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Verfahren zur Herstellung disubstituier-ter 5-gliedriger Heterocyelen
Es ist bekannt, substituierte 295-Bis-aryl-1, 3, 4-oxdiazole durch Dehydratisierung
der entsprechenden aromatischen 1, 2-Bis-acyl-hydrazine herzustellen (E. P. Nesynov
u. A. P. Grekov, Russian Chemical Reviewa 33, 508 bis 515 (1964)). Die Herstellung
von 2,5-Bis-(3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,3,4-oxdiazolen bereitet jedoch Schwierigkeiten,
da die zur Dehydratisierung der entsprechenden 1, 2-Bis-acyl-hydrazine üblicherweise
eingesetzten Verbindungen wie Phosphorpentachlorid, Phosphoroxychlorid, Thionylchlorid
oder Oxalylchlorid mit den Aminogruppen reagieren. Weiterhin ist die direkte Darstellung
von 2, 5-Bis-aryl-1,3,4-oxdiazolen aus den entsprechenden Arylcarbonsäuren und Hydrazinsulfat
in Oleum bekannt. Bei Verwendung von 3-Nitro-4-amino-benzoesäuren treten jedoch
Nebenreaktionen wie Sulfierung auf, so daß die gewünschten 2, 5-Bis- (3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,3,4-oxdiazole
nur in sehr geringer Ausbeute isoliert werden können.
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Ferner ist bekannt, 3,5-Bis-aryl-1,2,4-triazole durch Reaktion von
aromatischen 1, 2-Bis-acyl-hydrazinen mit primären Aminen in Gegenwart von Phosphorpentoxid'oder
Polyphosphorsäure herzustellen. Die Synthese von 3, (nitro-phenyl)-1, 2, 4-triazolen
beispielsweise aus 1, 2-Bis- (nitro-benzoyl)-hydrazinen und Anilin in Gegeriwart
von Phosphorpentoxid ist wegen
der Nebenreaktionen aber nicht zu
empfehlen. 3,5-Bis-(nitrophenyl}-4-phenyL-, 2, 4-triazole werden daher auf kompliziertem
Wege durch Umsetzung des entsprechenden Nitro-benzoessurehydrazids und Nitrobenzoesäure-phenylimid-chlorids
hergestellt (J. Presto, Journ. of Heterocyclic ChemistryJ2,44-446 (1965)).
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Es wurde nun gefunden, da# man neuartige disubstituierte 5-gliedrige
heterocyclische Verbindungen erhält, wenn man 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol,
gegebenenfalls in Anwesenheit eines polaren organischen Lösungsmittels und gegebenenfalls
unter Zusatz eines Säureacceptors, mit mindestens der stöchiometrisch erforderlichen
Menge eines primären organischen Amins der Formel R1 - NH2 worin R1 Wasserstoff,
einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-oder Aralkylrest bedeutet,
gegebenenfalls stufenweise, bei erhöhter Temperatur zu den Verbindungen der Formel
worin R'die oben angegebene Bedeutung besitzt, R f@ Saueratoff oder den Rest NR2
steht und
R2 bei gleichem Bedeutungsumfang gleich oder verschieden
R1 sein kann, umsetzt.
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Als Alkylreste R1 bzw. R2 kommen geradkettige oder verzweigte, gegebenenfalls
eine Doppelbindung enthaltende Alkylreste mit vorzugsweise 1 bis 18 Kohlenstoffatomen
in Betracht, welche gegebenenfalls eine Nitril-oder COOR-Gruppe (R = aliphatischer
Rest mit vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen) enthalten kann.
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Als Cycloalkylreste seien solche mit 5 bis 12, vorzugsweise 5 oder
6 Kohlenstoffatomen im Ringsystem genannt, die gegebenenfalls bis zu 2 Alkylreste
mit vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen enthalten können.
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Arylreste (Ri bzw. R2) sind vorzugsweise solche mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen
im Ringsystem, welches gegebenenfalls vorzugsweise bis zu 3 Substituenten enthalten
kann. Als Substituenten seien beispielaweise genannt : Alkyl (vorzugsweise 1 bis
4 Kohlenstoffatome), Alkoxy (vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome), CN, Halogene
(vorzugsweise Fluor, Chlor, Brom).
