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Verfahren zur Herstellung von Thiol- bzw.
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Thionothiolphosphonsäureestern Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Thiol- bzw. Thionothiolphosphonsäureestern der allgemeinen Formel
in der R' und R" für vorzugsweise niedere Alkylreste stehen, R' darüber hinaus auch
einen gegebenenfalls halogensubstituierten Aryl-, bevorzugt Phenylrest darstellen
kann, während R"' einen gegebenenfalls halogensubstituierten Alkyl- oder Aryl-,
insbesondere Phenylrest bedeutet und X für ein Wasserstoffatom, einen niederen Alkyl-
oder Phenylrest steht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
in jeweils an sich bekannter Weise Alkyl- bzw. Aryl-O-alkyl-(thiono)-thiolphosphonsäureester
der allgemeinen Formel
bevorzugt in Form der entsprechenden Alkali- oder Ammoniumsalze bzw. in Gegenwart
von Säurebindemitteln mit a- Monohalogenalkancarbonsäure-N - (alkylmercapto- bzw.
- arylmercapto) - methylamiden der allgemeinen Formel
umsetzt oder daß man Alkyl- bzw. Aryl-O-alkyl-(thiono)-thiolphosphonsäureester der
allgemeinen Formel (1) bevorzugt in Form der entsprechenden Alkali- oder Ammoniumsalze
bzw. in Gegenwart von Säurebindemitteln zunächst mit a-Monohalogenalkancarbonsäure-N-
(hydroxymethyl)- amiden der allgemeinen Formel
zu Verbindungen der allgemeinen Formel
kondensiert oder daß man an Alkyl- bzw. Aryl-(thiono)-thiolphosphonylalkancarbonsäureamide
der allgemeinen Formel
Formaldehyd unter Bildung von Verbindungen der allgemeinen Formel (IV) anlagert
und letztere mit Alkyl- oder Arylmercaptanen der allgemeinen Formel HSR"' (VI) zur
Reaktion bringt, wobei man jeweils Verbindungen der allgemeinen Formel
erhält.
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In vorgenannten Formeln haben die Symbole R', R", R"' und X die weiter
oben angegebene Bedeutung, während Hal für ein Halogenatom steht.
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Aus einer Veröffentlichung von G. Ro s s i in »Gazzetta Chimica Italiana«,
Bd. 89, (1959), S. 1324 bis 1331, sind bereits Thiol- bzw. Thionothiol-
phosphorsäureester
der allgemeinen Struktur
bekannt; in letztgenannter Formel steht R für einen Methyl- oder Athylrest. R1 bedeutet
ein Wasserstoffatom, einen Methyl- oder Phenylrest und R2 eine Alkyl- oder Arylgruppe.
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Die von R os si beschriebenen Verbindungen besitzen eine gute insektizide,
insbesondere systemische Wirkung. Die Synthese der Produkte vorgenannter Struktur
erfolgt nach den Angaben des Autors auf folgenden Wegen.
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A. Es werden O,O-dimethyl- bzw. O,O-diäthyl-(thiono)-thiolphosphorsaure
Alkali- oder Ammoniumsalze mit Monochloressig- oder dem entsprechenden a-chlorierten
Phenylessig- bzw. Propion-
säureamid umgesetzt, die entstehenden O,O-Dimethyl- bzw.
-Diäthyl-(thiono)-thiolphosphorylessig-, -phenylessig- bzw. -propionsäureamide mit
Formaldehyd zur Reaktion gebracht und die erhaltenen, in a-Stellung phosphorylierten
N-(Hydroxy-methyl)-alkancarbonsäureamide anschließend mit Alkyl- oder Arylmercaptanen
kondensiert.
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B. Man stellt zunächst aus Monochloressig- bzw.
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Monochlorphenylessig- oder a-Monochlorpropionsäureamid und Formaldehyd
die entsprechenden N-(Hydroxy- methyl)- alkancarbonsäure- amid-Derivate her, kondensiert
diese in einer zweiten Reaktionsstufe mit aliphatischen oder aromatischen Mercaptanen
und setzt die entstehenden, in a-Stellung monochlorierten Alkancarbonsäure-N- (monoalkylmercapto-
bzw. -arylmercapto)-methylamide mit O,O-dimethyl- oder -diäthyl-(thiono)-thiolphosphorsauren
Alkalisalzen um. Der Reaktionsablauf bei den verschiedenen Verfahrensvarianten sei
an Hand der nachfolgenden Reaktionsschemata näher erläutert:
In vorgenannten Gleichungen haben die Symbole R, R1 und R2 die
weiter oben angegebene Bedeutung, während Me für ein Alkalimetallatom oder die Ammoniumgruppe
steht.
