DE1001254B

DE1001254B - Verfahren zur Herstellung aktivchlorhaltiger Biguanidderivate

Info

Publication number: DE1001254B
Application number: DEH18913A
Authority: DE
Inventors: Dr Valentin Habernickel
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1954-01-07
Filing date: 1954-01-07
Publication date: 1957-01-24

Description

Verfahren zur Herstellung aktivdilorhaltiger Biguanidderivate Das sich von Guanidin ableitende N, N'-Dichlor-azodicarbonamidin der Formel: besitzt einen hohen Aktivchlorgehalt; seine praktische Anwendung ist aber durch die geringe Löslichkeit in Wasser begrenzt.
Es wurde nun gefunden, daß man leicht lösliche aktivchlorhaltige Biguanidderivate erhält, wenn man Verbindungen der allgemeinen Formel worin wenigstens einer der Reste R1 bis R4 einen aliphatischen Rest mit höchstens vier Kohlenstoffatomen oder einen aromatischen Rest mit höchstens sieben Kohlenstoffatomen und die übrigen Reste R Wasserstoffatome bedeuten, in saurer wäßriger Lösung oder Aufschlämmung mit überschüssiger unterchloriger Säure bei Temperaturen unterhalb 300 C umsetzt.
Enthalten die als Ausgangsmaterialien zur Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte dienenden Alkyl- oder Arylbiguanide mehrere Reste R, so können diese gleich oder verschieden sein. Bevorzugt verwendet man di-oder tetrasubstituierte Biguanide. Im Fall der disubstituierten Biguanide stehen die beiden Substituenten bevorzugt am gleichen Stickstoffatom.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt man die substituierten Biguanide in Form ihrer Salze in saurer wäßriger Lösung oder Aufschlämmung mit unterchloriger Säure zusammen. Geht man von Salzen der substituierten Biguanide mit starken Säuren, wie z. B. Salzsäure oder Schwefelsäure, aus, so reagieren diese Salze in wäßriger Lösung schon sauer genug, und man kann ohne weiteres mit der Umsetzung beginnen.
Es empfiehlt sich aber auch in diesen Fällen, etwas überschüssige Säure zuzusetzen. Bildet man die unterchlorige Säure in dem Reaktionsgemisch durch Einleiten von Chlor, so entsteht durch die Hydrolyse des Chlors Salzsäure. Liegen die zu verarbeitenden Biguanide jedoch als freie Basen vor, so ist dem Wasser so viel Säure zuzusetzen, daß die Lösung auch nach vollzogener Salzbildung noch sauer reagiert. Beispielsweise gibt man der Lösung oder Aufschlämmung der Biguanidbase die gleiche Gewichtsmenge an Eisessig zu, die in dem Ansatz als Biguanidbase vorhanden ist. An Stelle von Eisessig kann man auch stärkere Säuren, insbesondere Salz-oder Schwefelsäure, verwenden.
Die zur Chlorierung des Biguanids notwendige unterchlorige Säure wird bevorzugt durch Einleiten von Chlor in die Lösung gebildet. Sie kann aber auch nach anderen bekannten Verfahren, z. B. durch Umsetzung von Natriumhypochlorit mit starken Säuren, wie z. B. Salzsäure oder Schwefelsäure, oder durch Einleiten von gasförmiger, unterchloriger Säure, die z. B. in bekannter Weise aus Chlorkalk und Kohlensäure erhältlich ist, in die wäßrige Lösung oder Aufschlämmung des substituierten Biguanids hergestellt werden. In allen Fällen ist darauf zu achten, daß die Reaktion der Flüssigkeit stets deutlich sauer bleibt. Chloriert man die substituierten Biguanide durch Einleiten von Chlor in die wäßrige Lösung ihrer Salze, so sinkt der pH Wert mit fortschreitender Chlorierung allmählich ab, sofern man die Lösung nicht von vornherein stark sauer eingestellt hat. Eine Kontrolle des p-Wertes ist im allgemeinen nur dann zu empfehlen, wenn die substituierten Biguanide aromatische Reste enthalten. In diesem Falle muß ein für die Chlorierung optimaler p-Wert eingehalten werden, der meist zwischen 3 und 5 liegt. Die Kontrolle des p,-Wertes ist unter Verwendung von Glaselektroden leicht möglich.
