Verfahren zur Herstellung neuer Harnstoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung neuer Harnstoffe und zur Herstellung der als Ausgangsstoffe dienenden neuen Methenopentalen- Derivate.
Es wurde gefunden, dass neue Harnstoffderivate der Formel I
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in der
Ri Wasserstoff, einen niederen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, einen niederen Alkoxyrest, den unsubstituierten oder einen substituierten Phenylrest, R2 Wasserstoff oder einen niederen Alkylrest, oder Ri und R2 zusammen ein Polymethylen-Brückenglied bedeuten, ausgezeichnete herbizide Eigenschaften besitzen und zur Bekämpfung von Unkräutern und Ungräsern wertvoll sind. Die Wirkstoffe können sowohl im Vorauflauf-als auch im Nachauflaufverfahren zur Be kämpfung von unerwünschten Pflanzen in Kulturpflanzungen verwendet werden. Sie zeichnen sich besonders durch einen schnellen Wirkungseintritt und eine kurze Nachwirkung aus.
Bei den Harnstoffderivaten der Formel I kann Ri als niederer aliphatischer Kohlenwasserstoffrest einen niederen Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel den Methyl-, Athyl-, die Propyl-, Butyl-, oder Amylreste, usw., einen niederen Alkenylrest, wie den Allyl-oder Methallylrest oder einen Alkinylrest, wie zum Beispiel den Propinyl-oder l-Methyl-2-propi- nylrest, als Alkoxyrest zum Beispiel den Methoxy-, Athoxy-, die Propoxy-oder Butoxyreste, und als substituierten Phenylrest einen solchen darstellen, der einoder mehrfach, zum Beispiel durch Halogen bis Atomnummer 35, durch Nitro, Alkyl, Alkoxy, Halogenalkyl usw. substituiert ist. Das Symbol Ra kann als niederen Alkylrest einen der im Vorangehenden für Ri aufgeführten Reste bedeuten.
Das Polymethylenbrückenglied, das durch Ri und R2 zusammen dargestellt wird, weist beispielsweise 2-8 Kettenglieder auf und stellt zum Beispiel die Athylen-, Trimethylen-, Tetramethylen-, Pentamethylen-oder Hexamethylengruppe dar.
Die neuen Harnstoffe der Formel T werden erhalten, indem man das Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-amin mit einem Carbaminsäurehalogenid der Formel II
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in der
Hal Halogen bis Atomnummer 35,
Ri Wasserstoff, einen niederen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, einen niederen Alkoxyrest, den unsubstituierten oder einen substituierten Phenylrest, Ra Wasserstoff oder einen niederen Alkylrest, oder R, und R2 zusammen ein Polymethylen-Brücken- glied bedeuten, in Gegenwart eines Kondensationsmittels und vorzugsweise in einem gegenüber den Reaktionsteilnehmern inerten Lösungsmittel umsetzt.
Das Carbaminsäurehalogenid der Formel II kann auch erst während der Reaktion in situ durch Zugabe äquimolarer Mengen von Phosgen und einem Amin der Formel III hergestellt werden, in welcher
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Ri und Ra die unter Formel I angegebene Bedeutung haben.
Die neuen Harnstoffe der Formel I, bei denen Ri einen niederen Alkoxyrest und R2 einen niederen Alkyl- rest darstellen, können durch nachträgliche Alkyherung eines N-Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl-(s)-N-al- koxy-harnstoffes oder eines N-Octahydro-1, 2, 4-methe nopentalenyl- (5)-N-hydroxy-harnstoffes mit üblichen Alkylierungsmitteln wie z. B. Alkylhalogeniden, Dial kylsulfaten usw. in Gegenwart eines säurebindenden Mittels hergestellt werden.
Die N-Octahydro-1, 2, 4-me thenopentalenyl- (5)-N'-alkoxy-harnstoffe können ihrerseits durch Umsetzung des Octahydro-1, 2, 4-metheno pentalenyl- (5)-isocyanates mit einem O-Alkyl-hydroxyl- amin erhalten werden [0. Scherer et al., Angew. Chemie 75, 851-854 (1963)].
Für das Verfahren geeignete inerte Lösungsmittel sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylole ; Ather, wie Diäthyläther, Dioxan, Tetrahydrofuran, Diäthylenglykolmonomethyläther ; chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, und niedere Ketone, wie Aceton oder Methyläthylketon.
Die Umsetzung von Octahydro-1, 2, 4-methenopen talenyl- (5)-amin mit einem Carbamoylhalogenid oder dessen Bildungskomponenten (Phosgen-Amin der Formel II) wird in Gegenwart eines Kondensationsmittels, wie einer anorganischen Base, beispielsweise Alkali metallhydroxyd,-acetat, hydrogen-carbonat,-carbonat und-phosphat, oder einer organischen Base, zum Beispiel eines tertiären Amins, wie Pyridin, Trialkylamine oder Collidin, durchgeführt.