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Die verfahrensgemäß herstellbaren Verbindungen besitzen nicht nur
eine hervorragende insektizide Wirksamkeit. sondern sind in dieser Hinsicht den
bekannten
Thiol- bzw. Thionothiolphosphorsäureestern analoger Zusammensetzung eindeutig überlegen.
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Diese unerwartete technisch wertvolle Uberlegenheit der Verfahrensprodukte
sei an Hand der im folgenden tabellarisch zusammengestellten Ergebnisse von Vergleichsversuchen
dokumentiert:
| Insektiade Wirksamkeit |
| Verbindung (Konstitution) Wirkstoff- Abtötung der |
| -cH-co-NH-cH-Scl 0,1 70 |
| (C2lIsOP-S22 ~~~ Raupen 0,01 0 |
| (bekannt) Spinnmilben 0,01 0 |
| Blattläuse t 0,1 100 |
| 0,01 0 |
| S |
| P - S - CH2 - CO - NH - Raupen - 01 100 |
| Spinnmilben 0,01 100 |
| (ovizide |
| Wirkung) |
| Blattläuse 0,01 100 |
Wie aus den obigen Versuchsdaten hervorgeht, besitzt die erfindungsgemäße Verbindung
gegenüber dem analog gebauten bekannten Vergleichspräparat selbst bei Anwendung
in einer um eine ganze Zehnerpotenz geringeren Wirkstoffkonzentration noch eine
wesentlich bessere insektizide Wirkung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Gegenwart inerter
organischer Lösungs- oder Verdünnungsmittel durchgeführt. Bewährt haben sich für
den genannten Zweck vor allem niedere aliphatische Ketone und Nitrile, wie Aceton,
Methyläthyl-, Methylisopropyl-, Methylisobutylketon sowie Aceto-und Propionitril.
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Die Umsetzung wird vorzugsweise bei Raum-oder schwach erhöhter Temperatur
durchgeführt.
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Da die Reaktion jedoch oftmals mit mehr oder minder starker positiver
Wärmetönung abläuft, ist es in vielen Fällen erforderlich, das Reaktionsgemisch
von außen zu kühlen. Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwecks Erzielung
besonders guter Ausbeuten und Gewinnung reiner Verfahrensprodukte die Mischung nach
Vereinigung der Ausgangskomponenten noch längere Zeit, am besten über Nacht bei
Raumtemperatur nachzurühren.
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Die Umsetzung wird vorzugsweise mit den Salzen,
insbesondere den Alkali-
oder Ammoniumsalzen der entsprechenden Alkyl- bzw. Aryl-(thiono)-thiolphosphonsäureester
durchgeführt. Statt dessen ist es jedoch ebensogut möglich, in Gegenwart von Säurebindemitteln,
z. B. Alkalialkoholaten oder -carbonaten, zu arbeiten.
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Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten
Ausgangsmaterialien können nach der von R o s s i (a. a. 0.) beschriebenen Methode
hergestellt werden.
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Die verfahrensgemäß erhältlichen Verbindungen fallen zum Teil in
Form von Ulen an, die auch unter stark vermindertem Druck nicht unzersetzt destillierbar
sind; teilweise stellen die Verfahrensprodukte jedoch auch feste kristalline Substanzen
dar, die sich durch Umkristallisieren aus den gebräuchlichen Lösungsmitteln bzw.
Lösungsmittelgemischen leicht weiterreinigen lassen.
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Auf Grund ihrer hervorragenden insektiziden Eigenschaften finden
die erfindungsgemäß herstellbaren Thiol- bzw. Thionothiolphosphonsäureester als
Schädlingsbekämpfungsmittel vor allem im Pflanzenschutz Verwendung.
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Die folgenden Beispiele erläutern das beanspruchte Verfahren: Beispiel
1
50 g (0.20 Mol) Monochloressigsäure-N-(4-chlorphenylmercapto)-methylamid vom F.
