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Verfahren zur Herstellung von ß-Lactam-N-sulfochloriden Es ist bereits
aus der Veröffentlichung von H. Staudinger in den Berichten der Deutschen Chemischen
Gesellschaft, Bd. 50 (1917), S. 1035 bis 1038, bekannt, daß sich Schiffsche Basen,
wie N-Benzalanilin, mit Keten im Sinne der Gleichung
zu p-Lactamen umsetzen. Diese Umsetzung erfolgt erst bei 180 bis 200"C.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß man Verbindungen der allgemeinen
Formel A[(R)rn-CH N-SO2X]n in der A einen gegebenenfalls substituierten aromatischen
Rest, R eine Alkylengruppe oder einen Alkenylrest, X ein Halogenatom, insbesondere
ein
Halogenatom mit einem Atomgewicht bis zu 36, n Zahlen von 1 bis 3 und m 0 oder
1 bedeutet, mit Carbomethylen bei Temperaturen zwischen -20 und 80"C im Sinne der
Gleichung
in der A, R, X, n und m die oben angegebene Bedeutung besitzen, zu B-Lactam-N-sulfochloriden
umsetzen kann.
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Als aromatische Reste A kommen insbesondere Phenyl- oder Naphthylreste
in Frage, die durch eine Nitrogruppe und bzw. oder Halogenatome, Alkylgruppen oder
eine Alkoxygruppe substituiert sein können. Für den Fall, daß m = 0 ist, entfällt
der Rest R.
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Während bei der von H. Staudinger beschriebenen Reaktion nur ß-Lactame
erhältlich sind, die am Stickstoffatom durch einen Kohlenwasserstoffrest substituiert
sind, erhält man nach dem beanspruchten Verfahren fl-Lactame, die am Stickstoffatom
durch eine Sulfohalogenidgruppe substituiert sind.
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ß-Lactam-N-sulfochloride der allgemeinen Konstitution
in der R' ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest und R" einen Kohlenwasserstoffrest
bedeutet, sind zwar bereits aus der deutschen Patentschrift
941847
bekannt und durch Umsetzung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen der allgemeinen
Formel
mit N-Carbonylsulfamidsäurechlorid erhältlich.
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Abgesehen davon, daß beispielsweise die hierbei als Ausgangsstoffe
verwendeten, im aromatischen Ringsystem substituierten Styrole größtenteils technisch
nur schwer zugänglich sind, reagieren diese Substitutionsprodukte mit N-Carbonylsulfamidsäurehalogenid
häufig überhaupt nicht in dem gewünschten Sinne. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
ergibt sich nun die Möglichkeit, daß man letzten Endes, von einer Vielzahl von leicht
zugänglichen, gegebenenfalls auch substituierten aromatischen Aldehyden ausgehend,
auf dem Wege über die Kondensationsprodukte mit N-Carbonylsulfamidsäurehalogeniden
durch deren Umsetzung mit Carbomethylen zu den angestrebten ß-Lactam-N-sulfohalogeniden
gelangt.
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Die als Ausgangsstoffe verwendeten Verbindungen der allgemeinen Formel
A[(R), - CH = N-SO2X]n können durch Umsetzung von Aldehyden der allgemeinen Formel
A[(R)rn-CH = O]n mit N-Carbonylsulfamidsäurehalogeniden gemäß dem Verfahren des
Patents 1109667 erhalten werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung mit Carbomethylen kann von Kondensationsprodukten
aus N-Carbonylsulfamidsäurehalogenid und den verschiedenartigsten Aldehyden der
aromatischen Reihe, z. B.
