186694. lajstromszámú szabadalom • Eljárás cisz-2,6-dimetil morfolin előállítására

1

186 694

2

A találmány tárgya javított eljárás cisz-2,6-dimetilmorfolin előállítására. A morfolinoknak bisz(hidroxialkil)-aminokból savas katalizátorok — például kénsav - jelenlétében víz kilépése közben vagy alumínium-oxid katalizátoron gőzfázisban végzett előállítása már régóta ismert. (Houben-Weyl „Methoden der organischen Chemie” 4.Kiadás, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1966, 6/4 kötet, 510-520 oldal.) Kevesebb az információ a gyűrűn kct vagy több szubsztitucnst tartalmazó morfolinok szintézisére vonatkozóan, amelynek során sztérikusan egységes vegyületeket állítanak elő és a különböző sztereo-izomer vegyületek különböző mennyiségben képződnek a reakciófeltételektől függően. Például mechanisztikusak a kísérletek a 3,3'-imi»o-bisz(2-butanol)-nak

2,3,5,6-tetrametil-morfoIinokká való gyűrűzárására kénsav jelenlétében. (J. Heterocyclic Chemistry 17 (1980) 369-372. oldal).

Sok célra a 2,6-dimetil-morfolin cisz-izomé re előnyösebb az izomerelegy helyett. Például az ebből előállított növényvédőszerek hatása főleg azon a vegyületen alapszik, amelyet a cisz-izomerből nyertek.

Egyik módszer a 2,6-dimetil-morfolin-izomerelegy cisz-tartalmának a dúsítására feleslegben alkalmazott kénsavval történő izomerizálás vagy diizopropanolaminnak koncentrált kénsavval 185-220 °C-on végbemenő gyűrűzárása, amelyet a 3 083 202. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ismertet. Ebben az esetben hátrányos a magas reakcióhőmérséklet, mivel a koncentrált kénsav esetén ismert. (H. Remy, Lehrbuch der anorg. Chemie 13. kiadás, Akademische Verlagsgesellschaft Geest und Partig K. G. Leipzig, 1970, 1. kötet 861, 921 és 922), hogy az hevítve oxigén leadás mellett kénessavvá alakul, illetve kéndioxidot ad le és ez a szerves anyag elszenesedését okozza. Mindenekelőtt a szabad amin (diizopropanol-amin és morfolin) instabil, kevésbé a só. Ezért az előbbi amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás az amint hűtés és keverés mellett olyan lassan adja az előkészített kénsavhoz, hogy az oldat hőmérséklete ne emelkedjék 80 °C fölé. Csak miután az összes amint a kénsavhoz adták, akkor melegítették fel körülbelül 200 °C-ra. Az eljárás energia és időigényes (először a hűtésé, — ami alatt gyakorlatilag a reakció a kívánt értelemben még nem megy végbe - azután hevítésé). Ezenkívül az eljárásra megadott kitermelések tapasztalataink szerint a valóságban nem érhetők el, mert 190 °C hőmérséklettől a só bomlása is észrevehetően zavaróan hat.

Sokkal inkább számos, részben sötétszínű mellékterméket kapunk és a 2,6-dimetil-morfolinra vonatkozó kitermelések lényegesen alacsonyabbak, mint a találmány szerinti eljárásnál. A találmány azt a feladatot tűzte ki célul, hogy lehetőleg gazdaságos eljárást fejlesszen ki a 2,6-dimetil-morfolin előállítására, lehetőleg magasabb kitermeléssel és lehetőleg magas cisz-tartalommal.

Azt tapasztaltuk, hogy az (1) képletű 2,6-dimeti - morfolint magasabb kitermeléssel és magas cisz-részaránnyal (75—88%) kapjuk, ha a 0—20 tömegszázalékc s víztartalmú - előnyösen 5-15 tömegszázalékos aminra vonatkoztatva — (ÍI) képletű diizopropanol-amint [1,3 - imino-bisz(2-propanol)3, egyidejűleg feleslegben lérő koncentrált kénsavval (90-120, előnyösen 98-105 %-os) előnyösen az amin-kénsav mólarányt 1 :(1,0:3,0) értéken tartva, olyan gyorsan töltjük a reaktorba, hogy a reakejóelegy hőmérséklete hűtés nélkül, azaz lehetőleg természetes hűtés mellett a külső légtér segítségével általában 2

