Verfahren zur Herstellung von Bis-(subst.mercaptophenyl)-äthern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bis-(subst.mercaptophenyl)-äthern.
Es ist bekannt, dass Bis-(alkylmercaptophenyl)-äther durch Alkylierung der entsprechenden Bis-(mercaptophenyl)-äther hergestellt werden können. Ferner kann man bekanntlich substituierte Diphenyläther durch Umsetzung von Arylhalogeniden mit Alkalisalzen entsprechend substituierter Phenole in Gegenwart von Kupfer(I)oxid oder Kupfersalzen und von aprotischen hochsiedenden organischen Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, Pyridin, Lutidin, Collidin, Dimethylsulfoxyd, Dimethylacetamid, Chinolin oder Pyridinoxyd erhalten. (Bacon Hill, J. Chem. Soc. [1964], 1108 und [1965], 4953.) Auch durch Umsetzung von Arylhalogeniden mit Alkyl-Kupfer-Mercaptiden sind Alkylmer- captogruppen in aromatische Ringe eingeführt worden.
(Adams, Ferreti et al, J. Am. Chem. Soc. 81, 4927 [1959]). Auch ist bekannt, dass man Arylmonomercaptoverbindungen durch Reduktion der entsprechenden Arylsulfinate oder Arylsulfochloride erhalten kann; z. B.
durch katalytische Reduktion der Arylsulfinate (EP.
1 073 200, USP. 3 336 386), oder durch Reduktion der Arylsulfochloride mit Zinnchlorür und Salzsäure (Suter, J. Am. Chem. Soc. 58, 54 [1936]), mit naszierendem Wasserstoff (Zink und Schwefelsäure, Org.
Synth. Coll. Vol. 1, 504), oder mit LiAIH4; (Marvel, Caesar J. Am. Chem. Soc. 72, 1033 [1950]); oder mit Phosphor und Jod in Eisessig, (Wagner, Chem.
Ber. 99, 375, [1966]), und dass man durch Alkylierung der Monomercaptoverbindungen die Aryläthermonomercaptoverbindungen erhält. Die letztgenannten Methoden wurden auch für die Herstellung von aromatischen Dimercaptoäthern im Laboratoriumsmassstab vorgeschlagen. Doch ist ihre Durchführung im technischen Massstab aus den nachfolgend angegebenen Gründen mit grossen Nachteilen behaftet.
Es ist nämlich bekannt, dass die Reduktion von Arylmonosulfochloriden und von Arylmonosulfinaten über dimere Zwischenstufen vom Typus der Dithioester und Disulfide verläuft (L. Bourgeois, Recueil d. Travaux Chim. d. Pays Bas 18, 426, 1899). Diese dimeren Zwischenprodukte sind meist in den bei der Reaktion verwendeten Lösungsmitteln löslich.
Bei der Reduktion von Aryl-disulfochloriden erhält man polymere Zwischenprodukte, die in den bei der Reduktion verwendeten Lösungsmitteln, selbst bei höheren Reduktionstemperaturen praktisch unlöslich sind.
Die Durchführung der Reduktion von aromatischen Disulfochloriden erfordert die Verwendung sehr wirksamer Mischapparaturen in meist sehr aggressiven Medien, um die exothermen Reaktionen einwandfrei beherrschen zu können.
Ferner ist die katalytische Hydrierung von Aryldisulfinaten in flüssiger Phase infolge des Einschlusses des Katalyten im polymeren Zwischenprodukt nur mit wirtschaftlich untragbar grossen Katalytmengen durchführbar.
Auch bei den Reduktionen der Aryldisulfochloride mit naszierendem Wasserstoff oder Zinnchlorür ist die gute Durchmischung der Reaktionspartner schwierig zu lösen. Dazu fallen ausserdem grössere Mengen Eisen-, Zink- oder Zinnsalze an, welche wieder in die entsprechenden Metallpulver übergeführt werden müssen, um den Prozess einigermassen wirtschaftlich gestalten zu können.
Die Reduktion der Aryldisulfochloride mit Phosphor und Jod ist insofern nachteilig, als die anfallenden Jodide wieder quantitativ in elementares Jod zurückgeführt werden müssen, und dass die in grösseren, stöchiometrischen Mengen als Nebenprodukt anfallende Phosphorsäure durch organische Stoffe verunreinigt ist und nicht ohne Vorbehandlung auf den bekannten Einsatzgebieten (Herstellung von Düngemittel, Weichmachern usw.) verwendet werden kann.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das diese Nachteile, insbesondere das Auftreten polymerer Zwischenprodukte, die Verwendung aggresiver Agenzien und den Anfall von verunreinigten Nebenprodukten vermeidet. Dieses Verfahren zur Herstellung bis Bis (subst.mercaptophenyl)-äthern der Formel I
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ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Arylhalogenid der Formel II
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in der Y Chlor, Brom oder Jod und R1 einen niederen Alkyl-, einen Cycloalkyl- oder einen Aralkylrest bedeuten, wobei das Arylhalogenid noch weitere Ringsubstituenten enthalten kann, mit einem Phenol der Formel III
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in welcher R2 dasselbe wie R1 bedeutet, wobei das Phenol noch weitere Ringsubstituenten enthalten kann,
in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalimetalls oder einer in Wasser alkalisch dissoziierenden Alkali- oder Erdalkaliverbindung und in Gegenwart von aktiviertem Kupfer und/oder eines Kupfersalzes oder von Kupferoxyd umsetzt, oder dass man das Arylhalogenid der Formel II mit dem Alkali- oder Erdalkalisalz des Phenols der Formel III in Gegenwart von aktiviertem Kupfer und!oder Kupfersalzen oder Kupferoxyd umsetzt.
Diese Bis-(subst.mercaptophenyl)-äther eignen sich zur Herstellung von Polymeren mit ausgezeichneter Thermostabilität, als Herbizide und Insekticide in der Agrikulturchemie, als Beschleuniger bei der Vulkanisation von Gummi und als Zusatz zu Schmier- und hydraulischen Ölen, besonders bei Anwendung von höheren Temperaturen. Die Gruppen R1-S- und R2-Sin den Formeln II bzw. III stehen vorzugsweise in p-Stellung zu Y bzw. zur Hydroxylgruppe, R1 und R2 bedeuten als Alkylgruppe insbesondere die Methylgruppe, als Cycloalkyl- beispielsweise die Cyclohexylgruppe und als Aralkyl- z. B. die Benzylgruppe. Vorzugsweise stellen R1 und R2 je die Methylgruppe dar.
Y ist vorzugsweise Brom.
Als weitere Ringsubstituenten im Arylhalogenid der Formel II sind vor allem elektronenanziehende Gruppen, vorzugsweise in o- und/oder p-Stellung zu Y, wie die Nitro- oder eine Carbonsäureamidgruppe, aber auch Alkylgruppen, wie die Methylgruppe zu nennen. Weitere Ringsubstituenten im Phenol der Formel III sind beispielsweise elektronenabgebende Substituenten, z. B.
niedere Alkylgruppen, wie die Methylgruppe, insbesondere, wenn sie in o- und/oder p-Stellung zur HO-Gruppe stehen.
Vorteilhaft sind jedoch sowohl das Arylhalogenid der Formel II als auch das Phenol der Formel III nicht weitersubstituiert. Demnach wird als Verbindung der Formel II das 4-Methylmercapto-1-brombenzol und als Verbindung der Formel III das 4-Methylmercaptophenol bevorzugt.
Das gegenseitige Molverhältnis der Verbindungen der Formeln II und III ist vorteilhaft 1,0 zu 1,3 bis zu 1,0, insbesondere etwa 1 : 1.
Die Reaktionsbedingungen sind je nach Wahl der Reaktionspartner verschieden. Die Temperaturen sollen zweckmässig 150-3000 C betragen. Die bevorzugte Tem peratur liegt bei 190-2500C. Vorzugsweise arbeitet man möglichst wasserfrei und unter Sauerstoffaus schluss. Die Kondensation kann ohne oder mit Lösungsmittel durchgeführt werden. Im ersteren Falle werden die Reaktionspartner in Gegenwart eines Alkali- oder
Erdalkalimetalls, oder eines Alkali- oder Erdalkalihydroxydes, -oxydes, -hydrids, -carbonats oder von Natriumamid zusammengeschmolzen. Im letzteren Falle führt man die Umsetzung in inerten hochsiedenden aprotischen Lösungsmitteln durch, z. B. in Anwesenheit von Chinolin, Pyridin und Homologen, Dimethylsulfoxyd, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methyl-pyrrolidon, Decalin, Naphthalin, Sulfolan, Pyridin oxyd usw.
Je nach Wahl des Lösungsmittels kann drucklos oder im geschlossenen Gefäss unter dem Eigendruck des Lösungsmittels gearbeitet werden.
