DE1281427B - Verfahren zur Herstellung von Diformamid und seiner Salze - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

C07c

Deutsche KL: 12 ο-16

Nummer: 1 281 427

Aktenzeichen: P 12 81 427.6-42 (A 53052)

Anmeldetag: 20.JuIi 1966

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Als Reaktionspartner für eine Reihe von N-Formylierungsreaktionen von Harnstoffen, Amidinen und Guanidinen, die unter sofort anschließender Selbstkondensation der N-formylierten Verbindungen unter anderem zu 1,3,5-Triazinderivaten führen, und zur Einführung von reaktionsfähigen Diformylaminogruppen an Stelle des Halogens in Acylhalogeniden ist das Diformamid und seine Salze, insbesondere seine Alkalisalze, besonders geeignet.

Während das Diformamid und seine Herstellung bisher noch nicht beschrieben worden ist, wurde die Bildung von Natriumdiformamid von J. V ο η und E. C. W a g η e r in Journal of Organic Chemistry, Bd. 9, S. 156 (1944), als ungewolltes Reaktionsprodukt bei der Umsetzung von Fonnamid mit Natriummethylat lediglich vermutet.

Alle Versuche, das Natriumsalz des Diformamids nach dem einzigen von J. N. R a k s h i t in Journal of the Chemical Society (London), Bd. 103, S. 1557 (1913). beschriebenen Darstellungsverfahren durch Umsetzung von metallischem Natrium mit Formamid unter Petroläther herzustellen, schlugen fehl.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Darstellung von Diformamid und dessen Salzen zu entwickeln.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß man N-Formyl-formamidinium-halogenide der allgemeinen Formel

[O = CH- NH- CH = NH₂]⁺X~

in der X ein Halogenatom bedeutet, oder daß man N-Dihalogenmethyl-formamidinium-halogenide der allgemeinen Formel

[X₂CH — NH — CH = NH₂] ⁺X~

in der X die vorstehend angegebene Bedeutung hat, die letztern vorzugsweise in Gegenwart eines gegenüber dem gebildeten Diformamid inerten Halogen-Wasserstoffakzeptors, vorzugsweise Natriumhydrogencarbonat, mit der stöchiometrischen Menge Wasser bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur, gegebenenfalls in Gegenwart einer das Diformamid lösenden organischen Flüssigkeit, hydrolysiert und gegebenenfalls das gebildete Diformamid durch Umsetzung mit dem Salz einer äußerst schwachen Säure der allgemeinen Formel MeY, worin Me ein Metallion und Y das Anion einer äußerst schwachen Säure bedeutet, vorzugsweise einem Alkoholat, besonders Natriummethylat oder Natriumäthylat. in sein Salz überführt.

Verfahren zur Herstellung von Diformamid
und seiner Salze

Anmelder:

Dr. Eckhard Allenstein,

7000 Stuttgart-Kaltental, Engelboldstr. 106;

Dipl.-Chem. Volker Beyl,

7000 Stuttgart W, Grimmstr. 27

Als Erfinder benannt:

Dr. Eckhard Alienstein, 7000 Stuttgart-Kaltental; Dipl.-Chem. Volker Beyl, 7000 Stuttgart

Das Verfahren der Erfindung wird durch die folgenden Formelschemen veranschaulicht:

O = CH-NH-CH = NH₂]⁺X- + H₂O

* O = CH — NH — CH = O + NH₄X

X₂CH — NH — CH = NH₂] ⁺X~ + 2 H₂O
» O=CH-NH-CH=O+ NH₄X+ 2 HX

in denen X die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.

Obwohl die Bildung von Diformamid aus N-Formyl-formamidinium-halogeniden, vorzugsweise dem Bromid, und N-Dihalogenmethyl-formamidiniumhalogeniden (Sesquihalogeniden der Blausäure), vorzugsweise dem N - Dichlormethyl - formamidiniumchlorid, auch in wäßriger Lösung und unter der Einwirkung von Wasserdampf erfolgen kann, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in einer organischen Flüssigkeit durchgeführt, in der das Diformamid löslich ist, während die N-Formyl-formamidinium-halogenide, die N-Dihalogenmethyl-formamidinium-halogenide, die Salze extrem schwacher Säuren und die Diformamidsalze sowie die sich bei der Umsetzung bildenden Nebenprodukte weitgehend unlöslich sein sollen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu einer Aufschlämmung des N-Formylformamidinium-halogenids in einem organischen Lösungsmittel eine äquimolare Menge Wasser, gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel

109 129/1411

gelöst, zugesetzt und die Suspension bis zur völligen Hydrolyse des Ausgangsprodukts bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur gerührt. Bei Raumtemperatur und Verwendung von Diäthyläther als Lösungsmittel ist die Hydrolyse nach spätestens 5 Stunden beendet.

