DE1543560B1 - Verfahren zur Herstellung von 1-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thionen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 1-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thionenInfo
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
Description
Die Umsetzung von Oxacyclopropanen mit Schwefelkohlenstoff
wurde bereits von verschiedenen Seiten untersucht. Die nichtkatalysierte Umsetzung oder
die mit einem Amin katalysierte Umsetzung lieferte in sämtlichen Fällen ein kompliziertes Gemisch, das
nicht nur das l-Oxa-S-thiacyelopentan-l-thion, sondern
auch l-Oxa-S-thiacyclopentan^-one, 1,3-Dithiacyclopentan-2-thione,
Thiacyclopropane und zur Hauptsache zahlreiche Nebenprodukte, die von der teilweisen Polymerisation des Thiacyclopropans oder
sogar des Ausgangsoxacyclopropans herstammten, enthielt. Die Herstellung eines l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thions
in konzentrierter Form und mit guter Ausbeute benötigt deshalb einen wirksamen
Katalysator.
Die Umsetzung zum l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
läßt sich wie folgt formulieren:
R-CH-CH2+ CS2
20
wobei R ein Wasserstoffatom oder die Methylgruppe oder einen niedrigmolekularen Alkylrest oder den
Aryl- oder Cycloalkylrest bedeutet. Jedoch ist diese Umsetzung sehr schwierig durchzuführen, da, sei es
im Verlauf von bei der Herstellung des l-Oxa-3-thiacyclopentan-2-thions
erfolgenden Zwischenreaktionen, sei es nach der Bildung des l-Oxa-3-thiacyclopentan-2-thions
selbst, das Reaktionsmilieu zahlreiche Umsetzungsmöglichkeiten für Nebenreaktionen
bietet, die sehr häufig zur Bildung eines komplizierten Gemisches führen, aus dem es praktisch
unmöglich ist, das l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion mit guten Ausbeuten zu extrahieren.
Es wurde nun gefunden, daß es durch Verwendung bestimmter komplexer Katalysatoren auf der Grundlage
von bestimmten hydratisierten Alkalihalogenide^ nämlich den Jodiden von Lithium, Natrium oder
Kalium, den Bromiden von Lithium oder Natrium oder dem Lithiumchlorid möglich ist, in guter Ausbeute
l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thione durch Umsetzung von Oxacyclopropanen mit Schwefelkohlenstoff
zu erhalten.
Die genannten Alkalihalogenide stellen den Grundbestandteil sämtlicher erfindungsgemäß angewandter
Katalysatoren dar, die zur bevorzugten Durchführung hinsichtlich der Bildung von Gemischen, in denen
sehr viel l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion enthalten ist, geeignet sind. Weiterhin wurde festgestellt, daß
die Anwesenheit von Wasser erforderlich ist, um die Umsetzungsreaktion zu bewirken, bei der sehr wahrscheinlich
ein Mechanismus vom ionischen Typ abläuft; dieses Wasser kann unter anderem und bevorzugt dem Reaktionsgemisch durch Verwendung
des Alkalihalogenides in hydratisierter Form geliefert werden. Jedoch darf die Menge des in dem System
vorhandenen Wassers nicht einen Überschuß darstellen
und es wurde festgestellt, daß der optimale Gehalt an Wasser zwischen 2 und 12 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Menge des eingesetzten Halogenides, liegt.
Das hydratisierte Alkalihalogenid stellt aber allein
keinen genügend aktiven Katalysator für die Umsetzung des Oxacyclopropans mit Schwefelkohlenstoff dar. Vielmehr ist es erforderlich, daß man zusätzlich
zusammen mit dem Halogenid einen Cokatalysator verwendet, der aus folgenden Verbindungen
bestehen kann: Schwefelwasserstoff, ein Mercaptan oder ein Thioäther, ein gegebenenfalls »in situ«
hergestelltes Alkylsulfoniumhalogenid, ein Xanthat eines Alkalimetalls, ein Thiolat, ein Thiocarbonat,
ein Thiocarbamat oder ein Sulfid eines Alkalimetalls, ein Alkohol, der ein gutes Lösungsmittel für das
Alkalihalogenid ist.