Als Amine der allgemeinen Formel II kommen beispielsweise die folgenden in Betracht : Methylamin, Dimethylamin, Athylamin, Diäthyl- amin, die Propylamine und die Butylamine, ferner Anilin, halogenierte Aniline, Toluidine, halogenierte Toluidine, Xylidine, Aziridin, Pyrrolidin, Piperidin, Hexa hydro-lH-azepin usw. Diese Amine können sowohl in freier Form als auch als Salze von Halogenwasserstoffsäuren, vorzugsweise als Chlorhydrate, in die Reaktion eingesetzt werden.
Als Carbaminsäurehalogenide der Formel II können insbesondere die Dialkyl-und Alkyl-aryl-carbaminsäu- rechloride und-bromide, wie zum Beispiel Dimethyl-, Diäthyl-, Diisopropyl-, Methylphenylcarbaminsäure- chlorid im Sinne der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.
Sowohl das Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)isocyanat als auch das Octahydro-1, 2, 4-methenopenta lenyl- (5)-amin sind bis heute nicht bekannt geworden.
Diese als Zwischenprodukte dienenden Verbindungen werden erhalten, indem man funktionelle reaktionsfähige Derivate der Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)- carbonsäure abbaut. Als reaktionsfähige funktionelle Derivate kommen dabei das Azid und Amid in Betracht, welche nach den Verfahren von Curtius und Hofmann zur Isocyanat bzw. Aminstufe abgebaut werden.
Für die Herstellung des Ausgangs-Isocyanates verwendet man vorzugsweise den Abbau des Azides nach Curtius. Hierzu wird entweder die Carbonsäure in das Carbonsäurechlorid übergeführt, welches dann mit Alkalimetallazid zum gewünschten Carbonsäureazid umgesetzt wird ; oder einer der Alkylester, wie der Methyloder Äthylester, wird mit Hydrazinhydrat und salpetriger Säure vorzugsweise in Gegenwart eines Lösungs oder Verdünnungsmittels direkt in das Carbonsäureazid umgewandelt. Die Überführung des Azids in das Isocyanat erfolgt durch thermische Zersetzung in einem gegenüber den Reaktionsteilnehmern inerten Lösungsmittel, wie zum Beispiel in einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie Benzol, Toluol, Xylolen, oder in einem höhersiedenden Ather, wie Dioxan. Die Zersetzungstemperatur für das Azid liegt bei 20 bis 180 .
Zur Überführung in das Octahydro-1, 2, 4-metheno pentalenyl- (5)-amin wird das Isocyanat zunächst a) mit Eisessig und Essigsäureanhydrid oder b) einem Alkanol umgesetzt. Im ersten Fall (a) erhält man als Reaktions- produkt das Acetylamin, das durch alkalische Verseifung in das freie Amin übergeführt wird. Im Fall (b) erhält man die den verwendeten Alkanolen entsprechenden Carbaminsäureester, die sowohl sauer als auch basisch zu dem genannten Amin hydrolysiert werden können. Finir die saure Hydrolyse kommen beispielsweise Halogenwasserstoffsäuren, Eisessig, halogenierte Essigsäuren oder Gemische solcher Säuren untereinander in Betracht ; für die basische Hydrolyse sind zum Beispiel Alkalimetall-und Erdalkalimetallhydroxyde geeignet.
Die Hydrolyse kann sowohl in Wasser als auch in einem Alkanol, wie Methanol und Athanol oder Diäthylenglykol usw. durchgeführt werden.
Das Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-amin kann ferner durch den Säureamidabbau nach Hofmann erhalten werden. Hierzu wird das entsprechende Car bonsäurearnid beispielsweise in Gegenwart eines Brom oder Chlor abgebenden Mittels in Gegenwart eines Al- kalimetall-oder Erdalkalimetallhydroxyds oder einer Säure erhitzt. Als Lösungsmittel ist sowohl Wasser als auch ein Alkanol geeignet, wobei man in den Fällen, in denen der Abbau in einem Alkanol, beispielsweise Methanol oder Athanol, durchgeführt wird, statt der genannten Hydroxyde die entsprechenden Alkoholate verwendet.
Die neuen Harnstoffe der Formel I sind in gereinigtem Zustand farblos und in organischen Lösungsmitteln gut löslich, in Wasser dagegen unlöslich.
