DE102005057715A1

DE102005057715A1 - Prozess zur Herstellung symmetrischer und unsymmetrischer N,N-Dihydrocarbylhydroxylamine

Info

Publication number: DE102005057715A1
Application number: DE102005057715A
Authority: DE
Inventors: Gunter Dr.rer.nat. Scherhag; Lars Dr. Wittenbecher
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-06
Also published as: US7396959B2; US20070129574A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen der allgemeinen Formel (I) DOLLAR F1 worin R·1·, R·2·, R·3· und R·4· unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, aliphatischen, cycloaliphatischen, heteroaromatischen und aromatischen Resten oder worin R·1· und R·2· und/oder R·3· und R·4· zu einem Ring verbunden sind und wobei nicht mehr als einer der Reste R·1·, R·2·, R·3· und R·4· Wasserstoff ist, umfassend die Schritte a) Umsetzung von Hydroxylamin H¶2¶NOH oder einem Salz von Hydroxylamin mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) DOLLAR F2 worin R·1·, R·2·, R·3· und R·4· die gleichen Bedeutungen haben wie in Formel (I), b) Hydrierung der in Schritt a) gebildeten Verbindung in Gegenwart eines Katalysators, c) weitere Umsetzung der in Schritt b) gebildeten Verbindung mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) und Hydrierung der Reaktionsmischung in Gegenwart eines Katalysators und d) gegebenenfalls Umsetzung des in Schritt c) gebildeten Salzes des Dihydrocarbylhydroxylamins mit einer Base.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen.
Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Typischerweise werden N,N-Dihydrocarbylhydroxylamine durch Oxidation des Stickstoffatoms der entsprechenden Amine hergestellt. Nachteilig an dem genannten Verfahren ist der Einsatz der teueren N,N-Dialkylamine als Ausgangsverbindungen.

US 4,876,300 offenbart die Verwendung von langkettigen N,N-Dialkylhydroxylaminen als Stabilisatoren für Polyolefin-Zusammensetzungen während deren Herstellung. Es ist des Weiteren offenbart, dass die eingesetzten langkettigen N,N-Dialkylhydroxylamine durch verschiedene Verfahren hergestellt werden können, beispielsweise

– Oxidation der korrespondierenden sekundären Amine mit wässriger Wasserstoffperoxidlösung, um die entsprechenden N,N-Dialkylhydroxylamine direkt zu erhalten,
– Addition des entsprechenden sekundären Amins an α,β-ungesättigte Verbindungen, beispielsweise Alkylacrylate, um das entsprechende Michael-Additions-Produkt zu erhalten, welches in einem weiteren Verfahrensschritt mit wässriger Wasserstoffperoxidlösung in das korrespondierende tertiäre Aminoxid überführt wird, und durch anschließende Eliminierung der α,β-ungesättigten Verbindung das N,N-Dialkylhydroxylamin liefert,
– Metathesereaktion zwischen einem Alkylhalogenid und einem Hydroxylamin in Gegenwart einer alkalischen Verbindung wie beispielsweise Natrium-Amid, oder Reaktion eines Amins mit einer Peroxy-Verbindung, wie beispielsweise Benzoylperoxid, gefolgt von Verseifung der intermediär gebildeten Verbindung, um das entsprechende Hydroxylamin zu erhalten.

EP 0 495 756 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen (RCH₂)₂NOH ausgehend von Aldehyden und Hydroxylaminhydrochlorid unter Hydrierungs-Bedingungen in einem einstufigen Verfahren. Dazu werden zwei Äquivalente Aldehyd mit Hydroxylaminhydrochlorid in Gegenwart von Wasserstoff und einem geeigneten Edelmetallkatalysator zu den entsprechenden N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen umgesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von symmetrischen und unsymmetrischen N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen (R¹R²CN)(R³R⁴CH)NOH, wobei mindestens drei der Reste R¹, R², R³ und R⁴ nicht Wasserstoff sind, bereitzustellen, welches sich durch einfache Reaktionsführung, preiswerte Ausgangsstoffe und die Möglichkeit auszeichnet, dass N,N-Dihydrocarbylhydroxylamine hergestellt werden, die zumindest an einem der an die Hydroxylamin-Gruppierung angrenzenden Kohlenstoffatome doppelt substituiert sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen der allgemeinen Formel (I)

worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, verzweigten oder unverzweigten, aliphatischen, cycloaliphatischen, heteroaromatischen und aromatischen Resten mit 1 bis 32 Kohlenstoffatomen, oder worin R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ zu einem Ring mit insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen verbunden sind, und wobei nicht mehr als eins aus R¹, R³, R² und R⁴ Wasserstoff ist, umfassend die folgenden Schritte:

a) Umsetzung von Hydroxylamin H₂NOH oder einem Salz von Hydroxylamin mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III)
worin R¹, R², R³ und R⁴ die gleichen Bedeutungen haben wie in Formel (I),
b) Hydrierung der in Schritt a) gebildeten Verbindung in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, wobei das entsprechende Monohydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Monohydrocarbylhydroxylamins erhalten wird,
c) weitere Umsetzung der in Schritt b) gebildeten Verbindung mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) und Hydrierung der Reaktionsmischung in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall in einem wässrigen Medium bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, wobei das entsprechende Dihydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Dihydrocarbylhydroxylamins gebildet wird, und
d) falls in Schritt a) ein Salz von Hydroxylamin eingesetzt worden, Umsetzung des in Schritt c) gebildeten Salzes des Dihydrocarbylhydroxylamins mit einer Base.

In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden N,N-Dihydrocarbylhydroxylamine der allgemeinen Formel (I)

hergestellt, worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, verzweigten oder unverzweigten, aliphatischen, cycloaliphatischen, heteroaromatischen und aromatischen Rest mit 1 bis 32 Kohlenstoffatomen, oder worin R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ zu einem Ring mit insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen verbunden sind und wobei nicht mehr als eins aus R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet keines von R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff, d.h. dass die Verbindungen der allgemeinen Formeln (II) und (III) Ketone sind.

Unter aliphatischem Rest ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein verzweigter oder unverzweigter gesättigter oder ungesättigter Rest mit 1 bis 32 Kohlenstoffatomen zu verstehen. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeuten R¹, R², R³ oder R⁴ unabhängig voneinander verzweigte oder unverzweigte, aliphatische Reste mit 1 bis 12, besonders bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl und Hexyl. Diese aliphatischen Reste können mit funktionellen Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Amin-, Aldehyd-, Keton-, Ether-, Amin-, Imin-, Amid-, Imid- und Halogenid-Gruppe, substituiert sein.

Unter cycloaliphatischem Rest ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein verzweigter oder unverzweigter gesättigter oder ungesättigter cyclischer Rest mit 3 bis 32 Kohlenstoffatomen zu verstehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedeuten R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander cycloaliphatische Reste mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Cyclopentyl oder Cyclohexyl, die ihrerseits mit aliphatischen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder funktionellen Gruppen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Amin-, Aldehyd-, Keton-, Ether-, Amin-, Imin-, Amid-, Imid- und Halogenid-Gruppe, substituiert sein können.

Unter heteroaromatischem Rest ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein gesättigter oder ungesättigter cyclischer Rest mit 3 bis 32 Kohlenstoffatomen zu verstehen, der zusätzlich Heteroatome ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N, O, P und S im Ring aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedeuten R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander heteroaromatische Reste mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen und Heteroatomen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N, O, P und S, die ihrerseits mit aliphatischen Rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, funktionellen Gruppen und/oder Halogenen, beispielsweise Fluor, Chlor, Brom, substituiert sein können.