Bei einer im Hinblick auf die wirtschaftliche Herstellung des Diformamids und seiner Salze besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden an Stelle von N-Formyl-formamidinium - halogeniden N.- Dihalogenmethyl - formamidinium-halogenide, insbesondere das N-Dichlormethyl - formamidinium - chlorid (Sesquichlorid der Blausäure), in Gegenwart eines gegenüber dem gebildeten Diformamid inerten Halogenwasserstoffakzeptors hydrolysiert.

Die Verwendung eines Halogen Wasserstoffakzeptors ist zweckmäßig, um eine Umsetzung des bei der Hydrolyse gebildeten Halogenwasserstoffs mit Zwilichen Reaktionsprodukte die Diformamidlösung zu trocknen, bevor durch Abdestillieren oder Abziehen des Lösungsmittels im Vakuum das Diformamid abgetrennt wird.

Bei der Auswahl der für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Lösungsmittel kommen gegenüber Diformamid chemisch inerte organische Lösungsmittel in Frage, in denen Formamid löslich oder auch nur sehr beschränkt löslich ist, da Lösungsmittel j,

ίο erfahrungsgemäß Diformamid gegenüber bessere Lösungseigenschaften besitzen als gegenüber Formamid. Im Interesse der Darstellung eines möglichst reinen Diformamids auf dem zuvor beschriebenen Wege in einem Reaktionsschritt ohne anschließende Reinigungsoperationen ist jedoch weniger ein gutes Lösungsvermögen des verwendeten Lösungsmittels für Diformamid als vielmehr eine sehr differenzierte Löslichkeit des Diformamids und der bei der Reaktion entstehenden Nebenprodukte wesentlich. So ist z. B.

schenprodukten der Reaktion oder dem gebildeten 20 Diformamid in Diäthyläther mit 4,4 g je 100 ml Diformamid zu unterbinden, durch die Ausbeute bei 20° C nur begrenzt löslich, während es ebenso wie

und Reinheit des gebildeten Diformamids ungünstig beeinflußt werden.

Zur Vereinfachung der Abtrennung des bei der Hydrolyse gebildeten Diformamids werden vorzugsweise Halogenwasserstoffakzeptoren verwendet, deren Reaktionsprodukte mit Halogenwasserstoff in dem verwendeten Lösungsmittel unlöslich und durch Filtration leicht abtrennbar sind.

das Formamid in Tetrahydrofuran, Essigsäüreäthylester und Aceton gut löslich ist. Trotz der bei der Umsetzung in Diäthyläther im Vergleich zu den übrigen genannten Lösungsmitteln beispielsweise notwendigen erheblich größeren Lösungsmittelvolumina ist der Diäthyläther den anderen Lösungsmitteln im Hinblick auf eine unkomplizierte Reindarstellung des Diformamids überlegen, da sich in ihm Nebenprodukte

Außerdem ist die Verwendung von gegenüber 30 der Hydrolysereaktion kaum lösen und aus der

Diformamid chemisch inerten Halogenwasserstoffakzeptoren vorteilhaft und bei Verwendung von in organischen Lösungsmitteln völlig oder teilweise löslichen Akzeptoren notwendig.

Die zur Durchführung der Hydrolyse notwendige Wassermenge ist von der Wahl des Halogenwasserstoffakzeptors abhängig. Sie beträgt dann 2 Mol je Mol Ausgangsprodukt, wenn bei der Umsetzung des Halogen Wasserstoffs mit seinem Akzeptor kein Wasser in Freiheit gesetzt wird. Wird» dagegen bei der Umsetzung des Halogenwasserstoffs mit seinem Akzeptor Wasser freigesetzt, so ist nur die Differenz zwischen der zur Hydrolyse notwendigen, stöchiometrischen und der beim Abfangen des Halogenwasserstoffs wieder freigesetzten Wassermenge in Form von Wasser zuzusetzen. Ist hingegen die zur Hydrolyse des Ausgangsprodukts benötigte und die bei der Umsetzung des Halogenwasserstoffs mit seinem Akzeptor gebildete Wassermenge gleich groß, so ist nur der ätherischen Lösung deshalb sofort verhältnismäßig reines, farbloses und bei Raumtemperatur kristallines Diformamid isoliert werden kann. Bei Verwendung der übrigen genannten Lösungsmittel ist dagegen eine unter Substanzverlust verlaufende Umkristallis.ation des rohen, zum Teil gefärbten und zum Teil bei Raumtemperatur flüssigen Diformamids erforderlich, um zu einem Endprodukt gleichen Reinheitsgrades wie aus Diäthyläther zu gelangen.

