DE2062679C3

DE2062679C3 -

Info

Publication number: DE2062679C3
Application number: DE2062679A
Authority: DE
Inventors: Rokuro Nagoya Harada; Shinzo Nagoya Imamura; Kyosuke Chitacho Yotsumoto
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1970-12-19
Publication date: 1973-10-31
Also published as: CA923144A; US3839448A; DE2062679A1; DE2062679B2; GB1279906A; JPS4810789B1; FR2073722A5; NL7018300A

Description

H
C-NO

C-Cl

i
H

worin R eine Alkylengruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen und » « stereoisomere Bindungen

bedeutet, in einem Molverhältnis von Ammoniak zu Bis-ß-chlor-l-nitrosocycloalkan) von wenigstens 20:1, zweckmäßig bei 0 bis 15O⁰C in Anoder Abwesenheit eines Lösungsmittels umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel niedere Alkanole, niedermolekulare cyclische Äther, Wasser und Gemische hiervon verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Methylalkohol verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial Bis-(2-chlor-1 -nitr osocy clopentan), Bis-(2-chlor-1 -nitrosocyclohexan), Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclooctan) oder Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclododecan) verwendet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von a-Aminocycloalkanonoximhydrochloriden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Ammoniak mit einem Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan) der allgemeinen Formel

C-NO

Cl

worin R eine Alkylengruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen und » « stereoisomere Bindungen bedeutet, in einem Molverhältnis von Ammoniak zu Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan) von wenigstens 20:1, zweckmäßig bei 0 bis 150° C, in An- oder Abwesenheit eines Lösungsmittels umsetzt.

a-Aminocycloalkanonoximhydrochloride sind ein wertvolles Rohmaterial. Beispielsweise können sie

durch Beckmann-Uniiagerung in a-Aminolactame umgewandelt werden, und durch HydroJyse des resultierenden Produktes kann man brauchbare Aminosäuren erhalten. a-Aminocyclohexanonoximbydrochloride sind ein besonders wichtiges Rohmaterial für die Herstellung von Lysin, das eine der essentiellen Aminosäuren ist/

Es wurden bereits verschiedene Methoden zur Herstellung von a-Aminocycloalkanonoximen beschrieben, beispielsweise

1. die Umsetzung von alicyclischen a-Acyloxyoximen mit Ammoniak oder einem primären oder sekundären Amin (japanische Patentschrift 23 177/67),

2. Umsetzung von 2-Chlorcyclohexanon mit Hydroxylamin in flüssigem Ammoniak (japanische Patentschrift 21 704/67) und

3. Umsetzung von a-Chlorcyclododecadienon mit primären oder sekundären Aminen und Hydrieren des erhaltenen u-Aminocyclododecadienonoxims (japanische Patentschrift 10 501/67).

Die erste Methode ist jedoch ziemlich kompliziert, da sie aus folgenden Stufen besteht:

a) Umsetzung eines ungesättigten alicyclischen Kohlenwasserstoffs mit Nitrosylcblorid unter Bildung von a-Chloroxim,

b) Umsetzung des resultierenden Produktes mit dem Metallsalz einer organischen Carbonsäure, wie Natriumacetat, und

c) Aminierung des Acyloxyrestes in α-Stellung mit Ammoniak oder einem Amin. Außerdem hat dieses Verfahren den weiteren Nachteil, daß das resultierende a-Aminocycloalkanonoxim dazu neigt, während der Hauptreaktion unter Bildung eines Dioxims mit einer sekundären Aminogruppe Nebenreaktionen einzugehen. Daher ist es schwierig, nur die gewünschte Verbindung zu erhalten.

Die zweite Methode liefert unbefriedigende Ausbeuten.

Die dritte Methode, in der ein a-Chloroxim als Ausgangsmaterial verwendet wird, und auch die erste Methode sind ebenfalls wegen der begrenzten Ausbeute an gewünschter Verbindung unbefriedigend.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von n-Aminocycloalkanonoximhydrochloriden zu finden, wobei hohe Ausbeuten an Reaktionsprodukt erhalten werden.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Bis-(2-chlor-1-nitrosocycloalkan) besitzt die folgende allgemeine Formel

I ^H I	NO	I
I c— /	Cl
/ R \ C
*
1 H \

worin R eine Alkylengruppe mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen und » « stereoisomere Bindungen bedeu-

tet. Speziell bevorzugte Ausgangsverbindungen sind Bis - (2 - chlor -1 - nitrosocyclopentan), Bis - (2 - chlor-1-nitrosocyclohexan), Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloheptan), Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclooctan), Bis-(2-chlor-1-nitrosocyclononan) und Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclododecan).

