DE1695753C3

DE1695753C3 - Verfahren zur Herstellung von 6,6disubstituierten 2,2-Dimethyl-4-oxopiperidinen

Info

Publication number: DE1695753C3
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: 1979-09-13
Also published as: GB1195907A; DE1795808B1; DE1695753B2; DE1795808C2; DE1695753A1; US3513170A

Description

OC

HD

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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 6.6-disiibstituierten 2,2-Dimethyl-4-oxopipcridinen tier allgemeinen Formel I

II.C

R,

den Patentansprüchen

CH,

Die 4-()xopiperidinvcrbindiingcn der allgemeinen Formel I. die nach dem erfindungsgcmäßen Verfahren in befriedigender Weise erhalten werden, sind neue und in der Technik bisher unbekannte Verbindungen, mit Ausnahme von 2.2.6.6-Tctramcthyl-4-oxopipcritlin. Diese 4-Oxopipcridinvcibindungcn der allgemeinen Formel I sind wertvoll als Zwischenprodukte für die Synthese gewisser Piperidin-N-oxyde. Es hat sich gezeigt, daß diese l'iperidin-N-oxyde wertvolle Licht-

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stabilisatoren für verschiedene Typen von Polyolefinen sind. Verfahren für die Herstellung solcher Piperidin-N-oxyde aus den erfindungsgemäßen 4-Oxopiperidinverbindungensindausführlichinden 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. Hall, JR., J. Am. Chem. Soc, 79 [1957], S. 5444) und

(2) ein Verfahren, welches die Reaktion von Ammoniak mit !^horon (von Aceton abgeleitetes Diisopropylidcn-acclon) (vgl. 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 Rcaklionsdauer beträgt .'ie lange Zeit von etwa 7 Tagen, «) das Verfahren ist begleitet von beträchtlichen Mengen

CH,

C-CH₂-COCH,+ O-----C

CHj

OH

(II)

In obigem Rcaklionsschcma haben R| und R₂ die oben beschriebene Bedeutung.

Es ist daher ein Hauptzweck der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 2,2-Dimcthyl-4-oxopiperidindcrivatcn der allgemeinen Formel I auf/.u/cigcn, die nützlich sind als Zwischenprodukte fur 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 verwendet werden, und gasförmiges Ammoniak wird im allgemeinen 3 bis 8 Stdn. durch das Reaktionsgemisch hindiirchgelcitet. Vorzugsweise leitet man das Ammoniak in das Reaktionsgemisch intermittierend ein, da es bei dieser Reaktion nicht würiseheriswefl ist, daß eine überschüssige große Menge Ammoniak zurückgehalten wird.

Bei der Reaktion ist ein Lösungsmittel nicht immer erforderlich, es ist aber /weckmäßig, 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 verschiedener Nebenprodukte, so daß umständliche Reinigungsverfahren vielmals wiederholt werden müssen. Andererseits hai das weitere Verfahren, worüber von W. H e i η t ζ berichtet wurde, die Nachteile einer geringen Gesamtausbeule (im allgemeinen geringer als etwa 20%) des Endproduktes, als Folge der Schwierigkeit 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 beJeuten.

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

O=C

R,

worin Ri und R₂ die oben beschriebene Bedeutung haben, in Gegenwart einer Lewis-Säure.

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

Ri

Ammoniak
Lewis-Säure

X- R,

R,

Temperatur durchgeführt, jedoch ist es zweckmäßig, das Ammoniakgas unter Kühlen auf etwa O bis 15 C in das Reaktionsgemisch einzuleiten und dann, nach der Beendigung der Einleitung des Ammoniakgases.

4^r> das Rcaktionsgemisch mehrere Stdn. unter Rühren auf 40 bis 50 C zu erhitzen, um den Reaktionsvorgant: zu fordern. Nach Beendigung der Reaktion kann das gewünschte Produkt au, dem Rcaktionsgemisch durch eine der üblichen Methoden leicht gewonnen werden.

^r>o 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 Reaktionsgemisch als zwei scharf getrennte Schichten vorhanden. Die flüssige

Vi 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.

