CH630911A5

CH630911A5 - Verfahren zur herstellung von 5-amino-1,2,3-thiadiazol.

Info

Publication number: CH630911A5
Application number: CH976977A
Authority: CH
Inventors: Hans Dr Krueger
Original assignee: Schering Ag
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1982-07-15
Also published as: SU673171A3; PH13097A; DD131372A5; BG28056A3; NL7708543A; PL200196A1; US4113733A; CS191891B2; DK355877A; FI64155B; MX4944E; DK146126C; AU510473B2; ZA774887B; IE45332L; AU2753477A; SE415351B; DE2636994A1; LU77954A1; DK146126B

Description

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Entwicklung eines Verfahrens, das eine problemlose Herstellung ls von 5-Amino-l,2,3-thiadiazol mit nur wenigen Stufen in grosser Ausbeute erlaubt und für eine technische Herstellung dieser Substanz geignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-l,2,3-thiadiazol der 20 Formel n ch

II Ii n c-nh (i),

das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Halogenacetaldehyde der allgemeinen Formel

X—CH;,—CH=0 (II)

25

30

n c-h

II II

n s/

c-x

(VI)

worin X ein Halogenatom bedeutet,

oder deren Acetale, gegebenenfalls in Gegenwart von Mine-35 raisäuren, mit Hydrazinderivaten der allgemeinen Formel

H2N-

-NH—COR

(iii),

reagieren lässt, die man dann mit Ammoniak zu dem gewünschten 5-Amino-l,2,3-thiadiazol umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Halogenacetaldehyde der Formel II mit den Hydrazinderivaten der Formel III bei Temperaturen von — 20°C bis 50°C, vorzugsweise von 0° bis 20°C, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion der Acylhydrazone der Formel IV mit Thionylchlorid der Formel V bei Temperaturen von — 20°C bis 100°C, vorzugsweise von — 5°C bis 50°C, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole der Formel VI mit Ammoniak bei Temperaturen von —70°C bis 120°C und bei einem Druck von 1 bis 10 Atmosphären, vorzugsweise bei 1 Atmosphäre, erfolgt.

worin R Alkoxy, vorzugsweise Cj-C4-AIkoxy, die Amino-40 grappe oder eine Alkylaminogruppe, vorzugsweise Cj-C4--Alkylaminogruppe bedeutet, vorzugsweise in wässrigem Medium oder im Gemisch mit organischen Lösungsmitteln, zu Acylhydrazonen der allgemeinen Formel

45

X—CH,—CH=N—NH—CO—R

umsetzt, diese darauf mit Thionylchlorid der Formel SOCl2

so zu 5-Halogen-l,2,3-thiadiazolen der Formel n c-h

55

(iv)

(v)

n c-x

(VI)

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-l,2,3-thiadiazol.

Es sind bereits zwei Verfahren zur Herstellung von 5-Ami-no-l,2,3-thiadiazol bekannt.

Das eine Verfahren beruht auf einer Reaktion von Diazo-methan mit Acylsenföl (J. Goerdeler und G. Gnad, Ber. 99, 1618,1966). Aufgrund der Explosivität und Giftigkeit des Diazomethans und der geringen Ausbeuten von etwa 32% ist dieses Verfahren für eine technische Herstellung von 5-Ami-no-l,2,3-thiadiazol nicht geeignet.

reagieren lässt, die man dann mit Ammoniak, gegebenenfalls gelöst in organischen Lösungsmitteln und in Gegenwart von 60 Katalysatoren, vorzugsweise einer Mineralsäure oder einer Lewissäure, zu dem gewünschten 5-Amino-l,2,3-thiadiazol umsetzt.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin,

65 a) dass die Umsetzung der Halogenacetaldehyde der Formel II mit den Hydrazinderivaten der Formel III bei Temperaturen von — 20°C bis 50°C, vorzugsweise von 0°C bis 20°C, durchgeführt wird;

3

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b) dass die Reaktion der Acylhydrazone der Formel IV mit Thionylchlorid der Formel V bei Temperaturen von

—20C bis 100°C, vorzugsweise von —5°Cbis 50°C, erfolgt;

c) dass die Umsetzung der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole der Formel VI mit Ammoniak bei Temperaturen von —70°C 5 bis 120°C und bei einem Druck von 1 bis 10 Atmosphären,

vorzugsweise bei 1 Atmosphäre, erfolgt.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich durch folgendes Reaktionsschema darstellen:

x-ch2-ch=o nh2-nh-cor ^ x-ch2-ch=n-nh-co-k ii iii iv soci,

v n

n ch

C-X

s vi nel n

ch yC-NH2

Das Verfahren bedient sich der erstmaligen primären Erzeugung des 1,2,3-Thiadiazolsystems und Einführung der Aminofunktion mittels Substitution eines Halogenatoms durch Ammoniak.