Anstelle der Umsetzung in Gegenwart der obgenannten Alkali- bzw. Erdalkaliverbindungen kann man auch das Phenol der Formel III zuerst in sein Alkalioder Erdalkalisalz überführen und als solches reagieren lassen. Hiebei erfolgt die Herstellung der Alkali- oder Erdalkaliphenolate durch Zugabe von Alkalihydroxyd oder Erdalkalihydroxyd zum Phenol der Formel III unter azeotroper Entfernung des Wassers oder durch Zugabe von Alkalicarbonat oder Erdalkalicarbonat, oder auch von metallischem Natrium oder von Natriumhydrid, Natriumamid usw. zu geschmolzenem oder gelöstem Phenol. Ferner kann die Reaktion kontinuierlich oder diskontinuierlich gestaltet werden.
Im allgemeinen ist jene Ausführungsform bevorzugt, bei welcher die Kondensation der Reaktionspartner in Anwesenheit eines Alkalihydroxydes durchgeführt wird.
Als Katalysatoren verwendet man z. B. aktiviertes Kupferpulver, gegebenenfalls in Gegenwart von Kupfer-(I)- und/oder Kupfer-(II)-salzen oder Kupferoxyden oder auch von Cu(I)- bzw. Cu(II)salzen oder Cu-oxyden allein. Meist wird Kupfer(I)chlorid oder CU2O verwen- det. Es werden vorteilhaft 0,01-0,2 Mol Katalysator pro Mol Arylhalogenid der Formel II verwendet.
Der mit erfindungsgemässem Verfahren erzielte Umsatz ist hoch; er beträgt bis zu 80-90 S der Theorie.
Der Rest besteht fast ausschliesslich aus nicht umgesetzten Ausgangsstoffen, die wieder eingesetzt werden können. Nebenprodukte entstehen nur in geringen Mengen. Damit besteht die Möglichkeit einer kontinuierlichen Gestaltung des Verfahrens. Die Reaktionszeiten betragen etwa V2 bis 10 Stunden, vorzugsweise 24 Stunden. Dies ist in Anbetracht der bisherigen Erfahrungen überraschend kurz, denn in J. Chem. Soc. 1108 (1964) und J. Chem. Soc. 4953 (1965) wird die Umsetzung von Alkoxalkylphenolaten mit unsubstituierten und substituierten Arylhalogeniden beschrieben, wobei als Reaktionszeiten 72 und 16 Stunden genannt werden.
Die subst.Mercaptogruppe im Arylhalogenid der Formel II anderseits bewirkt durch ihren elektronenabgebenden Effekt eine Verstärkung der Bindung des Halogens Y an den Kern, insbesondere, wenn sie in p-Stellung zu Y steht, was ja vorzugsweise der Fall ist.
Demnach sollte man eine Erschwerung der Umsetzung, d. h. eine Verlängerung der Reaktionsdauer erwarten. Überraschenderweise tritt aber eine Verkürzung der Reaktionszeit ein.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
Beispiel 1
Aus 28 g 4-Methylmercaptophenol (0,2 Mol) wird in benzolischer Lösung mit Hilfe von 9,6 g 50 % iger Natriumhydrid-Dispersion in Öl das Natriumphenolat hergestellt. Dieses Natriumphenolat wird zusammen mit 43,5 g 4-Methylmercapto-l-brom-benzol (0,214 Mol) in 100 ml Chinolin gelöst und mit 1 g Kupfercarbonat und 1 g aus Kupfersulfat und Zink frisch gefälltem Kupferpulver versetzt und auf 2200 C unter Rühren erhitzt. Während des Aufheizens werden bis etwa 1100 C über einen Kühler leichtflüchtige Bestandteile ab destilliert, hauptsächlich Benzol und Wasser, welche von der Bildung des Natriumphenolates und des Kupferpulvers stammten. Die Reaktionstemperatur von 2200 C wird 31/2 Stunden gehalten.
Dann wird das erkaltete Reaktionsgemisch auf Eis gegossen, mit konzentrierter Salzsäure auf pH 2 angesäuert und 3mal mit 300 ml verdünnter Salzsäure, dann mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet. Nach Abdampfen des Diäthyläthers werden bei 1600 C und 0,1 mm Hg 3,8 g einer Substanz, die sich bei der Analyse als Gemisch der Ausgangssubstanz herausgestellt hat, vom festen Rückstand abdestilliert. Zurück bleiben 51,8 g eines Produktes, welches sich dünnschichtchromatographisch als sehr reiner Bis- (4-methylmercaptophenyl)-äther erweist.
Dieses wird aus Methanol umkristallisiert, wobei man 33,1 g Produkt vom Schmelzpunkt 79,50 (unkorr.) und 10,8 g vom Schmelzpunkt 760 (unkorr.) gewinnt.
Mit Berücksichtigung des abdestillierten Anteils ergibt sich ein Umsatz von 94,6 % und für das umkristallisierte Produkt eine Ausbeute von 88,6 %, bezogen auf den Umsatz von 4-Methylmercaptophenol,
Bedingungen der Dünnschichtchromotographie: Beschichtung: Kieselgel G (E. Merck, Darmstadt, BRD) Laufmittel- Benzol/Petroläther 1: 3 Laufstrecke: 2 x 15 cm Entwicklung: 12 Testsubstanzen: 4-Methylmercapto-1-brom-benzol,
4-Methylmercaptophenol, Bis-(4-methylmercapto phenyl)-äther.
Beispiel 2
16,2 g (0,1 Mol) Natriumsalz des 4-Methylmer lcaptophenolates, hergestellt wie in Beispiel 1, und 20,3 g 4-Methylmercapto-l-brombenzol werden in 50 ml kaltem Chinolin gelöst. Zu dieser Lösung werden 0,5 g Kupfercarbonat und 0,5 g frisch gefälltes Kupferpulver gegeben. Unter ständigem Rühren und Abdampfen leichtflüchtiger Bestandteile wird die Temperatur auf 2200 C gebracht und 3 Stunden gehalten.
Nach Erkalten wird das Reaktionsgemisch auf Eis gegossen, mit konzentrierter Salzsäure angesäuert und wie in Beispiel 1 mit Ather extrahiert. Nach Abdestillieren des ethers beträgt der Rückstand 26 g und hat einen Schmelzpunkt von 730 C; eine kleine Probe aus Methanol umkristallisiert, zeigt einen Schmelzpunkt von 79,50 C.
Das Dünnschichtchromatogramm des Rückstandes zeigt neben geringen Mengen der beiden Ausgangsverbindungen im wesentlichen nur einen Fleck vom RF-Wert des Bis-(4-methylmercapto-diphenyl)-äthers. Die gaschromatographische Analyse des Produktes weist auf einen Reinheitswert an Bis-(4-methylmercapto-)-diphe- nyläther von 80 Flächen% hin.
Dieses Rohprodukt wird destillativ wie folgt aufgetrennt:
Fraktion Siedebereich in oC Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 bis 125 12 - 3,4*
2 bis 166 0,2 72-73 17,7** Rückstand 4,9 * Ausgangssubstanzgemisch, ** Endprodukt
Die Fraktion 2 zeigt dünnschichtchromatographisch praktisch reinen Bis-(4-methylmercapto)-diphenyläther.
In einer gaschromatographischen Analyse wird dafür eine Reinheit von 96,5 % (Flächen%) gefunden. Aus der 1. Fraktion errechnet sich ein Umsatz von 90 % Bis (4-methylmercapto-phenyl)-äther, bezogen auf einen der Ausgangsstoffe. Aus der 2. Fraktion errechnet sich eine Ausbeute an Endprodukt von 75 %. Im Rückstand befinden sich gemäss dünnschichtchromatographischer Analyse noch beträchtliche Anteile des genannten Endproduktes.
Gaschromatographische Bedingungen: Gerät: Perkin Elmer Fso Säule: 2m, SE 30 (3 %) Detektor: FiD Temperaturprogramm: 130-1700 C
Beispiel 3
Aus 28 g 4-Methylmercaptophenol (0,2) werden wie in Beispiel 1 beschrieben, das Natriumsalz hergestellt. Dieses wird zusammen mit 43,5 g 4-Methyl- mercapto-1-brom-benzol (0,215 Mol), 1 g Kupfercarbonat und 1 g frisch gefälltem Kupfer bis zur Schmelze erwärmt (etwa 80 C). Unter Rühren und Abdampfen von geringen Mengen Benzol und Wasser wird die Temperatur auf 2150 C gebracht und 3 Stunden gehalten. Das erkaltete Reaktionsgemisch wird in 800 ml Diäthyläther gelöst und die Ätherlösung mit Wasser neutral gewaschen.
