DE2412750A1

DE2412750A1 - Verfahren zur herstellung von 4-amino2,2,6,6-tetramethyl-piperidin

Info

Publication number: DE2412750A1
Application number: DE2412750A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Arlt; Reinhard Dr Lantzsch
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-03-16
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1975-09-18
Also published as: USB552508I5; BE826674A; FR2264022B1; GB1457990A; JPS50126674A; FR2264022A1; CH595348A5; US4001250A

Description

Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin durch reduktive Aminierung von Phoron.

Es ist bereits bekannt geworden, 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidin entsprechend nachstehendem Formelschema herzustellen:

+" NH,

IV

II

H₂NOH

III

Phoron (i) wird mit Ammoniak zu 2,2,6,6-tetramethyl-piperidon(4) ("Triacetonamin") (II) kondensiert (vgl. Pharm. Chem. J. 1971, Seite 44 und Bull. Soc. chim. France 1958, Seiten 345 - 346). Anschließend wird das "Triacetonamin" mit Hydroxylamin zum Oxim umgesetzt (vgl. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Band 29, Seite 53 (1896) und Bull. Soc. chim. France 1965, Seite

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3282), aus dem durch Reduktion mit Zink/Salzsäure oder metallischem Natrium in Amylalkohol das 4-Amino-2,2,6,6~tetramethylpiperidin erhalten wird (vgl. Liebigs Anm. d.. Chemie, Band 417, Seiten 118 - 119 (1918) und Izv. Akad. Nauk. SSSR Ser. Khim. 1966, Seite 1477).

Die Gesamtausbeute dieser über 3 Stufen verlaufenden Synthese beträgt jedoch nur etwa 30 %; außerdem fallen zwangsläufig eine Reihe von Nebenprodukten an. Es besteht daher ein erhebliches Bedürfnis für ein technisch vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin.

Es wurde nun gefunden, daß man 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidin in guten Ausbeuten erhält, wenn man Phoron in Gegenwart von Hydrierkatalysatoren mit Ammoniak und Wasserstoff behandelt .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als reduktive Aminierung bezeichnet und durch nachstehende Reaktionsgleichung schematisch wiedergegeben werden:

0
Jl

+2NH,

CH₃ Il Il .CH, 2 ^ Cn₃ - 2 * ₊

⁵^ ^ ° Katalysator C\/C^f

^CH3

Im allgemeinen werden je Mol Phoron entsprechend vorstehender Reaktionsgleichung mindestens 2 Mol Ammoniak eingesetzt. Man kann auch mit einem Überschuß Ammoniak bis zu 10, insbesondere 6-8 Mol über die stöchiometrisch notwendige Menge von 2 Mol Ammoniak hinaus arbeiten. Auch ein noch größerer Überschuß Ammoniak ist nicht schädlich, im allgemeinen aber unzweckmäßig und unwirtschaftlich.
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Im allgemeinen wird je Mol Phoron entsprechend vorstehender Reaktionsgleichung wenigstens ein Mol Wasserstoff eingesetzt. Im allgemeinen wird jedoch mit einem Überschuß an Wasserstoff über die stöchiometrisch mindestens benötigte Menge verwendet. Dabei wird die Wasserstoffmenge vorzugsweise so gewählt, daß der für die Durchführung der Reaktion gewählte Druckbereich erreicht wird. Jedoch kann zur Erreichung dieses Druckes Wasserstoff auch mit einem unter Reaktionsbedingungen inerten Gas wie Stickstoff verdünnt werden. -

Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise zwischen 80 und 200⁰C, insbesondere 110 bis 150⁰C, und erhöhtem Druck, vorzugsweise zwischen 80 und 250 atü, insbesondere zwischen 100 und 180 atü, durchgeführt.

Jedoch kann auch bei Temperaturen und Drucken außerhalb des bevorzugten Bereichs gearbeitet werden; dabei ist aber im allgemeinen die Reaktionszeit langer, die Ausbeute geringer und es werden mehr Nebenprodukte gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl ohne als auch in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden, wobei die Gegenwart eines Lösungsmittels vorteilhaft sein kann.

