DE1298998B - Verfahren zur Herstellung von Aminosaeureestern aus den entsprechenden Lactamen und Alkoholen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung am Rückfluß erwärmt, während man Chlorwasserstoff von Aminosäureestern aus Lactamen und insbesondere oder Bromwasserstoff durch das Gemisch leitet. Nach zur Herstellung von ε-Aminocapronsäureestern aus einigen Stunden wird ein Lösungsmittel, das mit ε-Caprolactam. Wasser ein azeotropisches Gemisch zu bilden vermag,

Die Herstellung des Äthylesters von ε-Aminocapron- 5 wie Toluol, zugesetzt, und das Gemisch wird destilliert, säure durch Umsetzen der Säure mit äthanolischem um Wasser und den überschüssigen Alkohol zu entChlorwasserstoff unter wasserfreien Bedingungen ist fernen. Der Rückstand, das Hydrochlorid oder in J. Am. Chem. Soc., 68, 1681 (1946), und J. Poly. Hydrobromid des s-Aminocapronsäure- oder sonstigen Sei., 3, 85 (1948), beschrieben worden. Dieses Ver- Esters, ist im allgemeinen ein weißes festes Material fahren, bei dem zunächst ε-Aminocapronsäure in io und kann in Ausbeuten von wenigstens etwa 80 und wäßriger Lösung hergestellt wird und dann relativ oft mehr als 90 °/o der Theorie erhalten werden, große Mengen Wasser verdampft werden müssen, ist I_n analoger Weise können andere Lactame als kostspielig und zeitraubend und folglich wenig ge- Caprolactam verwendet werden, um Ester anderer eignet, um in großtechnischem Maßstab angewandt Aminosäuren als ε-Aminocapronsäure herzustellen, zu werden. Für andere Verfahren sind verhältnismäßig 15 Beispiele für solche Lactame sind Pyrrolidon, kostspielige Zwischenverbindungen, wie Ω-Cyano- N-Methylpyrrolidon, Valerolactam, Capryllactam und valerate und Alkylaldehydate, beispielsweise Iso- Enantholactam.

propyladipaldehydat, als Ausgangsmaterial vorge- Der Ausdruck Alkohol soll ein- und mehrwertige

schlagen worden. Die mit diesen bekannten Verfahren Alkohole, jedoch keine Phenole umfassen. Der zur erzielten Ausbeuten sind verhältnismäßig niedrig. 20 Lieferung des Esterrestes verwendete Alkohol kann Es ist auch schon bekannt, Lactame, beispielsweise also ein Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkylalkohol sein, Caprolactam, in die entsprechenden Aminocarbon- der noch substituiert sein kann, säuren überzuführen, indem man sie mit wäßrigen Während der Phase des Verfahrens, in der die Säuren, beispielsweise Salzsäure, oder Alkalien kocht. Ringöffnung erfolgt, ist eine Temperatur über etwa Bei diesen Verfahren erfordert die Isolierung der 25 100⁰C erwünscht. Es wurde gefunden, daß mit Alko-Aminocarbonsäure jedoch eine Behandlung des holen mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen, wie Reaktionsgemisches mit Bleiglätte, gefälltem Blei- n-Butanol, bei Atmosphärendruck hohe Ausbeuten hydroxyd, Silberoxyd und schließlich Schwefelwasser- an Estern erzielt werden. Das Verfahren der Erstoff und anschließend eine Auflösung der Amino- findung ist also von besonderem Wert, wenn zur carbonsäure in Alkohol und Ausfällung mit Äther. 3° Veresterung Alkohole mit 4 oder mehr Kohlenstoff-Eine solche Abtrennung ist kostspielig und mühsam. atomen und insbesondere Alkohole mit einem Siede-Außerdem können, wie erwähnt, solche Aminocarbon- punkt von 100⁰C oder darüber verwendet werden, säuren nicht gut und nur in geringen Ausbeuten in Beispiele für solche Alkohole sind: ihre Ester übergeführt werden.

Weiterhin ist es beüännt, durch Alkoholyse von 35 n-Butanol,

Lactam in Gegenwart von Schwefeltrioxyd unter n-Hexanol,

wasserfreien Bedingungen und Druck den Amino- 2-Äthylhexanol,

carbonsäureester herzustellen. Auch dieses Verfahren n-Octanol,

ist jedoch wegen der Notwendigkeit der Anwendung Laurylalkohol,

wasserfreier Bedingungen und druckfester Apparaturen 40 Cyclohexanol,

sowie wegen der verhältnismäßig geringen Ausbeuten Äthylenglycol,

unwirtschaftlich. .-■ Decanol,

Um die Nachteile dieses Verfahrens zu überwinden, Benzylalkohol,

sind cyclische Amine schon durch die Beckmannsche Phenäthylalkohol.

