DE3905872C2

DE3905872C2 -

Info

Publication number: DE3905872C2
Application number: DE3905872A
Authority: DE
Inventors: Takeyuki Yokosuka Jp Fujita; Tuyoshi Kobe Jp Irie; Yasuyuki Takayanagi; Takeshi Narita; Yuya Yokohama Jp Yano
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd; Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1991-09-26
Also published as: US4904803A; BE1003787A5; DE3905872A1; KR910004790B1; KR890012941A

Description

Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Ansprüche.

N-substituierte Maleinimide haben eine Vielzahl von Anwendungen als Ausgangsmaterialien oder Zwischenprodukte im Bereich der Medizin, der Landwirtschaftschemikalien, der Farbstoffe und der makromolekularen Verbindungen.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von N-subtituierten Maleinimiden bekannt. Ein Beispiel für die bekannten Verfahren umfaßt die Dehydratisierung unter Ringbildung eines Maleinsäuremonoamids, die leicht aus Maleinsäure und einem Amin durch Erhitzen auf 180°C herstellbar ist (L.E. Coleman et al, J. Org. Chem., 24, 135-136 (1959)). Gemäß diesem Verfahren jedoch ist die Ausbeute des erzielten N-substituierten Maleinimids niedrig bei 15 bis 50%.

Es existiert auch ein Verfahren, das als Laborverfahren gut bekannt ist, das die Reaktion von Maleinsäureanhydrid mit Anilin unter Verwendung eines Dehydratisierungsmittels, wie Essigsäureanhydrid, in Gegenwart eines Natriumacetatkatalysators umfaßt (Org. Synth. Coll. 5, 944 (1973)). Dieses Verfahren besitzt, obwohl vergleichsweise hohe Ausbeuten an N-substituierten Maleinimiden erhalten werden, den Nachteil, daß die Herstellung, da das Dehydratisierungsmittel in einer stöchiometrischen Menge verwendet werden muß, durch die zusätzlichen Kosten dieses Hilfsmittels teuer ist. Dieses Verfahren ist damit für die industrielle Herstellung ungeeignet.

Andererseits ist ein Verfahren als industriell vorteilhaft denkbar, das die Dehydratisierung unter Ringbildung eines Maleinsäuremonoamids unter milden Bedingungen umfaßt, wobei kein Dehydratisierungsmittel, sondern ein wirksamer Dehydratisierungskatalysator verwendet wird. Eine Vielzahl solcher Verfahren ist bekannt, wobei ein Verfahren, das einen sauren Katalysator, wie Schwefelsäure oder Sulfonsäure, verwendet (GB-PS 10 41 027), ein Verfahren, das einen basischen Katalysator, wie Natriumhydroxid oder Triethylamin, verwendet (japanische Patentveröffentlichung Nr. 47-24 024, die der CA-PS 9 06 494 und der DE-PS 21 00 080 entspricht), und ein Verfahren, das einen heterogenen Katalysator, wie ein Austauschharz, verwendet (japanische Patentanmeldung 61-85 359, entsprechend der EP-B1-01 77 031), eingeschlossen sind. Gemäß diesen Verfahren erreicht die Reaktionsausbeute (Umwandlung zum Produkt) 90% oder mehr, jedoch ist die Inhibierung der Nebenreaktion noch unzureichend; damit enthalten die Reaktionsproduktmischungen Verunreinigungen, wie nicht-reagierte Materialien, Zwischenprodukte, und verschiedene Nebenprodukte und Polymere neben den Katalysatoren.

Es ist notwendig, die Verunreinigungen in ausreichendem Maße von den N-substituierten Maleinimiden zu entfernen, da diese Verbindungen für Arzneimittel, Landwirtschaftschemikalien und Polymere verwendet werden.

