Verfahren zur Herstellung von N-Phenyl-N'-alkoxy-N'-alkylharnstoWen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Phenyl-N'-alkylharnstoffen aus Phenylisocyanaten und Hydroxylamin.
Nach einem aus der deutschen Auslegeschrift Nummer 1192184 bekannten Verfahren kann man N-Phe nyl-N'-alkoxy-N'-alkylharnstoffe, in denen der Phenylrest substituiert sein kann, herstellen, indem man wässrige Hydroxylaminlösung, die einen wasserlöslichen Alkohol enthält, mit einem gegebenenfalls substituierten Phenylisocyanat, das in einem inerten Lösungsmittel gelöst ist, umsetzt und das Reaktionsprodukt anschlie ssend alkyliert. Dabei betragen die Mindestmengen Alkohol 23 Vor%, bezogen auf die Summe von Wasser und Alkohol. Der substituierte Harnstoff ist in dem wässrigen Alkohol löslich und kann erst isoliert werden, nachdem die Lösungsmittel mit Wasserdampf abgetrieben wurden. Durch die Wasserdampfdestillation wird der Harnstoff teilweise abgebaut, wodurch das Endprodukt verunreinigt und die Ausbeute herabgesetzt wird.
Dies gilt besonders für den Fall, dass der Phenylrest nicht substituiert ist. Die Lösungsmittel fallen zusammen mit grossen Mengen Wasser an und müssen daraus wieder zurückgewonnen werden. Zudem ist die Wasserdampfdestillation ein aufwendiger Verfahrensschritt. Nach dem Verfahren erhält man die N-Phenyl N'-alkylharnstoffe als Ö1, das zu groben Agglomeraten kristallisiert, die Verunreinigungen einschliessen und schlecht zu reinigen sind.
Es wurde nun gefunden, dass sich N-Phenyl-N'alkoxy-N'-alkyl-harnstoffe, in denen der Phenylrest auch substituiert sein kann, durch Umsetzung von wässriger Hydroxylaminlösung mit gegebenenfalls substituiertem Phenylisocyanat in Gegenwart wasserunlöslicher Lösungsmittel und nachfolgende Alkylierung vorteilhaft herstellen lassen, wenn man die Reaktion in Wasser durchführt und vor der Alkylierung das wasserunlösliche Lösungsmittel abtrennt.
Diese neue Verfahrensweise hat den Vorteil, dass der gegebenenfalls substituierte N-Phenyl-N'- alkylharnstoff in hoher Reinheit anfällt, und führt auch im Falle, dass der Phenylrest nicht substituiert ist, zu ausgezeichneten Ausbeuten. Da das wasserunlösliche Lösungsmittel vor der Endstufe zusammen mit den vorhandenen Verunreinigungen abgetrennt wird und keine Alkohole anwesend sind, fällt das Endprodukt sofort in Form feiner Kristalle an, die leicht isoliert und ausgewaschen werden können. Die verwendeten Lösungsmittel werden, da die Wasserdampfdestillation entfällt, praktisch wasserfrei zurückgewonnen und können sofort wieder eingesetzt werden.
Das Verfahren gründet sich auf die überraschende Beobachtung, dass bei der Umsetzung von Isocyanaten und insbesondere von gegebenenfalls substituiertem Phenylisocyanat mit wässriger Hydroxylaminlösung Alkohole nicht nur nicht nötig, sondern sogar ungünstig sind.
Schon bei Mitverwendung von geringeren Mengen an Alkohol oder anderen wasserlöslichen Lösungsmitteln, als in der erwähnten Auslegeschrift angegeben ist, z. B.
bis zu 10 Vol.%, erhält man bessere Ergebnisse als bei den bekannten Verfahren. Am besten arbeitet man jedoch ohne Mitverwendung wasserlöslicher Lösungsmittel.
Die Hydroxylaminlösung wird am einfachsten aus einem Hydroxylaminsalz, wie Hydroxylammoniumchlorid oder Hydroxylammoniumsulfat, das in Wasser gelöst ist, durch Umsetzen mit einer äquivalenten Menge einer wässrigen Alkalihydroxydlösung hergestellt, wobei man die Lösung vorteilhaft auf einen pH-Wert von 6 bis 7 einstellt. Die Wassermenge wird so gewählt, dass man eine möglichst konzentrierte, vorteilhaft 5 bis 30, insbesondere 10- bis 30gew.ige, Hydroxylaminlösung erhält.