Umordnung mit 65^P/_Oigem Oleum und Schwefel- -45 ·

dioxyd in die entsprechenden Lactame und diese dann Als gasförmige Halogenwasserstoffsäure wird vorin Lösung in die Aminocarbonsäureester umgewandelt zugsweise Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff verworden, wonach in situ mit einem Acylierungsmittel wendet. Die Menge an Wasser kann etwas von der acyliert·wurde. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der theoretisch zur Öffnung des Lactamringes erforder-Notwendigkeit der Verwendung des stark korrodieren- 5° liehen abweichen, da bei der Veresterung Wasser den Oleums unwirtschaftlich. gebildet wird, d.h., die verwendete Menge kann geGegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur ringer sein als die theoretische. Wasser soll in einer Herstellung von Aminosäureestern aus den ent- Menge von etwa 0,6 bis 1,5 Mol je Mol Lactam ansprechenden Lactamen und Alkoholen in Form der wesend sein. Bei Verwendung von weniger als 0,6 Mol Hydrohalogenide in Anwesenheit einer Säure, das 55 erfolgt die Umsetzung verhältnismäßig langsam, dadurch gekennzeichnet ist, daß das Lactam mit dem während bei Verwendung von mehr als 1,5 Mol leicht Alkohol in Gegenwart einer normalerweise gas- die Veresterung ungünstig beeinflußt wird, f örmigen Halogenwasserstoffsäure und 0,6 bis 1,5 Mol Die Zugabe einer wasserunlöslichen organischen

Wasser je Mol Lactam erhitzt wird, bis wenigstens Verbindung, die mit Wasser ein azeotropisches Gebei einem Teil des Lactams die Ringöffnung erfolgt 60 misch zu bilden vermag, vorzugsweise nach der Phase ist, und daß nach Erreichung dieses Stadiums der der Ringöffnung, unterstützt die Entfernung von Umsetzung Wasser von dem Reaktionsgemisch ab- Wasser und bewirkt damit eine Erhöhung der Verdestilliert wird, während weiter erhitzt wird. esterungsgeschwindigkeit, insbesondere wenn ver-

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Ver- hältnismäßig große Mengen Wasser anwesend sind, fahrens der Erfindung wird das Lactam, insbesondere 65 Viele Alkohole, wie insbesondere die höhersieden-ε-Caprolactam, mit dem dem gewünschten Ester ent- den, sind wasserunlöslich, und diese können als azeosprechenden Alkohol im Überschuß, falls es sich um trope Mittel verwendet werden. Vorzugsweise werden einen einwertigen Alkohol handelt, und dem Wasser jedoch Lösungsmittel verwendet, die nicht mit dem

Ester reagieren können, wie Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Nitrobenzol u. dgl., da sie wirksam und leicht und billig erhältlich sind.

Die Ester von Aminosäuren werden in der Form ihrer halogensauren Salze erhalten. Die freien Ester können in irgendeiner zweckmäßigen Weise erhalten werden, beispielsweise indem man die Salze in Wasser löst, zur Neutralisation der Säure eine Base, wie Natriumhydroxyd, zufügt und den in Freiheit gesetzten Aminosäureester mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert. Da jedoch die freien Aminosäureester etwas instabil sind, ist es zweckmäßiger und daher bevorzugt, sie in der Form ihrer halogensauren Salze zu lassen.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird zunächst durch Erwärmen des Lactams mit Wasser in Gegenwart der gasförmigen Halogensäure der Lactamring geöffnet. Die Veresterung setzt dann sofort ein, wenn sich etwas Säure gebildet hat. Es verlaufen also gleichzeitig zwei Umsetzungen, die Ringöffnung und die Veresterung, jedoch mit verschiedener Geschwindigkeit. Die Veresterung wird durch die Anwesenheit von Wasser verzögert. Daher wird durch die Entfernung von Wasser, das auch als Produkt der Veresterung gebildet wird, durch Destillation und vorzugsweise durch azeotropische Destillation die Veresterung beschleunigt. Andererseits verzögert die Entfernung von Wasser vor Beendigung der Ringöffnung diese Ringöffnung. Daher läßt man vorzugsweise zunächst die Ringöffnung praktisch vollständig ablaufen, bevor man die Entfernung von Wasser erleichtert. Vorzugsweise wird daher das Gemisch von Lactam, Wasser und Alkohol in Gegenwart von Halogenwasserstoff einige Stunden auf eine Temperatur von 100 bis 120⁰C erwärmt, bis angenommen werden kann, daß die Ringöffnung praktisch beendet ist, und dann das Wasser von dem Gemisch abdestilliert. Bei Verwendung der oben angegebenen Alkohole können Drücke in der Nähe von Atmosphärendruck angewandt werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen. Teile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Ein Gemisch von 56,5 Teilen ε-Caprolactam, 9 Teilen Wasser und 52 Teilen n-Butylalkohol wurde 6 Stunden am Rückfluß erhitzt, während in stetigem Strom Chlorwasserstoff durch die siedende Masse geleitet wurde. Danach wurde die Chlorwasserstoffzufuhr unterbrochen und 45 Teile Toluol wurden dem, Gemisch zugesetzt. Dann wurde das Gemisch etwa 16 Stunden am Rückfluß erhitzt, während welcher Zeit sich Wasser von dem Kondensat abtrennte und das an Wasser verarmte Kondensat in die siedende Masse zurücklief. Dann wurde die Masse unter vermindertem Druck destilliert, um Toluol und nicht umgesetzten Butylalkohol abzutrennen. Der Rückstand von festem Butyl-s-aminocaproat-hydrochlorid wurde mit Skelly B (einem Gemisch im Pentanbereich siedender Erdölkohlenwasserstoffe) gewaschen und dann in einem Vakuumexsikkator getrocknet. Das getrocknete Produkt wog 110 Teile, was einer Ausbeute von 98,5 °/o der Theorie entspricht.

