DD139577A1 - Verfahren zur herstellung von n-sulfoalkyl-substituierten aminen - Google Patents

Abstract

) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-sülfoalkylierten sekundären, tertiären und. quartären Aminen der aliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Reihe. Diese Sulfoalkyi"Gruppierungen werden dort, eingeführt, wo es erforderlich ist, organischen Verbindungen, hydrophile bzw, anionische Eigenschaften zu verleihen, z.B. bei der Synthese von Farbstoffen, Textilhilfsmitteln, Arznei- und Pflanzenschutzmitteln. Die Aufgabe besteht darin, durch Auswahl geeigneter Ausgangsverbindungen und Reaktionsbedingungen ein Herstellungs“ verfahren mit geringem technischem Aufwand und geringer gesundheitsschädigender Wirkung zu schaffen. Das wird erreicht, indem man Amine mit in wäßrigen Losungen vorliegenden Hydroxyalkansulfosäuren oder deren OH-funktionellen Derivaten entsprechend der allgemeinen Formel III R-O-(CH9) -SO H, d 11 «5 in der n = 3,4,5,6 und R - H, Alkyl, Sulfoalkyl, Acyl bedeuten, nach Entfernung des Wassers bei Temperaturen von 150 °C bis 200 °C umsetzt,

Description

Yerfahren zur Herstellung von F-sulfoalkyl~substituierten Aminen

der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von N-sulfoalkyl·- substituierten sekundären, tertiären und quartären Aminen der aliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Reihe* Sulfoalkyl-G-ruppierungen werden dort eingeführt, wo es erforderlich ist, organischen Verbindungen hydrophile bzw» anionische Eigenschaften zu verleihen· Derartige Forderungen ergeben sich u.a* bei der Synthese von Farbstoffen, Textilhilfsmittein, Arznei- und Pflanzenschutzmitteln.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.

Die einfachste und zur Zeit immer noch am meisten angewandte Methode zur Einführung von Sulfoalkyl-Substituenten ist die Umsetzung von Aminen mit Sultonen^ beispielsweise nach HELBERGER, Liebigs Ann. Chem. £65 (1949) 2. Ein großer Nachteil dieser Reaktion ist, daß insbesondere die kurzkettigen Sultone, wie 1,3-Propansultan, eine starke mutagene iaad cancerogene Wirkung zeigen (DRUCKHEY et al», Z« Erebsforsch· 75 (1970) 69). Sultone werden meist dtirch wasserabspaltende Cyclisierung aus den entsprechenden Hydroxyalkansulfosäuren erhalten.

Weiterhin können sulfoalkyl-substituierte Amine durch Umsetzung der entsprechenden .Amine mit Halogenalkansulfosäuren bzw· deren Alkali-Salzen erhalten werden, (vgl. Zusammenfassung von POPPE in Z. wiss. Photogr., Photophysik, Photochem.; 63. (1969) 149).

Dieses Verfahren wird dadurch eingeschränkt, daß verschiedene Halogenalkansulfosäuren schwer zugänglich sind bzw· erst durch Umsetzung von Sultonen mit Alkal!halogeniden in genügender Reinheit erhalten werden. Des weiteren ist bekannt, daß 2-Hydroxyäthan- und 3~Hydroxypropansulfοsäuren in wäßriger lösung und bei höherer Temperatur (250 ⁰C) unter Druck mit Ammoniak oder einfachen Aminen zu den entsprechenden 2—Aminoäthansulfosäuren (Taurinen) bzw. 3~Aminopropansulfοsäuren umgesetzt werden können (DEP 593 968, Frdl. 1_9, 498; DEP 612 994, Frdl. 20, 344; Methoden der organ. Chemie (HOüBEH-WEYl) Bd. 9, S.378, Bd. 11/1, S.141 (Stuttgart 1955)). Derartige Druckreaktionen erfordern jedoch einen erheblichen technischen Aufwand. Die F-Alkylierung von Ammoniak, primären oder sekundären Aminen mit Alkoholen und Ä'thern ist bekannt (vgl. Methoden der organ* Chemie (HOUBEN-WEYl) Bd. 11/1, S.108-198? Stuttgart 1957).

Bekannt ist ferner die Quaternierung von 2-Methyl~benzhetero» azolen mit reinen Hydroxyalkansulfosäuren (Ees. Disel«. V3j2,i 163 j 73 .- 4, 0·Α. 88-63 259 d)* Die Reinigung von Hydroxyalkansulfοsäuren ist relativ aufwendig, so daß man zu ihrer Darstellung meist den Weg über die Hydrolyse der entsprechenden· Sultone geht. Andererseits enthalten reine wasserarme Hydroxyalkansulfosäuren schon beträchtliche Mengen des entsprechenden SultOHS«

Weitere Methoden zur Synthese von 0C₇ Oj ~Aminoalkanstilf ο säuren sind die chlorierende Oxydation der· entsprechenden Thiosulfate sowie die Oxydation von mercaptogruppen-haltigen Alkylarainen (SU-PS 555 095, CA. 87-84, 521 c).

