DE2049160B2 - Verfahren zur Herstellung von 4,4-Dimethyl-5,6-dihydro-13-oxazinen - Google Patents

Description

in der R ein Wasserstoffatom oder einen unstibstituierten oder durch ein oder mehrere Halogenatome undVoder Alkoxygruppen substituierten aliphatischen, cycloaliphatische!! oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, durch Umsetzung ungesättigter Alkohole mit Verbindungen der allgemeinen Formel R-CN, in der R die obengenannte Bedeutung hat, in Gegenwart eines sauren Kondensationsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man als ungesättigte Alkohole 3-MethyI-but-3-en-l-ol oder 3-Methyl-but-2-en-l-ol und als saures Kondensationsmittel mindestens SOgewichtsprozentige Schwefelsäure verwendet, wobei man pro Mol des Methylbutenols 1 bis 1,5 Mol der Verbindung der allgemeinen Formel R-CN und 2 bis 6 Mol der Schwefelsäure anwendet, und die Umsetzung so durchführt, daß man die Schwefelsäure oder ein Gemisch aus der Schwefelsäure und der Verbindung der allgemeinen Formel R-CN vorlegt und bei Temperaturen von —30 bis 40°C das Methylbutenol oder ein Gemisch aus dem Methylbutenol und der Verbindung der Formel R-CN zugibt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4,4-Dimethyl-5,6-dihydro-l,3-oxazinen aus 3-Methylbuten-1 -ölen und Blausäure oder Nitrilen.

5,6-Dihydro-l,3-oxazine haben in letzter Zeit als Ausgangssubstanzen zur Kettenverlängerung von Aldehyden, Ketonen und Säuren um zwei oder drei Kohlenstoffatome größeres Interesse gefunden (J. Amer. Chem. Soc. Bd. 91, 1969, S. 2155-2156; Tetrahedron Letters, 1969, S. 1783-1786; J. Amer. Chem. Soc. 91, 1969, S.5887-5888 und Tetrahedron Letters, 1969. S.5151-5154). 5,6-Dihydro-1,3-oxazine mit einem Vinyl- bzw. Isopropenylrest in 2-Stellung lassen sich auch leicht allein oder mit anderen Monomeren zusammen polymerisieren (J. Org. Chem. Bd. 24 [1959], S. 711-712 und US-Patentschriften 28 31 858 und 28 97 182).

Hergestellt werden 5,6-Dihydro-1,3-oxazine vor allem durch Kondensation eines Nitrils mit einem substituierten 1,3-Diol in Gegenwart eines sauren Kondensationsmittels (vgl. z. B. Advances in Heterocyclic Chem. 6, 1966. S. 97), obwohl dabei die Ausbeulen im allgemeinen nur bei 40 bis 50% d. Th. liegen.

Man hat auch schon ungesättigte tertiäre Alkohole mit Nitrilen zu 5,6-Dihydrooxazinen umgesetzt (A. |. M e y e r s et al., J. Org. Chem. 28, 1963, S. 2944 - 2950). Diese Reaktion führt nur dann /u Dihydrooxazinen, wenn eine bestimmte Reihenfolge des Zusammengebcis der einzelnen Rcaktantcn eingehalten wird und wenn der Wassergehalt der Reaktion genau kontrolliert und eingehalten wird. Hält man die Reihenfolge des Zusammengebens nicht ein, so tritt Polymerisation des ungesättigten Alkohols ein und es lassen sich keine definierten Produkte isolieren.

Erniedrigt man den Wassergehalt, nimmt die Reaktion einen anderen Verlauf und man isoliert ein Derivat des Dihydropyridins. Auch in diesem Fall erhält man wegen der Polymerisation des ungesättigten

ία Alkohols bessere Ausbeuten, wenn dieser durch das entsprechende Diol ersetzt wird.

Die in der DE-OS 15 45 671 und in Liebigs Annalen, Bd. 698 (1966), S. 158 bis 166 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Oxazinen liefern nur in der

Ii 4-StelIung nicht substituierte 1,3-Oxazine und nach dem in Chemische Berichte 98 (1965), S. 3892 bis 3901 beschriebenen Verfahren lassen sich nur dvjch einen Phenylrest substituierte 1,3-Oxazine herstellen.