Der Chlorierungsgrad wird, abgesehen von der Menge der angewandten unterchlorigen Säure, durch die Arbeitstemperatur beeinflußt. Bei Temperaturen von 0 bis 10°, vorzugsweise 5 bis 10°, wird bevorzugt ein Atom Chlor in das substituierte Biguanid eingeführt.
Bei Steigerung der Temperatur geht die Chlorierung weiter, und es wird mehr und mehr Dichlorderivat gebildet.
Die Bildung des Dichlorderivats läßt sich auch bei tieferen Temperaturen nicht ganz vermeiden. Zur vollständigen Chlorierung steigert man die Temperatur zweckmäßigerweise auf 18 bis 20°; Temperaturen oberhalb von 30° sollen nicht angewandt werden, weil die Chloraufnahme der Lösung dann zu gering wird bzw. Zersetzung der gebildeten unterchlorigen Säure eintritt.
Das Chlorierungsmittel - unterchlorige Säure bzw. deren Bildungskomponenten - wird im Überschuß angewandt, und zwar ist ein Überschuß von vorzugsweise 10 bis 5001, des zum Erreichen des gewünschten Chlorierungsgrades stöchiometrisch notwendigen Chlorierungsmittels anzuwenden. Die Höhe des Überschusses hängt zum Teil von der Konzentration des substituierten Biguanids in der wäßrigen Lösung ab, da das Chlorierungsmittel erst eine gewisse Konzentration erreichen muß, bevor die Chlorierungsreaktion einsetzt. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, in möglichst konzentrierten wäßrigen Lösungen oder Aufschlämmungen zu arbeiten.
Man kann etwa 10- bis 600/,ige Lösungen oder Aufschlämmungen verwenden. Liegt das Biguanid als wasserlösliches Salz vor, so arbeitet man möglichst konzentriert, vorzugsweise in 40- bis 5001,iger Lösung. Bei weniger löslichen Biguanidsalzen, die sich nicht mehr vollständig im Wasser lösen bzw. nur als Aufschlämmungen vorliegen, arbeitet man verdünnt, etwa in 20- bis 250t0iger Lösung bzw. Aufschlämmung. Diese Zahlenangaben sind allerdings nur Näherungswerte. Beim technischen Arbeiten wird man im allgemeinen bestrebt sein, auch dann so konzentriert wie möglich zu arbeiten, wenn schwerlösliche Biguanide verarbeitet werden und kann daher, sofern es in einem speziellen Fall durchführbar ist, auch über die angegebenen Konzentrationen hinausgehen.
Das Arbeiten in konzentrierten Lösungen erleichtert auch das Aufarbeiten der Lösungen; manchmal kristallisieren die gebildeten Chlorbiguanide spontan aus, manchmal ist Animpfen mit dem kristallisierten Ausgangsmaterial zweckmäßig. In manchen Fällen kann man auch in etwas verdünnterer Lösung arbeiten, selbst dann, wenn gut lösliche Biguanide ein Arbeiten in konzentrierteren Lösungen gestatten.
Die ausgeschiedenen Verfahrensprodukte können von der überstehenden Mutterlauge abfiltriert und dann getrocknet werden, wobei man Temperaturen bis zu etwa 75°, vorzugsweise bis zu etwa 60°, anwendet. Wird das rohe Reaktionsprodukt ohne Abtrennung der Mutterlauge getrocknet, so empfiehlt es sich, das Trocknen bei Temperaturen bis zu 30° und im Vakuum vorzunehmen.
Liegen die substituierten Chlorbiguanide einmal als trockene Präparate vor, so sind sie lagerfähig und haltbar und zeigen auch bei längerem Lagern nur einen sehr geringen Verlust von aktivem Chlor.
