CH582146A5

CH582146A5 - 2,2,6,6-Tetramethyl-4-oxo-piperidine prepn. - by acid catalyst treatment of 2,2,4,4,6-pentamethyl 2,3,4,5-tetrahydro-pyrimidine

Info

Publication number: CH582146A5
Application number: CH701774A
Authority: CH
Original assignee: Ciba Geigy Ag
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1976-11-30
Also published as: PL93160B1

Description

Gegenstand des Hauptpatents Nr. 574 ist ein Verfahren zur Herstellung von 2,2,6,6-Tetramethyl-4oxopiperidin aus 2,2,4,4,6-Pentamethyl-2,3,4,5-tetrahydropyrimidinhydrat, in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, dadurch ge kennzeichnet, dass man die Reaktion in mindestens 1,5 Molen Aceton pro Mol Pyrimidin-Ausgangsmaterial in Gegenwart von 0,2 - 7 Molprozent, basierend auf Pyrimidin-Ausgangs material, eines Lewis- oder Protonen-Säure-Katalysators bei
Temperaturen zwischen 40 und 65"C durchführt.

Die vorliegende Erfindung la betrifft eine Erweiterung de.

im Hauptpatent Nr. 574411 geschützten Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass man 2,2,4,4,6-Pentamethyl-2,3,4,5-tetra- hydropyrimidin mit 0,2 bis 12 Molprozent, basierend auf dem Acetonin-Ausgangsmaterial, eines sauren Katalysators behang delt, wobei man a) wasserfrei oder mit weniger als der äqui molaren Menge Wasser bezogen auf das Acetonin, und in Ge genwart von Aceton und/oder Diacetonalkohol arbeitet, oder b) mit mindestens der äquimolaren Menge Wasser bezogen auf Acetonin arbeitet, mit Ausnahme des im Patentanspruch des Hauptpatentes Nr. 574411 Geschützten.

Gegebenenfalls führt man die Reaktion in Gegenwart von Diacetonamin, Triacetondiamin und/oder einem anderen sauren Kondensationsprodukt von Aceton als Diacetonalkohol, und/oder im Falle b), auch von Aceton und/oder Diacetonalkohol durch.

Ein saures Kondensationsprodukt von Aceton ist z.B. Phoron und vor allem Mesityloxid und ganz besonders Diacetonalkohol.

Vorteilhaft verwendet man ein organisches Lösungsmittel bzw. ein zusätzliches organisches Lösungsmittel.

Organische Lösungsmittel, die für das erfindungsgemässe Verfahren besonders geeignet sind, sind z.B. Kohlenwasserstoffe, wie Aromaten, z.B. Benzol, Toluol und Xylol, sowie Aliphaten, wie Hexan, Heptan und Cyclohexan, sowie Chlorkohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Trichloräthan, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Äthylenchlorid und Chlorbenzol, sowie Äther, wie Tetrahydrofuran, Dioxan und Di äthyläther, sowie Nitrile, wie Acetonitril, sowie aprotische polare Lösungsmittel, wie Sulfolan, Nitromethan, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylharnstoff, Hexamethylphosphorsäureamid und Dimethylsulfoxid, sowie besonders bevorzugt Alkohole, wie mono- oder polyfunktionelle, unsubstituierte oder substituierte aliphatische Alkohole, z.B.

Niederalkanole, wie Methanol, Äthanol, Propanol, iso Propanol und tert.-Butanol, sowie Cyclohexanol, Benzylalkohol, Äthylenglykol-monomethyläther, Glykol und Propanol -1,3-diol, sowie Ketone, wie Aceton, Methyläthylketon und Cyclohexanon. Vor allem geeignet ist ein C1-C4-Alkohol, wie Methanol, sowie Aceton, Diacetonalkohol, Phoron, Diacetonamin, Triacetondiamin und Mesityloxid. Ebenso geeignet sind auch Mischungen obiger Lösungsmittel.

Die Katalysatoren, welche erfindungsgemäss verwendet werden können sind Lewis-Säure-Katalysatoren, z.B. Zinkchlorid, Zinnchlorid, Aluminiumchlorid und Bortrifluorid oder Protonensäuren.