Für die Reinigung von N-substituierten Maleinimiden sind Verfahren bekannt, z. B. ein Verfahren, das das Gießen der Reaktionsproduktlösung in eine große Menge an kaltem Wasser, die Filtration der gebildeten Kristalle und anschließend das Waschen dieser mit einer großen Menge an Wasser oder organischem Lösungsmittel umfaßt (Organic Synthesis Coll. 5, 44 (1973)); ein Verfahren, das die Neutralisation und das Waschen der Reaktionsproduktlösung mit einer verdünnten, wäßrigen Natriumcarbonatlösung, die Abtrennung der gewaschenen, organischen Schicht und die Entfernung des Lösungsmittels daraus durch Destillation umfaßt (japanische Patentveröffentlichung 61-2 04 166, entsprechend der US-PS 46 23 734); Verfahren, die das Behandeln der Reaktionsproduktlösung mit einer starken Säure, wie Schwefelsäure, zur Umwandlung der Nebenprodukte in harzartige Bestandteile, deren Entfernung und das Waschen der zurückbleibenden Lösung umfassen (japanische Patentanmeldung 61-22 065 und 61-2 04 166, entsprechend der US-PS 46 23 734); und ein Verfahren, das das Waschen der Reaktionsproduktlösung mit einer verdünnten wäßrigen Alkalilösung, das weitere Waschen mit Wasser, die Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation und die Umkristallisation des Rückstandes aus einer Alkohollösung umfaßt (japanische Patentanmeldung 60-10 054). Die oben aufgezeigten Verfahren sind jedoch nachteilig, dadurch, daß es, da das im Schritt der Imidisierung durch Dehydratisierung unter Ringschluß gebildete Nebenprodukt auch in Wasser unlöslich ist, unmöglich ist, dieses Nebenprodukt in ausreichendem Maße durch Waschen mit Wasser zu entfernen, und damit ein hochreines, N-substituiertes Maleimid schwierig zu erhalten ist, und darüber hinaus sich eine Emulsionsschicht und/oder ein Niederschlag zwischen der wäßrigen Schicht und der organischen Schicht bildet, die durch das Waschen mit Wasser sich ergeben, wodurch die Abtrennbarkeit des Nebenproduktes verschlechtert wird. Dies ist der geringen Selektivität der Imidisierungsreaktion durch Dehydratisierung unter Ringbildung zuzuschreiben, d.h., eine Nebenreaktion, die während der Imidisierung auftritt, erzeugt ein Nebenprodukt, das eine emulgierende Wirkung besitzt, oder ein Nebenprodukt, das kaum in Wasser, wie auch in dem verwendeten, organischen Lösungsmittel löslich ist. Dementsprechend tritt, wenn die abgetrennte organische Lösung, die ein solches Nebenprodukt enthält, einem Isolierungsverfahren, wie Destillation, als solche unterzogen wird, gleichzeitig die Neigung zur Polymerisation auf, und damit werden Ausbeute und Reinheit verringert. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, daß man die organische Schicht und die wäßrige Schicht vor ihrer Trennung voneinander über eine sehr lange Zeit (z.B. ungefähr 2 bis 20 Stunden) stehen läßt, und daß die noch verbleibende Emulsionsschicht entfernt wird oder daß die Zerstörung der Emulsionsschicht und die Entfernung der unlöslichen Bestandteile durch Ultrazentrifugieren, Filtrieren oder durch ein anderes Verfahren bewirkt werden. Dies macht den Waschschritt kompliziert und mühsam. Die Umkristallisation aus einem Alkohol bewirkt auch eine Nebenreaktion mit dem Alkohol, oder sie wird begleitet durch eine Polymerisation. Deshalb ist es schwierig, ein hochreines Produkt in einer hohen Ausbeute durch diese Umkristallisation zu erhalten.

Aus der EP-A 01 65 574 ist die Herstellung von N-substituierten Maleinimiden bekannt, wobei man das gebildete Reaktionsprodukt mit ortho-Phosphorsäure, Zinkacetat und Kupferdibutyldithiocarbamat erhitzt. Dort wird die Kupferverbindung erst nach der erfolgten Umsetzung von Maleinsäureanhydrid mit einem Amin zugegeben. Die dort angegebenen Ausbeuten im Endprodukt mit einer Reinheit von 99,7% beziehen sich auf die bei der Destillation erhaltene Ausbeute. Die tatsächliche Ausbeute liegt dort, bezogen auf eingesetztes Anilin, nur bei 83,1%.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Maleinimiden zu schaffen, bei dem die Selektivität der Reaktion verbessert wird, um die Bildung eines Nebenproduktes zu verhindern, das für die Verschlechterung der Abtrennbarkeit der gewaschenen, organischen Phase verantwortlich ist, wobei das Auftreten der Polymerisation in dem Reinigungsschritt verhindert wird und somit N-substituierte Maleinimide mit hoher Reinheit in hoher Ausbeute erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Bei dem Verfahren der Erfindung kann das N-substituierte Maleinimid aus Maleinsäureanhydrid und einem aromatischen oder aliphatischen, primären Amin entweder direkt in einem Schritt durch Erhitzen, um die Dehydratisierungsreaktion zu bewirken, oder indirekt in zwei Schritten, wobei man zunächst ein Maleinsäuremonoamid herstellt und dieses dann erhitzt, um die Dehydratisierung unter Ringbildung zu bewirken, in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysators und mindestens einer Verbindung aus der Reihe Kupfer und Kupferverbindungen hergestellt werden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Maleinsäureanhydrid, das als Ausgangsmaterial bei der Erfindung verwendet wird, kann aus einer beliebigen Quelle zur Verfügung gestellt werden. Es ist üblich, ein geeignetes Maleinsäureanhydrid zu verwenden, das aus kommerziell verfügbaren Klassen von Maleinsäureanhydrid ausgewählt wird. Die Verwendung von Maleinsäure anstelle von Maleinsäureanhydrid ist nicht ratsam unter dem Gesichtspunkt der Reaktivität und Wirtschaftlichkeit, obwohl die Reaktion in diesem Fall ähnlich abläuft. Geeignet sind aromatische, primäre Amine z. B. Anilin, Naphthylamin, Toluidin, Xylidin, Chloroanilin, Dichloroanilin, Hydroxyanilin, Nitroanilin und Phenylendiamin. Von diesen Aminen sind Anilin, Toluidin, Chloroanilin, Dichloroanilin, Hydroxyanilin und Nitroanilin bevorzugt. Geeignete aliphatische, primäre Amine sind z. B. Methylamin, Ethylamin, Propylamin, Butylamin, Pentylamin, Cyclohexylamin, Allylamin und Ethylendiamin, von denen Methylamin, Butylamin und Cyclohexylamin bevorzugt sind. Maleinsäureanhydrid wird in einer Menge eingesetzt, die wünschenswerterweise im Bereich von 0,8 bis 1,5 Molen, vorzugsweise von 0,9 bis 1,2 Molen, pro Mol des primären Amins liegt.

