DE19635427C1

DE19635427C1 - Verfahren zur Herstellung von 2-Cyanmethylbenzthiazolen

Info

Publication number: DE19635427C1
Application number: DE1996135427
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Lorenz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2016-09-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Cyanmethylbenz thiazolen sowie danach erhaltene 2-Cyanmethylbenzthiazole.

2-Cyanmethylbenzthiazole sind an sich bekannt und lassen sich auf verschiedene Weise herstellen. So erfolgt die Herstellung beispielsweise gemäß K. Takagi, Chem. Lett. (1987) Seite 839 durch Umsetzung von ortho-Iodanilinen mit Cyan substituiertem Thioacetamid in Gegenwart einer Base und Pd (0) als Katalysator in Acetonitril als Lösungsmittel. Zwar werden dabei relativ gute Ausbeuten erhalten, jedoch hat diese Verfahrensweise den Nachteil von technisch aufwendig herzu stellenden Edukten auszugehen.

Sehr viel leichter zugänglich sind dagegen die Edukte ortho-Aminothiophenole und Malonsäuredinitril, die bevorzugt bei der Herstellung der 2-Cyanmethylbenz thiazole eingesetzt werden. Gemäß S. Kato, Synthesis 1983, Seite 210, G. Elgemeie, Heterocyclus 24, 1986, Seite 349 und A. El-Sayed, Gazz, Chim. Ital. 117 (1986) Seite 385 erfolgt diese Umsetzung in organischen Lösungsmitteln wie Essigsäure/Ethanol oder Ethanol/Piperidin. Die dabei erhaltenen Ausbeuten liegen jedoch nur bei 80% oder darunter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ausgehend von leicht zugäng lichen Edukten, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 2-Cyanmethyl benzthiazolen bereitzustellen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von 2-Cyanmethylbenzthiazolen der Formel (I) gefunden

worin
R gleich oder verschieden ist und für Halogen, bevorzugt Chlor, C₁-C₆-Alkyl, insbesondere Methyl und Ethyl, C₅-C₈-Cycloalkyl, insbesondere Cyclo hexyl, gegebenenfalls substituiertes C₁-C₆-Alkoxy oder gegebenenfalls substituiertes C₆-C₁₀-Aryloxy, insbesondere Methoxy, Ethoxy, Ethoxy ethoxy, Butoxy, Phenoxyethoxy oder Phenoxy steht, oder zwei benachbarte Reste R zusammen mit den Kohlenstoffatomen an denen sie gebunden sind, einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen 5- oder 6-Ring, vorzugsweise einen ankondensierten Benzolring, bilden und
n eine ganze Zahl von 0 bis 4, vorzugsweise 0 bis 3, insbesondere 0 bis 2 bedeutet,
durch Umsetzung von 2-Aminothiophenolen der Formel (II)

die durch alkalische Hydrolyse von gegebenenfalls substituierten Benzthiazolen der Formel (Ill)

worin
R und n die obengenannte Bedeutung haben und
R₁ Wasserstoff oder NH₂ bedeutet, hergestellt und nicht zwischenisoliert werden,
mit Malonsäuredinitril, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem wäßrigen Medium erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht R für Methyl oder Methoxy und n für 0 oder 1.

Als geeignete 2-Aminothiophenole der Formel (II) kommen beispielsweise in Frage: 2-Amino-3-methoxythiophenol, 2-Amino-5-ethoxythiophenol, 2-Amino-5- methylthiophenol, 2-Amino-4-methylthiophenol, 2-Amino-5-(2-ethoxy-ethoxy)- thiophenol, 2-Amino-5-butoxythiophenol, 2-Amino-3-butoxythiophenol, 2-Amino- 4,5-dimethylthiophenol, 2-Amino-3-ethoxythiophenol, 2-Amino-5-phenoxythio phenol, 2-Amino-5-(2-phenoxy-ethoxy)-thiophenol, 2-Amino-5-cyclohexylthio phenol, 2-Amino-4-chlor-5-methoxythiophenol oder 2-Mercapto-1-amino naphthalin, die in Form des entsprechenden Benzthiazols der Formel III eingesetzt werden, in denen (R)_n 4-Methoxy, 4-Ethoxy, 6-Ethoxy, 4-Butoxy, 6-Butoxy, 6- Phenoxy, 6-(2-Ethoxy-ethoxy), 6-(2-Phenoxy-ethoxy), 5-Methyl, 6-Methyl, 5,6-Di methyl, 6-Cyclohexyl, 5-Chlor-6-Methoxy oder einen in 4,5-Stellung an kondensierten Benzo-Rest bedeutet. Besonders bevorzugt sind 2-Aminothiophenol und 2-Amino-5-methoxythiophenol, die in Form des entsprechenden Benzthiazols der Formel III eingesetzt werden, in denen (R)_n 6-Methoxy oder n = O bedeutet.

Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft vorzugsweise in einem wäßrigen Medium ab, das 20 bis 100 Gew.-%, insbesondere 40 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 100 Gew.-% Wasser enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem weiteren Temperaturbereich, vor zugsweise von 20°C bis zum Siedepunkt des verwendeten wäßrigen Mediums durchgeführt werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Reaktion bei einer Temperatur von 40 bis 95°C. Sie verläuft exotherm, so daß es während der Re aktion im allgemeinen zu einem Temperaturanstieg von bis zu 30°C kommen kann. Dies sollte zweckmäßigerweise bei der Wahl der Ausgangstemperatur be rücksichtigt werden.

Der pH-Wert kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in weiten Grenzen variieren, ohne daß sich dies nachteilig auf die Ausbeute auswirkt. Besonders bevorzugt sind jedoch pH-Werte von 2 bis 9, vorzugsweise von 3 bis 7.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Malonsäuredinitril und das Thiophenol in äquivalenten Mengen eingesetzt. Auch ein Überschuß, vorzugsweise von bis zu 10, insbesondere 0 bis 5 mol-% Malon säuredinitril, bezogen auf Thiophenol II, ist vorteilhaft. Größere Überschüsse sind zwar möglich, bieten aber keinen Vorteil.

Bei der Umsetzung wird ein Äquivalent Ammoniak frei. Es ist vorteilhaft, den dadurch bewirkten Anstieg des pH-Wertes durch Zugabe von entsprechenden Mengen an Säure in dem bevorzugten pH-Bereich zu halten. Als Säuren können beispielsweise Mineralsäuren wie verdünnte Schwefelsäure oder Salzsäure oder organische Säuren wie z. B. Essigsäure oder Ameisensäure verwendet werden. Nach beendeter Umsetzung kann das Produkt, gegebenenfalls nach Abkühlen auf Raumtemperatur, durch einfaches Abfiltrieren oder Abpressen isoliert werden.

Das wäßrige Medium kann dabei mit Wasser ganz oder teilweise mischbare organische Lösungsmittel enthalten. Als solche Lösungsmittel kommen beispiels weise Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, Butanol, Glykol, Methyl glykol, Ethylglykol, Butylglykol oder auch Dimethylsulfoxid in Frage. Der Anteil des organischen Lösungsmittels im wäßrigen Medium ist vorzugsweise kleiner als 50 Gew.-%.

Es kann auch vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart von oberflächenaktiven Substanzen durchzuführen. Bevorzugt sind dabei anionische oder nicht-ionische Dispergiermittel oder Emulgatoren.

Bei den anionischen Dispergiermitteln haben sich insbesondere Kondensations produkte von aromatischen Sulfonsäuren mit Formaldehyd, wie Kondensationspro dukte aus Formaldehyd und Alkylnaphthalinsulfonsäuren oder aus Formaldehyd, Naphthalinsulfonsäuren und Benzolsulfonsäure, Kondensationsprodukte aus gege benenfalls substituiertem Phenol mit Formaldehyd und Natriumbisulfit als sehr wirksam erwiesen. Weiterhin kommen vor allem Ligninsulfonate in Betracht, z. B. solche, die nach dem Sulfit- oder Kraft-Verfahren gewonnen werden. Vorzugs weise handelt es sich um Produkte, die zum Teil hydrolysiert, oxidiert, pro poxyliert oder desulfoniert und nach bekannten Verfahren fraktioniert werden, z. B. nach dem Molekulargewicht oder nach dem Sulfonierungsgrad. Auch Mischungen aus Sulfit- und Kraft-Ligninsulfonaten sind gut wirksam.

Besonders geeignet sind Ligninsulfonate mit einem durchschnittlichen Molekular gewicht zwischen 1.000 und 100.000 g/mol, einem Gehalt an aktivem Lignin sulfonat von mehr als 80% und vorzugsweise mit niedrigem Gehalt an mehrwertigen Kationen. Der Sulfonierungsgrad kann dabei in weiten Grenzen variieren.

Nicht-ionische Dispergiermittel oder Emulgatoren sind z. B. Umsetzungsprodukte von Alkylenoxiden mit alkylierbaren Verbindungen wie z. B. Fettalkoholen, Fett aminen, Fettsäuren, Phenolen, Alkylphenolen, Arylalkylphenolen und Carbonsäure amiden.

