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Verfahren sur Herstellung von Aminotriazinderivaten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aminotriazinderivaten durch Umsetzung
von Aminotriazinen mit einem Aldehyd und einem Alkohol in Gegenwart eines Katalysators.
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Es ist bekannt, Melamin mit Formaldehyd und einem Alkohol in einem
zweistufigen Verfahren umzusetzen, um z.B. bei Verwendung von Methanol zu einem
Trismethylolmelamin-methyläther zu kommen. (E.Smolin und Rapoport 1959 "s-Triazines
and Derivatives" aus der Reihe "The Chemistry of Heterocyclic Compounds") Die Gewinnung
dieser Verbindungen in reiner Form war aber durch das Vorhandensein von Nebenprodukten
aus der uneinheitlich verlaufenden ersten Verfahrensstufe, Herstellung des Methylolmelamins,
schwierig. Wenig ist bisher über
die Herstellung von anderen Alkylolaminotriazin-äthern
als Methylolmelaminäthern bekannt geworden. Lediglioh die DAS 1,218.456 beschreibt
ein Verfahren, bei dem durch Umsetzung von Melamin lit Butylraldehyd und einem niedrigen
Alkohol unter Zusatz von größeren Mengen Wasser ohneKatalysator Bi@butylolmelaminäther
entstehen. Dieses Verfahren hat Jedoch manche Nachteile wie z.B. extrem lange Reaktionszeiten
und das Erfordernis einer fauernden mechanischen Erneuerung der Oberfläche der Melaminteilchen
durch arbeiten in einer Kugelitihle.
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Überraschenderweise konnte nun gefunden werden, daß man einheitliche
Bis- oder Tri@-Alkylolaminotriazinäther aus Aminotriazinen, Aldehyden mit mindestens
2 C-Atomen und niedrigen Alkoholen in sehr heher Ausbeute auf einfache Weise in
einem einstufigen V Verfahren erhalten kann, wenn man die Reaktion des Aminotriazins
mit dem Aldehyd und dem Alkohol in Gegenwart einer Säure als Katalysator und bei
erhöhrter Temperatur durchführt und sowohl Aldehyd als auch Alkohol in Überschuß
einsetzt. Weiters wurde gefunden, daß N,N,N-Trisalkylolaminotriazinäther aus den
entsprechenden N,N-Bisalkylolaminotriazinäther durch Umsetzung lit Aldehyd und Alkohol
in gleicher Weise hergestellt werden können.
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Schließlich konnte noch gefunden werden, daß N,N,N-Trisalkylolaminotriazinäther
durch Behandlung mit einem anderen Alkohol umgeäthert werden können.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur
Herstellung von Aminotriazinderivaten der allgemeinen Formel
in der Ä einen gegebenenfalls verzweigten Alkylrest oder Alkenylrest mit maximal
6 Kohlenstoffatomen darstellen, B einen gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit
maximal 6 Kohlenstoffatomen und x als Wasserstoffatom, die Aminogruppe, eine Alkylgruppe
mit maximal 4 C-Atomen, die Phenylgruppe oder die Gruppe
definiert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Aminotriazinderivate der allgemeinen
Formel
in der Y Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit maximal 4 C-Atomen, die Phenylgruppe
oder die Aminogruppe und R Wasserstoff oder die Gruppe
in der A und B wie oben angegeben dotiniert sind, bedeutet, wobei im Falle,daß Y
eine andere Bedeutung hat als die Aminogruppe, mindestens ein R Wasserstoff bedeutet,
mit mindestens 1/2 Mol Überschuß gegenüber der, der Zahl der einzuführenden Gruppen
äquivalenten
Menge eines Aldehyde der allgemeinen Formel
in der B wie oben angegeben definiert ist und mit mindestens 1 Mol Überschuß gegenüber
der, der Zahl der einzuführenden Gruppen
äquivalenten Menge eins primären oder eskundären gesättigten oder ungesättigten
Alkohol der allgemeinen Formel A - OH , (IV) in der Ä wie oben angegeben definiert
ist, bei erhöhter Temperatur, maximal der Siedetemperatur des Reaktionsgemisches
und in Gegenwart einer anorganischen oder organischen Säure als Katalysator umgesetzt
werden, worauf gewünschtenfalls die vorhandenen Äthergruppen durch Erhitzen mit
einem anderen primären oder sekundären Alkohol der Formel A-OH in Gegenwart einer
anorganischen oder organischen Säure als Katalysator umgeäthert werden.