Es wird angenommen, daß in sämtlichen Fällen der wirksamste Cokatalysator aus einem Xanthenderivat
besteht, sei es, daß diese Verbindung als solche zugefügt wird oder diese Verbindung sich im
Ubergangszustand während des Ablaufes der Umsetzungen bildet.
Die Umsetzungstemperatur muß zwischen +10 und 70° C gehalten werden, da bei Temperaturen
unterhalb 1O0C die Reaktion sehr langsam und ^
schlecht abläuft, während bei Temperaturen oberhalb ^ 70° C sich eine ganze Reihe von schädlichen Nebenreaktionen
ausbildet.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Ein bei 0° C gehaltener Autoklav wurde mit einem Gemisch aus 1 Mol CS2, das mit SH2 bei 20° C
gesättigt war, entsprechend 0,25 Gewichtsprozent und 3 Mol Oxacyclopropan beschickt. Man fügte 1,8 g
Lithiumchlorid, das zu 5% hydratisiert war, zu und schloß den Autoklav; anschließend wurde gerührt.
Das Kühlgemisch, durch das der Autoklav bei 0°C gehalten wurde, wurde durch umlaufendes Wasser
von 25° C, was mit einem Thermostaten geregelt wurde, ersetzt. Der Druck stieg auf 1,5 kg/cm2. Die
Temperatur des Reaktionsgemisches änderte sich praktisch nicht, und der wirksame Druck fiel allmählich
auf 0 kg/cm2 ab. Nach einer Reaktionsdauer von 6 Stunden hatte der gesamte CS2 reagiert.
Der Autoklav wurde wiederum auf 0°C abgekühlt, ä
entgast und entleert. Es wurde eine orangegelbe Flüssigkeit erhalten, die 98 bis 99% des Ausgangsgemisches
darstellte. Diese Flüssigkeit enthielt das gesamte nicht umgesetzte überschüssige Oxacyclopropan,
1 bis 2% verschiedener Verunreinigungen, während der Rest ein Gemisch aus l-Oxa-3-thiacyclopentan-2-thion,
l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-on und Thiacyclopropan bestand.
Es hatte der gesamte Schwefelkohlenstoff reagiert, und man erhielt auf 1 Mol CS2 (Mittelwert von
neun Versuchen):
Thiacyclopropan 0,305 Mol
l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-on 0,035 Mol
l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion ... 0,695 Mol
Die Ausbeute an l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
liegt somit bei etwa 70%. Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wurde bei diesen wie bei den
folgenden Versuchen durch Gasphasenchromatogra-. phie bestimmt.
B e i s ρ i e 1 2
Es wurde dieselbe Versuchsanordnung wie im Beispiel 1 angewandt, wobei verschiedene Versuchs-
bedingungen geändert wurden, d. h. die Reaktionsdauer, die Reaktionstemperatur und die relativen
Verhältnisse von Oxacyclopropan und Schwefelkohlenstoff.
Der angewandte Katalysator bestand stets aus zu 5% mit Wasser hydratisiertem Lithiumchlorid, wozu Schwefelwasserstoff im Gemisch (zu 0,25 Gewichtsprozent) mit Schwefelkohlenstoff zugegeben wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt
Der angewandte Katalysator bestand stets aus zu 5% mit Wasser hydratisiertem Lithiumchlorid, wozu Schwefelwasserstoff im Gemisch (zu 0,25 Gewichtsprozent) mit Schwefelkohlenstoff zugegeben wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt
Reaktionsbedingungen | Mol CS2, gesättigt mit H2S |
zahl Oxacyclopropan |
Hydratisiertes LiCl (g) |
Reaktionsdauer (Stunden) |
Erhaltene Produkte in Mol je Mol umgewandeltem CS2 | Thiacyclopropan | l-Oxa-3-thia- cyclopentan-2-on |
l-Oxa-3-thia- cyclopentan- 2-thion |
1 | 2,5 | 1,8 | 4,5 | Temperatur (0Q |
0,220 | 0,04 | 0,650 | |
1 | 2,5 | 1,8 | 6 | 25 | 0,345 | 0,025 | 0,705 | |
1 | 2,5- | 1,8 | 7 | 25 | 0,530 | 0,020 | 0,573 | |
1 | 2,5 | 1,8 | 15 | 25 | 0,280 | 0,05 | 0,813 | |
1 | 2,5 | 1,8 | - 21,5 | 25 | 0,300 | 0,054 | 0,73 | |
5 | 15 | 9 | 5 | 25 | 0,05 | 0,059 | 0,832 | |
.1 | 1,5 | 1,8 | 15 | 60 | 0,144 | 0,03 | 0,640 | |
3 | 9 | 5,4 | 15 | 25 | 0,140 | 0,044 | 0,876 | |
25 |
Die Ausbeute hinsichtlich der Umsetzung zu l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion betrug daher stets
mehr ,als 60%·
r
Man kann als Cokatalysator für hydratisiertes
Lithiumchlorid ein Alkylsulfoniumhalogenid verwenden. Das Alkylsulfoniumhalogenid scheint für die
Herstellung von l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion nicht spezifisch zu sein, da es sehr leicht aus den
Ausgangsprodukten Schwefelkohlenstoff und Oxacyclopropan zu Produkten wie l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-on
oder Thiacyclopropan führt. Wenn man jedoch sehr schwache Mengen als Cokatalysator
verwendet, kann man beachtliche Mengen 1-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
erhalten.
