Im Hauptpatent Nr. 545 281 ist ein Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein N,N-disubstituierter Carbaminsäurehalogenid mit einem sekundären Amin und Alkali, in konzentrierter wässriger Lösung bei niedriger Temperatur umgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung tetrasubstituierter Harnstoffe der allgemeinen Formel
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worin R1 bis R4 je einen Alkyl- oder Aralkylrest bedeutet, oder R1 und R2 bzw. R3 und R4 zusammen mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring darstellen, der gegebenenfalls weitere Heteroatome, wie z. B. Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatome enthält.
Die Alkylreste R1 bis R4 können eine niedrigere oder eine höhere Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen, sie können geradkettig oder verzweigt sein. Von Interesse sind vor allem solche Verbindungen der Formel (1), in denen R1 bis R4 Alkylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen sind.
Sofern R1 und R2 bzw. R3 und R4 mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, sind Verbindungen der Formel
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oder gemischte Harnstoffe der Formel
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bevorzugt, worin n und m positive ganze Zahlen von 2 bis 6 sind und R3 und R4 je einen Alkylrest bedeuten. Verbindungen der Formeln (2) und (3) können z. B. Aziridin-, Pyrrolidin-, Piperidin- oder Hexamethyleniminreste an die Carbonylbrücke gebunden enthalten. Wenn der von R1 und R2 bzw.
R3 und R4 mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, gebildete heterocyclische Ring ausser dem Stickstoffatom ein weiteres Heteroatom enthält, kommen vorwiegend Verbindungen der Formeln
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in Betracht, worin X und X' je ein Sauerstoff- oder Schwefelatom oder eine -NR-Gruppe ist, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest ist, R3 und R4 die oben angegebene Bedeutung haben und n, m, p und q positive ganze Zahlen darstellen, die klein sind, wobei vorzugsweise n und m bzw.
p und q einander gleich sind. Als wichtige Verbindungen der Formeln (4) bis (6) seien solche genannt, die einen 5- oder 6gliedrigen heterocyclischen Rest mit einem oder zwei Heteroatomen enthalten, insbesondere einen Rest der Formel
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worin X die oben angegebene Bedeutung hat. Als Beispiel für einen Rest der Formel (7) sei der Morpholinorest genannt.
Die tetrasubstituierten Hamstoffe können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden.
Die allgemein verwendete Methode ist die Umsetzung von N,N-disubstituierten Carbaminsäurehalogeniden mit sekundären Aminen, die nach der Gleichung
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verläuft. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass 2 Mol Amin für die Herstellung von 1 Mol Harnstoff benötigt werden, dass die starke Wärmetönung der Reaktion technisch schwer zu beherrschen ist und dass sich u. U. die Abtrennung des entstandenen Harnstoffs von den gebildeten Salzen schwierig gestaltet. Andere bekannte Methoden haben ebenfalls Nachteile, wie z. B. die Bildung lästiger Nebenprodukte oder einen unerwünschten Aufwand an zusätzlichen und evtl. teuren Reaktionspartnern.
Es wurde nun gefunden, dass man tetrasubstituierte Harnstoffe nach einem Verfahren herstellen kann, welches die Nachteile der bekannten Methoden nicht aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von N,N,N',N'-tetrasubstituierten Harnstoffen ist dadurch ge kennzeichnet, dass man ein N,N-disubstituiertes Carbaminsäurehalogenid der Formel
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worin X ein Halogenatom darstellt und R1 und R2 die oben angegebene Bedeutung haben, mit einem sekundären Amin der Formel
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worin Ra und R4 die oben angegebene Bedeutung haben und wasserfreiem Ammoniak ohne Lösungsmittel, in dem herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoff als Lösungsmittel vorzugsweise zwischen etwa -20 und + 1200 C umsetzt.
