DE1620236B2 - N,n'-dilactamidsulfide - Google Patents

N,n'-dilactamidsulfide

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DE1620236B2 DE1966R0044755 DER0044755A DE1620236B2 DE 1620236 B2 DE1620236 B2 DE 1620236B2 DE 1966R0044755 DE1966R0044755 DE 1966R0044755 DE R0044755 A DER0044755 A DE R0044755A DE 1620236 B2 DE1620236 B2 DE 1620236B2
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Description

CH2 CH2
in der π ganze Zahlen von 2 bis 6 bedeutet
2. Verfahren zur Herstellung von N,N'-Düactarodisulfiden der allgemeinen Formel I, dadurch gekennzeichnet, daß man Lactame der allgemeinen Formel (II)
20
(CH2), N-H
CH2
(H)
wobei π ganze Zahlen von 2 bis 6 bedeutet, mit Dischwefeldichlorid, gegebenenfalls unter Zusatz von Säureakzeptoren, umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man überschüssiges Lactam als Säureakzeptor verwendet.
35
Die Erfindung betrifft Ν,Ν'-Dilactamdisulfide der allgemeinen Formel I
Il c
Il c
(CH3)„ N-S-S-N (CH2)„ (D
CH2
CH2
in der η ganze Zahlen von 2 bis 6 bedeutet, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Dilactamdisulfide der allgemeinen Formel (1), das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Lactam der allgemeinen Formel (II)
(CH2),
O C
' S
CH2
N H
(ID
55
60
wobei η ganze Zahlen von 2 bis 6 bedeutet, mit Dischwefeldichlorid, gegebenenfalls unter Zusatz von Säureakzeptoren, umsetzt. Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man hierbei überschüssiges Lactam als Säureakzep-N,N'-Diiactamdisulfide sind bis jetzt nicht bekannt Ein Verfahren zur Herstellung dieser Stoff gruppen ist bis jetzt nirgends beschrieben worden.
Über die Einwirkungen von Dischwefeldichlorid auf sekundäre Carbonsäureamide liegen bis jetzt folgende Veröffentlichungen vor:
1. H ο ρ e, J. C. S. (Lond), 1965,4583:
Die Umsetzung von Malonanilid in Benzol mit Dischwefeldichlorid ergibt Substitution am Kohlenstoff, jedoch keine N,N'-Disulfide.
2. Naik, ΙΧ.5.(ΐΛηά),1921,119,1166:
Die Umsetzung von Benzolanilid ohne Lösungsmittel mit Dischwefeldichlorid ergibt eine Substitution am aromatischen Kern, jedoch keine N,N'-Disulfide.
3. Naik, C19251,488:
Die Einwirkung von i-Butyranilid, Phenylacetanilid oder Acetylsalicylanilid in Petroläther führt zu einer Substitution am aromatischen Kern, liefert jedoch keine N.N'-Disulfide.
4a) Naik, C, 1928,1759:
Die Einwirkung von Dischwefeldichlorid auf substituierte Malonamide, wie Malonäthylamid, Malonisobutylamid, Malonpropylamid (in Benzol), Malonheptylamid (im Einschlußrohr), Malon-m-toluidid (ohne Lösungsmittel) führte zu Substitution am Kohlenstoff, ergab jedoch keine N,N'-Disulfide. In der Hauptsache entstanden hierbei Thioketone. 4b) Naik, ibid.:
Bei der Einwirkung von Dischwefeldichlorid auf substituierte Methylmalonamide entstanden Dithioäther, also C-S-S-C-Verbindungen. N1N'-Disulfide traten hierbei nicht auf.
In keiner der vorstehend zitierten Arbeiten wurde also bei der Einwirkung von Dischwefeldichlorid auf bestimmte sekundäre Carbonsäureamide die Bildung von Ν,Ν'-Disulfiden beobachtet.
Die Anmelderin konnte bei Umsetzung der sekundären Carbonsäureamide mit Dischwefeldichlorid keine Ν,Ν'-Disulfide isolieren. Bei Einwirkung von Dischwefeldichlorid auf
N-Methylacetamid, N-Methyl-butyramid, N-Bu'tylacetamid, N-Cyclohexyl-acetamid, N-Propyl-propionamid und N-Butyl-laurinamid
entstanden stets leicht zersetzliche braune öle, die sich nach Dünnschichtchromatogramm aus mehreren Produkten zusammensetzten.