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Benzaldehyd, p-Toluylaldehyd, Naphthaldehyd, den drei isomeren Nitrobenzaldehyden,
Chlor-, Brom- und Alkoxybenzaldehyden, Dichlorbenzaldehyden, Nitrochlorbenzaldehyden,
3 ,4-Methylendioxybenzaldehyd, aber auch aromatischen Aldehyden, welche die Aldehydgruppe
nicht unmittelbar am aromatischen Kern gebunden enthalten, wie Zimtaldehyd, oder
aromatischen Aldehyden, welche die funktionelle Aldehydgruppe mehrmals im Molekül
enthalten, wie Terephthaldialdehyd oder Benzol-1,3,5-trialdehyd, ausgegangen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, indem man die genannten
Kondensationsprodukte aus aromatischen Aldehyden und N- Carbonylsulfamidsäurehalogenid,
zweckmäßig gelöst oder suspendiert in einem indifferenten Lösungsmittel, mit Carbomethylen
zusammenbringt. Als Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, wie Benzin, Cyclohexan,
Benzol oder Toluol, chlorierte Kohlenwasserstoffe, wieTetrachlorkohlenstoff, Chloroform
oder Methylenchlorid, oder Äther, wie Diäthyläther oder Diisopropyläther, anwendbar.
Das Carbomethylen wird in einer den Gruppen - CH N - SO2X äquimolaren Menge oder
auch im Überschuß angewendet. Vorzugsweise wird es gasförmig in die Lösung bzw.
Suspension, vorteilhaft unter Rühren, eingeleitet. Man kann das Keten aber auch
als verflüssigtes Gas oder gelöst in einem Lösungsmittel, wie Methylenchlorid oder
Äther zur Umsetzung bringen. Es ist nicht nötig, die durch Umsetzung von aromatischen
Aldehyden mit N-Carbonylsulfamidsäurehalogenid erhältlichenKondensations-
produkte
in isolierter Form anzuwenden, man kann vielmehr auch die Reaktionsgemische aus
dem Aldehyd und dem N-Carbonylsulfamidsäurehalogenid nach erfolgter Kohlendioxydabspaltung
unmittelbar in der beanspruchten Verfahrensweise mit Keten zur Reaktion bringen.
Die Reaktion mit Keten erfolgt bereits bei 0° C mit großer Geschwindigkeit und unter
Freiwerden von Wärme. Im allgemeinen hält man die Reaktionstemperatur durch Kühlung
zwischen 20 und 40"C, ohne daß man streng an diese engen Grenzen gebunden ist. So
können in manchen Fällen durchaus auch Temperaturen von unter 0 bis 200 C oder auch
höhere Temperaturen bis zu 80"C angewandt werden.
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Die Verfahrensprodukte, die im allgemeinen schwerer löslich sind
als ihre Vorprodukte, scheiden sich in manchen Fällen unmittelbar in kristalliner
Form aus dem Reaktionsgemisch aus und können dann in üblicher Weise isoliert werden.
In vielen Fällen können sie sehr vorteilhaft z. B. in der Weise isoliert und von
farbigen Nebenprodukten befreit werden, daß man das Lösungsmittel unter vermindertem
Druck zum größten Teil abdestilliert und den Rückstand mit gekühltem Methanol versetzt.
Darin sind die ,B-Lactam-N-sulfochloride im allgemeinen wenig löslich, während sich
die farbigen Nebenprodukte und gegebenenfalls nicht umgesetzte Anteile des Vorproduktes
darin leicht lösen. Nur hat man dabei durch Kühlung oder durch Anlegen verminderten
Druckes dafür Sorge zu tragen, daß die Temperatur des Gemisches sich möglichst nur
zwischen 10 bis 20"C hält und 30"C nicht wesentlich überschreitet, da bei höheren
Temperaturen, beispielsweise 50 bis 70"C, die Gefahr einer unerwünschten Umsetzung
der ß-Lactam-N-sulfochloride mit dem Methanol bestehen kann.
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Man saugt dann rasch ab, wäscht mit etwas Methanol nach und trocknet
im Vakuum oder verarbeitet die noch methanolfeuchten oder anschließend mit Wasser
nachgewaschenen Produkte unmittelbar weiter.
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Die Verfahrensprodukte dienen als Zwischenprodukte zur Herstellung
von Farbstoffzwischenprodukten, Kunststoffvorprodukten, Arzneimitteln und Schädlingsbekämpfungsmitteln.
