DE2261272C3

DE2261272C3 - Process for the preparation of diaminomaleic acid dinitrile

Info

Publication number: DE2261272C3
Application number: DE19722261272
Authority: DE
Inventors: Kenji Yachiyoshi Chiba; Nishiwaki Eiji Arai Niigata; Yamazoe Shigeharu Tokio; Hoshino Mitsuyuki Urawa Saitama; Yoshino Sadafumi Niigata; Hara (Japan)
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 1971-12-14
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1976-08-26

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung des Dinitrils von Diaminomaleinsäure, das im folgenden kurz als Diaminomaleinsäurenitril bezeichnet wird und der FormelThe invention relates to the preparation of the dinitrile of diaminomaleic acid, hereinafter referred to as Is called diaminomaleic acid nitrile and the formula

NH, -C-CNNH, -C-CN

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NH,-C-CNNH, -C-CN

entspricht. Die Verbindung, die auch als Tetramer von Cyanwasserstoff aufgefaßt werden kann, ist ein vielfach verwendetes chemisches Produkt und dient z. B. seit längerer Zeit als Ausgangsmaterial für die Synthese der verschiedensten organischen Stoffe; insbesondere stellt es auch ein Zwischenprodukt bei der Synthese von Imidazolen dar.is equivalent to. The compound, which can also be regarded as a tetramer of hydrogen cyanide, is a multiple chemical product used and serves z. B. for a long time as a starting material for the synthesis of various organic substances; in particular, it is also an intermediate in the synthesis of Imidazoles.

Es ist bekannt, daß gereinigter Cyanwasserstoff allein oder in konzentrierter wäßriger Lösung von selbst polymerisiert, wobei unter Freiwerden einer größeren !Menge Polymerisationswärme das Tetramer und als !Nebenprodukt ein schwärzliches amorphes Polymerisat gebildet wird.It is known that purified hydrogen cyanide alone or polymerizes by itself in concentrated aqueous solution, releasing a larger one ! Amount of heat of polymerization the tetramer and! As! A by-product a blackish amorphous polymer is formed.

Um die unerwünschte weitergehende Polymerisation möglichst einzuschränken erhöht man den Reinheitsgrad des Cyanwasserstoffes und fügt etwas (höchstens etwa 0,1 %) Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Schwefeldioxid als Stabilisator hinzu.In order to limit the undesired further polymerization as much as possible, the degree of purity is increased of hydrogen cyanide and adds some (at most about 0.1%) sulfuric acid, phosphoric acid or sulfur dioxide added as a stabilizer.

Gemäß der Literatur (US-PS 24 99 441 bzw. Ann. 81 [1956], S. 600) erhält man Diaminomaleinsäuredinitril in einer Ausbeute von bestenfalls 25,4%, wenn man Cyanwasserstoff 20 bis 24 Stunden bei Temperaturen zwischen 0 und 100° C durch eine Schicht aus Tonerde, Siliciumdioxid oder anderen drei- oder vierwertigen basischen Oxiden hindurchstreichen läßt.According to the literature (US Pat. No. 2,499,441 or Ann. 81 [1956], p. 600), diaminomaleic acid dinitrile is obtained in a yield of at best 25.4% if hydrogen cyanide is used for 20 to 24 hours at temperatures between 0 and 100 ° C by a layer of alumina, silicon dioxide or other trivalent or tetravalent basic oxides can be stroked through.

Nach einem durch die DT-OS 20 22 243 neuerdings bekannt gewordenen Verfahren erhält man Diaminotnaleinsäuredinitril in einer Ausbeute von 37 bis 64% (durch Tetramerisierung von Cyanwasserstoff in einem polaren, aprotischen Lösungsmittel, wie insbesondere bimethylsulfoxid oder Dimethylformamid; als Katalysator dient dabei eine Base, wie Natriumcyanid oder Natriumhydroxid, wobei der pH-Wert des Reaktionssystemsbei 10 ± 1 gehalten wird.Diaminotnaleinsäuredinitril is obtained by a process which has recently become known from DT-OS 20 22 243 in a yield of 37 to 64% (by tetramerization of hydrogen cyanide in one polar, aprotic solvents, such as, in particular, bimethyl sulfoxide or dimethylformamide; as a catalyst a base such as sodium cyanide or sodium hydroxide is used, the pH of the reaction system being the same 10 ± 1 is held.