Nach Abdampfen des Äthers wiegt das Extrakt 57,1 g und hat einen Schmelzpunkt von 69-710 C. Die alkalischen Waschwasser werden mit Schwefelsäure angesäuert und mit Äther extrahiert und der Äther abgedampft. Als Rückstand werden sodann 9,9 g vom Schmelzpunkt 710 C gefunden. Dieser Rückstand besteht gemäss Dünnschichtchromatogramm nur aus 4-Methylmercaptophenol. Der Umsatz beträgt somit etwa 64%. Die beiden Rohprodukte werden zusammen destilliert.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 bis 135 12 - 6,5*
2 bis 150 12 - 19,3*
3 180-210 0,3 70-72 30,3** Rückstand 6,4
Ausgangsstoffe ** Endprodukt
Für die 3. Fraktion lässt sich eine Ausbeute an Bis-(4-rnethylmercaptophenyl)-äther von 92 %, bezogen auf den Umsatz errechnen. Die gas-chromatographische Reinheitsprüfung der 3. Fraktion ergab einen Wert von 85 Flächen%.
Beispiel 4
20,3 g 4-Methylmercapto-1-brom-benzol (0,1 Mol), 14,0 g 4-Methylmercapto-phenol (0,1 Mol), 0,5 g frisch gefälltes Kupferpulver, 0,5 Kupfercarbonat und 4 g Natriumhydroxyd (0,1 Mol) werden zusammen 4 Stunden auf 225-230 C erhitzt, nachdem etwa 1,2 ml Wasser, welches durch die Kondensation entstanden ist, ab destilliert wurde. Nach beendeter Reaktion wird das gesamte Reaktionsgemisch destilliert.
Fraktion Siedebereich in oC Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 117-175 12 - 4,6*
2 170-184 0,2 64-68 14,5** Rückstand 14,5 * Ausgangssubstanzgemisch, * * Endprodukt
Die Fraktionen und der Rückstand werden dünnschichtchromatographisch untersucht. Die 2. Fraktion besteht fast nur aus Bis-(4-methylmercapto-phenyl)-äther; davon sind Spuren noch in Fraktion 1 und beträchtliche Mengen von 20-30% im Rückstand zu finden. 11,3 g Rückstand bestehen aus NaBr und Katalyt. Die gaschromatographische Reinheit der Fraktion 2 beträgt 85 Flächen%. Der Umsatz liegt bei etwa 86 sO und die Ausbeute an Endprodukt nur für Frak tion 2 bei 64 %.
Beispiel 5
28 g 4-Methylmercaptophenol (0,2 Mol), 40,6 g 4-Methylmercapto-l-brom-benzol (0,2 Mol), 1 g Kupferpulver, 1 g Kupfercarbonat und 22,26 g wasserfreies Natriumcarbonat (0,21 Mol), werden wie in Beispiel 4 bei 220-230 C zur Reaktion gebracht. Die Extraktion mit Diäthyläther erfolgt aus dem angesäuerten Zersetzungsgemisch. Der Rückstand (nach Verdampfung des äther) von 62,9 g wird destilliert.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 128-156 12 51-56 39,0*
2 173-210 0,2 72-75 18,1** Rückstand 3,2 * Ausgangssubstanzgemisch, ** Endprodukt
Der Umsatz berechnet sich gemäss Fraktion 1 zu 43 cd. Die Ausbeute an Bis-(4-methyl)-äther zu 80 S bezogen auf den Umsatz. Wiederum lassen sich im Destillationsrückstand dünnschichtchromatographisch grosse Anteile dieses Diphenyläthers feststellen.
Beispiel 6
20,3 g 4-Methylmercapto-l-brom-benzol (0,1 Mol) werden mit dem aus Natriumhydrid hergestellten Natriumsalz von 14 g 4-Methylmercaptophenol in 50 ml Chinolin gelöst und mit 0,5 g Kupfercarbonat gebracht.
Nach der Extraktion des salzsauren Zersetzungsgemisches mit Diäthyläther und der Ätherverdampfung verbleibt ein Rückstand von 24,7 g mit Schmelzpunkt von 730 C.
Der Rückstand wird destilliert.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 bis 125-126 12 2,4*
2 156-166 0,2 73-74 18,2** Rückstand 4,1 * Ausgangssubstanzgemisch, * * Endprodukt
Der Umsatz macht 94 % aus, die Ausbeute an Bis-(4-methylmercaptophenyl)-äther bzw. auf dem Umsatz für die 2. Fraktion 75 %. Diese Fraktion zeigte eine gaschromatographische Reinheit von 97,6 Flächen%.
Beispiel 7
40,6 g 4-Methylmercapto-1-brom-benzol (0,2 Mol), 28 g 4-Methylmercaptophenol, 8,5 g Natriumhydroxyd und 1 g Kupfer(I)-chlorid, werden wie in Beispiel 4, unter Rühren 3 Stunden auf 220-230 C erhitzt. Nach der Zersetzung in einem Gemisch von Eis und Schwefelsäure, anschliessender Extraktion mit Diäthyläther und Abdampfen des Ethers verbleibt ein Rückstand von 55,6 g, welcher einen Schmelzpunkt von 65-71 C hat.
Der Rückstand wird destilliert.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Smp., o C Gewicht, g
1 89-155 12 - 8,9*
2 169-215 0,2 74-76 316,9** Rückstand 7,65 * Ausgangssubstanzgemisch, ** Endprodukt
Aus Fraktion 1 berechnet sich ein Umsatz von 87 %.
Die Ausbeute an Bis-(4-methylmercapto-phenyl)-äther bezogen auf die 2. Fraktion beträgt 82 %. Diese weist eine gaschromatographische Reinheit von 95 % Flächen% auf. Der Destillationsrückstand enthält noch weiteren Dithioäther (dünnschichtchromatographisch nachgewiesen).
Beispiel 8
14 g 4-Methylmercapto-phenol (0,1) werden mit Natriumhydrid in das Natriumsalz übergeführt und mit 20,2 g 4-Methylmercapto-l-brom-benzol (0,1 Mol), 60 ml Dimethylsulfoxid, 0,5 g Kupfercarbonat und 0,5 g aktiviertem Kupferpulver in einen 1-Liter-Autoklav eingefüllt und auf 2100 C gebracht. Während der Reaktionsdauer von 3 Stunden nimmt der Druck um 30 atm. zu. Nach der Abkühlung wird der Autoklav entleert, der Inhalt mit einem Eis-Salzsäure-Gemisch zersetzt und mit Äther extrahiert. Nach Entfernung des äther verbleibt ein flüssiger Rückstand von 24,2 g, von welchem bei 1700 C und 12 mm Hg 6,7 g p-Bromund 4-Methylmercapto-phenol abdestilliert wurden.
Die dünnschichtchromatographische Analyse des Rückstands (14,3 g) zeigt, dass neben etwas 4-Methylmercapto-phenol und Verunreinigungen, der Bis-(methylmercapto-phenyl)-äther das Hauptprodukt ist. Der Umsatz beträgt 80 %; die Ausbeute an Rohäther auf den Umsatz bezogen 68 %.
Beispiel 9
28 g 4-Methylmercapto-phenol (0,2 Mol), 40,6 g 4-Methylmercapto-l-brom-benzol (0,2 Mol), 11,2 g Kaliumhydroxyd (0,2 Mol) und 1 g Cu-(I)-Cl werden zusammen 3 Stunden auf 210-230 C gebracht. Nach dem Abkühlen wird das Reaktionsgemisch ausgeäthert und die Ätherlösung neutral gewaschen. Die wässerigalkalischen Lösungen werden angesäuert und ebenfalls mit Äther extrahiert. Nach Abdampfen des ethers verbleiben aus der ersten Lösung 45,2 g Rückstand, aus der zweiten 2,6 g Rückstand, welcher sich dünnschichtchromatographisch als nicht umgesetztes sehr reines 4-Methylmercapto-phenol erweist.
Die 45,2 g werden destilliert:
Fraktion Siedebereich in C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 125-162 12 17,0 Ausgangsstoff
2 160-210 0,2 24,4 Endprodukt Rückstand
Aus dem Äther-Rückstand von 2,6 g und der 1. Fraktion errechnet sich ein Umsatz von 71,5 %.
Für die zweite Fraktion, welche gemäss Dünnschicht- und Gaschromatogramm sehr rein ist, beträgt die Ausbeute an Bis-(4-methylmercapto-phenyl)-äther 65,3 % bezogen auf den Umsatz. Der Destillationsrückstand enthält ebenfalls noch Bis-phenyläther.
