DE1261855B

DE1261855B - Verfahren zur Herstellung von reinem 2-N,N-Dimethylcarbamyl-3-methyl-pyrazolyl-(5)-N,N-dimethylcarbamat

Info

Publication number: DE1261855B
Application number: DEG40748A
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Grauer; Dr Heinrich Urwyler
Original assignee: JR Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1963-06-04
Filing date: 1964-06-03
Publication date: 1968-02-29
Also published as: GB1021006A; BE679118A; CH421974A; US3452043A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C07d

Deutsche Kl.: 12 ρ-8/01

G40748IVd/12p
3.Juni 1964
29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein neues, verbessertes Verfahren zur Herstellung von reinem 2-N,N-Dimethylcarbamyl-3-methyl-pyrazolyl-(5)-N,N-dimethylcarb- amat, das ein bekannter Scoff mit hervorragender insektizider Wirksamkeit ist.

Diese Verbindung zeichnet sich durch ihr spezifisches Insektizides Wirkungsspektrum, insbesondere durch ihre Wirksamkeit auf gegenüber anderen Insektizidtypen resistente Insektenarten, sowie durch ihre relativ geringe Toxizität gegenüber Pflanzen besonders aus. Das 2-N,N-Dimethylcarbamyl-3-methyl-pyrazolyl-(5)-N,N-dimethylcarbamat besitzt die Formel I.

CH,

:N —C—N
O

',O

L-OC:

CH

(D

Die bekannte Herstellungsmethode für diese Verbindung besteht in der Umsetzung von 1 Mol 3-Methyl-pyrazolon-(5) mit 2 Mol Dimethylcarbaminsäurechlorid in Gegenwart eines Äquivalents K2CO3 (deutsche Patentschrift 844 741; Chimia 8,208 [1954]). Ferner liegt in Anlehnung an bekannte Reaktionen in der Phenolreihe (Kempf, J. pr. (2), 1, 403; deutsche Patentschrift 282 134) für den Fachmann die überführung des 3-Methyl-pyrazolons-(5) mit Phosgen in den Chlorameisensäureester der Formel

CH,

OCOCl

COCl

und anschließende Umsetzung mit Dimethylamin nahe.

Beide Verfahren führen indes nicht oder nur in höchst unbefriedigendem Maße zum Ziel. Das erstgenannte, bis dahin praktizierte Verfahren liefert ein Gemisch der folgenden drei Verbindungen:

CH,

CH.

:nc — ν

OCv /CH₃

^xn(

^XCH₃

(I)

Verfahren zur Herstellung von reinem

2-N,N-Dimethylcarbamyl-3-methyl-

pyrazolyl-(5)-N,N-dimethylcarbamat

Anmelder:

J. R. Geigy A. G., Basel (Schweiz)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann

und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,

8000 München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

Dr. Theodor Grauer, Ariesheim;

Dr. Heinrich Urwyler, Reinach (Schweiz)

Beanspruchte Schweiz vom	Priorität: 4. Juni 1963 (6924)	Il	Il	--	(H)
	2		N \_N/
CH₃-
	¹V )— OCON(CH₃)Z
	H	J— OCON(CH₃)2
CH₃-		CON(CH₃)2	(III)

Dabei ist die im Gemisch mitentstehende Verbindung II gegenüber der gewünschten Verbindung I Insektizid viel weniger wirksam; die Verbindung III ist wesentlich toxischer als die Verbindung I. Die LD50 für die Ratte liegt für Verbindung I bei 40 bis mg pro Kilograrrmi Körpergewicht, die der Verbindung III bei 13 mg pro Kilogramm Körpergewicht.

Das gemäß diesem bekannten Verfahren erhaltene Reaktionsprodukt ist somit infolge eines wesentlichen Gehaltes an unerwünschten Komponenten gegenüber der reinen Wirksubstanz I insektizid weniger aktiv und gegenüber Warmblütern bedeutend toxischer. Die Anteile an den unerwünschten Verbindungen II und III können durch übliche technische

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Trennmethoden, wie Destillation, nur schwer und unvollkommen aus dem Gemisch abgetrennt werden.

