DE69918565T2

DE69918565T2 - Verfahren zur herstellung von 4-substituierte n-[(alk-2-en-1-yl)oxy]- und n-aralkyloxy-2,2,6,6-tetraalkylpiperidine

Info

Publication number: DE69918565T2
Application number: DE69918565T
Authority: DE
Inventors: Joseph Edmund Babiarz; Stephen Daniel Pastor; Glen Thomas Cunkle
Original assignee: Ciba Spezialitaetenchemie Holding AG; Ciba SC Holding AG
Current assignee: BASF Schweiz AG
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: CN1149197C; JP2002527425A; US6211378B1; WO2000021933A1; CA2343786A1; EP1121347B1; KR20010075249A; CA2343786C; ES2222731T3; BR9914414A; BR9914414B1; CN1323296A; AU6199699A; EP1121347A1; DE69918565D1; KR100596076B1; ATE270662T1; JP4551000B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von 4-funktionalisierten N-OR-Derivaten der 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidine.
Hintergrund der Erfindung
Die Wasserstoffperoxidoxidation von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinen mit Wasserstoffperoxid allein oder mit Carbonatkatalysatoren oder mit zweiwertigen Metallkatalysatoren ist bekannt. Die US-PSn 5 654 434 und 5 777 126 beschreiben die Oxidation unter Verwendung von Wasserstoffperoxid allein. Die US-PS 5 629 426 offenbart die Anwendung von carbonatkatalysierten Wasserstoffperoxidoxidationen. Die US-PS 5 416 215 beschreibt die Anwendung von zweiwertigen Metallkatalysatoren bei der Wasserstoffperoxidoxidationsreaktion.
E. G. Rozantsev et al., Synthesis, 1971, 190, offenbaren die Anwendung von Wolframatkatalysatoren bei der Wasserstoffperoxidoxidation von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinen.
Die US-PS 5 204 473 beschreibt die Verwendung von tert-Butylhydroperoxid bei der Oxidation von 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinen zu den entsprechenden N-Oxylverbindungen. I. Q. Li et al., Macromolecules, 1996, 29, 8554, und T. J. Connolly et al., Tetrahedron Letters, 1996, 37, 4919, beschreiben die Verwendung von Di-tert-butylperoxid für den gleichen Zweck.
G. G. Barclay et al., Macromolecules, 1997, (30), 1929, beschreiben die Bildung eines Diaddukts eines Nitroxyls mit einer aktivierten Doppelbindung (Styrol).
L. J. Johnson et al., J. of Organic Chem., 1986, (51), 2806, beschreiben die photochemische Abspaltung eines Wasserstoffatoms durch Nitroxyle mit anschließender N-OR-Bildung.
T. J. Connolly et al., Tetrahedron Letters, 1997, (38), 1133, offenbaren die thermische Abspaltung benzylischer Wasserstoffatome mit anschließender N-OR-Bildung.
I. A. Opeida et al., Kinetics and Catalysts, 1995, (36), 441, (Übersetzung aus dem Russischen) beschreiben ebenfalls die thermische Abspaltung von benzylischen Wasserstoffatomen.
Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich beträchtlich von jedem dieser Literaturstellen des Stands der Technik und betrifft die Verwendung von umweltfreundlichem Wasserstoffperoxid mit Wasser als Oxidationsnebenprodukt. Die Bildung von 4-funktionalisierten N-OR-Derivaten wird ohne die Verwendung von organischen Peroxiden und Wasserstoffperoxiden erreicht.
Detaillierte Offenbarung
Das vorliegende Verfahren umfasst zwei Stufen zur Herstellung eines ausgewählten N-OR-Derivats der 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidine zusammen mit einer dritten Stufe, die die Recyclisierung der gleichzeitig mit der gewünschten N-OR-Verbindung erhaltenen N-OH-Verbindung zu dem entsprechenden N-Oxyl-Ausgangsmaterial für die zweite Stufe umfasst.
Das Gesamtverfahren wird nachstehend geschildert: Stufe 1 (Herstellung einer N-Oxylverbindung durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid)
Stufe 2 (Umsetzung von zwei Äquivalenten der N-Oxylverbindung mit einer allylischen oder benzylischen Verbindung (R-H) zur Bildung eines Äquivalents der N-OH-Verbindung und eines Äquivalents der N-OR-Verbindung)
Stufe 3 (Recyclisierung der in Stufe 2 gebildeten N-OH-Verbindung zu der N-Oxylverbindung, die als Zwischenprodukt für Stufe 2 benötigt wird)
In den Formeln A, B, C und D sind
G₁ und G₂ unabhängig Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Methyl, oder G₁ und G₂ sind zusammen Pentamethylen;
steht X für Wasserstoff, Hydroxyl, Oxo, -NH-CO-E, -O-CO-E oder NH-CO-NH-E, worin E Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wobei Alkyl durch Hydroxyl substituiert ist oder E Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, und ist
