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Verfahren zur Herstellung von Thioharnstoffabkömmlingen Es wurde gefunden,
daß man auf neuartigem Wege zu technisch wertvollen mono-, di- oder trisubstituierten
Thioharnstoffen der allgemeinen Formel:
gelangt, in der R Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten oder durch
Heteroatome oder Heteroatomgruppen unterbrochenen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
bedeutet und R1 und R2 Wasserstoff oder gegebenenfalls einen substituierten oder
auch durch Heteroatome oder Heteroatomgruppen unterbrochenen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
bedeuten, wobei diese Reste gleichartig oder verschieden sein können, wenn man am
Stickstoff monoalkylierte Dithiocarbaminsäureester der allgemeinen Formel: RNHCSR3X
worin R3-X einen gegebenenfalls substituierten oder auch durch Heteroatome oder
Heteroatom gruppen unterbrochenen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, der eine
oder mehrere wasserlöslich machende Gruppen, wie z. B. Carboxyl-, Sulfosäure-oder
Hydroxylgruppen, tragen kann, bedeutet, in Gegenwart von Alkalihydroxyden in wäßrigem
Medium mit Ammoniak oder primären bzw. sekundären ein- oder mehrwertigen Aminen
der aliphatischen, cycloaliphatischen, fettaromatischen, aromatischen oder heterocyclischen
Reihe mit insgesamt
1 bis 22 Kohlenstoffatomen umsetzt. Sofern bei der Umsetzung
mehrwertige Amine verwendet werden, erhält man z. B. Alkylen-bis-thioharnstoffe,
d. h.
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Verbindungen, die die Thioharnstoffgruppen zweimal im Molekül enthalten.
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Gegebenenfalls kann man auch ohne Zusatz von Alkalihydroxyden arbeiten,
wenn man für eine entsprechende Erhöhung der Ammoniak- bzw. Aminmenge Sorge trägt.
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Die Umsetzung vollzieht sich bei Verwendung von Alkali und im Falle
eines primären Amins entsprechend dem nachstehenden Reaktionsschema: RNHCSSR3X +
NaOH + R2 - NH2 -> R - NH - CS - NH - R2 + NaSR3X + H2O wobei entsprechend den
Beobachtungen sicher ist, daß unter der Wirkung des Alkalis - das in vielen Fällen
durch ein weiteres Molekül Amin ersetzt werden kann - zunächst ein Isothiocyansäureester
(Senföl) entsprechend der nachstehenden Gleichung entsteht: R-NH-CS-S- R3X + NaOH
(bzw. NH2-R2) -,R-N=C=S NaS-R3X (bzw. R-NH3S-R3X) Dieses reagiert dann unter Anlagerung
des dargebotenen Ammoniaks bzw. des primären bzw. sekundären Amins in bekannter
Weise und führt zur Bildung der ein- bzw. zwei- bzw. dreifach substituierten Thioharnstoffe
entsprechend den Gleichungen:
Als nicht saure Veresterungskomponente der hierbei als Ausgangsstoffe
dienenden N-Monoalkyldithiocarbaminsäureester, d. h. an Stelle von R3X in der eingangs
genannten Formel, können beliebige Alkylreste, sofern sie durch Hydroxylgruppen
oder neutralisierte Carboxyl- bzw. Sulfosäuregruppen substituiert sind, fungieren.
Die Verwendung solcher Reste, die saure, salzbildende oder sonstige wasserlöslich
machende Gruppen besitzen, ermöglicht es, auch bei Verwendung von Ausgangsmaterialien,
die höhermolekulare Reste enthalten, im wäßrigen Medium arbeiten zu können. Ein
weiterer Vorteil der erfndungsgemäßen Arbeitsweise besteht darin, daß die Reaktion
bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann und
daß als Reaktionsgefäße offene Behälter verwendet werden können, da keine übelriechenden
niederen Mercaptane entstehen. Da die Bildung der N-Monoalkyl-dithiocarbaminsäurealkylester
aus den Ausgangskomponenten sehr einfach und gleichermaßen im wäßrigen Medium durchführbar
ist, kann die gesamte Reaktion im gleichen Gefäß, d. h. praktisch in einem einzigen
Arbeitsgang, erfolgen.
