CH390898A

CH390898A - Verfahren zur Herstellung N-substituierter Carbamylchloride

Info

Publication number: CH390898A
Application number: CH84161A
Authority: CH
Inventors: Hubertus Ottenheym Johannes; Willem Garritsen Johan
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1960-01-25
Filing date: 1961-01-24
Publication date: 1965-04-30
Also published as: BE599433A; US3152175A; GB980262A

Description

Verfahren zur Herstellung N-substituierter Carbamylchloride
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Carbamylchloriden.

Es wurde gefunden, dass man N-substituierte Carbamylchloride mit der Gruppe
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in der R eine unsubstituierte oder substituierte Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppe darstellt, herstellen kann, indem man Säureamide, in denen an das Stickstoffatom nur ein und an das neben der Carbonylgruppe befindliche Kohlenstoffatom mindestens ein Wasserstoffatom gebunden ist, mit Phosgen am Carbonylkohlenstoffatom chloriert und dieses Chlorierungsprodukt durch weitere Reaktion mit Phosgen am Stickstoffatom chlorcarbonyliert, wobei die Reaktion in der Flüssigkeitsphase in Anwesenheit von mindestens 2 Mol Phosgen je Mol freies Säureamid durchgeführt wird.

Die in dieser Weise erhaltenen Carbamylchloride sind neue Stoffe; sie sind unter anderem wichtig als Zwischenprodukte, aus denen sich durch Reaktion mit Alkoholen Urethane herstellen lassen.

Durch Reaktion eines erfindungsgemäss anfallenden acyclischen Carbamylchlorids mit einer Hypohalogenverbindung mit anschliessender Hydrolyse des gebildeten Additionsproduktes, entsteht ein Gemisch eines Primäramins und einer a-Halogencarbonsäure.

Diese Reaktion kann ausgeführt werden, indem man das Carbamylchlorid mit einer Hypohalogenverbindung, z. B. unterchloriger oder unterbromiger Säure, Natrium- oder Calciumhypochlorit, in wässeriger Umgebung mischt, vorzugsweise bei einer Temperatur von 0-200C und das Reaktionsgemisch anschlie ssend mit einer Mineralsäure wie Salzsäure kocht. Die a-Halogencarbonsäure lässt sich z. B. durch Extraktion aus dem Hydrolysat gewinnen und durch Reaktion mit Ammoniak in eine a-Aminocarbonsäure umsetzen.

Die cyclischen N-substituierten Carbamylchloride können in entsprechender Weise in a-Halogen-waminocarbonsäuren umgesetzt werden, aus denen durch Reaktion mit Ammoniak a,-Diaminocarbon- säuren hergestellt werden können.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren geht man von Säureamiden aus, in denen ein einziges an das Stickstoffatom gebundenes Wasserstoffatom vorliegt und aufs wenigste ein an das neben der Carbonylgruppe befindliche Kohlenstoffatom gebundenes Wasserstoffatom. Jedes dieser Begriffsbestimmung entsprechendes, cyclisches oder acyclisches Säureamid lässt sich hierfür verwenden. Für die Durchführung des Verfahrens sind ebenfalls Säureamide verwendbar, die zwei oder mehrere derartige Gruppen enthalten. Es bilden sich in diesem Falle substituierte Carbamylchloride, die zwei Gruppen
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oder mehrere dieser enthalten.

Es ist von Bedeutung dafür zu sorgen, dass im Reaktionsgemisch kein freies Säureamid vorkommen kann, da dieses Amid zusammen mit dem Chlorierungsprodukt unter Bildung unerwünschter Nebenprodukte reagieren kann.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann das Säureamid in Form des salzsauren Salzes als Ausgangsstoff verwendet werden. In diesem Falle kann entweder das Salz dem Phosgen oder aber das Phosgen dem Salz zugesetzt werden. Das noch nicht reagierte Säureamid bleibt dabei an die Salzsäure gebunden, in welcher Lage es nicht zu der Bildung von Nebenprodukten Anlass geben kann.

Gemäss einer anderen Ausführungsform wird das Säureamid als solches dem Phosgen beigegeben. Hierbei zeigt sich, dass das Säureamid eher mit Phosgen reagiert als mit den anfallenden Zwischenprodukten, so dass auf diese Weise, wobei man also stets das freie Säureamid mit Phosgen in Berührung bringt, die Bildung von Nebenprodukten verhindert wird.

