DE1929295A1

DE1929295A1 - Verfahren zur Herstellung von Methansulfonamiden

Info

Publication number: DE1929295A1
Application number: DE19691929295
Authority: DE
Inventors: Leroy Martin
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1968-06-11
Filing date: 1969-06-10
Publication date: 1969-12-18
Also published as: GB1222632A; US3574740A; IT1033025B; BE734373A; FR2010654A1; NL6908778A; JPS5331858B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Methansulfonamid bzw, dessen Derivaten, Insbesonde re betrifft die Erfindung das Verfahren, bei welchem Methansulfonamid oder eines seiner Derivate durch Umsetzen von Methansulfonylchlorid mit Ammoniak oder einem primären oder einem sekundMJIen Amin bereitet wird, wobei sich das erfindungegemäße Verfahren dadurch kennzeichnet, daß man diese Umsetzung in einem inertea Verdünnungsmittel durchführt, welches ein Nitroalkan aufweist bzw» aus einem Mitroalkan besteht»

Methansulfonamid und dessen Derivate werden, wie nachstehend beschrieben wird, hergestellt, indem man Methansulfonylchlorid mit Ammoniak oder einem primären oder sekundären Amin in Berührung bringt, wobei sich folgende Umsetzung abspielts

909851/1741

■- 2 -

O	X
»	I
QfII	C + 2(N-H)
\	ι
0	Y

0	X	X	♦ HC1
\	ι
CH^S-		+ NH
j Ί	I
0	Y	Y

(Methansulf onyl-. Methansulfonamidverbindung

chlorid + Arain ■■'■'■ > ■ Aminhydrochlorid)

In der obigen Gleichung bedeuten X und Y, unabhängig voneinander, Wasserstoff sowie Alkylradikale mit bis zu 12 Kohlen«* stoffatomen. Typische primäre und sekundäre Amine» welche durch die Formel:

wiedergegeben werden, sind Methylamin., Dimethylamin, Äthylamin, Diäthylamin, Propylamin, Dipropylamin, Isopropylamin, Düsorpropylamin, Butylamin, Dibutylamin, 2-Äthylhexylamin, Di(2*- Äthylhexyl)~amin und dergleichen. Wenn X und Y in d«r obigen Formel beide Wasserstoff sind, eo ist der "!!!!^"-Realttioiie^eilnehmer Ammoniak und das Nebenprodukt "Aiftin^Hydroehlorid ist dann Ammoniumchlorid, Die Reaktion wird in diesem Pail durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

0 0

r ι '

CH₅SGl + 2NH₅ — ■ '.. CH₅SNH₂ + NH₄Cl O 0

Die voretehenden Reaktionen zur Bereitung von, Methansulfonamid und seinen Derivaten sind bisher in. verschiedenen Lösungsmitteln und ReaktionßverdÜnnungBmitteln durchgeführt worden, welche sich aus einem oder Mehreren Gründen als nicht befriedigend erwiesen haben; zu eolchen Gründen zählen mangelnde chemische Indifferenz und mangelnde Angemessenheit der Löslich« keiteeigena«haften. Beispielsweise ergibt die in Wasser

9098-51/1741 ,

durchgeführte Reaktion eine unerwünscht hohe Ausbeute an Aramonium-methansulfonat und ähnlichen Produkten, Die Verwendung von Alkylenehloriden, aliphatischen'Kohlenwasserstoffen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen ale Reaktionsverdünnungsmittel ist unvorteilhaft, weil sowohl die Amidprodukte als auch die Aminhydrochlorid-Nebenprodukte in solchen Medien unlöslich sind, was deren Trennung durch Filtrieren oder Zentrifugieren ausschließt, Alkohole sind keine geeigneten Reaktionsmedien, weil sie nicht hinreichend inert sind und die Bildung von Dialkyläthern und Estern der Methansulfonsäure als Nebenprodukt« verursachen. Außerdem sind die als Nebenprodukte anfallenden Aminhydrochloridsalze in Alkoholen ganz löslich, wodurch die Möglichkeit ihrer leichten Abtrennung ausgeschaltet wird_e

