DE1445951C3 - Verfahren zur Herstellung von diquaternären 4,4'Bipyridyliumsalzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von diquaternären 4,4'BipyridyliumsalzenInfo
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Description
in der R und R' gleich oder verschieden sein können und einen Alkylrest von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
der gegebenenfalls durch eine endständige Hydroxyl-, Amino-, Cyano-, Carboxy-, Carbamoyl-, Diäthylcarbamoyl-,
Diisopropylcarbamoyl-, Methylcarbamoyl-, n-Hexylcarbamoyl-, 2-Äthylhexylcarbamoyl-,
Isopropoxypropylcarbamoyl-, 3,5,5-Trimethylhexylcarbamoyl-,
Di-(n-hexyl)-carbamoyl, Di-(2-methoxyäthyi)-carbamoyl-, N-Methoxy-N-methylcarbamoyl-,
Di-(2-cyanoäthyl)-carbamoyl-, Neopentoxycarbonyl-, Phenyl- oder eine Benzoylgruppe
substituiert sein kann, oder einen Alkenylrest und X das Äquivalent eines Chlorid-, Bromid-, Jodid-,
Sulfat- oder Sulfonations bedeutet, dadurch
gekennzeichnet, daß man 4,4'-BipyridyI oder ein entsprechend substituiertes monoquaternäres
4,4'-Bipyridyliumsalz mit einer Verbindung der allgemeinen Formel Il bzw. III
R-X
R'—X
(H)
(III)
(III)
in denen R, R' und X die oben angegebenen Bedeutungen aufweisen, in Gegenwart von 1 bis
10 Gewichtsteilen Wasser je Gewichtsteil 4,4'-Bipyridyl innerhalb eines pH-Wertbereichs von 5 bis 8
und bei einer Temperatur von mindestens 60°C umsetzt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von diquaternären 4,4'-Bipyridyliumsalzen.
Solche Salze sind wichtige Herbicide.
Es ist bekannt, quaternäre Bipyridyliumsalze dadurch
he zustellen, daß man ein Bipyridyl mit einem Quaternisierungsmittel umsetzt. Für diesen Zweck sind
die verschiedensten Quaternisierungsmittel verwendet worden. Bisher wurden diese Verfahren derart durchgeführt,
daß ein Gemisch der Reaktionsteilnehmer entweder alleine oder in Gegenwart einer organischen
Flüssigkeit erwärmt wurde. Diese Verfahren haben jedoch eine Anzahl von Nachteilen. Wenn die
Ausgangsstoffe alleine erwärmt werden, so wird eine beträchtliche Wärmemenge entwickelt, weshalb sich die
Umsetzung nur schwierig unter Kontrolle halten läßt. Darüber hinaus werden bei diesem Verfahren die
quaternären Salze in Form von festen Massen erhalten, deren Weiterverarbeitung besonders schwierig ist.
Hinsichtlich des zweiten Verfahrens ist darauf hinzuweisen, daß die quaternären Bipyridyliumsalze in Wasser
löslich sind und im allgemeinen in Form von wäßrigen Lösungen als Herbicide angewendet werden. Wenn
daher beim Quaternisierungsverfahren eine organische Flüssigkeit verwendet wird, so muß diese bei der
Formulierung eines Herbicids entfernt werden oder aber eine solche Natur aufweisen, daß sie in der
Herbicidformulierung verbleiben kann. Zwar bilden sich die quaternären Bipyridyliumsalze in organischen
Flüssigkeiten verhältnismäßig leicht, jedoch werden durch die Verwendung solcher Flüssigkeiten die Kosten
des Verfahrens beträchtlich erhöht.
