DE1149004B

DE1149004B - Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten 4-Amino-1, 2, 5, 6-tetrahydrophosphorin-(arsenin)-3-carbonitrilen

Info

Publication number: DE1149004B
Application number: DEA37070A
Authority: DE
Inventors: Richard Parke Welcher; Gerald Alvin Johnson; Vernon Paul Wystrach
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1960-04-06
Filing date: 1961-03-27
Publication date: 1963-05-22
Also published as: NL262863A; GB931228A; GB931229A; BE601853A; US3094545A; DE1162840B

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

A 37070 IVb/12 ο

ANMELDETAG: 27. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 22. MAI 1963

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Cyclisierung von Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- und Bis-(2-cyanoäthyl)-aryl-phosphinen oder -arsinen in Gegenwart basischer Katalysatoren, wobei die entsprechenden 4-Amino-l-alkyl- und 4-Amino-l-aryl-1,2,5,6 - tetrahydrophosphorin - 3 - carbonitrile und 1,2,5,6 - Tetrahydroarsenin -3 - carbonitrile erhalten werden.

Aus »Liebigs Annalen der Chemie«, Bd. 504, S. 94 bis 130 (1933), ist es bekannt, Nitrile nach dem sogenannten Ziegler-Verfahren in Gegenwart von Diäthylaminlithium als Katalysator und anschließende Verseifung zu cyclischen Ketonen oder Cyanketonen umzusetzen. Aus J. Am. Chem. Soc, Bd. 80, S. 5483 bis 5487 (1958), ist unter Verwendung von Natrium-tert.-butylat als Katalysator die Herstellung von Ringketonen mit fünf Ringgliedern beschrieben. Diese Literaturstellen befassen sich jedoch mit der Cyclisierung von Stickstoff- oder Kohlenstoffverbindungen, welche sich auf Grund ihres chemischen Verhaltens grundlegend von dreiwertigen Phosphor- und Arsenverbindungen unterscheiden, die bekanntlich äußerst leicht oxydierbar sind. So ist aus J. Chem. Soc, 1961, S. 1909, und J. Chem. Soc., 1949, S. 71, zu entnehmen, daß nach den beim sogenannten Ziegler-Verfahren vorliegenden Bedingungen eine Arsinverbindung, nämlich das Phenyl-bis-2-cyanoäthylarsin, nicht cyclisiert werden kann. Insofern muß es als völlig überraschend bezeichnet werden, daß das vorliegende Verfahren so glatt und in guten Ausbeuten abläuft.

In den folgenden allgemeinen Gleichungen ist das erfindungsgemäße Verfahren allgemein aufgeführt:

NH₂

basischer

(CN - CH₂CH₂), - Z
R

CN

worin Z und R die nachstehend angegebene Bedeutung haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten4-Amino-l,2,5,6-tetrahydrophosphorin-(oder -arsenin)-3-carbonitrilen der allgemeinen Formel

CN

Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten

(arsenin)-3-carbonitrilen

Z
R

Anmelder:

American Cyanamid Company, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, München 2. Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. April und 27. Juni 1960 (Nr. 20 257 und Nr. 38 697)

Richard Parke Welcher, Old Greenwich, Conn.,

Gerald Alvin Johnson, Stamford, Conn., as und Vernon Paul Wystrach, Noroton Heights, Conn.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

in der Z Phosphor oder Arsen und R eine gegebenenfalls durch Hydroxy-, niedere Alkoxygruppen, Amino-, Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- oder Phenylgruppen substituierte Alkylgmppe mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen oder eine gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen oder Halogenatome substituierte Arylgruppe bedeutet, besteht darin, daß man ein Bis-(2-cyanäthyl)-substituiertes Phosphin (oder Arsin) der allgemeinen Formel

(NC — CHtCEWa — Z.

in der Z und R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, mit mindestens etwa der äquimolaren Menge eines basischen Katalysators in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf eine Temperatur von 15 bis 140°C erhitzt.

Bevorzugt liegt die Temperatur im Bereich von 80 bis 120⁰C, und es wird bevorzugt, als basischen Katalysator ein Alkalimetallalkoholat zu verwenden.