Als Lösungsmittel können beispielsweise· verwendet werden: geradkettige und verzweigte aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 20, vorzugsweise 5 bis 8 Kohlenstoffatomen wie Hexan, Isooctan, Cyclopentan, Cyclohexan; Aryl- und Aralkylkohlenwasserstoffe mit 6-20, vorzugsweise 6-12 Kohlenstoffatomen wie Benzol, Toluol, Xylol, Propylbenzol, Isopropylbenzol;

'aliphatische Äther mit 3 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10 Kohlenstoffatomen^ wie Propyläther, Isopropyläther, Butyläther, Isobutyläther, Amyläther;

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cyclische Äther mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen wie Tetrahydrofuran, Dioxan;

niedere aliphatische Alkohole mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 KoheInstoffatomen wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol;

cycloaliphatische Alkohole wie Cyclopentanol, Cyclohexanol, Methylcyclohexanol.

Bevorzugt werden niedere aliphatische Alkohole, insbesondere Methanol verwendet.

Im allgemeinen wird das Lösungsmittel in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 4 g, bevorzugt von etwa 2 g je g Phoron verwendet; es können jedoch auch größere Mengen Lösungsmittel eingesetzt werden.

Als Hydrierkatalysatoren können an sich bekannte Hydrierkata Iysatoren verwendund finden wie Metalle und Verbindungen der Metalle der achten Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente (Eisen, Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin), weiterhin Chrom, Mangan, Kupfer, Zink, Molybdän, Wolfram, Rhenium und Kupferehromit. Insbesondere können die Metalle Nickel, Kobalt, Eisen und die Platinmetalle verwendet werden.

Selbstverständlich können die vorgenannten Hydrierkatalysatoren sowohl ohne Träger als auch in Form von Trägerkatalysatoren verwendung finden; als Katalysatorträger können die üblichen Trägermaterialien wie Kohle, Kieselsäure und Silikate in üblicher Form, z.B. als Pulver oder zu Kugeln, Stäbchen oder anderen Körpern verpreßt, verwendung finden. Bevorzugt können in dem erfindungsgemäßen Verfahren die üblichen Raney-Katalysatoren, insbesondere Raney-Nickel und Raney-Kobalt sowie Platin auf Kohle als Träger verwendet werden.

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Die Menge des Katalysators ist nicht erfindungswesentlich; sie wird wie für Reduktionen mit Katalysatoren vom Raney-Typ üblich gewählt. Im allgemeinen werden etwa 1 bis 30 , insbesondere etwa 10 bis etwa 20 Gew.-% Katalysator bezogen auf Phoron verwendet. Auch die Verwendung geringerer oder größerer Mengen Katalysator ist möglich, im allgemeinen jedoch unzweckmäßig, da bei geringeren Mengen die Reaktionszeiten länger" werden und bei größeren Mengen der Katalysatorverbrauch bei der chargenweisen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unnötig hoch ist.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch kontinuierlich durchgeführt werden; die einzelnen für die kontinuierliche Durchführung zu wählenden Verfahrensmaßnahmen und -apparaturen sind dem Fachmann nach dem Stand der Technik geläufig .

Vorteilhaft kann man in dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Reaktionsgemisch Essigsäure, Ammoniumacetat oder Ammoniumchlorid in einer Menge von etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Phoron, zusetzen, um eine mögliche Reduktion der Ketogruppe des Phorons zur entsprechenden Alkohol-Gruppe zu verhindern (siehe Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, Band XI/I, Seite 611); jedoch hat sich herausgestellt, daß im erfindungsgemäßen Verfahren der Vorteil der Unterdrückung einer möglichen Nebenreaktion im allgemeinen gering ist und nur zu einer geringen Ausbeutesteigerung führt. Im allgemeinen kann dieser Zusatz ohne wesentlichen Nachteil unterbleiben.

Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß man den Katalysator, Ammoniak und gegebenenfalls Lösungsmittel vorlegt und bei der gewählten Reaktionstemperatur und dem gewählten Reaktionsdruck , d.h. Wasserstoff druck unter guter Durchmischung das Phoron gegebenenfalls in einem Lösungsmittel gelöst zugibt. Die Reaktionszeit beträgt etwa 1 bis etwa 4 Stunden und ist selbstverständlich sowohl von der Menge des eingesetzten Ausgangsmaterials als auch in gesetzmäßiger Weise

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von den übrigen Reaktions-Parametern abhängig. Das Reaktionsende ist erreicht, wenn praktisch kein Wasserstoff mehr aufgenommen wird und kann in bekannter Weise mit bekannten analytischen Methoden festgestellt werden.

Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik beruht auf der wesentlich besseren Ausbeute und der einfachen Durchführbarkeit des einstufigen Verfahrens, bei dem neben den Ausgangsprodukten der bekannten mehrstufigen Synthese, Phoron und Ammoniak, lediglich Wasserstoff und bekannte Hydrierkatalysatoren, jedoch keine weiteren Hilfsstoffe verwendet werden, die nur zur Entstehung lästiger Nebenprodukte führen. Außerdem war die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zu erwarten, da nach Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4.Auflage, Band XI/I, Seiten 611 - 617 bei der reduktiven Aminierung des Phorons unter gleichzeitiger Hydrierung der Doppelbindungen unter anderem die Bildung von 2-Isobutyl-4-methyl-butylamin zu erwarten war.

Dagegen entsteht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren neben 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin als Nebenprodukt lediglich Isopropylamin. Führt man allerdings das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen unterhalb des bevorzugten Temperaturbereiches durch, so erhält man 2-Isobutyl-4-methyl-butylamin und weitere Nebenprodukte in größerer Menge. Z.B. entsteht bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei 6O⁰C und 150 Atmosphären Wasserstoffdruck 2-Isobutyl-4-methyl-butylamin in einer Menge von19 Gew.-% des Reaktionsproduktes.

4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin ist ein wertvolles Zwischenprodukt für die Herstellung von Verbindungen, die zur Stabilisierung synthetischer Polymere verwendet werden (DT-OS 2 040 975).

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Beispiel 1

100 ml Methanol, 150 ml (ca. 6MoI) flüssiges Ammoniak und 1 ml Essigsäure sowie 20 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysators (Raney-Kobalt) wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt. Anschließend wurde der Autoklav auf eine Temperatur von etwa 110⁰C aufgeheizt, und der Wasserstoffdruck im Bereich von 130 150 atü gehalten. Nach Erreichen der vorgesehenen Hydriertemperatur von 11O⁰C wurde eine Lösung von 100 g (0,725MoI) Phoron in 100 ml Methanol innerhalb 1 Stunde eingepumpt. Die Hydrierung war nach etwa einer weiteren Stunde beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt, die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. Es wurden 72,5 g (64 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin mit einem Siedepunkt von 88 - 92⁰C /16 torr erhalten.

Beispiel 2

100 ml Methanol, 150 ml flüssiges Ammoniak, 1 ml Essigsäure sowie 20 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysatos (Raney-Nickel) wurden in einem 0,7 1 Autoklaven vorgelegt. Bei einem Wasserstoffdruck von 130 - 150 atü wurde auf die Hydriertemperatur von 110⁰C aufgeheizt und dann innerhalb etwa einer Stunde eine Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol eingepumpt. Die Hydrierung war nach etwa einer weiteren Stunde beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt, die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. Es wurden so 61 g (54 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidin vom Siedepunkt 89-95⁰C /18 torr erhalten.

