Verfahren zur Herstellung von ss-6,7.Epoxyhexachlortetracyclodode@en. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Substanz, die eine überraschend hohe Toxizität gegenüber Insekten und insbeson dere solche Insekten, die durch die bisher verwendeten halogenierten Kohlenwasserstoffe und ihre Derivate nicht angegriffen werden, aufweist.
Die Schweizer Patente Nrn.281998 und 290803 beziehen sich auf Verfahren zur Her stellung von polycyclischen halogenierten Koh- lenwasserstoffen, nämlich Hexachlortetracyclo- dodecadien und 6,7-Epoxyhexachlorteträcyclo- dodecen, die nicht nur eine unerwartet hohe insektizide )Virksamkeit, sondern auch eine überraschend hohe Beständigkeit gegenüber Reagenzien aufweisen,
die die bekannten orga nischen halogenierten Insektengifte normaler weise leicht zersetzen.
Der nach dem Verfahren gemäss vorliegen der Erfindung hergestellte neue, polycyclische, halogenierte Kohlenwasserstoff weist ausser den gewöhnlichen Eigenschaften der oben ge nannten Verbindungen noch neue Eigenschaf ten auf, welche diesen Kohlenwasserstoff für die Vertilgung von Ungeziefer, welches durch viele oder die meisten Verbindungen der Klasse, welcher der vorliegende Kohlenwasser stoff angehört, nicht angegriffen wird, be sonders geeignet und wertvoll machen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Her stellung der neuen Substanz, nämlich ss-6,7- Epoxyhexachlortetracyclododecen, das die fol gende plane Strukturformel aufweist:
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ist dadurch gekennzeichnet, dass ss-Hexachlor- tetracyclododecadien der Oxydation mit einer Perverbindung-unterworfen wird. ss-6,7-Epoxy- hexachlortetracyclododecen ist einweisser kri stalliner Körper, der unter Zersetzung bei etwa 245 C schmilzt.
In den letzten Jahren wurde eine. grosse Zahl halogenierter Kohlenwasgerstäf- bzw. einfacher Kohlenwasserstoffderivate-gefun- den, gefnn- den, die gegenüber zahlreichen Insektenarten in hohem Grade toxisch sind. Diese Substan zen sind jedoch gewissen Einschränkungen unterworfen, welche ihre Verwendbarkeit in kleinem oder grösserem Ausmass vermindern.
Mit Ausnahme der in den oben genannten Patenten beschriebenen Verbindungen zeigen alle bisher bekanntgewordenen organischen, halogenhaltigen Insektengifte das Bestreben, Halogen und gleichzeitig ihre insektizide Wirksamkeit zu verlieren.
Ausserdem sind alle bisher entdeckten ha logenierten Kohlenwasserstoffgifte, die gegen zahlreiche Arten von Insektenungeziefer zwar sehr wirksam sind, für die Vertilgung zahl reicher anderer, ebenso schädlicher Insekten arten von beschränktem oder geringem Wert. Diese Tatsache ist an sich nicht besonders überraschend, da es eine sehr grosse Zahl bekannter Insektenarten gibt und zwischen diesen Arten grosse Unterschiede vorhanden sein können. Es ist deshalb nicht erstaunlich, dass es keine einzelne insektizide Verbindung gibt, die mit_ Erfolg gegen alle Insektenarten eingesetzt werden könnte.
Etwas weniger verständlich ist die Tat sache, dass gewisse grosse Klassen von schäd lichen Insekten gegen alle bisher gefundenen halogeniert.en Insektengifte, einschliesslich der in den oben genannten Patenten beschriebenen Verbindungen, praktisch immun sind.
Es wurde nun gefunden, dass gewisse Klassen von Insekten, die bisher durch Ver wendung halogenierter Kohlenwasserstoffe nicht viertilgbar sind, gegenüber der Wir kung der neuen Substanz sehr empfindlich sind. Da diese Klassen von Insekten bisher gegen Verbindungen dieses allgemeinen Typs verhältnismässig widerstandsfähig waren, ist die Tatsache, dass - sie durch die neue Sub stanz angegriffen werden, sowohl neu als überraschend.
Diese Tatsache ist noch über raschender, wenn man in Betracht zieht, dass die neue Substanz der im Schweizer Patent Nr.290803 beschriebenen Verbindung struk turell sehr ähnlich ist. Sie ist tatsächlich ein Stereoisomer der letztgenannten Verbindung. Wie das genannte Isomer, besitzt die neue Verbindung eine sehr starke. insektizide Wirk samkeit, enthält jedoch derart fest gebundene Halogenatome, dass sie unter alkalischen Be dingungen, unter welchen die ältere haloge- nierten insektiziden Substanzen Halogen und gleichzeitig an Wirksamkeit verlieren, be ständig ist.