R wie nachstehend definiert.
In Stufe 2 ist die R-H-Verbindung eine allylische oder benzylische Verbindung, worin das H-Atom in hohem Ausmaß einer Abspaltung durch den N-Oxylrest zugänglich ist, so dass die zwei Äquivalente der N-Oxylverbindung im Wesentlichen mit einem Äquivalent der R-H-Verbindung reagieren, um eine Disproportionierungsreaktion unter Erzielung eines Äquivalents von N-OR und eines Äquivalents von N-OH einzugehen. Was Umweltaspekte und wirtschaftliche Aspekte anbelangt, ist es am zweckmäßigsten, die in Stufe 3 hergestellte N-OH-Verbindung zu dem Ausgangs-N-Oxyl-Zwischenprodukt, das für Stufe 2 benötigt wird, zu recyclisieren.
Vorzugsweise ist in den Verbindungen von R-H, die allylischer Natur sind, R ein Alkenyl mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen wie Cyclohexen, 1,5-Cyclooctadien, Cycloocten, 1-Octen, Allylbenzol, α-Methylstyrol oder β-Methylstyrol (1-Phenyl-1-propen) und in den Verbindungen von R-H, die benzylisch sind, ist R-H eine Verbindung der Formel Y-CH-Z, worin Y und Z unabhängig Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder besagtes Aryl substituiert durch eine bis vier Alkylgruppen mit einer bis vier Kohlenstoffatomen bedeuten, mit der Maßgabe, dass zumindest eines von Y und Z Aryl, zum Beispiel Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Diphenylmethan, Ethylbenzol, Mesitylen oder Durol ist, und wenn Y Aryl ist, Z Teil eines kondensierten Ringsystems mit Methylengruppen wie 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin sein kann.
Meist bevorzugt ist in Stufe 2 die Verbindung R-H Cyclohexen, 1,5-Cyclooctadien, Cycloocten, 1-Octen, α-Methylstyrol, β-Methylstyrol, Toluol, m-Xylol, p-Xylol, Diphenylmethan oder Ethylbenzol.
Meist bevorzugt ist in Stufe 2 die Oxylverbindung der Formel B 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, 1-Oxyl-4-ocetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, 1-Oxyl-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin oder 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch das unabhängige Verfahren umfassend Stufe 2 und Stufe 3 zusammen wie folgt: Stufe 2 (Umsetzung von zwei Äquivalenten des N-Oxyls mit einer allylischen oder benzylischen Verbindung (R-H) zur Bildung eines Äquivalents der N-OH-Verbindung und eines Äquivalents der N-OR-Verbindung)
die Trennung der N-OH- und N-OR-Verbindungen, und Stufe 3 (Recyclisierung der in Stufe 2 gebildeten N-OH-Verbindung zu der als Zwischenprodukt für Stufe 2 benötigten N-Oxylverbindung)
Vorzugsweise beträgt in Stufe 1 und in Stufe 3 die Konzentration des wässrigen Wasserstoffperoxids 30 Gew.-% oder mehr. Wässriges Wasserstoffperoxid von 30 Gew.-%, 50 Gew.-% oder 70 Gew.-% ist wirksam.
Stufe 1 und Stufe 3 können ohne Katalysator durchgeführt werden, wenn die Wasserstoffperoxidoxidation gemäß den US-PSn 5 654 434 und 5 777 126 erfolgt, oder unter Verwendung eines Carbonatkatalysators wie in US-PS 5 629 426 gelehrt.
Die Wasserstoffperoxidoxidation von Stufe 1 und Stufe 3 können auch in Gegenwart eines Wolframatkatalysators oder von zweiwertigen Metallsalzen erfolgen.
Stufe 2 kann in Abwesenheit eines Lösungsmittels oder in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels wie Chlorbenzol durchgeführt werden.
Stufe 2 kann bei einer Temperatur von 50 °C bis 140 °C bei Atmosphärendruck oder bei 50 °C bis 140 °C in einem Druckgefäß erfolgen.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen in keinerlei Hinsicht eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung beinhalten.
Beispiel 1
1-(Cyclohex-2-en-1-yl)-oxy-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 17,05 g (0,10 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 100 ml (0,99 Mol) Cyclohexen unter einer Stickstoffatmosphäre wird bei 70 °C 72 Stunden erhitzt. Die Reaktionsmischung wird filtriert, um 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpipe ridin zu entfernen und das Filtrat wird mit 5 Gew./Nol-% Ascorbinsäure (2 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Acetonitril umkristallisiert, um 4,44 g (36 % Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 65-66,5 °C schmilzt.
¹H-NMR CDCL₃) (499.8493 MHz)δ 1,16 (s, 3H), 1,17 (s, 3H), 1,22 (s, 3H), 1,24 (s, 3H), 1,49 (dd, 2H), 1,50-2,10 (überlappende Multiplets, 6H), 1,82 (dd, 2H), 3,97 (tt, 1H), 4,25 (m, 1H), 5,81 (ddt, 1H). Analyse:

berechnet auf C₁₅H₂₇NO₂: C 71,10; H 10,74; N 5,53.

gefunden: C 71,05; H 10,59; N 5,43.
Beispiel 2
1-(3-Methylbenzyl)-oxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 8,60 g (0,05 Mol) 1-Oxyl-4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 106,17 g (1,0 Mol) m-Xylol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 69 Stunden bei 135-136 °C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (3 × 33 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Heptan umkristallisiert, um 3,50 g (51 % Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 66-67°C schmilzt.
IR (1 % Lösung in Methylenchlorid) υ 3600 cm (OH).
¹H-NMR (CDCL₃)(499.8493 MHz) δ 1,21 (s, 6H), 1,31 (s, 6H), 1,52 (dd, 2H), 1,84 (dd, 2H), 2,37 (s, 3H), 3,99 (tt, 1H), 4,79 (s, 2H), 7,11 (d, 1H), 7,16 (d, 1H), 7,24 (t, 1H). Analyse:

berechnet auf C₁₇H₂₇NO₂: C 73,61; H 9,81; N 5,05.

gefunden: C 73,56; H 9,70; N 4,95.
Beispiel 3
1-(4-Methylbenzyl)-oxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylperidin
Eine Mischung von 8,60 g (0,05 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 106,17 g (1,0 Mol) p-Xylol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 48 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (1 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Heptan umkristallisiert, um 4,00 g (59% Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 92,5-93°C schmilzt.
IR (1% Lösung in Methylenchlorid) υ 3600 cm (OH).
¹H-NMR (CDCL₃) (499.8493 MHz) δ 1,20 (s, 6H), 1,31 (s, 6H), 1,53 (dd, 2H), 1,85 (dd, 2H), 2,36 (s, 3H), 3,99 (tt, 1H), 4,78 (s, 2H), 7,17 (d, 2H), 7,26 (d, 2H). Analyse:

berechnet auf C₁₇H₂₇NO₂: C 73,61; H 9,81; N 5,05.