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Geeignete N-Monoalkyl-dithiocarbaminsäureester mit wasserlöslich
machenden Gruppen in der nicht sauren Veresterungskomponente erhält man in bekannter
Weise, wenn man Salze von N-Monoalkyldithiocarbaminsäuren mit Substanzen, wie z.
B. chloressigsaurem Natrium, chlorpropionsaurem Natrium, Athylenchlorhydrin, Glycerinmonochlorhydrin,
bromäthansulfonsaurem Natrium, brompropansulfonsaurem Natrium, 3-brom-2-oxy-propan-sulfosaurem
Natrium, oder auch cyclischen Anhydriden von Oxycarbonsäuren (Laktonen), wie z.
B. Butyrolakton oder Propiolakton, bzw. mit cyclischen Anhydriden von Oxysulfonsäuren
(Sultonen), wie z. B. 1,3-Propansulton oder l,SButansulton, umsetzt.
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Als ein- oder mehrwertige Amine kommen für die Umsetzung mit den
Dithiocarbaminsäureestern primäre und sekundäre Amine mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen
der aliphatischen, cycloaliphatischen, fettaromatischen, aromatischen oder heterocyclischen
Reihe in Betracht, also beispielsweise Butylamin, Octylamin, Dioctylamin, Dodecylamin,
Oleylamin, Cyclohexylamin, Methylcyclohexylamin, Naphthenylamin, Benzylamin, Anilin,
Alkylaniline, Äthylendiamin, Butylendiamin, Diäthylentriamin, Phenylendiamin, Morpholin,
Piperazin u. dgl. Die Umsetzung zwischen diesen Ausgangskomponenten erfolgt glatt
durch mehrständiges Rühren, gegebenenfalls bei erhöhten Temperaturen von 20 bis
1000 C, vorzugsweise unter 60"C.
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Es ist bereits bekannt, daß N-Aryl-dithiocarbaminate unter Abspaltung
von Schwefelsauerstoff in Arylsenföle übergehen, die sich mit Aminen zu entsprechenden
Thioharnstoffen umsetzen lassen.
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N-Alkyl-dithiocarbaminate führen unter gleichen Bedingungen nicht
zu den entsprechenden Alkylsenfölen, die bisher nur aus den Alkyldithiocarbaminaten
durch Destillation mit Schwermetallsalzen erhalten werden konnten (GattermannWieland,
»Die Praxis des Organischen Chemikers«, 35. Auflage [1953], S. 151). Das erfindungsgemäße
Verfahren das sich auf die überraschende Zerlegbarkeit der N - Monoalkyl - dithiocarbaminsäureester,
die im S-Alkylrest wasserlöslich machende Gruppen enthalten, durch Amire gründet
und die Isolierung
der sich dabei glatt bildenden Senföle nicht erforderlich macht,
ist einer sehr allgemeinen Anwendung fähig und gestattet die einfache Herstellung
der verschiedenartigsten mono-, di- oder trisubstituierten Thioharnstoffabkömmlinge,
und zwar vorzugsweise von solchen, die am Stickstoff zwei oder drei unterschiedliche
Reste tragen.
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Beispiel 1 N,N'-Di-n-butyl-thioharnstoff C4H9-NH-CS-NH-C4H9 Zu einer
wäßrigen Lösung von n-butyl-dithiocarbaminsaurem Natrium, die in bekannter Weise
aus 250 Raumteilen Wasser, 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 36,5
Gewichtsteilen n-Butylamin (0,5 Mol) und 250 Raumteilen 2 n-Natronlauge (0,5 Mol)
bereitet wurde, gibt man unter Rühren eine Lösung von 59 Gewichtsteilen chloressigsaurem
Natrium (0,5 Mol) in 120 Raumteilen Wasser und nach 2stündigem Nachrühren, zuletzt
bei 60"C, 80 Gewichtsteile einer 250/oigen Natronlauge (0,5 Mol) zusammen mit 43,8
Gewichtsteilen n-Butylamin (0,5 Mol +100(0 Überschuß). Das sich alsbald ausscheidende
Ol kristallisiert nach kurzer Zeit. Der gebildete N,N'-Dibutylthioharnstoff wird
abgesaugt, getrocknet und aus einer Mischung von Benzol und Benzin im Verhältnis
1: 2 umkristallisiert. Man erhält 70 Gewichtsteile vom Schmelzpunkt 63 bis 64"C.