Beispiel 10
28 g 4-Methylmercapto-phenol (0,2 Mol), 40,6 g 4-Methylmercapto-1-brom-benzol (0,2 Mol), 11,2 g Kaliumhydroxyd (0,2 Mol) und 1 g Cu2O werden 31/2 Stunden auf 220 C erhitzt, nachdem während des Aufheizens etwa 4 ml Wasser abdestilliert worden sind.
Die Aufarbeitung geschieht wie in Beispiel 9. Als Ätherrückstände werden 4,5 g nicht umgesetzte Phenolverbindung und 42,0 g rohes Umsetzungsprodukt erhalten, welches destilliert wird.
Fraktion Siedebereich, o C Druck, mm Hg Gewicht, g 1 122-155 12 10,1
2 160-190 0,15 26,4 Rückstand 4
Mit Berücksichtigung der isolierten Phenolverbindung (4,5 g) und der 1. Fraktion (10,1 g) beläuft sich der Umsatz auf 79 %. Die 2. Fraktion ist laut Dünnschichtchromatogramm sehr reiner Bis-(4-methylmercapto-phenyl)-äther. Die gaschromatrographische Reinheit beträgt 95,6 Flächen%. Als Ausbeute errechnen sich 65 %. Der Rückstand, welcher nicht vollständig aus destilliert werden kann, enthält zum grössten Teil noch weiteren Bis-(4-methylmercapto-phenyl)-äther.
Beispiel 11
28 g 4-Methylmercapto-phenol (0,2 Mol) werden analog Beispiel 1 mit 0,1 Mol Calciumhydrid in das Calziumphenolat überführt. Dieses wird mit 40,6 g 4-Methylmercapto-1-brom-benzol (0,2 Mol) zusammen mit 1 g Kupfer-(II)carbonat und 1 g aktiviertem Kupferpulver 3 Stunden auf 2150 C erhitzt. Die Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel 3 beschrieben. Es resultieren ein Ätherextrakt von 19,5 g Phenolverbindung und ein Rohendprodukt von 35,3 g, welches destilliert wird:
Fraktion Siedebereich, o C Druck, mm Hg Gewicht, g 115-140 12 30,5
2 1X6 > 175 0,2 3,0 Rückstand 0,8
Umsatz und Ausbeute sind bei Verwendung der Calciumphenolatverbindung niedrig, wie auch im nächsten Beispiel gezeigt wird. Hier z.
B. beträgt der Umsatz 27 %, die Ausbeute an Bis-(4-methylmercaptophenyl)-äther bloss 21,2 %.
Beispiel 12
Es wurde wie in Beispiel 7 verfahren; anstelle von Natriumhydroxyd wird 0,1 Mol Calciumhydroxyd (7,4 g) verwendet. Die Reaktionstemperatur beträgt 2180 C, die Reaktionszeit 3 Stunden.
Als iitherrückstand werden 53,8 g erhalten, welche bei der Destillation 49,7 g nicht umgesetzte Produkte, 2,4 Bis-(4-methylmercaptophenyl)-äther und 1 g Destillationsrückstand ergeben. Der Umsatz errechnet sich zu 27,3 %, die Ausbeute an Bis-(4-mercaptophenyl) äther auf 17 % bezogen auf den Umsatz.
Beispiel 13
7 g (0,05 Mol) 4-Methylmercapto-phenol, 10,6 g (0,06 Mol), 4-Athylmercapto-1-brom-benzol, 2,8 g (0,05 Mol) Kaliumhydroxid, 0,5 g Kupfer-I-chlorid und 50 ml Chinolin wurden zusammen 3 Stunden auf 2200 gebracht. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch in Eis-Salzsäure zersetzt und mit Diäthyläther extrahiert.
Der vom Diäthyläther befreite Abdampfrückstand wird destilliert;
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 103-115 12 2,7 Ausgangsprodukt
2 120-160 12 2,5 Ausgangsprodukt
3 172-210 0,5 8,0 Endprodukt Rückstand 2,0
Aus den Fraktionen 1 und 2 errechnet sich ein Umsatz von 71,5 % und für Fraktion 3 eine Ausbeute an 4-Äthylmercaptophenyl-4'-methylmercaptophenyl) äther von 82 %; nicht berücksichtigt dabei ist der Destillationsrückstand, welcher noch 4-Athylmercapto- phenyl-4'-methylmercaptophenyl)-äther enthält.
Beispiel 14
15,84 g (0,1 Mol) 4-Methylmercapto-1-chlorbenzol, 14 g (0,1 Mol) 4-Methylmercaptophenol, 4 g (0,1 Mol) Ätznatron, 0,5 g Kupfer-(I)-Chlorid und 0,5 g frisch gefälltes Kupferpulver werden wie in Beispiel 7, 4 Stunden zur Reaktion gebracht und anschliessend aufgearbeitet.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 100-117 10 10,3 Ausgangsprodukt
2 133-150 10 2,3 Ausgangsprodukt
3 154-210 0,15 7,4 Endprodukt Rückstand 3,0
In Fraktion 1 und 2 befinden sich die nicht umgesetzten Ausgangsstoffe; der Umsatz unter Verwendung von 4-Methylmercapto-1-chlorbenzol ist viel geringer als unter Verwendung des Brom-analogen. Er beträgt 5 %. Die Ausbeute an Bis-(4-methylmercaptophenyl)- äther (siehe Fraktion 3) errechnet sich zu 51 %.
Beispiel 15
12,75 g (0,051 Mol) 4-Methylmercapto-ljodben- zol, 7,0 g (0,05 Mol) 4-Methylmercaptophenol, 2 g (0,05 Mol) Ätznatron, 0,5 g Cu-I-Cl und 0,5 g frisch gefälltes Kupferpulver werden 4t/ Stunden unter Rühren bei 2250 C zur Reaktion gebracht. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgemisch mit 10 % iger Schwefelsäure angesäuert und mit Diäthyläther extrahiert. Nach Neutralwaschen der Atherlösung mit Wasser und Trocknung derselben über wasserfreiem Na,SOa wird der Äther abgedampft.
Der Abdampfrückstand von 12,4 g wird destilliert:
Fraktion Siedebereich in oC Druck in mm Hg Gewicht Smp., oC
1 92-130 12 1,3 - Ausgangsprodukt
2 140-200 0,25 7,3 78-80 Endprodukt Rückstand 1,o
Gemäss Dünnschichtchromatographie enthält Fraktion 1 nicht umgesetzte Ausgangsprodukte; Fraktion 2 das bereits sehr reine Kondensationsprodukt Bis-(4-methylmercaptophenyl)-äther. Der Umsatz errechnet sich zu etwa 93 %, die Ausbeute bezogen auf den Umsatz, 60 %. Nach einmaliger Umkristallisation der Fraktion 2 aus Äthanol erhält das Produkt den Smp. von 80-X10.
Beispiel 16
Man lässt 31,4 g (0,205 Mol) l-MethylIrercapto-2- methyl-4-hydroxybenzol, 40,6 g (0,2 Mol) l-Metfiyl- mercapto-4-brom-benzol, 8 g (0,2 Mol) Ätznatron und 2,5 g Kupfer-I-chlorid 3 Stunden bei 200-2100 C reagieren. Die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes erfolgt wie in Beispiel 15. Der Eindampfrückstand von 51,7 g wird destilliert:
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 100-140 12 10 Ausgangsprodukte
2 120-160 1 2,1 Ausgangsprodukte
3 16190 0,7 11,5 Endprodukte (unrein)
4 190-280 0,6 15,8 Endprodukte (unrein) Rückstand 4,8
Die Fraktionen 3 und 4 werden mit 100 ml 10 S Natronlauge behandelt; um das noch vorhandene Phenol zu entfernen, werden getrocknet und neuerdings destilliert.
Nach einem Vorlauf von 0,4 g bei 1450 und 0,25 mm Hg geht das Kondensationsprodukt, der 3-Methyl-4,4'-bis-(methylmercapto)-diphenyläther scharf bei 1720 C und 0,2 mm Hg als farblose Flüssigkeit über; die Menge beträgt 22,6 g; der Brechungsindex davon n2r0 1.6428. Eine zweite Fraktion von 1 g enthält laut Dünnschichtanalyse noch weiteres Kondensationsprodukt, ist aber unrein. Auf den Umsatz von 83 SE; gerechnet, macht die Ausbeute 60 S aus.
