DE2052026C3 - Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolone) - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, o-Phenylendiamin mit Phosgen umzusetzen, wobei unter Salzsäureabspaltung Ringschluß zum Benzimidazolon erfolgt. Dieses Verfahren erfordert besondere Werkstoffe für die Reaktionskessel infolge der großen Korrosion durch die entstehende Salzsäure. Nachteilig ist auch die große Giftigkeit des Phosgens. Anstelle von Phosgen kann man auch das relativ teure Kalium- oder Natriumisocyanat mit o-Phenylendiamin in Wasser zum Benzimidazolon umsetzen. Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung des Benzimidazolons besteht in der Umsetzung von Kohlensulfoxyd oder von einer Mischung Kohlenmonoxid/Schwefel mit o-Phenylendiamin im Autoklav, wobei man zur Erhöhung der Ausbeute organische Lösungsmittel einsetzt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß bei der Reaktion Schwefelwasserstoff entsteht, so daß besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen. Einfacher ist die Umsetzung von o-Phenylendiamin mit überschüssigem Harnstoff in der Schmelze. Dabei entsteht in guter Ausbeute das Benzimidazolon. Unbefriedigend ist nur, daß bei der Reaktion Biuret als Nebenprodukt entsteht, welches bei der hohen Temperatur sublimiert und die Kesselein- und -ausgänge verstopft. Außerdem wird die Reaktionsmasse mit fortschreitender Umsetzung immer schlechter rührbar, da das entstehende Benzimidazolon in der Schmelze unlöslich ist.

Aus J. Indian Chem. Soc. 7 (1930), 793-797, ist es bekannt, o-Phenylendiamin mit Harnstoff in siedendem Isoamylalkohol umzusetzen. Da der Harnstoff in Isoamylalkohol auch in der Siedehitze nur eine minimale Löslichkeit aufweist, verläuft diese Umsetzung in heterogener Phase, d. h.. ebenfalls in einer Harnstoffschmelze. Die so erhaltenen Produkte sind ziemlich unrein, da der Harnstoff unter den Reaktionsbedingungen mit dem Isoamylalkohol unter Bildung von Allophansäureamylesterund Amylurethan reagiert.

Aus der GB-PS 8 11 692 ist die Umsetzung von o-Phenylendiamin-Derivaten mit Kohlensäurederivaten, beispielsweise Harnstoff, in wäßrigen oder nichtwäßrigen Lösemitteln bekannt. In den Ausführungsbeispielen wird Harnstoff jedoch in Gegenwart von 2-Butoxyäthanol umgesetzt, obwohl erwähnt ist, daß das o-Phenylendiamin-Derivat im wäßrigen Medium hergestellt wird, und obwohl im Verlauf der Aufarbeitung des Produktes Wasser zugesetzt wird. Für den Fachmann bestand somit keine Anregung, die Kondensationsreaktion in Wasser durchzuführen, zumal bekannt ist, daß Harnstoff beim Erhitzen in wäßriger Lösung unter Bildung von Ammoniumcarbonat zerfällt (Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Aufl., Bd. 8, S. 380).

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolone) durch Erhitzen von o-Phenylendiamin und Harnstoff in einem flüssigen Reaktionsmedium gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das

ίο Reaktionsmedium Wasser ist und die Umsetzung bei 90-16O⁰C mit übei-schüssigem Harnstoff durchgeführt wird