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In Abwandlung der vorstehenden Arbeitsweise kann man N,N'-Dibutylthioharnstoff
auch wie folgt herstellen: Zu einer aus 500 Raumteilen Wasser, 38 Gewichtsteilen
Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol) und 73 Gewichtsteilen Butylamin (1 Mol) hergestellten
Lösung von n-butyl-dithiocarbaminsaurem Butylamin gibt man, in 120 Raumteilen Wasser
aufgelöst, 59 Gewichtsteile chloressigsaures Natrium (0,5 Mol). Nach 2stündigem
Nachrühren, zuletzt bei 60"C, fügt man 160 Gewichtsteile einer 250/oigen Natronlauge
(1 Mol) hinzu und rührt bei Zimmertemperatur so lange nach, bis die Abscheidung
des nach kurzer Zeit kristallin werdenden Dibutylthiohamstoffes vollständig ist.
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Beispiel 2 N,N'-Di-n-octyl-thiohamstoff cäH17-NH-CS-NlI-C81117 Zu
einer wäßrigen Suspension von n-octyl-dithiocarbaminsaurem Octylamin, die durch
Zugabe von 129 Gewichtsteilen Octylamin (1 Mol) zu einem lebhaft gerührten und unter
Kühlung stehenden Gemisch aus 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5. Mol) und
500 Raumteilen Wasser bereitet wurde, gibt man portionsweise 61 Gewichtsteile 1,3-Propansulton
(0,5 Mol), wobei man die Temperatur nicht über 50"C ansteigen läßt. Zu der bei dieser
Temperatur noch 1 Stunde nachgerührten und inzwischen nahezu blank gewordenen Lösung
gibt man nach dem Abkühlen 200 Gewichtsteile einer 200/eigen Natronlauge (1 Mol).
Der sich hierbei in guter Ausbeute zunächst ölig abscheidende N,N'-Dioctylthioharnstoff
kristallisiert alsbald. Er wird nach 2stündigem Nachrühren abgesaugt, auf Ton getrocknet
und
aus der 8fachen Menge eines Gemisches von Isopropanol und Wasser im Verhältnis 4
: 1 umkristallisiert. Der Schmelzpunkt liegt bei 52 bis 53"C.
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Beispiel 3 N,N'-Di-n-dodecyl-thioharnstoff C12H'25 - NH - CS - NH
- C12H25 Zu einem Gemisch von 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 100
Gewichtsteilen 20°/Oiger Natronlauge (0,5 Mol) und 300 Raumteilen Wasser gibt man
unter kräftigem Rühren 92,5 Gewichtsteile Dodecylamin und rührt so lange, bis aller
Schwefelkohlenstoff verbraucht ist. Zu der so gebildeten Lösung von dodecyl-dithiocarbaminsaurem
Natrium gibt man portionsweise ebenfalls unter Rühren 61 Gewichtsteile 1,3-Propansulton
(0,5 Mol) und erwärmt, zuletzt bei 50"C, noch etwa 1 Stunde nach. Auf Zusatz von
weiteren 92,5 Gewichtsteilen Dodecylamin (0,5 Mol) und weiteren 100 Gewichtsteilen
200ioiger Natronlauge (0,5 Mol) wird das gebildete dodecyl-dithiocarbaminyl-propan-a>-suffosaure
Natrium zerlegt, und der entstehende N,N'-Didodecylthioharnstoff scheidet sich in
hervorragender Ausbeute kristallin ab. Er wird abgesaugt, getrocknet und aus Dimethylformamid
oder Alkohol umkristallisiert. Sein Schmelzpunkt liegt bei 76 bis 77°C.
