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Verfahren zur Herstellung von Hexahydropyrimidinderivaten Es ist bekannt,
daß bei der Umsetzung von 1 Mol Harnstoff und 1 Mol Formaldehyd in Gegenwart von
Säuren sich wasserlösliche Kondensationsprodukte, die aus Polymethylenharnstoffen
unterschiedlichen Molekulargewichts bestehen, bilden. Die Umsetzung von höheren
Aldehyden, z. B. Acetaldehyd oder Butyraldehyd, mit Harnstoff im Molverhältnis 1:1
bei einem pH-Wert zwischen etwa 4 und 7 und mäßig erhöhter Temperatur führt ebenfalls
zu Kondensationsprodukten, die eine den Polymethylenharnstoffen analoge Struktur
besitzen.
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Es ist ferner bekannt, daß bei der Umsetzung eines Harnstoffes mit
Acet- oder Propionaldehyd in Gegenwart von Säuren bei einem pH-Wert zwischen etwa
1 und 4 bei höheren Temperaturen Cyclisierungsprodukte vom Typ der 4-Ureido-2-oxo-hexahydropyrimidine
oder 2,7-Dioxo-dekahydropyrimido[4,5-d]pyrimidine entstehen.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß man Hexahydropyrimidinderivate
der allgemeinen Formel
worin R1 und R2 Wasserstoffatome, gleiche oder verschiedene, geradkettige oder verzweigte
Alkylreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylreste mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen,
Aralkylreste mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Phenylreste, R3 ein Wasserstoffatom
oder den Isopropylrest und X ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bedeutet, erhält,
wenn man etwa 1 Mol einer Verbindung der allgemeinen Formel
worin R1, R2 und X die genannte Bedeutung haben, mit etwa 2 Mol Isobutyraldehyd
oder etwa 1 Mol Isobutyraldehyd und etwa 1 Mol Formaldehyd in Gegenwart von Wasserstoffionen
oder Kationenaustauschern und in Gegenwart von Wasser und
gegebenenfalls von alkoholfreien
Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln bei Temperaturen zwischen 30 und 110°C und
einem pH-Wert des Reaktionsgemisches zwischen 0 und 4 umsetzt.
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Als Ausgangsstoffe der allgemeinen Formel II lassen sich neben Harnstoff
und Thioharnstoff z. B.
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N-Methyl-, N-Athyl-, N-Propyl-, N-Octyl-, N-Cyclohexyl-, N-Cyclooctyl-,
N-Benzyl-, N-Phenyl-, N,N'-Dimethyl-, N,N'-Dipropyl-, N,N'-Dicyclooctyl-, N,N' -
Dibenzylharnstoff, N - Methyl - N' - propyl-, N- Octyl -N'-benzyl-, N - Cyclooctyl
- N'-methylharnstoff sowie die entsprechenden Thioharnstoffe verwenden.
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Als Wasserstoffionen abgebende Stoffe verwendet man Säuren, wie Salzsäure,
Schwefelsäure, Salpetersäure, Oxalsäure oder p-Toluolsulfonsäure. Man gibt so viel
Säure zu, daß sich im Reaktionsgemisch ein pH-Wert zwischen 0 und 4, vorteilhaft
zwischen 1 und 3, einstellt. An Stelle dieser Säuren kann man auch bekannte Kationenaustauscher
verwenden, z. B. solche, die durch Polymerisation von Styrol mit Divinylbenzol erhalten
und anschließend sulfoniert worden sind.
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Es ist zweckmäßig, die Reaktion in Gegenwart von alkoholfreien Lösungs-
und/oder Verdünnungsmitteln, wie Wasser, Diäthyläther, Dioxan, Dimethylsulfoxyd
oder Dimethylformamid, durchzuführen. Die Lösungs- und/oder Verdünnungsmittel können
einzeln oder als Gemisch verwendet werden.
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Man kann beispielsweise die Umsetzung so durchführen, daß man dem
Gemisch der Ausgangsstoffe unter Rühren eventuell unter Kühlen und in Gegenwart
von Lösungsmitteln so viel Säure zugibt, daß
sich im Reaktionsgemisch
der gewünschte pH-Wert einstellt und dann das Reaktionsgemisch auf Temperaturen
zwischen 30 und 110"C, vorzugsweise zwischen 50 und 80"C, erwärmt.
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Die nach dem Verfahren herstellbaren Verbindungen sind wertvolle
Zwischenprodukte für die Herstellung von Leder-, Lack- und Schädlingsbekämpfungsmitteln.
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Die in den Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.