Beispiel 1 100 g Dimethylaminchlorhydrat und 100 g Dicyandiamid (technisch) werden innig gemischt und im offenen Kolben unter öfterem Umrühren bei 140° zusammengeschmolzen. Die Temperatur der Schmelze wird 1 Stunde lang auf 140° gehalten, dann läßt man erkalten und ver setzt bei 60 bis 70" mit 400 ccm Wasser. Nach kurzem Umrühren ist alles gelöst. Es wird nun auf 10° abgekühlt und ein starker Chlorgasstrom in die Lösung eingeleitet.
Dabei wird die Lösung allmählich saurer; der pE-Wert bewegt sich zwischen 5 und 3. Sobald die Lösung eine schwachgelbe Farbe angenommen hat, wird die Chlorierung beendet. Es wird auf -5 bis 0° gekühlt und mit Dimethylbiguanid angeimpft. Nach einiger Zeit kristallisiert das 1, l-Dimethyl-2-chlorbiguanid-chlorhydrat in nadelförmigen Kristallen aus. Das Produkt wird abfiltriert und bei 60° getrocknet. Sein Aktivchlorgehalt beträgt 34,9 01,. Das 1, 1-Dimethyl-2-chlor-biguanid-chlorhydrat schmilzt bei 75 bis 78".
Beispiel 2 Die nach Beispiel 1 hergestellte wäßrige Lösung der Dicyandiamid-Dimethylamin-Schmelze wird bei Temperaturen von 10 bis 20° so lange chloriert, bis plötzlich ein dicker kristalliner Niederschlag ausfällt. Der pB-Wert liegt zwischen 5 und 3. Der Niederschlag wird wie oben aufgearbeitet. Der Aktivchlorgehalt des Produktes von 42 bis 45 45°/0 ist weder einer Mono- noch einer Dichlor-Verbindung zuzuordnen. Es muß sich demnach um ein Gemisch beider handeln.
Beispiel 3 Zur Gewinnung des 1, 1-Dimethyl-2, 4-dichlorbiguanidchlorhydrats wird die nach Beispiel 2 gewonnene Lösung mit dem ausgefallenen Gemisch auf + 18 bis 20° erwärmt.
Hierbei gehen die ausgeschiedenen Kristalle ohne Chlorverluste wieder in Lösung. Es wird nun ohne Kontrolle des pl-Wertes wefterchloriert, bis bei dieser Temperatur ein mikrokristallines Produkt ausfällt. Dieses wird wie oben weiterverarbeitet. Der Aktivchlorgehalt beträgt 58 bis 600wo. Das 1, 1-Dimethyl-2, 4-dichlor-biguanidchlorhydrat schmilzt bei 63" unter Verpuffung.
Beispiel 4 120 g Diäthylamin-chlorhydrat und 100 g Dicyandiamid werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, umgesetzt.
Da das erhaltene 1, l-Diäthylbiguanid-chlorhydrat in Wasser etwas schwerer löslich ist als die entsprechende Dimethyl-Verbindung, erhält man beim Zusatz von 400 ccm Wasser einen dünnflüssigen Brei. Es wird nun bei 5 bis 10° ohne Kontrolle des p,-Wertes so lange chloriert, bis der dünnflüssige Brei in eine klare, schwachgelb gefärbte Lösung übergegangen ist. Nach Abkühlen auf -5 bis 0° und schwachem Reiben mit einem Glasstab fällt das 1, 1-Diäthyl-2-chlorbiguanid-chlorhydrat als feinkristallines Pulver an. Der Aktivchlorgehalt des getrockneten Pulvers beträgt 30 bis 320ion was dem Monochlorderivat entspricht. Das 1, 1-Diäthyl-2-chlorbiguanid-chlorhydrat schmilzt bei 162 bis 167".