Beim zweitgenannten oben in Betracht gezogenen Verfahren entsteht der genannte Chlorameisensäureester neben einem komplexen Gemisch halogenierter Verbindungen nur in sehr geringer Ausbeute und folgemäßig daraus auch die gewünschte Substanz I, so daß dieses Verfahren für praktische Zwecke nicht brauchbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von reinem 2-N,N-Dime1±tylcarbamyl-3-methyl-pyrazoiyl-(5)-N,N-dimethylcarbamat durch Umsetzen eines Salzes, vorzugsweise des Kaliumsalzes, von 3-Methyl-pyrazolon-(5) mit Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid bei erhöhter Temperatur und in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels und eines säurebindenden Mittels ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Salzes von 3-Methyl-pyrazolon-(5) zunächst entweder

20

a) mit etwa 1 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid bei einer Temperatur zwischen 70 und 8O⁰C oder

b) in zwei Stufen mit insgesamt etwa 2 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid, wobei die erste Reaktionsstufe bei einer Temperatur zwischen 70 und 8O⁰C mit etwa 1 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid und die zweite Reaktionsstufe bei einer Temperatur zwischen 80 und 85°C mit der restlichen Menge

durchgeführt wird, worauf das erhaltene Reaktionsprodukt zuerst bei Temperaturen unterhalb 20°C mit mindestens 1 Mol Phosgen und dann bei einer 35⁰C nicht übersteigenden Temperatur mit der mindestens äquivalenten Menge Dimethylamin, vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung, umgesetzt wird.

Als säurebindende Mittel für die Umsetzung mit Dimethylcarbaminsäurechlorid kommen anorganische und organische Basen, insbesondere Alkali- und Erdalkalicarbonate und -bicarbonate, sowie Pyridinbasen, Trialkylamine usw. in Frage.

Die Herstellung durch Umsetzung von 1 Mol 3-Methyl-pyrazolon-Kaliumsalz mit 1 Mol Dimethylcarbaminsäurechlorid in der ersten Reaktionsstufe erfolgt gemäß folgendem Reaktionsschema:

Reaktionsschema A

CH,

(CHO₇NCOCl

OCON(CH₃)₂

OCON(CH₃

Es war nicht vorauszusehen und völlig unerwartet, daß die eingangs erwähnte toxische Verbindung der Formel III bei dieser Reaktionsfolge nicht gebildet wird.

Das 3-Methyl-pyrazolon-(5) wird zuerst in einem inerten Lösungsmittel mit Kaliumcarbonat in das Kaliumsalz übergeführt. Dabei ist es für die Bildung des Kaliumsalzes wesentlich, daß die Temperatur von 65 bis 75° C nicht überschritten wird, um die Bildung der Verbindung IV

(IV)

zu verhindern. Als inertes Lösungsmittel kommen für die Salzbildung und die anschließende Umsetzung aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Toluol, Xylole, Chlorbenzol, insbesondere aber Benzol in Frage. Die Umsetzung des Kaliumsalzes mit 1 Mol Dimethylcarbamylchlorid erfolgt vorzugsweise in Gegenwart eines Überschusses an Kaliumcarbonat oder in Gegenwart von Kaliumbicarbonat. Die Wärmetönung, die bei Zugabe eines Äquivalents Dimethylcarbamylchlorid auftritt, ist positiv. Es ist für die Erzielung eines Endproduktes hoher Reinheit vorteilhaft, die Temperaturen bei dieser Reaktionsstufe zwischen 70 und 8O⁰C zu halten. Die an- schließende Phosgenierung des erhaltenen Reaktionsproduktes erfolgt zwischen —20 und +50⁰C, vorzugsweise bei 0 bis 20⁰C, und insbesondere bei 10 bis 20⁰C. Die erhaltene Chlorcarbamylverbindung wird schließlich bei 0 bis 35°C, speziell bei 0 bis 2O⁰C oder auch zwischen 10 und 35 ⁰C mit vorzugsweise wäßrigem Dimethylamin umgesetzt. Aus dem so erhaltenen Produkt kann als Nebenprodukt vorhandener Tetramethylharnstoff, welcher sich aus überschüssigem Dimethylcarbamylchlorid oder Phosgen mit Dimethylamin gebildet hat, durch Destillation im Vakuum leicht abgetrennt werden; bei einem Druck von 2 bis 5 mm Hg liegt der Siedepunkt dieses Nebenproduktes im Bereich von 90 bis 100°C. Der Rückstand ist die gewünschte Verbindung I mit dem Schmelzpunkt 66 bis 67 ⁰C in einer Reinheit von mindestens 97%.

Die Herstellung durch Umsetzung von etwa 2 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid in zwei Stufen erfolgt nach dem unten angegebenen Reaktionsschema B, wobei in der ersten Stufe ein Gemisch der obengenannten Verbindungen I, II und III erhalten wird, welches dann mit Phosgen und anschließend mit Dimethylamin umgesetzt wird.