Neben Dimethyhulfoxid oder -formamid wird allerdings in der erwähnten DT-OS 20 22 243 kein anderes polares, aprotisches Lösungsmittel genannt, obwohl andererseits von zahlreichen anderen Verfahren zur Herstellung des Tetramers von HCN die Rede ist, die aber allenfalls für Laborzwecke in Frage kommen sollen.In addition to dimethyl sulfoxide or formamide, however in the mentioned DT-OS 20 22 243 no other polar, aprotic solvent mentioned, although on the other hand, there is talk of numerous other processes for the preparation of the tetramer of HCN, which but should at most be considered for laboratory purposes.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß, wie noch näher ausgeführt werden wird, bei der Tetramerisierung von Cyanwasserstoff als Lösungsmittel Hexamethylphosphorsäuretriamid verwendet. 'In contrast, according to the invention, as will be explained in more detail, during tetramerization of hydrogen cyanide as solvent hexamethylphosphoric triamide used. '

Obgleich es dem Fachmann durch ältere Veröffentlichungen (vergleiche z. B. Fieser and Fieser, Reagents for Organic Synthesis, 1967, und angewandte Chemie 79 [1967], S. 1029 ff.) bekannt sein mußte, daß Hexaalkylphosphorsäureamide hinsichtlich ihrer Lösungseigenschaften eine Sonderstellung einnehmen und andere verwandte Lösungsmittel übertreffen, findet sich in der zeitlich in Frage kommenden Literatur nirgends ein Hinweis auf die Verwendung von Hexamsthylphosphorsäureamid als Lösungsmittel beim vorliegenden Verfahren. Da ein solcher Hinweis trotz vieler Beispiele auch in der 1970 erschienenen DT-OS 20 22 243 fehlt, kann nur auf ein innerhalb der Fachwelt bisher bestehendes Vorurteil geschlossen werden, das durch die Erfindung überraschenderweise überwunden wurde.Although the skilled person is familiar with earlier publications (compare e.g. Fieser and Fieser, Reagents for Organic Synthesis, 1967, and applied Chemie 79 [1967], pp. 1029 ff.) Had to be known that hexaalkylphosphoric acid amides with regard to their solution properties occupy a special position and surpass other related solvents, is found nowhere in the relevant literature on the use of hexamsthylphosphoric acid amide as a solvent in the present process. Since such a note despite many examples DT-OS 20 22 243, which was published in 1970, is also missing, but can only refer to one within the specialist community so far existing prejudice are closed, which was surprisingly overcome by the invention.

Mit Hilfe der bekannten Verfahren erhält man Diaminomaldnsäuredinitril in wechselnder und meist recht niedriger Ausbeute, so daß sich die Kosten für die Herstellung der Folgeprodukte, wie Glycin, 4-AminoimidazoI-5-carboxyimid, Adenin, 1,3,7-Trimethylxanthin, Hypoxanthin oder Guanin oder wertvolle Aminosäuren, wie Inosinsiiure oder Nucleinsäure, die aus dem Diaminomaleinsäuredinitril hergestellt werden, außerordentlich erhöhen.With the help of the known processes, diaminomaldic acid dinitrile is obtained in varying and mostly quite low yield, so that the costs for the production of secondary products, such as glycine, 4-aminoimidazoI-5-carboxyimide, Adenine, 1,3,7-trimethylxanthine, hypoxanthine or guanine or valuable amino acids, such as inosinic acid or nucleic acid, which are produced from diaminomaleic dinitrile, are extraordinary raise.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Diaminomaleinsäuredinitril durch Tetramerisierung von Cyanwasserstoff in einem polaren, aprotischen Lösungsmittel in Anwesenheit von Alkalicyanid als Katalysator, ist dadurch gekennzeichnet, daß man Hexamethylphosphorsäuretriamid als Lösungsmittel verwendet.The process according to the invention for the preparation of diaminomaleic acid dinitrile by tetramerization of hydrogen cyanide in a polar, aprotic solvent in the presence of alkali metal cyanide as Catalyst is characterized in that hexamethylphosphoric triamide is used as the solvent used.

