DE2506029A1

DE2506029A1 - Verfahren zur herstellung von maleinsaeurenitril

Info

Publication number: DE2506029A1
Application number: DE19752506029
Authority: DE
Inventors: Naoto Hashimoto; Koichi Matsumura; Katsura Morita
Original assignee: Takeda Chemical Industries Ltd
Current assignee: Takeda Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1975-08-21
Also published as: FR2261259A1; FR2261259B1; IT1030118B; US3959345A; GB1493865A; JPS50111019A

Description

PATENTAM V/Äl TE

DR.-ING. VON KREiSLCR ÜR.-'^G. SCHÖMWALD DR.-ING. TH. MEYER DR.FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DIPL-ING. SELTING

5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 12.2.75 AvK/Ax

Takeda Chemical Industries, Ltd.,

27, Doshomachi 2-chome, Higashi-ku, Osaka (Japan).

Verfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril·

Maleinsäurenitril dient als synthetisches Zwischenprodukt für die Herstellung von Arzneimitteln (z.B. Pyridoxin und seinen verwandten Verbindungen), technischen Chemikalien und anderen verschiedenen wertvollen Verbindungen wie 3- oder 5-Aminoisoxazolen, stickstoffhaltigen Verbindungen (z.B. Purinbasen und Pyrimidinbasen) und als monomeres Ausgangsmaterial für die Synthese von Polymerisaten.

Von den bekannten Verfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril seien die folgenden drei als typische Verfahren genannt:

1) In "Bulletin de la Societo Chimique de Belgique" 46 (1937) 199 wird ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril beschrieben, bei dem cis-Dijodäthylen mit Kupfer(I)-cyanid umgesetzt wird, während auf eine Temperatur von etwa 10O⁰C erhitzt wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch nicht Maleinsäurenitril, sondern Pumarsäurenitril das überwiegende Produkt, so daß die Ausbeute an Maleinsäurenitril sehr niedrig ist und dieses Verfahren zwangsläufig ein weiteres Trennverfahren erfordert. .

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2) In "Journal of Organic Chemistry" 10 (1945) 155 wird ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril beschrieben, bei dem Maleinsäureamid mit Phosphorpentoxyd dehydratisiert wird. Es wird berichtet, daß bei diesem Verfahren die Ausbeute an Maleinsäurenitril auch als Rohprodukt nur J59# der Theorie beträgt.

Der Verfasser der Veröffentlichung in "Journal of Chemical Society" 1952, Seite 48^9, berichtet als Ergebnis seiner anschließenden Versuche, daß die Ausbeute.an Maleinsäurenitril bei diesem Verfahren sehr niedrig ist. Ferner ist die Synthese von Maleinsäureamid schwierig, so daß dieses Verfahren für die Praxis nicht infrage kommt.

3) In "Journal of the Chemical Society" 1952, S. 4840, wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Maleinsäureamid mit Phosphoroxychlorid dehydratisiert wird. Dieses Verfahren hat ebenfalls Nachteile in der praktischen Durchführung, da einmal die Synthese des als Ausgangsmaterial verwendeten Maleinsäureamids schwierig ist und zweitens die Reaktion nur unter genau geregelten Bedingungen verläuft und die Ausbeute an Maleinsäurenitril maximal nur 40$ der theoretischen Ausbeute beträgt.

Wie vorstehend dargelegt, wurde bisher kein für die großtechnische Durchführung geeignetes Verfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril vorgeschlagen.

In dem Bemühen, die Nachteile dieser bekannten Verfahren auszuschalten und ein neues Verfahren zur ausschließlichen Herstellung von Maleinsäurenitril verfügbar zu machen, wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Anlagerung von Cyanwasserstoff an die C-C-Dreifachbindung von Cyanacetylen stereospezifisch in der trans-Form unter Bildung von Maleinsäurenitril in guter Ausbeute erfolgt. Ferner wird bei dieser Reaktion das Maleinsäurenitril in hoher Reinheit gebildet, weil die Reaktion mit vernachlässigbaren Nebenreaktionen abläuft.