Erforderlich sind hierzu vorteilhafterweise lediglich drei Synthesestufen, die von wohlfeilen Grundchemikalien ausgehen.

Diese geringe Stufenzahl, die Verwendung von üblichen Grundchemikalien und der elegante Syntheseverlauf machen das erfindungsgemässe Verfahren zu einer neuen Methode, die bahnbrechend ist und wohl kaum übertroffen werden kann.

Die Ausbeuten sind zudem überraschenderweise sehr hoch, indem die zweite Stufe schon relativ hohe Ausbeuten von etwa 65% und höher bringt und die erste und dritte Stufe sogar fast quantitativ verlaufen, so dass sich Gesamtausbeuten über den gesamten Verfahrensablauf von etwa 50 bis 60% ergeben.

Die Synthese der Acylhydrazone der Formel IV erfolgt ausgehend von Halogenacetaldehyden der Formel II durch Umsetzung mit Hydrazinderivaten der Formel III, vorzugsweise in wässrigem Medium. Die Halogenacetaldehyde werden bevorzugt in Form ihrer wässrigen Lösungen eingesetzt. In der Praxis wird die Hydrazinkomponente portionsweise in verdünnter Form oder auch mit einem Lösungsmittel, wie zum Beispiel Wasser oder einem C1-C4-Alkohol, verdünnt zur mit Wasser oder Alkohol verdünnten Lösung des Aldehyds gegeben. Die Zugabe der Reaktanten kann auch in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden. Die Reaktion erfolgt gewöhnlich zwischen —20°C und 50°C, vorzugsweise zwischen 0°C und 20°C.

Nach erfolgter Reaktion können die festen Reaktionsprodukte durch Filtration, durch Ausfrieren oder durch Entfernen des Lösungsmittels in Form farbloser Kristalle isoliert werden. Sie lassen sich aus geeigneten organischen Lösungsmitteln wie Ketonen, Alkoholen, Nitrilen, Estern, Äthern und chlorierten Kohlenwasserstoffen wie zum Beispiel Aceton, Acetonitril, Methanol, Äthanol, Essigester, Chloroform leicht Umkristallisieren und sind bei Raumtemperatur stabil; können aber im allgemeinen unumkristallisiert in trockenem Zustand weiter umgesetzt werden.

Der Reinheitsgrad der Reaktionsprodukte lässt sich erhöhen, wenn man die verdünnten kommerziellen Halogenacet-aldehydlösungen über Celite filtriert.

Die Acylhydrazone der Formel IV werden auch aus den entsprechenden Halogenacetaldehydacetalen hergestellt. Hierzu kann das Acetal in wässrigem Medium, gegebenenfalls im Gemisch mit organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen oder 30 Äthern, wie zum Beispiel Methanol, Äthanol oder Tetrahy-drofuran, vorgelegt werden und hierzu Mineralsäuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, hinzugegeben. Die Acetalspal-tung erfolgt gewöhnlich in kurzer Zeit bei Temperaturen zwischen 0°C und 100°C, im allgemeinen bei Siedetemperatur 35 des Lösungsmittels. Nach 15minütiger Siedezeit wird das Reaktionsgemisch vorzugsweise auf Raumtemperatur abgekühlt und mit der Hydrazinkomponente in mit Lösungsmitteln verdünnter oder unverdünnter Form versetzt. Die Zugabe der Reaktanten kann auch in umgekehrter Reihenfolge 40 erfolgen.

Die gebildeten Acylhydrazone der allgemeinen Formel IV werden dann mit Thionylchlorid zu 5-Halogen-l,2,3-thia-diazolen der Formel VI umgesetzt. Die Reaktion erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen —20°C und 100°C, 45 insbesondere zwischen —5°Cund50°C.

Die Reaktionszeit kann je nach Reaktionstemperatur zwischen 1 Stunde und 20 Stunden betragen.

Zur Synthese der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole können die Reaktionspartner in etwa äquimolaren Mengen eingesetzt 50 werden. Thionylchlorid kann aber auch in grossem Über-schuss quasi als Lösungsmittel verwendet werden.