M) kann leicht mit hoher Ausbeute (mehr als HO¹V_n) um Aceton gemäß der bekannten Methode (vgl. »()rganic Synthesis«, Coll. Volume I. S. IW) gewonnen werden Die Reaktionszeit ist nicht kritisch und kann über

einen weiteren Bereich variieren, hauptsächlich in

hi 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 Alkalimetallhydroxyds, wie ι ο Natriumhydroxyd, alkalisch gemacht, mit einem geeigneten, mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, wie Äther, extrahiert und der Extrakt über wasserfreiem 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 Voneile, ins- μ besondere kann das gewünschte Produkt der allgemeinen Formel I nicht nur mit höhsrer 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 erfindungsgcmäße 4-Oxopiperidinverbindungen erhalten werden, die nach der bisher bekannten Technik nicht herstellbar waren und als nützliche Zwischenprodukte für die Herstellung besonders wirksamer Lichtstabilisatoren κ> 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 erläutert.

Beispiel I

Herstellung von ^4I

2,2.6.6-Tetramethyl-4-oxopiperidin

Zu 2(K) g Diacetonalkohol wurden unter heftigem Rühren nacheinander 100 g pulverförmiges Calciumchlorid und 100 g Aceton hinTiJgefugt. Durch das Gemisch wurde I Std. und während Kühlung auf U bis 5 C Ammoniakgas schonend hindurchgeleitet, und dann wurde das weitere Hindurchlcitcn von Ammoniakgas 5mal in Intervallen von 3 Stdn. wiederholt, wobei jedes Hindurchleiten I 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%) des gewünschten Produktes erhielt, das bei 70 bis 74 C/46 mm Hg siedet, to

Beispiel 2

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

Zu 12 g Diacetonalkohol wurden unter Rühren 6 g pulverförmiges Calciumchlorid und 10 g Mcthyliscbutylketon hinzugefügt. Die erhaltene Lösung wurde auf 10 bis I5"C abgekühlt, 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 dergleichen 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 Tür Ci₂H₂₃ON:

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

Beispiel 3

Herstellung von
I-Aza-2,2-dimethyl-4-oxo-spiro-[5,5]-L">deciin

Zu 12 g Diacelonalkohol wurden unter Rühren 8 e Zinkchlorid und 98 g Cyclohexanon hinzugefügt. Die erhaltene Lösung wurde auf 0 bis 5"C abgekühlt, und dann wurde durch die Lösung Ammoniakgas i.i der gleichen Weise wie in obigem Beispiel I hiiidurv-hgcleitet. Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch in der gleichen Weise wie in obigem Beispiel I behandelt, wobei man 12,3 g (63.2%l des gewünschten Produktes erhielt, das bei K)S bis 110 C/0,6 mm Hg siedet.

Analysenwerle für Q₂H₂ION:

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-hcxamethyl-4-oxo-spiro-[5.5]-uiKlccan

Zu 12 g Diacelonalkohol 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 I behandelt, wobei man das gewünschte Produkt in der Form einer Flüssigkeit erhielt, die bei !40 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 μ (45.1 %).

Analyscnwerie für Ci₅H₂₈ON₂:

Berechnet ... C 71.38, H 11,18, N 11,10%;
gefunden .... C 71.27. H 11,19, N 11,29%.

Claims

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von 6,6-disubslituierten 2,2-Dimethyl-4-oxopiperidinen der allgemeinen Formel I

In der obigen allgemeinen Formel I kann jeder der Reste R| und R₂ z. B. die folgenden Gruppen darstellen: Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, Hexyl, Octyl, Decyl und Dodecyl. Die durch R₁ und R₂ dargestellten cyclischen Gruppen können z. B. die folgenden sein:

H₇Q,

in der R, und R₂, die gleich oder verschieden sein können, Alkylgruppen mit I bis 12 Kohlenstoffatomen darstellen oder zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten 5- oder 6-glicdrigcn homocyclischen Ring bilden oder eine Gruppierung der allgemeinen :■" Formel I a

Rj

N-H (la)

cn,

CH₁

darstellen, in der jeweils R, und R₄. die gleich oder verschieden sein können. Alkylgruppen mit I bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen oder zusammen mil dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, einen gesättigten 5- oder 6-gliedrigen homocyclischen Ring bilden, dadurch gekennzeichnet, daß man Diacetonalknhol mit Ammoniak und einem Keton der allgemeinen Formel Il

R,

N-H

N - H