Für die in der Einleitung erwähnten Umsetzungen mit Acylhalogeniden oder mit Salzen der angeführten Basen hat sich die Verwendung von Salzen des Diformamids als vorteilhaft erwiesen. In diesen Fällen kann das Diformamid gemäß der Erfindung in einfacher Weise durch Umsetzung mit Salzen extrem schwacher Säuren, vorzugsweise mit Alkoholaten, in seine Salze überführt werden.

Zur Durchführung dieser Umsetzung wird das Salz einer extrem schwachen Säure in einer Lösung

Zusatz einer geringen, zur Ingangsetzung der Hydro- 50 von Diformamid in einem geeigneten Lösungsmittel

lysereaktion ausreichenden Menge Wasser notwendig. Sowohl bei der Hydrolyse der N-Formyl- als auch der N-Dihatogenmethyl-formamidinium-halogenide führt die Verwendung eines Wasserüberschusses zur Verminderung der Ausbeute und der Reinheit des gebildeten Diformamids, da es gemäß dem folgenden Formelschema:

O = CH — NH — CH = O + H₂O

—~> O = CH-OH-I-H₂N-CH=O

langsam unter Bildung von Formamid und Ameisensäure hydrolysiert.

Wegen dieser Hydrolysereaktion des Diformamids ist es auch zweckmäßig, nach Abschluß der Hydrolyse der N-Formyl-formamidinium-halogenide oder N-Dihalogen-formamidinium-halogenide und nach Abfiltrieren*der in dem verwendeten Lösungsmittel unlösaufgeschlämmt und bei 0" C oder höherer Temperatur bis zur vollständigen Umwandlung des Bodenkörpers in das Diformamidsalz gerührt. Bei Verwendung von Natriummethylat und von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel für Diformamid ist die Umsetzung bei Kühlung des heterogenen Reaktionsgemisches mit Eiswasser nach längstens 6 Stunden beendet.

Zur einfachen präparativen Abtrennung des reinen Diformamidsalzes in Form eines nach der Umsetzung sofort abfiltrierbaren Bodenkörpers ist die Verwendung eines geringen Formamidüberschusses und des Salzes einer im verwendeten Lösungsmittel löslichen, äußerst schwachen Säure vorteilhaft. Wegen der verhältnismäßig langsam verlaufenden Umsetzung von Alkoholen mit Diformamid hat sich die Verwendung von Alkoholaten und im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens die Verwendung von Natriummethylat oder Natriumäthylat bei, der

Darstellung von Diformamidsalzen als besonders zweckmäßig erwiesen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen dazu dienen, das Verfahren der Erfindung näher zu erläutern.

Beispiel 1

Hydrolyse von N-Formyl-formamidinium-bromid mit Wasser in Diäthyläther

23,7 g (155 mMol) N-Formyl-formamidiniumbromid wurden in 150 ml absolutem Diäthyläther aufgeschiämmt und dazu eine Lösung von 2,79 g (155 mMol) Wasser in 350 ml absolutem Äther innerhalb von 2 Stunden unter Rühren bei Raumtemperatur zugetropft. Anschließend wurde weitere 3 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Abfiltrieren und Waschen des Bodenkörpers mit 100 ml Diälhyläther wurden die vereinigten ätherischen Filtrate übei wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und nach erneuter Filtration das Filtrat im Rotationsverdampfer unter Verwendung eines Wasserbades von Raumtemperatur im Vakuum bis auf ein Volumen von 20 ml eingeengt, wobei der größte Teil des Diformamids auskristallisierte. Nach Zusatz von 50 ml Petroläther wurde das farblose, kristalline Diformamid abfilliiert, mit Petroläther gewaschen und im Vakuum getrocknet. Ausbeute 8,29 g (73,3% der Theorie); Schmp. = 39 bis 40°C.

Analyse für C₂H₃NO₂:

Gefunden ... N 19,27, 19.21%,
C 32,72, 32,65%,
H 4,29, 4,38'Vo;

berechnet

N 19.17%,
C 32,88%,
H 4.14%.