Das Reaktionsprodukt, das erhalten wird, wenn ein Mol 1,2,3,4,7,7-Hexachlorbicyclo- (2,2,1)-2,5-heptadien mit 1 Mol Cyclopenta- dien zur Reaktion gebracht wird, oder wenn 1 Mol Hexachlorcyclopentadien mit 1 Mol Bicyclo-(2,2,1)-2,5-heptadien zur Reaktion ge bracht wird, besitzt die folgende ebene Struk turformel
EMI0002.0037
Werden die primären Produkte mit einer Persäure behandelt,
so erhält man epoxydierte neue Derivate, die in ähnlicher Weise durch eine ebene Strukturformel dargestellt werden können:
EMI0002.0041
Die ebene Struktur I stellt die beiden primären Produkte dar, die erhalten werden, wenn 1 Mol Hexachloreyclopentadien mit 1 Mol Bicyclo-(2,2,1)-2,5-heptadien zur Reaktion gebracht wird, und wenn 1 Mol Cyclopenta- dien mit 1 Mol 1,2,3,4,7,7-Hexachlorbicyclo- (2,2,1)-2,
5-heptadien zur Reaktion gebracht wird. Die Struktur I4 stellt das erfindungs gemäss hergestellte fl-6,7-Epoxyhexachlortetra- cyclododecen sowie das nach dem Verfahren des Schweizer Patentes Nr.290803 hergestellte 6, 7-Epoxyhexachlortetracyclododecen dar. Die durch eine einzige ebene Strukturformel dar gestellten beiden Verbindungen sind physika lisch und chemisch voneinander verschieden.
Um die zwischen den Verbindungen, die durch die obere ebene Strukturformel richtig dar gestellt werden können, bestehenden Unter schiede zu erläutern und zu erklären, ist es deshalb nötig, kurz auf die stereochemischen Konfigurationen dieser Verbindungen einzu gehen. Es sei eine einfache Bicyeloheptenverbin- dung, wie z. B.
EMI0003.0003
als Beispiel genommen.
Man kann als wahr scheinlich annehmen, dass die Kohlenstoff- atome 2, 3, 5 und 6 in der Papierebene liegen, während die Kohlenstoffatome 1 und 4 über dieser Ebene und das Kohlenstoffatom 7 noch höher als die Atome 1 und 4 über dieser Ebene liegen. Die die Atome H und X und H und Y mit den Kohlenstoffatomen 2 und 3 verbindenden Bindungen sind" dann als über und unter der Papierebene angeordnet ge dacht.
Der planen Struktur II entsprechen somit (abgesehen von der optisehen Isomerie) drei Stereoisomere, die - wie aus der bei liegenden Zeichnung hervorgeht - durch dreidimensionale Figuren [vergleiche (a), (b) und (e) ] dargestellt werden können.
Sind X und Y Chloratome, so sind entsprechend der am meisten gebräuchlichen Nomenklatur die Verbindung (a) eine Transdiehlor-Verbin- dung, (b) eine exo-cis-Dichlorverbindung und (e) eine endo-cis-Dichlorverbindung.
Es wird ferner allgemein als wahrscheinlich angenommen, dass, wenn die Glieder X und Y Teile eines nicht mehr als sechs Atome ent haltenden Ringsystems bilden, die auf diese Weise verbundenen Ringe entweder eine exo- cis- oder eine endo-cis-Konfiguration aufwei sen müssen. Eine trans-Konfiguration ist wahrscheinlich notwendigerweise ausgeschlos sen.
Untersucht man die durch die obige For mel I dargestellte Verbindung eingehender, so gelangt man zum Schluss, dass vier theoretisch mögliche Stereoisomere angenommen werden können: 1. eine Verbindung, in welcher der zweite sechsgliedrige Ring in der exo-cis-Stellung an- geschlossen ist und in welcher die endo- Methanbrücke. im zweiten Ring in einem all- gemeinen. Sinn in die gleiche Richtung ge richtet ist, wie die endo-Methanbrücke im ersten sechsgliedrigen Ring.
2. eine Verbindung, in welcher der zweite sechsgliedrige Ring in der exo-cis-Stellung an geschlossen ist, in welcher jedoch die zweite endo-Methanbrücke bezüglich der ersten in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.
Man kann dies dreidimensional wie in der beiliegenden Zeichnung [vergleiche (d) und (e) ] darstellen.
Der Verbindung (d) wird eine exo-exo- Konfiguration zugesprochen, während den bei den Ringen A und B eine exo-Konfiguration zugesprochen wird. Ferner wird angenommen, dass die Verbindung (e) eine exo-endo-Konfi- gurätion aufweist und dass der Ring A in Verbindung (e) eine exo-Konfiguration und der Ring B der Verbindung (e) eine endo- Konfiguratiön besitzen.
Die beiden andern durch die ebene Struk turformel I dargestellten Verbindungen sind die entsprechenden Varianten, in welchen der zweite angeschlossene Ring sich in der endo- eis-Stellung befindet. Diese Verbindungen können dreidimensional, wie mit (f) und (g) in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, wie dergegeben werden.
Es wird daher der Verbindung (f) eine endo-exo-Konfiguration zugesprochen, wäh rend für den Ring A in Verbindung (f) eine endo-Konfiguration und für den Ring Bin Verbindung (f) eine exo-Konfiguration ange nommen werden. In ähnlicher Weise wird der Verbindung (g) eine endo-endo-Konfigu- ration zugesprochen, während für die beiden Ringe der Verbindung (g) eine endo-Konfi- guration angenommen wird.
Es ist nicht mit Gewissheit bekannt, wel che der gezeigten Konfigurationen den ver schiedenen vorliegenden Verbindungen zuzu schreiben ist. Es wird angenommen, dass die durch Umsetzung von 1 Mol Hexachlor cyclo- pentadien mit 1 Mol Bicyclo-(2,2,1)-2,5-hep- tadien erhaltene Verbindung entweder die exo- exo-Konfiguration (d) oder die endo-exo-Kon- figuration (f) besitzt.