Nunmehr wurde überraschenderweise gefunden, daß beir der Methode des Herstellens von Methansulfonamid oder dessen Derivaten über die Reaktion von Methansulfonylchlorid mit Ammoniak, mit einem primären Amin oder mit einem sekundären Amin bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn man als Reaktionsverdünnungsmittel Nitroalkan verwendet; dadurch wird die einfache Abtrennung des SuIfonamidproduktes von dem als Nebenprodukt anfallenden Aminhydrochloridsalz erleichtert. Die Abtrennung ist einfach, weil das Sulfonamidprodukt im Nitroalkan bei mäßig erhöhten Temperaturen, beispielsweise im Bereich von etwa 50 bis etwa 80° G und höher im wesentlichen löslich ist, jedoch bei Umgebungstemperaturen und niedrigeren Temperaturen, beispielsweise im Bereich von etwa 0 bis 25° C, relativ unlöslich ist. Andererseits ist das salzige Nebenprodukt der Reaktion im Nitroalkan innerhalb des gesamten Temperaturbereiches, welchem man bei der praktischen Durchführung des Verfahrens begegnet, im wesentlichen unlöslich. Außerdem fällt das Sulfonamidprodukt in hoher Reinheit an und wird in guter Ausbeute gewonnen. Damit in Verbindung steht überdies, daß das Nitroalkanverdünnungsmittel gegenüber den Reaktionsteilnehmern inert ist und daher

90 9 8 51/1741

die Bildung von verunreinigenden Nebenprodukten im Reaktionsgemisch zu vernachlässigen ist. Demzufolge kann man das Nitrp«- alkanverdünnungsmittel, welches im allgemeinen etwas aufgelöstes Sulfonamidprodukt enthält, ohne weitere. Behandlung in die Syntheeestufe zurückführen, wodurch Reinigungsstufen fortfallen und auch die Sulfonamidausbeute gesteigert wird.

Das'beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Reaktions- · verdünnungsmittel und Lösungsmittel ist ein leicht verfügbares und nicht kostspieliges Nitroalkan mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Nitromethan, Nitroäthan, 1-Nitropropan, 2-Hitropropan und Nitrobutan. Wie bereits bemerkt, rührt der Wert dieser Lösungsmittel als Verdünnungsmittel "beim erfindungs gemäßen Verfahren her vonj (1) der Unlöslichkeit des Amin« hydrochloridsalzes in diesem Lösungsmittel bei allen in der Praxis vorkommenden (Temperaturen und (2) der relativen Unlöelichkeit des SuIfonamidproduktee in diesem Lösungsmittel bei niedrigeren Temperaturen, im Vergleich zu der wesentlichen Löslichkeit des Sulfonamide in diesem Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen. D^ese Erscheinung wird durch die folgenden angegebenen Löslichkeitsdaten von den im Verfahren eine Rolle spielenden Substanzen in den angegebenen Hitroalkanlösungsmitteln veranschaulicht» Das beispielhafte Sulfonamidprodukt ist das Methansulfonamid (MSAm) und das Aminhydrochloridsalz ist das Ammoniumchlorid (NH,C1)»

909851/1741

Löslichkeiten im Reaktionsverdünnungsmittel (in

gelöster Stoff	Nitromethan	Nitroäthan	Lösungsmittel	1-Nitropropan
--			2-Nitropropan
bei 25° C	17,0	5,0		etwa 1
MSAm	unlöslich	unlöslich	1,7	unlöslich
NH₄Ol			unlöslich
bei 50° 0	47,3	15,0		4,7
MSAm	unlöslich	unlöslich	etwa 10	Spuren
NH₄Ol			unlöslich
bei 75° 0	80,5	75_s0		6,8
MSAm	unlöslich	unlöslich	12,5	Spuren
NH₄Ol -		unlöslich