Zweckmässigerweise werden Acylhydrazon und Thionylchlorid jedoch im Molverhältnis von 1:3 eingesetzt.

Die Reaktion kann auch in Gegenwart von gegenüber den 55 Reaktanten inerten Lösungsmitteln ablaufen. Als solche seien genannt halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Petroläther, Pentan, Cyclohexan, Benzol, Toluol und Xylol, Äther, wie Diäthyl-60 äther, Tetrahydrofuran, Dioxan, Äthylenglycoldiäthyläther und Diäthylenglycoldiäthyläther, und Ester, wie Essigester.

In der Regel wird das Acylhydrazon, gegebenenfalls auch gelöst oder suspendiert in einem geeigneten Lösungsmittel, 65 portionsweise zum gegebenenfalls mit organischen Lösungsmitteln verdünnten Thionylchlorid gegeben, jedoch kann die Zugabe der Reaktanten auch in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden.

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4

Der während der Reaktion sich bildende Chlorwasserstoff kann kontinuierlich durch einen Intergasstrom aus dem Reaktionsgefäss entfernt werden.

Nach erfolgter Reaktion kann das Reaktionsgemisch in an sich bekannter Weise aufgearbeitet werden.

Nach Abdestillieren des Lösungsmittels und des überschüssigen Thionylchlorids kann der Rückstand fraktioniert destilliert werden; oder aber man kann das überschüssige Thionylchlorid mit gesättigter Sodalösung, Natrium- oder Kaliumhydrogencarbonatlösung, Natriumacetatlösung oder mit Natron- und Kalilauge oder direkt mit Wasser vernichten und unterzieht die Reaktionslösung dann vorzugsweise einer Wasserdampfdestillation.

Aufgrund ihrer hohen Dichte lassen sich 5-Halogen-l,2,3--thiadiazole leicht aus den Wasserdampfkondensaten entfernen. Die wässrige Phase kann weiterhin mit Pentan, Äther oder Methylenchlorid extrahiert werden.

Man erhält die Reaktionsprodukte bei der Wasserdampfdestillation als schwach gelbliche, bei der fraktionierten Destillation als farblose, leicht flüchtige Flüssigkeiten, die die Tendenz haben, im Kühler kristallin zu erstarren.

Die Reaktionsprodukte sind hervorragend in organischen Lösungsmitteln, wie Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Äthern, Ketonen, Alkoholen, Estern, Car-bonsäureamiden und Carbonsäurenitrilen löslich. Ihre Löslichkeit in Wasser ist gering.

Für die weitere Umsetzung ist eine erneute Reinigungsoperation selbst bei den durch Wasserdampfdestillation erhaltenen Rohprodukten nicht erforderlich. Die so erhaltenen Reaktionsprodukte neigen in Abhängigkeit vom Reinheitsgrad besonders unter Lichteinfluss zur Dunkelfärbung, zeigen jedoch auch bei längerer Aufbewahrung kaum Gehaltsverlust.

Die 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole werden dann mit Ammoniak in 5-Amino-l,2,3-thiadiazol der Formel I überführt. Ammoniak kann in Form von ammoniakhaltigen organischen Lösungsmitteln, wie Methanol, Äthanol, Benzol, Toluol, Xylol, Tetrahydrofuran oder Dioxan, praktischerweise jedoch in verflüssigtem Zustand eingesetzt werden. Die Reaktion erfolgt gewöhnlich bei Temperaturen zwischen —70°C und 120°C, vorzugsweise jedoch bei Rückflusstemperatur des entsprechenden Reaktionsgemisches. Der Druck kann von 1 bis 10 Atmosphären, vorzugsweise jedoch 1 Atmosphäre, betragen. Die Reaktionspartner können in molaren Mengen umgesetzt werden; zweckmässigerweise jedoch wird der Ammoniak im Überschuss, vorzugsweise 1 bis 20 Äquivalente, eingesetzt.

Die Reaktion kann im Sinne einer Additions-Eliminie-rungsreaktion auch Säure- bzw. Lewissäure-katalysiert ablaufen. Als Lewissäuren seien beispielsweise genannt: HgCl2, (NH,)2S04, NH4C1, NH4Br2, (CH3)3Si0S02CF3, SnCI4, BF3 und p-Toluolsulfonsäure-Hydrat.

