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Verfahren zur Herstellung von Imidchloriden Es wurde gefunden, daß
man organische Stickstoffverbindungen, welche die Imidchloridgruppierung - N = C
-Cl enthalten, erhält, wenn man Verbindungen der allgemeinen Formel R1 N - R3 R2
in welcher R1 und R2 für Alkyl- oder Arylgruppen stehen, die gegebenenfalls weiter
durch Halogen, Cyan-, Aryl-, Alkyl-, Amino- oder Iminoreste substituiert oder durch
Methylen-, Methingruppen oder Heteroatome zu einem heterocyclischen Ringsystem verbunden
sein können, wobei einer der Reste R1 oder R2 in a-Stellung zum Stickstoff ein Wasserstoffatom
tragen muß und R3 einen gegebenenfalls einfach oder mehrfach substituierten Methyl-
oder Arylrest bedeutet, oder die Salze oder die Quaternisierungsprodukte dieser
Verbindungen in einer ersten Stufe bei Temperaturen zwischen -20 und t 1400C bis
zur Absättigung chloriert und anschließend in einer zweiten Stufe bei Temperaturen
zwischen etwa 120 und 300"C chlorierend spaltet.
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Im Verlaufe der Reaktion wird R3 abgespalten.
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Wesentlich für den Verlauf der Reaktion ist die Temperaturführung:
die Aminoverbindungen werden bei Temperaturen unter 140"C so weitgehend mit Chlor
abgesättigt, daß bei den anschließenden chlorierenden Spaltung, die zwischen 130
und 300"C erfolgt Kondensations- und Polymerisationsreaktionen vermieden werden.
Weiterhin wird durch das Einführen von Chlor bei niederen Temperaturen eine Positivierung
der zum Stickstoff a-ständigen C-Atome bewirkt und dadurch die nachfolgende Spaltung
gegenüber Nebenreaktionen begünstigt.
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Die aufgeführten Amine sind im allgemeinen so starke Basen, daß zu
Beginn der Chlorierung die Hydrochloride ausfallen. Es können daher auch sofort
die Hydrochloride oder deren Alkylierungsprodukte eingesetzt werden. Mit fortschreitender
Chlorierung wird die Basizität der Amine so weit herabgesetzt, daß die Ammoniumverbindung
nicht mehr beständig ist und der Chlorwasserstoff oder die chlorierte Alkylgruppe
wieder abgespalten werden.
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Bei den arylsubstituierten Aminen ist es möglich, durch Quaternierung
den Verlauf der Kernchlorierung zu beeinflussen.
Ausgangsstoffe, welche den geforderten
Bedingungen entsprechen, sind z. B.
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Neben einer weitgehenden Chlorierung des gesamten Moleküls können
Folgereaktionen eintreten die ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung dein sollen.
Ringsysteme, z. B. N,N'-Dimethylpiperazin, werden durch Ubergang in den aromatischen
Zustand stabilisiert. Das Urotropin wird bei der Chlorierung in der Weise gespalten,
daß man als Reaktionsprodukt Cyanurchlorid erhält. Im Falle des Dimethylamino-acetonitrils
wird die Cyangruppe abgespalten und das Molekül dimerisiert.
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Die Chlorierung kann auch, besonders wenn die hochschmelzenden Ammoniumsalze
als Ausgangsprodukte eingesetzt werden, in einem Lösungsmittel durchgeführt werden.
Geeignete Lösungsmittel sind z. B. 1,2,4-Trichlorbenzol, Chloroform, Tetrachloräthan
und Phthalylchlorid.
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Das Verfahren ist um so überraschender, als bis jetzt nur in wenigen
Fällen die direkte Chlorierung von aliphatischen oder aliphatisch-aromatischen Aminen
oder ihren Salzen beschrieben wurde. So ist z. B. bekannt, daß sich das Additionsprodukt
von Chlor an Trimethylamin schon bei 35"C unter Umständen explosionsartig zersetzt
(vgl. H 0 u -ben-Weyl, Bd.V/3, S. 135).
