Verfahren zur Herstellung von Carbamidsäurechloriden von Thiadiazolinonen
Die Erfindung betrifft ein chemisch eigenartiges
Verfahren zur Herstellung von neuen Carbamidsäure chloriden von 2-Amino-1,3,4-thiadiazolin-5-onen. Die neuen Carbamidsäurechloride können als Zwischen produkt verwendet werden, z. B. zur Herstellung von
Schädlingsbekämpfungsmitteln.
Es ist bereits bekanntgeworden, dass man Thiosemicarbazide mit Phosgen zu zyklischen Verbindungen umsetzen kann. Für die dabei entstehenden Reaktionsprodukte werden in der Literatur teilweise recht unterschiedliche Strukturen angegeben. Im wesentlichen handelt es sich dabei um die Strukturen der unten angegebenen Formeln, in denen R3 und R2 für organische Reste, insbesondere niedriges Alkyl und Aryl, stehen.
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EMI1.2
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In einem jüngeren Übersichtsreferat wird zusam menfassend ausgeführt, dass 3,4-disubstituierte 2-Ami- no-1,3,4-thiadiazolin-5-one sehr labil sind, z. B. gegen über höheren Temperaturen, Akali und Aminen, und dass daher die bei der Umsetzung zwischen Phosgen und einem substituierten Thiosemicarbazid entstehen den Verbindungen hinsichtlich ihrer Struktur sehr schwierig einzuschätzen sind (Five-Membered Hetero cyclic Compounds with Nitrogen and Sulfur or Nitro gen, Sulfur and Oxygen, Seite 153-173; in der Reihe
A. Weissberger, The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Interscience Publishers, New York). Bei keiner der bisher beschriebenen Untersuchungen wurde festgestellt, dass über eine Ringschlussreaktion hinaus ein weiterer Angriff des Phosgens auf die Intermediärprodukte erfolgt.
Es wurde gefunden, dass man neue Carbamidsäurechloride von Thiadiazolinonen der Formel
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in welcher R für einen Alkylrest oder einen Alkenylrest mit bis zu 8 Kohlenstoff-Atomen steht, der gegebenenfalls durch Alkoxy, Cycloalkyl, Cycloalkenyl oder gegebenenfalls durch Halogen, Alkyl, Alkoxy oder Halogenalkyl substituiertes Phenyl substituiert sein kann oder für einen Cycloalkylrest mit bis zu 10 Kohlenstoff-Atomen steht oder für einen Arylrest steht, der durch Alkyl, Halogen, Halogenalkyl, Nitro oder Alkoxy substituiert sein kann, und R' für einen Alkylrest oder einen Alkenylrest mit bis zu 12 Kohlenstoff-Atomen steht, der durch Alkoxy, Aryl, Alkylaryl, Halogenaryl oder Cycloalkyl substituiert sein kann, oder für einen Cycloalkylrest mit bis zu 10 Kohlenstoff-Atomen steht erhält,
wenn man 1,4-disubstituierte Thiosemicarbazide der Formel
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in welcher R und R' die oben angegebene Bedeutung haben, in inerten, organischen Lösungsmitteln mit mindestens 2 Mol Phosgen umsetzt.
Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, dass man bei der erfindungsgemässen Umsetzung einen eindeutigen Reaktionsverlauf sowie eindeutig definierte Produkte erhält, da nach dem Stand der Tech- nik erwartet werden musste, dass man Gemische von Reaktionsprodukten erhalten würde. Besonders überraschend ist aber, dass ein zweites Mol Phosgen mit der Amingruppe des heterocyclischen Ringes reagiert, weil einerseits solche Sekundärreaktionen bislang noch nicht beobachtet wurden und andererseits die Aminogruppe praktisch keine basischen Eigenschaften aufweist. So gelingt es z. B. nicht, die Aminogruppe mit Acetanhydrid bei Siedetemperaturen zu acetylieren.