Die Reaktion verläuft z. B. nach der Bruttogleichung (R1R2)NCOCl + (R3R4)NH + NH3 e (R1R2)NCON (R3R4) + NH4Cl, so dass pro Mol Carbaminsäurechlorid 1 Mol Harnstoff erhalten wird. Als Nebenprodukte entstehen nur anorganische Salze.
Die Verwendbarkeit von Ammoniak als säurebindendes Mittel ist besonders überraschend, denn die Dialkylcarbaminsäurechloride reagieren sowohl mit aliphatischen Aminen wie auch mit Ammoniak. Erstaunlicherweise wurde nun gefunden, dass die Dialkylcarbaminsäurechloride in Anwesenheit von Ammoniak und sekundären aliphatischen Aminen selektiv nur mit letzteren reagieren. Zweckmässig setzt man in einer ersten Reaktionsstufe das Dialkylcarbaminsäurechlorid, welches aus Dialkylamin und Phosgen hergestellt wird, mit einer ungefähr äquivalenten Menge Dialkylamin um und behandelt das Gemisch in einer zweiten Stufe mit Ammoniak. Dieses wird vorteilhaft gasförmig eingeleitet.
Die Reaktion kann folgendermassen dargestellt werden:
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Man arbeitet vorzugsweise bei 40 bis 70" C. Das Ammonchlorid fällt quantitativ grobkristallin aus und kann abfiltriert werden. Das in der zweiten Stufe eingeleitete Ammoniakgas reagiert nicht mit dem anwesenden freien Dialkylcarbaminsäurechlorid, sondern setzt das Dialkylamin aus seinem Salz frei, worauf dieses mit dem Dialkylcarbaminsäurechlorid reagiert. Es entsteht kein Dialkylharnstoff. Die Reaktion wird im allgemeinen in einem geschlossenen System durchgeführt.
Den Endpunkt der Umsetzung erkennt man daran, dass kein Ammoniakgas mehr aufgenommen wird, was sich in einem Druckanstieg im Reaktionsgefäss äussert. Es ist auch möglich, das Carbaminsäurechlorid gleichzeitig mit Dialkylamin und Ammoniak zu behandeln.
Nach Beendigung der Reaktion lässt man das Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen und trennt den Harnstoff durch Filtration vom kristallinen Ammoniumchlorid ab.
Durch Extraktion des Ammoniumchloridrückstandes mit Lösungsmitteln wie Methylenchlorid, Benzol, Toluol usw.
und Einengen der Extrakte kann ein weiterer Anteil Harnstoff isoliert werden. Auf diese Weise werden Ausbeuten von über 95% der Theorie erreicht.
Die Verwendung von wasserfreiem Ammoniak als säurebindendes Mittel bietet besondere Vorteile: Die Wärmetönung der Reaktion ist gut kontrollierbar, da die Bildung des Ammoniumchlorides weniger exotherm ist als die Bildung von Wasser im Falle der Verwendung gemäss Hauptpatent von z. B. Natriumhydroxyd als Base. Ausserdem ist die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches sehr einfach, da lediglich das grobkristallin ausfallende Ammoniumchlorid abgetrennt und kein Wasser abdestilliert werden muss. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Man erhält praktisch reinen tetrasubstituierten Harnstoff. Die Reaktion wird bei einem pH-Wert zwischen etwa 9 und 11,5, vorzugsweise zwischen 10 und 11, durchgeführt.
Als Ausgangsstoffe kommen für das erfindungsgemässe Verfahren z. B. folgende in Betracht: N,N-disubstituierte Carbaminsäurechloride:
N,N-Dimethylcarbaminsäurechlorid,
N,N-Diäthylcarbaminsäurechlorid, N,N-Dibutylcarbaminsäurechlorid,
N,N-Diisobutylcarbaminsäurechlorid,
N,N-Diisoamylcarbaminsäurechlorid,
N,N-Diisoheptylcarbaminsäurechlorid,
Pyrrolidinocarbaminsäurechlorid,
Piperidinocarbaminsäurechlorid,
Morpholinocarbaminsäurechlorid,
N,N-Dibenzylcarbaminsäurechlorid,
N-Methyl-N-äthylcarbaminsäurechlorid, N-MethylN-cyclohexylcarbaminsäurechlorid.