Beispiel 3

100 ml Methanol, 150 ml flüssiges Ammoniak, 1 ml Essigsäure sowie 20 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysatos (Raney-Kobalt) wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt. Bei einem Wasserstoffdruck von etwa 100 atü wurde auf die

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Hydriertemperatur von etwa 15O⁰C aufgeheizt und anschließend die Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol innerhalb etwa einer Stunde eingepumpt. Die Hydrierung war nach etwa einer _: weiteren Stunde beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt, vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. So wurden 80 g (71 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin vom Siedepunkt 82 - 88 ⁰C / 15 torr erhalten.

Beispiel 4

100 ml Methanol, 110 ml (ca. 4 Mol) flüssiges Ammoniak, 1 ml Essigsäure und 15 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysators (Raney-Kobal) wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt. Bei einem Wasserstoffdruck von etwa 80 - 100 atü wurde auf 80°C aufgeheizt und dann der Wasserstoffdruck bei etwa 180 atü gehalten.' Innerhalb etwa 1 Stunde wurde eine Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol eingepumpt. Die Hydrierung war nach etwa 45 Minuten beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt, die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. Es wurden 43 g (38 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin vom Siedepunkt 82 - 92⁰C /15-16 torr erhalten.

Beispiel 5

100 ml Methanol, 150 ml flüssiges Ammoniak, 1 g Ammoniumchlorid und 20 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysators (Raney-Nickel) wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt. Bei einem Wasserstoffdruck von etwa 20 bis etwa 40 atü wurde auf 20O⁰C aufgeheizt, so daß sich ein Wasserstoffdruck von etwa 80 atü einstellte. Innerhalb etwa 1 Stunde wurde dann eine Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol eingepumpt. Nach etwa 30 Minuten war der Abfall des Wasserstoffdrucks und somit die Hydrierung beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt und die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert. Durch fraktionierte Destillation

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der Reaktionslösung wurden 52 g (46 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin im Siedebereich von 86 - 90⁰C / 15 torr erhalten.

Beispiel 6

100 ml Methanol, 110 ml flüssiges Ammoniak, 1 ml Essigsäure und 20 g eines handelsüblichen Hydrierkatalysators (Raney-Kobalt) wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt und bei einem Wasserstoffdruck von etwa 100 atü auf etwa 80⁰C aufgeheizt. Anschließend wurde der Wasserstoffdruck auf 250 atü erhöht und innerhalb etwa 1 Stunde eine Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol eingepumpt, wobei der Wasserstoffdruck zwischen 225 und 250 atü gehalten wurde. Die Hydrierung war nach etwa 20 Minuten beendet. Dann wurde die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. Es wurden 47 g (41,5 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin im Siedebereich von 80 bis 91⁰C / 16 - 18 torr erhalten.

Beispiel 7

100 ml Methanol, 150 ml flüssiges Ammoniak, 1 ml Essigsäure und 15 g Raney-Kobalt wurden in einem 0,7 1 Hydrierautoklaven vorgelegt. Bei einem Wasserstoffdruck von 80 bis 100 atü wurde auf etwa 180⁰C aufgeheizt und dann innerhalb einer Stunde die Lösung von 100 g Phoron in 100 ml Methanol eingepumpt. Nach etwa 30 Minuten war der Druckabfall und damit die Hydrierung beendet. Nach dem Abkühlen wurde entspannt und die Reaktionslösung vom Katalysator abfiltriert und fraktioniert destilliert. Es wurden 74 g (65,5 % der Theorie) 4-Amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidin im Siedebereich von 90 - 93⁰C / 18 torr erhalten.

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Claims

Patentansprüche

/1i Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-2,2,6,6-tetramethy1-piperidin, dadurch gekennzeichnet, daß man Phoron in Gegenwart von Hydrierkatalysatoren mit Ammoniak und Wasserstoff behandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck arbeitet.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Temperaturbereich zwischen 80 ι und 200⁰C arbeitet.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man im Druckbereich zwischen 80 und 250 atü arbeitet.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart eines Lösungsmittels arbeitet.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Methanol verwendet.

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