Reaktionsschema B

* Gemisch der Verbindungen
I + II + III

ClCON

+ I

NH(CH,),,

♦ I

Die Zugabe der 2 Mol Dimethylcarbamylchlorid erfolgt nacheinander. Bei Zugabe des ersten Mols verläuft die Reaktion exotherm (Reaktionstemperatur in Benzol 70 bis 80⁰C), dann aber bei Zugabe der Restmenge endotherm, so daß das Reaktionsgemisch während der Zugabe des zweiten Mols Dimethylcarbamylchlorid höher, nämlich auf 80 bis 85° C erhitzt und das sich dann abspaltende Wasser aus dem Reaktionsgemisch durch azeotrope Destillation bei dieser Temperatur abgetrennt werden muß.

Es war in keiner Weise vorauszusehen, daß man auf diesem Wege aus den unerwünschten Komponenten II und III als Endprodukt nur die Verbindung I erhält, die selbst als technisches Produkt in einer Reinheit von mindestens 97% anfällt.

Verunreinigungen bestehen nicht aus den Verbindungen II und III, sondern aus geringen Mengen Tetramethylharnstoff. Es tritt also bei der Phosgenierung eine überraschende Umlagerung der unerwünschten Verbindung III in die erwünschte Verbindung I auf, indem der in 1-Stellung stehende Dimethylcarbamylrest an das Stickstoffatom in der 2-Stellung wandert.

Die beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden durch Beispiele näher erläutert. Teile bedeuten darin Gewichtsteile, und die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

980 Teile 3-Methyl-pyrazolon-(5), 1540 Teile Kaliumcarbonat und 5000 Volumteile Benzol werden in einem Kolben von 101 Inhalt, welcher mit einem Rührer, Thermometer, Tropftrichter, Wasserabscheider und Kühler versehen ist, 1 Stunde bei 70 bis 75^: gerührt und anschließend kurz unter schwachem Rückfluß gekocht. Es bildet sich das benzolunlösliche Kaliumsalz des 3-Methyl-pyrazolons. Waren die Reaktionsteilnehmer vollständig wasserfrei, so sollten bei diesem Schritt nur Spuren von Wasser abgeschieden werden.

Anschließend werden während etwa 4 Stunden bei 75 bis 80° 1130 Teile (1,05 Mol) Dimethylcarbaminsäurechlorid zugetropft. Dann wird das Reaktionsgemisch 1 Stunde lang unter schwachem Rückfluß gerührt, auf 40° abgekühlt und durch ein Tuchfilter filtriert. Die zurückbleibenden Salze, Kaliumchlorid und Kaliumbicarbonat, werden mit Benzol ausgewaschen. Die rotgefärbte, klare Benzollösung, die den 3 - Methyl - pyrazolyl - (5) - dimethylcarbaminsäureester enthält, wird in einen Sulfierkolben von 101 Inhalt gegossen, der mit Rührer, Thermometer, Ein- und Ableitungsrohr versehen ist. Unter guter Kühlung werden in diese Lösung bei 15 bis 20° während 2^x/2 Stunden 1200 Teile Phosgen eingeleitet, wobei die rote Farbe gegen gelborange umschlägt und sich ein gelboranger Niederschlag bildet. Die Lösung wird über Nacht (etwa 15 Stunden) bei Raumtemperatur weitergerührt, wobei sich der größte Teil des Nieder-Schlages wieder löst.

Diese Lösung läßt man unter guter Kühlung und Rühren während 2 bis 3 Stunden bei 10 bis 20° in 1000 Teile Dimethylamin in Form einer 40%igen wäßrigen Dimethylaminlösung einlaufen. Nach lstündigem Rühren und anschließendem Stehen wird die untere wäßrige Flüssigkeitsschicht abgetrennt und mit 500 Volumteilen Benzol ausgeschüttelt. Die benzolischen Schichten werden mit 2 · 500 Volumteilen Kochsalzlösung ausgewaschen, abgetrennt und über Calciumchlorid getrocknet. Dann wird das Benzol bei 60° unter vermindertem Druck abdestilliert. Der als Nebenprodukt vorhandene Tetramethylharnstoff wird durch Destillation (90 bis IOO73 mm Hg) abgetrennt. Der Destillationsrückstand ist reiner 2-Dimethylcarbamyl-3-methyl-pyrazolyl-(5)-dimethylcarbaminsäureester, der nach dem Erkalten kristallisiert. Fp. 66 bis 67°. Die Ausbeute beträgt 75 bis 85⁽⁾/o der Theorie, bezogen auf 3-Methyl-pyrazolon.