IO also nicht ganz wasserfreiem Äther wurde 12 Stunden unter Rückfluß gekocht. Nach Abfiltrieren wurde der Bodenkörper zweimal mit je 250 ml absolutem Äther gewaschen und die vereinigten ätherischen Filtrate über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Die Abtrennung des Diformamids aus der Lösung entsprach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Ausbeute an farblosen Kristallen 27,4g (74,8% der' Theorie); Schmp. = 37 bis 39°C, Siedepunkt bei 12 Torr 119 C.

Analyse:
Gefunden

berechnet

N 19,22, 19,31, 19,12%, C 32,80, 32,93, 32,81%, H 4,25, 4,31, 4,20%;

N 19,17%,
C 32,88%,
H 4,14%.

Das mit Hilfe eines Dampfdruckosmometers auf ebullioskopischem Wege bestimmte Molekulargewicht einer Lösung in Aceton entsprach mit 73,7 dem für das monomere Diformamid berechneten Wert von 73,05.

Zur weiteren Reinigung des bereits analysenreinen Produkts wurden 7,5 g Diformamid (Schmp. = 37 bis 39"C) in 200ml siedendem absolutem Diäthyläther gelöst, die Lösung von ungelösten flüssigen Anteilen am Boden des Kolbens abdekantiert und langsam auf -78⁰C abgekühlt. Das hierbei auskristallisierende Diformamid wurde bei -78° C abfiltriert. Nach Trocknen im Vakuum wurden 6,59 g (87,9% der Einwaage) zwischen 40,5 und 41,5° C schmelzender Kristalle erhalten.

B e i s ρ i e 1 2

Hydrolyse von N-Formyl-fomiamidinium-bromid mit Wasser in Tetrahydrofuran

Zu einer Aufschlämmung von 10,0 g (65,4 mMol) N-Formyl-formamidinium-bromid in 60 ml absolutem Tetrahydrofuran wurden 1,18 g (65,4 mMol) Wasser zugesetzt und das heterogene Reaktionsgemisch 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Die Aufarbeitung entsprach dem im Beispie! 1 beschriebenen Verfahren nach Umsetzung in Diäthyläther, wobei zum Auswaschen des bei der Hydrolyse verbleibenden Bodenkörpers 12 ml Tetrahydrofuran verwendet wurden. An Stelle der im Beispiel 1 erhaltenen farblosen Kristalle wurden bräunliche, mit flüssigen Anteilen durchsetzte Kristalle abgetrennt, die 17,96% N enthielten und IR-spektroskopisch als verunreinigtes Diformamid identifiziert wurden. Die· Ausbeute betrug 3,48 g.

B e i s ρ i e 1 3

Hydrolyse von N-Dichlormethyl-formamidinium-

chlorid in Gegenwart von Natriumhydrogencarbonat als Chlorwasserstoffakzeptor in Diäthyläther

Eine Aufschlämmung von 82,0 g (0,502 Mol) N-Dichlormethyl - formamidinium - chlorid und 100,0 g (1,190MoI) Natriumhydrogencarbonat in 1000 ml nur über wasserfreiem Calciumchlorid getrocknetem,

Beispiel 4

Bei Hydrolyse des N-Dichlormethyl-formamidinium-chiorids in Gegenwart von Natriumhydrogencarbonat als Chlorwasserstoffakzeptors analog Beispiel 3, nur unter Verkürzung der Reaktionsdauer auf 6 Stunden, wurde Diformamid mit einem Schmp. =-- 37 bis 39°C in einer Ausbeute von 66,3% erhalten.

Beispiel 5

Die Hydrolyse des N-Dichlormethyl-formamidinium-chlorids in Gegenwart von Natriumhydrogencarbonat als Chlorwasserstoffakzeptor entsprechend dem Beispiel 3 ergab bei Verlängerung der Reaktionsdauer auf 24 Stunden Diformamid mit einem Schmp. = 35 bis 37 C in einer Ausbeute von 76,1",, der Theorie.