Die bevorzugt verwendeten Phenylisocyanate können an dem Phenylrest vorzugsweise 1 bis 2 Substituenten haben, die unter den Reaktionsbedingungen inert sind, wie Halogenatome, z. B. Chlor- oder Bromatome, ge gebenenfalls über Ätherbrücken gebundene Alkylgruppen mit 1 bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder Nitrograp- pen. Der Reaktion zugängliche Verbindungen sind beispielsweise
Phenylisocyanat, 4-Methylphenylisocyanat, 4-Äthylphenylisocyanat, 4-Chlorphenylisocyanat,
4-Bromphenylisocyanat, 4-Methoxyphenylisocyanat, m-Nitrophenylisocyanat,
4-Isopropylphenylisocyanat,
4-n-Butylphenylisocyanat.
Phenylisocyanate und Hydroxylamin werden im allgemeinen in stöchiometrischen Mengen eingesetzt. Vorzugsweise verwendet man jedoch das Hydroxylamin in einem Überschuss, beispielsweise bis zu 50 MolS, bezogen auf das eingesetzte Phenylisocyanat.
Als wasserunlösliche, inerte Lösungsmittel können bei der Reaktionstemperatur flüssige Kohlenvçasser- stoffe, wie Cyclohexan oder Benzol, ferner ChloRohlen- wasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff, sowie wasserunlösliche Äther, wie Diäthyläther, angewandt werden. Das Volumenverhältnis vom wa?serunlöslic:men Lösungsmittel zum Wasser kann innerhalb weiter Grenzen schwanken, beispielsweise im Bereich von 0,5 1 bis 5:1, vorzugsweise von
1:1 bits2: 1.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass sowohl die Reaktion von Hydroxylamin und Phenylisocyanat als auch die nachfolgende Alkylierung in Wasser durchgeführt werden.
In der ersten Stufe verwendet man zweckmässig 100 bis 500 Ges.,9 Wasser, bezogen auf die Menge an Hydroxylamin und Phenylisocyanat. Im allgemeinen stammt das Wasser aus der Hydroxylaminlösung. Zweckmässig verwendet man etwa gleiche Volumina wasserunlösliches Lösungsmittel und Wasser.
Ein weiteres wesentliches Merkmal ist die Abtrennung des wasserunlöslichen Lösungsmittels vor der Alkylierung. Dadurch werden die Verunreinigungen der ersten Reaktionsstufe entfernt. Die Abtrennung der wasserunlöslichen Lösungsmittel wird ohne Anwendung von Wärme nach bekannten Verfahren, wie Dekantieren, vorgenommen. Die Reaktion von Hydroxylamin mit gegebenenfalls substituiertem Phenylisocyanat führt man vorteilhaft in einem Temperaturbereich von 0 bis 250 C aus. Besonders günstig sind Temperaturen von 5 bis 150 C.
Die Alkylierung wird nach bekannten Methoden in Wasser mit Schwefelsäurealkylestern aus Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Dimethylsulfat, oder mit Alkylhalogeniden mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Äthylchlorid, sowie mit Sulfonsäurealkylestern aus Alkoholen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen durchgeführt.
Nach der Erfindung kann das Verfahren beispielsweise ausgeführt werden, indem man in einem Kessel, der mit einem Rührer ausgestattet ist, das Hydroxylaminsalz in Wasser löst und dann das wasserunlösliche Lösungsmittel zugibt. Durch Zudosieren einer äquivalenten Menge konzentrierter Alkalilauge wird das freie Hydroxylamin hergestellt. Unter Einhaltung der ge wünschten Temperatur dosiert man zu der Hydroxylaminlösung das Phenylisocyanat. Dabei wird zweckmässig für eine innige Durchmischung der Reaktionspartner gesorgt. Der ausgeschiedene Niederschlag wird mit einer äquivalenten Menge wässriger Alkalilauge gelöst und dann das wasserunlösliche Lösungsmittel, z. B.
durch Dekantieren, abgetrennt. Zu der wässrigen Lösung wird bei 0 bis 600 C, insbesondere 20 bis 500 C, ein Alkylierungsmittel zudosiert, dabei fällt der wasserunlösliche, gegebenenfalls substituierte N-Phenyl-N'-al koxy-N'-alkylharnstoff in fein kristalliner Form aus und kann dann nach bekannten Verfahren, wie Filtration oder Zentrifugieren, isoliert werden.
Verbindungen, die nach der Erfindung hergestellt werden, finden bekanntlich als Pflanzenschutzmittel
Verwendung.
Die in folgenden Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile. Sie verhalten sich zu den Raumteilen wie Kilogramm zu Liter.
