203080. lajstromszámú szabadalom • Eljárás azetidin-3-karbonsav-származékok és alkálifém-, kalcium-, magnézium- vagy bárium-sóik előállítására
1 HU 203 080 B 2 A találmány tárgya eljárás azetidin-3-karbonsav-származékok, valamint alkálifém-, kalcium-, magnéziumvagy báriumsóik előállítására. A 29 265 számú európai közrebocsátási iratban leírják, hogy az azetidin-3-karbonsav kémiai hibridizáló szer, hatása valószínűleg azon alapul, hogy növényekben hím sterilitást képes létrehozni. A találmányunk tárgyát képezi eljárás az (I) általános képletű azetidin-3-kaibonsav-származékok - a képletben Rí jelentése hidrogénatom vagy benzilcsoport - valamint sóik elóálh'tására. A találmány szerinti eljárás értelmében egy (II) általános képletű azetidint - a képletben Rt jelentése a megadott - alkálifémbázissal reagáltatunk 150-250 *C hőmérsékleten cink-acetát, cinkoxid vagy kadmium-nitrát katalizátor jelenlétében és adott esetben naftalinos szénhidrogénolaj jelenlétében, majd a kapott (I) általános képletű vegyület alkálifémsóját elválasztjuk, vagy kalcium-, magnézium- vagy báriumsóval kezeljük és az így kapott sót elválasztjuk, vagy az alkálifémsót az azetidin-3-karbonát-anion extrahálószerével kezeljük vízzel lényegében nem elegyedő szerves oldószer jelenlétében, vagy az (I) általános képletű vegyület alkálifémsóját, kalcium-, magnéziumvagy báriumsóját ásványi savval való kezeléssel az (I) általános képletű vegyületté alakítjuk és kívánt esetben a kapott N-benzil-azetidin-3-karbonsavat vagy alkálifémsóját hidrogénezési körülmények között az azetidin- 3-karbonsawá alakítjuk. A (II) általános képletű kiindulási vegyületek az 1 169 027 számú nagy-britanniai szabadalmi leírásból ismertek. Ismert, hogy cinket vagy cinkvegyületeket bizonyos dehidrogénezési reakciókban, ahol alkoholt karbonsavvá alakítanak katalizátorként alkalmaznak. így például a 31694. számú európai és a 4 251451. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból ismert, hogy bizonyos karbonsavsókat alkoholoknak alkálifém-hidroxidokkal végbemenő reakciójával állítanak elő fémcink vagy cinkvegyület jelenlétében. Ugyancsak előállítanak zsírsavsókat primer alkoholoknak alkálifémolvadékban lefolytatott reakciójával cink vagy cinkvegyület jelenlétében (3 957 838. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). Az előzőekben említett azetidin-3-karbonsavak és sóik mind tartalmaznak azetidinvázt (más néven trirnetilén-imin-vázt). A négytagú gyűrűben (3 szénatom és 1 nitrogénatom) azonban jelentős feszültség van. A heterociklusos vegyületek irodalmából ismert, hogy a kötések könnyen megtámadhatók, az azetidingyűrű elég könnyen kinyílik és az azetidinek általában nem viselik el a drasztikus hidrolitikus kezelést. Az azetidinvegyületek elóálh'tására számos reakció, így polimerizálás, climinációs reakció, ffagmentáció és szolvolízis is alkalmazható (Acheson „An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds”, 3. kiadás, INTERSCIENCE, 1976, II. kötet, Paquette „Principles of Modem Heterocyclic Chemistry”, BENJAMIN, 1968, ül. kötet, N. H. Cromwell és B. Phillips „Chemical Reviews", 1979. 