DE1695753B2

DE1695753B2 - Verfahren zur Herstellung von 6,6disubstituierten 2,2-Dimethyl-4-oxopiperidinen

Info

Publication number: DE1695753B2
Application number: DE1695753A
Authority: DE
Inventors: Osamu Amakasu; Susumu Higashida; Syoji Morimura; Keisuke Murayama; Toshimasa Toda; Tomizi Tsuzi; Eiko Yamao
Original assignee: Sankyo Co Ltd
Current assignee: Sankyo Co Ltd
Priority date: 1966-07-23
Filing date: 1967-07-22
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1195907A; DE1695753C3; DE1795808B1; DE1795808C2; DE1695753A1; US3513170A

Description

O=C

(H)

in der R, und R₂ die oben beschriebene Bedeutung haben, in Gegenwart einer Lewis-Säure umsetzt. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umsetzung Ammoniak in Form eines Gases und als Lewis-Säure Calciumchlorid oder Zinkchlorid angewendet wird.

In der obigen allgemeinen Formel 1 kann jeder der Reste Ri und R₂ z. B. die folgenden Gruppen darstellen: Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-BulyL liobutyl, Hexyl, Oclyl, Decyl und Dodecyl. Die durch R, und R₂ dargestellten cyclischen Gruppen können z. B. die folgenden sein:

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in der R₁ und R₂, die gleich oder verschieden sein können, Alkylgnippen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellen oder zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten S- oder 6-gliedrigen homocyclischen Ring bilden oder eine Gruppierung der allgemeinen Formel Ia

R3

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to

darstellen, in der jeweils R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, Alkylgruppen mit I bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen oder zusammen r> mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten S- oder 6-gliedrigen homocyclischen Ring bilden, dadurch gekennzeichnet, daß man Diacetonalkohol mit Ammoniak und einem Keton der allgemeinen For- melll

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 6,6-disubstituierten 2^-Dimethyl-4-oxopiperidinen der allgemeinen Formel I

H₇C₁

N-H

Ν —Η

CH₃

gemäß den Patentansprüchen.

Die 4-Oxopiperidinverbindungen der allgemeinen Formel I, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in befriedigender Weise erhalten werden, sind neue und in der Technik bisher unbekannte Verbindungen, (I) mit Ausnahme von 2,2,6,6-Tetramethyl-4-oxopipcri-

din. Diese 4-Oxopiperidinverbindungen der allgemeinen Formel I sind wertvoll als Zwischenprodukte für die Synthese gewisser Piperidin-N-oxyde. Es hat sich gezeigt, daß diese Piperidin-N-oxyde wertvolle Licht-

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stabilisatoren für verschiedene Typen von Polyolefinen sind. Vei fahren für die Herstellung solcher Piperidin-N-oxyde aus den erfindungsgemäßen 4-Oxopiperidinverbindungen sind ausführlich in den DE-OS 16 20 429 und 16 95 738 beschrieben.

Wie bereits oben auseinandergesetzt wurde, sind von den erfindungsgemäßen 4-Oxopiperidinverbindungen bereits früher das 2,2,6,6-Tetramethyl-4-oxopiperidin sowie mehrere Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung vorgeschlagen worden. Als repräsentative und möglichenfalls vorteilhafte Verfahren sind nach dem Stande der Technik die beiden folgenden Wege empfohlen worden, nämlich

(1) ein Verfahren, welches das Hindurchleiten von Ammoniakgas durch Aceton in Gegenwart von Calciumchlorid (vgl. H. K. H a 11, JR., J. Am. Chem. Soc., 79 [1957], S. 5444) und

(2) ein Verfahren, welches die Reaktion von Ammoniak mit Phoron (von Aceton abgeleitetes Diisopropyliden-aceton) fvgl. W. H e i η t z, Ann., 203 [1880], S. 336) umfaßt.

Diese älteren Verfahren haben jedoch schwerwiegende Nachteile, insbesondere hinsichtlich der Ausbeute des Endproduktes, so daß diese Verfahren als wirtschaftlich verwertbar nicht in Betracht kommen. Das von H. K. Hall JR beschriebene Verfahren ergibt das gewünschte 4-Oxopiperidin in einer geringen Ausbeute von nur ungefähr 20%, die Reaktionsdauer beträgt die lange Zeit von etwa 7 Tagen, das Verfahren ist begleitet von beträchtlichen Mengen verschiedener Nebenprodukte, so daß umständliche Reinigungsverfahren vielmals wiederholt werden müssen. Andererseits hat das weitere Verfahren, worüber von W. H e i η t ζ berichtet wurde, die Nachteile einer geringen Gesamtausbeute (im allgemeinen geringer als etwa 20%) des Endproduktes, als Folge der Schwierigkeil bei der Herstellung des Ausgangsproduktes aus Aceton in einer guten Ausbeute (bestenfalls etwa 30%). Außerdem besteht bei den bekannten älteren Verfahren keine Möglichkeit, diejenigen 4-Oxopiperidine der allgemeinen Formel I zu erhalten, worin R₁ und R₂ die oben beschriebenen Gruppen, mit Ausnahme von CH₃ bedeuten.