szobahőmérsékleten, 85—170 — előnyösen 100—150 nC- ig — emelkedik, ezt követően 150—190 °C, előnyösen 170-184 °C-on és 1—25, előnyösen 3—21 óra tartózkodási idővel, a jelenlévő és/vagy keletkező víz ledesztillá- 5 lása mellett reagáltatjuk a képződött reakcióterméket hűtés mellett, hígított — célszerűen 10—25 s.%-os — nátrium-hidroxid oldatba keverjük és eközben célszerűen a pH-értéket körülbelül 12— 14-re állítjuk be, a zavaró melléktennék elválasztására az itt keletkezett 10 szerves fázist, előnyösen 50—110 °C fenékhőmérséklet mellett vákuumban ledesztilláljuk és a kapott desztillátumot (nyers, víztartalmú 2,6-dimetil-morfolin) célszerűen koncentrált (körülbelül 50 s.%-os) nátrium-hidroxiddal kirázzuk vagy összekeverjük 40 °C alatti hőmérsékleten,

15 majd szárítjuk.

A kitermelés szempontjából döntő, hogy nem a technika mai állása szerint külön-külön adagoljuk az amint és a kénsavat, hanem mindkét komponenst egyidejűleg adagoljuk be a reakciótérbe, keverés mellett. 20 A keverés intenzitásával kapcsolatban nem állítunk fel különleges követelményeket. Az sem játszik szerepet, hogy a komponenseket ugyanazon a nyíláson keresztül engedjük-e be a reaktorba úgy, hogy azok előzőleg már többé vagy kevésbé keveredtek egymással, vagy ezeket 25 két különböző nyíláson adagoljuk.

A találmány szerinti eljárással dolgozva 98—99 %-os

2,6-dimetil-morfolint nyerünk, amelyet töltött kolonna segítségével frakcionált desztillációval nehézség nélkül választunk szét tiszta cisz- és tiszta transz-2,6-dime- 30 tilmorfoünra. Az összes 2,6-dimetil-morfolin kitermelés 90-98%, a cisz-2,6-dimetil-morfolin tartalom a 75-88 %-ot elérheti, miközben az izomerarány körülbelül 88% cisz-vegyület és 12% transz-vegyület, a termodinamikai egyensúly beállításának megfelelően, 35 ahogy a hidrogénező katalizátorral végbemenő izomerizációnál (lásd a 4 298 733. és a 4 212 982. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokat) 170-250 °C hőmérséklet tartomány esetén hosszú reakcióidő mellett megállapítható. A reakcióelegyben 40 magasabb eisz-tartalmat (> 88%) csak az összkitermelés hátrányára kapunk, ha a 3 083 202. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint meglehetősen drasztikus reakciófeltételek mellett a termodinamikailag meglehetősen instabil transz-dimetil-morfolin egy 45 részét „elroncsoíjuk”. így például az előbb megnevezett leírásban megadott reakciófeltételek mellett (előnyös hőmérséklet-tartomány 190-210 °C), a koncentrált kénsavnak, mint oxidálószernek a tulajdonságai erősen kifogásolhatók, ami a reakció alatt a kén-dioxid fejlődé- 50 séből, a keletkező víznek az elméletit messze túlhaladó mennyiségéből és a 2,6-dimetil-inorfolin rossz kitermeléséből ismerhető fel (lásd a leírt összehasonlító példát). A fent idézett amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban megadott Összkitermeléseket az előírt 55 reakciófeltételek legpontosabb megtartása esetén sem tudtuk reprodukálni. A találmány szerinti eljárásnál a reakciót olyan hőmérséklet tartományban hajtjuk végre, amelyben a kénsav oxidáló hatása még nem játszik említésreméltó szerepet.

60

Az eljárás előnyei a következők:

1) a 2,6-dimetil-morfolin magas összkitermelése;

2) a cisz-vegyület magasabb részaránya;

3) csekély energia-felhasználás, mert az összes 65 reakcióhőt felhasználjuk;