Im folgenden wird die auf diese Weise erhaltene Konfiguration als < calpha-Konfiguration bezeichnet, während die Reihe der auf diese Weise erhaltenen Verbindung als alpha-Reihe bezeichnet wird.
Es wird ferner angenommen, dass bei der Umsetzling von Cyclopentadien mit 1 Mol 1, 2, 3,4,7,7-Hexacblorbicyclo - (2,2,1) -<B>2,5</B> -hepta- dien entstehende Verbindung entweder die endo-endo-Konfiguration (g) oder die exo- endo-Konfiguration (e) besitzt.
Im folgenden wird daher die durch diese zweite Reaktions methode erhaltene Konfiguration als beta- Konfiguration bezeichnet, während die Reihe der auf diese Weise erhaltenen Verbindungen als beta-Reihe bezeichnet wird. Es wird ausserdem angenommen, dass, wenn die erste dieser Verbindungen (alpha) die exo-exo-Kon- figuration besitzt, die zweite dieser Verbin dungen (beta) dann die endo-endo-Konfigu- ration aufweist,
während, wenn die alpha-Ver- bindungen die endo-exo-Konfigtiration besit zen, die beta-Verbindungen dann die exo- endo-Konfiguration aufweisen.
Es ist anzunehmen, dass bei der Diskus sion der Konfiguration die räumlichen Bezie hungen, die bestehen, wenn die in Betracht. fallende Verbindung eine solche mit mehr als zwei Bicycloheptanringen ist, bisher noch nicht berücksichtigt worden sind. Es folgt je doch aus den obigen Ausführungen, dass bei der Addition von 1 Mol eines Cyclopentadiens an 1 Mol einer gegebenen kondensierten poly- cyclischen Verbindung 4 Stereoisomere ent stehen können.
Unsere gegenwärtigen Kennt nisse weisen darauf hin, dass Reaktionen die ser Art das Bestreben haben, derart zu ver laufen, dass stereochemisch reine Produkte entstehen, die vorwiegend (wenn auch nicht notwendigerweise ausschliesslich) durch die Reaktionskomponenten bestimmt sind. Es folgt daraus, dass bei der nachträglichen Anlage rung von Cyclopentadienen an die tetracycli- schen primären Produkte in Wirklichkeit nur eine der vier theoretisch möglichen Additions konfigurationen entstehen wird.
Eine weitere wichtige zti beachtende Tatsache ist die, dass diese Anlagerumgsreaktionen zwischen Cyclo- pentadienen und den vier (alpha, Beta usw.) primären Stereoisomeren des Hexahalogen- tetracyclododecadiens in jedem Fall praktisch den gleichen Reaktionsverlauf aufweisen. d. h.
die Anlagerung eines Cyelopentadiens an die Doppelbindung eines nicht halogenierten Bi- cycloheptenrin.gsystems. Es erscheint deshalb vernünftig, anzunehmen, dass die stereoche mische Konfiguration in der Umgebung der zusätzlichen Kondensationspunkte für jedes der vier primären Isomere die gleiche sein wird.
Die Herstellung des beim vorliegenden Verfahren verwendeten ss-Hexachlortetracyclo- dodecadiens kann z. B. nach dem Verfahren gemäss Sehweizer Patent Nr. 295916 erfolgen. Die Peroxydation kann beispielsweise mittels einer Lösung von Peressigsätlre in einem ge eigneten Lösungsmittel, wie z. B. Benzol, durchgeführt werden.
<I>Beispiel:</I> ss-Hexachlortetracyclododecadien (ss-1,2,3, 4,10,10-Hexachlor-1,4,4a,5,8,8a-hexahydro-1,4, 5,8-dimethano-naphthalin) (l.2 g, 0,033 '12o1) wurde in 50 em3 Benzol gelöst, worauf die Lösung mit 15 g 35 1/o iger Peressigsäure ver setzt wurde. Die Zugabe wurde tropfenweise unter Rühren der Lösung durchgeführt. Die Reaktionskomponenten wiesen anfänglich Raumtemperatur auf.
Die Reaktion war mässig exotherm. Das Reaktionsgemisch wurde über Nacht gerührt und dann während etwa 1 Stunde bei 45 C erhitzt. Das Reaktionsge misch wurde hierauf der Wasserdampfdestil- lation unterworfen, um überschüssige Peressig- säure, Essigsäure und Benzol zu entfernen. Der erhaltene feste Rückstand wurde mit Diäthyläther extrahiert, worauf die Ätherlö sung mit Wasser gewaschen und über wasser freiem Natriumsulfat getrocknet wurde. Die erhaltene praktisch wasserfreie Lösung wurde auf ein Wasserbad gestellt.
Der nach Ab dampfen des Äthers zurückgebliebene Rück stand wurde aus Methanol umkristallisiert. Auf diese Weise wurden 11,5 g einer weissen kristallisierten Substanz erhalten, die unter Zersetzung bei 245 C schmolz. <I>Analyse:</I> für 012118C160: C 37,860/0, H 2,110l0, Cl 55,95%; gefunden: C 38,0%, H 2,19 0/0, Cl 55,81/0.