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Der Aralkylrest (R1 bzw. R2) kann bis zu 10 Kohlenstoffatome im aromatischen
Ring und vorzugsweise 1 bis 2 Kohlenstoffatome in der Alkylkette enthalten. Dabei
kann der Arylrest bis au 2 Substituenten vorzugsweise Alkoxy (vorzugsweise 1 bis
4 Kohlenstoffatome) sowie Halogen (vorzugsweise Chlor) enthalten.
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Als für das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung findende Amine seien
neben Ammoniak beispielsweise genannt : Methylamin, Xthylamin, Propylamin, N-Butylamin,
Isobutylamin, tert. Butylamin, 2-Athylhexylamin, Dodecylamin, Stearylamin, Allylamin,
B-Cyanoäthylamin, Cyclohexylamin, 3-Methylcyclohexylamin,
4-Methylcyclohexylamin,
Hexahydrobenzylamin ; Anilin, 2-, 3-und 4-Methylanilin, 2, 6-Dimethylanilin, 2,
4-Dimethylanilin, 3, 5-Dimethylanilin, 2, 5-Dimethylanilin, 2, 6-Diäthylanilin,
3-Chloranilin, 4-Chloranilin, 3, 4-Dichloranilin, 3, 5-Dichloranilin, p-Anisidin,
p-Phenetidin, 2-Methoxy-5-chloranilin ; 1-Aminonaphthalin, 2-Aminonaphthalin, 4-Aminodiphenyl
; Benzylamin, 2-Phenyläthylamin.
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Das als Ausgangsprodukt Verwendung findende 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,
3, 4-oxdiazol ist nach einem bekannten Verfahren erhalten worden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol
mit mindestens der stöchiometrisch erforderlichen Menge des primären Amins-vorzugsweise
einem Uberschuß, dessen Menge in verfahrensmäßiger Hinsicht nur durch wirtschaftliche
tterlegung begrenzt ist-versetzt und auf Temperaturen von etwa 50 bis etwa 200°C
erhitzt. Es kann sogar zweckmäßig sein, überschüssiges Amin als Lösungs- bzw. VerdUnnungsmittel
zu verwenden.
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Zur Vermeidung einer stärkeren Verfärbung der Reaktionsmischung kann
es empfehlenswert sein, in einer Inertgasatmosphäre (z. B.
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Stickstoff) zu arbeiten. Die Dauer des Erhitzens beträgt im allgemeinen
etwa 15 Minuten bis zu etwa 15 Stunden, vorzugsweise etwa 1 bis 9 Stunden. Zur Herstellung
der entsprechenden 2,5-Bis-(3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,3,4-oxdiazole (X = Sauerstoff)
sollen dabei jedoch als obere Temperaturgrenze etwa 120°C nicht Uberschritten werden
; vorzugsweise erfolgt diese Umsetzung im Temperaturbereich von etwa 90 bis 100°C.
Bei Steigerung der Reaktionstemperatur erfolgt in zunehmendem Maße gleichzeitig
die Bildung der-entsprechenden 3, 5-Bis- (3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,2,4-triazole
(X = NR2). Bei Reaktionstemperaturen über 160°C werden ausschlie#lich die vorgenannten
1,2,4-Triazole gebildet. Bei derartig hergestellten 1,2,4-Triazolen haben dader
die Reste R1 und R2 im allgemeinen stets die gleiche Bedeutung. Die beschriebene
Verfahrensweise em-.
pfiehlt sich jedoch beim Arbeiten unter Normaldruck
nur für. solche Amine, deren Siedepunkt mindestens 80°C beträgt. Bei niedrigsiedenden
bzw. gasfßrmLgen Aminen hingegen wird bevorzugt in einem geschlossenen Druckgefäß
gearbeitet. Um auch niedrigsiedende Amine bei Normaldruck zur Reaktion zu bringen,
ist es erforderlich, die Umsetzung in Anwesenheit eines polaren Lösungsmittels durchzuführen,
was jedoch nicht ausschließt, daß auch bei Verwendung höher siedender Amine ein
Lösungsmittel mit verwendet werden kann. Als polare Lösungsmittel seien z. B. genannt
: Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Tetramethylensulfon, Diäthylsulfon,
Diäthylsulfoxid, bevorzugt jedoch N-Methylpyrrolidon.