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Methansulfonylohlorid mit gmsförmigem Ammoniak oder einem primären oder sekundären Amin in Nitroalkanverdümiungsmittel in Berührung gebracht. Es ist vorteilhaft, die Reaktion in Abwesenheit von Wasser durchzuführen, um unerwünschte Nebenreaktionen zu vermeiden. Daher sollte das Nitroalkan im wesentlichen wasserfrei sein, beispielsweise weniger als etwa 2,0 i> Wasser enthalten. Das Amin, das Methansulfonylchlorid und das Nitroalkan sind in den meisten Verhältnissen gewöhnlich mischbar. Das Gewichtaverhältnie des NItroalkanverdtinnungemittele zum Methansulfonylohlorid liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 2 j 1 bis etwa 20 : 1, vorzugsweise 3 * 1 bis 4 « 1·

909851/1741

192929b

Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von etwa 10 bis etwa 90° C liegen, wird aber gewöhnlich bei etwa 50 bis 70° 0 gehalten. Im allgemeinen verwendet man einen leichten Aminüberschuß. Mit dem Portschreiten der Reaktion erscheint das als Nebenprodukt anfallende Aminhydrochlorid als ausgefälltes Salz« Ein Teil des Sulfonamidproduktes kann auefallen, wobei die aus der Lösung verschwindende Produktmenge von der Reaktionstemperatür abhängig ist»

Nach dem Abschluß der Reaktion, welche im allgemeinen etwa 20 bis 180 Minuten erfordert, sind die nächsten Stufen die

■I»

Abtrennung und Gewinnung der Produkte und des Verdünnungsmittels, Das Gewinnen wird-ieingeleitet durch Steigerung der Temperatur des Reaktionsgemisches, sofern dieses erforderlich ist, um ausgefälltes Sulfonamidprodukt aufzulösen, wobei man die Temperatur beispielsweise auf etwa 50 bis 80 0 steigern kann. Falls die Reaktion bei diesen höheren Temperaturen ausgeführt worden ist, ist die Auflösung natürlich bereits vollständig. Das Reaktionsgemisch, welches nun eine Aufs chi eranung von Aminhydrochloridealzkristallen in Nitroalkanmutterlauge des Sulfonamidproduktes ist, wird einer herkömmlichen Flüssig— keits-Feststoff-Trennung wie Filtrieren oder Zentrifugieren unterworfen. Das als Nebenprodukt anfallende Salz gewinnt man als nassen Kuchen, welcher üblicherweise mit frischem, erwärmten Nitroalkanlösungsmlttel gewaschen wird. Das restliche Nitroalkan im Salzkuchen kann man in einem mit Lösungsmittelrückgewinnungsorganen ausgerüsteten Verdampfungstrockner zurückgewinnen oder man kann auch den nassen Salzkuchen in Wasser auflösen und das mit Wasser nicht mischbare Nitroalkan durch Dekantieren abtrennen.

Das Sulfonamidprodukt gewinnt man aus dem FiItrat (Nitroalkanlösung) durch einen von drei Arbeitsgängen, In der bevor·· zugten Ausführungsform wird die Lösung abgekühlt, um das

909851/1741

— γ —

Sulfonamidprodukt ale leicht gewinnbare Kristalle auszufällen, wobei man filtriert oder zentrifugiert. Die zur Ausfällung des Sulfonamide angewandten Temperaturen liegen in der Gegend von etv/a 0 bis etwa 25° O₀ Das Nitroalkanfiltrat enthält noch etwas aufgelöstes Sulfonamid, dessen Menge von der Kristallisationstemperatur und insbesondere von den LÖslichkeitseigenscbaften abhängig ist. Jedoch wird das Nitroalkan ohne weitere Reinigung oder Bearbeitung zur Synthesestufe zurückgeführt, so daß die Rückgewinnung des gegebenenfalls aufgelösten Sulfonamide mit guter Produktausbeute gewährleiste ist.