Die Reaktion des Säureamids mit dem Phosgen wird im algemeinen bei Temperaturen zwischen -5 und +1500 C durchgeführt. Bei -60 C unterschreitenden Temperaturen ist die Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering; bei Temperaturen über 1500 C treten Zersetzungsreaktionen ein. In den meisten Fällen erzielt man bei einer Reaktionstemperatur von 60 bis 100 C in angemessener Zeit eine annähernd völlige Umsetzung des Säureamids.

Vorzugsweise wird die Temperatur anfangs niedrig gehalten, z. B. unter 450 C, wodurch im wesentlichen die Chlorierung des Säureamids an dem Carbonylkohlenstoffatom gefördert wird, während anschliessend bei höherer Temperatur im wesentlichen die Chlorcarbonylierung am Stickstoffatom erfolgt.

Zum Durchführen der Reaktion kann man sich flüssigen Phosgens bedienen. Man muss dann mit Drucken arbeiten, die höher sind als der atmosphärische, damit der flüssige Zustand des Phosgens aufrechterhalten bleibt. Extrem hohe Drucke braucht man hierzu nicht anzuwenden; ein Druck von 10 bis 50 Atm. reicht aus.

Vorzugsweise arbeitet man aber mit einer Lösung von Phosgen in einem unter den Reaktionsverhältnissen nicht mit Phosgen reagierenden Lösungsmittel.

Derartige Lösungsmittel sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und Toluol und halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorbenzol und Dichlorbenzol.

Verwendet man eine Phosgenlösung, so kann die Reaktion unter atmosphärischem Druck durchgeführt werden. Es empfiehlt sich hierbei, zunächst, nämlich für die Zeit, während der man die für Reaktion vorgesehenen Stoffe zusammenbringt, eine niedrige Temperatur von - 5 bis + 350 C aufrechtzuerhalten, nachher die Temperatur bis zu 45 bis 1000 C zu steigern und die Reaktion bei der betreffenden Temperatur noch einige Stunden andauern zu lassen. Hierdurch wird die Bildung unerwünschter Nebenprodukte verringert.

Es bietet aber Vorteile, höhere Drucke anzuwenden als der atmosphärische, vorzugsweise Drucke von 10 bis 25 Atm., auch wenn eine Lösung von Phosgen verwendet wird. Man kann dann das Säureamid und das Phosgen bei einer höheren Temperatur von 20 bis 450 C zusammenbringen. Nachher kann man die Temperatur ziemlich schnell steigern, vorzugsweise bis zu 90 bis 1200 C. Diese Verfahrensart hat den Vorteil, dass die Reaktion bereits innerhalb von 20 Minuten bis zu 2 Stunden abläuft und die Ausbeute höher ist.

Theoretisch sind für die Reaktion 2 Mol Phosgen pro Mol Säureamid benötigt. Ist die vorhandene Menge des Phosgens geringer, so ist die Bildung unerwünschter Nebenprodukte stärker. Oberhalb der vorerwähnten Grenze kann die Menge Phosgen bedeutend variiert werden.

Meistens verwendet man, wenn man sich flüssigen Phosgens bedient, eine stark überschüssige Menge dieses Stoffes, beispielsweise pro Mol Säureamid 8 bis 15 Mol Phosgen. Die Verwendung einer stark überschüssigen Menge Phosgen bietet ausserdem den Vorteil, dass das Reaktionsgemisch, als Lösung in Phosgen, leicht gerührt werden kann, was sich günstig auf den Reaktionsverlauf auswirkt.

Bei Verwendung eines Lösungsmittels wird meistens so gearbeitet, dass pro Mol Säureamid 3 bis 8 Mol Phosgen vorhanden sind.

Eine überschüssige Menge Phosgen, die ausreicht, ist meistens dann vorhanden, wenn man flüssigem Phosgen bzw. einem phosgengesättigten Lösungsmittel das Säureamid in flüssiger Form, das heisst in einem Lösungsmittel gelöst oder in geschmolzenem Zustand, zusetzt.

Bei dem Aufarbeiten des Reaktionsproduktes kann das überschüssige Phosgen zurückgewonnen werden, das aufs neue verwendet werden kann.

Die Reinigung des anfallenden rohen Reaktionsproduktes kann in einfacher Weise durch Destillation erfolgen.

Beispiel I
Man bringt 250 ml Benzol in ein kugelförmiges Reaktionsgefäss mit einem Fassungsvermögen von 1 Liter hinein, das mit einem Rührer versehen ist sowie mit einem Rückflusskühler, durch den man während der Dauer des Versuches durch Pumpenwirkung Eiswasser hindurchbefördert. In dem Benzol löst man 150 g (1,5 Mol) Phosgen auf. Dieser Lösung setzt man langsam, in einer Stunde, eine Lösung zu, die in 300 ml Benzol 37 g (0,25 Mol) a-Chlor-s- caprolactam enthält; hierbei wird die Temperatur in dem Reaktionsgefäss auf 25 bis 300 C gebracht. Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird anschlie ssend im Verlauf von 90 Minuten allmählich bis zu 650 C gesteigert und hernach noch 4 Stunden auf diesem Wert gehalten.