Weitere bevorzugte Dispergiermittel sind alkoxylierte Styrol-Phenol-Kondensa tionsprodukte, die gegebenenfalls im Gemisch mit ihren anorganischen Estern, die durch Umsetzung des alkoxylierten Styrol-Phenol-Kondensationsproduktes mit anorganischen Säuren, wie beispielsweise Amidosulfonsäure, erhalten werden, eingesetzt werden.

Die alkalische Hydrolyse erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 100 bis 160°C. Als Alkali wird vorzugsweise NaOH und/oder KOH in einer Menge von vorzugsweise 2 bis 6 Mol-Äquivalenten, bezogen auf Benzthiazol III, eingesetzt.

Die Hydrolyse des unsubstituierten Benzthiazols der Formel (III) (n = 0, R₁ = H) kann beispielsweise in wäßrigem Alkali wie Natronlauge oder Kalilauge, die vor zugsweise in einer Menge von 2 oder mehr Mol-Äquivalenten, bezogen auf einge setztes Benzthiazol der Formel III, bei einer Temperatur von 80 bis 120°C durch geführt werden.

Die alkalische Hydrolyse von Benzthiazolen der Formel (III), worin R₁ beispiels weise für NH₂ steht, erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 120 bis 160°C in einem Autoklaven unter Druck, wobei als Alkali vorzugsweise NaOH und/oder KOH, insbesondere in einer Menge von 3 oder mehr Mol-Äquivalenten, bezogen auf eingesetztes Benzthiazol III eingesetzt wird.

Nach der alkalischen Hydrolyse liegen die 2-Aminothiophenole der Formel (II) im allgemeinen in Form ihre Alkalisalze gelöst vor und können gegebenenfalls nach Klärung bzw. Filtration von unlöslichen Rückständen mit Säuren wie beispiels weise Mineralsäuren oder organischen Säuren aus ihren Salzen freigesetzt werden. Man erhält so Suspensionen oder Emulsionen von 2-Aminothiophenolen der Formel (II), die ohne Zwischenisolierung für die erfindungsgemäße Umsetzung mit Malonsäuredinitril verwendet werden.

Bei der alkalischen Hydrolyse können auch Dispergiermittel eingesetzt werden, wie sie als mögliche Zusätze für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben sind. Zudem kann die alkalische Hydrolyse in Gegenwart von organischen Lösungsmitteln erfolgen, wie sie beispielsweise für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben sind. Das gegebenenfalls verwendete organische Lösungs mittel kann dabei für das erfindungsgemäße Verfahren weiterverwendet werden. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an organischem Lösungsmittel im Reaktions medium der alkalischen Hydrolyse weniger als 50%.

Wird das Thiophenol der Formel II durch alkalische Hydrolyse eines Benzthiazols III hergestellt und ohne Zwischenisolierung weiter umgesetzt, so wird man die Menge an einzusetzendem Malonsäuredinitril zweckmäßigerweise an die bei der Hydrolysereaktion erzielte Ausbeute anpassen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten 2-Cyanmethylbenzthi azole eignen sich als Zwischenprodukte zur Herstellung von Farbstoffen, beispielsweise solche wie sie aus DE-A 16 70 748 beschrieben sind, Pigmenten, Pharmazeutika und Pflanzenschutzmitteln.

Die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Prozentangaben sind jeweils Gewichtsprozente.

Beispiel 1

569,3 g (4 mol) technisches Benzthiazol (95%ig), 800 ml Wasser und 960 ml Natronlauge (400 g NaOH/l) wurden unter Stickstoffatmosphäre 6 Stunden auf 100°C erhitzt. Bei Raumtemperatur wurden anschließend als Dispergiermittel 20 g eines Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensats und 20 g eines mit 7 Mol- Äquivalenten Ethylenoxid ethoxylierten Fettalkohols zugegeben und danach bei Raumtemperatur mit 1080 ml einer konzentrierten Salzsäure (300 g/l) und 120 ml Eisessig angesäuert. Die Temperatur stieg dabei auf ca. 45°C an. Danach wurden 283,2 g (42 mol) Malonsäuredinitril (98%ig) hinzugefügt, wonach die Temperatur innerhalb von 30 Minuten auf ca. 70°C anstieg. Die Reaktionsmischung wurde weitere 2 Stunden bei 80°C gehalten. Nach dem Abfiltrieren bei 50°C erhielt man 695,5 g 2-Cyanmethylbenzthiazol als grob-kristallines Produkt, welches nach HPLC-Analyse eine Reinheit von 97,6% aufwies.
Ausbeute: 97,3% der Theorie.