Die Dehydratisierungsreaktion oder die Dehydratisierung unter Ringbildung wird bei der Erfindung in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysators und mindestens einer Verbindung aus der Reihe Kupfer und Kupferverbindungen durchgeführt.

Diese Reaktion kann gemäß verschiedenen Verfahren durchgeführt werden. Im Hinblick auf die Handhabbarkeit und weiterer Faktoren ist das folgende Verfahren bevorzugt: Vorbestimmte Mengen an Maleinsäureanhydrid, primärem Amin, organischem Lösungsmittel, Kupfer oder Kupferverbindung, und Katalysator werden in einen Reaktor gegeben und auf eine gegebene Temperatur erhitzt, um die Reaktion durchzuführen, oder vorbestimmte Mengen an Maleinsäureanhydrid, organischem Lösungsmittel, Kupfer oder Kupferverbindung, und Katalysator werden in einen Reaktor gegeben und auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, und anschließend wird eine vorbestimmte Menge des primären Amins schrittweise zugegeben, um die Reaktion auszuführen.

Das in dem Verfahren der Erfindung verwendete organische Lösungsmittel kann ein beliebiges Lösungsmittel aus der Reihe sein, die Maleinsäureanhydrid, das aromatische oder aliphatische, primäre Amin, und das Maleinsäuremonoamid lösen, und die bei der Reaktion keinerlei Änderung erfahren. Von diesen Lösungsmitteln sind aromatische Kohlenwasserstoffe, einschließlich Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Styrol und Kumol, bevorzugt. Insbesondere sind Benzol, Toluol und Xylol bevorzugt.

Hinsichtlich der zu verwendenden Menge an organischem Lösungsmittel besteht keine spezielle Beschränkung. Betrachtet man jedoch die Handhabbarkeit und Wirtschaftlichkeit, so wird das organische Lösungsmittel vorzugsweise in solch einer Menge verwendet, daß die Produktkonzentration darin ungefähr 10 bis 60%, insbesondere ungefähr 15 bis 35%, beträgt. Die Reaktion kann beschleunigt werden, indem man eine Mischung des obigen, aromatischen, Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels mit einem aprotischen, polaren Lösungsmittel verwendet. Solche aprotischen, polaren Lösungsmittel sind z. B. Formamid, N-Methylformamid, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, gamma-Butyrolacton und Hexamethylphosphortriamid. Von diesen Lösungsmitteln sind Dimethylformamid, Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxid bevorzugt.

Die zu verwendende Menge an aprotischem, polaren Lösungsmittel ist wahlweise, jedoch üblicherweise bis zu 50%, vorzugsweise ungefähr 0,5 bis 25%, der Gesamtmenge an Lösungsmittel.

Das Kupfer oder die Kupferverbindung, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, bewirkt die Verbesserung der Reaktionsselektivität und verhindert die Bildung eines Nebenproduktes, das für die Verschlechterung der Trennbarkeit der wäßrigen Phase, die aus dem Waschen in dem Reinigungsschritt resultiert, verantwortlich ist. Beispiele für das Kupfer oder die Kupferverbindung sind metallisches Kupfer in Pulver- oder Folienform; anorganische Kupferverbindungen, einschließlich Kupfer(I)oxid, Kupfer(II)oxid, Kupferhydroxid, Kupfersulfid, Kupfer(I) chlorid, Kupfer(II)chlorid, Kupfersulfat, Kupfernitrat und Kupferphosphat; und organische Kupferkomplexverbindungen, einschließlich Kupferbis(acetylacetonat) und Kupferethylendiamintetraacetat. Hinsichtlich der Wärmestabilität und der Wirtschaftlichkeit sind metallisches Kupfer und anorganische Kupferverbindungen bevorzugt. Dieses Kupfer und die Kupferverbindungen können alleine oder in Kombination verwendet werden.