Diese Ausgangsmaterialien kann man nach bekannten herkömmlichen Meüioden herstellen, beispielsweise durch Umsetzung von cyclischen Monoolefinen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen mit Nitrosylchlorid, beispielsweise in flüssiger schwefliger Säure oder einem halogenierten Kohlenwasserstoff, wie Trichloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform und Methylenchlorid als Lösungsmittel.

Das so erhaltene Bis-^-chlor-l-nitrosocycloalkan) besteht aus zwei Isomeren (der trans-Form und der cis-Form), und jedes Isomere oder ein Gemisch derselben sind als Ausgangsmaterial im Verfahren nach der Erfindung anwendbar.

Wenn Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan) mit Hilfe der obenerwähnten Methoden hergestellt wird, erhält man als Nebenprodukt auch eine kleine Menge von 2-Chlor-l-nitrosocycloalkan (monomere Form). Diese monomere Form bildet gleichfalls «-Aminocycloalkanonoximhydrochloride durch Aminierung. Daher ist es nicht erforderlich, die monomere Form von dem erhaltenen Ausgangsmaterial abzutrennen. Wenn jedoch der Gehalt an monomerer Form in dem Ausgaagsmaterial größer als 10 Molprozent ist, kann es bevorzugt sein, durch Raffinieren den Gehalt der monomeren Form zu vermindern, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten.

Die verwendete Ammoniakmenge ist ein sehr wichtiger Faktor. Theoretisch sollte sie 2 Mol je Mol Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan) betragen. Jedoch beträgt die Ausbeute an a-Aminocycloalkanonoximhydrochlorid höchstens 40%, wenn sogar 10 Mol Ammoniak je Mol Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan) bei dieser Umsetzung verwendet werden. Bei Anwendung solcher Molverhältnisse besteht außerdem der Nachteil, daß ein a-Aminocycloalkanonoxim mit einer sekundären Aminogruppe als Nebenprodukt in vergleichsweise großer Menge gebildet wird und die Bildung von Pyrazinderivaten verursacht. Da diese Pyrazinderivate stabile Verbindungen sind, ist es schwierig, sie in andere brauchbare Verbindungen umzuwandeln. Da außerdem diese Verbindungen schwach basisch sind, ist es schwierig, sie aus dem Reaktionsgemisch abzutrennen.

Wenn jedoch Ammoniak in wenigstens dem 20-fachen Molverhältnis, bezogen auf das eingesetzte Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan), verwendet wird, wird die Bildung unerwünschter Nebenprodukte überraschenderweise merklich vermindert. In der Tat sollte die molare Menge an Ammoniak wenigstens das 20fache, aber vorzugsweise wenigstens das lOOfache der molaren Menge des Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkans) betragen. Die maximale Ammoniakmenge wird nur durch wirtschaftliche Überlegungen begrenzt und kann bis zu 1000 Mol je Mol betragen oder sogar darüber liegen. Die Verwendung von Lösungsmitteln ist bevorzugt, doch ist die Verwendung nicht erforderlich. Wasser, niedere Alkanole, wie Methylalkohol, Äthylalkohol und Isopropylalkohol, cyclische Äther, wie Äthylenoxid, Tetrahydrofuran und Dioxan sowie Gemische hiervon, sind bevorzugt. 0 bis 200 Molteile Lösungsmittel, bezogen auf 1 Mol Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan), sind bevorzugt.

Die Umsetzungstemperaturen sind verschieden je nach den Reaktionsbedingungen, nach der Art des Ausgangsmaterials Bis-(2-chlor-l-nitrosocycloalkan), der An- oder Abwesenheit von Lösungsmittel und der Lösungsmittelart. Normalerweise wird die Reaktion jedoch bei etwa 0 bis 150⁰C, vorzugsweise bei etwa 50 bis 9O⁰C, durchgeführt

Die Reaktionszeit ist nicht kritisch zu begrenzen, jedoch erfolgt die Reaktions normalerweise innerhalb ίο von etwa 15 Minuten bis etwa 2 Stunden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist einfacher durchzuführen als die bisher bekannten Verfahren und liefert höhere Ausbeuten an a-Aminocycloalkanonoximhydrocbloriden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Beispiele weiter erläutert Alle Prozentsätze in den Beispielen bedeuten Gewichtsprozentsätze.