Beispiel 17
21,6 g (0,1 Mol) l-Benzylmercapto-4-hydroxy-benzol, 20,3 g (0,1 Mol) 1-Methylmercapto-4-brom-benzol, 4 g (0,1 Mol) Atznatron, 1 g Cu-I-Cl und 1 g frisch gefälltes Kupferpulver werden 4 Stunden bei 2150 C zur Umsetzung gebracht. Nach der Aufarbeitung verbleiben 37,4 g Rohprodukt, welches destilliert wird:
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 77-105 1 8,4 Ausgangsprodukt
2 150-244 0,3 24,7 fest Endprodukt (unrein) Rückstand 2,9
Durch zweimalige Umkristallisation der Fraktion 2 aus Athanol erhält man ein dünnschichtchromatographisch absolut sauberes Kondensationsprodukt, den 4-B enzyl-mercapto-4'-methylmercapto diphenyläther, vom Smp. 92-930 C. Die Ausbeute an Fraktion 2 bezogen auf den aus Fraktion 1 berechneten Umsatz von 81,5 % beträgt 91,6 R.
Beispiel 18
30,8 g (0,2 Mol) 1-Methylmercapto-3-methyl- 4-hydroxy-benzol, 40,6 g 1-Methylmercapto-4-brombenzol, 8 g (0,2 Mol) Ätznatron, 1 g Cu-I-Cl und 1 g aktiviertes Kupferpulver werden 6 Stunden bei 2100 zur Reaktion gebracht. Der Aufarbeitungsrückstand von 46,4 g wird der Destillation unterworfen:
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 65-130 0,4 20,3 Ausgangsprodukt
2 130-182 0,4 17,1 Endprodukt (unrein)
3 172-217 0,2 4,2 Endprodukt (unrein) Rückstand 4,7
Fraktion 1 besteht nach Dünnschichtanalyse, aus den Ausgangsprodukten, die Fraktionen 2 und 3 zur Hauptsache aus dem Kondensationsprodukt und aus Spuren des eingesetzten Phenols und von Nebenprodukten. Der Rückstand enthält noch weiteres Kondensationsprodukt.
Die Ausbeute an 2-Methyl-4,4'-bis (methylmercapto)-diphenyläther der Fraktionen 2 und 3 beträgt 53 %, bezogen auf den Umsatz von 73 %, welcher sich aus Fraktion 1 errechnet. Nach zweimaligem Umkristallisieren aus Äthanol ist das Kondensationsprodukt rein und hat einen Smp. von 410 C.
Beispiel 19
14,1 g (0,068 Mol) l-Cyclohexylmercapto-4-hydroxybenzol, 13,7 g (0,068 Mol) 1-Methylmercaptc4-brom-benzol, 4 g (0,1 Mol) ätznatron und 2 g Cu-I-Cl werden zusammen unter Rühren 4 Stunden auf 2200 C erhitzt.
Der organische Rückstand von 24 g wird nach der wie in Beispiel 15 erfolgten Aufarbeitung destilliert.
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 62-110 0,25 1,3 Ausgangsprodukte
2 11e160 0,25 1,2 Ausgangsprodukte
3 165-200 0,20 1,7 Gemisch von Ausgangsprod.
und Endprodukten
4 210-248 0,25 14,6 Endprodukt Rückstand 4,4
Entsprechend der dünnschichtchromatographischen Untersuchung der Destillate enthalten die Fraktionen 1 und 2 nur Ausgangsprodukte. Die Fraktion 3 besteht aus etwa 1/3 1-Cyclohexylmercapto-4-hydroxybenzol, 1/3 Kondensationsprodukt und 1/3 einer Substanz mit nur wenig tieferem Rf-Wert als das Kondensationsprodukt selbst.
Dieses, der 4-Cyclohexylmercapto-4'-methylmercapto-diphenyläther, ist, von Spuren Verunreinigungen praktisch abgesehen, die einzige Komponente in Fraktion 4; nach einer weiteren destillativen Reinigung wird dafür ein Siedepunkt von 235-2370 C bei 0,1 mm und ein Brechungsindex n D 1.6242 ermittelt; die Ausbeute beträgt etwa 75 %, bezogen auf den aus den Fraktionen 1-3 berechneten Umsatz von 90 %.
Die unbekannte Substanz in Fraktion 3 erweist sich nach Umkristallisation aus Äthanol als identisch mit Bis-(4-methylmercaptophenyl-) äther.
Beispiel 20
14,8 g (0,073 Mol) 1-Methylmercapto-2-nitro 4-chlorbenzol, 11,8 g (0,073 Mol) Natriumsalz des l-Methylmercapto-4-hydroxybenzol, 1 g Cu-I-Cl und 0,2 g aktiviertes Kupfer-Pulver werden 4 Stunden auf 2200 C erhitzt. Nach der Aufarbeitung verbleiben 29 g Rohprodukt, welche der Destillation unterworfen werden:
Fraktion Siedebereich in o C Druck in mm Hg Gewicht, g
1 -55 0,3 1,5 Ausgangsprodukte
2 55-104 0,2 10,4 Endprodukte
3 104-180 0,3 3,9 Endprodukte Rückstand 4,2
Die Fraktion 1 enthält gemäss Dünnschichtchromatogramm neben den Ausgangskomponenten noch geringe Mengen an unbekannten Nebenprodukten.
Die Fraktion 2 besteht im wesentlichen aus dem Kondensa tionsprodukt, dem 3-Nitro-4,4'-bis-(methylmercapto)- diphenyl äther, welcher aus Athanol umkristallisiert den Schmelzpunkt von 430 C aufweist. In Fraktion 3 befinden sich neben Kondensationsprodukt noch Ausgangsprodukt und unbekannte Nebenprodukte. Die Ausbeute für Fraktion 2 macht etwa 50 S aus, bezogen auf den Umsatz von 85 sO.
Process for the preparation of bis (subst.mercaptophenyl) ethers
The present invention relates to a process for the preparation of bis (substituted mercaptophenyl) ethers.
It is known that bis (alkyl mercaptophenyl) ethers can be prepared by alkylating the corresponding bis (mercaptophenyl) ethers. It is also known that substituted diphenyl ethers can be obtained by reacting aryl halides with alkali metal salts of correspondingly substituted phenols in the presence of copper (I) oxide or copper salts and of aprotic high-boiling organic solvents such as dimethylformamide, pyridine, lutidine, collidine, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, quinoline or pyridine oxide. (Bacon Hill, J. Chem. Soc. [1964], 1108 and [1965], 4953.) Alkyl mercapto groups have also been introduced into aromatic rings by the reaction of aryl halides with alkyl copper mercaptides.
(Adams, Ferreti et al, J. Am. Chem. Soc. 81, 4927 [1959]). It is also known that aryl monomercapto compounds can be obtained by reducing the corresponding aryl sulfinates or aryl sulfochlorides; z. B.
by catalytic reduction of the aryl sulfinates (EP.
1,073,200, USP. 3 336 386), or by reducing the aryl sulfochlorides with tin chloride and hydrochloric acid (Suter, J. Am. Chem. Soc. 58, 54 [1936]), with nascent hydrogen (zinc and sulfuric acid, Org.
Synth. Coll. Vol. 1, 504), or with LiAIH4; (Marvel, Caesar J. Am. Chem. Soc. 72, 1033 [1950]); or with phosphorus and iodine in glacial acetic acid, (Wagner, Chem.
Ber. 99, 375, [1966]), and that the aryl ether monomercapto compounds are obtained by alkylating the monomericapto compounds. The latter methods have also been proposed for the production of aromatic dimercaptoethers on a laboratory scale. However, their implementation on an industrial scale has great disadvantages for the reasons given below.
It is known that the reduction of aryl monosulfonyl chlorides and aryl monosulfinates takes place via dimeric intermediates of the dithioester and disulfide type (L. Bourgeois, Recueil d. Travaux Chim. D. Pays Bas 18, 426, 1899). These dimeric intermediates are mostly soluble in the solvents used in the reaction.
The reduction of aryl disulfochlorides gives polymeric intermediates which are practically insoluble in the solvents used in the reduction, even at relatively high reduction temperatures.
Carrying out the reduction of aromatic disulfochlorides requires the use of very effective mixing equipment in mostly very aggressive media in order to be able to control the exothermic reactions properly.
Furthermore, the catalytic hydrogenation of aryl disulfinates in the liquid phase can only be carried out with economically unacceptably large amounts of catalyst due to the inclusion of the catalyst in the polymeric intermediate.
Even when the aryl disulfochlorides are reduced with nascent hydrogen or tin chloride, thorough mixing of the reactants is difficult to solve. In addition, larger quantities of iron, zinc or tin salts are produced, which have to be converted back into the corresponding metal powders in order to make the process more economical.
The reduction of the aryl disulfochlorides with phosphorus and iodine is disadvantageous insofar as the iodides produced have to be quantitatively returned to elemental iodine, and that the phosphoric acid which occurs in larger, stoichiometric amounts as a by-product is contaminated by organic substances and not without pretreatment in the known fields of application (Manufacture of fertilizers, plasticizers, etc.) can be used.