Zweckmässigerweise verfährt man derart, dass man die Halogenkomponente bei Temperaturen zwischen — 60°C und —35°C bei Normaldruck in flüssigen Ammoniak tropfen lässt und 1 bis 8 Stunden bei Rückflusstemperatur reagieren lässt.

Im allgemeinen katalysieren die während der Reaktion entstandenen Ammonsalze den Chloraustausch. Nach beendeter Reaktion wird der überschüssige Ammoniak gewöhnlich abgedampft und man kann-das entstandene 5-Amino-l,2,3--thiadiazol vom Ammoniumsalz durch erschöpfende Extraktion mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, wie Essigester, Methylenchlorid, Aceton, Methanol oder Äthanol trennen oder kristallisert direkt aus Wasser um.

Man erhält auf diese Weise 5-Amino-l,2,3-thiadiazol in äusserst reiner Form und in nahezu quantitativen Ausbeuten und benötigt für weitere Umsetzungen keine anschliessenden Reinigungsoperationen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Beispiele

5

Ia Herstellung von 2-Chloräthylidenaminocarbaminsäure-äthylester

550 g (3,5 Mol) einer 50%igen wässrigen Lösung von Chloracetaldehyd werden mit 3000 ml Wasser verdünnt, mit io 10 g Celite 545 versetzt, um das sich abscheidende Harz zu binden, und durch einen Faltenfilter in einen dreifach tubu-lierten 6 1 Rundkolben mit Rührer und Thermometer filtriert. Unter Eiskühlung wird innerhalb von 15 Minuten eine Lösung aus 364 g (3,5 Mol) Hydrazinoameisensäureäthylester 15 in 360 ml Wasser eingerührt. Die Innentemperatur wird zwischen 0°C und 5°C gehalten. Es bildet sich sofort ein dicker weisser Kristallbrei. Es wird 30 Minuten bei Raumtemperatur nachgerührt; die Kristalle werden abgesaugt, mit etwa 6 1 Wasser neutral gewaschen und im Vakuum bei 30°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Ausbeute: 525,98 g = 91,3% der Theorie. Fp.: 120-121°C. Die Verbindung kann aus Alkohol umkristallisiert werden.

Analyse:

berechnet: C 36,48 H 5,51 Cl 21,54 N 17,02 gefunden: C 36,91 H 5,46 Cl 21,37 N 16,93

lb Herstellung von 2-Chloräthylidenaminocarbaminsäure-äthylester

In einem dreifach fabulierten 250 ml Rundkolben mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler werden 60 ml Wasser und 0,8 ml konz. Salzsäure auf 90°C erwärmt, mit 15,2 g Chloracetaldehyddiäthylacetal versetzt und 15 Minuten bei 90°C bis 100°C gerührt. Man kühlt auf 30°C ab und lässt dann innerhalb von 10 Minuten eine Lösung aus 12,5 g Hydrazinoameisensäureäthylester in 40 ml Wasser zutropfen. Es bildet sich ein weisser Kristallbrei. Nach 15minütigem Nachrühren wird abgesaugt, mit 30 ml Eiswasser ausgewaschen und im Vakuum bei Raumtemperatur bis zur Ge-wichtskonstanz getrocknet. Man erhält weisse Kristalle. Ausbeute: 14,4 g = 87,5% der Theorie. Fp.: 120-121°C. In analoger Weise lassen sich die folgenden Verbindungen herstellen:

Physikalische Konstante

Fp.: 126-127°C

Fp.: 129-130°C Fp.: 132-133°C

II Herstellung von 5-Chlor-l,2,3-thiadiazol

In einem dreifach fabulierten 21 Rundkolben mit Rührer, Thermometer, Rückflusskühler und Gasableitung werden 110 ml Thionylchlorid (1,5 Mol) auf 5°C abgekühlt und innerhalb von 5 Minuten mit 82,3 g 2-Chloräthylidenamino-carbaminsäureäthylester versetzt. Die Innentemperatur steigt auf 20°C an. Man rührt 15 Minuten im Eisbad, dann 2 Stunden bei Raumtemperatur nach. Es bildet sich unter Gasentwicklung eine dunkelgrüne Reaktionslösung. Nach 15stündi-gem Stehen bei Raumtemperatur wird die nun braune Reaktionslösung bei einer Innentemperatur von 5°C bis 20°C langsam mit 600 ml einer gesättigten Natriumhydrogencarbonat-

45

Name der Verbindung

2-Bromäthylidenaminocarbamin-50 säureäthylester

2-Chloräthylidenaminocarbamin-säuremethylester

Chloracetaldehydsemicarbazon

5

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Iösung zersetzt und dann mit Wasserdampf destilliert. Man fängt 11 Destillat auf. Das Chlorthiadiazol scheidet sich als gelbe Flüssigkeit ab. Man trennt ab und extrahiert das Destillat zweimal mit je 200 ml Pentan. Das Rohprodukt wird zusammen mit den Pentanextrakten über MgS04 getrocknet und im Vakuum bei 40°C und 200 mm eingedampft.