Als man jedoch für die Umsetzung mit Dischwefeldichlorid anstelle der bisher verwendeten sekundären Carbonsäureamide die chemisch nahe verwandten Lactame der obengenannten Art (allgemeine Formel II) verwendete, erhielt man in völlig überraschender Weise die gewünschten Ν,Ν'-Disulfide und zwar in glatter Reaktion und in guter Ausbeute.
Das Ausbleiben der gewünschten Reaktion mit Dischwefeldichlorid bei offenkettigen sekundären Carbonsäureamiden und der gute Ablauf dieser Reaktion bei den entsprechenden cyclischen sekundären Carbonsäureamiden, also Lactamen, ist um so überraschender, als zwischen beiden Substanzgruppen auch hinsichtlich ihrer Basiszität kein grundsätzlicher Unterschied besteht.
Die obengenannte Reaktion wird im allgemeinen in der Weise durchgeführt, daß man das entsprechende Lactam vorlegt, wobei man vorzugsweise ein inertes Lösungsmittel mitverwendet, in dem das Lactam gelöst oder suspendiert sein kann. Man gibt den Säureakzeptor zu und läßt das Dischwefeldichlorid unter Rühren
langsam ^ulaufeπ, wobei man den Ansatz erforderlichenfalls kühlt Die praktische Durchführung der Reaktion ist jedoch nicht auf die vorgenannte Reihenfolge der Zugabe der Reaktionskomponenten beschränkt; man kann beispielsweise auch zuerst den Säureakzeptor mit dem inerten Lösungsmittel vermengen, dann das Lactam zugeben und zum Schluß das Dischwefeldichlorid einrühi>-.L Auch andere Reihenfolgen der Zugabe der Reaktionskomponenten sind möglich.
Gemäß der Umsetzung können folgende Lactame für die gewünschte Umsetzung verwendet werden:
Pyrrolidon, Piperidon, Caprolactam, Onanthlactam, Capryllactam.
Als Säure-Akzeptoren werden organische Basen verwendet, die ihrerseits nicht mit Chlorschwefel reagieren, wie
Pyridin,
Chinolin,
Dirnethylanilin, Dialkylcydohexylamin, N-Methyl-pyrolidin, N-Äthyl-piperidin, Tetramethyl-äthylendiamin, Dimethylhexylamin, Dimethyldodecylamin, Äthyl-diisopropylamin.u. a.
Man kann jedoch auch anorganische Basen oder deren Salze, wie Carbonate oder Bicarbonate, als Säureakzeptoren verwenden. Diese anorganischen Säureakzeptoren brauchen in der Reaktionsmischung nicht löslich zu sein; die Reaktion läuft in diesem Falle in heterogener Phase ab.
Auch die zur Reaktion zu bringenden Lactame selbst können als Säureakzeptoren verwendet werden.
Die bei dieser Reaktion als Nebenprodukt anfallenden chlorwasserstoffsauren Salze der Lactame werden vorteilhafterweise wieder auf Lactame aufgearbeitet und für weitere Reaktionsansätze verwendet
Gegebenenfalls kann man auch auf einen Überschuß an Lactam oder den Zusatz eines Säureakzeptors völlig verzichten und den gebildeten Chlorwasserstoff durch Erwärmen und/oder Anlegen eines Unterdruckes oder durch Verwendung eines Spülgases aus dem Reaktionssystem entfernen.
Falls Lösungsmittel mitverwendet werden, sind es solche, die mit Dischwefeldichlorid nicht oder nur sehr langsam reagieren, wie:
Aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, ζ. Β. Hexan, Octan, Cyclohexan, Leichtbenzin, Benzol, Toluol, Xylol, ferner halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Trichloräthylen, Tetrachlorkohlenstoff, oder auch polare Lösungsmittel wie Äther, Dioxan, Essigester, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dialkylsulfoxyd u. a.
Die Endprodukte der Reaktion wurden nicht nur durch Elementaranalysen als Disulfide identifiziert, sondern es wurde auch mit den Methoden der Infrarotspektroskopie nachgewiesen, daß es sich tatsächlich um N.N'-Disulfide handelt und nicht etwa um C,C'-Disulfide.