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Produkte sind
teilweise bekannt. Die bekannten Verbindungen sind aber auf anderem Wege nicht oder
nur schwer zugänglich. Sie sind wertvolle Produkte zur Herstellung von Schädlingsbekämpfungsmitteln,
Herbiciden, Farbstoffen, Pharmazeutica und Kunststoffen, bzw. sie besitzen selbst
eine Wirkung auf diesen Gebieten, vor allem auf dem Pflanzenschutzgebiet.
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Beispiel 1 Cl2C = NCCl2CCl2N = CC12 116 Gewichtsteile Tetramethyläthylendiamin
werden in 1000 Volumteilen 1,2,4-Trichlorbenzol gelöst.
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Anschließend wird ein zunächst schwacher Chlorstrom eingeleitet und
die sehr stark exotherm verlaufende Reaktion durch Kühlung so gebremst, daß die
Temperatur sich zwischen 70 und 800 C hält.
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Wenn die exotherme Reaktion abgeklungen ist wird unter Bestrahlung
mit UV-Licht weiterchloriert und die Temperatur so gesteigert, daß innerhalb einer
Stunde eine Steigerung um 10 bis 15"C erfolgt.
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Anschließend wird 3 Stunden bei 200 bis 230"C weiterchloriert, dann
mit Stickstoff ausgeblasen und die Lösung abgekühlt. Beim Abkühlen kristallisiert
die
Hauptmenge des Tetrachloräthan-bis-isocyaniddichlorids aus, der Rest kann durch
weiteres Einengen der Lösung erhalten werden.
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F. (nach Umkristallisation in Toluol) 166"C, weiße Plättchen.
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Analyse: C4C18N2.
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Gefunden ... C 13,560/0, N 7,900/0, Cl 79,05°/o; berechnet . . C13,30/o,
N7,8°/o, Cl 79,0010.
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MG-Bestimmung (nach R a s t in Hexachlorbenzol).
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Gefunden... 365; berechnet . . 360.
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Zur gleichen Verbindung gelangt man bei der Chlorierung des Dimethylaminoacetonitrils
unter Abspaltung von Chlorcyan bei der Chlorierung unter gleichen Bedingungen wie
im Beispiel 1.
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Beispiel 2 140 Gewichtsteile Hexamethylentetramin werden in 600 cm3
Tetrachloräthan suspendiert und bei Raumtemperatur ein schwacher Chlorstrom eingeleitet,
wodurch die Temperatur sehr schnell auf 80 bis 90"C steigt und die Suspension ein
dicker Brei wird. Anschließend wird die Temperatur langsam bis 135 bis 140"C gesteigert
(10°C/Std.). Unter Bestrahlung mit UV-Licht wird so lange weiterchloriert, bis -
bis auf einen geringfügigen Rückstand - alles in Lösung gegangen ist. Nach Abfiltrieren
des Rückstandes wird das Tetrachloräthan abdestilliert und das zurückbleibende gelbe
Ol bei 200 bis 240°C weiterchloriert. Während der Chlorierung sublimierten große
Mengen einer bei 190°C siedenden und 146°C schmelzenden weißen Substanz in den Kühler.
Die gleiche Substanz erhält man bei der anschließenden Destillation des Chlorierungsproduktes.
Sie wurde durch Analyse, Mischschmelzpunkt und Spektrum als Cyanurchlorid identifiziert.
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Beispiel 3
355 Gewichtsteile (6 Mol) Trimethylamin werden unter Eiskühlung in 1000 Volumteilen
1,2,4-Trichlorbenzol gelöst. Dann wird bei anhaltender Kühlung bis zur Sättigung
Chlorwasserstoff aufgeleitet. Man erhält eine breiige Suspension des Chlorhydrats
in Trichlorbenzol, in die unter Rühren und UV-Belichtung bei 140°C 20 Stunden Chlor
eingeleitet wird. Das Reaktionsprodukt, eine klare tiefbraune Lösung, wird im Vakuum
über eine Silberkolonne fraktioniert. Man trennt nun das Lösungsmittel, Kp.16 90
bis 95oC, von den übrigen Fraktionen, Kp.16 60 bis 900C und 95 bis 210°C, und gewinnt
so ein Gemisch chlorierter Amine, das unter UV-Belichtung 4 Stunden bei 1700C und
11 Stunden bei 2000 C chloriert wird. Dann wird nochmals im Vakuum über eine Silberkolonne
fraktioniert; das Trichlormethyl-isocyaniddichlorid geht bei Kp.17 65 bis 67°C über.