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Zur Herstellung der gegebenenfalls N-substituierten 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,3,
4-oxdiazole in N-Methylpyrrolidon aus 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol
und einem primären Amin oder Ammoniak, ist die Anwendung eines Aminüberschusses
jedoch nicht zwingend. Bei Verwendung der anderen Lösungsmittel kann es dagegen
zweckmäßig sein, im allgemeinen bei Einsatz von nur 2 Mol primärem Amin pro Mol
2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1, 3, 4-oxdiazol als Säureacceptor ein tertiäres
organisches Amin wie z. B. Triäthylamin, Dimethylanilin, Dimethylbenzylamin, Pyridin,
Alkylpyridine oder Chinoline der Reaktionsmischung in mindestens der stöchiometrisch
erforderlichen Menge zuzusetzen. Selbstverständlich kann auch in diesem-Fall der
Säureacceptor im Überschu# vorhanden sein.
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Bei der Herstellung von 1, 2, 4-Triazolen mit gleichartigen Resten
Ri und R2 kann man auch in einer ersten Stufe ein Mol 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,
4-oxdiazol z. B. nur mit der zur Herstellung des Oxdiazoltyps erforderlichen stöchiometrischen
Menge eines Amins auf 90 bis 110°C erhitzen und nach beendeter Reaktion, gegebenenfalls
nach Zwischenisolierung des gegebenenfalls N-substituierten 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,
324-oxdiazols, durch Zugabe der restlichen
Menge bzw. eines Uberschusses
an Amin durch Erhitzen auf 160 bis 200°C die Triazolbildung herbeifuhren. Zur Herstellung
von 1H2, 4-Triazolen, in denen die Reste R1 und R2 verschiedene Bedeutung besitzen,-werden
die gebildeten, gegebenenfalls N-substituierten Oxdiazole, vorzugsweise nach Zwischenisolierung,
mit einem anderen primären Amin bzw. NH3, gegebenenfalls in Anwesenheit eines polaren
Lösungsmittels, in analoger Weise auf 160 bis 200°C erhitzt.
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Zur Isolierung der gegebenenfalls N-substituierten 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1,
3,4-oxdiazole bzw. 3, 5-Bis- (3'-nitro-4'-amino-phenyl)-1, 2, 4-triazole wird die
Reaktionslösung mit 1-bis 10-facher Menge eines niedermolekularen Alkohols wie Methanol,
Äthanol, Propanol oder Isopropanol oder Wasser versetzt und das ausgeschiedene Reaktionsprodukt
abfiltriert.
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Die weitere Reinigung erfolgt durch Umkristallisieren.
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Die erfindungsgemäß herstellbaren neuartigen Verbindungen sind wertvolle
Zwischenprodukte für Kunststoffstabilisatoren und können selbst als Farbpigmente
auf dem Kunststoff-oder Lacksektor eingesetzt werden.
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In den nachfolgend angeführten Beispielen handelt es sich -sofern
nicht anders angegeben-um Gewichtsteile.
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Beispiel 1 381 Teile 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol
werden mit 700 Teilen Anilin in Stickstoffatmosphäre unter Rühren erhitzt. Bei 120°C
tritt eine fortschreitend dunkler werdende Rotfärbung ein. Bei 160°C setzt eine
exotherme Reaktion ein, wobei die Temperatur bis ca. 190C ansteigt und Wasser sowie
ein Teil des Anilins durch einen absteigenden Kühler abdestilliert wird. Man erhitzt
die sich verfestigende rote Masse noch 20 Minuten auf 190°C und lait dann
erkalten.
Das Reaktionsprodukt wird mit Wasser ausgekocht, abgesaugt und mit Kethanol gewaschen.
