DE1643762C3

DE1643762C3 - Verfahren zur Herstellung von N-Carboxy-alkoxy-Harnstoffen

Info

Publication number: DE1643762C3
Application number: DE19681643762
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. 6702 Bad Dürkheim Zschocke
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-02-23
Filing date: 1968-02-23
Publication date: 1976-11-11

Description

ZC _R2

R' —NH C-N R³ (D

ii \ i

O O-C COOH

R⁴

in der R¹ einen aliphatischen, cycloaliphatischen,

jo araliphatischen oder aromatischen Rest, R² einen aliphatischen Rest bezeichnen und R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können und jeweils Wasserstoff oder einen aliphatischen Rest bedeuten, vorteilhaft erhält, wenn man N-Hydroxy-harnsioffe der allgemeinen

is Formel

in der R³ und R⁴ die angegebene Bedeutung haben und X ein Halogenatom darstellt, und dann mit einem Alkylierungsmittel der allgemeinen Formel

²—Y

(IV)

in der Y ein Halogenatom, den Rest —OSO2R⁵, worin R⁵ einen aromatischen Rest bedeutet, oder den Rest

OR²
O SO₂

R¹ - NH-C-NH - OH

in der R¹ die angegebene Bedeutung hat, zuerst mit «-Halogencarbonsäuren der allgemeinen Formel

R³
I
X C-COOH

R⁴

(III)

bezeichnet, und R² jeweils die vorgenannte Bedeutung hat, in Gegenwart basischer Verbindungen umsetzt.

in der R³ und R⁴ die angegebene Bedeutung haben und X ein Halogenatom bedeutet, und dann mit einem Alkylierungsmittel der allgemeinen Formel

R¹ Y

(IV

in der Y ein Halogenatom, den Rest — OSO2R⁵, worin R⁵ einen aromatischen Rest bedeutet, oder den Rest

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Carboxyalkoxy-harnstoffen durch Umsetzung von N-Hydroxy-harnstoffen zuerst mit «-Halogencarbonsäuren und dann mit Alkylierungsmit- <,_s lein.

Es ist bereits bekannt, 1-Alkyl-l-carboxyalkoxy-3-arvl-harnstoffe durch Umsetzung von 1-Alkyl-l-hydro-O SO₂

bezeichnet und R² jeweils die vorgenannte Bedeutung hat, in Gegenwart basischer Verbindungen umsetzt.

Die Umsetzung läßt sich für den Fall der Verwendung von I -Hydroxy-3-phenyl-harnsioff, Chloressigsäure und

Dimethylsulfat durch die folgenden Formeln wiedergeben:

/ V-NH-C- NII-OH -+ CLCH₁ COOH

V-NH-C —NH-OCH, COOH + HCl

+ (CH₁KSO₄

ClI₁

NH C" N

OCH₁ COOH

'5

(11,OSO₁II

Im Vergleich zum Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung N-Carboxyalkoxy-harnstoffe der allgemeinen Formel I auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege in guter Ausbeute und Reinheit. Nach den genannten Veröffentlichungen war zu erwarten, daß bei der Umsetzung in der Hauptsache die Carboxylgruppe oder sowohl die Carboxylgruppe als auch das benachbarte Stickstoffatom der N-Carboxyalkoxy-hamstoffe alkyliert werden. Werden beide Schritte der Umsetzung hintereinander in einem Reaktionsgefäß durchgeführt, so war außerdem noch die Alkylierung von unumgesetztem N-Hydroxy-harnstoff an der Hydroxygruppe vorauszusehen. Überraschend liefert aber das Verfahren nach der Erfindung am Stickstoffatom alkylierte N-Carboxyalkoxy-harnstoffe ohne wesentliche Bildung von Nebenprodukten der genannten Art.