20= 1,5540.
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Analyse: C2Cl5N (215,3).
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Berechnet . . C 11,160/0, Cl 82,35%, N 6,510/0; gefunden . .. C 11,58%,
Cl 82,10/0, N N6,401o, 11,65%, 6,7%.
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Beispiel 4
In die Suspension von 576 g (4 Mol) feingepulvertem Dimethylamino - äthylchlorid
- hydrochlorid in 700 cm3 1,2,4-Trichlorbenzol wird unter Rühren und UV-Belichtung
Chlor eingeleitet. Nach etwa 40 Stunden bei 130 bis 140°C ist das Salz unter Chlorwasserstoffentwicklung
in Lösung gegangen.
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Die resultierende braune Flüssigkeit wird nun noch 3 Stunden bei 1600C
und 16 Stunden bei 210°C chloriert. Das im Verlaufe der Reaktion abgespaltene Chloroform
kann über einen Veresterungsaufsatz abgetrennt werden. Nachdem Chlorwasserstoff
und überschüssiges Chlor mit Stickstoff ausgetrieben wurden, wird das Reaktionsgemisch
im Vakuum über eine Silberkolonne fraktioniert. Bei Kp.13 120 bis 121°C geht das
Pentachloräthyl-isocyaniddichlorid als farblose Flüssigkeit über. nD20 = = 1,5530.
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Analyse: C3Cl7N (298,24).
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Berechnet ... C 12,090/o, Cl 83,250/0, N 4,700/o; gefunden . . C
12,610/0, Cl 82,550/o, N 5,050/0.
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Beispiel 5 X,X,X-Trichlorphenyl-isocyaniddichlorid 400 g (2,33 Mol)
Trimethylphenyl-ammoniumchlorid werden in 700 cm3 1,2,4-Trichlorbenzol suspendiert.
Dann wird unter Rühren und Belichtung mit der UV-Lampe 13 Stunden bei 100°C chloriert.
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Das Ammoniumsalz geht in Lösung, und man erhält unter Chlorwasserstoffentwicklung
eine gelbe und eine tiefbraune Flüssigkeit, die in zwei Phasen getrennt bleiben.
Nun wird, während weiter Chlor eingeleitet wird, die Temperatur alle 2 Stunden um
20°C gesteigert, bis 200°C erreicht werden, und dann noch 7 Stunden bei dieser Temperatur
chloriert. Das Reaktionsgemisch wird im Vakuum fraktioniert, das Lösungsmittel abgetrennt
und die übrigen Anteile nochmals bei 240°C 18 Stunden chloriert. Dann wird das Reaktionsprodukt
über eine Silberkolonne fraktioniert. Das Trichlorphenyl-isocyaniddichlorid destilliert
als schwach hellgelbe Flüssigkeit vom Kp.is 148 bis 153°C über. n70= 1,5950.
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Analyse: C7H2Cl5N (277,4).
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Berechnet C 30,32°/o, H 0,730/0, N 5,05°/o, Cl 63,91%; gefunden C
30,04%, H 0,760/o, N 5,230/0, Cl 64,40/0, 30,360/o, 0,890/0, 5,250/0, 64,50/0.
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Beispiel 6 Tetrachlorpyrazin aus N,N'-Dimethylpiperazin Die Lösung
von 80 g (0,7 Mol) N,N'-Dimethylpiperazin in 150 cm3 Chloroform wurde unter Eiskühlung
8 Stunden bei 30°C chloriert. Nachdem dann die zu Beginn stark exotherme Reaktion
abge-
klungen war, wurden 200 ccm 1,2,4-Trichlorbenzol zugegeben, das Chloroform
abdestilliert und die Suspension unter UV-Belichtung bei höheren Temperaturen, zuletzt
bei 2000 C, weiterchloriert. Die Destillation im Vakuum ergab beim Kp.i5 100 bis
145°C eine Fraktion, aus der das Tetrachlorpyrazin beim Erkalten in farblosen Kristallen
ausfiel. Nach der Umkristallisation aus Methanol wurden farblose Blättchen vom F.97
bis 99°C erhalten.