Unter aromatischem Rest ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein aromatischer, ein- oder mehrkerniger cyclischer Rest mit 4 bis 32 Kohlenstoffatomen zu verstehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedeuten R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander aromatische Reste mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, die ihrerseits mit einem oder mehreren aliphatischen Resten mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder funktionellen Gruppen substituiert sein können, bevorzugte aromatische Reste sind beispielsweise Benzyl, Toluyl, Xylyl.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ jeweils einen Ring mit insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, welcher seinerseits durch lineare oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und funktionellen Gruppen ausgewählt aus der Gruppe aus der Amin-, Aldehyd-, Keton-, Ether-, Amin-, Imin-, Amid-, Imid- und Halogenid-Gruppe substituiert sein kann, bevorzugt bilden R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ jeweils einen Ring mit 5, 6, 7 oder 8 Kohlenstoffatomen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reste R¹, R², R³ und R⁴ in der allgemeinen Formel (I) identisch.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Reste R¹ und R² und die Reste R³ und R⁴ jeweils identisch, und die Reste R¹ und R³ und die Reste R² und R⁴ unterscheiden sich voneinander.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden R¹/R² und R³/R⁴ in den Verbindungen der allgemeinen Formel (I), (II) und (III) jeweils einen gesättigten Ring mit 6 Kohlenstoffatomen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Reste R³ und R⁴ einen gesättigten Ring mit 5, 6, 7 oder 8 Kohlenstoffatomen und die Reste R¹ und R² sind identisch, beispielsweise Methyl oder Ethyl.

Des Weiteren ist bevorzugt, dass in der allgemeinen Formel (I), (II) und (III) R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl und Pentyl.

Ganz besonders bevorzugt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein N,N-Dihydrocarbylhydroxylamin der allgemeinen Formel (I) hergestellt, in der R¹ und R² und R³ und R⁴ jeweils einen gesättigten Ring mit 6 Kohlenstoffatomen bilden, oder R¹ und R² Methyl sind und R³ und R⁴ einen gesättigten Ring mit 6 Kohlenstoffatomen bilden, oder in der R¹, R², R³ und R⁴ jeweils Methyl bedeuten, d.h. besonders bevorzugt werden als Verbindungen der allgemeinen Formeln (II) und (III) Cyclohexanon oder Aceton eingesetzt.

Somit werden ganz besonders bevorzugt durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung Dicyclohexylhydroxylamin (IV), Cyclohexylisopropylhydroxylamin (V), Diisopropylhydroxylamin (VI) oder Mischungen davon hergestellt.

Die Ausgangsmaterialien für das Verfahren sind leicht erhältliche Ketone oder gegebenenfalls Aldehyde und preiswertes, leicht verfügbares Hydroxylamin oder ein geeignetes Salz von Hydroxylamin. Dies gestattet eine große Flexibilität bei den Synthesen, da eine breite Vielzahl von Ketonen und Aldehyden verfügbar ist und es keine Notwendigkeit zur Isolierung etwaiger Zwischenprodukte, wie der Oxime, gibt.

Durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren werden symmetrisch oder asymmetrisch substituierte N,N-Dihydrocarbylhydroxylamine durch Reaktion von einem oder zwei Ketonen oder einem Aldehyd und einem Keton und von Hydroxylamin oder einem Salz von Hydroxylamin in Gegenwart von Wasserstoff und einem Hydrierungskatalysator hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) und in Schritt c) eine Verbindung der allgemeinen Formel (III) eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) und (III) Ketone.

Nachfolgend werden die einzelnen Schritte des Verfahrens beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a), b) und c) in einem einzigen Reaktor ohne Isolierung und/oder Aufreinigung der Zwischenprodukte durchgeführt.

Schritt a):

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Hydroxylamin H₂NOH oder ein Salz von Hydroxylamin mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III)

worin R¹, R², R³ und R⁴ die gleichen Bedeutungen haben wie in Formel (I) umgesetzt.

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Allgemeinen eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) mit Hydroxylamin oder einem Salz von Hydroxylamin umgesetzt, wobei in dem Reaktionsschema beispielhaft eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) und Hydroxylamin angegeben ist:

In Schritt a) wird aus einem Keton oder Aldehyd und Hydroxylamin oder einem Salz von Hydroxylamin das entsprechende Oxim (VII) oder das Salz des entsprechenden Oxims gebildet.

Die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) und (III) sind Ketone oder Aldehyde, wobei in das erfindungsgemäße Verfahren entweder ein Keton, zwei verschiedene Ketone oder ein Keton und ein Aldehyd eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) ein Salz von Hydroxylamin eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) Hydroxylamin in Form seines Hydrochlorids oder seines Hemisulfats eingesetzt.