Katalysatoren sind ferner Salze von Protonensäuren mit Ammoniak oder organischen Basen. Organische Basen sind vor allem organische Stickstoffbasen, insbesondere primäre, sekundäre oder tertiäre Stickstoffbasen. Beispiele für solche Protonensäuren bzw. für Säurekomponenten in als saure Katalysatoren verwendeten Salzen sind insbesondere:
Mineralsäuren, wie Salzsäure, Borsäure, Bromwasserstoffsäure, Jodwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, sowie Sulfonsäuren, wie aliphatische oder aromatische Sulfonsäuren, z.B. Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Naphthalinsulfonsäure, Phosphorsäuren und Phosphinsäuren, wie aliphatische oder aromatische, z.B.

Methyl-, Benzyl- oder Phenylphosphonsäure oder Dimethyl-, Diäthyl- oder Diphenylphosphinsäure, und
Carbonsäuren, wie einbasische, zweibasische oder dreibasi sche aliphatische oder aromatische Carbonsäuren, z.B. ge sättigte oder ungesättigte einbasische aliphatische Carbon säuren mit 1-18 C-Atomen, wie Ameisensäure, Essigsäure,
Chloressigsäure, Dichloressigsäure, Trichloressigsäure, Cyan essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Laurinsäure, Palmitin säure, Stearinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Zimt säure, gesättigte und ungesättigte zweibasische aliphatische
Carbonsäuren, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bemsteinsäure,
Adipinsäure, Sebacinsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Fumar säure und Maleinsäure, dreibasische aliphatische Carbonsäu ren, wie Zitronensäure, einbasische aromatische Carbonsäure, wie gegebenenfalls substituierte Benzoesäure und Naphthoe säure,

und zweibasische aromatische Carbonsäuren, wie
Phthalsäure und Terephthalsäure. Bevorzugt sind einbasische und zweibasische aliphatische oder aromatische Carbonsäuren und einbasische aromatische Sulfonsäuren, wie Essigsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Benzoesäure, m-Methylbenzoe säure, p-tert.Butylbenzoesäure, p-Toluolsulfonsäure und Zimt säure. Als organische Basen sind geeignet: aliphatische, aly cyclische und aromatische, primäre, sekundäre und tertiäre Amine, gesättigte und ungesättigte Stickstoffbasen, Harnstoff, Thiohamstoff und basische Ionenaustauscherharze. So sind aliphatische, primäre Amine z.B. Methylamin, Äthylamin, n-Butylamin, Octylamin, Dodecylamin und Hexamethylen diamin, aliphatische sekundäre Amine z.B.

Dimethylamin, Diäthylamin, Di-n-propylamin und Di-isobutylamin, alipha tische tertiäre Amine z.B. Triäthylamin, alicyclische primäre Amine z.B. Cyclohexylamin, aromatische primäre Amine z.B.

Anilin, Toluidin, Naphthylamin und Benzidin, aromatische sekundäre Amine z.B. N-Methylanilin und Diphenylamin, aromatische tertiäre Amine z.B. N,N-Diäthylanilin, gesättigte und ungesättigte Stickstoffbasen z.B. heterocyclische Basen, z.B. Pyrrolidin, Piperidin, N-Methyl-2-pyrrolidon, Pyrazolidin, Piperazin, Pyridin, Picolin, Indol, Chinuclidin, Morpholin, N Methylmorpholin, 1,4-Diazobicyclo[2,2,2]-octan und Triace tonamin, Harnstoff, Thioharnstoff und stark und schwach basische Ionenaustauscherharze. Bevorzugt sind auch Acetonin sowie Diacetonamin und Triacetonamin.

Beispiele für bevorzugte Salze sind: Cyclohexylamin-formiat, Pyridinformiat,
Pyridin-p-toluolsulfonat, Di-n-butylaminacetat, Di-n-butyl amin-benzoat, Morpholinsuccinat, Morpholin-maleat, Tri äthylamin-acetat, Triäthylamin-succinat, Triäthylaminmaleat, Anilin-acetat, Triacetonamin-p-toluolsulfonat und Acetonin-hydrochlorid.

Es können Gemische von sauren Katalysatoren oder zusätzlich von diesen verschiedene Co-Katalysatoren, insbeson dere in Mengen von 0,01-0,5 Mol.-%, bezogen aufAcetonin verwendet werden.

Als Gemischkomponenten bzw. Co-Katalysatoren kommen in Frage:
Kaliumjodid, Natriumjodid, Lithiumbromid, Lithiumjodid, Lithiumrhodanid, Ammoniumrhodanid, Lithiumcyanid, Lithiumnitrat, Ammoniumsulfid, Brom, Jod, oder ein Bromid, Jodid, Nitrat, Methansulfonat, Benzolsulfonat oder p Toluolsulfonat von Ammoniak, Triäthylamin, Harnstoff oder Thiohamstoff.