Sekundäre Amine:
Dimethylamin, Diäthylamin, Dibutylamin, Diisobutylamin, Methyl-äthylamin, Diisoamylamin, Diisoheptylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin, Dibenzylamin, Methylcyclohexylamin u. a.
Statt der oben genannten Chloride können auch andere Halogenide N,N-disubstituierter Carbaminsäuren verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann vorteilhaft mit dem bereits erwähnten neuen Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Carbaminsäurehalogeniden verknüpft werden.
Nach diesem Verfahren werden N,N-disubstituierte Carbaminsäurechloride der Formel
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in sehr guter Ausbeute erhalten, wenn man ein sekundäres Amin der Formel (R1R2)NH mit Phosgen in hochsiedenden Lösungsmitteln oder vorzugsweise in dem herzustellenden Carbaminsäurechlorid selbst als Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur (etwa zwischen 60 und 1600 C), vorzugsweise bei 80 bis 950 C, umsetzt. Das Amin und das Phosgen werden vorteilhaft gleichzeitig und kontinuierlich zusammengegeben, wobei das Phosgen in einem durch technischapparative Faktoren bedingten Überschuss von 5 bis 10% vorhanden sein soll. Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Die Reaktion erfolgt in einem Reaktionsgefäss mit Rührer, in welchem sich das gewünschte Carbaminsäurechlorid von einem früheren Ansatz als Lösungsmittel befindet.
Bei gleichzeitigem Zulauf des Amins und Einleiten von Phosgen läuft die Reaktion bei entsprechender Temperatur selbsttätig ab. Das gebildete Carbaminsäurechlorid wird kontinuierlich in ein zweites Gefäss abgelassen. Das erhaltene Rohprodukt ist genügend rein, so dass es für die Umsetzung mit einem sekundären Amin zu tetrasubstituiertem Harnstoff ohne weitere Aufarbeitung verwendet werden kann.
Das in der beschriebenen Weise kontinuierlich anfallende N,N-disubstituierte Carbaminsäurechlorid kann nun, ebenfalls kontinuierlich, einem zweiten Reaktionsgefäss zugeführt werden, in welchem es mit einem sekundären Amin umgesetzt wird. Das erhaltene Reaktionsgemisch kann nun in einem dritten Reaktor mit Ammoniakgas behandelt werden.
Die dickflüssige Suspension wird zentrifugiert oder unter Vakuum scharf abgenutscht. Das Filtrat besteht aus praktisch reinem tetrasubstituiertem Harnstoff. Die Einleitung von gasförmigem sekundärem Amin oder gasförmigem Ammoniak geschieht im geschlossenen System, vorzugsweise unter leichtem Überdruck (20 bis 40 mm Hg.).
Die erfindungsgemässen tetrasubstituierten Harnstoffe spielen in der präparativen organischen Chemie eine Rolle als Reaktionspartner, z. B. als Chlorierungskatalysator und insbesondere als Lösungsmittel bei verschiedenen Reaktionen (s. a. Angew. Chemie, 75, 1059 [1963j). Ihre Anwendbarkeit in der Technik war jedoch aufgrund der bisher bekannten umständlichen und teuren Herstellungsverfahren begrenzt. Das vorliegende Verfahren macht solche Harnstoffverbindungen nunmehr leicht zugänglich und gestattet somit deren vorteilhafte Eigenschaften auch für technische Prozesse auszunutzen.