Es ist nun unerwarteterweise gefunden worden, daß die 2,2-Dimethyl-4-oxopiperidinderivate der allgemeinen Formel I leicht und vorteilhaft hergestellt werden können durch Reaktion von Diacetonalkohol mit Ammoniak und einem Ketonderivat der allgemeinen Formel II

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CH,

CH, I

C-CH₂-COCH, + O=C

OH

(II)

In obigem Rcaklionsschcma haben R₁ und R₂ die oben beschriebene Bedeutung.

Es ist daher ein Hauptzweck der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 2,2-Dimclhyl-4-oxopiperidindcrivatcn der allgemeinen Formel I aufzuzeigen, die nützlich sind als Zwischenprodukte IUr die Synthese einer Anzahl Piperidin-N-oxyde, die wiederum von großer Nützlichkeit als Lichtstabilisatoren für Polyolefine sind.

Repräsentative Beispiele für Lewis-Säuren, die als Katalysator verwendet werden können, sind Zinkchlorid, Calciumchlorid, Zinnchlorid, Aluminiumchlorid, Bortrifluorid und Pikrinsäure. Vorzugsweise wird Zinkchlorid oder Calciumchlorid angewendet.

Ammoniak kann in der Form eines Gases verwcndel werden, und gasförmiges Ammoniak wird im all- · gemeinen 3 bis 8 Stdn. durch das Reaktionsgemisch hindurchgeleitet. Vorzugsweise leitet man das Ammoniak in das Rcaktionsgcnisch intermittierend ein, da es bei dieser Reaktion nicht wünschenswert ist, daß e>o eine überschüssige große Menge Ammoniak zurückgehalten wird.

Bei der Reaktion ist ein Lösungsmittel nicht immer erforderlich, es ist aber zweckmäßig, ein geeignetes organisches Lösungsmittel, wie Benzol oder Äther, zu verwenden, damit die Einführung des Ammoniakgases befriedigend erfolgen kann.

Die Reaktion wird im allgemeinen bei normaler O=C

(H)

worin R, und R₂ die oben beschriebene Bedeutung haben, ir Gegenwart einer Lewis-Säure.

Das verbesserte erfindungsgemäße Verfahren gemäß obiger Beschreibung läßt sich durch folgendes Reaktionsschema darstellen

R.

Ammoniak
Lewis-Süure

(D

Temperatur durchgeführt, jedoch ist es zweckmäßig, das Ammoniakgas unter Kühlen auf etwa 0 bis 15"C in das Reaktionsgemisch einzuleiten und dann, nach der Beendigung der Einleitung des Ammoniakgases, das Reaktionsgemisch mehrere Stdn. unter Rühren auf 40 bis 50"C zu erhitzen, um den Reaktionsvorgang ' zu fördern. Nach Beendigung der Reaktion kann das gewünschte Produkt aus dem Reaklionsgcmisch durch eine der üblichen Methoden leicht gewonnen werden. Wird beispielsweise Calciumchlorid als Lewis-Säure verwendet, so wird eine weiße kristalline anorganische Substanz ausgeschieden, und es sind die feste und die flüssige Phase in dem Reaktionsgemische als zwei scharf getrennte Schichten vorhanden. Die flüssige Phase wird dann dekantiert und nach dem Trocknen der Destillation unter vermindertem Druck unterworfen, wobei man das gewünschte Produkt in gereinigter Form erhält.

Das Ausgangsmaterial, nämlich Diacetonalkohol, kann leicht mit hoher Ausbeute (mehr als 80%) aus Aceton gemäß der bekannten Methode (vgl. »Organic-Synthesis«, Coll. Volume I, S. 199) gewonnen werden.

Die Reaktionszeit ist nicht kritisch und kann über einen weiteren Bereich variieren, hauptsächlich in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Lewis-Säure. Wenn beispielsweise Zinkchlorid oder Calciumchlorid verwendet wird, dann ist die Reaktion in etwa IO Min. bis etwa 20 Stdn. beendet und. wenn Pikrin-

säure verwendet wird, ist die Reaktion in mehreren Min. beendet. Ein Lösungsmittel ist nicht immer erforderlich, es wird aber zweckmäßig ein inertes organisches Lösungsmittel, wie Benzol. Aceton, Methanol, Äthanol oder Äther verwendet.

Nach Beendigung der Reaktion kann das gewünschte Produkt aus dem Reaktionsgemisch durch eine der üblichen Methoden gewonnen werden. Beispielsweise wird das Reaktionsgemisch durch Hinzufügen eines geeigneten Alkalimelallhydroxyds, wie Natriumhydroxyd, alkalisch gemacht, mit einem geeigneten, mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, wie Äther, extrahiert und der Extrakt über wasserfi eiern Natriumsulfat getrocknet.