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Beispiel 4 N-n-Octyl-N'-n-butyl-thioharnstoff C8H17-NII-CS-N1I-C41I
Zu einer wäßrigen Lösung von n-octyl-dithiocarbaminyl - propan - - sulfonsaurem
Natrium, die, ausgehend von 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 64,5
Gewichtsteilen Octylamin (0,5 Mol), 500 Raumteilen Wasser und 100 Gewichtsteilen
200/obiger Natronlauge (0,5 Mol) und 60,5 Gewichtsteilen 1,3-Propansulton (0,5 Mol),
bereitet wurde, gibt man unter Rühren 73 Gewichtsteile Butylamin (1 Mol). Der sich
in bester Ausbeute alsbald abscheidende, in der Kälte kristallisierende Octyl-butylthioharnstoff
wird nach 1112 Stunden abfiltriert, getrocknet und aus Benzin vom Kp. 65 bis 95"C
umkristallisiert. Sein Schmelzpunkt liegt bei 53 bis 54"C.
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Beispiel 5 N-n-Dodecyl-N',N'-pentamethylen-thioharnstoff
341 Gewichtsteile n-dodecyl-dithiocarbaminylessigsaures Natrium (0,1 Mol), das aus
äquimolaren Mengen Dodecylamin, Schwefelkohlenstoff, Natriumhydroxyd und chloressigsaurem
Natrium erhältlich ist, werden in 340 Raumteilen Wasser von 40"C gelöst, und zu
der Lösung werden unter Rühren 187 Gewichtsteile Piperidin (0,2 Mol t 10010 Überschuß)
gegeben. Der sich nach kurzer Zeit zunächst
ölig abscheidende N-Dodecyl-N,N'-pentamethylenthioharnstoff
kristallisiert in der Kälte. Er wird abgesaugt und aus 800/oigem Alkohol umkristallisiert.
Die Ausbeute ist nahezu quantitativ, und sein Schmelzpunkt liegt bei 59 bis 60"C.
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Beispiel 6 N-n-Dodecyl-N'-oxäthyl-thioharnstoff C12H25-NH-CS-NH-CH2-CH2-OH
Zu einer Suspension von 92 Gewichtsteilen Dodecylamin (0,5 Mol), 500 Raumteilen
Wasser und 100 Gewichtsteilen 200/oiger Natronlauge (0,5 Mol) gibt man langsam 38
Gewichtsteile Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol) und rührt so lange, bis aller Schwefelkohlenstoff
umgesetzt ist. Der so erhaltenen Lösung von dodecyl-dithiocarbaminsaurem Natrium
fügt man alsdann 105,5 Gewichtsteile bromäthansulfonsaures Natrium (0,5 Mol) hinzu
und rührt bei 50"C 2 Stunden nach. Durch Zugabe von weiteren 100 Gewichtsteilen
200/obiger Natronlauge (0,5 Mol) und 37 Gewichtsteilen Monoäthanolamin (0,5 Mol)
und durch 2stündiges Nacherwärmen zuerst bei 50"C, zuletzt bei 90"C wird das gebildete
dodecyldithiocarbaminyl-äthansulfonsaure Natrium in mercaptoäthansulfonsaures Natrium
und Dodecyl-oxäthyl-thioharnstoff zerlegt, der sich ölig abscheidet und beim Abkühlen
kristallisiert. Er schmilzt, aus einem Gemisch von 5 Teilen Methanol und 2 Teilen
Wasser umkristallisiert, bei 73 bis 74,5°C.
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Beispiel 7 N-n-Octadecyl-N',N'-diäthyl-thioharnstoff
48,9 Gewichtsteile N - n - octadecyl - dithiocarbaminyl-propansulfosaures Natrium
(0,1 Mol), wie es aus äquimolaren Mengen Octadecylamin, Schwefelkohlenstoff, Natriumhydroxyd
und 1,3-Propansulton erhältlich ist, werden in 490 Raumteilen Wasser gebracht, und
zu der Aufschlämmung gibt man 18,5 Gewichtsteile Diäthylamin (0,25 Mol). Nach 5stündigem
Rühren bei 500 C läßt man erkalten und saugt den entstandenen N-Octadecyl-N',N'-diäthyl-thioharnstoff
ab. Die nach zweimaligem Umkristallisieren aus Alkohol analysenrein erhaltene Verbindung
schmilzt bei 65 bis 65,5"C.