Es wurde entsprechend Beispiel 1 gearbeitet und 3 Mol Oxacyclopropan, 1 Mol Schwefelkohlenstoff,
0,05 Mol zu 11% mit Wasser hydratisiertes Lithiumchlorid und 0,01 Mol Triäthylsulfoniumjodid verwendet.
Die Reaktionstemperatur betrug 25° C und die Reaktionsdauer 15 Stunden. Unter diesen Bedingungen
wurden je Mol umgewandeltem CS2 erhalten:
0,266 Thiacyclopropan
0,074 Mol l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-on
0,608 Mol l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion.
0,608 Mol l-Oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion.
B ei spiel 4
Man kann als Cokatalysator für hydratisiertes Lithiumchlorid ein Alkaliglykolxanthat verwenden.
Das einfachste Verfahren zur Herstellung eines Kaliumglykolxanthats besteht darin, daß man bei
<50°C allmählich 1 Mol Kalium in Körnerform zu 1,5 Mol Glykol gibt. Wenn das Reaktionsgemisch
einem zähen Sirup entspricht, kühlt man auf 10° C ab und gibt tropfenweise 1 Mol Schwefelkohlenstoff
zu. Man rührt während 4 Stunden bei 10° C, läßt dann 12 Stunden bei Raumtemperatur stehen, filtriert
unter Absaugen den gebildeten Niederschlag, wäscht diesen mit Äther und kristallisiert ihn aus einem
Alkohol-Äther-Gemisch um.
Das auf diese Weise hergestellte Xanthat wurde als Cokatalysator bei folgender Umsetzung verwendet
:
In einen Dreihalskolben, der mit Rückflußkühler und Thermometer ausgestattet war, wurden 0,2 Mol
Schwefelkohlenstoff, 0,4 Mol Oxacyclopropan, 0,01 Mol zu 10% mit Wasser hydratisiertes Lithiumchlorid
und unterschiedliche Mengen Kaliumglykolxanthat eingebracht. Die Reaktionstemperatur wurde
bei 25 bis 27° C während unterschiedlicher Reaktionszeiten gehalten. Es wurden die in Tabelle II
zusammengefaßten Ergebnisse erhalten.
Reaktions dauer |
Erhaltene Produkte | in Mol je Mol um- | l-Oxa-3-thia- | |
glykol- xanthat |
(Stunden) | gewandelter CS2 | cyclopentan-2-thion | |
(Mol) | Methylthiacyclo- | 0,812 . | ||
82 | propan | 0,810 | ||
0,001 | 4 | 0,822 | ||
0,0035 | 1 | 0,014 | 0,834 | |
0,005 | 0,3 | 0,015 | ||
0,006 | 0,017 | |||
B e i s ρ i e 1 5
Es wurde entsprechend Beispiel 4 gearbeitet und 2 Mol Schwefelkohlenstoff, 6 Mol Methyl-oxacyclopropan,
0,02 Mol zu 10% hydratisiertes Lithiumchlorid und 0,02 Mol Kaliumglykolxanthat verwendet.