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Beispiel 1 In eine Aufschlämmung von 204 g (1 Mol) N-Benzalsulfamidsäurechlorid
in 200 ccm Äther leitet man unter Rühren und unter Kühlung bei 25 bis 30"C 50 g
(1,2 Mol) Carbomethylen gasförmig ein. DasN-Benzylsulfamidsäurechlorid geht dabei
in Lösung, und es kristallisiert das 2-Amino-2-phenyl-äthan-l-carbonsäure-lactam-N-sulfochlorid
aus. Das Produkt wird von der dunkelfarbigen Mutterlauge abgesaugt und mit etwas
Äther nachgewaschen. Die Ausbeute beträgt 130 g (53 0/o der Theorie). Die Verbindung
wird durch Umkristallisieren aus siedendem Methylenchlorid als farbloser Kristallsand
erhalten und ist mit der aus Styrol und N-Carbonylsulfamidsäurechlorid erhältlichen
Verbindung der Konstitution
nach Schmelzpunkt (900 C) und Mischungsschmelzpunkt (ohne Depression) identisch.
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Beispiel 2 In die Reaktionsmischung, die durch Umsetzung von 175
g (1 Mol) 2,4-Dichlorbenzaldehyd, gelöst in 250 ccm Methylenchlorid, mit 141,5 g
N-Carbonylsulfamidsäurechlorid (2 Stunden bei 40"C) erhalten worden ist, leitet
man, ohne das gebildete 2,4-Dichlorbenzal-N-sulfamidsäurechlorid (aus Äther farblose
Nadeln vom Schmelzpunkt 79 bis 80"C) vorher zu isolieren, unter Rühren und unter
Kühlung bei 30° C im Laufe einer halben Stunde 45 g Carbomethylenein. Die Anlagerung
des Ketens erfolgt ohne wesentliche Verfärbung des Reaktionsgemisches. Man verjagt
das Methylenchlorid größtenteils unter vermindertem Druck und versetzt bei 10 bis
20"C mit 200 ccm Methanol. Dabei scheidet sich das 2-Amino-2-(2',4'-dichlorphenyl)-äthan-
1 -carbonsäure-lactam-N-sulfochlorid der Konstitution
als Kristallgrieß aus. Ausbeute 250 g (80 0/o der Theorie). Die Verbindung bildet
nach dem Umkristallisieren aus wenig heißem Benzol derbe, farblose Kristalle vom
Schmelzpunkt 105 bis 106"C.
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Diese Verbindung ist aus 2,4-Dichlorstyrol und N-Carbonylsulfamidsäurechlorid
nicht erhältlich.
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Beispiel 3 In die tief rotbraun gefärbte Lösung, die aus einer Lösung
von 132 g Zimtaldehyd in 500 ccm Methylenchlorid durchZufügen von 141,5g N-Carbonylsulfamidsäurechlorid
bei 30 bis 35"C im Laufe von 20 Minuten erhalten worden ist, leitet man bei 25 bis
300 C während einer halben Stunde unter Rühren und Kühlung 50 g Carbomethylen ein.
Sodann vertreibt man die Hauptmenge des Lösungsmittels unter vermindertem Druck
und versetzt unter Kühlung bei 0°C mit 200 ccm Methanol. Man saugt das kristallin
ausgeschiedene Lactamsulfochlorid von der tiefdunkelbraunen Mutterlauge ab und erhält
140 g (50°/0 der Theorie), eines noch stark gefärbten Rohproduktes. Durch Lösen
in
Methylenchlorid und Versetzen mit Methanol erhält man die Verbindung als schwachbräunliches
Kristallpulver vom Schmelzpunkt 117 bis 118"C.
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Das 2-Amino-2-phenyloinyl-äthan -1- carbonsäurelactam-N-sulfochlorid
der Konstitution
ist auf anderem Wege nicht zugänglich.
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Beispiel 4 In eine Lösung von 187 g (1 Mol) N-Benzalsulfamidsäurefluorid
in 500 ccm Diäthyläther leitet man unter Rühren und Kühlung bei 20 bis 30"C 45 g
Carbomethylen ein. Beim Abkühlen kristallisiert das gebildete 2 - Phenyl - 2 - amino
- äthan -1- carbonsäurelactam-N-sulfofluorid in derben Kristallen aus, deren Abscheidung
man durch Abkühlen auf -20"C vervollständigt. Man erhält 190 bis 200 g eines gegebenenfalls
noch gelblichen Produktes, das nach nochmaligem Umkristallisieren aus Äther einen
farblosen Kristallgrieß vom Schmelzpunkt 59"C bildet.