309 597/347

Mach vorliegender Erfindung werden in gänzlich überraschender Weise neue cyclische 4-Amino-1-alkyl- und 4-Amino-l-aryl-l,2^64etrahydrophosphorin-3-carbonitrile und 1,2,5,6-Tetrahydroarsenin-3-carbonitrile in hoher Reinheit und guten Ausbeuten in glatter Reaktion erhalten.

Typische Katalysatoren zum Zweck der vorliegenden Erfindung sind Alkalimetallalkoholate, wie Natrium-tert.-butylat, Natriumisopropylat, Natriumäthylat, Kalium-tert-butylat oder Kaliumisopropylat. Von diesen wird Natrium-tert.-butylat bevorzugt. Andere hier in Betracht kommende Katalysatoren sind feinverteilte Alkalimetalle, wie Natrium- oder Kaliummetall, Natriumamid und Metallderivate von sec.-Alkylarylaminen.

Typische Bis-(2-cyanoäthyl)-alkylphosphin-, Bis- - cyanoäthyl) - alkylarsin-, Bis - (2 - cyanoäthyl) - arylphosphin und Bis-(2-cyanoäthyl)-arylarsin-Reaktionsteilnehmer sind:

Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-octyl-phosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-3-eicosylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-1 -(3 '-aminopropyl)-phosphin; Bis-(2-cyanoäthyi)-3-hydroxypropylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-methoxyäthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-thienyl)-äthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-pyridyl)-äthylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-tolylphosphin; Bis-(2~cyanoäthyl)-l-(trimethylphenyl)-phosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-1 -chlorphenylphosphin; Bis-(2-cyanoäthyl)-methylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylarsin;

Bis-(2-cyanoäthyl)-propylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-amylarsin;

Bis-(2-cyanoäthyl)-octylarsin;

Bis-(2-cyanoäthyi)-dodecylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-hexadecylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-eicosylarsin; Bis-(2-cyanoäthyi)-3-aminopropylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-3-hydroxypropylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-methoxyäthylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-2-(2'-thienyl)-äthylarsin; Bis-(2-cyanoäthyi)-2-(2'-pyridyi)-äthylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-tolylarsin;

Bis-(2-cyanoäthyl)-benzylarsin; Bis-(2-cyahoäthyl)-2'-methylphenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-methylphenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-aminophenylarsin; Bis-(2-cyanoäthyl)-4'-hydroxyphenylarsin.

Die Arsin-Reaktionsteilnehmer können nach dem im Journal of Chemical Society (1949), 67, S. 69, und Journal of Chemical Society (1947), S. 621, beschriebenen Verfahren durch Umsetzen des entsprechenden Alkylarsins oder Arylarsins mit Vinylcyanid hergestellt werden.

Die Cyclisierung des Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- oder Bis-(2-cyanoäthyl)-arylphösphins oder -arsins wird in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels durchgeführt, in welchem die Dinitrilausgangsverbindung und das Kondensationsmittel löslich sind. Vorzugs- ₆ weise wird der dem Metallalkoholat-Katalysator entsprechende Alkohol verwendet. Als inerte Lösungsmittel können aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und Toluol, Äther des Äthylenglykols, Äther des Diäthylenglykols oder Dioxan verwendet werden. Obwohl die Cyclisierungsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht bei Normaltemperatur (20 bis 25° C) durchgeführt wird, können Temperaturen von 15 bis 140⁰C, vorzugsweise von 80 bis 120° C, angewendet werden. Gewöhnlich wird bei Temperaturen um den Siedepunkt des Lösungsmittels gearbeitet.

ίο Obwohl Atmosphärendruck für die Cyclisierungsstufe bevorzugt wird, kann auch Unter- oder Überdruck angewendet werden.