Versuche zur Ermittlung der herbiziden Wirksamkeit ergaben, dass die folgenden Verbindungen zur Be kämpfung von Unkräutern und Ungräsem besonders wertvoll sind : N-Octahydro-l, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-hamstoff N-Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N'-methyl- harnstoff N-Octahydro-l, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N', N'-dime thyl-harnstoff N-Octahydro-l, 2, 4methenopentalenyl- (5)-N'-äthyl- harnstoff N-Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N', N'-di äthyl-harnstoff N-Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl-(5)-N'-äthylen- harnstoff N-Octahydro-1, 2, 4-methenopntalenyl- (5)
-N'-phenyl- harnstoff N-Octahydro-l, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N'- (3', 4'-di chlorphenyl)-harnstoff N-Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N'-methyl- N'-methoxy-harnstoff
Die folgenden Beispiele beschreiben die Herstellung der neuen Harnstoffe der Formel I. Teile bedeuten Ge wichtsteile, die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1 1. Herstellung des Ausgangsstoffes a) 164 Teile Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-carbonsäure [vgl. H. K. Hall, J. Org. Chem. 25, 42 (1960)], 1000 Volumteile Benzol und 4 Volumteile Pyridin werden auf dem Dampfbad schwach erwärmt.
Dann tropft man innerhalb 15 Minuten 250 Teile Thionylchlorid so zu, dass die Reaktion von selbst unter SO2-Entwicklung fortschreitet. Nach beendeter Zugabe des Thionylchlorids erhitzt man noch 15 Minuten auf dem Dampfbad. Dann entfernt man alle bei Raumtemperatur flüchtigen Produkte am Wasserstrahl-Vakuum. Zum Rückstand gibt man 200 Volumteile Petrol äther, lässt das Gemisch 30 Minuten stehen und filtriert.
Das Lösungsmittel wird im Verdampfer entfernt. Das erhaltene Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-car- bonsäurechlorid wird destilliert ; es siedet bei 63-65 / 2 Torr (Ausbeute 162, 7 Teile ; 88, 5 /o). b) 93, 6 Teile Natriumazid werden in 1720 Volumteilen 5 Obigem wässerigem Aceton gelöst und die Lösung auf 0 gekühlt. Dann gibt man innerhalb 5-10 Minuten 90 Teile des gemäss a) erhaltenen Octahydro1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-carbonsäurechlorids hinzu.
Die Temperatur im Reaktionsgefäss wird durch Aussenkühlung bei 0-2 gehalten. Nach beendeter Zugabe rührt man bei 0 noch weitere 50 Minuten. Die Lösung wird zunächst mit 1000 Volumteilen eiskaltem Benzol und dann ein zweitesmal mit 300 Volumteilen eiskaltem Benzol extrahiert. Dann werden die vereinigten Benzolextrakte mit feingepulvertem Calciumchlorid bei 0 bis 5 getrocknet. Die vom Calciumchlorid abfiltrierte Lösung wird auf dem Dampfbad 21/2 Stunden erhitzt.
Dabei entwickelt sich Stickstoff und die Lösung schäumt.
Das Benzol wird dann abdestilliert. Das Octahydro 1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-isocyanat hat den Sdp.
70-75 /3 Torr.
Beispiel 2 a) 16, 1 Teile Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl (5)-isocyanat (siehe Beispiel lb) werden in einer Mischung von 25 Volumteilen Eisessig und 15 Volumteilen Essigsäureanhydrid 100 Minuten zum Sieden erhitzt. Nach Beendigung der COz-Entwicklung destilliert man 35 Volumteile des Lösungsmittels ab und giesst den Rückstand in 100 Volumteile Wasser und rührt anschliessend 3 Stunden. Das ausgefallene kristalline Produkt wird in 175 Volumteilen Ather aufgenommen, die ätherische Lösung mit 15 Volumteilen Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernung des Athers wird der Rückstand destilliert. Das erhaltene Octahydro 1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-acetylamin siedet bei 120 bis 125 /0, 05 Torr und besitzt den Smp. 77-80 .
Analyse : Ber. : C 74. 56 H 8. 53 N 7. 90 CiiHisNO (177, 2) Gef. : 74. 12 8. 47 8. 01 b) 26, 5 Teile des oben erhaltenen Acetylamins werden in einer Lösung von 200 Volumteilen Diäthylenglykolmonomethyläther und 42 Teilen Kaliumhydroxyd in 50 Volumteilen Wasser zum Sieden erhitzt. Man destilliert langsam 35 Volumteile Wasser ab und erhitzt dann die Mischung 8 Stunden am Rückfluss (Innentemperatur 120 ). Das Gemisch wird in 600 Volumteile Wasser gegossen und die Lösung 5 mal mit je 80 Volumteilen Ather extrahiert. Man wäscht die vereinigten Atherauszüge 2 mal mit je 20 Volumteilen gesättig- ter Kochsalzlösung und trocknet dann über Natriumsulfat.