Die als Ausgangsstoffe der allgemeinen Formel 11 verwendeten N-Hydroxy-harnstoffe können leicht, z. B. durch Umsetzung von entsprechend substituierten Isocyanaten mit Hydroxylaminen nach dem in der DT-PS 11 35 890 beschriebenen Verfahren, hergestellt werden. Man kann die Ausgangsstoffe 11 auch zweckmäßig in Gestalt ihrer Alkali- oder Erdalkalisalze _So einsetzen. Bevorzugte Ausgangsstoffe II und dementsprechend bevorzugte Endstoffe I sind solche, in deren Formeln R¹ einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- oder Arylrest mit jeweils bis zu 7 Kohlenstoffatomen bedeutet. Die genannten Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Atome und/oder Gruppen, z. B. Halogen-, insbesondere Chlor-, Bromatome, Trifluormethyl-, Nitro-, Cyangruppen sowie Alkyl-, Alkoxy-, Alkylsulfonylgruppen mit jeweils bis zu 6 Kohlenstoffatomen substituiert sein. Es können z. B. t,o folgende N-Hydroxy-harnstoffe als Ausgangsstoffe Il verwendet werden:

3-Phenyl-, 3-(4'-Chlorphenyl)-,

3-(3'-trifluormethylphenyl)-,

3-Cyclohexyl-, 3-Butyl-, 3-Benzyl-, <,<,

3-(3'-äthylphenyl)-, 3-(4'-Methoxyphenyl)-,

3-(4'-Cyanphenyl)-, 3-(2'-Nitrophenyl)-,

3-(4'-Äthylsulfonylphenyl)-l-hydroxy-harnstofl.

Bevorzugte «-Halogencarbonsäuren der allgemeinen Formel III sind solche, in deren Formel R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können und jeweils Wasserstoff oder einen Alkylrest mit ! bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten und X ein Brom- oder Chloratom bezeichnet. Zweckmäßig verwendet man die Ausgangsstoffe III in stöchiometrischer Menge, bezogen auf Ausgangsstoff Ii, man kann aber auch mit einem Überschuß, z. B. bis zu 5G Molprozent, arbeiten. An Stelle der Säuren können auch ihre Alkali- oder Erdalkalisalze, vorzugsweise Natrium- und Kaliumsalze, verwendet werden. Folgende Λ-Halogencarbonsäuren und ihre Natrium- oder Kaliumsalze sind z. B. als Ausgangsstoffe III geeignet: Chloressigsäure, «-Brompropionsäure, Λ-Chlor-isovaleriansäure, a-Chlor-a-äthyl-buttersäure.

Bevorzugte Alkylierungsmittel der allgemeinen Formel IV sind solche, in deren Formel R² einen Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bezeichnet und Y ein Chlor- oder Bromatom, den Rest — OSO2— R⁵, in dem R⁵ einen gegebenenfalls mit den genannten, unter den Reaktionsbedingungen inerten Atomen und/oder Gruppen substituierten Phenyl- oder Tolylrest bedeutet, oder den Rest

OK'
O SO,

worin R² die genannte Bedeutung hat, bezeichnet. Im allgemeinen verwendet man Ausgangsstoffe IV in stöchiometrischer Menge, bezogen auf Ausgangsstoff 11. Es können z. B. folgende Ausgangsstoffe IV verwendet werden: Methyl-, Äthyl-, Propylchlorid oder -bromid; Dimethyl-, Dipropyl- oder Diäthylsulfat; Methyl-, Äthyloder Propylester der Benzol-, Toluol-, 2,5-Dimethylbenzol-^-Chlorbenzol-^-Methoxy-benzolsulfonsäiire.