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß man o-Phenylendiamin mit Harnstoff in Wasser bei erhöhten Temperaturen umsetzt. Die Reaktionsbedingungen hinsichtlich der Temperatur, der Konzentration und des Molverhältnisses der beiden Reaktionspartner lassen sich in relativ weiten Grenzen variieren. Man kann bereits bei Temperaturen von 90 oder 100⁰C arbeiten, vorzugsweise aber bei Temperaturen zwischen 100 und 160" C, um eine hohe Raum/Zeitausbeute zu erhalten. Temperaturen über 100⁰C erfordern die Verwendung eines Druckgefäßes.
Die Konzentrationen von o-Phenylendiamin und Harnstoff in Wasser lassen sich in weiten Grenzen variieren. Die obere Grenze ist durch die Rührbarkeit der entstehenden Suspension gegeben, während man nach unten die Konzentrationen der Reaktionspartner nur so weit senkt, daß das entstehende Benzimidazolon noch ausfällt und nicht in Lösung bleibt. Im allgemeinen wirkt sich eine Erhöhung der Konzentrationen der beiden Reaktionspartner günstig auf die Ausbeute aus. Vorzugsweise setzt man zur Erzielung einer optimalen Ausbeute und im Hinblick auf eine leichte Rührbarkeit der Reaktionsmischung pro Mol o-Phenylendiamin 300 bis 400 Volumenteile Wasser ein.

Da der Harnstoff unter den angegebenen Reaktionsbedingungen eine gewisse Zerseuüchkeit zeigt, ist es erforderlich, ihn im Überschuß, vorzugsweise im Verhältnis 2 bis 2,5 Mol pro Mol o-Phenyldiamin, einzusetzen.

Gegenüber der bekannten Umsetzung von o-Phenylendiamin in der Harnstoffschmelze zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß weniger Nebenreaktionen, wie etwa die Bildung von Biuret, ablaufen. Dadurch fällt das Benzimidazolone) in einer reineren Form an und braucht nicht umgefällt oder umkristallisiert zu werden. Außerdem kann der Überschuß an Harnstoff geringer gehalten werden.

Das Verfahren der Erfindung gestattet es, anstelle von festem o-Phenylendiamin wäßrige Lösungen hiervon einzusetzen, wie sie beispielsweise bei der Hydrierung von o-Nitranilin entstehen. Darüber hinaus ist es sogar möglich, beide Reaktionsschritte, die katalytische Hydrierung von o-Nitranilin und die Kondensation von o-Phenylendiamin mit Harnstoff so miteinander zu kombinieren, daß man die Hydrierung in Gegenwart von Harnstoff vornimmt und dabei die Hydrierungstemperatur so wählt, daß bereits eine teilweise Kondensation des entstehenden o-Phenylendiamins erfolgt.

Das so erhaltene Benzimidazolone) ist ein wertvolles Zwischenprodukt für die Herstellung von Antimalariamitteln und Farbstoffen.

Beispiel 1

In einen Autoklav gibt man 108 Gewichtsteile (1 Mol) o-Phenylendiamin und eine Lösung von 120 Gewichts-

teilen Harnstoff (2 Mol) in 250 Volumteilen Wasser. Man verschließt das Gefäß und heizt unter Rühren innerhalb von 1 -2 Stunden auf 150° C Danach hält man noch 3 Stunden bei dieser Temperatur, kühlt ab und entlüftet wobei das entstandene Ammoniak entweicht. Der ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht mit Wasser gewaschen und getrocknet Man erhält 128 Gewichtsteile Benzimidazolone) mit einem Schmelzpunkt von 309⁰C Die Ausbeute, bezogen auf eingesetztes o-Phenylendiamin, beträgt 96% der Theorie. Das Produkt ergibt folgende Analysenwerte:

Ben: C 62,7, H 4,5, N 20,9;
gef.: C 62,6, H 4,5, N 21,0;
gef.: C 62,7, H 4,5, N 21,0.