79. kötet, 4. szám. „The Azetidines, Recent Synthetic Developments”, 331-358. oldalak). így tehát rendkívül meglepő, hogy az alkálikus olvadékban végrehajtott reakció nem teszi tönkre a gyűrűszerkezelct. Ugyancsak meglepő, hogy a kapott végtennék nagyrészt mono-3-helyettesítctt karbonsav attól függetlenül, hogy a bisz-3,3-bisz(hidroxi-metil)-helyettesített prekurzorból indulunk ki. A találmány szerinti eljárásban a reakcióhőmérséklet előnyösen 175-225 ”C, különösen 180-200 ‘C. A reakcióban alkalmazott nyomás lehet atmoszférikusnál alacsonyabb vagy ennél magasabb is, például elérheti a 107 l u vagy ennél magasabb nyomást is. A reakciót azonban előnyösen atmoszférikus nyomáson folytatjuk le. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott katalizátor cink-acetát, cink-oxid vagy kadmium-nitrát. A kadmiumnak nagyobb a belső aktivitása, de a cink alkalmazásával a reakcióelegynek alacsonyabb a viszkozitása. A katalizátorokat katalitikus mennyiségben alkalmazzuk. Ez általában 0,2-5 tömeg% (a fémcinkre számítva) az alkalmazott azetidinszármazék mennyiségére vonatkoztatva. A reakciót nedvszívó anyag jelenlétében segítjük elő, ez célszerűen kalcium-oxid. A nedvszívó anyagnak az alkalmazása különösen hasznos, ha cinkkatalizátort alkalmazunk, amely kevésbé aktív, mint a kadmiumkatalizátor, de más szempontok miatt előnyösebb. A találmányunk szerint olyan (I) általános képletű vegyületeket állítunk elő, amelyeknek képletében Rí jelentése benzilcsoport. így a kiindulási vegyület az N-benzil-3,3-bisz(hidroxi-metil)-azetidin. Ez a vegyület sokkal előnyösebb, mint az N-benzil-3-mono-hidroxi-metil-azetidin, mivel ez utóbbi vegyületet sokkal nehezebb előállítani. Az alkálifémbázisokat előnyösen sztöchiometrikus mennyiségben vagy feleslegben különösen előnyösen a sztöchiomterikus mennyiséghez képest feleslegben alkalmazzuk, az alkálifémbázisnak a (II) általános képletű vegyület hidroxilcsoportjaihoz viszonyított moláris aránya előnyösen 1-5, különösen 1,15-2,5. Ennek megfelelően, mivel a (II) általános képletű vegyület diói, a bázisnak a diolvegyülethez viszonyított mólaránya előnyösen 2-10, különösen 2,3-5. A találmány szerinti eljárást lefolytathatjuk hígítószerben vagy hígítószer nélkül. A reakciót lefolytathatjuk magas forráspontú oldószerben, azaz olyan oldószerben, amelynek magasabb a forráspontja, mint a reakcióhőmérséklet. Erre a célra megfelelőek bizonyos szénhidrogénolajt*, például a naftalinos szénhidrogénolajok. Egyéb hígítószerek is alkalmazhatók, például a ciklohexanol, a pinakol és a dekalin. A hígítószemek a reakciókörülmények között inertnek kell lennie és nem okozhat polimerizációt vagy bomlást A reakció befejezése után vagy pedig az ezt követő feldolgozási lépések után a hígítószert el kell tudjuk választani a reakcióelegyből. Elvben az összes reagens bevihető egyszerre a reakcióedénybe vagy pedig ezeket rövid idő leforgása alatt visszük be. Hozzáadhatjuk az azetidinvegyületet azután is a reakcióelegyhez, miután az alkálifémbázist, a katalizátort és adott esetben a hígítószert már bevittük. A reakcióhőmérsékletet emelhetjük fokozatosan azt követően, hogy már minden reagens a reakcióedényben van. A víztartalom megfelelően alacsony kell legyen ahhoz, hogy az előzőekben említett hőmérséklettartományt elérjük az alkalmazott nyomás mellett. A reakcióban előnyösen alkalmazott nyomás atmoszférikus nyomás és ebben az esetben a víztartalomnak nem szabad meghaladni a 10 tömeg%-ot, előnyösen az 5 tömeg%-oL Általában azt tapasztaltuk, hogy ha a jelenlévő víz lényegében az alkalmazott alkálifémbázisból 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