Nach dem Umkristallisieren aus Dimethylformamid und Zufügen von n-Propani erhält
man 510 Teile 4-Phenyl-3, 5-bis-j'-nitro-4'- (N-phenyl-amino)-phenyl, 2, 4-triazol
als rote Blättchen vom Schmelzpunkt 268°C Analyse : C32H23N7O4 (Mol.-Gewicht 569,6)
Gef. : C 67,47H4,28%N17,18% Gef.: C 67,47 % H 4,28 % N 17,18 % Das als Ausgangsmaterial
verwendete 2, 5-Bis- (3'-nitro-4'-chlorphenyl)-1, 3,4-oxdiazol ist wie folgt erhalten
worden : In die Losung von 500 Teilen Hydrazinsulfat in 5500 Teilen Oleum (20 %
ig) wurden bei Zimmertemperatur 1500 Teile 3-Nitro-4-chlor-benzoesaure eingetragen.
Die Reaktionsmischung wurde 10 Stunden bei 50 bis 55°C gerUhrt, dann auf Zimmertemperatur
abgekühlt und auf ca. 15000 Teile Eis gegossen. Das ausgeschiedene 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlorphenyl)-1,3,4-oxdiazol
wurde abgesaugt und mit Wasser neutral gewaschen. Ausbeute 1390 Teile (98 % d. Th.)
; F. : 249 bis 253°C. Das Produkt kann für die weiteren Umsetzungen ohne weitere
Reinigung verwandt werden. Eine aus Essigsäureanhydrid umkristallisierte und mit
Methanol gewaschene Probe achmilzt bei 254°C.
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Beispiel 2 190 Teile 2,5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol
werden mit 560 Teilen Anilin in Stickstoffatmosphäre unter RWhren 2 Stunden lang
am Rückflußkühler auf etwa 190°C erhitzt. Nach Abkühlung auf 90°C rührt man ca.
800 Teile Methanol ein, saugt das Reaktionsprodukt ab und wäscht es mit Methanol.
Nach dem Umkristallisieren aus Dimethylformamid und Zusatz von Propanol erhält man
244 Teile 4-Phenyl-3, 5-bis-
[3'-nitro-4'- phenyl-amino)-phenyl2-1,
2, 4-triazol vom Schmelzpunkt 267°C.
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Das Infrarotspektrum ist identisch mit dem des Produktes aus Beispiel
1.
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Beispiel 3 381 Teile 2,5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol
werden in 2750 Teilen Anilin bei 100°C 6 Stunden lang in Stickstoffatmosphäre gerührt,
wobei sich die Mischung rot färbt. Anschließend setzt man 5000 Teile Methanol zu
und saugt die erkaltete rote Suspension ab. Nach Umkristallisieren aus Dimethylformamid
unter Zusatz von Athanol erhält man 370 Teile 2,5-Bis-[3'-nitro-4'-(N-phenylamino)-phenyl]-1,3,4-oxdiazol
vom Schmelzpunkt 215°C.
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Analyse : C26H18N6O5 (Molgewicht 494,5) Ber. : C 63,15 % H 3,67 %
N 17,00 % Gef. : C 63, 38 % H 3,96 % N 17, 28 % Beispiel 4 190 Teile 2,5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,3,4-oxdiazol,
100 Teile Anilin, 700 Teile Dimethylsulfoxid und 102 Teile Triäthylamin werden in
Stickstoffatmosphäre unter Ruhren 7 Stunden lang auf 100°C erhitzt, dann in eine
Mischung aus 400 Teilen Methanol und 500 Teilen Wasser eingegossen und abgesaugt.
Der mit Methanol gewaschene rote Rückstand ergibt nach dem Umkristallisieren aus
Dimethylformamid und Zusatz von Athanol 212 Teile 2,5-Bis-[3'-nitro-4'-(N-phenylamino)-phenyl]-1,
3, 4-oxdiazol vom Schmelzpunkt 215°C. Das Infrarotspektrum ist identisch mit dem
des Produktes aus Beispiel 3.
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Beispiel 5 190 Teile 2, 5-Bis- (3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1, 3, 4-oxdiazol,
125 Teile p-Anisidin und 800 Teile N-Methylpyrrolidon werden. unter Rühren in Stickstoffatmosphäre
10 Stunden lang auf 100°C erhitzt. Die Reaktionsmischung färbt sich rot, sie wird
nach Abkühlen in 600 Teile Methanol gegossen und abgesaugt. Aus Dimethylformamid
unter Zusatz von Äthanol umkristallisiert, erhält man 246 Teile 2,5-Bis-[3'-nitro-4'-(p-methoxyphenylamino)-phenyl2-1,
3, 4-oxdiazol vom Schmelzpunkt 272°C.