Nach der Entfernung des Lösungsmittels wird der Rückstand der Destillation unter vermindertem Druck unterworfen, wobei man das gewünschte Produkt erhält.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt gegenüber den bekannten Verfahren verschiedene Vorteile. Insbesondere kann das gewünschte Produkt der allgemeinen Formel I nicht nur mit höherer Ausbeute (im allgemeinen etwa 45 bis 65%) in einer verhältnismäßig kurzen Reaktionszeit (im allgemeinen etwa 30 bis 40 Stdn.) erhalten werden, sondern es können auch bequem mit guter Ausbeute weitere erfindungsgemäße 4-Oxopiperidinverbindungen erhalten werden, die nach der bisher bekannten Technik nicht herstellbar waren und als nützliche Zwischenprodukte für die Herstellung besonders wirksamer Lichtstabilisatoren verwendet werden können. Außerdem kann das erfindungsgemäß verwendete Ausgangsmaterial, Diacetonalkohol, leicht und mit hoher Ausbeute nach bekannten Verfahren hergestellt werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele r> erläutert.

Beispiel 1

Herstellung von
2,2,6,6-Tetramethyl-4-oxopiperidin

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Zu 200 g Diacetonalkohol wurden unter heftigem Rühren nacheinander 100 g pulverförmiges Calciumchlorid und 100 g Aceton hinzugefügt. Durch das Gemisch wurde 1 Std. und während Kühlung auf 0 bis 5"C Ammoniakgas schonend hindurchgeleitet, und dann wurde das weitere Hindurchleiten von Ammoniakgas 5mal in Intervallen von 3 Stdn. wiederholt, wobei jedes Hindurchleiten 1 Std. dauerte. Danach wurde das Gemisch unter Rühren 15 Stdn. auf 40 bis 50"C erwärmt. Die flüssige Schicht wurde durch Dekantieren abgeschieden und der zurückbleibende Niederschlag wurde mehrmals mit Äther gewaschen. Die flüssige Schicht und die Waschlösungen wurden vereinigt und nach Trocknung über Kaliumcarbonat der Destillation unter vermindertem Druck unterworfen, wobei man 145 g (53,3%) das gewünschten Produktes erhielt, das bei 70 bis 74"C/46 mm Hg siedet. b0

Beispiel 2

Herstellung von
2,2,6-Trimethyl-4-oxo-6-isobutyIpiperidin

Zu 12 g Diacetonalkohol wurden unter Rühren 6 g pulverförmiges Calciumchlorid und 10 g Methylisobutylketon hinzugefügt. Die erhaltene Lösung wurde auf 10 bis 15'Cabgekühlt, und dann wurde durch die Lösung Ammoniakgas hindurchgeleitet in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel I, nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel I behandelt, wobei man 9,6 g (48,3%) des gewünschten Produktes erhielt, das bei 68" C/16 mm Hg siedet.

Analysenwerte für Q2H23ON:

Berechnet ... C 73,04, H 1 1,75, N 7,10%:
gefunden .... C 72,87, H 11,88, N 7,21 %.

Beispiel 3

Herstellung von
l-Aza-2,2-dimethyl-4-oxo-spiro-[5,5]-undecan

Zu 12 g Diacetonalkohol wurden unter Rühren 8 g Zinkchlorid und 98 g Cyclohexanon hinzugefügt. Die erhaltene Lösung wurde auf 0 bis 5"C abgekühlt, und dann wurde durch die Lösung Ammoniakgas in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel I hindurchgeleitet. Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in dergleichen Weise wie in obigem Beispiel 1 behandelt, wobei man 12,3 g (63,2%) des gewünschten Produktes erhielt, das bei 108 bis llO"C/O,6mm Hg siedet.

Analysenwerte für C₁₂H₂ION:

Berechnet ... C 73,79, H 10,84, N 7,17%;
gefunden C 73,46, H 10,99, N 7,02%.

Beispiel 4

Herstellung von 1,9-Diaza-2,2,8,8,10,10-hexamethyl-4-oxo-spiro-[5,5]-u ndecan

Zu 12 g Diacetonalkohol wurden unter Rühren 6 g pulverförmiges Calciumchlorid und 15,5 g 2,2,6,6-Tctramethyl-4-oxo-piperidin hinzugefügt. Durch die erhaltene Lösung wurde Ammoniakgas in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel 1 hindurchgeleitet. Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel 1 behandelt, wobei man das gewünschte Produkt in der Form einer Flüssigkeit erhielt, die bei 140 bis 145'C/3 mm Hg siedet; dieses Produkt wurde beim Kühlen kristallin und anschließend aus Methanol umkristallisiert, wobei man das gewünschte Produkt in Form einer reinen kristallinen Substanz erhielt, die bei 69,5 bis 70,5" C schmilzt. Ausbeute: 11,4 g (45,1 %).

Analysenwerte für Cj₅H

Berechnet ... C 71,38, H I 1,18, N 11,10%;
gefunden .... C 71,27, H 1 1,19, N 11,29%.

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung von 6,6-disubslituiertcn Z^-DimethyM-oxopipcridincn der allgemeinen Formel 1

Ν —Η

(la)