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Die Erfindung ist das Ergebnis der vorstehenden Feststellung und anschließender weiterer Entwicklungsarbeit.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Herstellung von Maleinsäurenitril nach einem Verfahren, das dadurch ^: gekennzeichnet ist, daß man Cyanacetylen und Cyanwasserstoff umsetzt. ' j

Der Cyanwasserstoff wird vorzugsweise in flüssiger Form : verwendet. Er kann auch in Form eines Gemisches, das im Reaktionssystem in Cyanwasserstoff umgewandelt werden kann, eingesetzt werden. Im letzteren Fall eignen sich ; als Gemische beispielsweise Gemische von Cyaniden j (z.B. Natriumcyanid, Kaliumcyanid und Acetoncyanhydrin) \ mit Säuren (z.B. Salzsäure, Schwefelsäure, Essigsäure ' und Phosphorsäure) oder mit Basen (z.B. Natriumcarbonat '■■ und Hatriumbicarbonat).

Das Verhältnis von Cyanwasserstoff zu Cyanacetylen im Reaktionsgemisch ist weitgehend freigestellt, jedoch wird der Cyanwasserstoff vorzugsweise im leichten Überschuss über das Cyanacetylen, nämlich in einer Menge von etwa 1 bis 2 Mol pro Mol Cyanacetylen, verwendet.

Die Reaktion verläuft in der Flüssigphase glatter. Der eingesetzte Cyanwasserstoff selbst ist bei einer Tempe- ' ratur oberhalb von -13,3°C flüssig, so daß die Reak- _: tion ohne Verwendung eines Lösungsmittels stattfindet. In einem Lösungsmittel können jedoch die Nebenreak- ' tionen weitgehend unterdrückt werden mit dem Ergebnis, daß Maleinsäurenitril in hoher Reinheit gewonnen wird. Hierzu sind Lösungsmittel zu verwenden, die unter den Reaktionsbedingungen nicht mit einem oder beiden Reaktionsteilnehmern reagieren. Geeignet sind beispielsweise organische Lösungsmittel,. z.B. Acetonitril, Methylenchlorid, Chloroform, Diätbyläther, Tetrahydrofuran, Dioxan, Äthylacetat, Essigsäure, Dimethylformamid,

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Dimethylsulfoxyd und Benzol, und Wasser sowie Gemische dieser Lösungsmittel.

Die Reaktionstemperatur unterliegt keiner "besonderen Begrenzung, jedoch ist eine Temperatur im Bereich von -20° bis 10O⁰C zweckmäßig und zu empfehlen, und innerhalb dieses Bereichs wird Raumtemperatur (etwa 0 bis 30⁰O) besonders bevorzugt.

Die Reaktion verläuft unter den vorstehend genannten Bedingungen glatt und ist im allgemeinen in ziemlich kurzer Zeit, d.h. 0,5 bis 24 Stunden, beendet. .

Es gibt Fälle, in denen die Reaktion gemäß der Erfindung in Gegenwart einer als Katalysator dienenden sauren Substanz, basischen Substanz oder eines als Katalysator dienenden Salzes zufriedenstellender verläuft. Als saure Substanzen eignen sich beispielsweise Lewis-Säuren, z.B. wasserfreies Aluminiumchlorid und Kaliumbifluorid. Als Beispiele geeigneter basischer Substanzen sind· anorganische und organische Basen, z.B. Alkalihydroxyde (z.B. Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd und Lithiumhydroxyd) und organische Amine (z.B. Triäthylamin, N-Methylmorpholin und 1-Methylpyrazol) zu nennen. Als Salze eignen sich beispielsweise quaternäre Ammoniumsalze (z.B. Tetraäthylammoniumchlorid, Tetraäthylammoniumbromid, Tetraäthylammonium;]odid, Benzyltrimethylammoniumchlorid, Benzyltrimethylammoniumbromid und Benzyltrimethylammoniumjodid), neutrale bis schwach basische anorganische Salze, z.B. Alkalihalogenide (z.B. Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Lithiumfluorid, Kaliumiodid, Kaliumfluorid, Natriumfluorid und Cäsiumfluorid), Salze von Mineralsäuren mit Alkalimetallen (z.B. Lithiumnitrat, Lithiumsulfat, Kaliumcyanid, Natriumcyanid, Kaliumtbiocyanat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat), Ammoniumsalze (z.B. Ammoniumcarbonat und Ammoniumacetat) und andere