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C4C14N2 (217,9).
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Berechnet ... C 22,050/0, Cl 65,090/0; gefunden ... C 22,41%, Cl
64,7%, 22,340/0, 65,00/0.
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Beispiel 7 Tetrachlorpyrazin aus N,N'-Bisäthanolpiperazin 87 g (0,5
Mol) N,N'-Bisäthanolpiperazin wurden mit 250 cm3 1,2,4-Trichlorbenzol versetzt,
und zu Beginn der Umsetzung mußte mit Eis gekühlt werden, unter UV-Belichtung 6
Stunden bei 25°C chloriert.
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Dann wurde erhitzt und die Chlorierung, während die Temperatur langsam
bis auf 200°C gesteigert wurde, fortgesetzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch
im Vakuum fraktioniert. Beim Kp.14 100 bis 140°C wurde eine Fraktion erhalten, aus
der beim Erkalten das Tetrachlorpyrazin auskristallisierte.
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Die Umkristallisation aus Acetonitril oder Methanol ergab farblose
Blättchen vom F. 96 bis 99°C.
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C4C14N2 (217,9), Berechnet ... C 22,05%, N 12,86%; gefunden ... C
22,40% N 12,65% 22,420/0, 12,660/0.
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Beispiel 8 Tetrachlorpyridin und Pentachlorpyridin aus N-Methylpiperidin
In die Lösung von 198 g (2 Mol) N-Methylpiperidin in 200 cm3 Chloroform wurde unter
Eiskühlung bei 10° C Chlor eingeleitet. Es wurde eine breiige Suspension erhalten,
die nun unter Rühren und UV-Belichtung bei 20°C bis zur klaren Lösung chloriert
wurde. Dann wurde die Temperatur langsam gesteigert, bei 600 C das Chloroform abdestilliert
und, während weiter unter UV-Belichtung Chlor eingeleitet wurde, das Gemisch jeweils
einige Stunden bei 120, 140, 160, 1800C und zuletzt bei 200°C gehalten. Anschließend
wurde mit Stickstoff ausgeblasen und im Vakuum fraktioniert. Beim Kp.12 109 bis
1250 C ergab beim Erkalten als festen Anteil 31 g = 6,20/o der Theorie. Pentachlorpyridin
- aus Äthanol farblose Polyeder vom Schmp. 125 bis 127°C - und als Mutterlauge 22
g Tetrachlorpyridine. Die Gesamtausbeute an isomeren Tetrachlorpyridinen betrug
256 g = 590/0 der Theorie.
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CsClsN (251,4).
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Berechnet . .. C 23,890/0, Cl 70,52%, N 5,570/0; gefunden ... C 24,04%,
Cl 70,45%, N 5,71%, 24,200/0, 70,650/0, 5,760/0.
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C5HCl4N (216,9).
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Berechnet ... C 27,69%, H 0,470/0, N 6,460/0; gefunden . . C 27,20%,
H 0,5%, N 6,41%.
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27,46%, 0,5%,
Beispiel 9
2,6-Dichlor-4-pentachloräthyl-phenylisocyaniddichlorid 90 g 4 - (1- Hydroxy- 2,2,2-
trichloräthyl)- dimethylanilin werden in 150 cm3 Chloroform gelöst und bei Raumtemperatur
chloriert. Nach Abklingen des Wärmestoßes muß die Temperatur um mindestens 10°C/Stunde
erhöht werden, da sonst Verharzung eintritt. Die Chlorierungsgeschwindigkeit kann
durch Bestrahlung mit UV-Licht ab etwa 120°C erhöht werden. Endtemperatur 200°C.
Sehr viskoses, hellgelbes Öl, welches langsam durchkristallisiert. Kp.0,1 200 bis
210°C; n20 = 1,6133.
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C0H2Cl9N.
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Berechnet C 24,4%. H 0,45%, N 3,16%, Cl 71,9; gefunden C 24,77%,
H 0,5 %, N 3,36%, Cl 71,0%.
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Beispiel 10 405 Gewuchtsteile 4-N,N-Dimethylaminotoluol werden in
350 Gewichtsteilen Chloroform gelöst und, wie im Beispiel 1 beschrieben, chloriert.
Das Chloroform wird bei steigender Temperatur allmählich mit dem Chlorstrom vertrieben.