Nach Entfernung des Athers liefert die Destillation bei 82-84 /12 Torr 18, 3 Teile des öligen Amines. Da das Destillat noch Diäthylenglykohnono- methyläther enthält, wird es wie folgt gereinigt : 221 Teile rohes Amin werden in 1500 Volumteilen trockenem Äther gelöst und in die Lösung wird bei 0 Chlor- wasserstoff eingeleitet, bis kein Hydrochlorid mehr ausfällt. Das abgetrennte Octahydro-1, 2, 4-methenopenta lenyl- (5)-aminhydrochlorid wird mit Ather gewaschen und im Vakuum getrocknet. Es hat den Smp. 265 bis 270 .
Analyse : Ber. : C120. 7 CgHi5CIN (171. 7) Gef. : 20. 4 c) 117 Teile des obigen Aminhydrochlorids werden in 100 Volumteilen Wasser gelöst und mit 200 Volumteilen 4 n-Natronlauge durchgeschüttelt. Das ausgeschie- dene Amin wird 4 mal mit je 150 Volumteilen Ather extrahiert und die ätherische Lösung mit Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernung des Athers und Destillation erhält man das Amin als farblose Flüssigkeit. Das Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-amin hat den Sdp. 81-83 /12 Torr, n D : 1, 5160.
Analyse : Ber. : C 79. 95 H 9. 70 N 10. 36 CsHsN (135, 2) Gef. : 79. 77 9. 79 10. 16 d) 6, 45 Teile Dimethylcarbaminsäurechlorid werden in eine Lösung von 8, 1 Teilen Octahydro-1, 2, 4-methe nopentalenyl- (5)-amin und 6, 3 Teilen Triäthylamin in 80 Volumteilen Benzol bei einer Temperatur von 5-10 eingetropft. Dann wird das Reaktionsgemisch noch 2 Stunden bei 25 gerührt. Das ausgeschiedene Triäthyl- aminhydrochlorid wird abfiltriert und die Lösung mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen wird das Benzol in einem Rotationsverdampfer entfernt. Der erhaltene N-Octahydro-l, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-N', N'dimethyl-harnstoff wird bei 150 /1 Torr sublimiert und hat den Smp. 138-140 .
Analyse : Ber. : C 69. 86 H 8. 80 N 13. 58 Ci2HisN2O Gef. : 70. 00 8. 74 13. 71 Nach dem im Beispiel beschriebenen Verfahren wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten neuen Harnstoffe erhalten :
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<tb> <SEP> Verbindungen <SEP> | <SEP> Smp.
<tb>
N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-phenyl-harnstoff <SEP> # <SEP> 181-182
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'- <SEP> (2, <SEP> 4-dichlorphenyl)-harnstoff <SEP> 201-204
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-äthylen-harnstoff <SEP> 8386 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N', <SEP> N'-diäthyl-harnstoff <SEP> 8889 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-harnstoff <SEP> 140-145
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-methyl-harnstoff <SEP> 116-118 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-isobutyl-harnstoff <SEP> 164-166 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2,
<SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-n-amyl-harnstoff <SEP> 96-98 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-methoxy-hamstoff <SEP> Kpo <SEP> o4148150 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> 7880 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N',N'-diallyl-harnstoff
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-methyl-N'- <SEP> (l'-methyl-propinyl)-harnstoff <SEP> 105-107 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-cyclo-octyl-harnstoff <SEP> 190-192 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-cyclo-heXyl-harnstoff <SEP> 220223 <SEP> <SEP>
<tb> N-Octahydro-1,
<SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N-cyclopentyl-hamstoff <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-cyclobutyl-hamstoff <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5)-N'-cyclopropyl-harnstoff <SEP> 51-54 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-tetramethylen-harnstoff <SEP> # <SEP> 169-170
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-pntamethylen-harnstoff <SEP> 166-168 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)-N'-äthylenoxyäthylen-harnstoff <SEP> 173175 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl-(5)
-N'-methoxy-harnstoff <SEP> # <SEP> 73
<tb>
Nachstehend wird die Herstellung des Ausgangs Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)-amins iiber einen Carbaminsäurealkylester als Zwischenstufe beschrieben :
10 Teile Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)- carbonsäure-äthylester [vgl. H. K. Hall, loc. cit.], 40 Volumteile einer 26%igen, wässrigen Ammoniaklösung und 5 Volumteile Methanol werden im Autoklaven 10 Stunden auf 140 erhitzt. Das Reaktionsprodukt wird am Wasserstrahlvakuum von den flüchtigen Anteilen befreit und der Rückstand mit 25 Volumteilen Aceton versetzt. Der Rückstand wird aus Wasser umkristallisiert.
Das Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl-(5)-carbonsäu- reamid hat den Smp. 160-169 (Zersetzung).
