DE1168433B - Verfahren zur Herstellung von Isothiazolen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Isothiazolen Die Erfindung bezieht sich auf cin Verfahren zur Herstellung von Isothiazolen.
• Während Benzoisothiazol und seine Derivate schon lange bekannt sind, wurde Isothiazol erstmalig im Jahre 1956 (Adams und Slack, »Chemistry and Industry«, 1956, S. 1232) und 3-Methylisothiazol im Jahre 1959 (Adams und Slack, »Journal of the Chemical Society«, 1959, S. 3061) beschrieben. Beide Substanzen wurden nur in Gramm-Mengen erhalten, und zwar das Isothiazol selbst durch oxydativen Abbau von 5-Aminobenzo-1,2-isothiazol über die Isothiazol-4,5-dicarbonsäure, die 4-Monocarbonsäure, deren Ester, Hydrazid und Azid durch den Curtiusschen Säureabbau und durch reduzierende Diazotierung des über das Benzylurethan schließlich erhaltenen 4-Aminiosothiazols. 3-Methylisothiazol wurde auf einem ähnlich komplizierten Weg ausgehend von ß-Iminothiobutyramid erhalten. Da die Ausgangssubstanzen für diese Synthese bereits schwierig zu erhaltende Verbindungen sind, kommt diesen in ihrem Gedankengang eleganten Wegen selbst für die pharmazeutische Industrie nur geringe Bedeutung zu.
• Es wurde nun gefunden, daß Isothiazol sehr leicht aus einfachsten Petrochemikalien in einer normalen Gasphasereaktion hergestellt werden können, wenn man Olefine mit drei oder mehr Kohlenstoffatomen mit Schwefeldioxyd und Ammoniak bei Temperaturen zwischen 200 und 500° C über dehydrierend, crackend oder dehydratisierend wirkende Feststoffe leitet.
• Setzt man beispielsweise Propylen mit Schwefeldioxyd und Ammoniak in Gegenwart eines entsprechenden Kontaktes, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 250 und 400° C um, so erhält man in Ausbeuten von etwa 50'% unmittelbar das Isothiazol selbst. Seine Identität ergibt sich durch Vergleich seines Infrarotspektrums mit dem in der Literatur (»Journal of the Chemical Society«, a. a. O.) bereits angegebenen.
• Da die Reaktion allgemein auf Olefine mit mehr als drei Kohlenstoffatomen anwendbar ist, sind auch die Alkylderivate des Isothiazols, sogar in besseren Ausbeuten, auf dem gleichen Weg zugänglich. Beispielsweise gewinnt man aus Isobutylen das bisher noch unbekannte 4-Methylisothiazol, dessen Konstitution durch Oxydation zur bereits beschriebenen (»Journal of the chemical Society«, a. a. O.) Isothiazol-4-carbonsäure und Umsetzung zu deren Methylester bewiesen werden kann.
• Erfindungsgemäß werden die Ausgangsstoffe über dehydrierend, crackend oder dehydratisierende Feststoffe geleitet. Für das Verfahren eignen sich zahlreiche Substanzen, beispielsweise Aktivkohle, Aluminiumoxyd, synthetische oder natürliche Aluminiumsilikate, Silikate, Kieselgur. Auch Crackkontakte aus der Erdölindustrie können verwendet werden. Zusätze wie Zinkoxyd oder Magnesiumoxyd beeinflussen die Reaktion wenig, während Feststoffe, welche die in mehreren Wertigkeitsstufen vorkommenden Metalle der Zwischengruppen des Periodischen Systems oder deren Verbindungen, beispielsweise Wolfram-, Molybdän-, Eisen-, Kobalt- und Nickelverbindungen enthalten, gute Umsätze und Ausbeuten liefern. Die Oxyde oder Sulfide oder in diese unter den Reaktionsbedingungen umwandelbare Verbindungen der Elemente der 11I. bis VIII. Nebengruppe des Periodischen Systems können für das Verfahren allein oder in Kombination verwendet werden.
• Ob es sich bei dem Verfahren gemäß der Erfindung um einen katalytischen Effekt handelt, kann nicht mit Sicherheit gesagt werden, zumal verschiedene Zwischenprodukte auftreten können, je nach Art und Wirkung der verwendeten Feststoffe, die dehydrierend, crackend oder dehydratisierend sein können. Vor allem erscheint eine dehydrierende Cyclisierung wahrscheinlich.
• Das Verfahren kann bei Drücken zwischen 0,1 und 20 ata durchgeführt wreden, doch wird in dem Temperaturbereich zwischen 250 und 400° C vorzugsweise bei Normaldruck gearbeitet.