Nach Ablauf der Reaktion entfernt man das überschüssige Phosgen und das Benzol durch Destillation bei normalem Druck. Das Reaktionsprodukt wird im Vakuum unter einem Druck von 2 mm Hg destilliert.

Es geht bei 110 bis 1120 C ein strohfarbenes Öl über, das sich bei weiterem Abstehen in einen Feststoff verwandelt, dessen Schmelzpunkt 390 C beträgt. Dieser Stoff, 2,3-Dichlorazacyclo-2,3-hepten- 1 -carbo- chlorid, lässt sich durch Rekristallisation aus Cyclohexan reinigen. Man erhält dann einen weissen kristallinischen Stoff, dessen Schmelzpunkt 420 C ist. Man erhält 41 g, was einer Ausbeute von 71,8 O entspricht.

Vergleichsversuch a,a-Dichlor-caprolactam wird in gleicher Weise mit Phosgen behandelt. Nach Ablauf des Versuches erweist sich das o,a-Dichlor-e-caprolactam als unver ändert, indem keine Reaktion stattgefunden hat.

Beispiel 2
500 g (+ 5 Mol) Phosgen wird in einem kugelförmigen Reaktionsgefäss mit einem Fassungsvermögen von 2 Liter, das mit einem Rührer versehen ist sowie mit einem Rückflusskühler, durch den während der Dauer des Versuches durch Pumpenwirkung Eiswasser hindurchfliesst, in 600 ml Benzol gelöst.

Man setzt dieser Lösung langsam in einer Stunde eine Lösung von 115 g (1 Mol) N-Propylpropionsäure amid in 250 ml Benzol zu; hierbei hält man die Temperatur in dem Reaktionsgefäss auf 25 bis 300 C. Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird anschlie ssend im Verlauf von 90 Minuten langsam bis zu 65 bis 700 C gesteigert und hernach noch 4 Stunden auf diesem Wert gehalten.

Nach Ablauf der Reaktion entfernt man das Phosgen und das Benzol durch Destillation unter normalem Druck. Es bleibt eine hellgelbe Flüssigkeit zurück, die bei einem Druck von 2 mm Hg und einer Temperatur von 780 C destilliert wird. Man erhält hierdurch eine gemäss der Analyse aus N-Propyl-N (1 - chlor - 1 - propenyl)-carbamylchloride bestehende Flüssigkeit mit Brechungsindex nD20 = 1,4805. Man erhält 162,5 g was einer Ausbeute von 83% entspricht.

Beispiel 3
500 g Phosgen löst man in dem Reaktionsgefäss nach Beispiel 3 in 500 ml Chloroform. Dieser Phosgenlösung setzt man in 1,5 Stunden eine Lösung von 325 g (1 Mol) N-Propyl-stearinsäureamid in 500 ml Chloroform zu; hierbei hält man die Temperatur in dem Reaktionsgefäss auf 25 bis 300 C. Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird anschliessend langsam in weiteren 1,5 Stunden bis zu 58-600 C gesteigert und hernach weitere 4 Stunden auf diesem Wert gehalten.

Die Flüssigkeit, welche nach der Entfernung des Phosgens und Chloroforms durch Destillation verbleibt, wird bei einem Druck von 3 mm Hg destilliert.

Man erhält hierdurch 251,5 g einer unter diesem Druck bei 205 bis 2100 C siedenden Flüssigkeit mit Brechungsindex n2r, = 1, 4682. Diese Flüssigkeit besteht aus N-Propyl-N-(1-chlor-1-oktadecenyl)-carbamylchlorid. Bei dieser Umsetzung beträgt die Ausbeute 62 %.

Beispiel 4
Einer Lösung von 800 g (+ 8 Mol) Phosgen in 300 ml Chloroform setzt man in der gleichen Weise, wie in den vorigen Beispielen, zwei Stunden bei einer Temperatur von 200 C eine Lösung von 150 g (0,75 Mol) N,N'-Diacetylhexa-methylendiamin in 1,5 Liter Chloroform zu. Anschliessend erwärmt man das Reaktionsgemisch in 1,5 Stunden bis zu 580 C und lässt es noch 4 Stunden bei dieser Temperatur re agieren.