Beispiel I
In einem Kolben, der mit einem Rührer versehen ist, werden 130 Teile Hydroxylaminchlorhydrat, gelöst in 500 Raumteilen Wasser, 630 Raumteile Methylenchlorid und 2 Teile Tetranatrium-äthylen-dtiamino-tetra- acetat vorgelegt. Dazu dosiert man bei 5 bis 100 C 145 Teile einer 50 gew.% igen Natriumhydroxydlösung, wobei darauf zu achten ist, dass die Lösung schliesslich einen pH-Wert von 6 bis 7 hat. Bei gleichen Temperaturbedingungen dosiert man unter Rühren im Verlauf von
2 Stunden 200 Teile Phenylisocyanat zu und lässt das
Gemisch noch weitere 2 Stunden bei 200 C ausreagieren.
Anschliessend werden weitere 500 Raumteile Wasser und 340 Teile 50 gew.% ige Natronlauge zugegeben, wobei sich der ausgeschiedene Niederschlag wieder auf löst. Von der klaren Lösung wird das Methylenchlorid abdekantiert und zu der wässrigen Phase im Verlauf von 2 Stunden 513 Teile Dimethylsulfat bei einer Temperatur von 15 bis 200 C zugetropft. Nach weiteren 2 Stunden wird die feinkristalline Suspension filtriert.
Der Filterkuchen wird mit kaltem Wasser neutral gewaschen und im Vakuum getrocknet. Man erhält 279 Teile (92 % der Theorie) N-Phenyl-N'-methoxy-N'methylharnstoff vom Schmelzpunkt 62 bis 630 C.
Beispiel 2
Führt man die Umsetzung, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit 258 Teilen p-Chlorphenylisocyanat durch, so erhält man 425 Teile (95 % der Theorie) N-p-Chlor phenyl-N'-methoxy-N'-methylharnstoff.
Process for the preparation of N-phenyl-N'-alkoxy-N'-alkyl ureas
The invention relates to a process for the preparation of N-phenyl-N'-alkylureas from phenyl isocyanates and hydroxylamine.
According to a method known from German Auslegeschrift number 1192184, N-Phe nyl-N'-alkoxy-N'-alkylureas, in which the phenyl radical can be substituted, can be prepared by aqueous hydroxylamine solution containing a water-soluble alcohol with a optionally substituted phenyl isocyanate, which is dissolved in an inert solvent, is reacted and the reaction product is then alkylated. The minimum amounts of alcohol are 23%, based on the sum of water and alcohol. The substituted urea is soluble in the aqueous alcohol and can only be isolated after the solvents have been driven off with steam. Steam distillation partially degrades the urea, which contaminates the end product and reduces the yield.
This is particularly true in the event that the phenyl radical is not substituted. The solvents accumulate together with large amounts of water and have to be recovered from them. In addition, steam distillation is a complex process step. According to the process, the N-phenyl N'-alkylureas are obtained as oil, which crystallizes into coarse agglomerates, which include impurities and are difficult to clean.
It has now been found that N-phenyl-N'alkoxy-N'-alkyl ureas, in which the phenyl radical can also be substituted, can advantageously be prepared by reaction of aqueous hydroxylamine solution with optionally substituted phenyl isocyanate in the presence of water-insoluble solvents and subsequent alkylation if the reaction is carried out in water and the water-insoluble solvent is separated off before the alkylation.
This new procedure has the advantage that the substituted or unsubstituted N-phenyl-N'-alkylurea is obtained in high purity and leads to excellent yields even if the phenyl radical is unsubstituted. Since the water-insoluble solvent is separated off together with the impurities present before the final stage and no alcohols are present, the final product is obtained immediately in the form of fine crystals which can easily be isolated and washed out. Since the steam distillation is not required, the solvents used are recovered practically anhydrous and can be used again immediately.
The process is based on the surprising observation that in the reaction of isocyanates, and in particular of optionally substituted phenyl isocyanate, with aqueous hydroxylamine solution, alcohols are not only not necessary, but even unfavorable.
Even with the use of smaller amounts of alcohol or other water-soluble solvents than is indicated in the aforementioned Auslegeschrift, z. B.
up to 10% by volume, better results are obtained than with the known methods. However, it is best to work without using water-soluble solvents.
The hydroxylamine solution is most simply prepared from a hydroxylamine salt, such as hydroxylammonium chloride or hydroxylammonium sulfate, which is dissolved in water, by reacting with an equivalent amount of an aqueous alkali metal hydroxide solution, the solution being advantageously adjusted to a pH of 6 to 7. The amount of water is chosen so that a very concentrated, advantageously 5 to 30, in particular 10 to 30, weight hydroxylamine solution is obtained.