16, 3 Teile Octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5)carbonsäureamid werden in 500 Volumteilen Methanol gelöst. Dann gibt man 11 Teile Natriummethylat hinzu und kühlt die Lösung auf 5 . Man fügt 16 Teile Brom hinzu, lässt 30 Minuten stehen und erhitzt anschliessend auf dem Dampfbad 45 Minuten. Dann gibt man Essigsäure hinzu bis zur neutralen Reaktion und entfernt alle flüchtigen Produkte am Verdampfer. Der Rückstand wird mit 100 Volumteilen Wasser durchgeschüttelt. Das Wasser wird abdekantiert. Den unlöslichen Rückstand versetzt man mit 250 Volumteilen Petroläther, lässt einige Stunden stehen und filtriert. Das Filtrat wird eingedampft ; der ölige Rückstand wird destilliert und hat den Sdp. 97-101 /0, 02 Torr.
Der Octahydro-1, 2, 4 methenopentalenyl- (5)-carbaminsäuremethylester kri stallisiert und hat nach dem Umkristallisieren aus Pe troläther den Smp. 84-86 .
Analyse : Ber. : C 68. 35 H 7. 82 N 7. 25 CilFiisNO2 (193. 2) Gef. : 68. 34 7. 94 7. 33
29 Teile dieses Carbaminsäuremethylesters werden mit 42 Teilen Kaliumhydroxyd in 50 Volumteilen Wasser und 200 Volumteilen Diäthylenglykolmonomethyl- äther zum Sieden erhitzt. Dabei destillieren langsam 35 Volumteile Wasser ab und der Siedepunkt der Lösung steigt zum Schluss auf 125 . Dann erhitzt man 8 Stunden zum Sieden, giesst das Gemisch in 600 Volumteile Wasser und extrahiert die lösung 5 mal mit je 80 Volumteilen Äther. Man wäscht die vereinigten Ätherauszüge zweimal mit je 20 Volumteilen gesättigter Kochsalzlösung und trocknet dann über Natriumsulfat.
Nach Entfernung des Athers liefert die Destillation bei 82 bis 84 /12 Torr 18, 3 Teile öliges Amin. Das Amin ist noch mit Diäthylenglykolmonomethyläther verunreinigt und wird wie in Beispiel 2 b und 2 c beschrieben, über das Hydrochlorid gereinigt.
Process for the production of new ureas
The present invention relates to a process for the production of new ureas and for the production of the new methenopentalen derivatives serving as starting materials.
It has been found that new urea derivatives of the formula I
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in the
Ri is hydrogen, a lower aliphatic hydrocarbon radical, a lower alkoxy radical, the unsubstituted or substituted phenyl radical, R2 is hydrogen or a lower alkyl radical, or Ri and R2 together are a polymethylene bridge member, have excellent herbicidal properties and are valuable for combating weeds and grass weeds . The active compounds can be used both pre-emergence and post-emergence for combating undesired plants in crops. They are particularly characterized by a quick onset of action and a short aftereffect.
In the urea derivatives of the formula I, Ri as a lower aliphatic hydrocarbon radical can be a lower alkyl radical having 1 to 5 carbon atoms, such as, for example, the methyl, ethyl, propyl, butyl or amyl radicals, etc., a lower alkenyl radical, such as the Allyl or methallyl radical or an alkynyl radical, such as, for example, the propynyl or l-methyl-2-propynyl radical, as an alkoxy radical, for example, the methoxy, ethoxy, propoxy or butoxy radical, and a substituted phenyl radical, which is substituted one or more times, for example by halogen up to atomic number 35, by nitro, alkyl, alkoxy, haloalkyl, etc. As a lower alkyl radical, the symbol Ra can mean one of the radicals listed above for Ri.
The polymethylene bridge link, which is represented by Ri and R2 together, has, for example, 2-8 chain links and represents, for example, the ethylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene or hexamethylene group.
The new ureas of the formula T are obtained by adding the octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -amine with a carbamic acid halide of the formula II
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in the
Hal halogen up to atomic number 35,
Ri is hydrogen, a lower aliphatic hydrocarbon radical, a lower alkoxy radical, the unsubstituted or a substituted phenyl radical, Ra is hydrogen or a lower alkyl radical, or R, and R2 together represent a polymethylene bridge member, in the presence of a condensing agent and preferably in one opposite the Reactants reacts inert solvent.
The carbamic acid halide of the formula II can also only be prepared in situ during the reaction by adding equimolar amounts of phosgene and an amine of the formula III, in which
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Ri and Ra have the meaning given under formula I.