Das Verhältnis von Hydroxylamin zur Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) ist abhängig davon, ob in dem erfindungsgemäßen Verfahren symmetrische oder unsymmetrische Verbindungen der allgemeinen Formel (I) hergestellt werden.

Werden unsymmetrische Verbindungen der allgemeinen Formel (I) hergestellt, so beträgt das Molverhältnis von Hydroxylamin oder einem Salz von Hydroxylamin zu der Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) in Schritt a) im Allgemeinen 1.5 : 0.8, bevorzugt 1,4 : 0.9, besonders bevorzugt 1.3 : 1.0.

Werden symmetrische Verbindungen der allgemeinen Formel (I) hergestellt, so beträgt das Molverhältnis von Hydroxylamin oder einem Salz von Hydroxylamin zu der Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) in Schritt a) im Allgemeinen 0.5 : 5, bevorzugt 0.8 : 4, besonders bevorzugt 1.0 : 2.0 bis 3.0.

Der Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Allgemeinen in allen dem Fachmann bekannten Reaktoren durchgeführt werden, beispielhaft sind genannt: Reaktoren aus Glas und/oder Metall, bevorzugt Edelstahl, bevorzugt mit einem Volumen von 0.5 bis 50 l. Die Reaktoren sind mit geeigneten Rührern, beispielsweise Scheibenrührern mit Stromstörern ausgestattet. Es ist möglich, dass in Schritt a) eine Verbin dungen der allgemeinen Formel (II) oder (III) vorgelegt und Hydroxylamin oder ein Salz von Hydroxylamin zugegeben werden. Es ist aber auch möglich, dass in der umgekehrten Reihenfolge vorgegangen wird, d.h. dass Hydroxylamin oder ein Salz von Hydroxylamin vorgelegt werden und eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) zugegeben werden. Des Weiteren ist es möglich, dass bereits in Schritt a) der Katalysator enthaltend ein Edelmetall aus Schritt b) vorgelegt wird, und Hydroxylamin oder Salz von Hydroxylamin, und dann Keton oder Ketone und gegebenenfalls Aldehyd zugegeben werden.

Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer bevorzugten Ausführungsform in einem sauren Lösungsmittel, besonders bevorzugt in einem sauren, wässrigen Lösungsmittel, durchgeführt. Durch Verwendung eines Salzes des Hydroxylamins wird die Reaktionslösung durch Freisetzen der entsprechenden Säure angesäuert. Wird in Schritt a) kein Salz des Hydroxylamins zugegeben, kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren Säure, beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure zugegeben werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem sauren, wässrigen Lösungsmittel durchgeführt

Das erfindungsgemäß eingesetzte Lösungsmittel kann auch Alkohole enthalten. Geeignete Alkohole oder Gemische, die Alkohol enthalten sind: niedere Alkohole, wie z.B. C₁-C₃-Alkohole, z.B. Methanol, Ethanol, Isopropanol, Propanol, Methanol/Ethylacetat-Gemische, Methanol/Methylenchlorid-Gemische, Ethanol/Ethylacetat-Gemische, Alkohol/Tetrahydrofuran-Gemische und höhere Alkohole, wie z.B. C₄-C₁₀-Alkohole, z.B. n-Octanol, iso-Butanol, gegebenenfalls im Gemisch mit Wasser. Ist in dem Lösungsmittel in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens Alkohol enthalten, so liegt dieser zu 50 bis 80 Gew.-% vor.

Schritt a) wird bevorzugt bei einer Temperatur von 0 bis 70 °C, besonders bevorzugt 25 bis 70 °C, ganz besonders bevorzugt 40 bis 65 °C durchgeführt.

Schritt b):

In Schritt b) wird das in Schritt a) gebildete Oxim in Gegenwart eines Katalysator enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, bevorzugt 90 bis 120 Mol%, besonders bevorzugt 105 bis 110 Mol%, hydriert, wobei das entsprechende Monohydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Monohydrocarbylhydroxylamins erhalten wird.

Es wurde gefunden, dass dadurch, dass die Hydrierung unter Kontrolle des Wasserstoffverbrauchs durchgeführt wird, der Anteil an unerwünschten Nebenprodukten gesenkt werden kann.

