Torr über.

Ausbeute: 900 g (75% bezogen auf umgesetzten Acrylestcr).

Der Vorlauf bestand aus 395g Acrylsäuren-butyl ester, 98 g 1,4-I}iazabicydo[2,2,2]octan und 597 g Formamid. Vs kann /ti einer weiteren Umsetzung wicdcrverwendet werden.

H c i s ρ i e I 5

Line Lösung aus 1280 g (10 Mol) Acrylsäurc-n-butyl ester.900g(20 Mol) Formamid. 112 g(l Mol) 1,4-Dia/abicyclo[2,2,2](Klan. 1.28 g Hydrochinon und 1150g Dimethylformamid wird b Stunden auf 95"(" gehallen.

Die Lösung wird anschließend iraklioincrt dcsiillieri. Der /MOrinylaminopropionsiiurc ti-lnilylester geht hei KW-112 (70.(17 lon über.
Ausbeute: 145 g

Il c i s ρ i c I 4

45 g(l Mol) Formamid.7.6 g(0.05 Mol) 2.3.4.<i.7.8.9.10 ()etahydropyriinid<>-[ 1.2-λ] a/epin uivl 128 g (1 Mol) Acrylsäure-n-bulylesler werden bei KatimtempciaUir /u

in einer /weiphasigen Kcaktionslösung vereinigt. Diese wird unter gutem Ruinen auf 80 (' erwärmt. Nach ca. 30 — 45 Minuten hai sich hierbei die Luuilsion /n einer klaren homogenen Lösung verändert. Ohne I lei/iiiig wird noch 1 Stunde nachgenihrl. Zur Abtrennung der

I^ Hase wird der Ansät/ in Wasser eingegossen. Das gewünschte Produkt wird hieraus mit Chlomlorm extrahiert und nach dem Trocknen Iraktionieri destil· lierl.

Kp. 0.08: 122-127 ( .

.-.> Ausbeute: 8b g (50.0% il. Th.) bezogen iiiil eingesetzten Acrylsäure-η TliitjlesK'r.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von /J-Formylaminoprapionsäureestern der allgemeinen Formel

MN CH, CU. COOR¹

in der R¹ einen geradkettigen oder verzweigten CV bis Ci.>-Alkylrest oder Aralkylrest bedeutet, durch Umsetzung von Formamid mit Acrylsäureester!! im Molverhältnis 10:1 bis I : 10 bei Normaldruck in Gegenwart von 0,005 bis 10,0MoI pro Mol Acrylsäureester basischer Katalysatoren und geringer Mengen Polymerisationsinhibitoren bei Temperaturen von 0⁰C bis zur Rückflußtemperatur und anschließende Isolierung des /f-Formylaminopropionsäurecsters, dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Katalysatoren Verbindungen, die eine oder mehrere tertiäre Aminogruppen enthalten, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man al·; tertiäres Amin 1,4-Diazabicyclo[2,2,2,]octan verwendet.

i. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als tertiäres Amin 2,3,4,6,7,8,9,10-Octahydro-pyrimido-[!.2-ix]-azepin verwendet.

4. /i-Formylaminopropionsäure-alkylester der allgemeinen Formel