Hinsichtlich der Menge des Kupfers oder der Kupferverbindung, die verwendet werden soll, besteht keine spezielle Beschränkung, jedoch liegen die bevorzugten Mengen davon im allgemeinen bei 5 ppm bis 5 Gew.% in bezug auf die Reaktionsflüssigkeit. Die Menge kann durch die gemeinsame Verwendung mit dem oben genannten, aprotischen, polaren Lösungsmittel reduziert werden.

Geeignete Katalysatoren für die Verwendung in dem Verfahren der Erfindung beinhalten anorganische Säuren, z. B. Schwefelsäure, schweflige Säure, Schwefelsäureanhydrid, Phosphorsäure; organische Säuren, z.B. Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Benzolphosphonsäure, Trichloressigsäure und Trifluoressigsäure; organische Basen, z.B. Triethylamin, Pyridin, Dimethylanilin, und Natriumacetat; und Ionenaustauscherharze von stark saurer Art, schwach saurer Art und schwach basischer Art. Von diesen Katalysatoren sind Schwefelsäure, Phosphorsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure und Ionenaustauscherharze bevorzugt. Hinsichtlich der Menge des zu verwendenden Katalysators besteht keine spezielle Beschränkung, jedoch wird dieser vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 40 Gew.%, insbesondere 0,2 bis 25 Gew.%, in bezug auf die Reaktionsflüssigkeit verwendet.

Die Reaktionstemperatur in dem Verfahren der Erfindung liegt im allgemeinen bei 50 bis 200°C, vorzugsweise bei 70 bis 160°C. Es besteht keine spezielle Beschränkung hinsichtlich des Reaktionsdruckes, der aus einem weiten Bereich von reduziertem, normalem und erhöhtem Druck ausgewählt werden kann. Die Reaktionsdauer beträgt im allgemeinen 0,5 bis 10 Stunden in Abhängigkeit von Bedingungen, wie Rohmaterialkonzentration, Menge des Katalysators, Art des Lösungsmittels und Reaktionstemperatur.

Die so erhaltene Reaktionsproduktlösung, die ein N-substituiertes Maleinimid enthält, wird zunächst gewaschen, und dann wird die erhaltene, organische Schicht gereinigt, um das N-substituierte Maleinimid zu isolieren.

Bei der Erfindung wird die Produktlösung einmal oder mehrmals mit mindestens einer Lösung aus der Reihe verdünnte, wäßrige Alkalilösung, Wasser und verdünnte, wäßrige Säurelösung, gewaschen. Verdünnte, wäßrige Lösungen geeigneter Alkaliverbindungen beinhalten solche von Hydroxiden, Carbonaten und Hydrogencarbonaten von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen. Von diesen Verbindungen sind Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat und Kaliumhydroxid, Kaliumcarbonat und Kaliumhydrogencarbonat bevorzugt. Verdünnte, wäßrige Lösungen geeigneter Säuren beinhalten solche von Schwefelsäure, schwefliger Säure, Phosphorsäure, Salzsäure, Benzolsulfonsäure und Toluolsulfonsäure, von denen Schwefelsäure und Phosphorsäure bevorzugt sind. Es ist vorteilhaft, mit einer verdünnten, wäßrigen Lösung eines Alkali und dann mit einer verdünnten, wäßrigen Lösung einer Säure zu waschen.

Hinsichtlich der Mengen an verdünnter, wäßriger Alkalilösung, Wasser und verdünnter, wäßriger Säurelösung, die verwendet werden sollen, bestehen keine speziellen Beschränkungen, jedoch liegen bevorzugte Mengen davon bei ungefähr 10 bis 100% der zu waschenden Menge an Reaktionsproduktmischung. Die Menge und der pH-Wert der Waschflüssigkeit werden so ausgewählt, daß der pH-Wert der wäßrigen Lösung nach dem Waschen im Bereich von 0,5 bis 8, vorzugsweise 1,5 bis 7, liegt. Die Waschtemperatur liegt bei 20 bis 90°C, vorzugsweise bei 30 bis 70°C.