In Schritt b) wird aus einem Oxim (VII) oder einem Salz des Oxims und Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators das entsprechende Monohydrocarbylhydroxylamin (VIII) oder ein Salz des entsprechenden Monohydrocarbylhydroxylamins gebildet, wobei in dem Reaktionsschema beispielhaft als Substrat eine Verbindung der allgemeinen Formel (VII) angegeben ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsgemisch aus Schritt a) ohne weitere Aufarbeitung in Schritt b) eingesetzt. Besonders bevorzugt wird direkt im Anschluss an Schritt a) im gleichen Reaktor Schritt b) durchgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird nach Zugabe des Ketons zu der Mischung aus Hydroxylamin oder eines Salzes von Hydroxylamin und dem Katalysator in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens Wasserstoff in den Reaktor eingeleitet.

Werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren unsymmetrische Verbindungen der allgemeinen Formel (I) hergestellt, so beträgt das Molverhältnis von Oxim der allgemeinen Formel (VII) zu der Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) in Schritt b) im Allgemeinen 0.5 : 1.5, bevorzugt 0.7 : 1.3, besonders bevorzugt 1.0 : 1.0.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Temperatur von 0 bis 70 °C, besonders bevorzugt 25 bis 70 °C, ganz besonders bevorzugt 40 bis 65 °C durchgeführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Hydrierung in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Druck von 1 bis 100 bar, bevorzugt 1 bis 10 bar, besonders bevorzugt 1 bis 3 bar durchgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Edelmetall ausgewählt aus der Gruppe der Platinmetalle. Die Gruppe der Platinmetalle umfasst Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium, Osmium und Iridium. Besonders bevorzugt wird als katalytisch aktives Metall Platin oder Palladium eingesetzt.

Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Katalysator eingesetzt, in dem das katalytisch aktive Metall auf einen entsprechenden Träger aufgebracht ist. Das Material des Trägers ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Kohlenstoff, Graphit und Mischungen davon, besonders bevorzugt Graphit.

Das katalytisch aktive Metall kann im Allgemeinen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren auf den Träger aufgebracht werden, beispielsweise Imprägnieren des Trägers mit einer Lösung, beispielsweise einer wässrigen Lösung, einer Verbindung enthaltend das aktive Metall mit anschließender Trocknung und Reduktion, Aufdampfen des katalytisch aktiven Metalls auf den Träger oder Fällung. Als katalytisch aktive Komponente kann das elementare Metall oder eine Verbindung des Metalls, bevorzugt ein Oxid, eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil des Edelmetalls auf dem Träger 0,3 bis 15,0 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 3,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 1 Gew.-%.

Zu typischen Edelmetall-Hydrierungskatalysatoren, die in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden, gehören 5% Platin auf Kohlenstoff, 10% Platin auf Kohlenstoff, Platinoxid, eine Kombination von 5% Platin auf Kohlenstoff mit Platinoxid und 5% Palladium auf Kohlenstoff.

Die katalytisch wirksame Menge des Katalysators beträgt 0,001 bis 1 Mol%, bevorzugt 0,01 bis 0,5 Mol%, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,1 Mol% bezogen auf das Keton oder den Aldehyd. Ein Katalysator enthaltend Platin wird bevorzugt.

Es ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass Schritt a) und Schritt b) nacheinander durchgeführt werden, d.h. Keton oder Aldehyd und Hydroxylamin oder ein Salz von Hydroxylamin werden zusammen gegeben und zur Reaktion gebracht und anschließend wird der Katalysator zugefügt und in einer Wasserstoffatmosphäre wird hydriert. Es ist aber auch möglich, dass Hydroxylamin oder ein Salz von Hydroxylamin, Keton oder Aldehyd und Hydrierungskatalysator gleichzeitig in einer Wasserstoffatmosphäre umgesetzt werden.

Das in Schritt b) erhaltene Produkt kann im Allgemeinen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren isoliert und/oder aufgereinigt werden. Bevorzugt schließt sich Schritt c) ohne vorherige Isolierung und/oder Aufreinigung des Produktes aus Schritt b) an.

Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beendet, wenn die entsprechende Menge Wasserstoff verbraucht worden ist. Das ist im Allgemeinen nach etwa 30 Minuten bis 12 Stunden der Fall.