83 bis 86"C (hergestellt nach der Vorschrift von G. Ro s s i, a. a. 0.) werden in
120 ccm Aceton gelöst. Zu dieser
Lösung fügt man bei Raumtemperatur unter Rühren
42 g (0,216 Mol) methyl -0- äthyl - thionothiolphosphonsaures Kalium. Nach etwa
30 Minuten hat sich eine Innentemperatur von 34°C eingestellt. Durch
Außenkühlung
mit Wasser wird die Mischung auf 20°C abgekühlt und letztere nach dem Abklingen
der exothermen Reaktion ohne weitere Kühlung noch 20 Stunden bei Raumtemperatur
gerührt. Alsdann saugt man das ausgeschiedene Salz ab, entfernt den Hauptteil des
Lösungsmittels im Vakuum, nimmt den Rückstand in Benzol auf und wäscht die Benzol
lösung mit einer verdünnten Natriumbicarbonatlösung. Hierauf wird die organische
Schicht über Natriumsulfat getrocknet und dann das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert,
zuletzt unter einem Druck von 2 Torr bei einer Heizbadtemperatur von 100°C. Man
erhält die Verbindung obiger Formel als wasserunlösliches Ul, das beim Stehen im
Kühlschrank erstarrt und nach dem Umkristallisieren aus
einem Benzol-Petroläther-Gemisch
den F. 21 bis 240C besitzt. Die Ausbeute beträgt 55 g (75% der Theorie).
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Analyse für Cl2Hl702NCIPS3 (Molgewicht 369,5): Berechnet ... N 3,79%,
P 8,40%, S 26,00%; gefunden ... N 3,85%, P 8,240/0, S 25,520/0.
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Raupen werden von 0,1 0/0igen Lösungen, Blattläuse von 0,01%igen
und Spinnmilben sogar noch von 0,001%igen Lösungen des Präparates vollständig getötet.
In einer Wirkstoffkonzentration von 0, % besitzt das Produkt eine l000/oige Wirksamkeit
gegen Spinnmilbeneier sowie eine systemische Wirkung gegenüber Haferläusen.
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Beispiel 2
Man löst 50 g (0,20 Mol) Monochloressigsäure-N-(4-chlorphenylmercapto)-methylamid
in 120 ccm Aceton und versetzt diese Lösung unter Rühren mit 45 g (0,216 Mol) äthyl-O-äthyl-thionothiolphosphonsaurem
Kalium. Nach 24stündigem Rühren des Reaktionsgemisches bei Zimmertemperatur wird
es in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise aufge-
arbeitet. Man erhält 46 g (60%
der Theorie) der Verbindung obiger Konstitution in Form eines wasserunlöslichen
Öles mit dem Brechungsindex nD20 = 1,5862.
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0,01%ige Lösungen des Produkts töten Raupen, Blattläuse und Spinnmilben
noch l000/oig ab. Beispiel 3
Die Verbindung obiger Struktur wird nach der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen
Arbeitsweise aus Monochloressigsäure-N-(4-chlorphenylmercapto)-methylamid und n-propyl-O-äthyl-thionothiolphosphonsaurem
Kalium in Aceton als Lösungsmittel erhalten. Sie fällt als wasserunlösliches schwachgelbes
Öl mit dem Brechungsindex n202 1,5617 an, das auch unter stark vermindertem Druck
nicht unzersetzt destillierbar ist; die Ausbeute beträgt 560/0 der Theorie.
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Analyse für ein Molgewicht von 397,5: Berechnet ... N 3,50/o, 5 24,5%;
gefunden ... N 3,l0/o, S 23,90/o.
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Uber die insektizide Wirksamkeit des Produktes gibt die folgende
Tabelle Aufschluß:
| Wirkstoff- Abtötung |
| Anwendung gegen konzentration der Schädlinge |
| in % in % |
| 0,1 (auch ovizide |
| Spinnmilben ...... (auch o |
| Wirkung) |
| O, O1 40 |
| @ 0,01 100 |
| 0,001 80 |
Beispiel 4
Das Produkt wird aus Monochloressigsäure-N-(4-chlorphenylmercapto)-methylamid und
phenyl-O-äthyl- thionothiolphosphonsaurem Kalium in gleicher Weise wie in den vorhergehenden
Beispielen erhalten. Das Präparat besitzt nach dem Umkristallisieren aus einem Benzol-Petroläther-Gemisch
den F. 64 bis 67"C. Die Ausbeute beträgt 82% der Theorie.
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Beispiel 5
Die Verbindung wird in gleicher Weise, wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben,
aus Monochloressigsäure
- N - äthylmercaptomethylamid vom F. 43
bis 44°C (hergestellt nach G. Rossi, a. a. 0.) und äthyl-O-äthyl- thionothiolphosphonsaurem
Kalium als wasserunlösliches Ol in einer Ausbeute von 760/0 der Theorie erhalten.
Das Produkt besitzt den Brechungsindex nD22= 1,5620.