Das Waschverfahren ist wie folgt: Die Waschflüssigkeit wird zu der Reaktionsproduktlösung hinzugegeben und diese Flüssigkeiten werden für eine Zeitdauer von 5 bis 60 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung läßt man stehen, damit sie sich in die zwei Phasen auftrennt. Gemäß dem Verfahren des Standes der Technik ist diese Trennung bemerkenswert schlecht, d.h. es bildet sich eine heterogene Schicht, die große Mengen an Emulsion und unlöslichen Bestandteilen enthält, zwischen den zwei Phasen. Um die Trennung zu verbessern, benötigt das Verfahren des Standes der Technik dafür ein Stehenlassen von ungefähr 2 bis 20 Stunden, oder die Abtrennung der Emulsion und der unlöslichen Bestandteile wird unter Krafteinwirkung durch Ultrazentrifugieren oder Filtration bewirkt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung trennt sich die gerührte Mischung im Gegensatz dazu in zwei Phasen vollständig in einer extrem kurzen Zeit (üblicherweise 30 Minuten) auf, und damit ist nicht nur die Handhabbarkeit wesentlich verbessert, sondern es kann auch eine organische Schicht, die mit viel weniger Verunreinigung kontaminiert ist, in einer hohen Ausbeute erhalten werden. Falls notwendig, können Kupfer oder die oben genannte Kupferverbindung weiterhin zugegeben werden, da sie eine die Trennung der wäßrigen Waschschicht fördernde Wirkung besitzen.

Anschließend wird das N-substituierte Maleinimid in der durch das obige Waschverfahren erhaltenen organischen Schicht gemäß der bekannten Umkristallisation oder Destillation isoliert.

Bei dem Umkristallisationsverfahren ist es ratsam, das Produkt auszukristallisieren und abzutrennen, indem man ein alkoholisches Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol, oder ein aromatisches Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol, Xylol oder Styrol, verwendet.

Bei einem Destillationsverfahren ist es ratsam, die Destillation unter normalem oder reduziertem Druck auszuführen. Da die N-substituierten Maleinimide die Tendenz aufweisen, zu polymerisieren, wird die Destillation bevorzugt bei einer Temperatur durchgeführt, die so niedrig wie möglich liegt, und unter einem reduzierten Druck, der im allgemeinen bis zu 26 mbar, vorzugsweise bis zu 13 mbar reicht. Die Destillation in Gegenwart von Phosphorsäure ist besonders vorteilhaft

Wenn ein Maleinsäuremonoamid, das durch Umsetzung von Maleinsäureanhydrid mit einem aromatischen oder aliphatischen, primären Amin erzeugt wurde, der Dehydratisierung unter Ringbildung unterzogen wird, dann kann die Reaktion ohne Isolierung des Maleinsäuremonoamids durchgeführt werden.

Diese Synthese des Maleinsäuremonoamids wird bevorzugt in einem organischen Lösungsmittel, wie dem oben genannten, aromatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel oder in einer Mischung davon mit einem aprotischen, polaren Lösungsmittel durchgeführt. Die Reaktion läuft bei Temperaturen bis zu ungefähr 150°C ohne spezielle Verwendung eines Katalysators leicht ab. Geeignete Reaktionstemperaturen liegen bei Raumtemperatur bis 100°C. Geeignete Reaktionszeiten liegen bei 0,5 bis 24 Stunden in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur und des verwendeten Lösungsmittels.

Das Waschen der Produktlösung, die aus der Dehydratisierung unter Ringbildung resultiert, und die Isolierung des N-substituierten Maleimids kann in der gleichen Weise wie bei der Reinigung der Produktlösung, die bei der Ein-Schritt- Synthese anfällt, erfolgen.

Da sowohl ein Rohmaterial und das Produkt in dem Verfahren der Erfindung polymerisationsaktive Doppelbindungen aufweisen, ist die Verwendung eines Polymerisationsinhibitors in dem Reaktionsschritt, als auch in dem Reinigungsschritt, wirksam. Solche wirksamen Polymerisationsinhibitoren sind beispielsweise Hydrochinon, Methoxyphenol, t-Butylkatechol, Phenothiazin, Thioharnstoff, Hydroxychinolin, Cupferron und N-Nitrosodiphenylamin.

Beispiel 1

In einen Reaktor, der mit einem Thermometer, einem Rührer, einem Tropftrichter und einem Rückflußkühler, der mit einem Wasserabscheider versehen ist, ausgerüstet ist, werden 107,8 g Maleinsäureanhydrid, 400 ml Toluol, 25 ml Dimethylformamid, 5,0 g p-Toluolsulfonsäure, 0,1 g Kupfersulfat und 0,2 g p-Methoxyphenol gegeben. Diese Mischung wird unter Rühren unter Bildung einer Lösung erhitzt. Anschließend werden 93,1 g Anilin aus dem Tropftrichter in die Lösung getropft und unter Rückfluß 3 Stunden lang umgesetzt. Das während der Reaktion gebildete Wasser wurde durch den Wasserabscheider entfernt. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Reaktionsproduktlösung durch Gaschromatografie analysiert, wodurch die Bildung von 172,1 g N-Phenylmaleinimid bestätigt wurde. Die Reaktionsausbeute (Umwandlung zum Produkt) betrug 99,4%.