Die auf diese Weise erhaltene Verbindung ist das ss-Epoxyhexachlortetracyclodecen (ss 1,2,3,4,10,10,6,7-Epoxy-1,4,4a,5,6,7,8,8a-octahy- dro-1,4,5,8-dimethanonaphthalin), welchem die folgende ebene Strukturformel zukommt:
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Obschon aus Gründen der Klarheit die Stereochemie der neuen Verbindung etwas eingehender diskutiert wurde, um die Struk tur dieses Materials aufzuklären, soll die Er lindung durch die obigen .Ausführungen be züglich der Reaktionsmechanismen, der stereo chemischen Konfigurationen oder der Struk turtheorie natürlich nicht eingeschränkt sein.
Das neue Produkt besitzt, wie bereits er wähnt, einen grossen praktischen Wert als Insektengift. Es ist gegen Alkalien sowohl in wässrigen als auch in nichtwässrigen Lösungen völlig beständig. Die neue Verbindung weist ausserdem gegenüber zahlreichen Insekten arten einen hohen Grad von Toxizität auf. Es geht dies im besonderen aus den folgenden Ausführungen hervor.
In der Tabelle II ist die Toxizität der neuen Verbindung gegenüber der gewöhnli ehen Hausfliege (Musca domestica), bezogen auf die Toxizität des neuen halogenierten In sektizids Chlordane, die für diesen Zweck als 100% eingesetzt ist,
angegeben. Die angeführ- ten Zahlen wurden unter Anwendung der Prüfmethode von Kearns (Kearns' modified Small ellamber method of test, Soap and Sanitary Chemicals, Mai 1948, Seite 133) er halten.
Die Zahlen der Tabelle II stellen das Verhältnis zwischen dem zur Erzielung einer LD;;o erforderlichen Gewicht an Chlordane und dem zur Erzielung der gleichen Mortali- tät erforderlichen Gewicht der geprüften Ver bindung dar.
Die Bedeutung dieser Prüfungen lässt sich leichter ermessen, wenn Tabelle I zugezogen wird, in welcher die Verhältniszahlen für die gewöhnlich verwendeten organischen haloge- nierten Insektizide angegeben sind, welche in ähnlichen Prüfversuchen mit Heptachlor als Standardsubstanz verglichen wurden.
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<I>Tabelle <SEP> I:</I>
<tb> Verbindung <SEP> Relative <SEP> Toxizität
<tb> Heptachlor <SEP> <B>1001/0</B>
<tb> y-Isomer, <SEP> Hexachlorcyclohexan <SEP> 100%
<tb> Chlordane <SEP> 40 <SEP> %
<tb> DDT <SEP> (Markenprodukt) <SEP> 10%
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<I>Tabelle <SEP> Il:
</I>
<tb> Verbindung <SEP> 'Relative <SEP> Toxizität
<tb> Chlordane <SEP> (Standardsubstanz) <SEP> 1000/0
<tb> a-Hexachlortetracyclododecadien <SEP> 3401/o
<tb> ss-6,7-Epoxyhexachlortetracyclododecen <SEP> 312% Prüfungen der insektiziden Wirksamkeit der neuen Verbindung unter Verwendung von andern Insekten als Fliegen haben er geben, dass diese Verbindung hohe Toxizität gegenüber den meisten Insekten besitzt.
Am nützlichsten ist die neue Verbin dung jedoch überraschenderweise auf Gebie ten, die von denjenigen, auf welchert.die frü her bekanntgewordenen Glieder dieser Gruppe von Substanzen am wirksamsten sind, ver schieden sind. Gewisse der früher .bekannt gewordenen Glieder dieser Gruppe von Sub stanzen, wie z. B. a-5,6-Epoxy-hexachlörtetra-. cyclododecen, sind gegen den mexikanischen Bohnenkäfer wirksam. Diese Wirksamkeit ist jedoch viel geringer als die Wirksamkeit des nach dem. vorliegenden Verfahren hergestell ten Produktes.
Es wurde gefunden, dass das nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellte ss-6,7-Epoxy-hexachlortetracyclodode- een 10- bis 20mal so giftig wie Rotenon gegen über dem mexikanischen Bohnenkäfer und seinen Larven ist. Rotenon wird gegenwärtig allgemein als Standardsubstanz für die Ver tilgung dieses Insektes angesehen.
Da dieses besondere Insekt gegen die normalerweise zur Vertilgung zahlreicher anderer schädlicher Insektenarten verwendeten halogenierten Koh- lenw asserstoffe resistent ist, bildet die Tat sache, das die neue Verbindung wirksam ist, eine besondere Überraschung.
Die Resistenz der verschiedenen Aphis- a.rten gegen die Wirkung der halogenierten Insektengifte ist noch Priel grösser als die jenige des mexikanischen Bohnenkäfers: Es sind gegenwärtig in der Tat nur drei Substan zen bekannt, die gegen die zahlreichen Abarten dieses Ungeziefers wirksam sind, nämlich Tetraäthyl-pyrophosphat oder Hexaäthyltetra- phosphat, Parathion und Nicotin.
Diese Verbindungen müssen wegen ihrer hohen Toxizität gegenüber Säugern, der Leich tigkeit, mit welcher sie vom Körperabsorbiert werden, und der grossen Geschwindigkeit, mit welcher sie wirken, mit gmösster Sorgfalt gehandhabt werden, da sie gefährlich sind. Ausserdem weist keine dieser Verbindungen als Aphizid in merklichem Ausmass eine rema- nente Wirksamkeit auf.