The new ureas of the formula I, in which R 1 represents a lower alkoxy radical and R 2 represents a lower alkyl radical, can be koxy urea by subsequent alkylation of an N-octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (s) -N-alkoxy-urea or an N-octahydro-1, 2, 4-methe nopentalenyl- (5) -N-hydroxy-urea with conventional alkylating agents such as. B. alkyl halides, dial kyl sulfates, etc. are prepared in the presence of an acid-binding agent.
The N-octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -N'-alkoxy-ureas can in turn by reacting the octahydro-1, 2, 4-metheno pentalenyl (5) isocyanates with an O-alkyl -hydroxylamine are obtained [0. Scherer et al., Angew. Chemie 75: 851-854 (1963)].
Inert solvents suitable for the process are, for example, hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylenes; Ethers such as diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, diethylene glycol monomethyl ether; chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride, and lower ketones such as acetone or methyl ethyl ketone.
The reaction of octahydro-1, 2, 4-methenopen talenyl- (5) -amine with a carbamoyl halide or its formation components (phosgene amine of the formula II) is carried out in the presence of a condensing agent such as an inorganic base, for example alkali metal hydroxide, acetate , hydrogen carbonate, carbonate and phosphate, or an organic base, for example a tertiary amine such as pyridine, trialkylamines or collidine.
As amines of the general formula II, for example, the following are suitable: methylamine, dimethylamine, ethylamine, diethylamine, propylamines and butylamines, also aniline, halogenated anilines, toluidines, halogenated toluidines, xylidines, aziridine, pyrrolidine, piperidine, hexahydro -lH-azepine etc. These amines can be used in the reaction either in free form or as salts of hydrohalic acids, preferably as chlorohydrates.
As carbamic acid halides of the formula II, in particular the dialkyl and alkyl aryl carbamic acid chlorides and bromides, such as, for example, dimethyl, diethyl, diisopropyl, methylphenyl carbamic acid chloride, can be reacted for the purposes of the present invention.
Both the octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) isocyanate and the octahydro-1, 2, 4-methenopenta lenyl- (5) -amine are not known to date.
These compounds serving as intermediates are obtained by breaking down functional reactive derivatives of octahydro-1,2,4-methenopentalenyl- (5) -carboxylic acid. As reactive functional derivatives, the azide and amide come into consideration, which are broken down to the isocyanate or amine stage according to the method of Curtius and Hofmann.
For the preparation of the starting isocyanate, preference is given to using the Curtius breakdown of azide. For this purpose, either the carboxylic acid is converted into the carboxylic acid chloride, which is then reacted with alkali metal azide to form the desired carboxylic acid azide; or one of the alkyl esters, such as the methyl or ethyl ester, is converted directly into the carboxylic acid azide with hydrazine hydrate and nitrous acid, preferably in the presence of a solvent or diluent. The azide is converted into the isocyanate by thermal decomposition in a solvent which is inert towards the reactants, for example in an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, xylenes, or in a higher-boiling ether such as dioxane. The decomposition temperature for the azide is 20 to 180.
For conversion into the octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -amine, the isocyanate is first reacted a) with glacial acetic acid and acetic anhydride or b) with an alkanol. In the first case (a), the reaction product obtained is acetylamine, which is converted into the free amine by alkaline saponification. In case (b), the carbamic acid esters corresponding to the alkanols used are obtained, which can be hydrolyzed either acidic or basic to the amine mentioned. For the acidic hydrolysis, for example, hydrohalic acids, glacial acetic acid, halogenated acetic acids or mixtures of such acids with one another are suitable; alkali metal and alkaline earth metal hydroxides, for example, are suitable for the basic hydrolysis.
The hydrolysis can be carried out both in water and in an alkanol such as methanol and ethanol or diethylene glycol, etc.
The octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -amine can also be obtained by the Hofmann acid amide degradation. For this purpose, the corresponding carboxylic acid amide is heated, for example in the presence of a bromine or chlorine-releasing agent in the presence of an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide or an acid. Both water and an alkanol are suitable as solvents, and in those cases in which the degradation is carried out in an alkanol, for example methanol or ethanol, the corresponding alcoholates are used instead of the hydroxides mentioned.
The new ureas of the formula I are colorless in the purified state and readily soluble in organic solvents, but insoluble in water.
Tests to determine the herbicidal effectiveness showed that the following compounds are particularly valuable for combating weeds and grass weeds: N-octahydro-1,2,4-methenopentalenyl- (5) -urea N-octahydro-1, 2, 4- methenopentalenyl- (5) -N'-methyl-urea N-octahydro-1,2,4-methenopentalenyl- (5) -N ', N'-dimethyl urea N-octahydro-1,2,4 methenopentalenyl- (5 ) -N'-ethyl urea N-octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -N ', N'-diethyl urea N-octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) - N'-ethylene urea N-octahydro-1, 2, 4-methenopntalenyl- (5)
-N'-phenyl urea N-octahydro-l, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -N'- (3 ', 4'-dichlorophenyl) -urea N-octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -N'-methyl-N'-methoxy urea
The following examples describe the preparation of the new ureas of the formula I. Parts mean parts by weight, the temperatures are given in degrees Celsius.