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Arten von Salzen (z.B. Natriumacetat, Kaliumacetat, : Kaliumformiat, Kaliumferricyanid und Aluminiumiso— , ; propoxyd) und saure Salze (z.B. Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Monokaliumdihydrogenphosphat,
Monoammoniumdihydrogenphosphat und Kaliumhydrogensulfat).

Für die Wahl der Menge dieser im Reaktionsgemisch vor- _t handenen Salze sind Zweckmäßigkeitserwägungen maßgebend, und im allgemeinen wird das gleichzeitig mit beiden
Reaktionsteilnehmern vorhandene Salz in einer Menge von etwa 0,1 bis 20 Mol.-$, bezogen auf Cyanacetylen, ver- ; wendet.

Die Isolierung des Maleinsäurenitrils als gewünschter
Verbindung erfordert keine komplizierten Maßnahmen, weil weniger Nebenprodukte im Reaktionsgemisch vorhanden ' " : sind. Beispielsweise erfolgt die Isolierung der ge- j wünschten Verbindung aus dem Reaktionsgemisch nach be- ; kannten üblichen Verfahren wie Destillation, Timkristal- \ lisation, Säulenchromatographie,. Extraktion usw. jeweils allein oder in Kombination. {

Das als eines der Ausgangsmateriälien verwendete Cyan- ; acetylen kann nach beliebigen bekannten Verfahren hergestellt sein. Als Beispiel eines dieser bekannten Verfahren ist die thermische Reaktion von Acrylnitril mit
Chlor in der Gasphase (DOS 1 940 705) zu nennen, wobei ' Cyanacetylen in guter Ausbeute erhalten wird. j

■ ■ ' . j

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter
erläutert. In diesen Beispielen verstehen sich die
Teile als Gewichtsteile, falls nicht anders angegeben.
Gewichtsteile verhalten sich zu Raumteilen wie Gramm
zu Kubikzentimeter.

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.- Beispiel 1 . '

In ein hermetisch verschließbares Gefäß mit einem ■ Fassungsvermögenvon 200 Raumteilen wurden 10,2 Teile Cyanacetylen, 6,5 Teile flüssiger Cyanwasserstoff und 4-0 Raumteile Acetonitril gegeben. Das Reaktionsgefä'ß wurde mit Eiswasser gekühlt. In das Gefäß wurden 0,1 Teile Kaliumcyanid gegeben, worauf das Reaktionsgemisch 2 Stunden bei der vorstehend genannten Temperatur gerührt wurde. Das Gefäß wurde verschlossen und das Gemisch über Nacht der Reaktion bei Raumtemperatur überlassen. Dann wurden die niedrigsiedenden Fraktionen unter vermindertem Druck abdestilliert, wobei 16,5 Teile eines rohen Reaktionsprodukts erhalten wurden. ι

Die Analyse dieses Produkts durch GasChromatographie unter Verwendung von Silicon DC-550-Stearinsäure als Füller ergab, daß das Produkt fast ausschließlich aus Maleinsäurenitril· bestand .und etwa 1$ Fumarsäurenitril als Verunreinigung enthielt. Zur weiteren Reinigung wurde das Produkt der Säulenchromatographie an. Kieselgel· unter Verwendung von Chioroform al·s Lösungsmittel unterworfen. Hierbei wurden 12,7 Teile reines Maieinsäurenitril vom Schmeizpunkt 32 ι sprach einer Ausbeute von 81,5$.

säurenitril vom Schmeizpunkt 32 0 erhaben. Dies ent-

Beispiei 2

Der Versuch wurde auf die in Beispiel· 1 beschriebene Weise durchgeführt mit dem Unterschied, daß das Reaktionsgemisch 7 Stunden auf dem Wasserbad bei etwa 65 bis 7O⁰G in Abwesenheit von Kaiiumcyanid gerührt wurde, Hierbei wurde Maieinsäurenitril· in einer Ausbeute von 60$ erhärten.