Bevorzugte Katalysatoren sind Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid, Ammoniumnitrat und Bortrifluorid. Die Menge an verwendetem Katalysator beträgt zwischen 0,2 und
12 Mol.- XO, basierend auf PySmidin-- usgangsmaterial und liegt vorzugsweise zwischen 0,2 - 7, insbesondere zwischen 2 und 4 Mol.-%. Die Reaktion wird insbesondere zwischen 40 und 1200C, vorzugsweise zwischen 50 und 100"C durchgeführt.

In Gegenwart von Aceton beträgt die bevorzugte Reaktionstemperatur 40 - 65"C, insbesondere 50 - 55"C, in Gegenwart von Diacetonalkohol oder Mesityloxid 90.- 1000C, ohne Coreaktantenzusatz vorzugsweise 50 - 100"C. Verwendet man andere Ketone als Aceton bzw. dessen saure Selbstkondensationsprodukte, so beträgt die Reaktionstemperatur vorteil haft -15"C bis +400C. Schliesslich kann auch vorteilhaft unter Druck gearbeitet werden, z.B. bei 1-30, insbesondere 1-10, vor allem 1-3Atmosphären Überdruck.

Die Reaktionszeit beträgt bevorzugt ¸ - 15 Stunden, mit Aceton als Coreaktant bevorzugt 7 - 14, insbesondere 8 - 12 Stunden, und mit Diacetonalkohol als Coreaktant bevorzugt 1/2 - 2, insbesondere 1 - 1¸ Stunden.

Die Menge an Aceton, Diacetonamin, Triacetondiamin bzw. saurem Aceton-Kondensationsprodukt liegt im allgemeinen bei mindestens 1,5 Molen pro Mol Pyrimidin-Ausgangsmaterial, kann aber bis zu 10 Molen betragen. Aus praktischen Gründen beträgt der bevorzugte Bereich 2 bis 6 Mole, insbesondere 3 bis 4 Mole. Es können aber auch mit Vorteil weniger als 1,5 Mol Coreaktant verwendet werden.

Besonders geeignet ist die Verwendung von Diacetonalkohol als Coreaktant, da eine schnellere Durchführung der Reaktion wegen der Möglichkeit erhöhter Reaktionstemperatur gegeben ist.

Die Aufarbeitung kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z.B. durch Zusatz von Wasser und Abtrennen als Hydrat, oder durch Zusatz von Säure, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Oxalsäure und Abtrennen als Salz, oder durch Zusatz von einem Überschuss an Lauge, insbesondere konzentrierter Lauge, wie wässriger Natronlauge oder Kalilauge, und Abtrennen als organische Schicht, oder insbesondere durch Destillation, gegebenenfalls nach Neutralisation des Katalysators durch Zugabe von Base, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Natriumcarbonat.

Es ist vorteilhaft, bei der erfindungsgemässen Reaktion etwas Wasser zu verwenden, entweder als Pyrimidin-Hydratwasser und/oder als kleine Menge zugesetztes Wasser. Arbeitet man gemäss a) wasserfrei, so verwendet man als Protonen Säure-Katalysatoren bevorzugt schwache Säuren bzw. deren Salze, arbeitet man gemäss b) wasserhaltig, so verwendet man als Protonen-Säure-Katalysatoren bevorzugt starke Säuren, wie Mineral- oder Sulfonsäuren. Als Wasserlieferant kann man auch ein Hydrat eines Salzes verwenden.

Die vorliegende Erfindung wird durch folgende Beispiele illustriert:
Beispiel 1
10 g Acetoninhydrat, 10 g Diacetonalkohol und 0,3 g Ammoniumchlorid werden vermischt, auf ca. 100"C erwärmt. In regelmässigen Abständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch bestimmt. Nach 1 Stunde Reaktionsdauer bei 90-1000 sind weniger als 5% der ursprünglichen Acetoninmenge nachweisbar. Der Rest ist zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte Destillation isoliert wird.

Beispiel 2
10 gAcetoninhydrat, 10 gAceton und 0,3 gAmmoniumchlorid werden auf 550 erwärmt. In regelmässigen Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch bestimmt. Nach 12 Stunden Reaktionsdauer bei 55" sind weniger als 3% der ursprünglichen Acetoninmenge nachweisbar. Der Rest ist zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte Destillation isoliert wird.