A process has now been found which avoids these disadvantages, in particular the occurrence of polymeric intermediates, the use of aggressive agents and the accumulation of contaminated by-products. This process for the preparation of bis (subst.mercaptophenyl) ethers of the formula I.
EMI2.1
is characterized in that an aryl halide of the formula II
EMI2.2
in which Y is chlorine, bromine or iodine and R1 is a lower alkyl, a cycloalkyl or an aralkyl radical, it being possible for the aryl halide to also contain further ring substituents, with a phenol of the formula III
EMI2.3
in which R2 is the same as R1, where the phenol can also contain further ring substituents,
in the presence of an alkali or alkaline earth metal or an alkaline or alkaline earth metal compound dissociating in water and in the presence of activated copper and / or a copper salt or copper oxide, or that the aryl halide of the formula II is reacted with the alkali metal or alkaline earth metal salt of the phenol Formula III in the presence of activated copper and! Or copper salts or copper oxide.
These bis (subst.mercaptophenyl) ethers are suitable for the production of polymers with excellent thermal stability, as herbicides and insecticides in agricultural chemistry, as accelerators in the vulcanization of rubber and as an additive to lubricating and hydraulic oils, especially when using higher oils Temperatures. The groups R1-S- and R2-Sin in the formulas II and III are preferably in the p-position to Y or to the hydroxyl group, R1 and R2 as an alkyl group are in particular the methyl group, as cycloalkyl, for example, the cyclohexyl group and as aralkyl, for . B. the benzyl group. Preferably R1 and R2 each represent the methyl group.
Y is preferably bromine.
Further ring substituents in the aryl halide of the formula II are above all electron-withdrawing groups, preferably in the o- and / or p-position to Y, such as the nitro or a carboxamide group, but also alkyl groups such as the methyl group. Further ring substituents in the phenol of the formula III are, for example, electron-donating substituents, e.g. B.
lower alkyl groups, such as the methyl group, especially if they are in the o- and / or p-position to the HO group.
However, both the aryl halide of the formula II and the phenol of the formula III are advantageously not further substituted. Accordingly, 4-methylmercapto-1-bromobenzene is preferred as the compound of formula II and 4-methylmercaptophenol is preferred as the compound of formula III.
The mutual molar ratio of the compounds of the formulas II and III is advantageously 1.0 to 1.3 up to 1.0, in particular about 1: 1.
The reaction conditions differ depending on the choice of reactants. The temperatures should expediently be 150-3000 C. The preferred temperature is 190-2500C. It is preferable to work as anhydrous as possible and with the exclusion of oxygen. The condensation can be carried out with or without a solvent. In the former case, the reactants in the presence of an alkali or
Alkaline earth metal, or an alkali or alkaline earth hydroxide, oxide, hydride, carbonate or sodium amide melted together. In the latter case, the reaction is carried out in inert high-boiling aprotic solvents, e.g. B. in the presence of quinoline, pyridine and homologues, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-pyrrolidone, decalin, naphthalene, sulfolane, pyridine oxide, etc.
Depending on the choice of solvent, work can be carried out without pressure or in a closed vessel under the pressure of the solvent.
Instead of the reaction in the presence of the abovementioned alkali or alkaline earth compounds, the phenol of the formula III can also first be converted into its alkali metal or alkaline earth metal salt and allowed to react as such. The alkali metal or alkaline earth metal phenolates are produced by adding alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide to the phenol of the formula III with azeotropic removal of the water or by adding alkali metal carbonate or alkaline earth metal carbonate, or also metallic sodium or sodium hydride, sodium amide, etc. to molten or dissolved phenol . Furthermore, the reaction can be carried out continuously or batchwise.
In general, that embodiment is preferred in which the condensation of the reactants is carried out in the presence of an alkali metal hydroxide.
The catalysts used are, for. B. activated copper powder, optionally in the presence of copper (I) and / or copper (II) salts or copper oxides or of Cu (I) or Cu (II) salts or Cu oxides alone. Mostly copper (I) chloride or CU2O is used. It is advantageous to use 0.01-0.2 mol of catalyst per mol of aryl halide of the formula II.
The conversion achieved with the process according to the invention is high; it is up to 80-90 S of theory.
The rest consists almost exclusively of unconverted raw materials that can be reused. By-products are only created in small quantities. This enables the process to be designed continuously. The reaction times are approximately ½ to 10 hours, preferably 24 hours. In view of previous experience, this is surprisingly short, because in J. Chem. Soc. 1108 (1964) and J. Chem. Soc. 4953 (1965) describes the reaction of alkoxalkylphenolates with unsubstituted and substituted aryl halides, the reaction times being 72 and 16 hours.
The substituted mercapto group in the aryl halide of the formula II, on the other hand, has the effect of strengthening the bond of the halogen Y to the nucleus due to its electron-donating effect, in particular when it is in the p-position to Y, which is preferably the case.
Accordingly, one should make implementation more difficult, i. H. expect an extension of the reaction time. Surprisingly, however, the response time is shortened.
The following examples illustrate the invention.
example 1
The sodium phenolate is prepared from 28 g of 4-methyl mercaptophenol (0.2 mol) in a benzene solution with the aid of 9.6 g of 50% sodium hydride dispersion in oil. This sodium phenolate is dissolved together with 43.5 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.214 mol) in 100 ml of quinoline, and 1 g of copper carbonate and 1 g of copper sulfate and zinc, freshly precipitated copper powder, are added and heated to 2200 ° C. with stirring . During the heating up to about 1100 C, volatile constituents are distilled off via a cooler, mainly benzene and water, which originated from the formation of the sodium phenolate and the copper powder. The reaction temperature of 2200 ° C. is maintained for 31/2 hours.
The cooled reaction mixture is then poured onto ice, acidified to pH 2 with concentrated hydrochloric acid and washed 3 times with 300 ml of dilute hydrochloric acid and then with water until neutral and dried over sodium sulfate. After the diethyl ether has evaporated, 3.8 g of a substance which has been found to be a mixture of the starting substance in the analysis are distilled off from the solid residue at 1600 ° C. and 0.1 mm Hg. What remains is 51.8 g of a product which, according to thin layer chromatography, is very pure bis (4-methylmercaptophenyl) ether.
This is recrystallized from methanol, 33.1 g of product having a melting point of 79.50 (uncorr.) And 10.8 g of melting point 760 (uncorr.) Being obtained.
Taking into account the portion distilled off results in a conversion of 94.6% and for the recrystallized product a yield of 88.6%, based on the conversion of 4-methylmercaptophenol,
Conditions of thin-layer chromatography: Coating: silica gel G (E. Merck, Darmstadt, FRG) mobile phase benzene / petroleum ether 1: 3 running distance: 2 x 15 cm development: 12 test substances: 4-methylmercapto-1-bromobenzene,
4-methyl mercaptophenol, bis (4-methyl mercapto phenyl) ether.
Example 2
16.2 g (0.1 mol) of the sodium salt of 4-methylmer lcaptophenolate, prepared as in Example 1, and 20.3 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene are dissolved in 50 ml of cold quinoline. 0.5 g of copper carbonate and 0.5 g of freshly precipitated copper powder are added to this solution. With constant stirring and evaporation of volatile constituents, the temperature is brought to 2200 ° C. and held for 3 hours.
After cooling, the reaction mixture is poured onto ice, acidified with concentrated hydrochloric acid and extracted with ether as in Example 1. After the ether has been distilled off, the residue is 26 g and has a melting point of 730 C; a small sample recrystallized from methanol shows a melting point of 79.50 C.
The thin-layer chromatogram of the residue shows, in addition to small amounts of the two starting compounds, essentially only one spot of the RF value of the bis (4-methylmercapto-diphenyl) ether. The gas chromatographic analysis of the product indicates a purity value of bis (4-methylmercapto) - diphenyl ether of 80 area%.
This crude product is separated by distillation as follows:
Fraction Boiling range in oC Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 to 125 12 - 3.4 *
2 to 166 0.2 72-73 17.7 ** residue 4.9 * starting substance mixture, ** end product
Fraction 2 shows bis (4-methylmercapto) diphenyl ether which is practically pure according to thin-layer chromatography.
In a gas chromatographic analysis, a purity of 96.5% (area%) is found for this. A conversion of 90% bis (4-methylmercapto-phenyl) ether, based on one of the starting materials, is calculated from the 1st fraction. A yield of end product of 75% is calculated from the 2nd fraction. According to analysis by thin layer chromatography, there are still considerable proportions of the end product mentioned in the residue.
