DE2103877A1 - Verfahren zur Herstellung von Dinitrochinazolindionen - Google Patents

Description

2103877 FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVERKUSEN-Beyerwerk 2 7. JAR 1JJ71 Patent-Abteilung Ad /Gg

Verfahren zur Herstellung von Dinitrochinazolindionen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dinitrochinazolin-2,4-dionen der allgemeinen Formel

durch cyciisierende Dehydratisierung von o-Ureidobenzoesäuren der allgemeinen Formel

O₂N

OOH

Es ist bekannt, Anthranilsäureamide mit Phosgen in inerten Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen 70 und 150° C zu Chinazolin-2,4-dionen umzusetzen (Deutsche Offenlegungsschrift

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1 545 632). Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Anthranilsäureamide erst auf dem Umweg über die Isatosäureanhydride aus den Anthranilsäuren dargestellt werden müssen. Die Umsetzung der Isatosäureanhydride mit Aminen führt aber nicht in allen Fällen in einheitlicher Reaktion zu den Anthranilamiden (s. auch R. P. Staiger u. E. C. Wagner, J. org. Chem. 18, 1427 (1953)). Aus 5-Nitro-isatosäureanhydrid und p-Nitranilin entsteht z.B. immer eine Mischung aus 5-Nitroanthranilsäure-p-nitranilid und 2<- (N' - (p-Nitrophenyl) ureido-5-nitrobenzoesäure.

Es ist ferner bekannt, aromatische o-Ureidocarbonsäure in Gegenwart von sauren oder basischen Katalysatoren in organischen Lösungsmitteln wie Äthanol, Toluol oder Chlorbenzol zu 3-substituierten Chinazolin-2,4-dionen umzusetzen. Diese Verfahren, die zur Herstellung von Chinazolin-2,4-dionen mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Substituenten in 3-Stellung in vielen Fällen sehr gut geeignet sind, liefern Jedoch dann unbefriedigende Ergebnisse, wenn man von 2-(N-Arylureido)-benzoesäuren insbesondere von 2-(N-Nitrophenylureido)-nitrobenzoesäuren der allgemeinen Formel II ausgeht.

Es ist ferner bekannt, durch thermischen Ringschluß aus ö-Ureidobenzoesäuren Chinazolin-2,4-dione darzustellen. Diese Methode versagt Jedoch ebenfalls bei Ureidobenzoesäuren der Struktur II, da infolge der Nitrogruppen bei Temperaturen oberhalb 250° C sehr leicht eine Verkohlung eintritt. Es ist außerdem bekannt, durch Ringschluß von Harnstoffcarbonsäuren in Polyphosphorsäure oder in rauchender Schwefelsäure Chinazolin-2,4-dione darzustellen. Der Nachteil dieser Verfahren besteht im Falle von Ureidobenzoesäure der Struktur II jedoch darin, daß die Produkte sehr unrein und oft in relativ niedrigen Ausbeuten anfallen. Diese Verfahren erfordern außerdem Temperaturen von 150° C und höher, da nach Untersuchungen

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von Yoda u. Kurihara et al (J. Pol. Sei. A-1,£ (1967) 1765-1781 und 2523-2534) "bei Temperaturen um 100° C nicht die Chinazolin-2,4-dione, sondern die entsprechenden Benzoxazin-4-on-imine entstehen.

Nach dem Verfahren der deutschen Offenlegungsschrift 1 802 079) lassen sich o-Ureidobenzoesäuren, insbesondere solche Verbindungen der Struktur II in polaren organischen Lösungsmitteln wie N-Methylpyrrolidon in Gegenwart von geringen Mengen P₂O₅ zu Chinazolin-2,4-dionen umsetzen. Dieses Verfahren erfordert aber ebenfalls Temperaturen über 100° C.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Dinitrochinazolin-2,4-dionen gefunden, dadurch gekennzeichnet, daß man ο-Ureidobenzoesäuren der Formel

COOH

NH-C-NH
η

in stark polaren aprotischen organischen Lösungsmitteln mit 0,8 bis 2,5 Mol eines anorganischen Säurehalogenids pro Mol o-Ureidobenzoesäure bei Temperaturen zwischen 10° C und 120°C unter Cyclisierung dehydratisiert.

Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren durchführen, wenn als anorganische Säurechlorid Phosgen verwendet wird. Neben der wesentlich niedrigeren Reaktionstemperatur bietet dieses Verfahren gegenüber dem oben angeführten älteren eigenen Verfahren noch den Vorteil, daß aus dem Phosgen nur flüchtige Reaktionsprodukte (COp und Salzsäure) gebildet

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werden, die leicht aus den Reaktionsansätzen entfernt werden können. Die Cyclisierung der o-Ureidobenzoesäuren zu Chinazolin-2,4-dionen mit Phosgen als Dehydratisierungsmittel kann in den angeführten aprotischen polaren Lösungsmitteln schon bei Temperaturen von 30-40° C durchgefürt werden, vorzugsweise werden Jedoch Temperaturen zwischen 50 und 80° C angewandt, da bei diesen Temperaturen die Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber den tief er en Temperaturen erhöht ist, die Bildung von Nebenprodukten aber noch weitgehend vermieden wird. Prinzipiell können auch höhere Temperaturen als 80° C angewandt werden, doch bilden sich in diesen Fällen manchmal unerwünschte Nebenprodukte.

Die Anwesenheit der polaren aprotischen Lösungsmittel ist für einen schnellen und einheitlichen Reaktionsverlauf bei der Cyclisierung der o-Ureidobenzoesäuren mit Phosgen zu Chinazolin-2,4-dionen unbedingt erforderlich. In nicht polaren Lösungsmitteln wie Chlorbenzol oder o-Dichlorbenzol führt die Cyclisierung mit Phosgen selbst bei Siedetemperatur der Lösungsmittel nur nach sehr langen Reaktionszeiten, z.B. mehreren Tagen, in völlig unbefriedigenden Ausbeuten zu Produkten, die neben einer großen Menge von Verunreinigungen die gesuchten Chinazolindione enthalten. In den angegebenen polaren aprotischen Lösungsmitteln ist dagegen die Reaktion bei 50-80° C, schon kurz nachdem die zur Dehydratisierung erforderliche Menge Phosgen eingeleitet wurde, beendet und die isolierten Produkte sind in den meisten Fällen so rein, daß eine weitere Reinigung nicht mehr erforderlich ist.

Anstelle von Phosgen können auch andere anorganische Säurehalogenide, zum Beispiel Thionylchlorid oder Phosphoroxychlorid für die Cyclisierung von o-Ureidobenzoesäuren in den angegebenen polaren Lösungsmitteln herangezogen werden, doch bringen diese Verbindungen gegenüber Phosgen keinen Vorteil.

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Als polare aprotische Lösungsmittel werden N,N-Dialky!carbonsäureamide wie Ν,Ν-Dimethylacetamid, Ν,Ν-Dimethylformamid, Ν,Ν-Diäthylformamid und Ν,Ν-Diäthyl-acetamid oder N-Alkyllactame wie N-Methylpyrrolidon und N-Methylcaprolactam eingesetzt. Ferner können als polare aprotische Lösungsmittel ' für das erf-indungsgemäße Verfahren auch tetraalkylierte Harnstoffe wie Tetramethylharnstoff, dialkylierte cyclische Harnstoffe wie N,N'-Dimethylimidazolidon und hexaalkylierte . Phosphorsäureamide wie Hexamethylphosphorsäureamid verwendet werden.

Neben den angegebenen polaren Lösungsmitteln können zusätzlich auch noch geringe Mengen, vorzugsweise jedoch weniger als 40 Gew.-%, bezogen auf Gesamtlösungsmittel, anderer schwach polarer oder unpolarer Lösungsmitteln, wie z.B. Chlorbenzol oder Benzol im Reaktionsansatz vorhanden sein, ohne daß das Verfahren dadurch nennenswert beeinflußt wird, doch empfiehlt es sich nicht, den Anteil an diesen schwach polaren oder unpolaren Lösungsmitteln wesentlich über 40 <fc zu steigern, da in diesen Fällen die Ausbeute an gewünschtem Chinazolindion stark vermindert wird. Bei sehr hohem Anteil an schwach polaren oder unpolaren Lösungsmitteln, z.B. 70-90 %_f wird in den meisten Fällen kein Chinazolindion mehr erhalten.

Man kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung so vorgehen, daß man die o-Ureidobenzoesäure in einem der angegebenen polaren Lösungsmittel löst oder suspendiert, dann etwas mehr als die zur Dehydratisierung erforderliche Menge Phosgen bei Temperaturen zwischen 30 und 100° C einleitet, anschließend die Reaktionslösung, gegebenenfalls nach Abdestillieren von einem Teil des Lösungsmittels, filtriert und das dargestellte Chinazolin-2,4-dion mit Methanol ausfällt und isoliert.