In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die Teile, wenn nichts anderes angegeben ist, Gewichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente, und die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1
In einem Reaktionsgefäss mit 1500 ml Nutzinhalt werden 1075 Teile Dimethylcarbaminsäurechlorid vorgelegt und bei 50 bis 60 unter Rühren 450 Teile Dimethylamingas eingeleitet. Die Gaseinleitung erfolgt im geschlossenen System, wobei ständig ein leichter Überdruck (20-40 mm Hg) vorhanden sein soll. Anschliessend werden 175 Teile Ammoniakgas in das Reaktionsgemisch eingeleitet. Am Ende der Reaktion wird kein Ammoniak mehr aufgenommen, so dass der Druck im geschlossenen System wächst. Es wird noch eine halbe Stunde nachgerührt, die dicke Suspension auf 10 gekühlt, gründlich abgenutscht oder zentrifugiert. Das Filtrat besteht aus 1050 Teilen praktisch reinem Tetramethylharnstoff. Aus dem Ammonchlorid-Nutschkuchen können mit einem Lösungsmittel, z.
B. mit Methylenchlorid, Toluol usw., noch weitere 60 Teile Tetramethylharnstoff extrahiert werden. Damit beträgt die Ausbeute, auf das eingesetzte Dimethylcarbaminsäurechlorid berechnet, 96% der Theorie.
Beispiel 2
In einem Reaktionsgefäss mit 1500 ml Nutzinhalt werden 322,5 Teile Dimethylcarbaminsäurechlorid vorgelegt und bei 85-90 C unter Rühren gleichzeitig und regelmässig pro Stunde 45 Teile Dimethylamingas und 108 Teile Phosgen unter Niveau eingeleitet, bis innerhalb 7 Stunden insgesamt 315 Teile Dimethylamingas und 756 Teile Phosgen eingeleitet worden sind. Darauf wird das Gemisch auf 50 gekühlt und bei 50 bis 60 unter Rühren weitere 450 Teile Dimethylamingas eingeleitet. Diese Gaseinleitung erfolgt im geschlossenen System, wobei im Reaktionsgefäss ständig ein leichter Überdruck (20-40 mm Hg) vorhanden sein soll. Anschliessend werden, ebenfalls im geschlossenen System, noch 175 Teile Ammoniak eingeleitet. Am Ende der Reaktion wird kein Ammoniak mehr aufgenommen und der Druck wächst an.
Die dickflüssige Suspension wird auf 20 gekühlt, gründlich abgenutscht oder zentrifugiert. Das Filtrat besteht aus 1050 Teilen praktisch reinem Tetramethylharnstoff.
Beispiel 3
In einem Reaktor mit 250 ml Nutzinhalt werden 350 Teile (ca. 300 ml) Dimethylcarbaminsäurechlorid vorgelegt und bei 85 bis 90" unter Rühren gleichzeitig und regelmässig pro Stunde 60 Teile Dimethylamingas und 140 Teile Phosgen eingeleitet. Das entstandene Dimethylcarbaminsäurechlorid fliesst kontinuierlich in zwei nacheinander geschaltete Reaktoren ab. Im ersten Reaktor wird das Dimethylcarbaminsäurechlorid im Gegenstrom mit 60 Teilen Dimethylamin pro Stunde und im zweiten Reaktor mit 24 Teilen Ammoniakgas pro Stunde in Reaktion gebracht. Die dickflüssige Suspension, welche den zweiten Reaktor verlässt, wird zentrifugiert.
Das Filtrat besteht aus praktisch reinem Tetramethylharnstoff. Auf diese Weise werden pro Stunde 145 Teile Tetramethylharnstoff erhalten, was einer Ausbeute von 93,5% der Theorie, berechnet auf das eingesetzte Dimethylamin, entspricht.