Beispiel 2

186,7 g (1 mol) 2-Amino-6-methoxybenzthiazol, 700 ml Wasser und 300 ml Natronlauge (400 g NaOH/l) wurden im Autoklaven unter Stickstoff 5 Stunden auf 135°C erhitzt und anschließend wurde die Reaktionsmischung heiß filtriert. Unter Stickstoff wurde der Ansatz bei Raumtemperatur mit konzentrierter Salzsäure auf pH 6 gestellt und dann 3 g Reax^® 910 (Dispergiermittel auf Basis von Ligninsulfonaten der Fa. West Vaco), 60 ml Eisessig sowie 67,4 g (1 mol) Malon säuredinitril (98%ig) hinzugefügt. Die Temperatur stieg auf 60°C und wurde weitere 2 Stunden bei 80°C gehalten. Nach dem Abfiltrieren bei Raumtemperatur und anschließendem Trocknen wurden 192 g 2-Cyanmethyl-6-methoxybenzthiazol mit einer Reinheit von 96,3% erhalten.
Ausbeute: 90,5% der Theorie.

Beispiel 3

Es wurde analog zu Beispiel 2 verfahren, jedoch statt 2-Amino-6-methoxybenz thiazol eine äquivalente Menge an 2-Amino-6-ethoxybenzthiazol eingesetzt. Nach der Aufarbeitung wurden 198 g 2-Cyanmethyl-6-ethoxybenzthiazol mit einer Reinheit von 97,8% erhalten.
Ausbeute: 88,9% der Theorie.

Beispiel 4

35 g NaOH in Plätzchenform wurden in der Hitze in 50 ml Ethylenglykol gelöst. Darin wurden unter Stickstoffatmosphäre innerhalb,von 1 Stunde bei 130°C 73 g (0,3 mol) 2-Amino-6-(2-phenoxy-ethoxy)-benzthiazol eingetragen. Danach wurde der Ansatz noch 5 Stunden bei 130°C gerührt und in der Hitze anschließend 175 ml Wasser zugetropft und die Reaktionsmischung anschließend drei weitere Stunden unter Rückfluß gehalten. Der Ansatz wurde mit konzentrierter Salzsäure auf pH 6 eingestellt und danach 12 ml Eisessig, 0,75 g Reax^® 910 (Dispergier mittel auf Basis von Ligninsulfonaten der Fa. West Vaco) und 20,2 g (0,3 mol) Malonsäuredinitril zugefügt. Nach 5 Stunden bei 90°C wurde das Produkt bei Raumtemperatur abfiltriert, gewaschen und getrocknet.
Ausbeute: 72 g 2-Cyanmethyl-6-(2-phenoxy-ethoxy)benzthiazol (90,1% der Theorie).

In Analogie zu den Beispielen 2 bis 4 wurden die in der Tabelle 1 aufgeführten 2-Cyanmethylbenzthiazole der Formel (IV) hergestellt.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 2-Cyanmethylbenzthiazolen der Formel (I)
worin
R gleich oder verschieden ist und für Halogen, C₁-C₆-Alkyl, C₅-C₈-Cycloalkyl, gegebenenfalls substituiertes C₁-C₆-Alkoxy oder gegebenenfalls substituiertes C₆-C₁₀-Aryloxy, steht oder zwei be nachbarte Reste R zusammen mit den Kohlenstoffatomen an denen sie gebunden sind, einen gegebenenfalls substituierten carbo- oder heterocyclischen 5- oder 6-Ring bilden und
n eine ganze Zahl von 0 bis 4 bedeutet,
durch Umsetzung von 2-Aminothiophenolen der Formel (II)
die durch alkalische Hydrolyse der Benzthiazole der Formel (III)
hergestellt und nicht zwischenisoliert werden,
worin
R und n die obengenannte Bedeutung haben und
R₁ Wasserstoff oder NH₂ bedeutet,
mit Malonsäuredinitril, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem wäßrigen Medium erfolgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R für Chlor steht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R für Phenoxy steht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n eine ganze Zahl von 0 bis 3 bedeutet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n eine ganze Zahl von 0 bis 2 bedeutet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Benthiazole der Formel (III) eingesetzt werden, in denen (R)_n 4-Methoxy, 4-Ethoxy, 6- Ethoxy, 4-Butoxy, 6-Butoxy, 6-Phenoxy, 6-(2-Ethoxy-ethoxy), 6-(2- Phenoxy-ethoxy), 5-Methyl, 6-Methyl, 5,6-Dimethyl, 6-Cyclohexyl, 5- Chlor-6-Methoxy oder einen in 4,5-Stellung ankondensierten Benzo-Rest bedeutet.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Temperatur von 20°C bis zur Siedetemperatur des verwendeten wäßrigen Mediums erfolgt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einem pH-Wert von 2 bis 9 erfolgt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einem pH-Wert von 3 bis 7 erfolgt.