Bei der anschließenden Vakuumdestillation werden durch Fraktionierung zwei Verbindungen
erhalten:
Kp.o,os 142 bis 1480C CgH2Cl7N.
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Berechnet C 26,63%, H 0,55 %, Cl 68,94%, N 3,88% gefunden C 26,42%,
H 0,650/0, Cl 69,750/o, N 3,85°/o
Kp.0,05 171 bis 172°C C8HClsN.
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Berechnet C 24,30%, H 0,25%, Cl 71,90%, N 3,55%; gefunden C 24,800/0,
H O4901o, Cl 71,30°/o, N 3,770/0.
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Beispiel 11 405 Gewichtsteile 3-N,N-Dimethylaminotoluol werden in
350 Gewichtsteilen Chloroform gelöst und anfangs bei 120 und zuletzt bei 200°C in
Gegenwart von UV-Licht chloriert. Das Chloroform wird bei steigender Temperatur
allmählich mit dem Chlorstrom vertrieben. Bei der anschließenden Vakuumdestillation
erhält man 2,4,6-Trichlor-3-dichlormethyl-isocyaniddichlorid
Kp.0,3 173 bis 175°C.
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C8H2Cl7N.
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Berechnet C 26,63%, H 0,55%, Cl 68,94%, N 3,8%; gefunden C 26,58%,
H 0,670/0, Cl 69,lO0lo, N 3,830/0.
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Beispiel 12 405 Gewichtsteile 2-N,N-Dimethylaminotoluol werden in
350 Gewichtsteilen Chloroform gelöst und angangs bei 120 und zuletzt bei 200°V in
Gegenwart von UV-Licht chloriert. das Chlorofrm wird bei steigender Temperatur allmählich
mit dem Chlorstrom vertrieben. Bei der anschließenden Vakuumdestillation erhält
man 2,4-Dichlor-6-trichlormethyl-isocyaniddichlorid:
Kp.o'2 159 bis 162"C.
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C8H2Cl7N.
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Berechnet C 26,63°/o, H 0,55%; C1 68,94°/o, N 3,88°/o; gefunden C
27,23%, $H 0,50%, Cl 68,25%, $N 3,86%.
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Beispiel 13 Trichlorbenzyl-isocyaniddichlorid 540 g Dimethylbenzylamin
werden in 600 cm3 Chloroform gelöst und unter Belichtung mit einer UV-Lampe chloriert,
bis der zu Beginn ausfallende gelbe Niederschlag wieder in Lösung gegangen ist.
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Das Chloroform wird nun abdestilliert und die Temperatur im Verlaufe
der Chlorierung langsam auf 220°C gesteigert. Sobald keine Chlorwasserstoffentwicklung
mehr zu beobachten ist, wird das Reaktionsgemisch fraktioniert. Das Trichlorobenzyl-isocyaniddichlorid
wird bei Kp.14 175 bis 185°C Cerhalten.
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CsH4ClsN (291,41).
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Berechnet ... C 32,97%, H 1,38%, Cl 60,84$ gefunden . . C 32,61°/o,
H 1,13°/o, C1 61,50°/o.
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Beispiel 14 Trichlor-m-phenylen-diisocyaniddichlorid In die Lösung
von 110 g N,N,N',N'-Tetramethylm-phenylendiamin in 200 cm3 1,2,4-Trichlorbenzol
wird bis zur Sättigung Chlorwasserstoff eingeleitet.
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Die Suspension des Chlorhydrats wird nun unter Rühren und UV-Belichtung
chloriert; dabei wird die Temperatur, bei 600 C beginnend, allmählich auf 210°C
gesteigert. Man erhält eine klare, braune Flüssigkeit, die im Hochvakuum destilliert
wird.
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Das Trichlor-m-phenylen-diisocyaniddichlorid geht beim Kp.0,4 155
bis 175°C über.
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C8HCl7N2 (373,3).
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Berechnet ... C 25,74%, H 0,27%, Cl 66,49%; gefunden ... C 25,62%,
H 0,50%, C1 67,200/o.