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Als Aldehyd verwendet man geradkettige oder verzweigte, aliphatische
Aldehyde, wobei rioh solche mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Acetaldehyd, Propionaldehyd,
n-Butyraldehyd und Isobutyraldehyd als besonders geeignet erweisen. Bei Aldehyden
mit mehr als 4 Kohlenstoffatomen wird die Abtrennung des Endproduktes aus dem Reaktionsgemisch
zunehmend schwieriger und die Ausbeute geringere
Von den Alkoholen
sind zur Umsetzung geradkettige ober verweigte aliphatische, gesättigte oder ungesättigte
Alkohole mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Äthanol, n- und iso-Propanol,
n- und iso-Butanol, Allylalkohol geeignet. Bei Alkoholen mit mehr al 6 C-Atomen
und bei tertiären Alkoholen ist wegen der vergleichsweise geringeren Reaktionsfähigkeit
nur eine geringe Ausbeute zu erzielen.
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Als Aminotriazin ist vor allem Melamin au nennen, Jedoch kommen auch
ev. alkylierte oder phenylierte Guanamine in Betracht.
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Geeignete Katalysatoren sind anorganische oder organische Säuren,
wobei sich besonders die p-Toluol-sulfonsäure und die Sulfaminsäure als ausgezeichnet
wirksam erwiesen haben.
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Die angewendete Katalysatormenge liegt optimal bei 0,005 -0,1 Mole
/ je Mol Aminotriazin.
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Die optimale Reaktionstemperatur ist je nach der Reaktionsfähigkeit
der Ausgangssstoffe au wählen und liegt im Bereich von 55 bis 85° 0. Bei niedrigeren
Temperaturen steigt die Reaktionsdauer, bei höheren harzartige Nebenprodukte auftreten.
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Werden erfindungsgemäß Bis-äther hergestellt, ist die Wasserfreiheit
des Reaktionsmediums nicht kritisch. Es können in der Regel bis zu 20 % Wasser toleriert
werden. Für die Herstellung von Tris-äthern der Formel I ist es zweckmäßig, möglichst
wasserfrei su arbeiten.
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Bei der Herstellung der Bis-alkylolaminotriazinäther treten 2 Mole
Aldehyd und 2 Mole Alkohol mit einem Mol Aminotriazin in Reaktion. Die Reaktion
verläuft jedoch nur dann in der gewUnsohten Richtung, wenn Aldehyd und Alkohol in
mindestens 1/2 Mol Überschuß gegenüber der stöchiometrisch notwendigen Menge eingesetzt
werden. Zweckmäßig wird das Verhältnis Aminotriazin zu Aldehyd wie 1 s 2 1/2 bis
1 t 4 gewählt und der Alkohol, in größerem Überschuß eingesetzt, dient gleichzeitig
als Lösungsmittel.
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Die Herstellung der Trisalkylolaminotriazinäther erfordert theoretisch
ein Mindestmolverhältnis Aminotriazin : Aldehyd Alkohol wie 1 : 3 s 3, erforderlich
ist aber die Anwesenheit von mindestens 4 Mol Aldehyd und Alkohol pro Mol Melamin.
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Besonders günstig für die Herstellung der Tris-verbindung ist jedoch
die Anwendung eines noch größeren Überschusses an Aldehyd und Alkohol, wobei das
Molverhältnis Aminotriazin zu Aldehyd zweckmäßig mit 1 1 5 bis 1 t 10 gewählt wird
und der Alkohol in größerem Überschuß gleichzeitig als Lösungsmittel dient.
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Für die Herstellung des Trisalkylolaminotriazinäthers aus dem Bisalkylolaminotriazinäther,
Aldehyd und Alkohol ist theoretisch ein Molverhältnis 1 t 1 s 1 erforderlich, doch
wird auch hier der Umsatz durch Anwendung eines Überschusses an Aldehyd und Alkohol,
z.B. von mindestens der 2faoh molaren Menge, begünstigt.
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Die Umätherung kann in üblicher Weise durch Behandlung des Alkylolaminotriazinäthers
mit dem einzuführenden Alkohol im Überschuß bei Temperaturen zwischen 55° C und
dem Siedepunkt
der Lösung in Gegenwart einer anorganischen oder
organischen Säure in Mengen von 0,01 bis 0,1 Mol pro Mol Ausgangssubstanz durchgeführt
werden. Abtrennung dsar abgespaltenen Alkohole aus dem Reaktionsgemisch fördert
die Umätherung.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Aminotriazinderivate werden in hoher
Ausbeute und Reinheit erhalten. Es sind weiße, feine Pulver, von denen vor allem
die Trisalkylolaminotriazinäther in den gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln
wie z.B.