Beispiel 6

Hydrolyse des N-Dichlormethyl-formamdinium-

chlorids in Gegenwart von Natriumhydrogencarhonat als Chlorwasserstoffakzeptor in EssigsäureHthylester

Eine Aufschlämmung von 8,2 g (50 mMol) N Dichlormethyl - formamidinium - chlorid und K)Og (119 mMol) Natriumhydrogencarbonat in 50 ml Fssigsäureäthylester wurde nach Zusatz von einem Tropfön Wasser 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Abweichend von der im Beispiel 1 beschriebenen Abtrennung des Diformamids wurden 10ml Fss.vsäureäthylester zum Auswaschen des Bodenkürpurs verwendet, und außerdem wurde das Losung-.iimittel im Vakuum ohne Petrolätherzusatz völlig abgeben Es wurden 2,95 g farbloser Kristalle mit u:ni

20

Schmp. = 30 bis 32C erhalten, die IR-spektroskopisch als verunreinigtes Diformamid identifiziert wurden.

Beispiel 7

Hydrolyse des N-Dichlormethyl-formamidinium-

chlorids in Gegenwart von Natriumhydrogencarbonat als Chlorwasserstoffakzeptor in Aceton

Bei Wiederholung des im Beispiel 6 beschriebenen Verfahrens unter Ersatz des Essigsäureäthylesters durch Aceton wurde ein braungefärbtes öl abgetrennt, das IR-spektroskopisch als stark verunreinigtes Diformamid identifiziert wurde.

Beispiel 8

Hydrolyse des N-Dichlormelhyl-formamidinium-

chlorids in Gegenwart von Natriumhydrogencarbonat als Chlorwasserstoffakzeptor in Tetrahydrofuran

Eine Aufschlämmung von 10,0 g (61,2 mMol) N-Dichlormethyl - formamidinium - chlorid und 10,5 g (125 mMol) Natriumhydrogencarbonat in 100 ml über Kaliumhydroxyd getrocknetem Tetrahydrofuran wurden bei Raumtemperatur bis zum Ende der Kohlendioxydentwicklung und anschließend noch 4 Stunden weiter gerührt. Zur Abtrennung des angestrebten Reaktionsprodukts wurde entsprechend dem Beispiel 1 bzw. 2 verfahren, wobei 3,77 g gelblichgefärbter, mit flüssigen Anteilen durchsetzter Kristalle erhalten wurden. Das Reaktionsprodukt konnte IR-spektroskopisch als verunreinigtes Diformamid identifiziert werden.

B e i s ρ i e 1 9

Darstellung von Natrium-diformamid

aus Diformamid durch Umsetzung mit

Natriummethylat

Zu einer eisgekühlten Lösung von 23,8 g (0,326 Mol) Diformamid in 200 ml absolutem Tetrahydrofuran wurden 16,7 g (0,309 Mol) fein pulverisierten Natriummethylats gegeben und das heterogene Reaktionsgemisch 6 Stunden unter Eiskühlung gerührt. Anschließend wurde der Bodenkörper abfiltriert, mit wenig absolutem Tetrahydrofuran gewaschen und im Vakuum getrocknet. Mit 29,2 g betrug die Ausbeute an Natriumdiformamid 99,4% der Theorie.

Analyse für C₂H₂NNaO₂:

Gefunden ... N 14,95, 14,69%,
C 24,93, 25,13%,
N 2,49, 2,29%;

berechnet ... N 14,74%,
C 25,28%,
H 2,12%.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Diformamid und seiner Salze, dadurch gekennzeichnet, daß man N-Formyl-formamidiniumhalogenide der allgemeinen Formel

[O = CH — NH — CH = NH₂I⁺X"

in der X ein Halogenatom bedeutet, oder daß man N - Dihalogenmethyl - formamidinium - halogenide der allgemeinen Formel

[X₂CH-NH-CH = NH₂] ⁺ X"

in der X die vorstehend angegebene Bedeutung hat, die letzteren vorzugsweise in Gegenwart eines gegenüber dem gebildeten Diformamid chemisch inerten Halogenwasserstoffakzeptors^orzugsweise Natriumhydrogencarbonat, mit einer stöchiometrischen Menge Wasser bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur, gegebenenfalls in Gegenwart einer das Diformamid lösenden organischen Flüssigkeit, hydrolysiert und gegebenenfalls das gebildete Diformamid durch Umsetzung mit einem Salz einer äußerst schwachen Säure der allgemeinen Formel MeY, in der Me ein Metallion und Y das Anion einer äußerst schwachen Säure bedeutet, vorzugsweise einem Alkoholat, besonders Natriummethylat oder Natriumäthylat, in sein Salz überführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit N-Formyl-formamidinium-bromid durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit N-Dichlormethyl-formamidinium-chlorid durchführt.