Der Reaktionsverlauf der erfindungsgemässen Umsetzung kann durch das nachfolgende spezielle Formelschema wiedergegeben werden:
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Die als Ausgangsstoffe verwendeten 1,4-disubstituierten Thiosemicarbazide sind durch die Formel (II) eindeutig definiert. Als typische Beispiele seien im einzelnen genannt:
1 ,4-Dimethyl-thiosemicarbazid, 1-Äthyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Propyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Isopropyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Butyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Isobutyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -sek.-Butyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-tert.-Butyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Octyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Propen-(2)-yl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(2-Äthoxy-äthyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Cyclopentylmethyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Cyclohexylmethyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Cyclopropyl-methyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Cyclohexen-(3)-yl-4-methyl-thiosemicarbazid,
l-Bornyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Benzyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -B enzyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(4-Chlor-benzyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(2,4-Dichlor-benyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(4-Methyl-benzyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -(4-Metlloxy-benzyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1(3-Phenyl-propyl-)4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(l-Phenyl-äthyl-)4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(Diphenylmethyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Cyclopentyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Cyclohexyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -Phenyl-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-äthyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-propyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-isopropyl-thiosemicarbazid,
1 -Phenyl-4-octyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-dodecyl-thiosemicarbazid, 1 -Phenyl-4-allyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-(3-methoxy-propyl-)thiosemicarbazid, 1 -Phenyl-4-benzyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-(4-methyl-benzyl)-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-(4-chlor-benzyl)-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-cyclohexylmethyl-thiosemicarbazid, 1 -Phenyl-4-cyclopropyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-cyclohexyl-thiosemicarbazid, 1-Phenyl-4-cyclooctyl-thiosemicarbazid, 1-(3-Chlor-phenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(4-Chlor-phenyl-)4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -(4-Methyl-phenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid,
1 -(4-Trifluormethyl-phenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(3-Chlor-4-trifluormethyl-phenyl)4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -(3-Chlor-4-methyl-phenyl)4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(4-Methoxy-phenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -(3 -Chlor-4-methoxy-phenyl4-methyl-thiosemicarbazid, 1-(3 -Nitrophenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid, 1 -(2,4-Dinitro-phenyl) -4-methyl-thiosemicarbazid.
Die Thiosemicarbazide sind nur zum Teil aus der
Literatur bekannt. Soweit sie noch nicht beschrieben sind, lassen sie sich jedoch nach grundsätzlich bekannten Verfahren herstellen. Besonders vorteilhaft sind die drei nachfolgend genannten Verfahren:
1. Umsetzen von monosubstituierten Hydrazinen mit Isothiocyanaten, z. B. in inerten Lösungsmitteln zwischen 0 und 1000 C, wobei der Reaktionsverlauf dem nachfolgenden Formelschema entspricht.
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Nachstehend werden einige Beispiele für dieses Verfahren gegeben.
1 -(4-Chlor-phenyl)-4-methyl-thiosemicarbazid:
52 g 4-Chlor-phenylhydrazin werden in Benzol gelöst und bei Raumtemperatur mit einer benzolischen Lösung von 33,2 g Methylsenföl versetzt. Der dabei entstehende farblose Niederschlag wird nach einiger Zeit abgesaugt und aus Äthanol umkristallisiert.
Ausbeute: 45 g, F: 1940 C.
In entsprechender Weise werden gewonnen:
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R R' F (O C) umkristallisiert aus
EMI3.3
-cH3 205 Äthanol -CH3 202 Athanol
CH3 118-120 Äthanol
CH3 146-148 Äthanol -CH3 160 Athanol R R' F ( C) umkristallisiert aus
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-CH3 173-175 Athanol -CH3 200 Butanol -ChI2-CH=CH2 94 96 Tetrachlor kohlenstoff
2.
Umsetzen von monosubstituierten Hydrazinen mit Schwefelkohlenstoff und einem Alkylierungsmittel in einer ersten Stufe und Umsetzen der entstandenen 1-substituierten 2-Dithiocarbazinsäureester mit primären Aminen in organischen Lösungsmitteln zwischen 0-120 C, wobei die zweite Stufe der Umsetzung durch folgendes Formelschema wiedergegeben werden kann:
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Zur Erklärung werden nachfolgend einige Beispiele für dieses Verfahren angegeben: 1-Phenyl-4-isopropyl-thiosemicarbazid:
99 g 1-Phenyl-2-dithiocarbazinsäure-methylester werden in 325 ml Äthanol suspendiert. Man gibt 95 g einer 650/o-igen wässrigen Isopropylamin-Lösung zu und erhitzt das Gemisch allmählich zum Sieden. Nach vierstündigem Kochen unter Rückfluss wird das Gemisch mit 650 ml Wasser versetzt und mit Essigsäure neutralisiert.