Schritt c):

In Schritt c) wird das in Schritt b) gebildete Mono-Hydrocarbylhydroxylaminderivat weiter mit mindestens einem Äquivalent, bevorzugt mit einem Äquivalent der Verbindungen der allgemeinen Formel (II) oder (III) umgesetzt, und die Reaktionsmischung wird in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, bevorzugt 90 bis 120 Mol%, besonders bevorzugt 100 bis 110 Mol% hydriert, wobei das entsprechende Dihydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Dihydrocarbylhydroxylamins gebildet wird.

Auch in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dadurch, dass die Hydrierung unter Kontrolle des Wasserstoffverbrauchs durchgeführt wird, möglich, den Anteil an unerwünschten Nebenprodukten zu senken.

In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Monohydrocarbylhydroxylaminderivat mit Verbindungen der allgemeinen Formel (II) oder (III) umgesetzt, und die Reaktionsmischung wird in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall hydriert, so dass das entsprechende Dihydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Dihydrocarbylhydroxylamins gebildet wird, wobei in dem Reaktionsschema beispielhaft als Substrate eine Verbindung der allgemeinen Formel (VIII) und eine Verbindung der allgemeinen Formel (III) angegeben sind.

In Schritt c) wird aus einem Monohydrocarbylhydroxylamin (VIII) oder einem Salz des Monohydrocarbylhydroxylamins und einem weiteren Keton oder Aldehyd (III) in Gegenwart von Wasserstoff und eines Katalysators das entsprechende Dihydrocarbylhydroxylamin (I) oder ein Salz des entsprechenden Dihydrocarbylhydroxylamins durch eine reduktive Kupplung gebildet.

Wurde in Schritt a) ein Aldehyd zudosiert, wird in Schritt c) ein Keton zudosiert.

Schritt c) wird bevorzugt im gleichen Reaktor durchgeführt wie die Schritte a) und b), so dass zu der Reaktionsmischung aus Schritt b) Keton oder gegebenenfalls Aldehyd zudosiert wird, ohne dass die Reaktionsmischung isoliert und/oder aufgereinigt wird.

Die Umsetzung des Monohydrocarbylhydroxylamins oder des Salzes des Monohydrocarbylhydroxylamins mit einem Keton oder gegebenenfalls einem Aldehyd wird in Schritt c) in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol%, bevorzugt 90 bis 120 Mol%, besonders bevorzugt 100 bis 110 Mol% der Theorie hydriert.

Die Hydrierung wird analog der Hydrierung gemäß Schritt b) durchgeführt. Bevorzugt wird in Schritt c) der gleiche Katalysator wie in Schritt b) eingesetzt, d.h. dass der aus Schritt b) noch vorhandene Hydrierungskatalysator auch in dieser Stufe wieder verwendet wird, und dass durch Einleiten von Wasserstoff hydriert wird.

Bezüglich des Lösungsmittels, der im Verfahren vorliegenden Temperaturen und des Druckes gilt das bereits zu den Schritten a) und b) Gesagte. Da die Schritte a), b) und c) bevorzugt nacheinander in dem gleichen Reaktor durchgeführt werden, wird auch bevorzugt in den Schritten a), b) und c) das gleiche Lösungsmittel verwendet.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte a) bis c) im gleichen Reaktor ohne Isolierung und/oder Aufreinigung der Zwischenprodukte in einer konstanten Wasserstoff-Atmosphäre durchgeführt (Eintopfverfahren).

Wenn die Wasserstoffaufnahme beendet ist, im Allgemeinen nach etwa 30 Minuten bis 12 Stunden, wird der Katalysator im Allgemeinen durch Filtration entfernt. Das Filtrat wird üblicherweise eingedampft, um das vorhandene Lösungsmittel zu entfernen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Temperatur in den Schritten a), b) und c) 0 bis 100 °C, bevorzugt 25 bis 70 °C, besonders bevorzugt 40 bis 65 °C.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a), b) und c) in dem Lösungsmittel durchgeführt, welches in Schritt a) eingesetzt wird. Somit werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Schritte a), b) und c) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem sauren, wässrigen Lösungsmittel durchgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das saure, wässrige Lösungsmittel einen oder mehrer Alkohole.