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Beispiel 8 N,N'-Di-N"-octyl-thiocarbaminyl-äthylendiamin
Zu einer klaren wäßrigen Lösung von n-octyldithiocarbaminsaurem Natrium, die durch
Eintragen von 64,5 Gewichtsteilen Octylamin (0,5 Mol) in ein kräftig gerührtes Gemisch
von 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 20 Gewichtsteilen
Ätznatron
(0,5 Mol) und 300 Raumteilen Wasser hergestellt wurde, gibt man portionsweise 61
Gewichtsteile 1,3-Propansulton (0,5 Mol). Nach halbstündigem Nachrühren bei 35"C
fügt man dem Ansatz 80 Gewichtsteile einer 250/obigen Natronlauge (0,5 Mol) und
15,5 Gewichtsteile Äthylendiamin (0,25 Mol) hinzu. Das sich alsbald kristallin abscheidende
N,N-Di-octyl-thiocarbaminyl-äthylendiamin wird nach 2stündigem Nachrühren abgesaugt
und durch Umkristallisieren aus Methanol gereinigt. Die Ausbeute beträgt 310/0 der
Theorie und der Schmelzpunkt der analysen reinen Verbindung 129"C.
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Beispiel 9 N,N'-Di-N"-butyl-thiocarbaminyl-äthylendiamin
Arbeitet man in enger Anlehnung an die Angaben des vorherstehenden Beispiels, indem
man an Stelle von Octylamin 36,5 Gewichtsteile Butylamin (0,5 Mol) verwendet, so
erhält man das N,N'-Dibutyl-thiocarbaminyl-äthylendiamin, das beim Abkühlen kristallin
erstarrt und, aus Isopropanol umkristallisiert, bei 133 bis 133,5°C schmilzt.
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Beispiel 10 N,N'-Di-N"-butyl-thiocarbaminyl-piperazin
Zu einer in üblicher Weise aus 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol),
36,5 Gewichtsteilen Butylamin (0,5 Mol), 100 Gewichtsteilen 20prozentiger Natronlauge
und 310 Raumteilen Wasser hergestellten Lösung von butyl-dithiocarbaminsaurem Natrium
gibt man 55,3 Gewichtsteile Glycerina-chlorhydrin (0,5 Mol) und rührt bei 500 C
2 Stunden nach, wobei die anfänglich klare Lösung trüb wird.
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Anschließend versetzt man das Gemisch mit 100 Gewichtsteilen 200/oiger
Natronlauge (0,5 Mol) und mit 48,5 Gewichtsteilen Piperazin-Hexahydrat (0,25 Mol).
wodurch die Lösung vorübergehend klar wird, bis sich das entstehende N,N'-Di-N"-butylthiocarbaminyl-piperazin
abscheidet, das nach 2stündigem Nachrühren abgesaugt wird. Man erhält 45,6 Gewichtsteile
dieser Verbindung, die aus Alkohol umkristallisiert werden kann. Der Schmelzpunkt
liegt bei 173 bis 175"C. Die Ausbeute beträgt etwa 29% der Theone.
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Beispiel 11 N-n-Octyl-N'-phenyl-thioharnstoff
Unter Verwendung von 64,5 Gewichtsteilen Octylamin (0,5 Mol), 38 Gewichtsteilen
Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 100 Gewichtsteilen 200/oiger Natronlauge (0,5 Mol)
und 500 Gewichtsteilen Wasser stellt man in der wiederholt beschriebenen Weise eine
Lösung von octyl-dithiocarbaminsaurem Natrium her, welch letzteres durch Zugabe
von 30,5 Gewichtsteilen 1,3-Propansulton in das octyl-dithiocarbaminyl-propan-w-sulfonsaure
Natrium übergeführt wird. Auf Zugabe von 100 Gewichtsteilen 200/oiger Natronlauge
und 23,25 Gewichtsteilen Anilin erfolgt die Aufspaltung unter Abscheidung von Octylphenyl-thioharnstoff,
der beim Einstellen in Eis kristallisiert und in guter Ausbeute erhalten wird. Sein
Schmelzpunkt liegt nach einmaligem Umkristallisieren aus Methanol-Wasser im Verhältnis
4:1 bei 50 bis 52"C.