Verwendet man in diesem Beispiel anstelle von 0,3 g Ammoniumchlorid ein Gemisch von 0,3 g Ammoniumchlorid und 0,1 Mol.-%, berechnet auf Acetoninhydrat eines der folgenden Cokatalysatoren: NH4, Br, NH4NO3, NH4J, LiBr, LiNO3, LiJ, NaJ, KJ, J2, Harnstoffnitrat, Triäthylammonium -p-toluolsulfonat, NH4SCN, LiSCN oder (NH4)2S so ist die
Reaktion bei gleich guten Ausbeuten bereits nach ca. 5 Stun den beendet.

Beispiel 3
10 g Acetoninhydrat, 10 g Mesityloxid und 0,3 g Ammo niumchlorid werden auf ca. 100" erwärmt. In regelmässigen
Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches in
Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch be stimmt. Nach 5 Stunden Reaktionsdauer bei 90-100 sind weniger als 5% der ursprünglichen Acetoninmenge nachweis bar. Das entstandene Triacetonamin wird durch fraktionierte
Destillation isoliert.

Beispiel 4
10 g Acetoninhydrat, 5 g Mesityloxid, 2,6 Aceton und 0,3 g ,Ammoniumchlorid werden auf 550 erwärmt. In regelmässigen
Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an
Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch be stimmt. Nach 12 Stunden Reaktionsdauer bei 55" sind weniger als 5% der ursprünglichen Acetoninmenge nachweisbar. Der
Rest ist zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte
Destillation isoliert wird.

Beispiel 5
10 g Acetoninhydrat werden mit 0,3 g Ammoniumchlorid auf 100" erwärmt. In regelmässigen Zeitabständen wird der
Gehalt des Reaktionsgemisches an Acetonin bzw. Triaceton amin gaschromatographisch bestimmt. Nach 3 Stunden Reak tionsdauer bei 100" sind weniger als 5% der ursprünglichen
Acetoninmenge nachweisbar. Der Rest ist zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte Destillation isoliert wird.

Beispiel 6
15,4 g wasserfreies Acetonin, 20 g Aceton und 0,4 g Am moniumchlorid werden auf 55 "C erwärmt. In regelmässigen
Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an
Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch be stimmt. Nach 15 Stunden Reaktionsdauer bei 55"C sind min destens 95% Triacetonamin, bezogen auf die eingesetzte Ace toninmenge, entstanden. Das gebildete Triacetonamin wird nach Neutralisation des Katalysators mit Natriumhydroxyd durch fraktionierte Destillation isoliert.

Verwendet man anstelle von Aceton die gleiche Menge
Diacetonalkohol oder ein Gemisch aus 20 g Aceton und 0,9 g
Wasser und verfährt man im übrigen wie oben beschrieben, so erhält man eine annähernd gleich gute Umlagerung des
Acetonins in Triacetonamin.

Beispiel 7
17,2 g Acetoninhydrat, 20 g Aceton und 0,5 g Essigsäure werden auf 55 "C erwärmt. In regelmässigen Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an Acetonin bzw.

Triacetonamin gaschromatographisch bestimmt. Nach 12
Stunden Reaktionsdauer ist das eingesetzte Acetoninhydrat in mindestens 95% Ausbeute zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte Destillation isoliert wird.

Verwendet man anstelle von Essigsäure eine entsprechen de Menge Ameisensäure, Benzoesäure, Dichloressigsäure,
Maleinsäure, Zimtsäure, Trichloressigsäure, pToluolsulfon- säure, Methansulfonsäure oder eine entsprechende Menge eines Salzes wie Ammoniumbromid, Triäthylamin-p-toluol sulfonat, Pyridinformiat, Harnstoffnitrat, Triacetonaminhy drochlorid, Thioharnstoffhydrochlorid, Ammoniumacetat,
Triäthylaminhydrochlorid oder Ammoniumtosylat, und ver fährt man im übrigen wie oden beschrieben, so erhält man das
Triacetonamin in ähnlich guten Ausbeuten.

Beispiel 8
17,2 g Acetoninhydrat, 50 g Dimethylformamid und 0,5 g
Ammoniumchlorid werden auf 60"C erwärmt. In regelmäs sigen Zeitabständen wird der Gehalt des Reaktionsgemisches an Acetonin bzw. Triacetonamin gaschromatographisch ke- stimmt. Nach 15 Stunden Reaktionsdauer sind weniger als 5% der ursprünglichen Acetoninmenge nachweisbar. Der Rest ist zu Triacetonamin umgelagert, das durch fraktionierte Destillation isoliert wird.