Es wurde nunmehr gefunden, daß sich 4,4'-Bipyridyle leicht in quaternäre 4,4'-Bipyridyliumsalze überführen
lassen, wenn das 4,4'-Bipyridyl in Gegenwart von
ίο Wasser mit einem Quaternisierungsmittel erwärmt
wird.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung von diquaternären 4,4'-Bipyridyliumsalzen
der allgemeinen Formel I
in der R und R' gleich oder verschieden sein können und einen Alkylrest von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, der
gegebenenfalls durch eine endständige Hydroxyl-, Amino-, Cyano-, Carboxy-, Carbamoyl-, Diäthylcarbamoyl-,
Diisopropylcarbamoyl-, Methylcarbamoyl-, n-Hexylcarbamoyl-, 2-Äthylhexylcarbamoyl-, Isopropoxypropylcarbamoyl-,
3,5,5-TrimethylhexyIcarbamoyl-,
Di-(n-hexyl)-carbamoyl-, Di-(2-methoxyäthyl)-carbamoyl-, N-Methoxy-N-methylcarbamoyl-, Di-(2-cyanoäthyl)-carbamoyl-,
Neopentoxycarbonyl-, Phenyl- oder eine Benzoylgruppe substituiert sein kann, oder einen
Alkenylrest und X das Äquivalent eines Chlorid-, Bromid-, Jodid-, Sulfat- oder Sulfonations bedeutet,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man 4,4'-Bipyridyl oder ein entsprechend substituiertes monoquaternäres
4,4'-Bipyridyliumsalz mit einer Verbindung der allgemeinenFormelllbzw.nl
R-X
R'—X
(II)
(HI)
(HI)
in denen' R, R' und X die oben angegebenen Bedeutungen aufweisen, in Gegenwart von 1 bis
10 Gewichtsteilen Wasser je Gewichtsteil Bipyridyl innerhalb eines pH-Wertbereichs von 5 bis 8 und bei
einer Temperatur von mindestens 6O0C umsetzt.
Wenn beim Verfahren von einem monoquaternären Salz ausgegangen wird, so können leicht diquaternäre
Salze hergestellt werden, die verschiedene quaternisierende Gruppen aufweisen.
Die verwendete Wassermenge hängt in gewissem Ausmaß von der Konzentration des quaternären Salzes
ab, die im endgültigen Reaktionsprodukt erwünscht ist. Im allgemeinen besitzen die Wassermengen innerhalb
des angegebenen Bereichs keinen besonderen Einfluß auf die Reaktion. Mengen von 1 bis 5 Gewichtsteile
Wasser je Gewichtsteil 4,4'-Bipyridyl werden bevorzugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird innerhalb eines pH-Bereichs voii;5 bis 8 durchgeführt. Bei einem
pH-Wert über 8 besteht die Tendenz, daß sich die bisquaternären Salze zersetzen oder verfärben, während
unterhalb eines pH-Werts eine Tendenz besteht, daß sich die Salze hydrolysieren und in ein Bipyridylsalz"
übergeführt werden, das an dem Stickstoffatom ein Wasserstoffatom an Stelle einer quaternären Gruppe
enthält. Solche Salze qualernisieren nicht. Für die Umsetzung von 4,4'-Bipyridyl mit Dimethylsulfat wird
ein pH-Bereich von 6 bis 7 bevorzugt.
Um den pH-Wert innerhalb des angegebenen Bereichs zu halten, wird das Verfahren vorzugsweise in
Gegenwart eines säurebindenden Mittels durchgeführt, dessen Menge und Art geeignet ist, einen solchen
pH-Wert aufrechtzuerhalten. Geeignete säurebindende Mittel sind solche, die bei dem gewünschten pH-Wert
wirksam sind, jedoch außerhalb der erwähnten Grenzwerte den pH-Wert nicht verändern. So sind beispielsweise
starke Alkalien, wie Natriumhydroxyd und Bariumhydroxyd, nicht geeignet, wenn nicht der Zusatz
dieser Verbindungen zum Reaktionsgemisch sorgfältig durch eine den pH-Wert konstant haltende Apparatur
geregelt wird. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird die Verwendung eines säurebindenden Mittels
bevorzugt, das in Wasser nur schwach löslich ist oder als r5
Puffermittel wirkt. Geeignete Beispiele für Stoffe der erstgenannten Art sind Magnesiumoxyd und Magnesiumsilicat
sowie insbesondere Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat. Geeignete Stoffe der letzteren
Type sind Ammonium- oder Alkalimetall- und insbesondere Natriumsalze von schwachen Säuren, wie z.B.
Acetate, Formiate, Zitrate und verschiedene Phosphate, beispielsweise sekundäres Natriumphosphat. Die Wahl
' . des säurebindenden Mittels hängt auch von der endgültigen Formulierung des Herbicids ab. Es ist dafür
Sorge zu tragen, daß ein säurebindendes Mittel verwendet wird, das in dem fertigen Herbicidpräparat
nicht stört.