Als o-Ureidobenzoesäuren, die nach bekannten Verfahren aus

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o-Aminobenzoesäuren und Isocyanaten bei Temperaturen unter 25° C herstellbar sind, werden vorzugsweise folgende Verbindungen eingesetzt:

N'-(p-Nitrophenyl)-ureido N'-(p-Nitrophenyl)-ureido N'-(m-Nitrophenyl)-ureido N' - (m-Nitrophenyl) -ureidcT

-4-nitro-benzoesäure -5-nitro-benzoesaure -4-nitro-benzoesäure -5-nltro-benzoesäure

sowie entsprechende Halogen-, Alkyl- und Alkoxysubstitutions· produkte dieser Verbindungen. Grundsätzlich können jedoch auch andere 2-Ureidobenzoesäuren nach dem beanspruchten Verfahren umgesetzt werden.

Da die Herstellung der Harnstoffcarbonsäuren der Formel I aus Nitroanthranilsäuren und Nltrophenylisocyanaten gemäß Gleichung (1)

COOH

OCN

COOH

NH-C-NH-

ti

ebenfalls in den angeführten polaren Lösungsmitteln erfolgen kann, ist es nicht erforderlich, die Harnstoffcarbonsäuren zu isolieren.

Man kann also auch so verfahren, daß man in einem der angegebenen polaren Lösungsmittel aus einer Nitroanthranilsäure und einem Nitrophenylisocyanat in Gegenwart von katalytischen Mengen einer vorzugsweise organischen Base wie Triäthylamin oder Pyridin die o-Ureidocarbonsäure herstellt

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und dann in die so erhaltene Lösung oder Suspension wie oben angegeben Phosgen einleitet und wie beschrieben das Chinazolin-2,4-dion isoliert.

Die gemäß dem Verfahren dargestellten Dinitro^^-chinazolindione werden als Ausgangsverbindungen für die entsprechenden Diamine benötigt, die bei der Herstellung von Polymeren, insbesondere bei der Herstellung von hochtemperaturbeständigen, schwerbrennbaren Polyamiden eingesetzt werden können.

Das Verfahren wird durch die nachfolgenden Beispiele, in denen sich Gewichtsteile zu Volumteilen wie Kilogramm zu Litern verhalten, näher erläutert.

Beispiel 1

3- (p-Nitrophenvl)-T-nltro-chinazolin-Z.4-dlon

346 Gewichtsteile 2-Qj^l-(p-Nitrophenyl)-ureidql -4-nitrobenzoesäure (Fp.: 244-48° C) werden in 1200 Volumteilen destilliertem Dimethylformamid suspendiert. Die Mischung wird auf 60° C aufgeheizt und dann innerhalb 2-3-Stunden insgesamt 140-150 Gewichtsteile Phosgen durchgeleitet. Die Mischung erwärmt sich dabei auf 70-80° C und es bildet sich eine dunkelgefärbte Lösung. Nach beendeter Phosgeneinleitung wird das Reaktionsgefäß etwa 15 Minuten mit Stickstoff gespült und im Vakuum werden anschließend etwa 300-350 Teile Dimethylformamid abdestilliert. Die Lösung wird heiß filtriert und das Filtrat wird etwa 3000 Volumteilen Methanol versetzt. Der nach einigem Stehen unter Kühlen ausgefallenen Niederschlag wird abgesaugt, mit Methanol gewaschen, mit Methanol ausgekocht und getrocknet. Ausbeute: 282 Gewichtsteile = 86 % d. Th. Fp.: 332-35° C

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b) Direkt aus 4-Nitroanthranilsäure ohne Zwischenisolierung der Z- [n ' "^p-Nitrophenyl)-ureidö^-4-nitrobgnzoesäure _^_

Zu einer Lösung von 182 Gewichtsteilen 4-Nitroanthranilsäure und 5 Gewichtsteilen Triäthylamin in 1400 Volumteilen wasserfreiem Dimethylformamid wird unter Rühren eine Lösung von 172 Gewichtsteilen 4-Nitrophenylisocyanat in 250 Volumteilen Chlorbenzol bei 15-25° C langsam zugetropft. Nach beendeter Zugabe wird 15 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt. Die 2-JN^f-(p-Nitrophenyl)-ureidojfl—4-nitrobenzoesäure fällt während dieser Zeit zum Teil aus. In die entstandene Reaktionsmischung werden während 2-3 Stunden bei 60-80° C 140-150 Gewichtsteile Phosgen eingeleitet. Anschließend wird für 20 Minuten Stickstoff durch die entstandene dunkelgefärbte Lösung durchgeblasen und das Chlorbenzol und 350-400 Gewichtsteile Dimethylformamid im Vakuum abdestilliert. Die zurückbleibende Lösung wird abgesaugt und wie unter 1 a) beschrieben aufgearbeitet.
Ausbeute: 268 Gewichtsteile = 76 % d. Th., bezogen auf

eingesetzte 4-Nitroanthranilsäure Fp.: 334-36° C

Wird das Chlorbenzol abdestilliert, bevor das Phosgen eingeleitet wird, ansonsten aber unter den gleichen Bedingungen gearbeitet, wird das Chinazolindion in einer Ausbeute von 82 % erhalten.