Chloriert man die oben erhaltene klare, schwachgelb gefärbte Lösung weiter, so fällt nach einiger Zeit schlagartig ein mikrokristalliner Niederschlag aus. Der Aktivchlorgehalt beträgt nach dem Trocknen 51 bis 530/0, was dem 1, 1 -Diäthyl-2, 4-dichlorbiguanid-chlorhydrat entspricht. Das 1, 1 l-Diäthyl-2, 4-dichlorbiguanid-chlorhydrat schmilzt bei 103° unter Verpuffung.
Beispiel 5 170 g p-Chloranilin-chlorhydrat und 84 g Dicyandiamid werden in 400 ccm Wasser 1 Stunde rückfließend gekocht.
Nach dem Erkalten wird das ausgefallene p-Chlorphenylbiguanid-chlorhydrat abfiltriert und chloriert. Hierzu werden 20 g in 100 ccm Wasser suspendiert. Bei 5° leitet man unter gutem Rühren Chlor ein. Der Wert der Lösung wird laufend kontrolliert, und, sobald er den Wert von 4 zu unterschreiten beginnt, durch tropfenweisen Zusatz von l-n. Natronlauge etwa bei diesem Wert gehalten. Nach Möglichkeit sollen die p-Werte von 3 bzw. 5 nicht unter- bzw. überschritten werden.
Sinkt der Wert über 3 hinaus ins saure Gebiet ab, so tritt leicht Verharzung und Abscheidung eines öligen Produktes ein. Andererseits ist der Laugezusatz so zu bemessen, daß sich der p-Wert nicht über 5 hinaus dem Neutralpunkt nähert oder gar ins alkalische Gebiet umschlägt. Auch ein kurzzeitiges Übersteigen des p1I-Wertes von 5 ist sorgfältig zu vermeiden. Das Chlorierungsprodukt geht in Lösung. Die Lösung wird filtriert, das Filtrat auf 10 gekühlt und angeimpft. Das Chlorierungsprodukt fällt dann langsam in nadelförmigen Kristallen aus. Nach dem Aktivchlorgehalt des getrockneten Produktes von 390!o handelt es sich um ein Gemisch von annähernd gleichen Teilen Mono- und Dichlorderivat des 1 -(p-Chlorphenyl)-biguanid-chlorhydrates.
Beispiel 6 Eine Lösung von 60 g Anisidin-hydrochlorid und 50 g Dicyandiamid in 11 Wasser wird 8 Stunden am Rückfluß gekocht, dann abkühlen gelassen und im Vakuum eingeengt. Der schwachrosa gefärbte Rückstand wird aus Wasser umkristallisiert. Man erhält derbe, gut ausgebildete Prismen, die in Wasser leicht löslich, in Alkohol und Aceton jedoch unlöslich sind. Das erhaltene l-(p-Methoxyphenyl)-biguanid-chlorhydrat schmilzt bei 235° unter Zersetzung.
50 g dieses Produktes werden in 300 ccm Wasser gelöst und die klare Lösung bei +15° mit Chlorgas behandelt.
Es scheidet sich ein harzartiges, braun gefärbtes Produkt aus. Dieses wird abfiltriert und bei 70" getrocknet. Das als braunes, sehr leichtes Pulver erhaltene l-(p-Methoxyphenyl)-2, 4-dichlor-biguanid-chlorhydrat besitzt einen Aktivchlorgehalt von 42 0/, und einen Schmelzpunkt von 273° (Zersetzung).
Eine Kontrolle des pH-Wertes ist hierbei nicht erforderlich; er stellt sich während der Chlorierung auf einen Wert zwischen 3 und 5 ein.
Beispiel 7 16 g Kupferdicyandiamid werden mit 30 g Dimethylaminbase in 100 ccm Wasser 25 Stunden im Bombenrohr auf 120 bis 125° erhitzt. Nach dem Erkalten wird das rote Kupfersalz abgesaugt, in 400 ccm Wasser eingetragen und das Kupfer durch Schwefelwasserstoff bei 80 bis 90" gefällt. Das Filtrat wird mit überschüssiger Schwefelsäure versetzt und im Vakuum eingeengt. Das 1, 1, 5, 5-Tetramethyl-biguanid-sulfat fällt als kristalliner Rückstand an. Das Produkt schmilzt bei 142" unter Zersetzung.