Anschließend wurde die Reaktionsproduktlösung auf 60°C abgekühlt, es wurden 200 g einer 64%igen, wäßrigen Natriumcarbonatlösung hinzugegeben und 20 Minuten lang unter Rühren vermengt, und die erhaltene Mischung wurde 20 Minuten lang stehen gelassen, um sie in zwei Schichten aufzutrennen, von denen die wäßrige Schicht entfernt wurde. Die erhaltene organische Schicht, die bei 50°C gehalten wurde, wurde wieder mit 100 g verdünnter Schwefelsäure, die zuvor auf einen pH-Wert von 2 eingestellt wurde, gewaschen, und die erhaltene wäßrige Schicht wurde entfernt. Bei diesen zwei Waschverfahren bildete sich keine Emulsionsschicht oder unlösliches Material zwischen der organischen Schicht und der wäßrigen Schicht, und beide Schichten waren klar und einheitlich nach dem Stehenlassen. Anschließend wurden 0,5 g 85%ige Phosphorsäure zu der abgetrennten organischen Schicht hinzugegeben, und das Lösungsmittel wurde durch Eindampfen bei 20 bis 130 mmHg entfernt. Der Rückstand wurde 3 Stunden lang im Vakuum bei 12 mbar bei einer Badtemperatur von 160°C destilliert. Dadurch wurden 165,2 g N-Phenylmaleinimid erhalten (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 89 bis 90°C, Ausbeute 95,4%, durch Gaschromatografie bestimmte Reinheit 99,9%). Die Menge des noch von der Destillation bestehenden Rückstandes betrug 0,8 g.

Vergleichsbeispiel 1

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß kein Kupfersulfat verwendet wurde. Das Ergebnis bestand darin, daß die Reaktionsausbeute 96,1% war und 129,2 g N-Phenyl-maleinimid erhalten wurden (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 80 bis 90°C, Ausbeute 74,6%, durch Gaschromatografie bestimmte Reinheit 99,6%). Bei dem Waschverfahren bildeten sich 15 ml einer Emulsionsschicht, die unlösliche Bestandteile enthielt, bei dem ersten Waschen, und 120 ml einer ähnlichen Emulsionsschicht bei dem zweiten Waschen. Die Menge des noch verbleibenden Rückstandes betrug 16,2 g.

Vergleichsbeispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß weder Dimethylformamid noch Kupfersulfat hinzugegeben wurden. In diesem Fall wurde eine gelbe Reaktionsproduktmischung in Form einer Aufschlämmung mit einer Reaktionsausbeute von 87,4% erhalten, wobei der nächste Waschschritt die gesamte Mischung in eine emulsionsartige Flüssigkeit umwandelte, die gelblich-weiße, unlösliche Bestandteile enthielt, und wobei sich eigentlich keine wäßrige Phase abtrennte. Dadurch wurde der Versuch gestoppt.

Vergleichsbeispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß kein Dimethylformamid hinzugegeben wurde. Das Ergebnis bestand darin, daß die Reaktionsausbeute 87,9% betrug, und 104,4 g N-Phenylmaleinimid erhalten wurden (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 89 bis 90°C, Ausbeute 60,3%, Reinheit 99,8%). In dem Waschverfahren bildeten sich 12 ml einer Emulsionsschicht, die unlösliche Bestandteile enthielt, im ersten Waschschritt und 8 ml einer ähnlichen Emulsionsschicht im zweiten Waschschritt. Die Menge des noch verbleibenden Rückstandes betrug 13,0 g.

Beispiel 2

In den gleichen Reaktor, der in Beispiel 1 verwendet wurde, wurden 103,0 g Maleinsäureanhydrid, 200 ml Xylol, 10 ml Dimethylsulfoxid, 3,0 g 98%ige Schwefelsäure, 0,05 g Kupferpulver und 0,1 g Hydrochinon gegeben. Diese Mischung wurde unter Rühren unter Bildung einer Lösung erhitzt. Dann wurden 93,1 g Anilin tropfenweise aus dem Tropftrichter zu der Lösung gegeben und unter Rückfluß 2 Stunden lang umgesetzt. Das Wasser, das sich während der Reaktion bildete, wurde durch den Wasserabscheider entfernt. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Reaktionsproduktlösung durch Gaschromatografie analysiert, wobei man die Bildung von 170,0 g N-Phenylmaleinimid bestätigte. Die Reaktionsausbeute betrug in diesem Fall 98,2%.