In vielen Fällen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren unter gewöhnlichen Drücken durchführen: Es
kann aber auch Überdruck angewendet werden. Wenn beispielsweise Methylchlorid als Quaternisierungsmittel
verwendet wird, dann empfiehlt sich die Durchführung des Verfahrens unter Überdruck.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Temperatur über 6O0C ausgeführt, da unterhalb dieser
Temperatur eine größere Tendenz besteht, daß das Bipyridyl in Form eines Hydrats auskristallisiert. Sehr
gute Ergebnisse werden bei Anwendung von Temperaturen zwischen 75 und 1200C erzielt. Ein besonders
zweckmäßiges Verfahren besteht darin, das Reaktionsgemisch unter einem, teilweisen Rückfluß zu erwärmen,
wobei also mindestens ein Teil des Wassers durch Destillation entfernt wird. Bei dieser Arbeitsweise kann
neben dem Wasser auch noch eine organische Flüssigkeit zugegen sein, welche mit Wasser ein
azeotropes Gemisch bildet. Dabei werden die Erwärmungsbedingungen so eingestellt, daß das Azeotrop
während des Verlaufs der Reaktion entfernt wird.
Für die Umsetzung werden im allgemeinen Zeiten von 30 min bis zu 2 st benötigt.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Tatsache, daß die 4,4'-Bipyridyliumsalze
in einer Form erhalten werden, welche sich direkt in die Verarbeitung in ein herbicides Präparat
eignet. So muß das Reaktionsprodukt in vielen Fällen nur mit Wasser verdünnt werden, um ein gebrauchsfertiges
herbicides Mitteh herzustellen. Zur Herstellung eines, herbiciden Mittels können auch noch die üblichen
Zusätze zugegeben werden, wie z. B. Korrosionsinhibitoren und oberflächenaktive Mittel.
Die Erfindung wird durch.~;die folgenden Beispiele
näher erläutert.
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Methylchloridgas wurde in einen Druckkessel eingeleitet, welcher 31,2 g 4,4'-Bipyridyl enthielt, das in 50 g
Wasser gelöst war, während die Lösung auf 1300C
erhitzt wurde. Die Gaseinleitung und das Erhitzen wurde lOstd forlgesetzt, wobei 20,0 g Methylchlorid
absorbiert wurden. Das Reaktionsgemisch wurde hierauf abgekühlt. Durch Chromatographie wurde
gezeigt, daß es fast vollständig aus einer wäßrigen Lösung von 1,1'-Dimethy]-4,4'-bipyridylium-dichlorid
bestand. Fp. > 3000C.
Zu einer Lösung von 156 Teilen, 4,4'-Bipyridyl in 200 Teilen Wasser von 70° C wurden 14 Teile Natriumacetat-trihydrat
zugegeben. Zu dieser Lösung wurden dann während eines Zeitraums von 2 Std. 255 Teile
Dimethylsulfat (welches durch Behandeln mit Kaliumcarbonat säurefrei gemacht worden war) hinzugefügt,
während dessen gut gerührt und eine Temperatur von 700C aufrechterhalten wurde. Nach Beendigung der
Zugabe wurde das Rühren weitere 15 min fortgesetzt. Während der Zugabe und insbesondere gegen Ende der
Zugabe wurde der pH-Wert des Gemischs in der Nähe des Neutralitätspunkts gehalten. Gelegentlich wurden
kleine Mengen Calciumcarbonat zugegeben, um den pH-Wert im Bereich zwischen 5 und 6 zu halten.
Das Volumen des resultierenden Reaktionsgemischs war 2,5mal so groß, wie jenes des verwendeten Wassers
und entsprach praktisch einer 100%igen Ausbeute an l,r-Dimethyl-4,4'-bipyridylium-di-methylsulfat in Form
einer 80%igen Gew.-Vol.-Lösung. Eine Analyse des Produktes ergab, daß der Sulfatgehalt kleiner als 0,5%
war und daß nur eine Spur (durch Papierchrorhatogramm) monoquaternäres Salz anwesend war. Fp. =
230°C(Zers.).
Ein Gemisch, welches 2,0 g 4,4'-Bipyridyl, 3,7 g Methyl-p-toluol-sulfonat und 10,0 g Wasser enthielt,
wurde 15 min erhitzt. Während dieses Vorgangs wurde Wasser durch Destillation entfernt. Daher steigt die
Temperatur des Gemischs von 105 auf 120°C. Das Reaktionsgemisch wurde hierauf abgekühlt, und anschließend
wurden 5 ml Äthanol und dann 50 ml Aceton zugegeben, um das Salz auszufällen. Dies wurde dann
abfiltriert, mit Aceton gewaschen und getrocknet. Es wurden 4,2 g .l/i'-Dimethyl-'M'-bipyridylium-di-p-toluol-sulfonaf
erhalten, was einer 80%igen Umwandlung des eingesetzten 4,4'-BipyridyIs entsprach. Fp. = 219°C.