Beispiel 2

Wird in Beispiel 1b) anstelle des dort verwendeten Dimethylformamids die gleiche Menge Ν,Ν-Dimethylacetamid als Lösungsmittel verwendet, so kann bis zur Beendigung der Phosgenbehandlung wie in Beispiel 1 b) verfahren werden. Anschließend blaßt man dann etwa 30 Minuten lang Stickstoff durch den Reaktionsprodukt teilweise ausgefallen ist. Ohne Einengen und

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ohne Filtrieren wird dann in etwa 3000 Volumteile Methanol eingerührt, abgsaugt und wie unter 1 a) beschrieben gewaschen und getrocknet.

Ausbeute: 289 Gewichtsteile = 88 % d. Th., bezogen auf eingesetzte 4-Nitroanthranilsäure

Beispiel 3

Wird in Be-ispiel 1b) anstelle des dort eingesetzten Dimethylformamids die gleiche Menge N-Methylpyrrolidon als Lösungsmittel verwendet, ansonsten aber die Reaktion wie dort beschrieben durchgeführt, so erhält man das 3-(p-Nitrophenyl)-7-nitro-chinazolin-2,4-dion in 73 %iger Ausbeute.

Beispiel 4 .

182 Gewichtsteile 4-Nitroanthranilsäure werden in 1400 Volum teilen wasserfreiem Dimethylformamid gelöst. Nach Zugabe von 5 Gewichtsteilen Triäthylamin wird eine Lösung von 172 Gewichtsteilen 3-Nitrophenylisocyanat in 250 Volumteilen Chlorbenzol bei 15-25° C langsam zugetropft. Wie in Beispiel 1b) beschrieben wird dann weiter gearbeitet und isoliert. Ausbeute: 254 Gewichtsteile = 77,5 % d. Th. Fp.: 298-300° C

Beispiel 5

Wird in Beispiel 1b) anstelle der dort verwendeten 4-Nitroanthranilsäure die gleiche Menge 5-Nitroanthranilsäure einge setzt, ansonsten aber wie dort beschieben verfahren, so erhält man in 76 %iger Ausbeute das 3-(p-Nitrophenyl)-6-nitro-chinazolin-2,4-dion vom Schmelzpunkt 311-12° C.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   ft,} Verfahren zur Herstellung von Dinitrochinazolin-2,4-dionen, dadurch gekennzeichnet, daß man o-Ureidobenzoesäuren der Formel

   COOH

   NO

   in stark polaren aprotischen organischen Lösungsmitteln mit 0,8 bis 2,5 Mol eines anorganischen Säurehalogenids pro Mol o-Ureidobenzolsäure bei Temperatur» unter Cyclisierung dehydratisiert.

   o-Ureidobenzolsäure bei Temperaturen zwischen 10° C und 120° C
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die o-Ureidobenzoesäure durch Umsetzung einer Nitroanthranilsäure mit einem Nitrophenylisocyanat bei Temperaturen unterhalb 50° C in einem stark polaren aprotischen organischen Lösungsmittel herstellt und die so erhaltenen o-Ureidobenzoesäure ohne Zwischenisolierung in dem zur Herstellung verwendeten Lösungsmittel unter Cyclisierung dehydratisiert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 1,5 Mol eines anorganischen Säurehalogenids pro Mol o-Ureidobenzoesäure verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei T<

   bei Temperaturen zwischen 30° C und 90° C dehydratisiert

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5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als polares aprotisches organisches Lösungsmittel N,N-Dimethylformamid, Ν,Ν-Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon, verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Säurehalogenid Phosgen verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als o-Ureidobenzoesäure 2-|ji'-(p-Nitrophenyl)-ureidji>]-benzoesäure eingesetzt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem stark polaren aprotischen organischen Lösungsmittel noch geringe Mengen eines unpolaren oder schwach polaren inerten organischen Lösungsmittels im Reaktionsgemisch vorhanden sind.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nitroanthranilsäure 4-Nitroanthranilsäure und als Nitrophenylisocyanat 4-Nitrophenylisocyanat verwendet wird.

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