Im Anschluß daran wurde die Reaktionsproduktlösung auf 50°C abgekühlt, 200 g einer 4,5%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung wurden hinzugegeben und unter Rühren 20 Minuten lang vermengt, und die erhaltene Mischung ließ man 10 Minuten lang stehen, um sie in zwei Phasen aufzutrennen, von denen die wäßrige Phase entfernt wurde. Die erhaltene organische Schicht, die bei 50°C gehalten wurde, wurde wieder mit 100 g einer verdünnten Phosphorsäurelösung, die zuvor auf einen pH-Wert von 1,5 eingestellt wurde, gewaschen und die erhaltene wäßrige Lösung wurde entfernt. Während der Wasch- und Trennverfahren wurde keine Bildung einer Emulsionsschicht oder von unlöslichen Bestandteilen überhaupt beobachtet. Das Lösungsmittel wurde von der abgetrennten organischen Schicht durch Eindampfen bei 20 bis 130 mmHg entfernt und 400 ml Isopropanol, das auf 70°C erhitzt wurde, wurde zu dem Rückstand hinzugegeben, den es bei 70 bis 75°C löste. Dann wurde die Lösung auf 10°C unter sanftem Rühren gekühlt. Die ausgefallenen Kristalle wurden abfiltriert und mit 100 ml Isopropanol gewaschen. Die Mutterlauge, d.h. das Filtrat, und die Waschlösungen wurden miteinander vereinigt, auf ein Volumen von ungefähr 50 ml konzentriert und wiederum auf 10°C abgekühlt. Ausgefallene Kristalle wurden abfiltriert und gewaschen. Diese Kristalle und die zuvor erhaltenen Kristalle wurden vereinigt und unter heißer Luft bei 70°C eine Stunde lang getrocknet, wobei man 163,1 g N-Phenylmaleinimid (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 89 bis 90°C, Ausbeute 94,2%, Reinheit 99,9%) erhielt.

Beispiele 3 und 4

Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten, indem man das Verfahren des Beispiels 1 wiederholte, mit der Ausnahme, daß jeweils 127,6 g o-Chloranilin und 107,2 g o-Toluidin als primäres Amin und 0,1 g Kupfer(II)oxid als Kupferverbindung verwendet wurden, und der Destillationsdruck in jedem Fall verändert wurde.

Tabelle 1

Beispiel 5

In den gleichen Reaktor, der in Beispiel 1 verwendet wurde, wurden 107,8 g Maleinsäureanhydrid, 400 ml Toluol, 25 ml Dimethylformamid, 50 g eines Ionenaustauscherharzes (Handelsname: Amberist 15, von Röhm & Haas Co.), 0,2 g Kupferacetat und 0,2 g p-Methoxyphenol gegeben. Diese Mischung wurde unter Rühren unter Bildung einer Lösung erhitzt. Dann wurden 73,1 g n-Butylamin tropfenweise aus dem Tropftrichter in die Lösung hinzugegeben und unter Rückfluß 6 Stunden lang umgesetzt. Das während der Reaktion gebildete Wasser wurde durch den Wasserabscheider entfernt, nach Beendigung der Reaktion wurde der Ionenaustauscherharz- Katalysator abfiltriert und mit Toluol gewaschen. Gemäß dem Ergebnis der gaschromatografischen Analyse betrug die Reaktionsausbeute 84,7%.

Anschließend wurde die Reaktionsproduktlösung, die auf 60°C gehalten wurde, zweimal auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 gewaschen (einmal mit 300 ml einer 6%igen wäßrigen Natriumcarbonatlösung und einmal mit verdünnter Schwefelsäure, die auf einen pH-Wert von 2 eingestellt war). Während der Wasch- und Trennverfahren wurde keine Bildung einer Emulsionsschicht oder von unlöslichen Bestandteilen beobachtet. Nach der Zugabe von 0,5 g 85%iger Phosphorsäure zu der abgetrennten, organischen Schicht wurde das Lösungsmittel durch Eindampfen bei 130 bis 20 mmHg entfernt, und der Rückstand wurde 3 Stunden lang im Vakuum bei 8 mbar bei einer Badtemperatur von 90°C destilliert. Dabei wurden 123,5 g N-n-Butyl-maleinimid erhalten (farblose, klare Flüssigkeit, Siedepunkt 86 bis 89°C/6 mmHg, Ausbeute 80,6%, Reinheit 99,5%). Die Menge des noch verbliebenen Rückstandes betrug 2,8 g.