Beispiel 1

14,76 g (0,05 Mol) Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclohexan) (Schmelzpunkt 150 bis 153° C, trans-Isomeres) und 100 ml Methylalkohol wurden in einen Autoklav mit einer Kapazität von 11 gegossen. Der Autoklav wurde auf -40⁰C gekühlt, um einen Verlust an flüssigem Ammoniak zu vermeiden, und 170 g (10 Mol) flüssiges Ammoniak wurden in den Autoklav gegossen. Das Gemisch wurde auf etwa 70⁰C erhitzt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten.

Nach Beendigung der Reaktion wurde flüssiges Ammoniak entfernt. Das restliche Reaktionsgemisch wurde unter Verwendung von Methylalkohol in einen Kolben gegossen, und der Methylalkohol wurde unter vermindertem Druck entfernt.

100 ml Wasser wurden in den Kolben gegossen und 0,82 g wasserunlösliche Kristalle abfiltriert. Diese wasserunlöslichen Kristalle waren a-Aminocyclohexanonoxim mit einer sekundären Aminogruppe.

Andererseits wurde 0,1 g benzollösliches Octahydrophenazin (OHP) aus dem Filtrat entfernt, indem man zweimal unter Verwendung von 25 ml Benzol extrahierte. Die restliche wäßrige Lösung wurde bei 50° C unter 20 mm Druck behandelt, und Wasser wurde entfernt. Es wurden 15,03 g primäres a-Aminocyclohexanonoximhydrochlorid erhalten.

Beispiel 2

14,76 g (0,05 Mol)Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclohexan) (Schmelzpunkt 131 bis 133° C, cis-Isomeres) wurden zu dem im Beispiel 1 verwendeten Autoklav zugesetzt, und außerdem wurden in den Autoklav 17Og(IO Mol) flüssiger Ammoniak gegeben. Das Gemisch wurde bei 6O⁰C 1 Stunde umgesetzt.

Nach Beendigung der Reaktion wurde flüssiges Ammoniak aus dem Reaktionsgemisch entfernt, und 100 ml Wasser wurden dem Autoklav zugesetzt, um das Reaktionsgemisch aufzulösen.

In ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 erhielt man 15,04 g (91,37%) a-Aminocyclohexanonoximhydrochlorid mit einer primären Aminogruppe, 0,76 g (6,35%) a-Aminocyclohexanonoxim mit einer sekundären Aminogruppe und 0,12 g (1,27%) Octahydrophenazin.

Beispiel 3

Entsprechend der Methode des Beispiels 1 wurden verschiedene Versuche durchgeführt, und die folgende Tabelle zeigt die dabei erhaltenen Ergebnisse:

NH₃ (Mol)	Oximausbeute	Oximausbeute	Ausbeute an OHP (%)
	(primär) (%)	(sekundär) (%)
4fache ...	34,04	60,76	5,95
lOfache ...	42,79	50,48	5,72
20fache ...	53,95	40,76	4,46
lOOfache ...	81,29	15,88	1,81
200fache ...	91,33	6,85	1,06
400fache ...	97,74	1,17	3,06

In der Tabelle sind die NH₃-Mengen auf Mol Bis-(2-chlcr-l-nitrosocyclohexan)-trans bezogen. »Oxim (primär)« und »Oxim (sekundär)« bedeuten jeweils a-Aminocyclohexanonoximhydrochlorid mit einer primären Aminogruppe und a-Aminocyclohexanonoxim mit einer sekundären Aminogruppe. »OHP« bedeutet Octahydrophenazin.

B e i s ρ i e 1 4

13,36 g Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclopentan) (Schmelzpunkt 128 bis 129° C) und 50 ml Methylalkohol wurden einem Autoklav zugesetzt, und außerdem wurden 500 ml flüssiges Ammoniak in den Autoklav unter Kühlen auf -40⁰C gegeben. Das Gemisch wurde auf etwa 70° C erhitzt, und die Reaktion wurde bei dieser Temperatur 1 Stunde durchgeführt. Nach Umsetzung des Gemisches wurde Ammoniak und ebenfalls Methylalkohol unter vermindertem Druck entfernt.

15 g kristallines a-Aminocyclopentanonoximhydrochlorid (Schmelzpunkt 178 bis 179° C) wurden erhalten.