Wird das Dimethylamingas im Beispiel 1 durch eine äquivalente Menge Diäthylamin, Pyrrolidin oder Morpholin ersetzt, so entstehen folgende unsymmetrische tetrasubstituierte Harnstoffe:
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<tb> Beispiel <SEP> Amin <SEP> Produkt <SEP> Siedepunkt
<tb> Beispiel <SEP> 4 <SEP> OH <SEP> HC <SEP> OH <SEP> Kpt2 <SEP> = <SEP> 74-75
<tb> <SEP> 3 <SEP> II <SEP> / <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> <SEP> NH <SEP> N-O-N
<tb> <SEP> > 2H5 <SEP> H <SEP> 5 <SEP> 2H5
<tb> <SEP> 11 <SEP> 0
<tb> <SEP> < <SEP> 9I3
<tb> Beispiel5 <SEP> 5 <SEP> NCNX <SEP> Ko,02 <SEP> = <SEP> 550
<tb> <SEP> H3 <SEP> 0/
<tb> <SEP> HO
<tb> <SEP> 3 <SEP> \ <SEP> II
<tb> Beispiel <SEP> 6 <SEP> HN <SEP> o <SEP> N-C-N <SEP> 0 <SEP> Kp8 <SEP> = <SEP> 113
<tb> <SEP> H3 <SEP> 0/
<tb>
Beispiel 7
Werden in den Beispielen 2 und 3 statt je 100 Teile Dimethylamin 162 Teile Diäthylamin und als Lösungsmittel das entsprechende
Carbaminsäurechlorid eingesetzt, so entsteht Tetraäthylharnstoff
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Siedepunkt bei 12 mm Hg: 94-95 ; Ausbeute 95 % der Theorie.
Beispiel 8
Werden in den Beispielen 2 und 3 statt je 100 Teile Dimethylamin 189 Teile Piperidin und als Lösungsmittel das entsprechende Carbaminsäurechlorid eingesetzt, so entsteht Di-piperidylharnstoff
EMI4.3
Siedepunkt bei 13 mm Hg: 152-154 ; Schmelzpunkt: 42 bis430.
Beispiel 9
Wird in den Beispielen 2 und 3 das in das zweite Reaktionsgefäss eingeleitete Dimethylamin durch eine äquivalente Menge Dibenzylamin ersetzt, so entsteht der unsymmetrische N,N-Dimethyl-N' ,N' -dibenzyl-harnstoff
EMI4.4
Siedepunkt bei 0,03 mm Hg: 162-165 .
25
30
35 40 45 50 55 60 65
The main patent No. 545 281 describes a process for the production of tetrasubstituted ureas, which is characterized in that an N, N-disubstituted carbamic acid halide is reacted with a secondary amine and alkali in concentrated aqueous solution at low temperature.
The present invention relates to a process for the preparation of tetra-substituted ureas of the general formula
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wherein R1 to R4 each denotes an alkyl or aralkyl radical, or R1 and R2 or R3 and R4 together with the nitrogen atom to which they are bonded represent a heterocyclic ring which optionally contains further heteroatoms, such as. B. contains oxygen, sulfur or nitrogen atoms.
The alkyl radicals R1 to R4 can have a lower or higher number of carbon atoms, and they can be straight-chain or branched. Of particular interest are those compounds of the formula (1) in which R1 to R4 are alkyl radicals having 1 to 18 carbon atoms.
If R1 and R2 or R3 and R4 form a heterocyclic ring with the nitrogen atom to which they are attached, these are compounds of the formula
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or mixed ureas of the formula
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preferred, in which n and m are positive integers from 2 to 6 and R3 and R4 each represent an alkyl radical. Compounds of formulas (2) and (3) can, for. B. aziridine, pyrrolidine, piperidine or hexamethyleneimine radicals bound to the carbonyl bridge. If the one from R1 and R2 resp.
R3 and R4 with the nitrogen atom to which they are bound, formed heterocyclic ring contains a further hetero atom in addition to the nitrogen atom, are predominantly compounds of the formulas
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are contemplated in which X and X 'are each an oxygen or sulfur atom or an -NR group, where R is a hydrogen atom or an alkyl radical, R3 and R4 have the meaning given above and n, m, p and q are positive integers which are small, where preferably n and m or
p and q are equal to each other. Important compounds of the formulas (4) to (6) which may be mentioned are those which contain a 5- or 6-membered heterocyclic radical with one or two heteroatoms, in particular a radical of the formula
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wherein X has the meaning given above. The morpholino radical may be mentioned as an example of a radical of the formula (7).