Es wurde nun gefunden, daß man 4,4'-Dimethyl-5,6-di-

hydro-1,3-oxazine der allgemeinen Formel I

H₃C CH,

1
O R

in der R ein Wasserstoffatom oder einen unsubstituierten oder durch ein oder mehrere Halogenatome und/oder Alkoxygruppen substituierten aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest bedeutet, durch Umsetzung ungesättigter Alkohole mit Verbindungen der allgemeinen Formel R-CN, in der R die obengenannte Bedeutung hat, in Gegenwart eines sauren Kondensationsmittels, besonders vorteilhaft herstellen kann, wenn man als ungesättigte Alkohole 3-Methylbut-3-en-1-ol oder 3-Methylbut-2-en-l-ol und als saures Kondensationsmittel mindestens 80gewichtsprozentige Schwefelsäure verwendet, wobei man pro Mol des Methylbutenols I bis 1,5 Mol der Verbindung der allgemeinen Formel R-CN und 2 bis 6 Mol der Schwefelsäure anwendet, und die Umsetzung so durchführt, daß man die Schwefelsäure oder ein Gemisch aus der Schwefelsäure und der Verbindung der allgemeinen Formel R-CN vorlegt und bei Temperaturen von —30 bis 40°C das Methylbutenol oder ein Gemi'.ch aus dem Methylbutenol und der Verbindung der Formel R-CN zugibt.

Verbindungen der Formel R-CN sind z. B. Blausäure oder aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Nitrile. Beispielsweise seien genannt: Blausäure, Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, Methoxyacetonitril, Benzonitril, 3,5-Dichlorbenzonitril, 2,6-Dichlorbenzonitril, Acrylnitril und Methacrylnitril.

Pro Mol Methylbutenol werden 1 bis 1,5 Mol Blausäure oder Nitril eingesetzt. Das Molverhältnis saures Kondensationsmittel zu Methylbutenol beträgt 2 bis 6 zu 1.

Man führt das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise so durch, daß man 80- bis 100-, vorzugsweise 86-bis 96gewichtsprozentige Schwefelsäure und wasserfreie Blausäure oder das Nitril in einer Rührapparatur mischt und das Methylbutenol bei Temperaturen von -30⁰C bis 40⁰C, vorzugsweise bei -20⁰C bis +20⁰C portionsweise zu der Mischung zugibt. Man kann dabei die Blausäure oder das Nitril ganz oder teilweise zu der

vorgelegten Schwefelsäure oder zum Methylbutenol geben. Die Umsetzung ist nach etwa 3 bis 5 Stunden beendet

Man kann die Umsetzung auch in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels wie Diäthyl- oder Dibutyläther oder Cyclohexan vornehmen. Bevorzugt werden jedoch keine Lösungsmittel verwendet

Die Reaktion kann diskontinuierlich, z. B. in einem Rührkolben oder Rührkessel, oder aber auch in einem kontinuierlich arbeitenden System, z. B. einem Mischkreis durchgeführt werden. Dabei muß die bei der Reaktion auftretende erhebliche Reaktionswärme abgeführt werden. Das ausreagierte Reaktionü.gemisch arbeitet man z. B. dadurch auf, daß man es mit der 1- bis lOfachen Menge Wasser oder Eis versetzt. Durch Zusatz von stärker basischen Mitteln, wie Alkalihydroxid, Calciumhydroxid oder Natriumcarbonat wird das Oxazin in Freiheit gesetzt und kann nach üblichen Methoden abgetrennt werden.

Nach dem neuer« Verfahren erhält man die Dihydrooxazine auf einfache Weise in guten Ausbeuten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden 4,4-Dimethyl-5,6-dihydro-l 3-oxazine auf besonders vorteilhafte Weise zugänglich, da sich die durch Kondensation von Olefinen mit Formaldehyd nach dem in der DE-AS 12 75 049 beschriebenen Verfahren erhältlichen Methylbutenole auch in technischem Maßstab auf einfache Weise herstellen lassen, und es das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, die Reaktionsbedingungen in einem weiten Bereich zu variieren, ohne daß Störungen an der Produktqualit η eintreten.