Ein Gemisch aus 2 g 4,4'-Bipyridyl, 3,7 g Dodecyl-ptoluol-sulfonat
und 10 g Wasser wurde 10 bis 15 min unter Bedingungen erhitzt, so daß Wasser sich durch
Destillation entfernen konnte. Während^ dieses Vorgangs stieg die Temperatur von 105 auf 120°C. Das
Produkt wurde dann durch aufeinanderfolgende Zugabe von 5 ml Äthanol und dann 50 ml Aceton aus dem
Reaktionsgemisch ausgefällt. Es wurden 4,2 g l,l'-Didodecyl-4,4'-bipyridylium-di-p-toluol-sulfonat
erhalten, was einer 8Ö°/ciigen Umwandlung des Bipyridyls
entsprach. Fp. = 125° C.
15,6 g 4,4'-Bipyridyl, 18 g Äthylen-chlorhydrin und
14 g Wasser wurden gemeinsam unter Rückfluß während 5 Std. erhitzt, wobei einem Teil des Wassers
gestattet wurde abzudestillieren. Gleichzeitig stieg die Siedetemperatur des Gemisches von 100 auf 116°C. Das
Reaktionsgemisch wurde dann abgekühlt und mit 120 ml absolutem Alkohol gemischt, um das Dichlorid
ίο
20
auszufällen, welches anschließend durch Filtration abgetrennt wurde. Es wurden 28 g l,1'-Di-(2-hydroxyäthyl)-4,4'-bipyridyliuin-dichlorid
erhalten, was einer Umwandlung von 89 Gew.-%, bezogen auf das 4,4'-Bipyridyl,
entsprach. Fp. = 2640C.
5,2 g 4,4'-Bipyridyl wurden in 20 g kochendem Wasser aufgelöst. Hierauf wurde eine Lösung von
Diäthyl-chloracetamid in Toluol allmählich während eines Zeitraums von 1 bis 2 min zu der siedenden
wäßrigen Lösung zugegeben. Das Erhitzen wurde dann eine weitere Stunde fortgesetzt, während dessen das
Toluol als azeotropes Gemisch in Wasser entfernt wurde.
Nach dem Kühlen wurde festgestellt, daß sich 13,8 g 1,1 '-Di-(diäthyl-carbamoyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
gebildet hatte, was einer 92,5%igen Umwandlung des Bipyridyls entsprach. Fp. = 295° C.
1,56 g 4,4'-Bipyridyl wurden in 10 g Wasser aufgelöst, und die Lösung wurde mit 3,5 g Diisopropyl-chloracetamid
gemischt. Das Gemisch wurde 1 V2 Std. erhitzt und dann abgekühlt. Das Produkt wurde hierauf durch
Zugabe von 20 ml Äthanol und anschließend 40 ml Diäthyläther aus der kühlen Lösung ausgefällt. Es
wurden 4,7 g U'-Di-(diisopropylcarbamoyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
erhalten, was einer 90%igen Umwandlung des Bipyridyls entsprach. Fp. > 320° C.
Eine Lösung von 6,9 g 4,4'-Bipyridyl-dihydrat in 50 ml
Wasser wurde unter Rückfluß erhitzt, während dessen 12,1 g Allylbromid zugetropft wurden. Nach beendeter
Zugabe wurde das Reaktionsgemisch noch eine weitere Stunde unter Rückfluß erhitzt. Das Wasser wurde dann
durch Abdampfen im Vakuum entfernt. Zur Entfernung von Wasserspuren im Rückstand wurde Äthanol
zugegeben und durch Abdampfen im Vakuum entfernt. Das erhaltene l,l'-DiaIlyl-4,4'-bipyridylium-dibromid
war ein gelber Feststoff, der mit Aceton gewaschen und getrocknet wurde. Fp. = 213°C.
16 1,1 '-Di-(n-hexylcarbamoyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
(N-n-Hexylchloracetamid) Fp. = 268—270° C
17 1,1 '-Di-(2-äthylhexyl-carbamoy!-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
(N-2-Äthylhexyl-chloracetamid)
Fp. = 280° C
18 1,1 '-Di-(3-isopropoxypropyl)-carbamoy I-methyl-4,4'-bipyridylium-dichlorid
[N-^-Isopropoxy-propylJ-chloracetamid]
Fp. >250°C
[N-^-Isopropoxy-propylJ-chloracetamid]
Fp. >250°C
19 l,l'-Di-(N-3,5,5-trimethylhexyl-carbamoylmethyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
[N-P^S-trimethyl-hexylJ-chloracetamid]
Fp. = 294° C
[N-P^S-trimethyl-hexylJ-chloracetamid]
Fp. = 294° C
20 l,r-Di-(bis-n-hexylcarbamoyI-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
(Di-N,N-hexylchloracetamid) Fp. >300°C
21 l,l'-Di-[bis-(2-methoxyäthyl)-cabamoylmethyl]-4,4'-bipyridylium-dichlorid
[N,N-Di-(2-methoxyäthyl)-chIoracetamid]
Fp. = 266° C
[N,N-Di-(2-methoxyäthyl)-chIoracetamid]
Fp. = 266° C
22 l,r-Di-(N-methoxy-N-methyl-carbamoyl-
methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
(N-Chloracetyl-O.N-dimethylhydroxylamin) Fp. = 263° C
(N-Chloracetyl-O.N-dimethylhydroxylamin) Fp. = 263° C
23 1,1 '-Di-[bis-(2-cyanoäthyl)-carbamoylmethyl]-4,4'-bipyridylium-dichlorid
[N-Chloracetyl-bis-(2-cyano-äthyl)-amin]
Fp. = 260°C(Zers.)