The tetrasubstituted ureas can be prepared by various methods.
The method generally used is the reaction of N, N-disubstituted carbamic acid halides with secondary amines, according to the equation
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runs. This process has the disadvantage that 2 moles of amine are required for the production of 1 mole of urea, that the strong exothermicity of the reaction is technically difficult to control and that u. U. the separation of the urea formed from the salts formed made difficult. Other known methods also have disadvantages, such as e.g. B. the formation of annoying by-products or an undesirable expenditure on additional and possibly expensive reactants.
It has now been found that tetrasubstituted ureas can be produced by a process which does not have the disadvantages of the known methods.
The process according to the invention for the preparation of N, N, N ', N'-tetrasubstituted ureas is characterized in that an N, N-disubstituted carbamic acid halide of the formula
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wherein X represents a halogen atom and R1 and R2 have the meaning given above, with a secondary amine of the formula
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where Ra and R4 have the meaning given above and converts anhydrous ammonia without a solvent in the tetrasubstituted urea to be prepared as a solvent, preferably between about -20 and + 1200 ° C.
The reaction proceeds z. B. according to the gross equation (R1R2) NCOCl + (R3R4) NH + NH3 e (R1R2) NCON (R3R4) + NH4Cl, so that 1 mole of urea is obtained per mole of carbamic acid chloride. Only inorganic salts are produced as by-products.
The utility of ammonia as an acid-binding agent is particularly surprising, because the dialkylcarbamic acid chlorides react both with aliphatic amines and with ammonia. Surprisingly, it has now been found that the dialkylcarbamic acid chlorides react selectively only with the latter in the presence of ammonia and secondary aliphatic amines. The dialkylcarbamic acid chloride, which is prepared from dialkylamine and phosgene, is expediently reacted with an approximately equivalent amount of dialkylamine in a first reaction stage and the mixture is treated with ammonia in a second stage. This is advantageously introduced in gaseous form.
The reaction can be represented as follows:
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It is preferred to work at 40 to 70 ° C. The ammonium chloride precipitates out quantitatively in coarse crystalline form and can be filtered off. The ammonia gas introduced in the second stage does not react with the free dialkylcarbamic acid chloride present, but releases the dialkylamine from its salt, whereupon this with the dialkylcarbamic acid chloride No dialkylurea is formed. The reaction is generally carried out in a closed system.
The end point of the reaction can be recognized by the fact that ammonia gas is no longer absorbed, which is expressed in a pressure increase in the reaction vessel. It is also possible to treat the carbamic acid chloride with dialkylamine and ammonia at the same time.
After the reaction has ended, the mixture is allowed to cool to room temperature and the urea is separated off from the crystalline ammonium chloride by filtration.
By extracting the ammonium chloride residue with solvents such as methylene chloride, benzene, toluene, etc.
and concentrating the extracts, a further proportion of urea can be isolated. In this way, yields of over 95% of theory are achieved.
The use of anhydrous ammonia as an acid-binding agent offers particular advantages: The heat release of the reaction can be easily controlled, since the formation of ammonium chloride is less exothermic than the formation of water in the case of use according to the main patent by z. B. sodium hydroxide as a base. In addition, working up the reaction mixture is very simple, since only the coarsely crystalline ammonium chloride is separated off and no water has to be distilled off. The reaction is preferably carried out continuously. Practically pure tetrasubstituted urea is obtained. The reaction is carried out at a pH between about 9 and 11.5, preferably between 10 and 11.