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Beispiel 3

Die Reaktion wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise durchgeführt mit dem Unterschied, daß jeweils 0,2 Teile der nachstehend genannten Verbindungen an Stelle von 0,1 Teilen Kaliumcyanid verwendet wurden. Hierbei wurde Maleinsäurenitril in den nachstehend genannten Ausbeuten erhalten·. In gewissen Fällen können die genannten Ausbeuten durch Veränderung oder Wahl der Reaktionsbedingungen (Art und Menge des Lösungsmittels usw.) verbessert werden.

Zugesetzte Verbindung

Ausbeute Bildung von
an Maleinsäure- Pumarsäurenitril nitril in $

(bezogen auf Maleinsäurenitril), bestimmt durch Gaschromatographie

a) Tetraäthylammoniumchlorid

b) Tetraäthylammoniumbromid

c) Tetraäthylammoniumjodid

d) Benzyltrimethylammonium-. chlorid

e) Benzyltrimethylammoniumbromid

f) Benzyltrimethylammoniumjodid

g) Kaliumthiocyanat h) Lithiumchlorid i) Lithiumbromid

j) Kaliumfluorid

k) Kaliumiodid

1) Ealiumformiat

m) Kaliumacetat

η) Natriumcarbonat ο) Lithiumhydroxydmonohydrat

71	4,8
78	8,6
82	2,6 -
80	3,3
87	5,2
87	1,1
82	1,2
82	Spur
85	5,8
73	6,8
92	1,0
71	2,3
70	Spur
74	0,0
82	1,9

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Claims

Patentansprüche

1)^erfahren zur Herstellung von Maleinsäurenitril, dadurch gekennzeichnet, daß man Cyanacetylen mit Cyanwasserstoff umsetzt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in der Flüssigphase durchführt.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion "bei einer Temperatur im Bereich von etwa -20° his 100⁰C durchführt.

4) Verfahren nach Anspruch 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktionsgemisch eine saure Substanz, eine basische Substanz oder ein Salz als Katalysator zusetzt.

5) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als saure Substanz eine Lewis-Säure verwendet.

6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lewis-Säure wasserfreies Aluminiumchlorid oder Kaliumbifluorid verwendet.

7) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als basische Substanz ein Alkalihydroxyd verwendet.

8) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalihydroxyd Lithiumhydroxyd verwendet.

9) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Salz ein quaternäres Ammoniumsalz, ein neutrales bis schwach basisches Salz oder ein saures Salz verwendet.

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.2.506 Q 29

■ ■ . I

10) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 9, dadurch |

gekennzeichnet, daß man als quaternäres Ammonium- ^: salz letraäthylaramoniumchlorid, Tetraäthylammonium-, bromid, Tetraäthylammonium;]odid, Benzyltrimethyl- ; ammoniumchlorid, Benzyltrimethylammoniumbromid oder. Benzyltrimetbylammoniumgodid verwendet.

11) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als neutrales bis schwach basisches Salz ein Älkalihalogenid, ein Salz einer Mineralsäure mit einem Alkalimetall, Kaliumacetat oder Kaliumformiat verwendet.

12) Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalihalogenid Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Kaliumjodid oder Kaliumfluorid verwendet.

13) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,; daß man als Salz einer Mineralsäure mit einem Alkalimetall Kaliumcyanid, Kaliumthiocyanat oder Natriumcarbonat verwendet.

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