B e i s ρ i e 1 2

Ein aus rostfreiem Stahl bestehender Kessel wird mit 1500 Volumteilen absolutem Benzol, 460 Teilen getrocknetem, gemahlenem Kaliumcarbonat und 294 Teilen 3-Methyl-pyrazolon-(5) beschickt. Diese Mischung erhitzt man unter Rühren 1 Stunde auf 65°, danach auf 75°. Anschließend werden 322 Teile (1 Mol) Dimethylcarbaminsäurechlorid innerhalb von 4 Stunden zugegeben. Die Temperatur der Reaktionsmischung wird dabei bei 75 bis 77° gehalten. Am Ende der Reaktionszeit beginnt sich wenig Wasser abzuscheiden, das in einem Trennungsgefäß gesammelt wird. Zum Reaktionsgemisch setzt man dann unter Rühren in einem Zeitraum von 3 Stunden weitere 322 Teile (1 Mol) Dimethylcarbaminsäurechlorid bei einer Temperatur von 75° zu. Die Mischung erhitzt man hernach 8 Stunden auf 82 bis 84° und destilliert das sich nun reichlicher abscheidende Wasser azeotrop ab. Man läßt dann das Gemisch auf 60° abkühlen, gibt 1600 Volumteile Wasser zu, rührt V-2 Stunde und läßt das Reaktionsgemisch zum Abtrennen stehen. Die wäßrige Schicht enthält hauptsächlich Kaliumchlorid. Die Benzollösung wird destilliert, wobei man das Wasser durch azeotrope Destillation abtrennt. Die nahezu wasserfreie Benzollösung wird dann abgekühlt, und unter guter Kühlung bei 15 bis 20° über einen Zeitraum von 7 Stunden werden 200 Teile Phosgen zugesetzt. Die Reaktionsmischung wird nun über Nacht bei 15 bis 20° gerührt.

In eine 40°/₀ige Lösung von 200 Teilen Dimethylamin in Wasser läßt man unter guter Kühlung bei 20 bis 30° so viel der phosgenhaltigen Benzollösung einfließen, bis die Lösung auf Phenolphthalein leicht rosa reagiert. Durch Zusatz von 50 Teilen NaOH (technisch) wird die Reaktionsmischung mimosa-alkalisch gestellt, dann wird in gleicher Weise erneut phosgenhaltige Benzollösung zugegeben und mit Lauge mimosa-alkalisch gestellt. Diese Operationen werden

so lange wiederholt, bis praktisch keine Lauge mehr verbraucht wird. Gesamtverbrauch an Natriumhydroxyd: etwa 180 Teile.

Das Reaktionsgemisch wird sodann zum Abtrennen der Schichten stehengelassen, die wäßrige Schicht abgetrennt und die benzolische Lösung der Destillation unterworfen. Der als Nebenprodukt anfallende Tetramethylharnstoff wird durch Destillation bei 93 bis 94° und 4 mm Hg abgetrennt. Der Rückstand stellt reines l-Dimethylcarbamyl-S-methyl-pyrazolyl-(5)-dimethylcarbamat dar, das bei Erkalten zu hellen Kristallen mit dem Fp. 66 bis 67° erstarrt. Die Ausbeute beträgt, bezogen auf das eingesetzte 3-Methyl-pyrazolon, 80 .bis 90% der Theorie.

Claims

Patentanspruch:

15

Verfahren zur Herstellung von reinem 2-N,'N-Dimethylcarbamyl - 3 - methyl - pyrazolyl - (5) - N, N-dimethylcarbamat durch Umsetzen eines Salzes, vorzugsweise des Kaliumsalzes, von 3-Methylpyrazolon-(5) mit Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid bei erhöhter Temperatur und in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels und eines säurebindenden Mittels, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Umsetzung des Salzes von 3-Methyl-pyrazolon-(5) zunächst entweder

a) mit etwa 1 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid bei einer Temperatur zwischen 70 und 8O⁰C oder

b) in zwei Stufen mit insgesamt etwa 2 Mol NjN-Dimethylcarbaminsäurechlorid, wobei die erste Reaktionsstufe bei einer Temperatur zwischen 70 und 80° C mit etwa 1 Mol Ν,Ν-Dimethylcarbaminsäurechlorid und die zweite Reaktionsstufe bei einer Temperatur zwischen 80 und 85⁰C mit der restlichen Menge

durchgeführt wird, worauf das erhaltene Reaktionsprodukt zuerst bei Temperaturen unterhalb 20⁰C mit mindestens 1 Mol Phosgen und dann bei einer 35° C nicht übersteigenden Temperatur mit der mindestens äquivalenten Menge Dimethylamin, vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung umgesetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 844 741;
Chimia 8 (1954), S. 208.

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