Beispiel 6

In den gleichen Reaktor, der in Beispiel 1 verwendet wurde, wurden 107,8 g Maleinsäureanhydrid, 400 ml Toluol, 25 ml Dimethylformamid, 0,1 g Kupfersulfat und 0,2 g p-Methoxyphenol gegeben. Diese Mischung wurde gerührt, um eine Lösung zu bilden. Dann wurden 93,1 g Anilin aus dem Tropftrichter in die Lösung tropfenweise innerhalb einer Stunde zur Reaktion hinzugegeben, während die Reaktionstemperatur bei 40°C oder darunter gehalten wurde, und weiterhin wurde die erhaltene Mischung eine Stunde lang unter Rühren bei 40°C gealtert. Die erhaltene Aufschlämmung wurde nach der Zugabe von 5,0 g p-Toluolsulfonsäure einer Dehydratisierungsreaktion unter Rückfluß für 3 Stunden unterzogen, während man das gebildete Wasser durch Azeotropdestillation entfernte. Gemäß dem Ergebnis der gaschromatografischen Analyse betrug die Reaktionsausbeute 93,5%.

Die gleiche Nachbehandlung der erhaltenen Reaktionsproduktlösung wie in Beispiel 1 ergab 154,4 g N-Phenylmaleimid (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 89 bis 90°C, Ausbeute 89,2%, Reinheit 99,8%). In den ersten und zweiten Waschverfahren wurde keine Bildung einer Emulsionsschicht beobachtet. Die Menge des noch verbliebenen Rückstandes betrug 1,2 g.

Vergleichsbeispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß kein Kupfersulfat hinzugegeben wurde. Das Ergebnis bestand darin, daß die Reaktionsausbeute 90,8% betrug, und 116,8 g N-Phenylmaleinimid erhalten wurden (schwach gelber Feststoff, Schmelzpunkt 89 bis 90°C, Ausbeute 67,5%, Reinheit 99,1%). Bei dem Waschverfahren bildeten sich 60 ml einer Emulsionsschicht, die unlösliche Bestandteile enthielt, im ersten Waschschritt und 120 ml einer ähnlichen Emulsionsschicht im zweiten Waschschritt. Die Menge des noch verbliebenen Rückstandes betrug 10,2 g.

Beispiele 7 bis 10

Die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten, indem man die Verfahren gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 durchführte, mit der Ausnahme, daß Kupfersulfat in verschiedenen Mengen verwendet wurde.

Tabelle 2

Vergleichsbeispiele 5 bis 8

Die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten, indem man die Versuche gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 durchführte, mit der Ausnahme, daß t-Butylkatechol, Phenothiazin, 98%ige Schwefelsäure und 85%ige Phosphorsäure jeweils anstelle des Kupfersulfates verwendet wurden.

Tabelle 3

Gemäß der Erfindung können N-substituierte Maleimide mit hoher Reinheit in hohen Ausbeuten erhalten werden. Die Erfindung hat die folgenden Vorteile:

(i) In dem Waschschritt wird die Abtrennbarkeit der Produktmischung merklich verbessert, und auch die Handhabbarkeit davon wird verbessert.
(ii) Die Ausbeuten an Produkt aus der Reaktion und aus der Reinigung werden gesteigert.
(iii) Die Reinheit des Produktes wird verbessert.
(iv) Die Reinigung ist einfach, da die Nebenproduktbildung minimiert wird.
(v) Die Polymerisation des Produktes während der Reinigung kann verhindert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Maleinimiden, dadurch gekennzeichnet, daß man

(1) Maleinsäureanhydrid mit einem Amin, ausgewählt aus der Gruppe aromatische, primäre Amine und aliphatische, primäre Amine, in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, eines Katalysators und mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe metallisches Kupfer und Kupferverbindungen, umsetzt, und
(2) einen Reinigungsschritt anschließt, bei dem (i) die das N-substituierte Maleinimid enthaltende Reaktionsproduktmischung mit mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer verdünnten, wäßrigen Alkalilösung, Wasser, und einer verdünnten, wäßrigen Säurelösung, gewaschen wird, und (ii) das N-substituierte Maleinimid aus der gewaschenen, organischen Schicht isoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthese des N-substituierten Maleinimids die Imidisierung von Maleinsäureanhydrid in einem Schritt umfaßt, und die Isolierung in dem Reinigungsschritt durch Destillation ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Destillation in dem Reinigungsschritt in Gegenwart von Phosphorsäure ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Synthese eines Maleinsäuremonoamids und anschließend die Dehydratisierung und Ringbildung vorgenommen und die Isolierung in dem Reinigungsschritt durch Destillation durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen in dem Reinigungsschritt das Waschen mit einer verdünnten wäßrigen Alkalilösung und das anschließende Waschen mit einer verdünnten, wäßrigen Säurelösung umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Destillation in dem Reinigungsschritt in Gegenwart von Phosphorsäure durchgeführt wird.