Die Kristalle werden abgesaugt und aus wenig Äthanol umkristallisiert.
Ausbeute: 85 g, F: 168-170 C.
In entsprechender Weise werden gewonnen:
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R R' F (O C) umkristallisiert aus
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CH2-CH(CH)2 138-140 Äthanol -C12H25 92 93 Äthanol
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<tb> R <SEP> R' <SEP> F <SEP> (0 <SEP> C) <SEP> umkristallisiert <SEP> aus
<tb> <SEP> · <SEP> 43 <SEP> 184-185 <SEP> Butanol
<tb> <SEP> -C2H5 <SEP> 155-156 <SEP> Äthanol
<tb> <SEP> -C3H7 <SEP> 139-142 <SEP> Äthanol
<tb> <SEP> Tetrachlor
<tb> <SEP> < <SEP> ¯C(CH3)3 <SEP> 109-110 <SEP> kohlenstoff
<tb> <SEP> 138-140 <SEP> Äthanol
<tb> <SEP> -(CH2)3-0C4H9 <SEP> 109-111 <SEP> Waschbenzin
<tb>
3. Reduzieren von Thiosemicarbazonen mit geeigneten Mitteln, z. B.
Natriumboranat, in organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen 0 und 1200 C, gemäss dem nachfolgenden Formelschema.
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<tb>
CH3\ <SEP> 1l <SEP> Natrium- <SEP> CH3
<tb> vCNNH <SEP> CNHCH3 <SEP> boranat <SEP> CH-NH-NH-C-NHCH3
<tb> <SEP> CH3
<tb> <SEP> (Vl)
<tb>
Nachstehend sind einige Beispiele für dieses Verfahren angegeben: 1-Isopropyl-4-methyl-thiosemicarbazid:
16 g Aceton-4-methyl-hiosemicarbazon (aus Aceton und 4-Methyl-thiosemicarbazid) werden in 100 ml Äthanol heiss gelöst. Man gibt 5 ml Wasser zu und trägt dann in der Siedehitze portionsweise 4 g Natriumboranat ein. Das Gemisch wird 2 Stunden unter Rückfluss gekocht. Anschliessend destilliert man das Äthanol im Vakuum weitgehend ab und verrührt den Rückstand mit Wasser. Die unlöslichen Kristalle werden abgesaugt und aus Toluol umkristallisiert.
Ausbeute: 12 g, F: 92940 C.
In entsprechender Weise gewinnt man:
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R R' F( C) umkristallisiert aus -C2H5 CH3 105-106 Wasser -C3H7 CH3 51- 52 Waschbenzin -C4H9 -CH3 Öl
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-CH3 88 90 Äthanol -CH3 120¯122 äthanol -CH3 59- 61 Waschbenzin -CH2-CH(CH3)2 -CIi3 53
Die erfindungsgemässe Umsetzung der Thiosemicarbazide mit Phosgen wird in organischen Verdünnungsmitteln ausgeführt. Als Verdünnungsmittel eignen sich praktisch alle gegen Phosgen und Chlorwasserstoff unter milden Bedingungen indifferente organische Lösungsmittel.
Dazu gehören besonders, gegebenenfalls chlorierte oder nitrierte, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Kerosin, Ligroin, Dichlormethan, Chloroform, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Nitrobenzol und Äther, wie Diäthyläther und Glykol-diäthyl äther.
Die Umsetzung der Thiosemicarbazide mit Phosgen wird zweckmässigerweise im Temperaturbereich zwischen etwa -20 und 2000 C, vorzugsweise zwischen 20 und 110"C durchgeführt, wobei die Primärreaktion bereits unterhalb 0 C einsetzen kann. Die Primärreaktion, also wahrscheinlich der Ringschluss zu den 2-Amino-2,3,4-thiadazolin-5-onen, verläuft in der Regel exotherm. In dieser Reaktionsphase kann die Temperatur durch Aussenkühlung konstant gehalten werden, erforderlich ist dies jedoch nicht. Gleichzeitig wird, je nach Art der Substituenten an den Stickstoffatomen und nach Art des verwendeten Lösungsmittels eine anfängliche Verdickung der Suspension oder das zwischenzeitliche Auftreten von Niederschlägen beobachtet.