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Analyse :. C28H22N607 (Mol.-Gewicht 554, 5) Ber. : C 60, 65 % H 4,
00 % N 15,15 % Gef. : C 60, 40 % H 4, 20 % N 15, 26 % Beispiel 6 381 Teile 2, 5-Bis-
(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1, 3,4-oxdiazol werden in 3000 Teilen N-Methyl-pyrrolidon
suspendiert. In Stickstoffatmosphäre wird unter Rühren gasförmiges Methylamin eingeleitet
und die Mischung allmählich auf 1OQ°C erhitzt.
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Bereits unterhalb dieser Temperatur tritt Reaktion ein und die Mischung
färbt sich rot. Durch Regulierung des Gasstromes hält man die Reaktionstemperatur
ohne äußere Wärmezufuhr zwischen 95 und 1 05°a und heizt erst wieder, wenn die Temperatur
absinkt. Sobald die Lösung an Methylamin gesättigt ist, drosselt man den Gasstrom
auf ca. 1 Blase / sec. Nach acht Stunden gießt man die Mischung-mit dem teilweise
ausgefallenen Reaktionsprodukt in eine Mischung von 3500 Teilen NZethanol und 1000
Teilen Wasser, saugt die orangerote Verbindung ab, wäscht mit Wasser und Methanol
und kristallisiert anschließend aus Dimethylaulfoxidum.Manerhält316Tei-le2,5-Bi.s-*/3'-nitro-4'-(N-methylamino)-phenyl]-1,3,4-oxdiazol
vom Schmelzpunkt 323 bis 326°C (Zersetzung).
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Analyse : C16H12N6O5 (Mol.-Gewicht 370,3) Ber. t C 51, 90 % H 3, 81
% N 22, 69 % Gef. t C 51, 75 % H 3, 94 % N 22, 77 % Beispiel 7 381 Teile 2, 5-Bis-(3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1,
3, 4-oxdiazol werden in. 3000 Teilen Dimethylsulfoxid suspendiert, anschliessend
leitet man gasförmiges Methylamin ein und erhitzt wie in Beispiel 6 beschrieben.
Nach beendeter Reaktion setzt man zu der noch warmen Mischung 1500 Teile Methanol
zu, läßt erkalten und saugt ab. Man wäscht den Filterrückstand gut mit Methanol
und Wasser aus und erhält nach dem Trocknen 296 Teile 2,5-Bis-[3'-nitro-4'-(n-methylamino)-phenyl]-1,3,4-oxdiazol
vom Schmelzpunkt 322 bis 325°C (Zersetzung). Das Infrarotspektrum ist identisch
mit dem des Produktes aus Beispiel 6.
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Beispiel 8 381 Teile 2, 5-Bis- (3'-nitro-4'-chlor-phenyl)-1, 3, 4-oxdiazol
werden in 2000 Teilen N-Methylpyrrolidon suspendiert. In Stickstoffatmosphäre wird
unter Rühren gasformiges Ammoniak eingeleitet und die Mischung allmählich auf 110°C
erhitzt.
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Nach 8 Stunden wird die dunkle Losung heiß vom ausgeschiedenen Ammoniumchlorid
abgesaugt und das Filtrat unter Ruhren mit der gleichen menue Methanol versetzt.
Der abgesaugte gelbe Niederachlag wird mit Methamol und Wasser gewaschen und nach
dem Trocknen aus Dimethylformamid unter Zusatz von Propanol umkristallisiert:.Manerhält244Teile2,5-Bis-(3'-nibro-4'-aminophenyl)-1,3,4-oxdiazol
vom Schmelzpunkt 300 bis 305°C (Zersetzung) Analyse: C14H10N6O5 (Mol.-Gewicht 342,3)
Ber. : C 49,12 % H 2,94 % N 24,57 % Gef.: C 48,89 % H 3,12 % N 24,72 %