Es wurde nun gefunden, dass das neue ss 6,7-Hexachlortetracyclododecen gegen die Aphisarten ausserordentlich wirksam ist. Prü fungen haben ergeben, dass .ss-6,7-Epoxyhexa- chlortetracyclododecen mehr als 13mal so gif tig gegenüber Aphiden ist wie Nicotinsulfat. Ebenfalls wichtig ist die. Tatsache, dass diese neue Verbindung einen sehr hohen Grad von remanenter Wirksamkeit aufweist.
Wegen ihrer physikalischen Form, ihrer viel geringeren Absorbierbarkeit nach äusser licher Verabreichung auf dem Säugetierkör- per und der viel kleineren Geschwindigkeit der Giftwirkung gegenüber Säugetieren, ist die neue Verbindung im Gebrauch- viel un gefährlicher als Parathion oder - die Nicotin- salze.
Die neue Substanz ist in allen gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln löslich und kann auf alle gebräuchlichen Arten als -Insekten gift verwendet werden. So kann man die Substanz in den normalerweise verwendeten Trägerölen auflösen (wie dies zur Erzielung der in Tabelle 1I angeführten Daten getan wurde) und die erhaltenen Lösungen zerstäu ben oder sonstwie in der gebräuchlichen Weise verwenden.
Man kann die Substanz auch mit fein zerteilten Trägersubstanzen kombinieren, um benetzbare und nichtbenetz- bare insektizide staubförmige Produkte zu erzeugen. Sie kann in Gegenwart von Emulgier- mitteln zusammen mit Wasser und mit Was ser und Ölen verwendet werden, -um Insekti zide Emulsionen zu erhalten.
Die neue Sub stanz kann auch Ärosolgemischen einverleibt werden und kann im allgemeinen entweder als einziges Insektengift - in einem Insektiziden Gemisch oder kombiniert mit andern Insekti ziden verwendet werden, um eine Kombina tion von Eigenschaften und andern günstigen Charakteristiken zu erhalten.
Wegen ihrer ungewöhnlichen Eigenschaf ten und ihrer grossen Beständigkeit eignet sich die neue Verbindung besonders gut für eine Anzahl weniger gebräuchlicher, jedoch höchst erwünschter Anwendungen. So kann sie Anstriehmaterialien, Lacken, Firnissen und Polierwachsen zugesetzt werden, die nach dem Auftragen Oberflächen mit grosser in- sektizider Wirksamkeit besitzen. Die neue Sub stanz kann Papierprodiüiten aller Arten zuge setzt werden, entweder durch geeignete Im prägnierung der fertigen Papierprodukte oder durch Einverleibung während der Herstel lung.
In ähnlicher Weise kann die Substanz Klebmitteln, Weichmachern, Druckfarben, Kautschnkprodukten usw. einverleibt werden, um fertige Produkte zu erhalten, die gegen Insekten toxisch wirken und dem Angriff durch Insekten widerstehen. Die neue Sub- tanz kann auch verschiedenen Arten von Plastik und Plastikfolien zugesetzt werden, um Verpaekimgs- und Hüllenmaterialien zu erhalten, die selbst gegen Angriff durch In sekten widerstandsfähig sind und die in ihnen eingehüllten Gegenstände gegen solchen An griff zu schützen vermögen.
Wegen ihrer hohen Beständigkeit gegenüber der Einwir kung von Alkalien kann die neue Substanz Tünchen und andern Oberfläehenbehandlungs- mitteln zugesetzt werden. Der Pachmann wird erkennen, dass für diese Substanz noch zahl reiche andere ähnliche Verwendtmgsmöglich- lieiten bestehen.
Es ist zu beachten, dass die neue Substanz, das ss-6,7-Epoxy-hexachlortetracyclododeeen, in ungewöhnlichem Ausmass gegenüber Rat ten giftig wirkt. Sie kann deshalb zur Ver tilgung dieses Ungeziefers verwendet werden, und insbesondere dann, wenn eine bleibende Wirksamkeit während längerer Zeit erforder lich ist. Dieses Material wird sich als besonders wertvoll erweisen. für die Bekämpfung von Nagetieren in Obstgärten, wo das Auftreten der Feldmaus und ähnlicher Nager ein ernst liches Problem darstellt.
Auf das Erdreich aufgebracht oder leicht in die Oberflächen schicht des Erdreiches eingearbeitet, wird die ses Material nicht nur dazu dienen, das Nage tierungeziefer zu vertilgen, sondern auch schädliche Insekten, die an und -unter der Erdoberfläche angetroffen werden, zu besei tigen.
Der Fachmann wird erkennen, dass für die erfindungsgemäss erhaltene neue Substanz ausser den bereits genannten noch zahlreiche andere Verwendungsmöglichkeiten bestehen. So wird sie als Weichmacher und als Kleb mittel für zahlreiche Arten von harzartigen und polymeren Materialien wertvoll sein. Diese Verbindung eignet sieh auch als Ausgangs material und Zwischenprodukt für Parfüme, Heilmittel, Fungizide und andere in Gewerbe und Wissenschaft nützliche organische Ver bindungen.
Process for the preparation of ss-6,7.Epoxyhexachlortetracyclodode @ en. The present invention relates to a process for the production of a new substance which has a surprisingly high toxicity to insects and in particular those insects which are not attacked by the halogenated hydrocarbons and their derivatives used hitherto.