Das Verfahren wird in 2 Schritten, der Umsetzung von Ausgangsstoff Il mit Ausgangsstoff III und dann der Umsetzung des gebildeten 1-Carboxyalkoxy-harnsloffs mit Ausgangsstoff IV, durchgeführt. Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Schritt des Verfahrens arbeitet man bei einem pH-Wert über 7, wobei man den pH-Wert durch Zugabe entsprechender basischer Verbindungen einstellt. Geeignete basische Verbindungen sind z. B. Alkali- und Erdalkali -carbonate, -oxide, -alkoholate, -acetate, -salze schwacher bzw. mehrbasischer Säuren und insbesondere -hydroxide, vorzugsweise Natrium- und Kaliumhydroxid. Nur solche basischen Verbindungen werden verwendet, die die bei Umsetzung entstehende Säure binden und gegebenenfalls mit der freien Carboxylgruppe der Λ-Halogencarbonsaure oder des Endstoffs Salze bilden, aber sich darüber hinaus nicht mit den Ausgangsstoffen unter den Reaktionsbedingungen umsetzen; z. B. sind Amine nicht geeignet. Die genannten basischen Verbindungen werden beim 1. Schritt der Umsetzung in der Regel in einer Menge von 100 bis 400, vorzugsweise von 200 bis 250 Molprozeni. bezogen auf Ausgangsstoff III, und beim 2. Schritt der Umsetzung in einer Menge von 100 bis 300, vorzugsweise von 100 bis 200 Molprozent, bezogen auf Ausgangsstoff IV, verwendet. Führt man die 2 Schritte der Umsetzung hintereinander in einem Reaktionsgefüß durch, so kann man die für den 2. Schritt benötigten Mengen an basischen Verbindungen ganz oder teilweise schon beim 1. Schritt vorlegen.

In der Regel wird der 1. Schritt des Verfahrens bei einer Temperatur zwischen 0 und 100 C. vorzugsweise zwischen 15 und 80' C, der 2. Schritt /wischen w ίικ!

100° C, vorzugsweise zwischen 20 und 50⁰C, durchgeführt. Man kann drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten. Zweckmäßig verwendet man unter den Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel, z. B. Wasser.

Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch aus Ausgangsstoff II und III, basischer Verbindung und gegebenenfalls Lösungsmittel wird unter guter Durchmischung während 1 bis 5 Stunden bei der Reaktionstemperatur gehalten. Dem Gemisch werden dann, gegebenenfalls unter Abkühlen auf den angegebenen, bevorzugten Temperaturbereich des 2. Schrittes, Ausgangsstoff IV und gegebenenfalls weitere Mengen an basischen Verbindungen zugegeben. Es spielt dabei keine Rolle, ob man Ausgangsstoff IV vor i<, Zugabe der basischen Verbindung oder gleichzeitig mit ihr zusetzt. Das Gemisch wird noch während 0,5 bis 2 Stunden bei der Reaktionstemperatur gehalten. Dann wird der Endstoff in üblicher Weise, z. B. durch Ansäuern des Gemischs und Filtration des gebildeten Niederschlags, abgetrennt.

Man kann die Reaktion aber auch so durchführen, daß man nach der Umsetzung von Ausgangsstoff II und 111 das Reaküonsgemisch ansäuert, den gebildeten 1-Carboxylalkoxy-harnstoff durch Filtrai■ >■· 1 abrennt, mit 2s Wasser wäscht, trocknet und ihn in einem getrennten 2. Schritt unter Zusatz entsprechender Mengen an basischer Verbindung und gegebenenfalls an Lösungsmittel mit Ausgangsstoff IV umsetzt. Diese Umsetzung und die Aufarbeitung des resultierenden Reaklimsgemisches erfolgt in der oben geschilderten Weise.

Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Zwischenprodukte für die 1 lerstellung von Pflanzenschutzmitteln.

Die in den Beispielen genannten Teile bedeuten Gewichtsteile.