Die Verwendung von Hexamethylphosphorsäuretriamid als Lösungsmittel hat in vorliegendem Fall folgende Vorteile:The use of hexamethylphosphoric triamide as a solvent has in the present case the following advantages:

1. Das als Katalysator anwesende Alkalicyanid wird durch das Lösungsmittel solvatisiert und dissoziiert, so daß freie Cyanidionen (CN -) entstehen;1. The alkali metal cyanide present as a catalyst is solvated and dissociated by the solvent, so that free cyanide ions (CN -) are formed;

2. Cyanwasserstoff als Ausgangsmaterial löst sich gut indem Lösungsmittel;2. Hydrogen cyanide as a starting material dissolves well by solvent;

3. das Lösungsmittel löst sowohl das entstehende Tetramer wie das bei der Reaktion als Nebenprodukt gebildete Polymer.3. The solvent dissolves both the tetramer formed and that of the reaction as a by-product formed polymer.

Auf Grund dieser Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lösungsmittels erhöht sich die Geschwindigkeit der Tetramerisieningsreaktion, die um so höher ist, je höher das Produkt aus Cyanionenkonzentration und Cyanwasserstoffkonzentration ist, so daß die Nebenreaktion von Tetramer zu Polymer zurückgedrängt wird.Due to these properties of the solvent according to the invention, the speed of the increases Tetramerization reaction, which is higher, the higher the product of cyanion concentration and hydrogen cyanide concentration so that the side reaction from tetramer to polymer is suppressed.

Als Katalysator dient auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, ähnlich wie bei der Verwendung der bisherigen Lösungsmittel, ein Alkalicyanid, insbesondere Kalium- oder Natriumcyanid. Die Konzentration des Alkalicyanidkatalysators ist nicht ausschlaggebend, jedoch beträgt zweckmäßigerweise das Molverhältnis von Katalysator zu Cyanwasserstoff weniger als 0,25 :1 und liegt vorzugsweise zwischen 0,05 :1 und 0,15 :1.The catalyst is also used in the process according to the invention, similar to when using the previous solvent, an alkali metal cyanide, especially potassium or sodium cyanide. The concentration of the Alkali metal cyanide catalyst is not critical, but it is expedient to use the molar ratio from catalyst to hydrogen cyanide less than 0.25: 1 and is preferably between 0.05: 1 and 0.15: 1.

Der Druck spielt bei dem Verfahren keine Rolle; es wird gewöhnlich unter Normaldruck durchgeführt. Die Reaktionstemperatur beeinflußt sowohl die Geschwindigkeit der Hauptreaktion von Cyanwasserstoff zum Tetramer wie auch diejenige der Nebenreaktion vom Tetramer zum Polymer. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Reaktionstemperatur zwischen 0 und 100°C liegen, wobei die Reaktion innerhalb 3 bis 10 Stunden beendet ist.The pressure does not play a role in the process; it is usually carried out under normal pressure. the Reaction temperature affects both the rate of the main reaction from hydrogen cyanide to Tetramer as well as that of the side reaction from the tetramer to the polymer. When the invention Process, the reaction temperature can be between 0 and 100 ° C, the reaction within 3 to 10 Hours has ended.

Die Ausbeute an Diaminomaleinsäuredinitril liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen 65 und 72The yield of diaminomaleic acid dinitrile in the process according to the invention is between 65 and 72

Gewichtsprozent und übertrifft damit die bei der bisherigen Arbeitsweise erzielten Ausbeuten.Percent by weight and thus exceeds the yields achieved in the previous procedure.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung (HMP = Hexamethylphosphorsäuretriamid). The following examples serve to explain the invention in more detail (HMP = hexamethylphosphoric acid triamide).

example 1

267 ml HMPA wurden bei Normaltemperatur in einen 500-ml-Kolben mit Rührwerk gegeben, worin dann 13 g Natriumcyanid unter Rühren gelöst wurden. Der Lösung wurden allmählich 122 ml (87,5 g) Cyanwasserstoff zugefügt, wobei die Temperatur langsam auf 7O⁰C angehoben und dabei 6 Stunden gehalten wurde.267 ml of HMPA was placed in a 500 ml flask equipped with a stirrer at normal temperature, in which 13 g of sodium cyanide was then dissolved with stirring. To the solution was gradually added 122 ml (87.5 g) of hydrogen cyanide, the temperature was slowly raised to 7O ⁰ C and held there for 6 hours.

Nach beendigter Reaktion wurde die Reaktionslösung mit 1800 mi heißem Wasser verdünnt, wobei sich ein schwärzliches amorphes Polymerprodukt abschied, das abfiltriert wurde.After the reaction had ended, the reaction solution was diluted with 1800 ml of hot water, whereby a blackish amorphous polymer product deposited which was filtered off.