Gas chromatographic conditions: Device: Perkin Elmer Fso column: 2m, SE 30 (3%) Detector: FiD temperature program: 130-1700 C
Example 3
The sodium salt is prepared from 28 g of 4-methylmercaptophenol (0.2) as described in Example 1. This is heated together with 43.5 g of 4-methyl-mercapto-1-bromobenzene (0.215 mol), 1 g of copper carbonate and 1 g of freshly precipitated copper until it melts (about 80 ° C.). With stirring and evaporation of small amounts of benzene and water, the temperature is brought to 2150 ° C. and held for 3 hours. The cooled reaction mixture is dissolved in 800 ml of diethyl ether and the ether solution is washed neutral with water.
After evaporation of the ether, the extract weighs 57.1 g and has a melting point of 69-710 C. The alkaline washing water is acidified with sulfuric acid and extracted with ether and the ether is evaporated. 9.9 g with a melting point of 710 ° C. are then found as residue. According to the thin-layer chromatogram, this residue consists only of 4-methyl mercaptophenol. The conversion is thus about 64%. The two raw products are distilled together.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 to 135 12 - 6.5 *
2 to 150 12 - 19.3 *
3 180-210 0.3 70-72 30.3 ** residue 6.4
Starting materials ** End product
For the 3rd fraction, a yield of bis (4-methylmercaptophenyl) ether of 92%, based on the conversion, can be calculated. The gas-chromatographic purity test of the 3rd fraction gave a value of 85 area%.
Example 4
20.3 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.1 mol), 14.0 g of 4-methylmercapto-phenol (0.1 mol), 0.5 g of freshly precipitated copper powder, 0.5 of copper carbonate and 4 g sodium hydroxide (0.1 mol) are heated together for 4 hours to 225-230 C, after about 1.2 ml of water, which has arisen from the condensation, has been distilled off. When the reaction has ended, the entire reaction mixture is distilled.
Fraction Boiling range in oC Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 117-175 12 - 4.6 *
2 170-184 0.2 64-68 14.5 ** residue 14.5 * starting substance mixture, * * end product
The fractions and the residue are examined by thin layer chromatography. The 2nd fraction consists almost entirely of bis (4-methylmercapto-phenyl) -ether; traces of this can still be found in fraction 1 and considerable amounts of 20-30% in the residue. 11.3 g of residue consist of NaBr and catalytic. The gas chromatographic purity of fraction 2 is 85 area%. The conversion is about 86% and the yield of the end product for fraction 2 is 64%.
Example 5
28 g of 4-methyl mercaptophenol (0.2 mol), 40.6 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.2 mol), 1 g of copper powder, 1 g of copper carbonate and 22.26 g of anhydrous sodium carbonate (0.21 Mol), are reacted as in Example 4 at 220-230 C. Extraction with diethyl ether is carried out from the acidified decomposition mixture. The residue (after evaporation of the ether) of 62.9 g is distilled.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 128-156 12 51-56 39.0 *
2 173-210 0.2 72-75 18.1 ** residue 3.2 * starting substance mixture, ** end product
The conversion is calculated according to fraction 1 to be 43 cd. The yield of bis (4-methyl) ether to 80% based on the conversion. Again, large proportions of this diphenyl ether can be determined in the distillation residue by thin-layer chromatography.
Example 6
20.3 g of 4-methylmercapto-l-bromobenzene (0.1 mol) are dissolved in 50 ml of quinoline with the sodium salt, prepared from sodium hydride, of 14 g of 4-methylmercaptophenol and brought with 0.5 g of copper carbonate.
After extraction of the hydrochloric acid decomposition mixture with diethyl ether and evaporation of the ether, a residue of 24.7 g with a melting point of 730 ° C. remains.
The residue is distilled.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 to 125-126 12 2.4 *
2 156-166 0.2 73-74 18.2 ** residue 4.1 * starting substance mixture, * * end product
The conversion makes 94%, the yield of bis (4-methylmercaptophenyl) ether or 75% of the conversion for the 2nd fraction. This fraction showed a gas chromatographic purity of 97.6 area%.
Example 7
40.6 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.2 mol), 28 g of 4-methylmercaptophenol, 8.5 g of sodium hydroxide and 1 g of copper (I) chloride are obtained as in Example 4, with stirring 3 Heated to 220-230 C for hours. After decomposition in a mixture of ice and sulfuric acid, subsequent extraction with diethyl ether and evaporation of the ether, a residue of 55.6 g, which has a melting point of 65-71 ° C., remains.
The residue is distilled.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg melting point, o C Weight, g
1 89-155 12 - 8.9 *
2 169-215 0.2 74-76 316.9 ** residue 7.65 * starting substance mixture, ** end product
A conversion of 87% is calculated from fraction 1.
The yield of bis (4-methylmercapto-phenyl) ether based on the 2nd fraction is 82%. This has a gas chromatographic purity of 95% area%. The distillation residue also contains further dithioether (detected by thin layer chromatography).
Example 8
14 g of 4-methylmercapto-phenol (0.1) are converted into the sodium salt with sodium hydride and with 20.2 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.1 mol), 60 ml of dimethyl sulfoxide, 0.5 g of copper carbonate and 0.5 g of activated copper powder are placed in a 1 liter autoclave and brought to 2100.degree. During the reaction period of 3 hours, the pressure decreases by 30 atm. to. After cooling, the autoclave is emptied, the contents are decomposed with an ice-hydrochloric acid mixture and extracted with ether. After removal of the ether, a liquid residue of 24.2 g remains, from which 6.7 g of p-bromine and 4-methylmercapto-phenol were distilled off at 1700 ° C. and 12 mm Hg.
The thin-layer chromatographic analysis of the residue (14.3 g) shows that, besides some 4-methylmercapto-phenol and impurities, the bis (methylmercapto-phenyl) ether is the main product. The conversion is 80%; the yield of crude ether based on conversion is 68%.
Example 9
28 g of 4-methylmercapto-phenol (0.2 mol), 40.6 g of 4-methylmercapto-l-bromobenzene (0.2 mol), 11.2 g of potassium hydroxide (0.2 mol) and 1 g of copper (I) -Cl are brought to 210-230 ° C. together for 3 hours. After cooling, the reaction mixture is extracted with ether and the ether solution is washed neutral. The aqueous alkaline solutions are acidified and also extracted with ether. After evaporation of the ether, 45.2 g of residue remain from the first solution, and 2.6 g of residue from the second, which, according to thin-layer chromatography, turns out to be unreacted, very pure 4-methylmercapto-phenol.
The 45.2 g are distilled:
Fraction Boiling range in C Pressure in mm Hg Weight, g
1 125-162 12 17.0 starting material
2 160-210 0.2 24.4 final product residue
From the ether residue of 2.6 g and the 1st fraction, a conversion of 71.5% is calculated.
For the second fraction, which is very pure according to thin-layer and gas chromatograms, the yield of bis (4-methylmercapto-phenyl) ether is 65.3% based on the conversion. The distillation residue also contains bis-phenyl ether.
Example 10
28 g of 4-methylmercapto-phenol (0.2 mol), 40.6 g of 4-methylmercapto-1-bromo-benzene (0.2 mol), 11.2 g of potassium hydroxide (0.2 mol) and 1 g of Cu2O Heated 31/2 hours to 220 C after about 4 ml of water have been distilled off during heating.
The work-up is carried out as in Example 9. The ether residues obtained are 4.5 g of unreacted phenol compound and 42.0 g of crude reaction product, which is distilled.
Fraction boiling range, o C pressure, mm Hg weight, g 1 122-155 12 10.1
2 160-190 0.15 26.4 residue 4
Taking into account the isolated phenol compound (4.5 g) and the 1st fraction (10.1 g), the conversion amounts to 79%. According to the thin-layer chromatogram, the 2nd fraction is very pure bis (4-methylmercapto-phenyl) ether. The gas chromatographic purity is 95.6 area%. The calculated yield is 65%. The residue, which cannot be completely distilled off, contains for the most part still further bis (4-methylmercapto-phenyl) -ether.
Example 11
28 g of 4-methylmercapto-phenol (0.2 mol) are converted into the calcium phenolate using 0.1 mol of calcium hydride as in Example 1. This is heated to 2150 ° C. for 3 hours with 40.6 g of 4-methylmercapto-1-bromobenzene (0.2 mol) together with 1 g of copper (II) carbonate and 1 g of activated copper powder. Work-up is carried out as described in Example 3. The result is an ether extract of 19.5 g of phenolic compound and a crude end product of 35.3 g, which is distilled:
Fraction boiling range, o C pressure, mm Hg weight, g 115-140 12 30.5
2 1X6> 175 0.2 3.0 residue 0.8
Conversion and yield are low when the calcium phenate compound is used, as also shown in the next example. Here z.
B. the conversion is 27%, the yield of bis (4-methylmercaptophenyl) -ether only 21.2%.
Example 12
The procedure was as in Example 7; 0.1 mole calcium hydroxide (7.4 g) is used instead of sodium hydroxide. The reaction temperature is 2180 ° C. and the reaction time is 3 hours.