Bei einer anderen Ausführungsform zur Gewinnung des Sulfonamide aus der Nitroalkanlösung wird das Filtrat mit Wasser als Extraktionslösungsmittel für das Sulfonamid behandelt. Man verwendet etwa 0,2 bis 0,3 Gewichtsteile Wasser je Gewichtsteil der Sulfonamido-Nitroalkanlösung«, Die wäßrige Extraktschicht und die Schicht des Nitroalkanlösungemittels werden durch Dekantieren voneinander getrennt. Der Nachteil dieses Arbeitens besteht darin, daß das Nitroalkan vor der Rückführung in die Synthesestufe bis zu einem im wesentlichen viasserfreien Zustand getrocknet werden muß. Dieses Trocknen kann erfolgen mittels Hindurchgehen durch ein Trockenmittel wie Calciumchloridkristalle oder Calciumsulfatkristalle, oder durch Entfernen des restlichen Wassers durch azeotrope Destillation. Das Sulfonamidprodukt kann als wäßrige Lösung im Handel angeboten und verwendet werden, oder man kann das Sulfonamid aus der wäßrigen Schicht gewinnen, indem man die Hauptmasse des Wassers durch Destillieren entfernt, zur Ausfällung des Sulfonamide anschließend kühlt und schließlich die Aufschwemmung filtriert,

- 8 9 0 9 8 51/17 4 1

Eine noch andere Methode zum Gewinnen des Sulfonamide aus der Nitroalkanlcsung iat eine destillative Trennung "bei atmosphärischem oder vermindertem Druck, Das Nitroalkan wird von der Lösung abgestreift und ohne weitere Bearbeitung zurück geführt, Falls gewünscht, kann man das Sulfonamid weiter reinigen indem man bei niedrigem Druck» beispielsweise bei 1 bis etwa 150 mm Hg absolut, destilliert.

Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstand es„

Beispiel 1t

Zu 1900 Gewichtsteilen Ilitroäthan werden 573 Gewichtsteile Methansulfonylchlorid hinzugesetzt und darin aufgelöst. Gasförmiges Ammoniak geht bei einer Reaktionstemperatur von 40 bis 50 G durch das Gemisch hindurch, bis das Gemisch leicht basisch ist. Während dieser Reaktion wird die Ausfällung von als Nebenprodukt anfallendem Ammoniumchlorid beobachtet.'Das Gemisch wird auf 70° C erhitzt und filtriert. Den Filterkuchen aus Ammöniumchlorid wäscht man mit zwei Portionen von 100 Teilen Mtroäthan bei 70° 0 und man kombiniert die. Waschflüssigkeit en mit dem Filtrat,'

Das Piltrat wird auf etwa 8° C abgekühlt, wobei das Methan-Bulfonamidprodukt ausfällt. Dieses wird durch Filtrieren als weiße, kristalline Substanz in einer Ausbeute von 77 $ der Theorie gewonnen. Das Produkt wird bei 70° C und 50 bis 150 mm Hg getrocknet«, Das Nitroäthanfiltrat (einschließlich der zum Waschen des aus dem Produkt bestehenden Filterkuchens verwendeten 100 Teile), welches etwas aufgelöstes Methansulfonamid enthält, wird rückgeführt und in einer Heine zusätzlicher Herstellungsgänge verwendet, wie dies oben im wesentlichen

909851 /174

192929b '

beschrieben ist. Die Gewinnung von Methansulfonamid aus einer Reihe von sieben Ansätzen unter Rückführung des Nitroäthans steigert die Ausbeute auf 94 ⁰A der Theorie,

Beispiel 2;