Verwendet man anstelle von Dimethylformamid 40 g Dioxan, 20 g Isopropanol, 15 g Äthylenglykolmonomethyläther oder ein Gemisch aus 30 g Benzol und 20 g Aceton und verfährt man im übrigen wie vorstehend beschrieben, so erhält man das Triacetonamin in ähnlich guten Ausbeuten.

Beispiel 9
17,2 g Acetoninhydrat, 30 g Methyläthylketon und 0,5 g Ammoniumbromid werden 24 Stunden bei 40"C gerührt.

Nach dieser Reaktionszeit sind, wie eine gaschromatographische Analyse zeigt, ca. 70% der eingesetzten Acetoninmenge in Triacetonamin umgelagert, das durch Destillation isoliert wifd.

Beispiel' 10
17,2 gAcetoninhydrat, 20 gAceton, 1,8 g Wasser und 0,4 g Ammoniumchlorid werden auf 55"C erwärmt. Nach 12 Stunden Reaktionsdauer haben sich, wie eine gaschromatographische Analyse zeigt, mindestens 95% des eingesetzten Acetonin zu Triacetonamin umgelagert, das durch Destillation isoliert wird.

Gibt man anstelle der 1,8 g Wasser 3,6 g oder 5,4 g Wasser zum obigen Reaktionsgemisch und verfährt man im übrigen wie dort beschrieben, so erhält man das Triacetonamin mit praktisch den gleich guten Ausbeuten.

Beispiel 11 1712 gAcetoninhydrat, 3 g Methanol und 0,5 gAmmo niumchibrid werden auf 60"C erwärmt. Nach 12 Stunden Re aktionsdau,er haben sich, wie eine gaschromatographische Analyse zeigt, ca. 80% des eingesetzten Acetonins zu Triacetonamin umgelagert, das durch Destillation isoliert wird.

Gibt man anstelle der 3 g Methanol 2 g Wasser zum obigen Reaktionsgemisch und verfährt man im übrigen wie dort beschrieben, so erhält man das Triacetonamin mit praktisch der gleichen Ausbeute.

Beispiel 12
17,2 g Acetoninhydrat, 30 g Aceton und 0,5 gAmmoniumchlorid werden im Einschlussrohr 6 Stunden auf 45"C erwärmt. Nach dieser Zeit haben sich, wie eme gaschromatographische Analyse zeigt, mindestens 95% des eingesetzten Acetonin zu Triacetonamin umgelagert, das durch Destillation isoliert wird.

Claims

PATENTANSPRUCH

1. Verfahren zur Herstellung von 2,2,6,6-Tetramethyl-4 -oxopiperidin aus 2,2,4,4,6-Pentamethyl-2,3,4,5-tetrahydro- pyrimidin das im Folgenden Acetonin genannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das Acetonin mit 0,2 bis 12 Molprozent, basierend aufAcetonin-Ausgangsmaterial, eines sauren Katalysator behandelt, wobei man a) wasserfrei oder mit weniger als der äquimolaren Menge Wasser, bezogen auf das Acetonin, und in Gegenwart von Aceton und/oder Diacetonalkohol arbeitet, oder b) mit mindestens der äquimolaren Menge Wasser bezogen auf Acetonin arbeitet, mit Ausnahme des im Patentanspruch des Hauptpatentes Nr. 574411 Geschützten.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Aceton, Diacetonalkohol, Mesityloxid, Diacetonamin, Triacetondiamin, Phoron, einen C1-C4-Alkohol, Äthylenglycolmonomethyläther oder Mischungen davon verwendet.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als sauren Katalysator ein Salz einer Protonensäure mit Ammoniak od. mit einer organischen Stickstoffbase verwendet.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mineralsäure, Sulfonsäure oder Carbonsäure als sauren Katalysator verwendet.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als sauren Katalysator Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid, Ammoniumjodid, Ammoniumnitrat, Ammoniumformiat, Ammoniumtosylat, Harnstoffnitrat,.Harnstoff- tosylat, Thioharnstoffhydrochlorid, Hexamethylendiamindihydrochlorid oder Triacetonaminhydrochlorid verwendet.

5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der saure Katalysator ein LewisSäure-Katalysator ist.