As starting materials come for the inventive method z. B. the following into consideration: N, N-disubstituted carbamic acid chlorides:
N, N-dimethylcarbamic acid chloride,
N, N-diethylcarbamic acid chloride, N, N-dibutylcarbamic acid chloride,
N, N-diisobutylcarbamic acid chloride,
N, N-diisoamylcarbamic acid chloride,
N, N-diisoheptylcarbamic acid chloride,
Pyrrolidinocarbamic acid chloride,
Piperidinocarbamic acid chloride,
Morpholinocarbamic acid chloride,
N, N-dibenzylcarbamic acid chloride,
N-methyl-N-ethylcarbamic acid chloride, N-methylN-cyclohexylcarbamic acid chloride.
Secondary amines:
Dimethylamine, diethylamine, dibutylamine, diisobutylamine, methylethylamine, diisoamylamine, diisoheptylamine, pyrrolidine, piperidine, morpholine, dibenzylamine, methylcyclohexylamine and the like. a.
Instead of the above-mentioned chlorides, other halides of N, N-disubstituted carbamic acids can also be used.
The process according to the invention can advantageously be combined with the already mentioned new process for the preparation of N, N-disubstituted carbamic acid halides.
This process produces N, N-disubstituted carbamic acid chlorides of the formula
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obtained in very good yield if a secondary amine of the formula (R1R2) NH with phosgene in high-boiling solvents or, preferably, in the carbamic acid chloride to be prepared itself as a solvent at elevated temperature (approximately between 60 and 1600 C), preferably at 80 to 950 C, implements. The amine and the phosgene are advantageously added together simultaneously and continuously, the phosgene being present in an excess of 5 to 10% due to technical-apparatus factors. The process is preferably carried out continuously. The reaction takes place in a reaction vessel with a stirrer, which contains the desired carbamic acid chloride from an earlier batch as a solvent.
When the amine is fed in and phosgene is introduced at the same time, the reaction takes place automatically at the appropriate temperature. The carbamic acid chloride formed is continuously drained into a second vessel. The crude product obtained is sufficiently pure that it can be used for the reaction with a secondary amine to tetrasubstituted urea without further work-up.
The N, N-disubstituted carbamic acid chloride which is continuously obtained in the manner described can now be fed, likewise continuously, to a second reaction vessel in which it is reacted with a secondary amine. The reaction mixture obtained can now be treated with ammonia gas in a third reactor.
The thick suspension is centrifuged or sucked off sharply under vacuum. The filtrate consists of practically pure tetra-substituted urea. The introduction of gaseous secondary amine or gaseous ammonia takes place in a closed system, preferably under a slight excess pressure (20 to 40 mm Hg.).
The tetrasubstituted ureas according to the invention play a role as reactants in preparative organic chemistry, e.g. B. as a chlorination catalyst and especially as a solvent in various reactions (see also Angew. Chemie, 75, 1059 [1963j). However, their applicability in technology was limited due to the cumbersome and expensive manufacturing processes known to date. The present method now makes such urea compounds easily accessible and thus allows their advantageous properties to be used for technical processes as well.
In the following examples, unless otherwise specified, parts are parts by weight, percentages are percentages by weight, and temperatures are given in degrees Celsius.
example 1
1075 parts of dimethylcarbamic acid chloride are placed in a reaction vessel with a net capacity of 1500 ml, and 450 parts of dimethylamine gas are introduced at 50 to 60 times with stirring. The gas is introduced in a closed system, with a constant slight overpressure (20-40 mm Hg). 175 parts of ammonia gas are then passed into the reaction mixture. At the end of the reaction, no more ammonia is absorbed, so that the pressure in the closed system increases. The mixture is stirred for a further half an hour, the thick suspension cooled to 10, suction filtered thoroughly or centrifuged. The filtrate consists of 1050 parts of practically pure tetramethylurea. From the ammonium chloride filter cake can with a solvent such.
B. with methylene chloride, toluene, etc., another 60 parts of tetramethylurea are extracted. The yield, calculated on the dimethylcarbamic acid chloride used, is therefore 96% of theory.