Die nachstehenden Beispiele sollen das Wesen der Erfindung verdeutlichen.
Die neuen Stoffe haben sich in verschiedener Hinsicht als wertvoll erwiesen, beispielsweise als Zwischenprodukte für die Durchführung weiterer chemischer
35
40 Die Ν,Ν'-Dilactamdisulfide können weiterhin als Schwefelspender für die Vulkanisation von Kautschuk eingesetzt werden. Um die Überlegenheit der Ν,Ν'-Dilactamdisulfide nach der allgemeinen Formel I gegenüber den Produkten des Standes der Technik, repräsentiert durch Ν,Ν'-Dimorpholinsulfid aufzuzeigen, wurden folgende Mischungen hergestellt die den aus der Tabelle ersichtlichen Maßnahmen unterworfen wurden, wobei die ebenfalls aus der Tabelle entnehmbaren Ergebnisse erzielt wurden.
A B C
Mischung (Gewichtsteile)
Butadien-Styrol- 40 40 40
Mischpolymerisat
Naturkautschuk 40 40 40
Ganzreifenregenerat 40 40 40
Zinkoleat 2 2 2
Paraffin 6 6 6
HAF-Ruß 25 25 25
Hocharomatisches 5 5 5
Weichmachen^
Isopropyl-p-phenylen- 1,5 1,5 1,5
diamin
Zinkoxid 3 3 3
Merkaptobenzthiazol- 2 2 2
disulfid
Di-o-tolylguanidin 0,5 0,5 0,5
N.N'-Dimorpholin- 13
disulfid
Ν,Ν'-Dicaprolactam- 2,05
disulfid
Ν,Ν'-Dibutyrolactam- 1,1
disulfid
Vulkanisation 20min/145°C
Härte (ShA) 42 44 42
Elastizität (%) 39 38 38
Zerreißfestigkeit 150 160 149
(kp/cm2)
Bruchdehnung (%) 650 630 690
Druckverformungsrest
nach24h/20°C 27 18 13
nach 24 h/50°C 33 20 13
nach 24 h/70°C 53 33 27
nach24h/100°C 56 47 40
5 s
60 Die Schwefelspender wurden entsprechend ihrem Schwefelgehalt zugegeben, damit Vulkanisate erhalten werden, die vergleichbare Härte-, Elastizitäts-, Zerreißfestigkeit- und Bruchdehnungswerte aufweisen. Die Druckverformungsreste zeigen an, daß die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen hergestellten Vulkanisate eine bessere Beständigkeit gegen Hitzealterung besitzen.
Beispiel 1
N,N'-Di-(«-pyrrolidon)-disulfid, Pyridin als Akzeptor
12,7 g «-Pyrrolidon wurden in 30 ml Benzol gelöst, 12 g Pyridin zugegeben und zur Lösung 10,1g Dischwefeldichlorid in 10 ml Benzol bei 5°-10° C zugetropft. Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur wurde das Pyridin-Hydrochlorid abgenutscht, das Filtrat eingeengt und mit Benzin versetzt. Das
ausgefallene Produkt wurde abgesaugt und im Vakuum getrocknet Ausbeute 10 g (64%X weiße Kristalle, Schmp.97°-101°C
(
Berechnet:^ 4138, H 5,25, N i2,07, S 27,60;
gefunden: C 41,00, H 5,10, N 11,86, S 28,01.
Beispiel 2
N,N'-Di-(a-pyrrolidon)-disulficl,
überschüssiges Pyrrolidon als Akzeptor '
Im nachstehenden Beispiel wurde als Säureakzeptor das Lactam selbst verwendet
10,6 g a-Pyrrolidon wurden in 30 ml Trichloräthylen gelöst und mit 3,4 g Dischwefeldichlorid (Molverhältnis 5:1) wie in Beispiel 1 umgesetzt Die Reaktionslösung wurde mit Wasser gewaschen, über CaCl2 getrocknet und das Trichloräthylen abgedampft Das gewonnene Produkt (45% Ausbeute) war nach dem IR-Spektrum und der Schmelzpunktsbestimmung mit dem oben unter 1.) gewonnenen Produkt identisch.