Im Verlauf der weiteren Reaktion bilden sich von selbst, spätestens bei Erhöhung der Reaktionstemperatur, völlig klare Lösungen.
Die Umsetzungen werden normalerweise unter gewöhnlichem Druck durchgeführt. Sie können jedoch auch in geschlossenen Gefässen unter erhöhtem Druck vorgenommen werden, wobei es dann zweckmässig ist, den bei der Reaktion entstehenden Chlorwasserstoff durch zwischenzeitliches Entspannen aus dem Reaktionsgemisch entweichen zu lassen.
Die Umsetzung der 1,4-disubstituierten Thiosemicarbazide zu den Carbamidsäurechloriden erfolgt mit der mindestens zweifach molaren Menge Phosgen. Das Phosgen kann in flüssiger oder gasförmiger Form oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst auf das Thiosemicarbazid zur Einwirkung gebracht werden.
Dabei ist es ohne wesentliche Bedeutung, ob das Phosgen oder das Thiosemicarbazid in Lösung oder Suspension vorgelegt wird. Ein Überschuss von zwei Mol Phosgen kann, je nach Reaktionsführung, zweckmässig sein. Er ist nicht erforderlich, aber auch nicht nachteilig, da sich die Reaktionsprodukte unter dem Einfluss weiteren Phosgens nicht mehr verändern. Im allgemeinen verwendet man 2-4 Mol Phosgen pro Mol Thiosemicarbazid.
Die als Ausgangsprodukte verwendeten Thiosemicarbazide brauchen nicht in den entsprechenden Lösungsmitteln löslich zu sein, da die Umsetzungen auch in Suspension in genügender Geschwindigkeit vor sich gehen und die entstehenden Carbamidsäurechloride, zumindest bei erhöhter Temperatur, so leicht in den meisten üblichen Lösungsmitteln löslich sind, dass eine vollständige Reaktion gewährleistet ist.
Die Carbamidsäurechloride der Formel I werden isoliert, indem sie durch Kühlen der anfallenden Lösungen auf ausreichend niedrige Temperatur auskristallisiert werden. Das verwendete Lösungsmittel kann auch unter normalem oder vermindertem Druck durch Verdunsten oder Destillation entfernt werden. Die Reaktionsprodukte fallen hierbei normalerweise in so reiner Form an, dass sie für weitere Umsetzungen nicht weiter gereinigt zu werden brauchen. Sie können aber auch durch Umkristallisation aus geeigneten Lösungsmitteln weiter gereinigt werden.
Die Carbamidsäurechloride gemäss Formel I stellen eine neue Gruppe sehr interessanter Zwischenprodukte dar, die auf Grund ihrer hohen Reaktionsfähigkeit zu einer Vielzahl von Umsetzungen fähig sind. Sie könen beispielsweise zur Herstellung von Pflanzenschutzmitteln, wie Insektizide, verwendet werden. Beispiel 1
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181 g (1 Mol) 1 -Phenyl-4-methyl-thiosemicarbazid werden in 700 ml Chlorbenzol suspendiert. Bei Raumtemperatur wird allmählich Phosgen eingeleitet, wobei die Temperatur auf 40-450 C ansteigt. Gleichzeitig erfolgt anfangs eine Verdickung, später eine Verdünnung der Suspension. Nach Abklingen der Selbsterwärmung wird von aussen geheizt, um eine Temperatur von 40450C aufrechtzuerhalten. Nachdem etwa 200 g Phosgen (2,2 Mol) eingeleitet worden sind, hat sich eine klare Lösung gebildet.
Man erwärmt in schwachem Phosgenstrom langsam weiter bis auf 1000 C und hält diese Temperatur noch eine Stunde aufrecht. Die Lösung wird im Vakuum eingedampft. Als Rückstand verbleit das 2-(N-Chlorcarbonyl-N-methyl-amino) 4-phenyl-1,3,4-thiadiazolin-5-on der oben angegebenen Formel in praktisch quantitativer Ausbeute. Aus Tetrachlorkohlenstoff umkristallisiert, erhält man das gereinigte Produkt in 82 O/o-iger Ausbeute. F: 105 C.