Schritt d):

Falls in Schritt a) ein Salz des Hydroxylamins eingesetzt worden ist, wird in dem optionalen Schritt d) das gebildete Salz des Dihydrocarbylhydroxylamins mit einer Base, bevorzugt Natronlauge und/oder Kalilauge, umgesetzt.

Schritt d) wird nur dann durchgeführt, wenn der in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Salz von Hydroxylamin eingesetzt wird.

Ist das Produkt eine Flüssigkeit, kann es gegebenenfalls durch allgemein bekannte Methoden wie Destillation, Chromatographie, Wäsche und/oder Extraktion gereinigt werden.

Wenn das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Feststoff ist, wird es im Allgemeinen durch Filtration isoliert und durch Umkristallisation gereinigt. Alternativ dazu kann das Produkt durch Extraktion der Alkalilösung mit einem organischen Lösungsmittel wie Ethylacetat oder Methylenchlorid isoliert werden, und dann kann es erforderlichenfalls gereinigt werden.

Die Prüfung des Rohproduktes des vorliegenden Verfahrens mittels ¹H-NMR zeigt, dass die Produkte im Allgemeinen eine Reinheit von mehr als 90% haben. Eine weitere Reinigung durch Umkristallisation usw. ist somit im Allgemeinen nicht notwendig.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Ketone, Aldehyde und Hydroxylamin oder Salze von Hydroxylamin sind kommerziell erhältlich oder durch dem Fachmann bekannte Verfahren leicht herstellbar.

Beispiele:

Die Versuche werden in Standardminiplantreaktoren der Größe 0,75 und 2,5 Liter durchgeführt. Die Reaktoren haben einen Scheibenrührer mit sechs Blättern und ein Gaseinleitungsrohr, welches das Gas unterhalb des Rührers entlässt. Der Energieeintrag durch den Rührer liegt bei etwa 4 W/l. Der eingesetzte Katalysator enthält Platin als katalytisch aktives Metall. Es wird bei Normaldruck hydriert. Als Analysenmethode werden ¹H-NMR und Titration eingesetzt.

Beispiel 1: Herstellung von Dicyclohexylhydroxylamin-hemisulfat (DCHAS)

Eine wässrige Lösung von 1346 g Hydroxylammoniumsulfalt-Lösung (24,4%ig) wird angesetzt (= 4,00 Mol Hydroxylamin). Hierzu werden 79,0 g feuchter Hydrierkatalysator gegeben. Unter Rühren werden innerhalb 30 Min bei Raumtemperatur 477,9 g (4,87 Mol) Cyclohexanon mittels Desagapumpe zudosiert. Dabei steigt die Innentemperatur bis auf 38,2 °C an. Es wird mit H₂ gespült und anschließend die Hydrierung bei 60 °C gestartet. Der Wasserstoff wird während der gesamten Zeit über das Begasungsrohr zugeführt. Nach ca. 3 Stunden sind 103% der theoretischen H₂-Menge aufgenommen und es wird gemäß dem bestimmten CHAS-Gehalt (per ¹H-NMR) nochmals 255,2 g (2,6 Mol) Cyclohexanon mittels Desagapumpe zudosiert. Anschließend wird bei 60 °C weiterhydriert (mit H₂ spülen) bis der Theoriewert des Wasserstoffs (2,6 Mol) des zugegebenen Anions) erreicht wird.

Aus dem dann gemessenen NMR-Spektrum ist ersichtlich, dass DCHAS entstanden ist. Als Verunreinigungen sind in Spuren Oxim, Ammoniumsulfat, CHAS, Cyclohexylamin-hemisulfat und Dicyclohexylamin-hemisulfat im NMR-Spektrum erkennbar.

Es wird vom Katalysator abfiltriert und das Filtrat mittels Toluolwäsche vom restlichen Oxim gesäubert. Nach Einengen kann schließlich das DCHAS durch Kristallisation in der Kälte als farbloser Feststoff erhalten werden. Die Reinheit beträgt ca. 90–95%.