gefunden: C 73,69; H 9,58; N 5,02.
Beispiel 4
1-(3-Methylbenzyl)-oxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-yl-benzoat
Eine Mischung von 13,77 g (0,05 Mol) 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 106,17 g (1,0 Mol) m-Xylol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 50 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von Hydroxylamin filtriert, und das Filtrat wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (1 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Isopropylalkohol umkristallisiert, um 5,62 g (59% Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 64-65°C schmilzt.
¹H-NMR (CDCL₃) (499.8493 MHz) δ 1,32 (s, 6H), 1,35 (s, 6H), 1,78 (dd, 2H), 2,02 (dd, 2H), 2,38 (s, 3H), 4,83 (s, 2H), 5,32 (tt, 1H), 7,12 (d, 1H), 7,18 (d, 1H), 7,19 (d, 1H), 7,26 (d, 1H), 7,45 (t, 2H), 7,57 (t, 1H), 8,04 (d, 1H). Analyse:

berechnet auf C₂₄H₃₁NO₃: C 75,54; H 8,20; N 3,67.

gefunden: C 74,97; H 8,12; N 4,01.
Beispiel 5
1-(3-Methylbenzyl)-oxy-4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 10,67 g (0,05 Mol) 1-Oxyl-4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 106,17 g (1,0 Mol) m-Xylol unter einer Stickstoffatmosphäre wird bei 133 °C 67 Stunden erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von Hydroxylamin filtriert, und das Filtrat wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (3 × 33 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Acetonitril umkristallisiert, um 4,03 g (51 % Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 163-164,5°C schmilzt.
¹H-NMR (CDCL₃) (499.8493 MHz) δ 1,27 (s, 6H), 1,29 (s, 6H), 1,37 (dd, 2H), 1,83 (dd, 2H), 1,96 (s, 3H), 2,37 (s, 3H), 4,17 (m, 1H), 4,70 (s, 2H), 5,18 (d, NH, 1H), 7,11 (d, 1H), 7,15 (d, 1H), 7,16 (d, 1H), 7,24 (t, 1H). Analyse:

berechnet auf C₁₉H₃₀N₂O₂: C 71,66; H 9,50; N 8,80.

gefunden: C 71,39; H 9,26; N 8,99.
Beispiel 6
1-Benzyloxy-4-hydroxyy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 2,58 g (0,015 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 27,64 g (0,30 Mol) Toluol unter einer Stickstoffatmosphäre wird in einem Druckgefäß 53 Stunden erhitzt. Die Reaktionsmischung wird mit Diethylether verdünnt und die entstandene Mischung wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (1 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Heptan umkristallisiert, um 0,59 g (30% Ausbeute) eines Feststoffs zu ergeben, der bei 86-87°C schmilzt.
IR (1 % Lösung in Methylenchlorid) υ 3595 cm (OH).
¹H-NMR (CDCL₃) (499.8493 MHz) δ 1,12 (s, 6H), 1,23 (s, 6H), 1,44 (dd, 2H), 1,59 (m, 2H), 3,65 (tt, 1H), 4,82 (s, 2H), 7,09 (t, 1H), 7,16 (t, 2H), 7,32 (d, 2H). Analyse:

berechnet auf C₁₆H₂₅NO₂: C 72,97; H 9,57; N 5,32.

gefunden: C 73,18; H 9,63; N 4,99.
Beispiel 7
1-(1-Phenylethyl-oxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 17,23 g (0,10 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 106,17 g (1,0 Mol) Ethylbenzol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 26 Stunden bei 133 °C erhitzt. Die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt, und der Rückstand wird mit Diethylether behandelt. Der Niederschlag von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin wird durch Filtrieren gesammelt, um 12,57 g eines schmutzig-weißen Feststoffs zu ergeben.
¹H-NMR (Dimethylsulfoxid-d₆) (499.8493 MHz) δ 1,02 (s, 6H), 1,05 (s, 6H), 1,24 (dd, 2H), 1,69 (dd, 2H), 3,32 (s, 1H), 3,73 (m, 1H), 4,36 (d, 1H).
Das Filtrat aus der vorstehenden Filtration wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (3 × 33 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Acetonitril umkristallisiert, um 0,82 g (6% Ausbeute) eines weißen Feststoffs zu ergeben, der bei 97-98°C schmilzt.
¹H-NMR (CDCL₃) (499.8493 MHz) δ 0,69 (s, 3H), 1,09 (s, 3H), 1,16 (d, OH, 1H), 1,23 (s, 3H), 1,35 (s, 3H), 1,39 (dd, 1H), 1,49 (dd, 1H), 1,50 (d, 3H), 1,72 (ddd, 1H), 1,85 (ddd, 1H), 3,95 (m, 1H), 4,79 (q, 1H), 7,25 (m, 1H), 7,20-7,33 (überlappendes m, 4H). Analyse:

berechnet auf C₁₇H₂₇NO₂: C 73,61; H 9,81; N 5,05.

gefunden: C 73,42; H 9,68; N 4,93.
Beispiel 8
Reoxidation von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin zu 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Zu einer Lösung von 2,0 g 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin in 25 ml Wasser bei 80°C tropft man zwei (2) Äquivalente 30% Wasserstoffperoxid. Die Umwandlung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin zu 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, wie sowohl durch TLC als auch GLC (Varian Model 3400 Gas Chromatograph J&W Scientific DB 1 Column; 15 m) bestimmt, beträgt 100%.
Beispiel 9
1-(4-Methylbenzyl-oxy-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 8,60 g (0,1 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 53,09 g (0,5 Mol) p-Xylol in 61 ml Chlorbenzol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 56 Stunden bei 140 °C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat wird mit 10 Gew./Vol.-% Ascorbinsäure (3 × 30 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Heptan umkristallisiert, um 3,33 g (48% Ausbeute) der Titelverbindung als weißen Feststoff zu ergeben, der bei 92,5-93°C schmilzt.
Beispiel 10
1-(2-Phenylallyloxy-4-benzyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 1,0 g (3,6 mmol) 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 10 g (85 mmol) α-Styrol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 36 Stunden bei 120°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird im Vakuum eingeengt und die Titelverbindung als blassgelbes Öl nach Säulenchromatographie isoliert.
Beispiel 11
1-(3-Phenylallyloxy)-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 1,0 g (3,6 mmol) 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 10 g (85 mmol) β-Methylstyrol unter einer Stickstoffatmosphäre wird 36 Stunden bei 120°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird im Vakuum eingeengt und die Titelverbindung nach Säulenchromatographie als weißer Feststoff isoliert, der bei 115-116°C schmilzt.
Beispiel 12
1-(Diphenylmethoxy-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin
Eine Mischung von 1,0 g (3,6 mmol) 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 10 g (60 mmol) Diphenylmethan unter einer Stickstoffatmosphäre wird 24 Stunden bei 100°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird im Vakuum eingeengt und die Titelverbindung nach Säulenchromatographie als weißer Feststoff isoliert, der bei 135-136°C schmilzt.
Beispiel 13
1-(Cyclooct-2-enyloxy)-2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidin
Eine Mischung von 15,0 g (0,09 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 126,6 g (1,15 Mol) Cycloocten wird unter einer Stickstoffatmosphäre bei 87-88°C 40 Stunden erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat wird mit 5% Ascorbinsäure (2 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird aus Heptan kristallisiert, um 4,40 g (36% Ausbeute) der Titelverbindung als weißen Feststoff zu ergeben.
¹H-NMR (CDCL₃) (500 MHz) δ 1,114 (s, 3H), 1,16 (s, 3H), 1,21 (s, 3H), 1,26 (s, 3H), 1,27-2,20 (m, 14H), 3,95 (m, 1H), 4,64 (m, 1H), 5,54-5,64 (m, 2H). Analyse:

berechnet auf C₁₇H₃₁NO₂: C 72,55; H 11,10; N 4,98.