Beispiel 2
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220 g (2,2 Mol) Phosgen werden in 1 Liter Chlorbenzol gelöst. Bei Raumtemperatur trägt man unter Rühren portionsweise 195 g (1 Mol) l-Phenyl-4-äthyl- thiosemicarbazid ein. Dabei steigt die Temperatur allmählich bis auf etwa 400 C an. Nach etwa t/2-stündi- gem Nachrühren bei 400 C hat sich eine klare Lösung gebildet, die man im schwachen Phosgenstrom allmählich weiter bis auf 1000 C erwärmt. Anschliessend vertreibt man überschüssiges Phosgen durch Einleiten von Stickstoff und dampft die Lösung im Vakuum ein. Als Rückstand verbleibt das 2-(N-Chlorcarbonyl-N-äthyl-amino) 4-phenyl-1,3,4-thiadiazolin-5-on in praktisch quantitativer Ausbeute. Durch Umkristallisieren aus Waschbenzin erhält man 253 g (89,3 o/o der Theorie) des reinen Produktes.
F: 101-i030 C.
Beispiel 3
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147 g (1 Mol) l-Propyl-B-methyl-thiosemicarbazid werden in 600 ml Chloroform gelöst. Bei Raumtemperatur leitet man etwa 220 g (2,2 Mol) Phosgen ein, wobei die Temperatur bis auf etwa 40C C ansteigt. Eine vorübergehend auftretende farblose Fällung geht im weiteren Verlaufe der Reaktion wieder in Lösung.
Nach Abklingen der Selbsterwärmung erhitzt man die Lösung im schwachen Phosgenstrom noch etwa 1 Stunde zum Sieden und dampft sie dann im Vakuum ein. In praktisch quantitativer Ausbeute hinterbleibt ein allmählich kristallisierender Rückstand, aus dem durch Umkristallisieren aus Ligroin das 2-(N-Chlorcarbonyl-N-methyl-amino)- 4-propyl-1,3,4-thiadiazolin-5-on in 86 %-iger Ausbeute in reiner Form gewonnen wird.
F: 34-36 C.
In analoger Weise werden gewonnen:
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R R' umkristalli- F ( C) Ausbeute (%) siert aus
Waschbenzin 96 72,5 -CH3 -CH3 Waschbenzin 96 72,5
Waschbenzin 70 78 -C2hI5 -CH3 Wasehbenzin 70 78 -CH(CH3)2 CH3 Waschbenzin 78- 80 71 -C4H9 -CH3 - 32 93 -CH2-CH(CH3)2 -CH3 - 37 62
EMI8.2
-CH3 Ligroin 69¯ 71 92
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<tb> R <SEP> R' <SEP> umkristalli- <SEP> F <SEP> (O <SEP> C) <SEP> Ausbeute <SEP> (O/o)
<tb> <SEP> siert <SEP> aus
<tb> -CH2 <SEP> -c3 <SEP> Waschbenzin <SEP> 108 <SEP> 92,5
<tb> -cH3 <SEP> Waschbenzin <SEP> 89- <SEP> 91 <SEP> 90
<tb> <SEP> -C3H7 <SEP> Waschbenzin <SEP> 102-104 <SEP> 77
<tb> -CH(CH3)2 <SEP> Waschbenzin <SEP> 48- <SEP> 50 <SEP> 82
<tb> -CH2-CH(CH3)2 <SEP> Waschbenzin <SEP> 80 <SEP> 68
<tb> -CH2-CH=CH2 <SEP> Waschbenzin <SEP> 47- <SEP> 49 <SEP>
83
<tb> <SEP> cH2·/ <SEP> Waschbenzin <SEP> 105-1u7 <SEP> 72
<tb> <SEP> · <SEP> {93 <SEP> Waschbenzin <SEP> 86- <SEP> 88 <SEP> 78
<tb> -(CH2)3-0C4H9 <SEP> Ö1 <SEP> (nu20: <SEP> 1,5617) <SEP> 75
<tb> R R' umkristalli- F ( C) Ausbeute (%) siert aus
EMI10.1
-ChI3 Tetrachlor- 116 65 kohlenstoff -CH3 Tetrachlor- 126-128 94 kohlenstoff -CH3 Tetrachlor- 149-150 84 kohlenstoff -CH3 Waschbenzin 122 87 -CH3 Toluol 172 74 -CH3 Cyclohexan 78- 80 72 -CH3 Tetrachlor- 134 78 kohlenstoff - CH3 Tetrachlor- 90 62 kohlenstoff -C3H7 -CH3 Ligroin 34- 35 87