The Swiss patents 281998 and 290803 relate to processes for the production of polycyclic halogenated hydrocarbons, namely hexachlorotetracyclo- dodecadiene and 6,7-epoxyhexachlorotetrecyclo- dodecene, which not only have an unexpectedly high insecticidal activity, but also a surprisingly high level of effectiveness Have resistance to reagents,
which normally easily decompose the well-known organic halogenated insecticides.
The new, polycyclic, halogenated hydrocarbon produced by the process according to the present invention has, in addition to the usual properties of the above-mentioned compounds, new properties which enable this hydrocarbon to exterminate vermin, which is caused by many or most of the compounds of the class which of the present hydrocarbons belongs, is not attacked, and makes it particularly suitable and valuable.
The inventive method for the manufacture of the new substance, namely ss-6,7-epoxyhexachlortetracyclododecene, which has the following planar structural formula:
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is characterized in that ss-hexachlorotetracyclododecadiene is subjected to oxidation with a per compound. ss-6,7-epoxyhexachlortetracyclododecene is a white, crystalline body which melts at about 245 ° C with decomposition.
In recent years a. A large number of halogenated hydrocarbon or simple hydrocarbon derivatives have been found which are highly toxic to numerous species of insects. However, these substances are subject to certain restrictions which reduce their usability to a lesser or greater extent.
With the exception of the compounds described in the above-mentioned patents, all organic, halogen-containing insecticides known to date show a tendency to lose halogen and at the same time their insecticidal effectiveness.
In addition, all previously discovered halogenated hydrocarbon poisons, which are very effective against numerous types of insect pests, are of limited or low value for the extermination of numerous other, equally harmful insect species. This fact is not in itself particularly surprising, since there are a very large number of known insect species and there can be great differences between these species. It is therefore not surprising that there is no single insecticidal compound that can be used successfully against all insect species.
Somewhat less understandable is the fact that certain large classes of harmful insects are practically immune to all halogenated insecticides found so far, including the compounds described in the above-mentioned patents.
It has now been found that certain classes of insects, which so far are not four-eradicable by using halogenated hydrocarbons, are very sensitive to the effect of the new substance. Since these classes of insects have so far been relatively resistant to compounds of this general type, the fact that they are attacked by the new substance is both new and surprising.
This fact is even more surprising when one takes into account that the new substance is structurally very similar to the compound described in Swiss Patent No. 290803. It is actually a stereoisomer of the latter compound. Like the isomer mentioned, the new compound is very strong. insecticidal activity, but contains so firmly bound halogen atoms that it is stable under alkaline conditions, under which the older halogenated insecticidal substances lose halogen and at the same time lose their effectiveness.
The reaction product obtained when one mole of 1,2,3,4,7,7-hexachlorobicyclo- (2,2,1) -2,5-heptadiene is reacted with 1 mole of cyclopentadiene, or when 1 mol of hexachlorocyclopentadiene is reacted with 1 mol of bicyclo- (2,2,1) -2,5-heptadiene, has the following structural formula
EMI0002.0037
If the primary products are treated with a peracid,
this gives epoxidized new derivatives, which can be represented in a similar way by a flat structural formula:
EMI0002.0041
The planar structure I represents the two primary products obtained when 1 mole of hexachloro-cyclopentadiene is reacted with 1 mole of bicyclo- (2,2,1) -2,5-heptadiene, and when 1 mole of cyclopentadiene is reacted with 1 mole of 1,2,3,4,7,7-hexachlorobicyclo- (2,2,1) -2,
5-heptadiene is made to react. The structure I4 represents the fl-6,7-epoxyhexachlortetracyclodecene produced according to the invention as well as the 6,7-epoxyhexachlortetracyclododecene produced according to the process of Swiss Patent No. 290803 chemically different from each other.
In order to explain and explain the differences between the compounds that can be correctly represented by the upper level structural formula, it is therefore necessary to briefly discuss the stereochemical configurations of these compounds. Let it be a simple bicyeloheptene compound, such as B.
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taken as an example.
One can assume that carbon atoms 2, 3, 5 and 6 lie in the plane of the paper, while carbon atoms 1 and 4 are above this plane and carbon atom 7 is even higher than atoms 1 and 4 above this plane. The bonds connecting the atoms H and X and H and Y with the carbon atoms 2 and 3 are "then thought to be arranged above and below the plane of the paper.
The planar structure II thus (apart from the optical isomerism) corresponds to three stereoisomers which - as can be seen from the accompanying drawing - can be represented by three-dimensional figures [compare (a), (b) and (e)].
If X and Y are chlorine atoms, then, according to the most common nomenclature, the compound (a) is a Transdiehlor compound, (b) an exo-cis-dichloro compound and (e) an endo-cis-dichloro compound.
It is also generally believed that if members X and Y form part of a ring system containing no more than six atoms, the rings so linked must have either an exocis or an endo-cis configuration . A trans configuration is probably necessarily excluded.
If one examines the compound represented by the above formula I in more detail, one arrives at the conclusion that four theoretically possible stereoisomers can be assumed: 1. A compound in which the second six-membered ring is attached in the exo-cis position and in which the endo-methane bridge. in the second ring in a general one. Sinn is directed in the same direction as the endo-methane bridge in the first six-membered ring.
2. a connection in which the second six-membered ring is closed in the exo-cis position, but in which the second endo-methane bridge is directed in the opposite direction with respect to the first.
This can be represented three-dimensionally as in the accompanying drawing [compare (d) and (e)].