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Alkoholen, Estern, chlorierten Kohlenwasserstoffen gut löslich sind.
Sie werden al Hilfsstoffe in der Lackindustrie verwendet und sind auf Grund ihrer
Konstitution auch interessant für weitere chemische Umsetzungen, besondere Kondensationen
zu höhermolekularen Produkten.
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Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren näher erläutern ohne
es darauf zu beschränken.
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Beispiel 1: In einen 1 Liter Rundkolben mit Rührer wurden 50,4 g Mel@min
(0,4 Mole), 86,5 g (1,2 Mole) Isobutyraldehyd, 250 ml Methanol (6,2 Mole) und 1
g p-Toluolsulfonsäure eingebracht. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rühren 5 Stunden
lang bei 64° C (Siedetemperatur) gehalten und sodann abkühlen gelassen. Es wurde
bei Raumtemperatur filtriert und der weiße Rückstand im Vakuumtrockenscheank getrocknet.
Es wurden 114 g N,N' -Bis-iso-butylolmelaminmethyläther (9@,5 % der Theorie) mit
einem Stickstoffgehalt von 28,2 % (ber. 28,2 %) erhalten.
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Der Fp. lag bei 231 - 234° C (unter Zersetzung).
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Beispiel 2: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115,2 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole), 250 ml Äthanol (4,35 lole) und 1 6 Eisessig wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben,
bei 70° C umgesetzt. Es wurden 123,5 g N,N'-Bis-isobutylolmelaminäthyläther (94,5
% der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt von 25,9 % (ber.25,8 %) erhalten. Der
7p. lag bei 238 - 240° C (Zersetzung).
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Beispiel 3: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115,2 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole), 250 ml n-Propanol (3,33 Mole) und 1 g p-Toluolsulfonsäure werden, wie in
Beispiel 1 beschrieben, bei 70° C 5 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Es wurden
135 g N,N'-Bis-isobutylmelaminpropyläther (94 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt
von 23,7 % (ber. 23,7 %) gefunden. Der Fp. lag bei 240 - 2430 C (Zersetzung).
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Beispiel 4: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115,4 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole), 250 ml n-Butanol (2,7 Mole) und 1 g Sulfaminsäure wurden, wie in Beispiel
1 beschrieben, 5 Stunden lang bei 70° C zur Reaktion gebracht. Es wurden 145 g N,N'-Bis-isobutylolmelaminn-butyläther
(95 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt von 22,1 * (ber. 22,0 %) erhalten.
Der Fp. lag bei 227 -229° C (Zersetzung).
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Beispiel 5t 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115,4 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole), 250 ml Isobutanol (2,7 Mole) und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel
1 beschrieben, 5 Stunden bei 70° C zur Reaktion gebracht. Es wurden 146 g N,N'-Bis-isobutylolmelaminisobutyläther
(96 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt von 22,0 % (ber. 22,0 * ) erhalten.
Der Pp. lag bei 226 - 2290 c (Zersetzung).
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Beispiel 6: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115,4 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole), 300 ml Isoamylalkohol (2,8 Mole) und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie
in Beispiel 1 beschrieben, 7 Stunden bei 70° C zur Reaktion gebracht. Es wurden
148 g N,N'-Bis-isobutylolmelaminisoamyläther (96 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt
von 20,3 % (ber. 20,5 %) erhalten. Der Fp. lag bei 250 - 252° C (Zersetzung).
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Beispiel 7: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 115, 4 g Isobutyraldehyd (1,6
Mole) und 300 ml Propanol-2 und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel
1 beschrieben, 5 Stunden bei 71@ 0 zur Reaktion gebracht. Nach dieser Zeit wurde
das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur gekahlt. Sodann wurde abfiltriert und der
Rückstand in Vakuum bei 50° C getrocknet. Es wurden 137,4 g N,N'-Bis-isobutylolmelaminisopropyläther
(96 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt von 23,5 % (ber.
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23,7 %) und einem Fp. von 247 - 250° C (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 8s 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 86,5 g Isobutyraldehyd (1,2
Mole), 300 ml Allylalkohol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden 5 Stunden lang bei
70° C zur Reaktion gebracht. Nach mehrstündigen Stehen bei Raustemperatur wurde
filtriert und der Rückstand im Vakuum bei 500 C getrocknet. Es wurden 120,5 g (85,5
* der Theorie) N,N'-Bis-isobutylolmelaminallyäther mit einem Stickstoffgehalt von
23,7 % (ber.24,0 %) und einem Fp. von 230 - 2320 C (Zersetung) erhalten.