10 g dieses Produktes werden in 60 ccm Wasser gelöst und unter gutem Rühren bei 10° durch einen kräftigen Chlorgasstrom ohne Kontrolle des pH-Wertes chloriert.
Nach 10 Minuten ist die Chlorierung beendet. Die schwachgelbe Lösung wird auf 50 gekühlt, die ausgefallenen farblosen Kristalle abfiltriert und bei 50° im Vakuum getrocknet. Der Aktivchlorgehalt von 330/, entspricht etwa dem 1, 1, 5, 5-Tetramethyl-2-chlor-biguanidchlorhydrat. Das Präparat schmilzt bei 111 bis 114° unter Zersetzung. Chloriert man bei 18 bis 20° bis zur Ausfällung eines kristallinen Niederschlages, so erhält man das 1, 1, 5, 5-Tetramethyl-2, 4-dichlor-biguanid-chlohydrat mit einem Aktivchlorgehalt von 51 ovo und einem Schmelzpunkt von 97 bis 100" (heftige Zersetzung).
Beide Produkte sind in Wasser gut löslich, desgleichen in Alkohol.
Beispiel 8 In eine Aufschlämmung von 100 g Quecksilberoxyd in 1600 cm3 Wasser wird bei 0 bis 5° unter gutem Rühren so lange Chlorgas eingeleitet, als der Niederschlag aus nicht umgesetztem Quecksilberoxyd und gebildetem Quecksilberchlorid noch eben gelb bleibt. Von der Aufschlämmung werden etwa 800 cm3 klare Lösung abfiltriert. Die so erhaltene 4- bis 50/,ige unterchlorige Säure wird auf +2° gekühlt. Sobald diese Temperatur erreicht ist, werden im Laufe von 20 Minuten 50 g 1, 1 Die methylbiguanid-chlorhydrat in kleinen Portionen eingetragen, wobei die Temperatur langsam auf 18° ansteigt.
Dann wird noch 15 Minuten gerührt und das Reaktionsgefäß zwecks schneller Abkühlung in eine vorher bereitete Eis-Kochsalz-Mischung eingesetzt. Die Temperatur des Kühlbades soll möglichst zwischen -12 und -15" liegen. Das Chlor-Additionsprodukt scheidet sich bald in kristalliner Form ab. Sämtliche Operationen erfolgen unter Ausschluß von Licht, um Zersetzung der unterchlorigen Säure zu vermeiden. Die Ausbeute an Monochlorderivat mit einem Aktivchlorgehalt von 330/dz beträgt 21,5 g. Aus dem Filtrat können durch vorsichtiges Verdampfen des Wassers im Vakuum bei 35° noch weitere 17 g Monochlorderivat mit einem Aktivchlorgehalt von 27,3°/o gewonnen werden. Hierzu wird das Filtrat bis auf ein Volumen von 100 cm3 eingeengt und auf 0° abgekühlt. Nach Animpfen fallen die Kristalle aus.
Beispiel 9 Eine nach Beispiel 8 erhaltene rohe unterchlorige Säure wird, ohne den Niederschlag abzufiltrieren, bei einem Vakuum von 0,1 mm Hg ohne besondere Heizung bei Zimmertemperatur destilliert; das Destillat wird in einer auf 200 gekühlten Vorlage aufgefangen. Wenn etwa ein Drittel des Gesamtvolumens übergegangen ist, wird die Destillation unterbrochen, der Rückstand verworfen. Die Lösung der unterchlorigen Säure enthält etwa 24°/o HOC1. 500 ccm dieser Lösung werden bei 0 bis +2° im Laufe von 30 Minuten unter gutem Rühren portionsweise mit 80 g 1, 1 -Diäthylbiguanid-chlorhydrat versetzt, wobei die Temperatur ansteigt und gegen Ende der Zugabe 24° erreicht. Nach weiteren 30 Minuten wird die Lösung durch Einsetzen in Kältemischung möglichst schnell auf 0° gekühlt, die dann ausfallenden Kristalle werden abgesaugt. Die Ausbeute beträgt 72 g Monochlorderivat mit 39,1 01o Aktivchlor. Aus dem Filtrat können durch vorsichtiges Abdestillieren des Wassers im Vakuum und Kühlen noch weitere 13 g Monochlorderivat mit 29°/o Aktivchlor gewonnen werden.