The iither residue obtained is 53.8 g, which in the distillation gives 49.7 g of unreacted products, 2.4 bis (4-methyl mercaptophenyl) ether and 1 g of the distillation residue. The conversion is calculated to be 27.3%, the yield of bis (4-mercaptophenyl) ether to 17% based on the conversion.
Example 13
7 g (0.05 mole) 4-methylmercapto-phenol, 10.6 g (0.06 mole), 4-ethylmercapto-1-bromo-benzene, 2.8 g (0.05 mole) potassium hydroxide, 0.5 g of copper (I) chloride and 50 ml of quinoline were brought to 2200 together for 3 hours. For working up, the reaction mixture is decomposed in ice-hydrochloric acid and extracted with diethyl ether.
The evaporation residue freed from diethyl ether is distilled;
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 103-115 12 2.7 base product
2 120-160 12 2.5 base product
3 172-210 0.5 8.0 final product residue 2.0
A conversion of 71.5% is calculated from fractions 1 and 2 and a yield of 4-ethyl mercaptophenyl-4'-methyl mercaptophenyl ether of 82% for fraction 3; The distillation residue, which still contains 4-ethyl mercaptophenyl-4'-methyl mercaptophenyl ether, is not taken into account.
Example 14
15.84 g (0.1 mol) 4-methyl mercapto-1-chlorobenzene, 14 g (0.1 mol) 4-methyl mercaptophenol, 4 g (0.1 mol) caustic soda, 0.5 g copper (I) - Chloride and 0.5 g of freshly precipitated copper powder are reacted for 4 hours as in Example 7 and then worked up.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 100-117 10 10.3 starting product
2 133-150 10 2.3 starting product
3 154-210 0.15 7.4 final product residue 3.0
Fractions 1 and 2 contain the unreacted starting materials; the conversion when using 4-methylmercapto-1-chlorobenzene is much lower than when using the bromine analog. It is 5%. The yield of bis (4-methylmercaptophenyl) ether (see fraction 3) is calculated to be 51%.
Example 15
12.75 g (0.051 mol) of 4-methyl mercapto-iodobenzene, 7.0 g (0.05 mol) of 4-methyl mercaptophenol, 2 g (0.05 mol) of caustic soda, 0.5 g of Cu-I-Cl and 0.5 g of freshly precipitated copper powder are reacted at 2250 ° C. for 4 t / hour with stirring. For working up, the reaction mixture is acidified with 10% strength sulfuric acid and extracted with diethyl ether. After washing the ethereal solution neutral with water and drying it over anhydrous Na, SOa, the ether is evaporated.
The evaporation residue of 12.4 g is distilled:
Fraction Boiling range in oC Pressure in mm Hg Weight Smp., OC
1 92-130 12 1.3 - base product
2 140-200 0.25 7.3 78-80 End product residue 1, o
According to thin layer chromatography, fraction 1 contains unreacted starting materials; Fraction 2 the already very pure condensation product bis (4-methylmercaptophenyl) ether. The conversion is calculated to be about 93%, the yield based on the conversion, 60%. After fraction 2 was recrystallized once from ethanol, the product had a melting point of 80-X10.
Example 16
Leave 31.4 g (0.205 mol) of 1-methyl irercapto-2-methyl-4-hydroxybenzene, 40.6 g (0.2 mol) of 1-methyl mercapto-4-bromobenzene, 8 g (0.2 Mol) caustic soda and 2.5 g copper-I-chloride react for 3 hours at 200-2100 C. The reaction product is worked up as in Example 15. The evaporation residue of 51.7 g is distilled:
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 100-140 12 10 starting products
2 120-160 1 2.1 starting products
3 16 190 0.7 11.5 end products (impure)
4,190-280 0.6 15.8 end products (impure) residue 4.8
Fractions 3 and 4 are treated with 100 ml of 10 S sodium hydroxide solution; in order to remove the phenol that is still present, it is dried and recently distilled.
After a forerun of 0.4 g at 1450 and 0.25 mm Hg, the condensation product, 3-methyl-4,4'-bis (methylmercapto) diphenyl ether, goes sharply at 1720 ° C. and 0.2 mm Hg as a colorless liquid about; the amount is 22.6 g; the refractive index of which n2r0 1.6428. According to thin-layer analysis, a second fraction of 1 g contains further condensation product, but is impure. On sales of 83 SE; calculated, the yield is 60%.
Example 17
21.6 g (0.1 mol) of 1-benzylmercapto-4-hydroxy-benzene, 20.3 g (0.1 mol) of 1-methylmercapto-4-bromobenzene, 4 g (0.1 mol) of caustic soda, 1 g Cu-I-Cl and 1 g freshly precipitated copper powder are reacted at 2150 C for 4 hours. After working up, 37.4 g of crude product remain, which is distilled:
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 77-105 1 8.4 starting product
2 150-244 0.3 24.7 solid end product (impure) residue 2.9
Two recrystallization of fraction 2 from ethanol gives a condensation product that is absolutely clean according to thin-layer chromatography, 4-benzyl-mercapto-4'-methylmercapto diphenyl ether, with a melting point of 92-930 C. The yield of fraction 2 is based on that calculated from fraction 1 Conversion of 81.5% is 91.6 R.
Example 18
30.8 g (0.2 mol) 1-methylmercapto-3-methyl-4-hydroxy-benzene, 40.6 g 1-methylmercapto-4-bromobenzene, 8 g (0.2 mol) caustic soda, 1 g copper I-Cl and 1 g of activated copper powder are reacted at 2100 for 6 hours. The work-up residue of 46.4 g is subjected to distillation:
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 65-130 0.4 20.3 starting product
2 130-182 0.4 17.1 end product (impure)
3 172-217 0.2 4.2 final product (impure) residue 4.7
According to thin-layer analysis, fraction 1 consists of the starting products, fractions 2 and 3 mainly consist of the condensation product and traces of the phenol used and by-products. The residue also contains further condensation product.
The yield of 2-methyl-4,4'-bis (methylmercapto) diphenyl ether from fractions 2 and 3 is 53%, based on the conversion of 73%, which is calculated from fraction 1. After recrystallizing twice from ethanol, the condensation product is pure and has a melting point of 410 ° C.
Example 19
14.1 g (0.068 mol) of 1-cyclohexyl mercapto-4-hydroxybenzene, 13.7 g (0.068 mol) of 1-methyl mercapto-4-bromobenzene, 4 g (0.1 mol) of caustic soda and 2 g of Cu-I-Cl heated together at 2200 ° C. for 4 hours with stirring.
The organic residue of 24 g is distilled after working up as in Example 15.
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 62-110 0.25 1.3 starting products
2 11e160 0.25 1.2 starting products
3 165-200 0.20 1.7 Mixture of starting prod.
and end products
4,210-248 0.25 14.6 Final product residue 4.4
According to the thin-layer chromatographic analysis of the distillates, fractions 1 and 2 only contain starting products. Fraction 3 consists of about 1/3 1-cyclohexylmercapto-4-hydroxybenzene, 1/3 condensation product and 1/3 of a substance with only a slightly lower Rf value than the condensation product itself.
This, the 4-cyclohexylmercapto-4'-methylmercapto-diphenyl ether, is, practically apart from traces of impurities, the only component in fraction 4; after further purification by distillation, a boiling point of 235-2370 ° C. at 0.1 mm and a refractive index n D 1.6242 are determined; the yield is about 75%, based on the conversion of 90% calculated from fractions 1-3.
The unknown substance in fraction 3 turns out to be identical to bis (4-methylmercaptophenyl) ether after recrystallization from ethanol.
Example 20
14.8 g (0.073 mol) of 1-methylmercapto-2-nitro-4-chlorobenzene, 11.8 g (0.073 mol) of the sodium salt of 1-methylmercapto-4-hydroxybenzene, 1 g of Cu-I-Cl and 0.2 g of activated Copper powder is heated to 2200 C for 4 hours. After work-up, 29 g of crude product remain, which are subjected to distillation:
Fraction Boiling range in o C Pressure in mm Hg Weight, g
1 -55 0.3 1.5 starting products
2 55-104 0.2 10.4 end products
3 104-180 0.3 3.9 end products residue 4.2
According to the thin-layer chromatogram, fraction 1 also contains small amounts of unknown by-products in addition to the starting components.
Fraction 2 consists essentially of the condensation product, the 3-nitro-4,4'-bis (methylmercapto) - diphenyl ether, which has a melting point of 430 ° C recrystallized from ethanol. In addition to condensation product, fraction 3 also contains starting product and unknown by-products. The yield for fraction 2 is about 50%, based on the conversion of 85%.