Beispiel 2

In einen Hydrierautoklav werden 400 Volumenteiie Wasser, 20 Gewichtsteile Natriumcarbonat, 138 Gewichtsteile o-Nitranilin und 1 Gewichtsteil Nickelkatalysator eingefüllt. Nach Verschließen des Druckkörpers wird die restliche Luft durch Überleiten von Stickstoff verdrängt. Danach stellt man Heizung und Rührer an, drückt Wasserstoff auf und hydriert zwischen 85 und 105° C. Nach der Wasserstoff aufnahme wird noch eine halbe Stunde bis zur Druckkonstanz nachgerührt, dann wird der Restwasserstoff abgelassen, und es wird unter Stickstoff vom Katalysator abfiltriert. Das Filtrat wird mit 125 Gewichtsteilen Harnstoff, einem Gewichtsteil eines Chelatbildners (Natriumsalz der Äthylendiamintetraessigsäure) sowie einem Gewichtsteil Natriumdithionit versetzt und in einen zweiten Autoklav gegeben, der vorher mit Stickstoff gespült wurde. Man heizt nun die Lösung unter Rühren auf 150⁰C und hält noch 3 Stunden bei dieser Temperatur. Danach kühlt man auf Raumtemperatur ab und entspannt den Ammoniakdruck. Der ausgefallene Kristallbrei wird über eine Nutsche abgesaugt und mit Wasser gewaschen, bis der pH des Waschwassers bei 6,5 liegt. Man erhält nach dem Trocknen 126 Gewichtsteile Benzimidazolon, was einer Ausbeute von 94% der Theorie entspricht, bezogen auf eingesetztes o-Nitranilin.

Das Produkt hat eine Reinheit von 99% (dünnschichtchromatographisch bestimmt), einen Schmelzpunkt von 309° C und ergibt folgende Analysenwerte:

Ben: C 62,7, H 4,5, N 20,9;
gef.: C 62,7, H 4,55, N 21,0;
gef.: C 62,6, H 4,5, N 21,1.

Beispiel 3

In einen Hydrierautoklav werden 138 Gewichtsteile o-Nitranilin, 120 Gewichtsteile Harnstoff sowie 1 Gewichtsteil Nickelkatalysator zusammen mit 250 Volumteilen Wasser eingefüllt Die Luft im freien Volumen des Druckkörpers wird durch Überleiten von Stickstoff verdrängt, dann wird Wasserstoff aufgedrückt und unter Rühren bei 95-110°C hydriert Die Reduktion ist dann beendet, wenn der Innendruck eine halbe Stunde hindurch nicht weiter absinkt Man erhöht die Temperatur auf 150⁰C und hält noch 3 Stunden bei dieser Temperatur. Dann wird auf 30⁰C abgekühlt und das Ammoniak entspannt Der restliche Wasserstoff wird durch Oberleiten von Stickstoff aus dem Druckkörper verdrängt Die stark ammoniakalische Suspension wird mit einer Lösung von 1250 Volumenteilen Wasser und 80 Gewichtsteilen Natronlauge versetzt und zu τι Sieden erhitzt Nach dem vollständigen Lösen des Benzimidazolons wird vom Hydrierkatalysator geklärt und das Piltrat nach dem Abkühlen mittels Salzsäure auf pH 5-6 gestellt Der ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht und mit Wasser salzfrei gewaschen. Die Ausbeute beträgt nach dem Trocknen 127 Gewichtsteile Benzimidazolon, das entspricht 96% der Theorie, bezogen auf eingesetztes o-Nitranilin.

Das Produkt hat eine Reinheit von über 99% (dünnschichtchromatographisch bestimmt), einen Schmelzpunkt von 309° C und ergibt folgende Analysen Analysenwerte:

Ben: C 62,7, H 4,5, N 20,9;
gef.: C 62,7, H 4,5, N 20,9;
gef.: C 62,8, H 4,5, N 21,0.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   f. Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolone) durch Erhitzen von o-Phenylendiamin und Harnstoff in einem flüssigen Reaktionsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium Wasser ist und die Umsetzung bei 90-160⁰C mit überschüssigem Harnstoff durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol verhältnis von o-Phenylendiamin zu Harnstoff etwa 1 :2 bis 1 :2,5 beträgt.
3. 3. Abänderung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das o-Phenylendiamin durch katalytisches Hydrieren von o-Nitranilin in Wasser in situ herstellt.