Example 1 1. Preparation of the starting material a) 164 parts of octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -carboxylic acid [cf. H. K. Hall, J. Org. Chem. 25, 42 (1960)], 1000 parts by volume of benzene and 4 parts by volume of pyridine are gently heated on the steam bath.
250 parts of thionyl chloride are then added dropwise in the course of 15 minutes in such a way that the reaction proceeds by itself with evolution of SO2. After the addition of the thionyl chloride is complete, the mixture is heated on the steam bath for a further 15 minutes. All products which are volatile at room temperature are then removed in a water jet vacuum. 200 parts by volume of petroleum ether are added to the residue, the mixture is left to stand for 30 minutes and filtered.
The solvent is removed in the evaporator. The octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -carboxylic acid chloride obtained is distilled; it boils at 63-65 / 2 Torr (yield 162.7 parts; 88.5 / o). b) 93.6 parts of sodium azide are dissolved in 1720 parts by volume of 5 of the above aqueous acetone and the solution is cooled to zero. 90 parts of the octahydro1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -carboxylic acid chloride obtained in accordance with a) are then added within 5-10 minutes.
The temperature in the reaction vessel is kept at 0-2 by external cooling. After the addition has ended, the mixture is stirred at 0 for a further 50 minutes. The solution is extracted first with 1000 parts by volume of ice-cold benzene and then a second time with 300 parts by volume of ice-cold benzene. Then the combined benzene extracts are dried at 0 to 5 with finely powdered calcium chloride. The solution filtered off from the calcium chloride is heated on the steam bath for 21/2 hours.
In the process, nitrogen develops and the solution foams.
The benzene is then distilled off. The octahydro 1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -isocyanate has the bp.
70-75 / 3 torr.
Example 2 a) 16.1 parts of octahydro-1,2,4-methenopentalenyl (5) isocyanate (see Example Ib) are heated to boiling for 100 minutes in a mixture of 25 parts by volume of glacial acetic acid and 15 parts by volume of acetic anhydride. After the evolution of CO 2 has ended, 35 parts by volume of the solvent are distilled off and the residue is poured into 100 parts by volume of water and then stirred for 3 hours. The precipitated crystalline product is taken up in 175 parts by volume of ether, the ethereal solution is washed with 15 parts by volume of water and dried with sodium sulfate. After removal of the ether, the residue is distilled. The octahydro 1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -acetylamine obtained boils at 120 to 125 / 0.05 Torr and has a melting point of 77-80.
Analysis: Ber. : C 74.56 H 8. 53 N 7. 90 CiiHisNO (177, 2) Found: 74. 12 8. 47 8. 01 b) 26.5 parts of the acetylamine obtained above are in a solution of 200 parts by volume of diethylene glycol monomethyl ether and 42 parts of potassium hydroxide in 50 parts by volume of water are heated to the boil. 35 parts by volume of water are slowly distilled off and the mixture is then refluxed for 8 hours (internal temperature 120). The mixture is poured into 600 parts by volume of water and the solution is extracted 5 times with 80 parts by volume of ether. The combined ether extracts are washed twice with 20 parts by volume of saturated sodium chloride solution each time and then dried over sodium sulfate.
After removal of the ether, the distillation at 82-84 / 12 torr gives 18.3 parts of the oily amine. Since the distillate still contains diethylene glycol monomethyl ether, it is purified as follows: 221 parts of crude amine are dissolved in 1500 parts by volume of dry ether and hydrogen chloride is passed into the solution at 0 until the hydrochloride no longer precipitates. The separated octahydro-1, 2, 4-methenopenta lenyl- (5) -amine hydrochloride is washed with ether and dried in vacuo. It has m.p. 265 to 270.
Analysis: Ber. : C120. 7 CgHi5CIN (171.7) Found: 20. 4 c) 117 parts of the above amine hydrochloride are dissolved in 100 parts by volume of water and shaken with 200 parts by volume of 4N sodium hydroxide solution. The separated amine is extracted 4 times with 150 parts by volume of ether each time and the ethereal solution is dried with sodium sulfate. After removal of the ether and distillation, the amine is obtained as a colorless liquid. The octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -amine has the bp 81-83 / 12 Torr, n D: 1, 5160.