Compound (d) is assigned an exo-exo configuration, while rings A and B are assigned an exo configuration. It is also assumed that the compound (e) has an exo-endo configuration and that the ring A in connection (e) has an exo configuration and the ring B of the compound (e) has an endo configuration.
The two other connections represented by the planar structural formula I are the corresponding variants in which the second connected ring is in the endocis position. These connections can be three-dimensional, as shown with (f) and (g) in the accompanying drawing, as can be given.
An endo-exo configuration is therefore assigned to compound (f), while an endo configuration is assumed for ring A in connection (f) and an exo configuration is assumed for ring B in connection (f). In a similar manner, the connection (g) is assigned an endo-endo configuration, while an endo configuration is assumed for the two rings of the connection (g).
It is not known with certainty which of the configurations shown is attributable to the various connections present. It is assumed that the compound obtained by reacting 1 mol of hexachlorocyclicpentadiene with 1 mol of bicyclo- (2,2,1) -2,5-hep- tadiene has either the exo-exo configuration (d) or the endo -exo configuration (f).
In the following, the configuration obtained in this way is referred to as the <calpha configuration, while the series of the compound obtained in this way is referred to as the alpha series.
It is also assumed that in the reaction of cyclopentadiene with 1 mole of 1,2,3,4,7,7-hexacblorbicyclo- (2,2,1) - <B> 2,5 </B> -heptadiene the resulting compound either has the endo-endo configuration (g) or the exo endo configuration (e).
In the following, the configuration obtained by this second reaction method is therefore referred to as the beta configuration, while the series of compounds obtained in this way is referred to as the beta series. It is also assumed that if the first of these compounds (alpha) has the exo-exo configuration, the second of these compounds (beta) then has the endo-endo configuration,
while if the alpha compounds have the endo-exo configuration, the beta compounds then have the exo endo configuration.
It can be assumed that, when discussing the configuration, the spatial relationships that exist if the. falling compound is one with more than two bicycloheptane rings, have not yet been considered. It follows from the above, however, that the addition of 1 mol of a cyclopentadiene to 1 mol of a given condensed polycyclic compound can result in 4 stereoisomers.
Our current knowledge indicates that reactions of this type tend to proceed in such a way that stereochemically pure products arise which are predominantly (although not necessarily exclusively) determined by the reaction components. It follows from this that the subsequent addition of cyclopentadienes to the tetracyclic primary products will in reality only result in one of the four theoretically possible addition configurations.
Another important fact that must be taken into account is that these addition reactions between cyclopentadienes and the four (alpha, beta, etc.) primary stereoisomers of hexahalotetracyclododecadiene have practically the same course in each case. d. H.
the addition of a Cyelopentadiene to the double bond of a non-halogenated Bicycloheptenrin.gsystems. It therefore seems reasonable to assume that the stereochemical configuration in the vicinity of the additional condensation points will be the same for each of the four primary isomers.
The preparation of the ss-hexachlortetracyclo- dodecadiene used in the present process can, for. B. be carried out according to the method according to Sehweizer Patent No. 295916. The peroxidation can for example by means of a solution of Peressigsätlre in a ge suitable solvent, such as. B. benzene.
<I> Example: </I> ss-hexachlortetracyclododecadiene (ss-1,2,3, 4,10,10-hexachloro-1,4,4a, 5,8,8a-hexahydro-1,4, 5,8 -dimethano-naphthalene) (1.2 g, 0.033 '12o1) was dissolved in 50 em3 benzene, whereupon the solution was set with 15 g of 35 1 / o peracetic acid. The addition was made dropwise while stirring the solution. The reaction components were initially at room temperature.
The reaction was moderately exothermic. The reaction mixture was stirred overnight and then heated at 45 ° C. for about 1 hour. The reaction mixture was then subjected to steam distillation in order to remove excess peracetic acid, acetic acid and benzene. The solid residue obtained was extracted with diethyl ether, whereupon the Ätherlö solution was washed with water and dried over anhydrous sodium sulfate. The practically anhydrous solution obtained was placed on a water bath.
The residue remaining after evaporation of the ether was recrystallized from methanol. In this way 11.5 g of a white crystallized substance were obtained which melted at 245 ° C. with decomposition. Analysis: for 012118C160: C 37.860 / 0, H 2.11010, Cl 55.95%; Found: C 38.0%, H 2.19%, Cl 55.81 / 0.
The compound obtained in this way is ss-epoxyhexachlortetracyclodecene (ss 1,2,3,4,10,10,6,7-epoxy-1,4,4a, 5,6,7,8,8a-octahydro -1,4,5,8-dimethanonaphthalene), which has the following structural formula:
EMI0005.0015
Although, for the sake of clarity, the stereochemistry of the new compound has been discussed in more detail in order to elucidate the structure of this material, the invention is of course not intended to be restricted by the above statements with regard to the reaction mechanisms, the stereochemical configurations or the structural theory.
As already mentioned, the new product has great practical value as an insecticide. It is completely resistant to alkalis in both aqueous and non-aqueous solutions. The new compound also shows a high degree of toxicity to numerous insect species. This can be seen in particular from the following statements.
Table II shows the toxicity of the new compound to the common house fly (Musca domestica), based on the toxicity of the new halogenated insecticide Chlordane, which is used as 100% for this purpose,
specified. The figures given were obtained using the Kearns test method (Kearns' modified Small Ellamber method of test, Soap and Sanitary Chemicals, May 1948, page 133).