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Beispiel 1 In eine Lösung von 300 Teilen Harnstoff (5 Mol) und 1000
Teilen Wasser werden nach Zusatz von 200 Teilen konzentrierter Salzsäure 720 Teile
Isobutyraldehyd (10 Mol) unter Rühren und Rückflußkühlung hin zugegeben, wobei die
Temperatur auf 55 bis 60"C ansteigt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf
85"C erwärmt. Nach kurzer Zeit fällt bei 85"C ein weißer kristalliner Niederschlag
aus. Nach 2stündigem Erwärmen bei 85"C wird abgekühlt, der Niederschlag abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es werden 760 Teile 4 H-ydroxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-hexahydropyrimidinon-(2)
erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 82°/n der Theorie, bezogen auf angewandten
Harnstoff.
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Beim Neutralisieren des Filtrats mit Natronlauge fallen weitere 140
Teile (150/0 der Theorie) aus. Die Gesamtausbeute beträgt somit 900 Teile, entsprechend
97°/o der Theorie.
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Die Verbindung läßt sich aus heißem Wasser umkristallisieren. Sie
schmilzt bei 220 bis 2220 C.
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Analyse: CsH1sN202.
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Gefunden . . C 58,5, H 10,1, N 15,20/0; berechnet . . C 58,0, H 9,7,
N 15,050/0.
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Beispiel 2 tu einer Lösung von 76 Teilen Thioharnstoff in 200 Teilen
Wasser werden nach Zusatz von 40 Teilen konzentrierter Salzsäure 144 Teile Isobutyraldehyd
hinzugegeben. Das Reaktionsgemisch wird unter Rühren und Rückflußkühlung 2 Stunden
bis zum Sieden erhitzt. Die Temperatur steigt während der Reaktionsdauer langsam
bis auf etwa 75"C an.
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Nach Abkühlen der Reaktionsmischung wird mit Natronlauge neutralisiert,
der Niederschlag abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es werden 168
Teile 2-Thiono - 4- hydroxy- 5,5 - dimethyl - 6 - isopropyl-hexahydropyrimidin erhalten.
Das entspricht einer Ausbeute von 830/0 der Theorie.
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Die Verbindung läßt sich aus Methanol umkristallisieren. Der Schmelzpunkt
der Verbindung liegt bei 162"C.
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Analyse: C91118N2OS.
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Gefunden: C 53,6, H 9,1, 0 8,1, N 13,7, S 16,20/0; berechnet: C 53,4,
H 8,9, 0 7,9, N 13,85, S 15,90/0.
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Beispiel 3 In eine Mischung von 136 Teilen Phenylharnstoff in 500
Teilen Wasser werden nach Zusatz von 40 Teilen konzentrierter Salzsäure 144 Teile
Isobutyraldehyd unter Rühren und Rückflußkühlung hinzugegeben. Das Reaktionsgemisch
wird 2 Stunden auf 85 bis 90"C erwärmt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird mit
Natronlauge neutralisiert und der Rückstand abfiltriert. Es werden nach dem Umkristallisieren
aus Wasser-Alkohol 56 Teile N-Phenyl-4-hydroxy- 5,5-dimethyl-6-isopropyl-hexahydropyrimidon-(2)
erhalten. Die Verbindung zersetzt sich beim langsamen Aufheizen auf 260 bis 280"C.
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Analyse: ClsH22N202.
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Gefunden . . C 68,0, H 8,7, N 10,30/0; berechnet . . C 68,7, H 8,4,
- N l0,70/o.
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Beispiel 4 Zu einer Mischung von 88 Teilen symmetrischen Dimethylharnstoff,
100 Teilen 300/oiger Formaldehydlösung und 72 Teilen Isobutyraldehyd werden unter
Rühren 20 Teile konzentrierte Salzsäure hinzugegeben. Die Reaktionstemperatur steigt
innerhalb kurzer Zeit auf 70"C an. Nach 1 stündigem Rühren bei 70 bis 80"C wird
die Reaktionslösung mit Natronlauge bei Raumtemperatur neutralisiert und unter vermindertem
Druck eingedampft. Der verbleibende Sirup kristallisiert nach kurzer Zeit. Es werden
160 Teile 1,3 - Dimethyl - 4 - hydroxy -5,5 - dimethylhexahydropyrimidinon-(2) als
Rohprodukt erhalten.
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Das Reaktionsprodukt läßt sich aus Essigester umkristallisieren. Eine
umkristallisierte Probe schmilzt bei 93"C.
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Analyse: CsHlsN202 (172).
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Gefunden . . C 56,0, H 9,3, 0 19,2, N 16,1°/o; berechnet . . C 55,8,
H 9,3, 0 18,6, N 16,3°/o.