Example 2
322.5 parts of dimethylcarbamic acid chloride are placed in a reaction vessel with a net capacity of 1500 ml and 45 parts of dimethylamine gas and 108 parts of phosgene are introduced simultaneously and regularly per hour at 85-90 C with stirring, up to a total of 315 parts of dimethylamine gas and 756 parts of phosgene within 7 hours have been initiated. The mixture is then cooled to 50 and a further 450 parts of dimethylamine gas are introduced at 50 to 60 with stirring. This gas introduction takes place in a closed system, whereby a slight overpressure (20-40 mm Hg) should always be present in the reaction vessel. Then, also in a closed system, 175 parts of ammonia are introduced. At the end of the reaction, ammonia is no longer absorbed and the pressure increases.
The viscous suspension is cooled to 20, suction filtered thoroughly or centrifuged. The filtrate consists of 1050 parts of practically pure tetramethylurea.
Example 3
350 parts (approx. 300 ml) of dimethylcarbamic acid chloride are placed in a reactor with a net capacity of 250 ml and 60 parts of dimethylamine gas and 140 parts of phosgene are introduced simultaneously and regularly per hour at 85 to 90 "with stirring. The resulting dimethylcarbamic acid chloride flows continuously into two reactors connected in series In the first reactor, the dimethylcarbamic acid chloride is reacted in countercurrent with 60 parts of dimethylamine per hour and in the second reactor with 24 parts of ammonia gas per hour.The thick suspension leaving the second reactor is centrifuged.
The filtrate consists of practically pure tetramethylurea. In this way, 145 parts of tetramethylurea are obtained per hour, which corresponds to a yield of 93.5% of theory, calculated on the dimethylamine used.
If the dimethylamine gas in Example 1 is replaced by an equivalent amount of diethylamine, pyrrolidine or morpholine, the following asymmetrical tetrasubstituted ureas are formed:
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<tb> Example <SEP> amine <SEP> product <SEP> boiling point
<tb> Example <SEP> 4 <SEP> OH <SEP> HC <SEP> OH <SEP> Kpt2 <SEP> = <SEP> 74-75
<tb> <SEP> 3 <SEP> II <SEP> / <SEP> 2 <SEP> 5
<tb> <SEP> NH <SEP> N-O-N
<tb> <SEP>> 2H5 <SEP> H <SEP> 5 <SEP> 2H5
<tb> <SEP> 11 <SEP> 0
<tb> <SEP> <<SEP> 9I3
<tb> Example5 <SEP> 5 <SEP> NCNX <SEP> Ko, 02 <SEP> = <SEP> 550
<tb> <SEP> H3 <SEP> 0 /
<tb> <SEP> HO
<tb> <SEP> 3 <SEP> \ <SEP> II
<tb> Example <SEP> 6 <SEP> HN <SEP> o <SEP> N-C-N <SEP> 0 <SEP> Kp8 <SEP> = <SEP> 113
<tb> <SEP> H3 <SEP> 0 /
<tb>
Example 7
If in Examples 2 and 3 instead of 100 parts of dimethylamine, 162 parts of diethylamine and the corresponding solvent are used
If carbamic acid chloride is used, tetraethylurea is formed
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Boiling point at 12 mm Hg: 94-95; Yield 95% of theory.
Example 8
If, instead of 100 parts of dimethylamine, 189 parts of piperidine are used in Examples 2 and 3 and the corresponding carbamic acid chloride is used as the solvent, then dipiperidylurea is formed
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Boiling point at 13 mm Hg: 152-154; Melting point: 42-430.
Example 9
If, in Examples 2 and 3, the dimethylamine introduced into the second reaction vessel is replaced by an equivalent amount of dibenzylamine, the unsymmetrical N, N-dimethyl-N ', N'-dibenzyl urea is formed
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Boiling point at 0.03 mm Hg: 162-165.
25th
30th
35 40 45 50 55 60 65