Zur Strukturbestätigung wurden 3 g dieses Salzes in einem Lösungsmittel gelöst, das aus 15 ml Methylalkohol und 5 ml 10%iger Chlorwasserstoffsäure bestand. Die Lösung wurde 3 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt. Dann wurde das Lösungsmittel entfernt. Man erhielt 2,5 g a-Aminocyclopentanonhydrochlond (Schmelzpunkt 145 bis 146° C).

Beispiel 5

17,6 g Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclooctan) (Schmelzpunkt 91 bis 92° C) und 50 ml Methylalkohol wurden in einen Autoklav gegeben, und außerdem wurden 500 ml flüssiges Ammoniak dem Autoklav unter Kuhlen auf - 40° C zugesetzt. Das Gemisch wurde auf etwa 60 C erhitzt, und die Reaktion wurde bei dieser Temperatur 2 Stunden durchgeführt. Nach der Umsetzung wurden Ammoniak und Methylalkohol entfernt. S5

Es wurden 18,5 g Kristalle von «-Aminocyclooctanonoximhydrochlorid erhalten.

Zur Strukturbestätigung wurden 4 g dieses Salzes in einem Lösungsmittel gelöst, das aus 20 ml Methylalkohol und 5 ml 10%iger Salzsäure bestand. Die Lösung wurde 3 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt, und dann wurde das Lösungsmittel entfernt. Man erhielt 3,3 g Kristalle von u-Aminocyclooctanonhydrochlorid (Schmelzpunkt 200 bis 201° C).

Beispiel 6

23,2 g Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclododecan) und 100 ml Methylalkohol wurden einem Autoklav zugesetzt, und außerdem wurden in den Autoklav 500 ml flüssiges Ammoniak gegeben. Das Gemisch wurde 1 Stunde auf etwa 70^c C erhitzt. Nach der Umsetzung wurde Ammoniak entfernt und Methylalkohol ebenfalls unter vermindertem Druck abgezogen.

Man erhielt 24 g a-Aminocyclododecanonoximhydrochlorid.

24 g dieses Salzes wurden zu 100 g 105%iger Schwefelsäure gegeben, die auf etwa 80°C gehalten wurde, und die Umsetzung wurde etwa 1 Stunde durchgefiihrt. Das so erhaltene Reaktionsgemisch wurde mit Wasser auf 1/10 verdünnt und durch ein Kationenaustauscherharz vom Typ H (bekannt unter dem Handelsnamen »AMBERLITE 200«) geleitet.

Die so durch das Kationenaustauscherharz absorbierte Verbindung wurde in Ammoniak gelöst und konzentriert. Die so konzentrierte Lösung wurde mit Hilfe von Salzsäure neutralisiert, und man erhielt 20 g a-Amino-oj-laurolactamhydrochlorid (Schmelzpunkt 249 bis 254° C) und 3 g C₂₄H₄₀N₂ der folgenden Formel:

Beispiel 7

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren erhielt man unter Verwendung von 100 ml Tetrahydrofuran als Lösungsmittel statt Methylalkohol 14,48 g α - Aminocyclohexanonoximhydrochlorid, 2,02 g a-Aminocyclohexanonoxim mit einer sekundären Aminogruppe und 0,1 g Octahydrophenazin.

Beispiel 8

13,36 g Bis-(2-chlor-l-nitrosocyclopentan) (Schmelzpunkt 128 bis 129⁰C) in 50 ml Isopropylalkohol und 500 ml flüssiges Ammoniak wurden in einen Autoklav mit einer Kapazität von 1 1 gegossen. Das Gemisch wurde auf etwa 70° C erhitzt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Nach Beendigung der Reaktion wurden unter vermindertem Druck Ammoniak und Isopropylalkohol entfernt. So erhielt man 14,8 g a-Aminocyclopentanonoximhydrochlorid.

Beispiel 9

17,6 g Bis-(2-chlor-1 -nitrosocyclooctanon) (Schmelzpunkt 91 bis 92°C) in 100 ml Dioxan und 500 ml flüssiges Ammoniak wurden in einen Autoklav mit einer Kapazität von 1 1 gegossen. Das Gemisch wurde auf etwa 65⁰C erhitzt und 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Nach Beendigung der Reaktion wurden Ammoniak und Dioxan durch Verdampfen entfernt, und man erhielt dabei 17,9 g Kristalle von (i-Aminocyclooctanonoximhydrochlorid.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von a-Aminocycloalkanonoximhydrochloriden, dadurch gekennzeichnet, daß man Ammoniak mit einem Bis-^-chlor-l-nitrosocycloalkan) der allgemeinen Formel