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Beispiel 9: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 72,0 g n-Butyraldehyd (1 Mol),
300 rl Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben,
5 Stunden lang bei 680 C umgesetzt.
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Es wurden 106 g N,N'-Bis-n-butylolmelaminmethyläther (89 % der Theorie)
mit einem Stickstoffgehalt von 28,2 % (ber.
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28,2 %) erhalten. Der Fp. lag bei 159 - 162° C (Zersetzung).
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Beispiel 10 : 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 69,6 g (1,2 Mole) Propionaldehyd,
300 ml Isobutanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben,
bei 700 C 5 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Nach Abkühlen, mehrstündigem Stehen
bei Raumtemperatur und anschließender Filtration wurden t13 gN,N'-Bis-propylolmelaminisobutyläther
(80 % der Theorie) mit einem Stickatoffgehalt von 23,8 % (ber. 23,8 %) erhalten.
Der Fp.
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lag bei 230 - 232° C (Zersetzung).
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Beispiel 11 s 50,4 g Melanin (0,4 lole), 72 g n-Butyraldehyd (1 Mol),
300 ml Isobutanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben,
5 Stunden bei 700 C zur Reaktion gebracht. Es wurden 143,5 g N,N'-Bis-n-butylolmelaminisobutyläther
(94,5 % der Theorie) mit einem Stickstoffgehalt von 22,1 % (ber. 22,0 %) und einem
Fp. von 238 -2420 C (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 12: 50,4 g (0,4 Mole) Melamin, 288,0 g (4,0 Mole) Isobutyraldehyd,
300 ml Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, in einem 1 1 Kolben mit Rührer
und Rückflußkühler zum Sieden erhitzt.
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Nach 120 Minuten lag eine klare Lösung vor. Die Lösung wurde auf Raumtemperatur
gebracht und 12 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Dar wöhrend dieser Zeit
ausgefallene Niederschlag wurde abgenutscht, mit Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank
vei 50° C getrocknet. Es wurden 140 g
(theor. 153 g) N,N',N"-Trisisobutylolmelaminmethyläther
mit einen Stickstoffgehalt von 21,8 % (ber. 21,8 %) und einem Fp. von 161 - 164°
C (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 13: 50,4 g (0,4 Mole) Melamin, 173 g (2,4 Mole) n-Butyraldehyd,
300 ml Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden, wie in Beispiel 12 beschrieben,
2 Stunden auf 68°C erhitzt, wobei nach 90 Minuten eine klare Lösung entstanden war.
Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und 12stündigen Stehen bei dieser Temperatur wurde
der entstandene Niederschlag abgenutscht und im Vakuum bei 50° C getrocknet. Es
wurden 139,3 g (th. 153 g) N,N',N"-Trisbutylolmelaminmethyläther mit einem Stickstoffgehalt
von 21,7 % (ber. 21,8 %) und einem Fp. von 125 - 126° C (Zersetzung) gefunden.
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Beispiel 14: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 230 g n-Butyraldehyd (3,2
Mole), 300 ml Äthanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden 2 Stunden lang bei 60°
a zur Reaktion gebracht, die leicht trübe@Lösung sodann heiß filtriert und abktLhlen
gelassen. Nach 2tätigen Stehen bei Raumtemperatur wurde filtriert und der Rückstand
in Vakuumtrockenschrank getrocknet. Es wurden 120 g N,N',N"-Tris-n-butylolmelaminäthyläther
(th. 170 g) mit einem Stickstoffgehalt von 20,0 % (ber. 19,8 %) und einem Schmelzpunkt
tan 133 - 1360 Q (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 15: 50,4 g Melamin (0,4 Mole), 230,4 g n-Butyraldehyd (3,2
Mole), 300 ml Isobutanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden 2 Stunden lang bei 60°
C zur Reaktion gebracht, die geringe Trübung der
Lösung durch Filtration
des heißen Reaktionsgemisches entfernt, abkühlen gelassen und nach 24stündigen Stehen
bei Raumtemperatur filtriert. Wach Trocknen des Filterkuchens in Vakuumtrockenschrank
bei 50° C wurden 162,0 N,N', N"-Tris-n-butylolmelaminisobutyläther (th. 204 g) mit
einem Stickstoffgehalt von 16,6 % (ber. 16,5 %) und einem Fp.