Ausbeute: 46,0 g (als Rohprodukt, das undestilliert in die nächste Stufe eingesetzt werden kann).

Die Destillation des Rohproduktes ergibt 39,1 g = 65,1% der Theorie vom Kp30: 58-62°C (Fp.: etwa 20°C) 5-Chlor--l,2,31thiadiazol.

Analyse:

berechnet: C 19,92 H 0,84 Cl 29,41 N 23,24 gefunden: C 20,14 H 1,01 Cl 31,00 N 23,22 In analoger Weise lässt sich herstellen 5-Brom-l,2,3-thia-diazol vom Kp30: 61-64°C.

III Herstellung von 5-Amino-l,2,3-thiadiazol

In einem dreifach tubulierten 11 Rundkolben mit Trockeneis-Kühler, Magnetrührer und Trockeneis/Methanol-Kältebad mit einer Temperatur von — 75°C werden 200 ml kondensierter Ammoniak vorgelegt und innerhalb von 5 Minuten mit 50 g (0,415 Mol) 5-Chlor-l,2,3-thiadiazol versetzt. Es scheiden sich sofort gelbe Kristalle ab. Man rührt 3 Stunden ohne s Kältebad unter Rückfluss; nach etwa 1 Stunde hat sich eine fast klare gelbe Lösung gebildet; man lässt dann den Ammoniak bei Raumtemperatur innerhalb von zweieinhalb Stunden abdampfen.

Anschliessend wird eine halbe Stunde im Wasserstrahl-io pumpenvakuum zur vollständigen Entfernung des Ammoniaks getrocknet. Der verbleibende Kolbenrückstand wird unter Rühren und Aufkochen mehrmals insgesamt mit 900 ml Essigester digeriert; die Essigesterlösungen werden im Vakuum bei 40°C bis zur Trockne eingedampft.

15 Ausbeute: 36,1 g = 85,9% der Theorie. Fp.: 137-138°C.

Die Substanz ist klar in Aceton löslich.

Das Verfahrensprodukt kann zur Herstellung von Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmitteln, zum Beispiel zur Herstellung von herbizid wirksamen 1,2,3-Thiadiazolyl-20 -harnstoffen, Verwendung finden.

v

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-l,2,3-thia-diazol der Formel n-

c-h

Ii II

n c-nh-

\g./ 2

(I),

dadurch gekennzeichnet, dass man Halogenacetaldehyde der allgemeinen Formel

X—CH,—CH=0

(ii)

oder deren Acetale, worin X ein Halogenatom bedeutet, mit Hydrazinderivaten der allgemeinen Formel

H2N—NH—COR

(III),

worin R einen Alkoxyrest, die Aminogruppe oder eine Alkyl-aminogruppe bedeutet, zu Acylhydrazonen der allgemeinen Formel

X—CH2—CH=N—NH—CO—R (IV)

umsetzt, diese darauf mit Thionylchlorid der Formel

SOCl2 (V)

zu 5-Halogen-l,2,3-thiadiazolen der Formel

Das andere Verfahren führt in einer Reaktionsfolge von. sieben Stufen die Aminogruppe durch eine sogenannte Gabrielsynthese, das heisst in Form einer Aminoschutzgruppe' (Phthalimidorest) in den Thiadiazol-Ring ein (D.L. Pain und 5 R. Slack, J. Chem. Soc. 5166-76, 1965). Auch dieses Verfahren ist für eine technische Herstellung von 5-Amino-l,2,3--thiadiazol nicht geeignet, da es wegen der erforderlichen sieben Reaktionsstufen sehr aufwendig ist und nur zu der geringen Ausbeute von etwa 35% führt, wobei weitere grosse io Nachteile das bei diesem Verfahren anfallende nicht weiter verwendbare Phthalsäurehydrazid, der grosse Volumenbedarf •und der hohe Energiebedarf sind.