gefunden: C 72,69; H 11,13; N 4,73.
Beispiel 14
1-(Cyclohex-2-enyloxy)-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-on
Eine Mischung von 25,0 g (0,15 Mol) 1-Oxyl-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 162,2 g (1,97 Mol) Cyclohexen wird unter einer Stickstoffatmosphäre bei 85-86°C 56 Stunden erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von Hydroxylamin filtriert, und das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird in Heptan gelöst und mit 5% Ascorbinsäure (2 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird durch eine Silicagelsäule mit Heptan/Ethylacetat (9/1) eluiert, um 3,9 g (21 % Ausbeute) der Titelverbindung als gelbes Öl zu ergeben.
¹H-NMR (CDCL₃) (500 MHz) δ 1,10-2,12 (m, 18H), 2,24 (d, 2H), 2,57 (d, 2H), 4,34 (m, 1H), 5,85 (m, 1H), 5,98 (m, 1H). Analyse:

berechnet auf C₁₅H₂₅NO₂: C 71,67; H 10,02; N 5,57.

gefunden: C 71,79; H 10,116; N 5,60.
Beispiel 15
1-(Cycloocta-2,6-dienyloxy)-2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidin
Eine Mischung von 29,4 g (0,17 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 148,0 g (1,37 Mol) 1,5-Cyclooctadien wird unter einer Stickstoffatmosphäre 24 Stunden bei 100°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat mit Heptan (250 ml) verdünnt. Die organische Phase wird mit 5% Ascorbinsäure (2 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und die flüchtigen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird chromatographiert, um 8,1 g (33% Ausbeute) der Titelverbindung als weißen Feststoff zu ergeben.
¹H-NMR (CDCL₃) (500 MHz) δ 1,10-1,28 (m, 12H), 1,47 (5, 2H), 1,82 (d, 2H), 2,06-2,26 (m, 2H), 2,29 (m, 1H), 2,40 (m, 1H), 2,86 (d, 1H), 3,96 (tt, 1H), 5,01 (m, 1H), 5,40-5,70 (m, 4H).
Beispiel 16
1-Oct-2-enyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidin
Eine Mischung von 20,0 g (0,12 Mol) 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin und 164,0 g (1,04 Mol) 1-Octen wird unter einer Stickstoffatmosphäre 24 Stunden bei 100°C erhitzt, und anschließend weitere 24 Stunden bei 115°C. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung von 1,4-Dihydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin filtriert, und das Filtrat mit 10 % (Gew./Vol.) Ascorbinsäure (2 × 50 ml) und destilliertem Wasser (2 × 50 ml) gewaschen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und die flüchti gen Bestandteile werden im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird chromatographiert, um 14,4 g (83% Ausbeute) der Titelverbindung als bernsteinfarbenes Öl zu ergeben.
¹H-NMR (CDCL₃) (500 MHz) δ 0,9 (t, 3H), 1,10-1,36 (m, 16H), 1,39 (m, 2H), 1,45 (t, 2H), 1,82 (d, 2H), 2,04 (q, 2H), 3,96 (m, 1H), 4,20-4,33 (breites d, 2H), 5,50 (m, 1H), 5,68 (m, 4H).
Beispiel 17
Recyclisierung von Hydroxylamin zu N-Oxyl
In den Beispielen 1-7 und 9-16 ist zusammen mit der gebildeten N-OR-Verbindung eine äquivalente Menge der entsprechenden N-OH-Verbindung anwesend. Die Hydroxylamine sind in den Lösungsmitteln wie Toluol oder Xylol unlöslich und können leicht von den Reaktionsmischungen durch einfache Filtration getrennt werden, wie in den verschiedenen Arbeitsbeispielen angegeben. Nach Trennung von der Reaktionsmischung und der gewünschten N-OR-Verbindung durch Filtration wird die entsprechende N-OH-Verbindung unter Verwendung von Wasserstoffperoxid zurück zu der entsprechenden N-Oxylverbindung oxidiert, die als Zwischenprodukt für Stufe 2 erforderlich ist.