Nach beendeter Reaktion destilliert man das
Chloroform ab. Es verbleibt als Rückstand ein nicht destillierbares harzartiges Produkt. Mittels Rekristalli- sation dieses Harzes aus einem Gemisch aus Äthyl- alkohol und Benzol (15 : 85) erhält man einen als
N,N'- bis-(1-Chloräthenyl)-hexamethylen-1 ,6-dicarba- mylchlorid identifizierten, weissen Feststoff, dessen Schmelzpunkt 450 C ist. Man erhält 141 g, was einer Ausbeute von 52% entspricht.

Beispiel 5
Einer Lösung von 300 g (+ 3 Mol) Phosgen m 400 ml Chloroform wird in einer Stunde bei 25 bis
300 C eine Lösung von 75 g (0,5 Mol) Phenylacetyl N-methylamid in 250 ml Chloroform zugesetzt. Anschliessend erwärmt man das Reaktionsgemisch in einer Stunde bis zu 570 C und hält diese Temperatur noch weitere 4 Stunden aufrecht.

Sodann wird das Chloroform abdestilliert; der Rest wird unter Anwendung eines Druckes von 1 mm Hg und einer Temperatur von 135 bis 1 37U C destilliert. Auf diese Weise erhält man 79 g N-Methyl-N (1-chlorphenyläthenyl)-carbamylchlorid, eine Flüssig keit mit Brechungsindex n 2D = 1,5810. Die Ausbeute beträgt 68,7%.

Beispiel 6
Einer Lösung von 500 g (+ 5 Mol) Phosgen in 300 ml Toluol wird in zwei Stunden bei 25 bis 300 C eine Lösung von 149 g (1 Mol) N-Phenylpropionsäureamid in 1 Liter Toluol zugesetzt. Anschliessend wird die Temperatur in zwei Stunden bis zu 800 C gesteigert und hernach noch 4 Stunden auf diesem Wert gehalten.

Das Toluol wird sodann grösstenteils bei normalem Druck abdestilliert. Den Rest destilliert man unter Anwendung eines Druckes von 2 mm Hg. Bei 1280 C gehen bei diesem Druck 133,5 g einer Flüssigkeit über, die aus N-Phenyl-N-(l-chlor-l-pro- penyl)-carbamylchlorid besteht. Der Brechungsindex dieser Flüssigkeit ist nD20 = 1,5568. Die Ausbeute beträgt 58 %.

Beispiel 7
Einer Lösung von 80 g (0,8 Mol) Phosgen in 200 ml Chloroform wird in einem Kolben mit rundlichem Boden (Fassungsvermögen 0,5 Liter) in 15 Minuten bei einer Temperatur von 240 C eine Lösung von 12,9 g (0,1 Mol) N-Propylisobuttersäureamid in 50 ml Chloroform zugesetzt. Anschliessend wird die Temperatur in einer Stunde bis zu + 600 C gesteigert und hernach noch 4 Stunden auf diesem Wert gehalten.

Anschliessend wird das Chloroform durch Destillation bei normalem Druck abgetrennt. Die restliche Flüssigkeit wird bei einem Druck von 3 mm Hg destilliert. Es geht bei Anwendung dieses Druckes bei 730 C eine Flüssigkeit über, deren Brechungsindex nD = 1,4800 ist; sie besteht aus N-Propyl-N-(l-chlorl-isobutenyl)-carbamylchlorid. Man erhält 16,5 g die ses Stoffes, welches Gewicht einer Ausbeute von 78 % entspricht.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Carbamylchloriden mit der Gruppe EMI4.1 in der R eine unsubstituierte oder substituierte Alkyl-, Aikenyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppen darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass man Säureamide, in denen an das Stickstoffatom nur ein und an das neben der Carbonylgruppe befindliche Kohlenstoffatom mindestens ein Wasserstoffatom gebunden ist, mit Phosgen am Carbonylkohlenstoffatom chloriert und dieses Chlorierungsprodukt durch weitere Reaktion mit Phosgen am Stickstoffatom chlorcarbonyliert, wobei die Reaktion in der Flüssigkeitsphase in Anwesenheit von mindestens 2 Mol Phosgen je Mol freies Säureamid durchgeführt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in Anwesenheit eines Lösungsmittels durchführt.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion unter Anwendung eines Druckes von 10 bis 25 Atm. durchführt.

3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Phosgen mit dem Säureamid zunächst bei einer Temperatur von 20 bis 450 C und anschliessend bei 90 bis 1200 C reagieren lässt.