Der glatte Reaktionsverlauf ist überrachend, da erheblich geringere Ausbeuten erhalten werden, wenn man die Schwefelsäure nicht vorjegt, fondern zu dem Gemisch aus Methylbutenol und der dlausäure oder dem Nitril gibt (s. Vergleichsbeispiel a)) oder wenn man größere Anteile Schwefelsäure, bezogen auf das Methylbutenol, anwendet (s. Vergleichsbeispiel b)). Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente sind Gewichtsteile und Gewichtsprozente.

Beispiel 1

In einem Rührkolben werden 639 Teile 90%ige Schwefelsäure vorgelegt und unter Kühlung bei etwa 10⁰C 106 Teile Acrylnitril zugegeben. Innerhalb von etwa 2 Stunden läßt man anschließend unter weiterer Kühlung bei 6 bis 8°C eine Mischung aus 53 Teilen Acrylnitril und 172 Teilen 3-Methylbut-2-en-l-ol zulaufen. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden bei 15°C nachgerührt. Man versetzt mit 2000 Teilen Eis und gibt unter Kühlung 1200 Teile 50%ige Natronlauge zu. Das aufschwimmende Öl wird abgetrennt und die wäßrige Phase noch 3mal mit je 200 Teilen Benzol extrahiert. Die organische Phase wird mit den Extrakten vereinigt, über Ätzkali getrocknet und nach Abtrennung des Lösungsmittels im Vakuum destilliert. Man erhält 207 Teile 2-Vinyl-4,4-dimelhyl-5,6-dihydrooxazin-l,3 vom Siedepunkt 56°C bei 12 Torr, das sind 74,5% d.Th., bezogen auf eingesetztes 3-Methylbuten-2-ol-1.

Beispiel 2

In einem mit Thermometer und Tropftrichter versehenen Rührkolben werden 320 Teile 90%ige Schwefelsäure vorgelegt. Unter Rühren und äußerer Kühlung läßt man innerhalb von einer Stunde bei 25°C eine Mischung aus 155 Teilen Benzonitril und 129 Teilen 3-Methyl-but-2-1-ol zulaufen. Man läßt 2 Stunden bei Raumtemperatur nachrcagieren und gießt das Reaktionsgemisch auf 3000 Teile Eis. Unter Kühlung werden 800 Teile 50%ige Natronlauge zugegeben. Die sich abscheidende organische Phase wird abgetrennt und die wäßrige Phase 2mal mit Benzol extrahiert Man vereinigt die organische Phase mit den beiden Extrakten, trocknet die Lösung durch azeotrope Destillation und destilliert nach Abtrennung des Benzols im Vakuum. Man erhält 139 Teile 2-PhenyI-4,4-dimethyl-5,6-dihydrooxazin vom Siedepunkt 77 bis 78° C bei ίο 0.05 Torr, das sind 74% d. Th., bezogen auf 3-Methylbut-2-en-l-ol.

Beispiel 3

Zu einer Mischung aus 639 Teilen 90%iger Schwefelsäuie und 106 Teilen Acrylnitril läßt man innerhalb von 2 Stunden unter Rühren eine Lösung aus 53 Teilen Acrylnitril und 172 Teilen 3-Methylbut-3-en-l-ol zulaufen, wobei die Reaktionstemperatur durch äußere Kühlung bei 5°C gehalten wird. Man läßt 3 Stunden bei Raumtemperatur nachreagieren und verdünnt das Reaktionsgemisch mit 3000 Teilen Eis. Die wäßrige Lösung wird mit 1600 Teilen 50%iger Natronlauge versetzt, das sich abscheidende öl abgetrennt, und die wäßrige Phase zweimal mit Benzol extrahiert. Organisehe Phase und Benzolextrakte werden vereinigt und über Ätzkali getrocknet Die Vakuumdestillation ergibt nach Abtrennung des Lösungsmittels 216 Teile 2-Vinyl-4,4-dimethyl-5,6-dihydrooxazin-1,3 vorn Siedepunkt 54 bis 55^CC bei 11 Torr, das entspricht einer Ausbeute von

«) 77,5% d.Th., bezogen auf eingesetztes 3-Methylbut-3-en-l-ol.