[N-Chloracetyl-bis-(2-cyano-äthyl)-amin]
Fp. = 260°C(Zers.)
24 1,1 '-Diphenacyl^^'-bipyridylium-dibromid
(Phenacyl-bromid) Fp. >300°C
(Phenacyl-bromid) Fp. >300°C
25 l,r-Di-(neopentoxy-carbonyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dibromid
(Neopentylbromacetat) Fp. = 256° C
Beispiele 9 bis 25
9 1,1 '-Methyl-äthyl-^'-bipyridylium-
dijodid, hergestellt aus Methyl-4,4'-bipyridylium-monojodid als 4,4'-Bipyridyl und
Äthyljodid als Quaternisierungsmittel
Fp. = 291° C (Zers.)
Äthyljodid als Quaternisierungsmittel
Fp. = 291° C (Zers.)
10 1,1 '-Di-carboxy methyl-4,4'-bipy ridyli unfr
dichlorid (Chloressigsäure) Fp. > 300° C
dichlorid (Chloressigsäure) Fp. > 300° C
11 1,1 '-DibenzyM^'-bipyridylium-dichlorid
(Benzylchlorid) Fp. = 260° C
(Benzylchlorid) Fp. = 260° C
12 1,1 '-Di-(3-cyanopropyl)-4,4'-bipyridyliumdichlorid
(^Chlpr-butyronitril) Fp. = 234° C
13 l,l'-Di-(2-aminoäthyl)-4,4'-bipyridyliumdibromid-dihydrobromid
(2-Bromäthylamin-hydrobromid) Fp. = 288° C
14 l,l'-Di-(carbamoyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid (Chloracetamid)
Fp. >33O°C
15 1,1 '-Di-(methylcarbamoyl-methyl)-4,4'-bipyridylium-dichlorid
(N-Methylchloracetamid) Fp. = 292° C
Gemäß den obigen Beispielen wurden eine Reihe anderer quaternärer 4,4'-Bipyridyliumsalze hergestellt.
In diesen Beispielen wurde 1 MoI 4,4'-Bipyridyl in der 4-bis 8fachen Gewichtsmenge Wasser gelöst, worauf die
Lösung mit 2 Mol des entsprechenden Quaternisierungsmittels gemischt wurde, welches ein Halogenid
und im allgemeinen ein Chlorid war. Das Gemisch wurde in jedem Fall 30 bis 60 min bei einer Temperatur
von 85 bis 95°C unter Rückfluß erhitzt. Die Produkte wurden als wäßrige Lösungen erhalten, die direkt in
herbicide Präparate überführt werden konnten.
Um die Salze zum Zwecke der Identifizierung und Bestimmung der Effizienz des Verfahrens zu isolieren,
wurden die Lösungen unter vermindertem Druck nahezu in einem trockenen Zustand" eingedampft.
Hierauf wurde Äthanol zugegeben. Dieses wurde dann durch Abdampfen entfernt. Abschließend wurden die
Produkte, welche in der Regel aus gelben Kristallen bestanden, mit Aceton gewaschen und getrocknet. In
jedem Fall wurden Ausbeuten von 4,4'-Bipyridyliumsalzen erhalten, welche einer 50 bis 80%igen Umwandlung
des ursprünglichen 4,4'-Bipyridyls entsprachen.
In der folgenden Aufstellung ist das Quaternisierungsmittel in Klammern angegeben.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von diquaternären 4,4'-Bipyridyliumsalzen der allgemeinen Formel IR-]J-R' X(D
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1491663 | 1963-04-16 | ||
| GB1491664 | 1964-04-13 | ||
| DEJ0025652 | 1964-04-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1445951C3 true DE1445951C3 (de) | 1977-09-22 |
Family
ID=
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