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Beispiel 6
a) Zu 50 g 300/oiger Formaldehydlösung (enthaltend etwa 0,5 Mol Formaldehyd) fügt
man zunächst 1 g Kaliumcarbonat, danach unter Rühren bei 40°C 64 g (0,3 Mol) Methyl
- 0 - äthyl - thionothiolphosphonyl-essigsäureamid (hergestellt nach den Angaben
der deutschen Auslegeschrift 1137013), erwärmt die Mischung anschließend 1 Stunde
auf 50 bis 60"C und filtriert die erhaltene warme Lösung.
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Das Filtrat wird abgekühlt, anschließend mit Chloroform, dann mit
Methylenchlorid extrahiert, und die Extrakte werden über Natriumsulfat getrocknet.
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Sodann zieht man das Lösungsmittel vollständig ab, zuletzt unter
einem Druck von 2 Torr bei einer Heizbadtemperatur von 100"C, und erhält 58 g (80°/o
der Theorie) Methyl-O-äthyl-thionothiolphosphonylessigsäure-N-(hydroxy-methyl)-amid.
b) 81 g (0,33 Mol) Methyl-O-äthyl-thionothiolphosphonyl - essigsäure - N - (hydroxy
- methyl) - amid werden in 150 ccm Benzol gelöst. Zu dieser Lösung fügt man bei
Zimmertemperatur unter Rühren 31 g (0,5 Mol) Athylmercaptan, gelöst in 100 ccm Benzol,
und tropft anschließend 15 ccm Benzol ein, das zuvor in der Kälte mit Chlorwasserstoff
gesättigt worden war. Danach wird das Reaktionsgemisch noch 15 Stunden bei 40 bis
45"C gerührt, sodann abgekühlt, die erhaltene Lösung zuerst mit Eiswasser und darauf
mit Natriumbicarbonatlösung gewaschen.
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Zum Schluß trocknet man die organische Schicht über Natriumsulfat
und dampft dann das Lösungsmittel vollständig ab, zuletzt unter einem Druck von
2 Torr und bei einer Heizbadtemperatur von 100"C.
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Es werden 78 g des Produktes obiger Konstitution in Form eines Ules
erhalten, das den Brechungsindex n203 1,5672 besitzt.
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Analyse für CsH1sO2NPS3 (Molgewicht 287): Berechnet ... N 4,88%,
P 10,80%, S 33,45%; gefunden ... N 4,780/0, P 10,610/0, S 32,760/o.
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Beispiel 7
Man löst 61 g (0,25 Mol) Methyl-O-äthyl-thionothiolphosphonyl-essigsäure-N- (hydroxy
- methyl)-amid, hergestellt gemäß Beispiel 6 a), in 150 ccm Benzol, fügt zu dieser
Lösung bei Raumtemperatur 44 g (0,4 Mol) Thiophenol,. gelöst in 50 ccm Benzol, und
tropft anschließend unter Rühren 10 ccm
Benzol, das bei 0°C mit Chlorwasserstoff
gesättigt worden war, zu der Mischung. Sodann wird das Reaktionsgemisch 15 Stunden
auf 40°C erwärmt, danach abgekühlt und, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben,
aufgearbeitet. Man erhält die Verbindung der oben angegebenen Struktur in Form eines
Oeles mit dem Brechungsindex n203 1,6060.
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Die Ausbeute beträgt 77 g (920/0 der Theorie).
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Beispiel 8
76 g (0,336 Mol) a - Monobrompropionsäure-N-(äthylmercapto)-methylamid vom F. 34
bis 36°C (hergestellt in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von a-Monobrompropionsäure-N-(hydroxymethyl)-amid
mit Äthylmercaptan und Chlorwasserstoff in einem Essigsäureäthylester-Benzol-Gemisch)
werden in 200 ccm Aceton gelöst. In diese Lösung trägt man unter Rühren 70 g (0,336
Mol) äthyl-O-äthyl-thionothiolphosphonsaures Kalium ein. Die Temperatur des Gemisches
sinkt zunächst infolge des Verbrauchs von Lösungswärme auf etwa 9"C ab, steigt dann
aber im Verlauf von 20 Minuten wieder bis auf 33°C an. Man rührt die Mischung noch
24 Stunden nach, saugt dann den Niederschlag ab, wäscht ihn mit Benzol aus und zieht
aus dem Filtrat den Hauptteil des Lösungsmittels unter vermindertem Druck ab. Der
Rückstand wird in Ather aufgenommen und die ätherische Lösung dann mit einer kalten
Natriumbicarbonatlösung gewaschen. Schließlich trocknet man die organische Schicht
über Natriumsulfat, zieht das Lösungsmittel vollständig ab und erhält die Verbindung
obiger Formel als ein Ul, das allmählich kristallin erstarrt. Nach dem Umkristallisieren
aus Petroläther liegt der Schmelzpunkt des Produktes bei 48 bis 51"C. Die Ausbeute
beträgt 90 g (850/0 der Theorie).