Beispiel 1

37,2 Teile l-Hydroxy-3-(4'-chlorphenyl)-harnstoff werden in 200 Teilen Wasser suspendiert und bei einer Temperatur von 20 bis 30^cC mit 12 Teilen Kaliumhydroxid, die in 20 Teilen Wasser gelöst sind, versetzt. Zu der so erhaltenen Lösung gibt man eine Lösung von 24,5 Teilen Chloressigsäurenatriumsalz in 50 Teilen Wasser. Das Gemisch wird einige Stunden bei 45 bis 50⁰C gerührt, dann unter Kühlung mit verdünnter Salzsäure angesäuert, der gebildete Niederschlag wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 36 Teile (entspricht 74% der Theorie) 1 -Carboxy-methoxy-3-(4'-chlorphenyl)-harnstoff vom F. 171 bis 173°C.

Beispiel 2

12,2 Teile 1 -Carboxy methoxy-3-(4'-chlorphenyl)-harnstoff werden in 50 Teilen Wasser suspendiert und mit einer Lösung von 5 Teilen Natriumhydroxid in 25 _5S Teilen Wasser versetzt. Zu der so erhaltenen Lösung gibt man unter gutem Rühren 6,3 Teile Dimethylsulfat bei einer Temperatur von 30 bis 50⁰C. Anschließend erwärmt man das Gemisch noch 1 Stunde bei 50⁰C, säuert es dann unter Kühlung mit verdünnter Salzsäure an und saugt den gebildeten Niederschlag ab. Man erhält 9,8 Teile (entspricht 76% der Theorie) 1-Methyll-carboxymethoxy-3-(4'-chlorphenyl)-harnstoff vom F. 125bisl27°C.

Be i s ρ i e 1 3

44 Teile l-Hydroxy-3-(3'-trifluormethylphenyl)-harnetnff wprden in 100 Teilen Wasser suspendiert und bei Raumtemperatur mit 11,8 Teilen Kaliumhydroxyd, die in 20 Teilen Wasser gelöst sind, versetzt. Zu der so erhaltenen Lösung gibt man eine Lesung von 24,5 Teilen Chloressigsäurenatriumsalz in 50 Teilen Wasser. Das Gemisch wird einige Stunden bei 40 bis 50"C gerührt, anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einer Lösung von 16,8 Teilen Kaliumhydroxid in 25 Teilen Wasser versetzt. Zu dem Gemisch gibt man dann unter gutem Rühren bei einer Temperatur von 25 bis 50⁰C 25,2 Teile Dimethylsulfat. Anschließend rührt man das Gemisch noch einige Zeit bei einer Temperatur von 40⁰C, säuert dann unter Kühlung mit verdünnter Salzsäure an und saugt den gebildeten Niederschlag ab. Man erhält 41 Teile (entspricht 70% der Theorie)

1 -Methyl-1 -carboxy methoxy-3-(3'-trifluormethylphe- n«l)-harnstoff vom F. 14b bis 148' C.

Beispiel 4

22 Teile l-Hydrox\-3-(y-trifluürmeth\ip,hen\i)-harn- stoff werden in 50 feilen Wasser suspendiert und bei Raumtemperatur mit 5.6 Teile ^;\a!iunihw:' ■ \ ,■!, J!-; .--20 Teilen Wasser gelost sind, ·. ersei/i /.u c·.: s·.. erhaltenen Losung gibt man eine Losung von 1 ; .'0 ■ .ik-r, ("hloressignairiumsalz in 25 Teilen Wv,su>i. i)^ Gemisch wird einige Stunden bei 40 bi.s ~>0 ( gurnhn. anschließend aul Raumtemperatur arv'.-kiihli luv. nc: einer Temperatur von 25 bis 40 C' gleich/eilig langsam mit je einer Lösung von 6.7 Teilen kalitimhvdroxid :n % Teilen Wasser bzw. 12,6 Teilen Dimethylsulfat versetzt. Nach beendeter Zugabe rühr; man das Gemisch noch eine Stunde bei einer Temperatur von 40 (.;, sauer: dann unter Kühlung mit verdünnter Salzsäure an und saugt den gebildeten Niederschlag ab. Man erhält 20,'/ Teile (entspricht 71% der Theorie) l-Methyl-1-carboxymeth- oxy-3-(3'-trifluormcthylphenyl)-harnstoft vom F. 14b bis 148° C.