Analysis: Ber. : C 79.95 H 9. 70 N 10. 36 CsHsN (135, 2) Found: 79. 77 9. 79 10. 16 d) 6.45 parts of dimethylcarbamic acid chloride are dissolved in a solution of 8.1 parts of octahydro-1 , 2, 4-methe nopentalenyl- (5) -amine and 6, 3 parts of triethylamine in 80 parts by volume of benzene were added dropwise at a temperature of 5-10. The reaction mixture is then stirred at 25 for a further 2 hours. The precipitated triethylamine hydrochloride is filtered off and the solution is washed with water. After drying, the benzene is removed in a rotary evaporator. The N-octahydro-1,2,4-methenopentalenyl- (5) -N ', N'dimethylurea obtained is sublimed at 150/1 Torr and has a melting point of 138-140.
Analysis: Ber. : C 69.86 H 8. 80 N 13. 58 Ci2HisN2O Found: 70.00 8. 74 13. 71 Following the procedure described in the example, the new ureas listed in the following table were obtained:
EMI4.1
<tb> <SEP> connections <SEP> | <SEP> Smp.
<tb>
N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-phenylurea <SEP> # <SEP> 181-182
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'- <SEP> (2, <SEP> 4-dichlorophenyl) -urea <SEP> 201 -204
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-ethylene urea <SEP> 8386 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N ', <SEP> N'-diethyl urea <SEP> 8889 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -urea <SEP> 140-145
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-methyl-urea <SEP> 116-118 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-isobutylurea <SEP> 164-166 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2,
<SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-n-amylurea <SEP> 96-98 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-methoxy-urea <SEP> Kpo <SEP> o4148150 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> 7880 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N ', N'-diallyl urea
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-methyl-N'- <SEP> (l'-methyl-propynyl) -urea < SEP> 105-107 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-cyclo-octyl-urea <SEP> 190-192 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-cyclohexylurea <SEP> 220223 <SEP> <SEP>
<tb> N-Octahydro-1,
<SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N-cyclopentyl-urea <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-cyclobutyl-urea <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- <SEP> (5) -N'-cyclopropylurea <SEP> 51-54 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-tetramethylene urea <SEP> # <SEP> 169-170
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-pntamethylene urea <SEP> 166-168 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5) -N'-ethyleneoxyethylene urea <SEP> 173175 <SEP>
<tb> N-Octahydro-1, <SEP> 2, <SEP> 4-methenopentalenyl- (5)
-N'-methoxy-urea <SEP> # <SEP> 73
<tb>
The preparation of the starting octahydro-1,2,4-methenopentalenyl- (5) -amine via an alkyl carbamic acid as an intermediate is described below:
10 parts of octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) - carboxylic acid ethyl ester [cf. H. K. Hall, loc. cit.], 40 parts by volume of a 26% strength aqueous ammonia solution and 5 parts by volume of methanol are heated to 140 for 10 hours in an autoclave. The reaction product is freed from the volatile components in a water jet vacuum and the residue is treated with 25 parts by volume of acetone. The residue is recrystallized from water.
The octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) -carboxamide has the melting point 160-169 (decomposition).
16.3 parts of octahydro-1, 2, 4-methenopentalenyl- (5) carboxamide are dissolved in 500 parts by volume of methanol. Then 11 parts of sodium methylate are added and the solution is cooled to 5. 16 parts of bromine are added, the mixture is left to stand for 30 minutes and then heated on the steam bath for 45 minutes. Then acetic acid is added until the reaction is neutral and all volatile products are removed on the evaporator. The residue is shaken with 100 parts by volume of water. The water is decanted off. The insoluble residue is mixed with 250 parts by volume of petroleum ether, left to stand for a few hours and filtered. The filtrate is evaporated; the oily residue is distilled and has a boiling point of 97-101 / 0.02 torr.
The octahydro-1, 2, 4 methenopentalenyl (5) -carbamic acid methyl ester crystallized and after recrystallization from petroleum ether the melting point 84-86.
Analysis: Ber. : C 68.35 H 7. 82 N 7. 25 CilFiisNO2 (193.2) Found: 68. 34 7. 94 7. 33
29 parts of this carbamic acid methyl ester are heated to the boil with 42 parts of potassium hydroxide in 50 parts by volume of water and 200 parts by volume of diethylene glycol monomethyl ether. In the process, 35 parts by volume of water slowly distill off and the boiling point of the solution rises to 125 at the end. The mixture is then heated to boiling for 8 hours, the mixture is poured into 600 parts by volume of water and the solution is extracted 5 times with 80 parts by volume of ether each time. The combined ether extracts are washed twice with 20 parts by volume of saturated sodium chloride solution each time and then dried over sodium sulfate.
After removal of the ether, distillation at 82 to 84/12 Torr gives 18.3 parts of oily amine. The amine is still contaminated with diethylene glycol monomethyl ether and is purified using the hydrochloride as described in Examples 2b and 2c.