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von 162 - 165° C (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 16: 50,4 g (0,4 Mole) Melamin, 145,2 g (2,4 Mole) Propionaldehyd,
300 ml Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden 2 Stunden auf 640 C erhitzt,
das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und 24 Stunden bei dieser Temperatur
belassen, sodann wurde der entstandene Niederschlag abgenutscht und getrocknet.
Es wurden 130,0 g N,N',N"-Trispropylolmelaminmethyläther (th. 137 g) mit einem Stickstoffgehalt
von 24,1 (ber.
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24,5 %) und einem Fp. von 153 - 1560 0 (Zersetzung) erhalten.
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Beispiel 17: 37,2 g Melamin (0,30 Mole), 78 g Acetaldehyd (1,78 Mole),
250 ml Methanol und 0,8 g p-Toluolsulfonsäure wurden 2 Stunden unter Rückfluß erhitzt
(60° C), die leicht trüber Lösung hei@ filtriert und abkühlen gelassen. Nach mehrstündigen
Stehen bei Raumtemperatur wurde der entstandene weiße Niederschlag abfiltriert und
getrocknet. Das Produkt, 78 g N,N',N"-Trisäthylolmelaminmethyläther (ber. 90 g),
hatte einen Stickstoffgehalt von 28,5 % (th. 28,0 %) und einen Fp. von 174 - 178°
C (Zersetzung).
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Beispiel 18 100 g (0,336 Mole), N,N'-Bis-isobutylolmelaminmethyläther,
80
g (1,1 Mole) Isobutyraldehyd, 190 ml Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden
5 1/2 Stunden auf 630 a erhitzt, sodann auf Raustemperatur euktlhlt und 12 Stunden
belassen.
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Es wurden 110 g gut filtrierbaren Niederschlages abgetrennt, dessen
Stickstoffgehalt 24,0 % (Ausgangsprodukt 27,9 %) betrug. 100 g dieses Zwischenproduktes
wurden erneut mit 80 g Isobutyraldehyd, 300 ml Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure
5 Stunden lang gekocht und wiederum nach Abkühlung anschliessend 12 Stunden bei
Raumtemperatur belassen. lach Piltrieren und Trocknen des Filterrückstandes wurden
106 g eines Produktes erhalten, dessen Stickstoffgehalt von 22,0 % dem für N,N',N"-Trisisobutylolmelaminmethyläther
(21,9%) entsprach.
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Die Gesamtausbeute betrug 90 % der Theorie.
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Beispiel 19t 100 g (0,26 Mole) N,N',N"-Tris-isobutylolmelaminmethyläther,
320 g (4,3 Mole) Isobutanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure wurden auf 700 C erhitzt,
wobei eine klare Lösung entstand und sodann im Vakuum bei 450 C langsam etwa tOO
ml abdestilliert, Nach 24stündigem Stehen des Reaktionsgemisches bei Raumtemperatur,
Abnutschen und Trocknen des ausgefallenen Niederschlages wurden 110 g einer Substanz
erhalten, deren Stiokstoffgehalt von 16,7 % den von N,N',N"-Tris-isobutylolmelaminisobutyläther
(16,5 %) gut entsprach. Die Ausbeute betrug 83 1X der Theorie.
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Beispiel 20: Zur Umätherung wurden 100 g N,N-Bis-isobutylolmelaminmethyläther
in einem 1 1 Rundkolben mit 250 ml Isobutanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure eingebracht
und unter Rühren 3 Stunden
auf 90° C erhitzt. Nach Abkühlen des
Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur wurde abgenutscht und der Rückstand im Vakuumtrockenschrank
getrocknet. es wurden 116 g N,N-Bis-isobutylolmelaminisobutyläther (90 % der Theorie)
mit einem Stickstoffgebalt von 22,4 * (ber. 22,0 *) erhalten. Der Pp. lag bei 223
- 2250 C (Zersetzung).
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Beispiel 21: 50 g (0,4 Mole) Acetoguanamin, 115 g (1,6 Mole) Isobutyraldehyd,
300 11 Methanol und 1 g p-Toluolsulfonsäure werden in einem 1 l Kolben unter ständigen
Rühren 3 Stunden bei einer Temperatur von 64a C (Rückfluß) zur Reaktion gebracht.
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Aus der dabei entstehenden klaren Lösung kristallisieren nach Abkühlen
auf Raumtemperatur 107 g (th. 114 g) N,N'-Bis-isobutyloacetoguanaminmethyläther
aus, der nach Trocknung bei 50° C im Vakuumtrockenschrank einen Stickstoffgehalt
von 23,5 % (ber. 23,6 %) aufweist. Fp. - 193 - 1950 C (Zersetzung).