The phenyl isocyanates preferably used can preferably have 1 to 2 substituents on the phenyl radical which are inert under the reaction conditions, such as halogen atoms, e.g. B. chlorine or bromine atoms, optionally bound via ether bridges alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms or nitro groups. Compounds accessible to the reaction are for example
Phenyl isocyanate, 4-methylphenyl isocyanate, 4-ethylphenyl isocyanate, 4-chlorophenyl isocyanate,
4-bromophenyl isocyanate, 4-methoxyphenyl isocyanate, m-nitrophenyl isocyanate,
4-isopropylphenyl isocyanate,
4-n-butylphenyl isocyanate.
Phenyl isocyanates and hydroxylamine are generally used in stoichiometric amounts. Preferably, however, the hydroxylamine is used in an excess, for example up to 50 mol%, based on the phenyl isocyanate used.
Water-insoluble, inert solvents that can be used are hydrocarbons which are liquid at the reaction temperature, such as cyclohexane or benzene, and also chlorohydrocarbons, such as methylene chloride, chloroform or carbon tetrachloride, and water-insoluble ethers, such as diethyl ether. The volume ratio of the water-insoluble solvent to the water can vary within wide limits, for example in the range from 0.5 1 to 5: 1, preferably from
1: 1 bits2: 1.
An essential feature of the process according to the invention is that both the reaction of hydroxylamine and phenyl isocyanate and the subsequent alkylation are carried out in water.
In the first stage, it is expedient to use 100 to 500 Ges., 9 water, based on the amount of hydroxylamine and phenyl isocyanate. Generally the water comes from the hydroxylamine solution. It is expedient to use approximately equal volumes of water-insoluble solvent and water.
Another essential feature is the separation of the water-insoluble solvent before the alkylation. This removes the impurities from the first reaction stage. The water-insoluble solvents are separated off by known processes such as decanting without the use of heat. The reaction of hydroxylamine with optionally substituted phenyl isocyanate is advantageously carried out in a temperature range from 0 to 250.degree. Temperatures of 5 to 150 C. are particularly favorable.
The alkylation is carried out by known methods in water with sulfuric acid alkyl esters from alcohols with 1 to 4 carbon atoms, such as dimethyl sulfate, or with alkyl halides with 1 to 4 carbon atoms, such as ethyl chloride, and with sulfonic acid alkyl esters from alcohols with 1 to 4 carbon atoms.
According to the invention, the process can be carried out, for example, by dissolving the hydroxylamine salt in water in a kettle equipped with a stirrer and then adding the water-insoluble solvent. The free hydroxylamine is produced by metering in an equivalent amount of concentrated alkali lye. The phenyl isocyanate is added to the hydroxylamine solution while maintaining the desired temperature. It is expedient to ensure that the reactants are thoroughly mixed. The deposited precipitate is dissolved with an equivalent amount of aqueous alkali and then the water-insoluble solvent, e.g. B.
by decanting, separated. An alkylating agent is metered into the aqueous solution at from 0 to 600 ° C., in particular from 20 to 500 ° C., during which the water-insoluble, optionally substituted N-phenyl-N'-alkoxy-N'-alkylurea precipitates in finely crystalline form and can then by known methods, such as filtration or centrifugation, are isolated.
It is known that compounds which are prepared according to the invention are used as crop protection agents
Use.
The parts given in the following examples are parts by weight. They relate to parts of the room like kilograms to liters.
Example I.
A flask equipped with a stirrer is charged with 130 parts of hydroxylamine chlorohydrate dissolved in 500 parts by volume of water, 630 parts by volume of methylene chloride and 2 parts of tetrasodium ethylene-dtiamino-tetraacetate. For this purpose, 145 parts of a 50% strength by weight sodium hydroxide solution are metered in at 5 to 100 ° C., whereby it must be ensured that the solution finally has a pH value of 6 to 7. At the same temperature conditions, metering is carried out with stirring in the course of
2 hours 200 parts of phenyl isocyanate and leaves that
React mixture for a further 2 hours at 200.degree.
A further 500 parts by volume of water and 340 parts of 50% strength by weight sodium hydroxide solution are then added, the precipitate which has separated out dissolves again. The methylene chloride is decanted off from the clear solution and 513 parts of dimethyl sulfate are added dropwise to the aqueous phase at a temperature of 15 to 200 ° C. over the course of 2 hours. After a further 2 hours, the finely crystalline suspension is filtered.
The filter cake is washed neutral with cold water and dried in vacuo. 279 parts (92% of theory) of N-phenyl-N'-methoxy-N'methylurea with a melting point of 62 to 630 ° C. are obtained.
Example 2
If the reaction is carried out, as described in Example 1, with 258 parts of p-chlorophenyl isocyanate, 425 parts (95% of theory) of N-p-chlorophenyl-N'-methoxy-N'-methylurea are obtained.