Das molare Verhältnis Dinitril-Reaktionsteilnehmer zu Katalysator beträgt etwa 1:1, jedoch kann eine über der molaren Menge liegende Menge jedes Bestandteils im Hinblick auf den anderen angewendet werden, ohne daß ein nachteiliger Effekt beobachtet werden konnte. Ein übermäßiger Überschuß ist jedoch lästig und unpraktisch.

ao Es wurde gefunden, daß die Dinitrilverbindung am besten zu dem basischen Katalysator zugegeben wird, jedoch so, daß eine relativ geringe Konzentration des Dinitrils zu jeder Zeit während der Reaktion vorliegt, d. h., daß ein Überschuß an Katalysator praktisch während der gesamten Reaktion wünschenswert ist. Geringe Konzentrationen an Dinitril begünstigen die intramolekulare Reaktion und drängen die intermolekulare Reaktion unter Bildung von unerwünschten polymeren Pro-

dukten zurück. Weiterhin vermindert ein Überschuß an basischem Katalysator Nebenreaktionen zwischen dem cyclischen Reaktionsprodukt und dem uncyclisierten Dinitril.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

4-Amino-1,2,5,6-tetrahydro-1 -äthylphosphorin-3-carbonitril

Eine Lösung von 42 g (0,25 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-äthylphosphin in 10 ml trockenem Toluol wird tropfenweise unter Rühren zu einer Suspension von Natrium-tert.-butylat, hergestellt aus 6,0 g (0,29 Mol) Natriummetall und überschüssigem trockenem tert.-Butylalkohol in 150 ml trockenem Toluol, zugegeben. Die Mischung wird während der Zugabe innerhalb von 2,5 Stunden und danach eine weitere Stunde unter Rückfluß gehalten. Es wird unter Stickstoffatmosphäre gearbeitet, die abgekühlte Mischung wird mit 50 ml Wasser gemischt und mit Chloroform extrahiert. Aus dem trockenen Chloroformextrakt werden 35 g eines kristallinen festen Stoffes erhalten, welcher bei 68 bis 71⁰C schmilzt. Nach Umkristallisation aus wäßrigem Alkohol mit nachfolgender chromatographischer Reinigung ergeben sich weiße Kristalle. F. 74,5 bis 75⁰C.

Analyse (PN₂C₈Hi₃).
Berechnet ... C 57,13, H 7,79, P 18,42, N 16,66,

Molekulargewicht 168; gefunden .... C 57,14, H 7,80, P 18,49, N 16,60,

Molekulargewicht 163.

Durch Infrarot- und Ultraviolettspektralanalyse ergibt sich die Identität des Produktes als 4-Amino- !^,Sjo-tetrahydro-l-äthylphosphorin-S-carbonitril.

Beispiel 2

^Amino-l^^o-tetrahydro-l-octylphosphorin-3-carbonitril

15,1g (0,060MoI) Bis-(2-cyanoäthyl)-octylphosphin, gelöst in 50 ml Isopropylalkohol, werden tropfenweise unter Rückfluß zu einer Lösung aus 1,6 g (0,07 Mol) Natrium in 50 ml Isopropylalkohol im Verlauf von 1,9 Stunden zugesetzt. Nach weiterem 0,7stündigem Erhitzen zum Rückfluß wird die Mischung, wie bereits beschrieben, aufgearbeitet und ergibt 12,5 g eines sirupösen, kristallinen festen Stoffes (Ausbeute = 83 Gewichtsprozent).

Beispiel 3

4-Amino-1,2,5,6-tetrahydro-1 -phenylphosphorin-3-carbonitril

Zu einem Brei aus Natrium-tert.-butylat, hergestellt aus 2,9 g (0,126 Mol) Natriummetall und tert.-Butylalkohol, in 160 ml Toluol, wird tropfenweise im Verlauf von 2 Stunden eine Lösung aus 15,5 g (0,072 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylphosphin in 20 ml Toluol zugegeben. Während der Zugabe bildet sich ein Niederschlag. Nach einer weiteren lstündigen Erhitzung am Rückfluß wird Wasser zu dem Brei zugegeben und der Niederschlag dann abfiltriert und getrocknet, wobei sich 12,4 g 4-Amino-1,2,5, 6-tetrahydro-1 -phenylphosphorin-3-carbonitril ergeben. F. 135 bis 138°C.