Claims

Verfahren, beinhaltend zwei Stufen zur Herstellung eines N-OR-Derivats von 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidinen mit einer dritten Stufe, die die Recyclisierung der gleichzeitig mit der gewünschten N-OR-Verbindung erhaltenen N-OH-Verbindung zurück zu dem entsprechenden N-Oxyl-Ausgangsmaterial für die zweite Stufe beinhaltet, welches umfasst: in Stufe 1 die Herstellung einer N-Oxyl-Verbindung durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid
und in Stufe 2 die Umsetzung von zwei Äquivalenten von N-Oxyl mit einer allylischen oder benzylischen Verbindung (R-H) zur Bildung eines Äquivalents von N-OH-Verbindung und eines Äquivalents der N-OR-Verbindung
die Trennung der N-OH- und N-OR-Verbindungen, und in Stufe 3 die Recyclisierung mit H₂O₂ der in Stufe 2 gebildeten N-OH-Verbindung (D) zurück zur N-Oxyl-Verbindung (B), die als Zwischenprodukt für Stufe 2 benötigt wird,
worin in den Formeln A, B, C und D G₁ und G₂ unabhängig Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen, oder G₁ und G₂ zusammen Pentamethylen sind; X für Wasserstoff, Hydroxyl, Oxo, -NH-CO-E, -O-CO-E oder NH-CO-NH-E steht, worin E Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder besagtes Alkyl, das durch Hydroxyl substituiert ist, darstellt oder E Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, und R Alkenyl mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen; Y-CH-Z, worin Y und Z unabhängig Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder besagtes Aryl sind, das durch 1 bis 4 Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert ist, bedeutet, mit der Maßgabe, dass zumindest eines von Y und Z Aryl ist und wenn Y Aryl ist, Z Teil eines kondensierten Ringsystems mit Methylengruppen sein kann.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin G₁ und G₂ jeweils Methyl bedeuten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin in Stufe 2 die Verbindung R-H Cyclohexen, 1,5-Cyclooctadien, Cycloocten, 1-Octen, Allylbenzol, α-Methylstyrol, β-Methylstyrol, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin, Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Diphenylmethan, Ethylbenzol, Mesitylen oder Durol ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin in Stufe 2 die Oxylverbindung der Formel B 1-Oxyl-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, 1-Oxyl-4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidin, 1-Oxyl-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin oder 1-Oxyl-4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin in Stufe 1 und in Stufe 3 die Konzentration des wässrigen Wasserstoffperoxids 30 Gew.-% oder mehr beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin Stufe 2 in Abwesenheit von Lösungsmittel oder in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels wie Chlorbenzol durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin Stufe 2 bei einer Temperatur von 50 °C bis 140 °C bei Atmosphärendruck oder bei 50 °C bis 140 °C in einem Druckgefäß durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines ausgewählten N-OR-Derivats der 2,2,6,6-Tetraalkylpiperidine mit einer anschließenden Stufe, die die Recyclisierung der gleichzeitig mit der gewünschten N-OR-Verbindung erhaltenen N-OH-Verbindung zu dem entsprechenden N-Oxyl-Ausgangsmaterial der Anfangsstufe beinhaltet, das umfasst: die Umsetzung von zwei Äquivalenten des N-Oxyls mit einer allylischen oder benzylischen Verbindung (R-H) zur Bildung eines Äquivalents der N-OH-Verbindung und eines Äquivalents der N-OR-Verbindung
die Trennung der N-OH- und N-OR-Verbindungen, und die Recyclisierung mit H₂O₂ der gebildeten N-OH-Verbindung (D) zurück zur N-Oxyl-Verbindung (B), worin in den Formeln B, C und D , G₁ und G₂ unabhängig Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen sind, oder G₁ und G₂ gemeinsam Pentamethylen bedeuten; X Wasserstoff, Hydroxyl, Oxo, -NH-CO-E, -O-CO-E oder -NH-CO-NH-E ist, worin E Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, besagtes Alkyl, das durch Hydroxyl substituiert ist, bedeutet, oder E Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, und R Alkenyl mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen; Y-CH-Z, worin Y und Z unabhängig Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, Aryl mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder besagtes Aryl sind, das durch 1 bis 4 Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert ist, bedeutet, mit der Maßgabe, dass zumindest eines von Y und Z Aryl ist und wenn Y Aryl ist, Z Teil eines kondensierten Ringsystems mit Methylengruppen sein kann.