• Die Molverhältnisse der umzusetzenden Gase können in weiten Grenzen schwanken, doch sollte ein Überschuß von Schwefeldioxyd vermieden werden, da neben einer stärkeren Kohlendioxydbildung auch Schwierigkeiten bei der Aufarbeitung durch vermehrte Schwefel- und Polysulfidbildung auftreten können. Günstig für die Reaktionsführung wirken sich dagegen Ammoniak- und Olefinüberschuß aus. Durch geeignete Maßnahmen lassen sich in diesem Fall die beispielsweise durch Waschen mit Wasser von Ammonsulfid und -carbonat gereinigten Reaktionsgase im Kreislauf führen.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Isothiazol und seine Derivate zu technisch leicht zugänglichen und billig herzustellenden Verbindungen. Die bereits beschriebenen Eigenschaften lassen ein erhebliches Interesse der pharmazeutischen und Farbenindustrie erwarten. Beispiel 1 Ein Gasstrom aus gleichen Volumenteilen Propylen, Schwefeldioxyd und Ammoniak wird in einer auf 350°C gehaltenen Glasröhre über aktiviertes Aluminiumoxyd geleitet. Das anfänglich gelbe, später dunkle Reaktionsprodukt scheidet sich in einer auf 20°C gehaltenen Vorlage in zwei Schichten, während nicht umgesetztes Propylen in einer nachgeschalteten Tiefkühlfalle kondensiert. Nach Aufnahme der organischen Schicht in Äther und Extraktion der wäßrigen Phase mit dem gleichen Lösungsmittel werden die ätherischen Lösungen vereinigt, das Lösungsmittel abgetrieben und der Rückstand destilliert. Aus 39,5 g umgesetztem Propylen werden bei einer Destillationstemperatur von 113 bis 118° C 35,2 g eines Rohproduktes erhalten, das nach der gaschromatographischen Analyse noch etwa 4% Verunreinigungen enthält. Bei der Fraktionierung in der Drehbandkolonne zeigt das reine Isothiazol bei einem Druck von 758 mm Ouecksilbersäule einen Siedepunkt von 114,8° C. Das Infrarotspektrum stimmt mit dem bereits veröffentlichten (»Journal of the chemical Society« a. a. O.) überein. Der Brechungsindex n2,0 ist 1,5318. Beispiel 2 Propylen, Schwefeldioxyd und Ammoniak im Molverhältnis 4 : 3 : 4 werden bei 200° C über Aktivkohle geleitet. Bei langsamer Temperatursteigerung beginnen bei einer Reaktionstemperatur von knapp 250° C flüssige Reaktionsprodukte in der auf 20° C gehaltenen Vorlage zu kondensieren. Nach Temperatursteigerung auf 330° C wird die Reaktion lebhafter, in der Vorlage scheiden sich die Reaktionsprodukte in eine hellere und größere wäßrige Phase und eine dunklere organische Schicht. Nach einer Wasserdampfdestillation unter Rückführung des wäßrigen Destillates und nach Behandeln der organischen Phase mit festem Kaliumhydroxyd werden 4611/0 der Theorie Isothiazol erhalten. Beispiel 3 Über einen Kontakt, der 7,5 ",'o Molybdänoxyd und 3% Kobaltoxyd auf Aluminiumoxyd enthält, werden bei 300°C 221/h Isobutylen und je 171/h Schwefeldioxyd und Ammoniak geleitet. Das wie im Beispiell erhaltene Reaktionsprodukt wird einer Wasserdampfdestillation und das mit Alkali versehene Destillat einer kontinuierlichen Ätherextraktion unterworfen. Nach Entfernen des Äthers destilliert das gebildete 4-Methylisothiazol in einer Ausbeute von 51%, bezogen auf umgesetztes Isobutylen, bei 145 bis 147° C über. Durch Oxydation des Produktes mit alkalischer Permanganatlösung erhält man die in der Literatur (»Journal of the chemical Society«, a. a. O) bereits beschriebene Isothiazol-4-carbonsäure vom Schmelzpunkt 162° C.
• Beispiel 4 Über einen Kontakt, der aus einem Gemisch der Oxyde von Silicium (90%), Aluminium (9,70/0), Chrom (0,15°/0), Natrium (0,1%) sowie Vanadium und Nickel (Spuren) besteht, werden bei 310° C 81/h Buten-2, 121/h Schwefeldioxyd und 1.21/h Ammoniak geleitet; die auf den leeren Reaktionsraum bezogene Verweilzeit beträgt hierbei etwa 15 Sekunden.
• Durch Kondensation in einem nachgeschalteten Kühler erhält man ein aus zwei Phasen bestehendes, dunkel gefärbtes Reaktionsprodukt, von dem die wäßrige Phase abgetrennt wird. Nach einer Wasserdampfdestillation der organischen Phase und Trocknen des erhaltenen wasserunlöslichen Destillates mit Pottasche wird das Reaktionsprodukt in einer gut trennenden Destillationskolonne destillativ aufgearbeitet. Dabei werden drei Fraktionen erhalten, wobei die mit 32% des Destillationseinsatzes bei 84° C anfallende Fraktion sich als reines Thiophen erweist. Als zweite Fraktion fällt in einer Menge von 48,611/o des Destillationseinsatzes 3-Methylisothiazol mit einem Siedepunkt von 134' C an. Die dritte Fraktion, 18,5% des Einsatzes, siedet bei 144° C und besteht neben geringen Verunreinigungen von weniger als 0,5% aus dem bisher noch unbekannten 5-Methylisothiazol.
• Die Zusammensetzung des annfallenden Reaktionsproduktes läßt sich durch die Kontaktzusammensetzung sowie durch Temperatur und Verweilzeit beeinflussen. Mit zirkonhaltigen Kontakten wird ein geringerer Thiophenanteil und nahezu das umgekehrte Verhältnis von 3- und 5-Methylisothiazol erhalten.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Isothiazolen, dadurch gekennzeichnet, daß man Olefine mit drei oder mehr Kohlenstoffatomen mit Schwefeldioxyd und Ammoniak bei Temperaturen zwischen 200 und 500° C über dehydrierend, crackend oder dehydratisierend wirkende Feststoffe leitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe Metalle der Nebengruppen des Periodischen Systems, die in mehreren Wertigkeitsstufen vorkommen, oder deren Verbindungen enthalten.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 250 und 400° C bei Normaldruck durchgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: »Beilsteins Handbuch der organischen Chemie«, Auflage, Bd. 1, S. 691 ff.