Beispiel 5

15,8 Teile l-Hydroxy-3-cyclohexyl-harnsiolf werden in 50 Teilen Wasser suspendiert und bei Raumtempera tur mit 5,6 Teilen Kaliumhydroxid, die in 20 Teilen Wasser gelöst sind, versetzt. Zu der so erhaltenen Lösung gibt man eine Lösung von 11,6 Teilen Chloressigsäurenatriumsalz in 25 Teilen Wasser. Das Gemisch wird einige Stunden bei 40 bis 50"C gerührt, anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und mit einer Lösung von 6.7 Teilen Kaliumhydroxyd in 15 Teilen Wasser versetzt. Zu dem Gemisch gibt man dann unter gutem Rühren bei einer Temperatur von 20 bis 50°C 12,6 Teile Dimethylsulfat. Anschließend rührt man das Gemisch noch einige Stunden bei einer Temperatur von 40 bis 50⁰C, säuert dann t«nter Kühlung mit verdünnter Salzsäure an und schüttelt den gebildeten öligen Rückstand mit Methylenchlorid aus. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels verbleiben 15 Teile (entspricht 65% der Theorie) 1 -Methyl- 1-carboxymethoxy-3-cyclohexyl-harnstoff vom F. 92°C

Beispiel 6

Analog Beispiel 5 erhält man aus 13.2 Teilen l-Hydroxy-3-butyl-harnstoff 12 Teile (entspricht 59% der Theorie) 1 -Methyl-1 -carboxy-methoxy-3-butylharnstoff; η-;? 1,4682.

Beispiel 7

Analog Beispiel 5 erhält man aus 16,6 Teilen l-Hydroxy-3-benzyl-harnstoff 15,9 Teile (entspricht 67% der Theorie) I -Methyl-1 -carboxymethoxy-3-benzyl-harnstoff:n?"1,5330.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von N-Carboxyalkoxyharnstoffen der allgemeinen Formel

R¹ —NH-C—N

R²

s t
O —C —COOH

R⁴

(D

in der R¹ einen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest, R² einen aliphatischen Rest bezeichnen und R³ und R⁴ gleich oder verschieden sein können und jeweils Wasserjtoff oder einen aliphatischen Rest bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man N-Hydroxy-harnttoffe der allgemeinen Formel

R¹ — NH — C — NH — OH

Il ο

(H)

fcn der R¹ die angegebene Bedeutung hat, zuerst mit «-Halogencarbonsäuren der allgemeinen Formel

R³

X — C — COOH
i
R⁺

(111)

xy-3-aryl-harnstoffen und «-Halogencarbonsäuren herzustellen (BE-PS 7 OG 851). Die als Ausgangsstoffe benötigten l-Alkyl-l-hydroxy-3-aryl-hamstoffe kann man ihrerseits aus Arylisocyanaten und Alkylhydroxylaminen herstellen. Das Verfahren hat den Nachteil, daß die als Ausgangsstoffe verwendeten Alkyihydroxylamine im technischen Maßstab schwer zugänglich und kostspielig sind.
Es ist bekannt, daß l-Alkoxy-3-aryl-harnstoffe am der

ίο Alkoxygruppe benachbarten Stickstoffatom alkyliert werden können (DT-PS 10 76 117). Bei l-Hydroxy-3-aryl-harnstoffen werden, wie die DT-PS 11 96 639 lehrt, sowohl die Hydroxygruppe als auch das benachbarte Stickstoffatom alkyliert. Ebenfalls ist die Alkylierung von Carbonsäuren bekannt (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 8, S. 541 bis 543).

Es wurde nun gefunden, daß man N-Carboxyalkoxyharnstoffe der allgemeinen Formel