Beispiel 2: Herstellung von Cyclohexylisopropylhydroxylamin-hemisulfat (CIPHAS)

Eine wässrige Lösung von 1800 g Hydroxylammoniumsulfat-Lösung (25%ig) wird angesetzt (= 5,39 Mol Hydroxylamin). Hierzu werden 79,0 g feuchter Hydrierkatalysator gegeben. Die freie Schwefelsäure in der Lösung wird mit 36,7 g 50%iger Natronlauge (= 0,458 Mol) innerhalb 2 Min teilneutralisiert. Unter Rühren wird auf 50 °C thermostatisiert und innerhalb von 30 Min 477,9 g (4,87 Mol) Cyclohexanon mittels Desagapumpe zudosiert. Es wird gespült und die Hydrierung unter starkem Rühren gestartet. Der Wasserstoff wird während der gesamten Zeit über das Begasungsrohr zugeführt. Nach Erreichen von 100% H₂ d. Theorie werden 167 g (2,88 mol) Aceton bei 50 °C zugefahren. Anschließend wird weiter hydriert. Schließlich wird CIPHAS als Hauptprodukt nachgewiesen. Durch Umsetzten mit Natronlauge kann das freie Hydroxylaminderivat erhalten werden. Eine Aufarbeitung wird nicht durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von N,N-Dihydrocarbylhydroxylaminen der allgemeinen Formel (I)
worin R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Wasserstoff, verzweigten oder unverzweigten, aliphatischen, cycloaliphatischen, heteroaromatischen und aromatischen Resten mit 1 bis 32 Kohlenstoffatomen, oder worin R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ zu einem Ring mit jeweils insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen verbunden sind, und wobei nicht mehr als einer der Reste R¹, R², R³ und R⁴ Wasserstoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: a) Umsetzung von Hydroxylamin H₂NOH oder einem Salz von Hydroxylamin mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III)
worin R¹, R², R³ und R⁴ die gleichen Bedeutungen haben wie in Formel (I), b) Hydrierung der in Schritt a) gebildeten Verbindung in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, wobei das entsprechende Monohydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Monohydrocarbylhydroxylamin erhalten wird, c) weitere Umsetzung der in Schritt b) gebildeten Verbindung mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (II) oder (III) und Hydrierung der Reaktionsmischung in Gegenwart eines Katalysators enthaltend ein Edelmetall bis zu einem Wasserstoffverbrauch von 60 bis 130 Mol% der Theorie, wobei das entsprechende Dihydrocarbylhydroxylamin oder das Salz des entsprechenden Dihydrocarbylhydroxylamins gebildet wird, und d) falls in Schritt a) ein Salz von Hydroxylamin eingesetzt worden, Umsetzung des in Schritt c) gebildeten Salzes des Dihydrocarbylhydroxylamins mit einer Base.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R¹, R², R³ und R⁴ identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R¹ und R² und die Reste R³ und R⁴ jeweils identisch sind, und sich die Reste R¹ und R³ und die Reste R² und R⁴ voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ und R² und/oder R³ und R⁴ einen Ring mit jeweils insgesamt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) eine Verbindung der allgemeinen Formel (II) und in Schritt c) eine Verbindung der allgemeinen Formel (III) eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungen der allgemeinen Formel (I), (II) und (III) jeweils R¹/R² und R³/R⁴ einen gesättigten Ring mit 6 Kohlenstoffatomen bilden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungen der allgemeinen Formeln (I), (II) und (III) R¹, R², R³ und R⁴ ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl und Pentyl.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ und R² jeweils Methyl bedeuten und R³ und R⁴ einen gesättigten Ring mit 6 Kohlenstoffatomen bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall in Schritt b) und c) auf einen Träger aufgebracht ist aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Kohlenstoff, Graphit und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Edelmetalls auf dem Träger 0,3 bis 15,0 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetall ausgewählt ist aus der Gruppe der Platinmetalle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in den Schritten a), b) und c) 0 bis 100 °C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Hydroxylamin in Form seines Hydrochlorids oder seines Hemisulfats eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a), b) und c) in einem sauren, wässrigen Lösungsmittel durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das saure, wässrige Lösungsmittel einen oder mehrere Alkohole enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung bei einem Druck von 1 bis 100 bar durchgeführt wird.