Beispiel 4

aufgeführten in Betracht kommen, wie z. B. einfache Alkali- und Erdalkalihydride und deren Komplexe mit Hydriden der Gruppe III A des Periodensystems, wie Natriumhydrid, Calziumhydrid, Lithiumaluminiumhydrid und Kaliumborhydrid.

Die Bis-(2-cyanoäthyl)-alkyl- und Bis-(2-cyanoäthyl)-arylarsinderivate, d. h. die 4-Amino- 1-alkyl- und 4-Ammo-l-aryl-l,2,5,6-tetrahydroarsenin-3-carbonitrile nach vorliegender Erfindung, verhindern das Wachstum von typischen Fungi und Bakterien.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von in 1-Stellung substituierten 4-Amino -1,2,5,6-tetrahydrophosphorin-(arsenin)-3-carbonitrilen der allgemeinen Formel

4-Amino-l,2,5,6-tetrahydro-l-phenylarsenin-3-carbonitril

35

Zu einem im Rückfluß gehaltenen Brei aus Natrium-tert.-butylat in tert.-Butylalkohol, hergestellt aus 2,3 g (0,10 Mol) Natriummetall und 110 ml trockenem tert.-Butylalkohol, werden tropfenweise 17,3 g (0,0664 Mol) Bis-(2-cyanoäthyl)-phenylarsin im Verlauf von 1,3 Stunden zugegeben. Das Erhitzen am Rückfluß wird 2 Stunden fortgesetzt. Der Brei wird dann auf 2O⁰C abgekühlt und mit 20 ml Wasser hydrolysiert. Die Mischung wird getrocknet und vom Lösungsmittel befreit und ergibt 13,8 g (80%ige Ausbeute) eines orangefarbigen Sirups, dessen Infrarotspektrum zeigt, daß er aus 4-Amino-l,2,5,6-tetrahydro-l-phenylarsenin-3-carbonitril besteht, ohne daß irgendwelches Ausgangsmaterial hinterblieben ist. Eine geringe Menge wird analysiert, nach weiterer Reinigung durch Chromatographie auf Aluminiumoxyd mit nachfolgender Umkristallisierung. F. = 65 bis 67° C.

Analyse (C12H13N2AS).

Berechnet .. C 55,40, H 5,04, N 10,77, As 28,20,

Molekulargewicht 260; gefunden ... C 55,40, H 5,04, N 10,58, As 28,70,

Molekulargewicht 277.

Infrarotbanden bei 3480, 3380, 2180, 1643 und 1605 cm"¹.

Es werden die gleichen Reaktionen erzielt bei Verwendung dieser Hydridkatalysatoren und der entsprechenden Arsinreaktionsteilnehmer.

Wie sich aus den letzten vier Beispielen ergibt, können andere basische Katalysatoren als die oben NH₂

CN

in der Z Phosphor oder Arsen und R eine gegebenenfalls durch Hydroxy-, niedere Alkoxygruppen, Amino-, Pyridyl-, Furyl-, Thienyl- oder Phenylgruppen substituierte Alkylgruppe mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen oder eine gegebenenfalls durch niedere Alkylgruppen oder Halogenatome substituierte Arylgruppe bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein bis-(2-cyanoäthyl)-substituiertes Phosphin (oder Arsin) der allgemeinen Formel

(NC —CH₂CH₂)2 —Z

in der Z und R die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, mit mindestens etwa der äquimolaren Menge eines basischen Katalysators in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf eine Temperatur von 15 bis 140⁰C erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von 80 bis 120⁰C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart eines Alkalimetallalkoholate durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphin oder Arsin mit dem basischen Katalysator mit einer Geschwindigkeit in Berührung gebracht wird, die ausreichend ist, um eine relativ geringe Konzentration des Nitrils während der gesamten Reaktion zu ergeben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Liebigs Annalen der Chemie, 504, 1933, S. 94

bis 130.
Journal of the American Chemical Society, 80,

1958, S. 5483 bis 5487.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung sind zwei Prioritätsbelege ausgelegt worden.