Das Filtrat wurde zunächst mit Hilfe von Ultraviolett-Absorptionsanalyse (bei einer Wellenlänge von 296 μπι) untersucht Die photometrische Analyse ergab 62,4 g Diaminomaleinsäuredinitril, was einer Ausbeute von 71 Gewichtsprozent an reinem Tetramer, bezogen auf Cyanwasserstoff, entsprechen würde.The filtrate was first analyzed using ultraviolet absorption analysis (at a wavelength of 296 μπι) investigated The photometric analysis showed 62.4 g Diaminomaleic acid dinitrile, resulting in a yield of 71 Percentage by weight of pure tetramer, based on hydrogen cyanide, would correspond.

Zur Gewinnung des Tetramers aus der wäßrigen Lösung wurde diese innig mit 1800 g Chloroform verrührt. Es schied sich rohes Diaminomaleinsäuredinitril (Reinheitsgrad 873%) ab, das nach dem Trocknen ■68,2 g wog und auf übliche Weise gereinigt werden konnte. Praktisch betrug die Aubeute an reinem Tetramer, bezogen auf HCN, 68% der Theorie.To obtain the tetramer from the aqueous solution, this was intimately with 1800 g of chloroform stirred. Crude diaminomaleic acid dinitrile (degree of purity 873%) separated out after drying ■ weighed 68.2 g and could be cleaned in the usual way. In practice the yield was pure Tetramer, based on HCN, 68% of theory.

Example 2

261 ml HMPA und 5,9 g Kaliumcyanid wurden, wie oben, in einen 500-ml-Kolben gegeben, worauf unter Rühren 56 ml (40,2 g) Cyanwasserstoff langsam zugefügt und die Reaktionstemperatur auf 70⁰C erhöht und 6 Stunden dabei gehalten wurde.261 ml of HMPA and 5.9 g of potassium cyanide were, as above, placed in a 500 ml flask, whereupon 56 ml (40.2 g) of hydrogen cyanide were slowly added with stirring and the reaction ^{temperature was increased to 70 °} C. and held there for 6 hours would.

ίο Nach Beendigung der Reaktion wurde die Lösung gemäß Beispiel 1 behandelt Die Ultraviolett-Absorptionsanalyse ergab einen Gehalt von 28,0 g reinen Diaminomaleinsäuredinitril, was einer Ausbeute von 70 Gewichtsprozent entspricht Die durch das Abscheiden und Reinigen etwas verringerte praktische Ausbeute entsprach etwa der von Beispiel 1.ίο After the reaction ended, the solution became treated according to Example 1 Ultraviolet absorption analysis gave a content of 28.0 g pure Diaminomaleic dinitrile, which corresponds to a yield of 70 percent by weight die by the deposition and purification, the somewhat reduced practical yield was about the same as that of Example 1.

Example 3

261 ml HMPA und 7,5 g Natriumcyanid wurden wie oben in einen 500-ml-Kolben gegeben und 56 ml (40,2 g) Cyanwasserstoff langsam zugeführt, worauf die Reaktion 7 Stunden bei 70⁰C weitergeführt wurde.261 ml of HMPA and 7.5 g of sodium cyanide were placed in a 500 ml flask as above and 56 ml (40.2 g) of hydrogen cyanide were slowly added, whereupon the reaction was continued at 70 ^° C. for 7 hours.

Nach Beendigung der Reaktion wurde die Lösung gemäß Beispiel 1 weiterbehandelt Durch Ultraviolett-Absorptionsanalyse ließ sich ein Gehalt an Diaminomaleinsäuredmitril von 28,9 g feststellen, was einer Ausbeute von 72 Gewichtsprozent bezogen auf HCN, entspricht. Abscheidung und Reinigung unter geringen Verlusten wie oben.After the completion of the reaction, the solution was further treated as in Example 1 by ultraviolet absorption analysis a content of diaminomaleic acid mitril of 28.9 g was found, which is a Yield of 72 percent by weight based on HCN. Separation and cleaning under low Losses as above.

Claims

Claim:

Process for the preparation of diaminomaleic acid dinitrile by tetramerization of hydrogen cyanide in a polar, aprotic solvent in the presence of alkali metal cyanide as a catalyst, characterized in that hexamethylphosphoric acid triamide used as a solvent Ό