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Beispiel 9
In eine Lösung von 70 g (0,31 Mol) a-Monobrompropionsäure-N- (äthylmercapto)- methylamid
in 200 ccm Aceton trägt man unter Rühren 60g (0,31 Mol) methyl - O - äthyl - thionothiolphosphonsaures
Kalium ein. Nachdem die Temperatur des Reaktionsgemisches zunächst infolge Verbrauchs
von Lösungswärme abgesunken ist, steigt sie alsdann im Verlaufe von 30 Minuten wieder
bis auf 30°C an.
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Man rührt die Mischung 24 Stunden nach, saugt dann die unlöslichen
Anteile ab, wäscht den Filterrückstand mit Benzol aus und arbeitet die Mischung,
wie im vorhergehenden Beispiel angegeben, auf. Es werden 77 g (820/0 der Theorie)
des Präparates obiger Formel erhalten, das nach dem Umkristallisieren aus einem
Benzol-Petroläther-Gemisch den Schmelzpunkt 43 bis 46°C besitzt.
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Beispiel 10
a) 70 g 300/oige Formaldehydlösung (enthaltend etwa 0,7 Mol Formaldehyd) werden
zunächst mit 1 g Kaliumcarbonat und dann unter Rühren mit 108 g (0,475 Mol) Methyl
- O - äthyl - thionothiolphosphonyl - α - propionsäureamid (hergestellt nach
den Angaben der deutschen Auslegeschrift 1 137 013) versetzt. Anschließend erwärmt
man die Mischung 1 Stunde auf 50 bis 60°C und filtriert sie dann in der Wärme. Das
Filtrat wird abgekühlt und mit Chloroform extrahiert. Den Extrakt trocknet man über
Natriumsulfat und zieht dann das Lösungsmittel unter stark vermindertem Druck ab,
zuletzt bei 2 Torr und einer Heizbadtemperatur von 100°C.
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Man erhält 102 g (84% der Theorie) Methyl-O-äthylthionothiolphosphonyl
- a- propionsäure-N- (hydroxymethyl)-amid. b) 52 g (0,2 Mol) Methyl-O- äthyl-thionothiolphosphonyl-
a-propionsäure-N- (hydroxymethyl)-amid werden in 200ccm Benzol gelöst. Zu dieser
Lösung fügt man zunächst unter Rühren 24 g (0,218 Mol) Thiophenol, tropft anschließend
bei Zimmertemperatur 5 ccm in der Kälte mit Chlorwasserstoff gesättigtes Benzol
ein und erwärmt das Reaktionsgemisch danach noch 15 Stunden bei 40°C.
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Zwecks Aufarbeitung der Mischung wird diese erst mit Eiswasser, dann
mit einer Natriumbicarbonatlösung gewaschen und danach die organische Phase über
Natriumsulfat getrocknet. Sodann destilliert man das Lösungsmittel vollständig ab,
zuletzt unter einem Druck von 2 Torr bei einer Wasserbadtemperatur von 100°C, und
erhält 51 g (730/0 der Theorie) der Verbindung obiger Konstitution in Form eines
hellbraunen Oeles, das den BrechungsindexnD = 1,5884 besitzt.
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Beispiel 11
a) In analoger Weise wie im vorhergehenden Beispiel erhält man aus wäßrigem Formaldehyd
und Athyl-O-äthyl- thionothiolphosphony1 -a-propionsäureamid in einer Ausbeute von
810/0 der Theorie Fithyl-O-athyl- thionothiolphosphony1 -a-propionsäure-N-(hydroxy-methyl)-amid.
b) Zu einer Lösung von 45 g (0,166 Mol) Äthyl-O-äthyl- thionothiolphosphony1 -a-propionsäure-N-(hydroxymethyl)-amid
in 150 ccm Benzol gießt man unter Rühren 19 g (0,173 Mol) Thiophenol und tropft
dann bei Raumtemperatur 5 ccm kalt mit Chlorwasserstoff gesättigtes Benzol zu der
Mischung.
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Nach Beendigung des Eintropfens erwärmt man das Reaktionsgemisch noch
15 Stunden auf 40"C und arbeitet es dann in der bereits mehrfach beschriebenen Weise
auf. Es werden 48 g (800/0 der Theorie) der Verbindung obiger Struktur in Form eines
rotbraunen Oles mit dem Brechungsindex n2D'= 1,5824 erhalten.