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Beispiel 5 In eine Suspension von 33 g des Umsetzungsproduktes aus
Terephthaldialdehyd und N-Carbonylsulfamidsäurechlorid in 250 ccm Methylenchlorid
leitet man bei 30 bis 35"C 15 g Carbomethylen ein.
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Dabei geht das Ausgangsprodukt im Laufe der Umsetzung völlig in Lösung,
und es scheidet sich dann das Bis-p-lactam-N-sulfochlorid als selbst bei hundertfacher
Vergrößerung nur undeutlich kristallin erscheinendes Pulver aus. Das auch in siedendem
Methylenchlorid nur wenig lösliche Produkt wird abgesaugt und nachgewaschen. Die
Ausbeute beträgt 25 bis 30 g. Da die Verbindung durch den Schmelzpunkt (Sintern
ab 150"C und unscharfes Schmelzen unter beginnender Zersetzung bei 160 bis 180"C
je nach Schnelligkeit des Erhitzens) nur ungenügend zu charakterisieren ist, wurde
durch Umsetzung mit Natriummethylat in Methanol gemäß der in der deutschen Patentschrift
950912 beschriebenen Arbeitsweise ein Tetramethylester der Konstitution
erhalten, der, aus heißem Methanol umkristallisiert, farblose, sechseckige Täfelchen
bildet, die bei 167"C scharf schmelzen und bei der Analyse (N,S,O C H3) die berechneten
Zahlenwerte liefern, womit die Konstitution des Reaktionsproduktes nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren als die eines Phenylen-bis-p-propiolactam
-N-sulfochlorids
sichergestellt ist.
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In analoger Weise werden die in Spalte 2 der folgenden Tabelle angeführten
Verbindungen hergestellt.
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Die in Spalte 3 angegebenen Eigenschaften der ,B-Lactame (erhalten
gemäß Patent 1086234) bezwecken lediglich eine nähere Charakterisierung der B-Lactam-N-sulfochloride,
die in vielen Fällen abhängig von der Geschwindigkeit des Erhitzens nur unscharf
und unter Zersetzung schmelzen. Tabelle
| B-Lactamsulfochlorid ,B-Lactam |
| ACH-CH2 A-CH-CH2 |
| Aromatischer Rest A t l l , |
| N CO HN -CO |
| SO2CI |
| y < aus Methylenchlorid + Methanol aus heißem verdünntem
Methanol gelb- |
| F. F. 117 bis 122"C (Zersetzung) liche Blättchen, F. 152/153"C |
| NO2 |
| O N 8,~ aus Methylenchlorid + Methanol aus heißem verdünntem
Methanol schwach- |
| O2N Q- j. F. 135 bis 1370 C (Zersetzung) gelbliche flache Nadeln,
F. 153/154°C |
| aus Äther farblose derbe Nadeln, aus heißem verdünntem Methanol
farblose |
| \{= F. 79 bis 81"C. Blättchen, F. 101/102"C |
| Br |
| Cl |
| aus wenig heißem Benzol derbe Nadeln, aus heißem verdünntem
Methanol farblose |
| ~~~ o F. 116/117"C. Nadeln, F. 143°C |
| Cl |
| / < aus Methylenchlorid t Methanol derbe aus verdünntem
Methanol durchEinkühlen |
| Nadeln, F. 85 bis 87"C F. 67/68"C |
| NOCH, |
| v u aus Methylenchlorid aus heißem Methanol, F. 125/126°C |
| Cl 96 bis |
| 7 F. 96 bis l000C |
| NO2 |
| Cl |
| 7 aus warmem Methylenchlorid Kristallgrieß aus viel siedendem
Methanol gelbliche |
| F. F. 140 bis 148"C (Zersetzung) Nädelchen, F. 193"C |
| NO2 |
| Cl |
| ausMethylenchlorid +Äther, Kristallgrieß aus siedendem Isopropanol
kleine, derbe |
| </ F. 130 bis 140"C (Zersetzung) Kriställchen, F. 194/195°C |
| NO2 |