Auch hierbei wird die unterchlorige Säure unter Ausschluß von Licht verarbeitet.
Beispiel 10 991 g (10 Mol) Anilin und 841 g (10 Mol) Dicyandiamid werden in 3 1 10 0/0iger Salzsäure 4 Stunden unter Rückfluß und unter Durchleiten von Chlorwasserstoff gekocht. Das nach beendeter Reaktion beim Erkalten auskristallisierende Phenylbiguanid-hydrochlorid wird in der 5 fachen Gewichtsmenge Eisessig suspendiert und nach Zusatz der dem Phenylbiguanid gleichen Gewichtsmenge an wasserfreiem Natriumacetat bei 10 bis 15° durch einen kräftigen Chlorstrom chloriert. Sobald die Suspension eine intensiv gelborange Färbung angenommen hat, unterbricht man die Chlorierung, saugt das Reaktionsprodukt ab, wäscht mehrmals mit kaltem Alkohol, dann mit wenig Eiswasser und trocknet an der Luft. Man erhält etwa 1,5 kg am Stickstoff chloriertes Phenylbiguanid-hydrochlorid in Form farbloser Nadeln, welche nur wenig nach Chlor riechen. Der Aktivchlorgehalt beträgt etwa 25 Gewichtsprozent. Der für ein Monochlorderivat theoretisch zu erwartende Aktivchlorgehalt beträgt 28,6 Gewichtsprozent.
Dispergiert man dies Monochlorderivat in der l Of achen Gewichtsmenge Wasser und setzt die dem Monochlorderivat gleiche Gewichtsmenge an konzentrierterSchwefelsäure hinzu, so erhält man bei weiterem Chlorieren bei 0 bis 5° und anschließendem Kühlen auf 5° etwa 80 Gewichtsprozent des eingesetzten Monochlorderivates an Dichlorverbindung, die etwa 48 Gewichtsprozent Aktivchlor enthält. Für das Dichlorderivat errechnet sich ein theoretischer Chlorgehalt von 50,2 Gewichtsprozent.
Beispiel 11 1070 g p-Toluidin (10 Mol) und 841 g Dicyandiamid (10 Mol) werden in 4 1 150/,Der Salzsäure 5 Stunden unter Rückfluß und unter Durchleiten von Chlorwasserstoff gekocht. Das beim Erkalten auskristallisierende p-Toluylbiguanid-hydrochlorid (2,266 kg) wird, wie im Beispiel 10 beschrieben, zunächst in eisessigsaurer Suspension zum Monochlorderivat (2,05 kg) und dann in schwefelsaurer Lösung zum Dichlorderivat (1,86kg) chloriert. Der Aktivchlorgehalt des MonochlorderiVates beträgt 24,8 Gewichtsprozent (Theorie = 26,7 Gewichtsprozent) und des Dichlorderivates 46,8 Gewichtsprozent (Theorie = 46,2 Gewichtsprozent).
PATENTANSPÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung aktivchlorhaltiger Biguanidderivate, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel worin wenigstens einer der Reste R1 bis R4 einen aliphatischen Rest mit höchstens vier Kohlenstoffatomen oder einen aromatischen Rest mit höchstens sieben Kohlenstoffatomen und die übrigen Reste R Wasserstoffatome bedeuten, in saurer wäßriger Lösung oder Aufschlämmung mit überschüssiger unterchloriger Säure bei Temperaturen unterhalb 30° umsetzt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die unterchlorige Säure durch Einleiten von Chlor in die wäßrige Lösung oder Aufschlämmung des substituierten Biguanids herstellt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 633 561.