Die Temperatur wurde 3 Stunden bei 35 bis 50° C gehalten. Es wurden je Mol umgewandelten Schwefelkohlenstoff
0,032 Mol S-Methyl-l-oxa-S-thia-cyclopentan-2-on
und 0,947 Mol S-Methyl-l-oxa-S-thiacyclopentan-2-thion
erhalten.
Wenn man bei dem vorstehenden Versuch das 6S Methyl-oxacyclopropan durch Oxacyclopropan ersetzt,
erhält man je Mol verbrauchten Schwefelkohlenstoff 0,05 Mol Thiacyclopropan und 0,93 Mol
l-Oxa-S-thia-cyclopentan^-thion.
Man kann als Cokatalysator für hydratisiertes Lithiumchlorid auch das Natriumtrithiocarbonat
CS3Na2 verwenden.
Bei Verwendung von 0,5 Mol Schwefelkohlenstoff, 1 Mol Methyl-oxacyclopropan, 0,02 Mol Lithiumchlorid
mit 10% Wasser und 1,5 ecm wasserfreiem Natriumtrithiocarbonat erhält man nach 2 Stunden
bei 35°C ein Gemisch, welches 617o 5-Methyl-l-oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
und 31% überschüssiges Methyl-oxacyclopropan enthält. Die erhaltene Menge
an 5-Methyl-l-oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion entspricht einer Ausbeute von 74%, bezogen auf Schwefelkohlenstoff.
Es wurde tropfenweise ein aus 0,4 Mol Methyloxacyclopropan und 0,2 Mol Schwefelkohlenstoff
bestehendes Gemisch in einen Kolben gegeben, der ein aus 0,01 Mol Natriumsulfid und 0,02 Mol Lithiumchlorid,
hydratisiert zu 8%, bestehendes katalytisches Gemisch enthielt. Die Temperatur des
Gemisches erhöhte sich auf 400C und hielt sich
anschließend bei der Rückflußtemperatur des Methyloxacyclopropans lediglich durch die Zugabe der
Reaktionsteilnehmer. Die gesamte Zugabe der Reaktionsteilnehmer erforderte eine 3Z4. Stunde, worauf
man die Reaktion sich während 3 Stunden vollenden ließ.
Der Gehalt des so erhaltenen Gemisches an 5-Methyl-l-öxa-3-thia-cyclopentan-2-thion betrug
70%, was einer Ausbeute von 1 Mol je Mol an verbrauchtem
Schwefelkohlenstoff entspricht.
In einem Kolben von 100 ecm, der mit Rückflußkühler, Thermometer, Zugabetrichter und magnetischem
Rührer ausgestattet war, wurde 0,1 ecm einer katalytischen Lösung, die durch Lösen von
50 g zu 10% hydratisiertem Natriumjodid in 10 g Methanol erhalten worden war, 0,2 Mol Schwefelkohlenstoff
und 2 ecm Methyl-oxacyclopropan eingebracht. Als die Umsetzung nicht ansprang, wurde
die Gesamtmenge des bei dem Versuch angewandten Methyl-oxacyclopropans, d. h. insgesamt 0,4 Mol,
und 2 ecm der Katalysatorlösung, was einer Gesamtmenge von 0,005 Mol Natriumjodid entspricht, zugefügt.
Es wurde 1 Stunde auf 33° C unter Rückfluß erhitzt. Die Ausbeute betrug 9O0Z0 an 5-Methyll-oxa-S-thia-cyclopentan-^-thion,
was 0,9 Mol je Mol an umgesetztem Schwefelkohlenstoff entspricht.
Unter den gleichen Versuchsbedingungen kann man als Katalysator 0,005 Mol Natriumglykolxanthat
verwenden; man erhält eine gleiche Ausbeute mit einer überlegenen Reaktionsgeschwindigkeit.
Zu einem Kolben wurden unter Rühren 0,02 Mol hydratisiertes Lithiumchlorid in Form einer durch
Auflösen von 45 g Lithiumchlorid, hydratisiert zu 8%, in 100 ecm Methanol hergestellten Lösung und
5 ecm eines aus 1 Mol Schwefelkohlenstoff und 2MoI Methyl-oxacydopropan bestehenden Gemisches zugegeben.