Gasförmiges Ammoniak geht durch ein bei 15 bis 30° C gehaltenes Gemisch aus 50 Teilen Methansulfonylchlorid und 400 Teilen 2-Nitropropan, bis das Reaktionsgemisch leicht basisch ist. Das Gemisch wird dann auf 65° C erwärmt und zur Abtrennung des ausgefällten AmmoniumcbJborids filtriert. Der Ammoniumchloridfilterkuchen wird mit 100 Teilen erwärmten Nitropropans gewaschen, 100 Teile Wasser werden mit dem Filtrat vermischt und man läßt das Gemisch in eine organische Schicht und eine untere wäßrige Phase sich trennen. Diese wäßrige Extrakt schicht enthält 84 $> der Theorie an Methansulfonamid, Der Ammoniumehloridfilterkuchen enthält 3>1 $> der theoretischen Ausbeute, Das Nitropropanfiltrat weist das restliche Methansulfonamid in aufgelöster ]?orm auf. Das Filtrat wird zur Verwendung als Lösungsmittel in weiteren Herstellungegängen ohne weitere Behandlung zurückgeführt, mit Ausnahme des Durchganges durch Kieselsäuregel oder Calcium-Chloridkristalle, wobei restliche Feuchtigkeit entfernt wird«

Beispiel 3 t

916 Teile (θ Mol) Methansulfonylohlorid werden innerhalb von etwa 90 Minuten zu 722 !Beilen (16 Mol) wasserfreiem Dimethylamin, aufgelöst in 2000 Teilen IFitroäthan, hinzugesetzt. Die Reaktionetemperatur beträgt 25 bis 50° C, Das Gemisch wird dann auf 50° 0 erhitzt und zur Abtrennung des als Hebenprodukt anfallenden Aminhydrochloridealzea filtriert. Der Filterkuchen au« Aminhydroohlorid wird mit frischem, erwärmtem Hitroäthan

909851/1741

« 10 -

192929b

- to ~

gewaschen. Das Nitroäthan (Siedepunkt 114° C bei 760 mm Hg) wird durch. Destillieren aus dem Filtrat abgestreift und daa Methansulfondimethylamid (Schmelzpunkt 48,5° 0) gwinnt man durch Destillieren unter vermindertem Druck bei 108° C und 10 mm Hg, Die Ausbeute an Sulfonamidprodukt beträgt 94,3 # der Theorie,

Beispiel 4:

186 Teile (6 Mol) Viasserfreies Monometnylamin setzt man zu 344 Teilen (3 Mol) Methansulfonylchlorid, aufgelöst in 1000 Teilen 1~Nitropropan, hinzu. Die Zusatzdauer beträgt 1*5 bis 2,0 Stunden, wobei man die Reaktionstemperatur von 15 bis 25° C einhält. Das Gemisch wird auf etwa 50° 0 erwärmt, zur Abtrennung des Aminliydrochloridsalzes filtriert, der Filterkuchen mit frischem, warmem 1-Nitropropan gewaschen und die Waschflüssigkeit mit dem Piltrat kombiniert. Das N»methyl· methansulfonamid wird aus dem 1-Äitropropan mit .400 Teilen Wasser extrahiert. Restliches 1«-Nitropropan wird aus der wäßrigen K-methyl-methansulfonamidlösung entfernt, indem man im Vakuum auf etwa 75° 0 erwärmt und durch. Entfernen von Wasser bis auf eine 50 #ig· lösung weiter konzentriert. Die Ausbeute an Produkt beträgt 96 jS, bestimmt durch chemische Analyse,

« Patentanspruch 909851/1741

Claims

192929b ίΟ. Juni 5638 - III/R Pennwalt Corporation, Three Penn Gent er Plaza, Philadelphia 2, Pennsylvania, Y9St,A, Verfahren zur Herstellung von Methansulfonamiden Patentanspruch?

1. Verfahren zur Herstellung von Methpiißulfonamid und dessen alkylsubstituierten Derivaten, bei welchem Kethaiisulf onylchlorid mit Ammoniak oder einem primären oder sekundären Amin mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe bzw. in je einer Alkylgruppe umgesetzt wird, wobei die Reaktion in Anv/esenheit eines flüssigen Verdünnungsmittels ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdünnungsmittel ein im wesentlichen wasserfreies Nitroalkan mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verwendet.

909851/1741

^BAD