Beispiel 2

Bei Anwendung des Verfahrens von Beispiel 1 wurden unter Verwendung von 91,0 Teilen 2-Äthylhexanol an _# Stelle der 52,0 Teile n-Butylalkohol 110 Teile 2-Äthylhexyl-e-aminocaproat- hydrochlorid als eine halbfeste, nicht leicht kristallisierende Masse erhalten, was einer Ausbeute von 79% der Theorie entspricht.

Beispiel 3

Nach dem Verfahren von Beispiel 2 wurden mit 91,0 Teilen n-Octylalkohol 130 Teile n-Octyl-s-aminocaproat-hydrochlorid (Ausbeute 94%) erhalten.

Beispiel 4

Wenn an Stelle der 52,0 Teile n-Butylalkohol in dem Verfahren von Beispiel 1 70,0 Teile Cyclohexanol verwendet wurden, so wurden 105 Teile oder 85% der Theorie an Cyclohexyl-e-aminocaproat-hydrochlorid erhalten.

Beispiel 5

in gleicher Weise wie im Beispiel 1, jedoch unter Verwendung von 110,6 Teilen n-Decylalkohol an Stelle des n-Butylalkohols wurden 141 Teile n-Decyl-ε-aminocaproat-hydrochlorid (Ausbeute 92%) erhalten.

Beispiele

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde unter Verwendung von 130,0 Teilen Laurylalkohol an Stelle des Butylalkohols wiederholt. Die Ausbeute an Lauryle-aminocaproat-hydrochlorid betrug 131 Teile oder 78% der Theorie.

Beispiel 7

Wenn an Stelle der 52,0 Teile n-Butylalkohol in dem Verfahren von Beispiel 1 75,6 Teile Benzylalkohol verwendet wurden, wurde Benzyl-e-aminocaproat-hydrochlorid erhalten.

Beispiel 8

Wenn an Stelle der 52,0 Teile n-Butylalkohol in dem Verfahren von Beispiel 1 15,5 Teile Äthylenglycol verwendet wurden, so wurde Äthylenbis-ε-aminocaproat-hydrochlorid erhalten.

Beispiel 9

In gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von 42,5 Teilen Pyrrolidon an Stelle des ε-Caprolactams wurde n-Butyl-y-aminobutyrat-hydrochlorid erhalten.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht also die Herstellung von Aminosäureestern in praktischer und wirksamer Weise, ohne daß Wassermengen abdestilliert werden müssen, die groß sind im Verhältnis zu der verwendeten Menge an Alkohol.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Aminosäureestern aus den entsprechenden Lactamen und Alkoholen in Form der Hydrohalogenide in Anwesenheit einer Säure, dadurch gekennzeichnet, daß das Lactam mit dem Alkohol in Gegenwart einer normalerweise gasförmigen Halogenwasserstoffsäure und 0,6 bis 1,5 Mol Wasser je Mol Lactam erhitzt wird, bis wenigstens bei einem Teil des Lactams die Ringöffnung erfolgt ist, und daß nach Erreichung dieses Stadiums der

Umsetzung Wasser von dem Reaktionsgemisch abdestilliert wird, während weiter erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkohol ein ein- oder zweiwertiger Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkylalkohol mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen und einem Siedepunkt von 100° C oder darüber verwendet und das Gemisch von Lactam, Alkohol und Halogensäure auf 100° C oder darüber erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch azeotropische Destillation von dem Reaktionsgemisch entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Azeotrop bildende Mittel zugesetzt wird, wenn die Ringöffmmgsphase der Umsetzung im wesentlichen beendet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als azeotropisches Mittel Benzol oder eines seiner nicht reaktionsfähigen mono-, di- oder polysubstituierten Derivate verwendet wird.