Nach einer Berührungszeit von 5 Minuten erreichte die Temperatur des Reaktionsgemisches
50° C. Anschließend wurden die Reaktionsteilnehmer fortlaufend im Verhältais von 1 Mol Schwefelkohlenstoff
je 2MoI Methyl-oxacyclopropan so zugegeben, daß die Reaktionstemperatur bei 45 bis 500C gehalten
wurde.
Das hierbei erhaltene Reaktionsgemisch enthielt 0,848 Mol 5-Methyl-l-oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
je Mol an verbrauchtem Schwefelkohlenstoff.
In einen 500 ccm-Dreihalskolben, der mit einem
Zugabetrichter, einem Thermometer und einem Rückflußkühler versehen ist, wobei der Rückflußkühler
mit einem Abzug in Verbindung steht und einen Rührstab aufweist, mit dessen Hilfe das Reaktionsgemisch gerührt werden kann, werden 2 Mol Methyloxacyclopropan
und 0,02 Mol eines hydratisierten Lithiumbromids (2,8%, gelöst in 3 ecm Methanol)
gegeben. Während einer Zeitspanne von 1 Stunde wird aus dem Zugabetrichter 1 Mol Schwefelkohlenstoff
zugesetzt, wobei die Temperatur bei 35° C gehalten wird. Gegebenenfalls wird mit Hilfe eines Wasserbades
gekühlt. Man läßt die Reaktion 1 Stunde bei 40° C fortschreiten. Die chromatographische Analyse
des Gemisches zeigt, daß sei keinen Schwefelkohlenstoff mehr enthält, sondern 0,840MoI 5-Methyll-oxa-3-thia-cyclopentan-2-thion
aufweist, wobei geringe Mengen an Methylthiacyclopropan und 5-Me-
thyl-l-oxa-S-thia-cyclopentan-^-on sowie überschüssiges Methyl-oxacyclopropan vorhanden sind.
Man verfährt nach der im Beispiel 10 beschriebenen Arbeitsweise, wobei jedoch der Katalysator aus
0,005 Mol Kaliumdijodid, gelöst in 5 ecm Methanol, das 0,5% Wasser enthält, besteht. Nach der Zugabe
des Schwefelkohlenstoffs läßt man die Reaktion 3 Stunden bei 4O0C fortschreiten.
Nach dieser Zeitspanne enthält das Reaktionsgemisch noch nicht umgesetzten Schwefelkohlenstoff.
Die Ausbeute an S-Methyl-l-oxa-S-thia-cyclopentan-2-thion
beträgt 0,3 Mol je Mol des eingesetzten Schwefelkohlenstoffs.
Man verfährt nach der im Beispiel 10 beschriebenen
Arbeitsweise, wobei jedoch der Katalysator aus 0,02 Mol eines hydratisierten Natriumbromids (3,2%,
gelöst in 10 ecm Methanol) besteht.
Nach der Zugabe des Schwefelkohlenstoffs läßt man die Reaktion bei 40° C 4 Stunden fortschreiten.
Danach enthält das Reaktionsgemisch noch nicht umgesetzten Schwefelkohlenstoff.
Die Ausbeute an S-Methyl-l-oxa-S-thia-cyclopentan-2-thion
beträgt 0,08 Mol je Mol des eingesetzten Schwefelkohlenstoffs.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von l-Oxa-3-thiacyclopentan-2-thionen durch Kondensation von Oxacyclopropanen mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart eines Katalysators sowie unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man7 8die Kondensation bei einer Temperatur von 10 Thioäther, gegebenenfalls »in situ« gebildetem bis 70° C in Gegenwart von LiCl, LiBr, LiJ oder Alkylsulfoniumhalogenid, oder einem Xanthat, NaBr, NaJ oder KJ als Katalysator und Wasser Thiocarbonat oder Sulfid eines Alkalimetalls oder unter Mitverwendung einer katalytisch wirksamen unter Zusatz eines Alkohols, in dem das Alkali-Menge an Schwefelwasserstoff, einem Mercaptan, 5 halogenid leicht löslich ist, durchführt.009534/288
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