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Beispiel 12 N-n-Decyl-thioharnstoff C10H21-NH-CS-NH2 Zerlegt man
decyl-dithiocarbaminyl-propana>-sulfonsaures Natrium, das in der 6fachen Menge
Wasser gelöst ist, in Gegenwart von überschüssigem Ammoniak mit einer äquivalenten
Menge Natronlauge, so erhält man in hervorragender Ausbeute den n-Decyl-thioharnstoff,
der, aus Benzin umkristallisiert, bei 98 bis 99"C schmilzt.
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Beispiel 13 Äthylthioharnstoff C2H5-NH-CS-NH2 71,5 Gewichtsteile
äthyl-dithiocarbamidsaures Natrium (0,5 Mol), das aus äquimolaren Mengen Äthylamin
und Schwefelkohlenstoff hergestellt wird, werden in wäßriger Lösung mit 59 Gewichtsteilen
chloressigsaurem Natrium (0,5 Mol) in 150 Raumteilen Wasser tropfenweise versetzt.
Nach kurzem Nachrühren wird das gebildete Dithiourethan durch Erwärmen mit 34 Gewichtsteilen
250/obigem Ammoniak (0,5 Mol) zerlegt. Nach dem Abkühlen kristallisiert der Äthylthioharnstoff
vom Schmelzpunkt 143 bis 145"C.
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Beispiel 14 Butylthioharnstoff C4HH - CS - NH2 Zu einer wäßrigen
Lösung von n-butyl-dithiocarbamidsaurem Natrium, die in bekannter Weise aus 250
Raumteilen Wasser, 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 36,5 Gewichtsteilen
n-Butylamin (0,5 Mol) und 250 Raumteilen 2 n-Natronlauge (0,5 Mol) bereitet wurde,
gibt man unter Rühren 61 Raumteile aufgeschmolzenes Propansulton-1,3 (0,5 Mol) zu.
Nach lstündigem Nachrühren erwärmt man 30 Minuten mit 68 Gewichtsteilen 250/oigem
Ammoniak (1 Mol). Der Butylthioharnstoff
wird abgesaugt und aus
Wasser umkristallisiert. Ausbeute: 55 g (830/0 der Theorie) n-Butyl-thioharnstoff
vom Schmelzpunkt 79°C.
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Man kann den n-Butyl-thioharnstoff auch herstellen, indem man die
wie oben bereitete Lösung von n-butyl-dithiocarbamidsaurem Natrium mit 43 Gewichtsteilen
Propiolacton (0,5 Mol) umsetzt und das gebildete Dithiourethan durch Erwärmen mit
68 Gewichtsteilen 250/obigem Ammoniak (1 Mol) zerlegt, bis sich der n-Butyl-thioharnstoff
kristallin ausgeschieden hat.
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Beispiel 15 Benzylthioharnstoff C6H5-CH2-NH-CS-NH2 Zu einem Gemisch
von 38 Gewichtsteilen Schwefelkohlenstoff (0,5 Mol), 100 Gewichtsteilen 200/oiger
Natronlauge (0,5 Mol) und 250 Raumteilen Wasser tropft man unter Rühren 53,5 Gewichtsteile
Benzylamin (0,5 Mol). Wenn die Lösung klar geworden ist, tropft man gleichfalls
unter Rühren 50 Gewichtsteile Propiolacton (0,5 Mol) zu und erhitzt nach beendigter
Zugabe 1 Stunde mit 68 Gewichtsteilen 250/oigem Ammoniak (1 Mol) auf 100"C. Nach
dem Abkühlen wird abgesaugt. Der entstandene Benzylthioharnstoff schmilzt nach dem
Umkristallisieren aus wäßrigem Äthanol bei 160 bis 161°C.
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Die Ausbeute beträgt 75 Gewichtsteile (90010 der Theorie).