Beispiel 3
N,N'-Di-(«-piperidon)-disulfid,
Pyridin als Akzeptor
5 g «-Piperidin und 4,1 g Pyridin wurden in 20 ml Benzol gelöst und dazu bei 5° — 100C 3,4 g Dischwefel- wonnen. dichlorid in 5 ml Benzol zugetropft Nachreaktion 1 Std. bei Raumtemperatur. Das Pyridin-Hydrochlorid wurde abgenutscht und das Filtrat eingeengt Nach Versetzen mit Benzin wurden die ausgefallenen Kristalle abgenutscht und getrocknet Ausbeute 43 g (60%), Schmp. 67°—73°C. Nach zweimaligem Umkristallisieren aus Benzol/Benzin schmolz das Produkt bei 72° — 74° C. CioHi6N202S2(260,8):
Berechnet: C 46,15, H 6,20, N 10,77, S 24,63;
gefunden: C 46,47, H 6,28, N 10,52, S 24,86.
Beispiel 4
N,N'-Di-(6-caprolactam)-disulfid)
Pyridin als Akzeptor
5,7 g ε-Caprolactam und 4,8 g Pyridin wurden in 25 ml Trichloräthylen gelöst und bei 200C 3,4 g Dischwefeldichlorid in 5 ml Trichloräthylen zugetropft. Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur wurde die Reaktionslösung mit Wasser neutral gewaschen, über CaCl2 getrocknet und eingeengt Nach Zugabe von Benzin kristallisierte das NJ«J'-Di-(E-caprolactam)-disulfid in Form weißer Kristalle aus. Die Ausbeute betrug 43 g (60%), Schmp. 103° — 116*C Das Produkt war, wie das Dünnschichtchromatogramm zeigte, mit kleinen Mengen von N.N'-DHe-caprolactamJ-monosulfid verunreinigt Nach mehrmaligem Umkristallisieren oder Säulenchromatographieren schmolz das reine Disulfid beil32°-134°C
C12H20N2O2S2(288,4):
Berechnet: C 4939, H6J99, N 9,27, S 22^3;
gefunden: C 50,00, H 6,68, N 9,00, S 22,01.
Beispiel 5
N,N'-Di-(E-caproIactain)-disulfid,
überschüssiges Lactam als Akzeptor
17,1 g Caprolactam wurden in 30 ml Trichloräthylen gelöst und dazu 3,4 g Dischwefeldichlorid in 5 ml Trichloräthylen bei Raumtemperatur zugetropft. Die Reaktionslösung wurde bei einmal mit 20 ml 0,1 n-HCl und dreimal mit 20 ml Wasser gewaschen, mit CaCl2 getrocknet und eingeengt Nach Zugabe von Benzin erhielt man 5,5 g (76% d. Th, ber. euf S2Cl2) monosulfidfreies Produkt des Schmelzpunktes 128° — 1300C. Aus wässeriger Phase wurde nach dem Neutralisieren, Abdampfen und Ausziehen mit Trichloräthylen fast quantitativ das überschüssige ε-Caprolactam zurückge-
Beispiel 6
N,N'-Di-(capryllactam)-disulfid
a) 7,05 g Capryllactam wurden wie üblich in 30 ml Benzol und 4,4 g Pyridin mit 3,4 g Dischwefeldichlorid umgesetzt, man erhielt 8,1 g hellbraunes öl.
b) 17,6 g (0,25 Mol) Capryllactam wurden in 40 ml Trichloräthylen mit 3,4 g Dischwefeldichlorid umgesetzt Aufarbeitung wie in Beispiel 6. Es wurden 8,8 g öliges Produkt erhalten.
Die Rohprodukte a und b wurden vereinigt und auf einer Kieselgelsäure (Kieselgel 0,005—0,2 mm der Fa. Merck) mittels Benzol zu Aceton 100 :20 Chromatographien.
Man erhielt 7 g (40%) kristallisiertes N,N'-Di-(capryllactam)-disulfid, Schmp. 81° — 83°C (nach Umkristallisieren aus Benzol/Benzin).
C16H28N2O2S2(N = 344^6):
Berechnet: C 55,77, H 8,19, N 8,13, S 18,61;
gefunden: C 55,76, H 735, N 7,87, S 18,55.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Ν,Ν'-Dilactamdisulfide der allgemeinen Formel (I)
Il
C.
(CH2),, N-S-S-N (CHA (I)
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