Beispiel 4

In einem Rührkolben werden 426 Teile 90%ige Schwefelsäure und 41 Teile Acetonitril vorgelegt. Innerhalb von einer Stunde gibt man portionsweise eine Mischung aus 82 Teilen Acetonitril und 129 Teilen 3-Methyl-but-2-l-ol zu, wobei man die Temperatur der Reaktionsmischung durch entspreche*«!:; Außenkühlung bei 15°C hält. Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden bei 15 bis 20°C nachgerührt, auf 4000 Teile Eis gegossen und die wäßrige Lösung mit 1600 Teilen konzentrierter (ca. 50%iger) Natronlauge alkalisch gestellt. Das aufschwimmende öl wird abgetrennt und

4-, die wäßrige Phase kontinuierlich mit Benzol extrahiert. Das abgetrennte Öl wird mit dem Benzolextrakt vereinigt und über Kaliumhydroxid getrocknet. Durch Vakuumdestillation erhält man nach Abtrennung des Lösungsmittels 138 Teile 2,4,4-Trimethyl-5,6-dihydro-

-,n oxazin-1,3 vom Siedepunkt 42 bis 43°C bei 20 Torr, das entspricht einer Ausbeute von 72,5% d. Th., bezogen auf einge^retztes 3-Methyl-but-2-en-1 -öl.

Vergleichsbeispiel
a) Schwefelsäure wird nicht vorgelegt

Zu einer Mischung aus 159 Teilen Acrylnitril und 172 Teilen 3-Methyl-but-2-en-I-ol gibt man unter Kühlung bei 6 bis 8⁰C portionsweise innerhalb von 2 Stunden 640

Wi Teile 90%ige Schwefelsäure. Das Reaktionsgemisch wird zwei Stunden nachgerührt, wobei man die Temperatur bis auf I5°C ansteigen läßt. Nach Zugabe von 1800 Teilen Eis versetzt man unter Kühlung mit 1400 Teilen 50%iger Natronlauge, trennt die organische

h^r) Phase ab und extrahiert die wäßrige Phase 4mal mit je 250 Teilen Benzol. Organische Phase und Ben/.olexiraktc werden vereinigt über Kaliumhydroxid getrocknet und fraktioniert destilliert. Nach Abtrennune des

Lösungsmittels erhält man 134 Teile 2-Vinyl-4,4-dimethyl-5,6-dihydrooxazin-l,3 vom Siedepunkt 55 bis 56°C bei 12 Torr, das sind 48% d. Tru bezogen auf eingesetztes 3-MethyI-but-2-en-1 -öl.

b) Es werden 10 Mol Schwefelsäure
pro MoI Methylbutenol eingesetzt

In einem Rührkolben werden unter Kühlung 80 Teile Acrylnitril rrit 1060 Teilen 90%iger Schwefelsäure gemischt. Die Reaktionsmischung wird auf 5° C abgekühlt und innerhalb von einer Stunde unter Kühlung bei 5 bis 8°C portionsweise mit 86 Teilen

3-Mcthylbut-2-en-l-ol versetzt. Man läßt zwei Stunden bei 5°C nachreagieren und gießt das Reaküonsgemisch auf 4000 Teile Eis. Man gibt unter Kühlung bei 25 bib 30⁰C 2000 Teile 50%ige Natronlauge zu und isoliert die organische Phase durch 4malige Extraktion mit Benzol. Die vereinigten Benzolextrakte werden über Kaliumhydroxid getrocknet und fraktioniert destilliert. Nach Abtrennung des Benzols erhält man 70 Teile 2-Vinyl-4,4-dimethyl-5,6-dihydrooxazin-l_r3 vom Siedepunkt 58 bis 60^cC bei 15 Torr, das entspricht einer Ausbeute von 50% d. Th, bezogen auf 3-Methyl-but-2-en-l -öl.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von 4,4-Dimethyl-5,6-dihydro-l,3-oxazinen der allgemeinen Formel I

   H₃C CH₃

   , k
   O R