The figures in Table II represent the relationship between the weight of chlordane required to achieve an LD ;; o and the weight of the tested compound required to achieve the same mortality.
The importance of these tests can be assessed more easily if Table I is used, in which the ratios are given for the organic halogenated insecticides commonly used, which were compared in similar tests with heptachlor as the standard substance.
EMI0005.0058
<I> Table <SEP> I: </I>
<tb> Compound <SEP> Relative <SEP> toxicity
<tb> Heptachlor <SEP> <B> 1001/0 </B>
<tb> y-isomer, <SEP> hexachlorocyclohexane <SEP> 100%
<tb> Chlordane <SEP> 40 <SEP>%
<tb> DDT <SEP> (branded product) <SEP> 10%
EMI0005.0059
<I> Table <SEP> Il:
</I>
<tb> compound <SEP> 'Relative <SEP> toxicity
<tb> Chlordane <SEP> (standard substance) <SEP> 1000/0
<tb> a-Hexachlorotetracyclododecadiene <SEP> 3401 / o
<tb> ss-6,7-epoxyhexachlortetracyclododecen <SEP> 312% Tests of the insecticidal effectiveness of the new compound using insects other than flies have shown that this compound has high toxicity towards most insects.
Surprisingly, however, the new compound is most useful in areas that are different from those in which the earlier known members of this group of substances are most effective. Certain of the earlier. Known members of this group of sub stances such. B. α-5,6-epoxy-hexachlorotetra-. cyclododecene are effective against the Mexican bean beetle. However, this effectiveness is much less than the effectiveness of the after. present process manufactured product.
It has been found that the ss-6,7-epoxy-hexachlortetracyclododeene produced by the process according to the invention is 10 to 20 times as toxic as Rotenone to the Mexican bean beetle and its larvae. Rotenone is currently generally regarded as the standard substance for eradicating this insect.
Since this particular insect is resistant to the halogenated hydrocarbons normally used to kill numerous other noxious insect species, the fact that the new compound is effective is a particular surprise.
The resistance of the various aphid species to the action of the halogenated insect venom is even greater tide than that of the Mexican bean beetle: In fact, only three substances are currently known that are effective against the numerous varieties of this vermin, namely tetraethyl pyrophosphate or hexaethyl tetra- phosphate, parathion and nicotine.
Because of their high mammalian toxicity, the ease with which they are absorbed by the body, and the rapidity with which they act, the greatest care must be taken in handling these compounds, as they are dangerous. In addition, none of these compounds has a noticeable remnant effectiveness as an aphicide.
It has now been found that the new ss 6,7-hexachlortetracyclododecene is extremely effective against the aphis species. Tests have shown that .ss-6,7-epoxyhexachlorotetracyclododecene is more than 13 times as toxic to aphids as nicotine sulfate. That is also important. The fact that this new compound has a very high degree of remanent effectiveness.
Because of its physical form, its much lower absorbability after external administration on the mammal's body and the much lower speed of poisoning against mammals, the new compound is much less dangerous in use than parathion or the nicotine salts.
The new substance is soluble in all common organic solvents and can be used as an insect poison in all common ways. Thus, one can dissolve the substance in the carrier oils normally used (as has been done to obtain the data given in Table 1I) and the solutions obtained can be atomized or otherwise used in the usual manner.
The substance can also be combined with finely divided carrier substances in order to produce wettable and non-wettable insecticidal powdery products. It can be used in the presence of emulsifying agents together with water and with water and oils to obtain insecticidal emulsions.
The new substance can also be incorporated into aerosol mixtures and can generally be used either as the only insecticide - in an insecticidal mixture or in combination with other insecticides in order to obtain a combination of properties and other favorable characteristics.
Because of its unusual properties and great durability, the new compound is particularly well suited for a number of less common but highly desirable applications. It can be added to paint, varnishes, varnishes and polishing waxes which, after application, have surfaces with a high level of insecticidal activity. The new substance can be added to all types of paper products, either by suitable impregnation of the finished paper products or by incorporation during manufacture.
Similarly, the substance can be incorporated into adhesives, plasticizers, printing inks, chewing products, etc. to obtain finished products which are toxic to insects and which resist insect attack. The new substance can also be added to various types of plastic and plastic films in order to obtain packaging and wrapping materials that are even resistant to attack by insects and are able to protect the objects wrapped in them against such attack.
Because of its high resistance to the action of alkalis, the new substance can be added to whitewash and other surface treatment agents. The pachmann will recognize that there are numerous other similar uses for this substance.
It should be noted that the new substance, the ss-6,7-epoxy-hexachlortetracyclododeeen, is unusually toxic to rats. It can therefore be used to eradicate these vermin, and especially if lasting effectiveness is required for a long time. This material will prove particularly valuable. for the control of rodents in orchards where the occurrence of the field vole and similar rodents is a serious problem.
Applied to the soil or worked lightly into the surface layer of the soil, this material will not only serve to destroy the rodent pests, but also to eliminate harmful insects that are found on and below the surface of the earth.
The person skilled in the art will recognize that there are numerous other possible uses for the new substance obtained according to the invention in addition to those already mentioned. So it will be valuable as a plasticizer and as an adhesive for numerous types of resinous and polymeric materials. This compound is also suitable as a starting material and intermediate product for perfumes, medicines, fungicides and other organic compounds useful in industry and science.