·" 3

Eine derartige Oxydation führt bei instabilen Verbindungen zugroßen Ausbeuteverlusten.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, F-sulfoalkyl-substituierte sekundäre, tertiäre und quartäre Amine mit geringem technischen Aufwand und geringer gesundheitsschädigender Wirkung herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, mit dem durch Auswahl geeigneter . Ausgangsverbindungen und Reaktionsbedingungen die an — fallenden N-sulfoalkylierten Amine mit geringem technischen Aufwand und geringer gesundheitsschädigender Wirkung dargestellt werden können.

Das wird erreicht, indem man zur Herstellung von N-sulfoalkyl-substituierten sekundären, tertiären und quar.tären Aminen der allgemeinen Formel

E¹ ο \r

in der

η r= 3,4,5,6

R¹ = H, Alkyl, Aryl

E² = H, Alkyl, Aryl

R³ * H, Alkyl

12 3

Ii +R +Br = Gruppierungen, die zum Schließen von

5- oder 6-gliedrigen heterocyclischen Ringen wie Indolium~j Thiasolium-j Oxazoliuai-j Selen» azoliura-, Pyridinium-Ringen sowie deren Eenzologen geeignet sind, bedeuten. Amine der allgemeinen Formel II

II

_ 4 1

12 3

in der R , R , R die oben angegebene Bedeutung haben, mit in wäßriger Lösung vorliegenden Hydroxyalkansulfosäuren oder deren OH-funktionellen Derivaten entsprechend der allgemeinen Formel

III R-O-(CH₂)_n~SO₃H,

in der η die unter Formel I angegebene Bedeutung hat und R=H, Alkyl, Sulfoalkyl, Acyl bedeutet, umsetzt. Die Umsetzung erfolgt, nach dem Verdampfen des Wassers, durch Erhitzen auf Temperaturen von 150 ⁰C bis 200 ⁰C, vorzugsweise bei 180 ⁰C.

Da die Abspaltung von Wasser, Alkohol oder Carbonsäure bei den reinen 1,3-'bzw· 1,4-Hydroxyalkansulfosäuren oder deren OH-funktioneilen Derivaten schon bei Temperaturen ab 80 ⁰C mit merklicher Geschwindigkeit erfolgt und sich dabei bestimmte Mengen Sulton bilden, geht man bei der erfindungsgemäßen Alkylierung von der wäßrigen Lösung der ungereinigten Säuren aus. Dabei sollten in den wäßrigen Lösungen Ilydroxyalkansulfosäuren oder deren OH-funktionelle Derivate mit wenigstens 20 ' enthalten sein und der Wassergehalt nicht höher als 50 % betragen. Each Zugabe der äquivalenten Basenmenge - ein geringer Basenüberschuß in der Größenordnung von 10 fo hat sich sogar als sehr vorteilhaft erwiesen ~ destilliert man das Wasser ab und treibt schließlich die Innentemperatur der Reaktionsmischung auf die günstigste Alkylierungstemperatur, die etwa zwischen 150 ⁰C und 200 ⁰C liegt, vorzugsweise bei 180 ⁰C (Yergl. Reaktionsgleichung IV),

Zu Beginn der Reaktion entweichen ae nach Art der als Ausgangsprodukt vorliegenden SuIfoalkylver"bindung III Wasser, Alkohol oder beispielsweise Essigsäure, die aus der als Gleichgewicht verlaufenden Eeaktion am besten durch Absaugen, Abdestillieren etc. entfernt werden.

IV RO-(CH₂)_n-SO₃H

+ If-

Wäßrige Lösungen von Hydroxyalkansulfosäuren bzw. deren OH-funktionellen Derivaten sind als physiologisch unbedenklich anzusehen. Deshalb besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß hier ein allgemein anwendbares Sulfoalkylierungsverfahren geschaffen wurde, das bei der Herstellung von N-sulfoalkyl-substituierten Aminen die Umsetzung mit den stark gesundheitsgefährdenden niederen Sultonen ausschließt.

Darüber hinaus sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren N-Alkylierungen möglich, bei denen die Sulton-Methode versagte. So ist z.B. das zur Einführung des 1,6-Sulfohexyl-Restes erforderliche 1,6~Hexansulton aus sterischen Gründen nicht herstellbar (vgl. Helferich u. Bollert, Cheiiie Ber. 94 (1961) 505).