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Beispiel 15 366 Gewichtsteile Dimethylanilin werden zunächst ohne
Belichtung bei einer Temperatur zwischen 20 und 60°C so lange chloriert, bis die
Reaktion nicht mehr exotherm verläuft (Kernchlorierung). Anschließend wird von einer
Temperatur von 60°C an unter Belichtung mit UV-Licht weiterchloriert. Die Temperatur
wird dabei so gesteigert, daß pro Stunde eine Temperaturerhöhung von etwa 10°C stattfindet.
Wenn die Temperatur von 190 bis 220°C erreicht ist, wird noch 3 Stunden bei dieser
Temperatur weiterchloriert. Anschließend wird Stickstoff durchgeleitet. um gelöstes
Chlor zu entfernen.
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Bei der anschließenden Vakuumdestillation geht bei einem Druck von
0,3 mm das Trichlorphenylisocyaniddichlorid be 88 bis 91°C über. Ausbeute: 648 Gewichtsteile,
nD = 1,5970.
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Analyse: C7H2NCb.
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Berechnet C 30,15%, H 0,720/o, N S,060/o, Cl 64,2°/o; gefunden C
30,17°/o, H 0,780/0, N 5,650/o, Cl 64,4°/o.
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Beispiel 16
Eine Mischung aus 385 Gewichtsteilen N,N-Dimethylpentachloranilin und 250 Volumteilen
Chloroform wird unter Bestrahlung mit UV-Licht bei 40 bis 55°C chloriert, wobei
man die Mischung wegen der stark exothermen Reaktion mit Eiswasser kühlt.
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Anschließend wird die Temperatur des Reaktionsgemisches - wie im Beispiel
16 beschrieben - langsam gesteigert und schließlich 8 Stunden auf 200 bis 2300 C
gehalten. Dann bläst man überschüssiges Chlor mit Stickstoff aus und destilliert
das Produkt obengenannter Formel im Hochvakuum. Es siedet unter einem Druck von
0,1 Tor bei 134 bis 138°C und besitzt einen Brechungsindex n,200 von 1,6258.
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Analyse: Berechnet ... C 24,3%, N 4,050/0, Cl 70,60/0; gefunden ...
C 24,40/o, N4,50/o, Cl 71,5%.
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Beispiel 17
232 g 2,4,6 -Trichlorphenyl-N,N -dimethyl -chlorformamidin der Formel
(hergestellt aus Trichlorphenyl-isocyaniddichlorid und Dimethylamin [Kp.0,09 128
bis 131°C]) werden-nach den Angaben des Beispiel 16 chloriert. Anschließend bläst
man das überschüssige Chlor mit Stickstoff aus und destilliert das Reaktionsprodukt
im Hochvakuum. Kp.o,1 138 bis 142°C, n200 = 1,6080.
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Analyse: Berechnet C 28,3%, H 0,59%, N 8,25%, Cl 63,0%; gefunden C
28,470/o, H 0,650/0, N 8,220/o, C1 63,550/0.
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Beispiel 18
Heptachlornaphthyl-isocyaniddichlorid 100 g 1-Dimethylaminonaphthalin werden in
50 cm3 Chloroform 8 Stunden unterhalb 60°C chloriert.
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Die Chlorierungstemperatur wird auf 235 bis 240°C gesteigert und 20
Stunden gehalten. Kp.o, 250 bis 260°C.
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Analyse: C11Cl9N.
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Berechnet ... C 28,45%, N 3,0%, Cl 68,6%; gefunden ... C 28,S00/o,
N 3,670/0, C1 68,5%.
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Beispiel 19 In die Lösung von 183 g N-Methyldiphenylamin in 200 cm3
Chloroform wird bei 30°C Chlor eingeleitet, bis keine Chlorwasserstoffentwicklung
mehr erfolgt. Dann wird, nach Abdestillieren des Lösungsmittels, die Chlorierungstemperatur
um 10°C pro Stunde bis auf 2800 C gesteigert und die Reaktion bei dieser Temperatur
durch weiteres Einleiten von Chlor in etwa 6 Stunden zu Ende geführt. Man erhält
ein braunes Harz, dessen UV-Spektrum die für halogenierte Phenylisocyaniddichloride
charakteristischen
Absorptionsbanden bei 1656 und 912 cm aufweist.