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß die als Ausgangsprodukte für die Alkylierung benutzten ungereinigten Hydroxyalkansulfosäuren keinen besonderen technischen Aufwand erfordern und die Umsetzung ohne Isolierung von Zwischenprodukten in den einseinen Reaktionsphasen durchgeführt wird«

Obwohl die Ausbeute an Sulfoalkylamin durch die Reinheit der Ausgangsprodukte, insbesondere auch die der SuIfosäure III beeinflußt wird, ist dieser Einfluß doch wesentlich geringer als bei der Cyclisierung zum Sulton (JWAM¹OWA, Dokl. 1 nauc*. soobso«, Lwow Politechn. Inst. ,1975 (5)

113 - 15)· Somit ist die Gesamtausbeute, bezogen auf die SuIfοsäure, wesentlich höher, als wenn der Umweg über das entsprechende Sulton gegangen wird.

Ausführungsbeispiel

Allgemeine Vorschrift zur Sulfalkylierung mit Hydroxyalkansulfosäuren

Molare Mengen der Aminbase und der Hydroxyalkansulfosäure letztere in Form einer wäßrigen Lösung- werden langsam auf 180 ⁰C erhitzt (Innentemperatur), wobei der entsprechende Wasserdampf in einem Kühler kondensiert bzw. in den Abzug geleitet und unter gelegentlichem Umrühren 3 Stunden bei 180 ⁰C belassen wird. Nach dem Abkühlen wird die Reaktions schmelze in wenig heißem Methanol gelöst bzw» dispergiert und nach dem Auskristallisieren abgesaugt und mit wenig Methanol bzw. mit Aceton gewaschen.

Ausbeuten an L^T-sulfoalkyl-substituierten Aminen gemäß Formel I, bezogen jeweils auf die eingesetzte Menge der Hydroxyalkansulfosäure sowie aus der Reaktionsschmelze entweichende Sultonmengen werden in der Tabelle dargestellt,

Tabelle

Ver such	6	R1	C6H5	E2	R3	η	Ausbe^ A	ate Qf) B	entw« A	Sulton (mg) B
		H	H	3	37	40	3	85
2	^n-C4H9	H	H	4	60	45	-
3	ILA /3 ·	H		3	70	35
4 5	f			4 5	75 35	40	8	110
		6	40			—

7 ·~

A β Alkylierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, B = Isolierung des Sultons und·Alkylierung mit diesem entsprechend dem Stand der Technik.

Zur Bestimmung des aus der Reaktionsmasse entweichenden Sultons wurde die luft über der Schmelze (0,02 molarer Ansatz unter Verwendung einer wasserarmen Hydroxyalkansulfosäure) gekühlt und durch eine 20 ml Acetophenon enthaltende Waschvorlage mit einer Geschwindigkeit von 2 1/Stö, geleitet. Die Bestimmung des Sultongehaltes im Acetophenon erfolgte dünnschichtchromatografisch mittels 4-$-Nitro~ benzyl)-pyridin.

- 8

Claims (3)

Erfindungsansprueh

1· Verfahren zur Herstellung von F-sulfoalkyl-substituierten sekundären, tertiären und quartären Aminen der allgemeinen Formel I E¹

ι ο. I /

3 E^

in der

η β 3, 4, 5, 6

E¹ = H, Alkyl, Aryl j

E².« H, Alkyl, Aryl

E³ = H, Alkyl,

12 3

E , E , E = Gruppierungen, die zum Schließen von 5- oder 6~gliedrigen heterocyclischen Eingen wie Indolium-, Thiazoliuia~, Oxazolium-, Selenazolium-· oder Pyridinium-Eingen sov/ie deren Benzologen geeignet sind, bedeuten, gekennzeichnet dadurch, daß man Amine der allgemeinen Formel II

E¹

2. Verfahren zur Herstellung von U-sulfoalkylierten Aminen nach» Punkt 1, ge kennzeichnet dadurch, daß die wäßrigen Lösungen der Hydroxyalkansulfosäuren oder deren OH-funktionellen Derivate und der Amine keine Sultone enthalten»

2 ·

II E-IT

in der

12 3

E , E , E^ die unter Formel I angegebene Bedeutung habenj mit in v/äßrigen Lösungen vorliegenden Hydroxyalkansulfοsäuren oder deren OH-funktioneilen Derivaten der allgemeinen Formel III

III E-O-(CH₂)_n~SO

in der η die unter Formel I angegebene Bedeutung hat und E = H, Alkyl, SuIfoalkyl, Acyl

bedeuten, nach Entfernung des Wassers, durch Erhitzen auf Temperaturen von 150 ⁰C bis 200 ⁰C, vorzugsweise bei 180 °C_? zu N-sulfoalkylierten Aminen umsetzt.

3· Verfahren zur Herstellung von li-sulfoalkylierten Aminen nach Punkt 1 und 2, gekennz e i chnet dadurch, daß in den wäßrigen Lösungen Hydroxy~ alkansulfοsäuren oder deren OH-funktioneile Derivate mit wenigstens 20 # enthalten sind«