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Verfahren zur Herstellung von substituierten Benzimidazolonen~(2)
Gegenstand des Patents (Patentanmeldung P 20 52 026.7) ist ein Verfahren zur Herstellung
von Benzimidazolon- (2) , das dadurch gekennzeichnet ist, dass man o-Phenylendiamin
mit Harnstoff in Wasser bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise zwischen 100° C und
1600 C umsetzt.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens wurde nun gefunden, dass
man auch substituierte Benzimidazolone-(2) der allgemeinen Formel
wobei R1 eiii Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen,
beispiel.sweise eine Methyl- oder Aethylgruppe, und R2 und R3 niedere Alkyl-, Alkoxy-
oder Acylgruppen mit jeweils 1 bis 4 C-Atomen, Halogenatome,
vorzugsweise
Chlor- oder Bromatome, Hydroxy-, Carbonsäure-oder Sulfonsäuregruppen bedeuten, durch
Kondensation von Harnstoff in wässriger Lösung bei erhöhten Temperaturen mit o-Phenylendiaminen
der allgemeinen Formel
wobei R1, R2 und R3 die obon angegebenen Bedeutungen haben, erhält.
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Die Reaktionsbedingungen hinsichtlich der Temperatur, der Konzentration
und des Molverhältnisses der beiden Reaktionspartner lassen sich in relativ weiten
Grenzen variieren.
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Man arbeitet bei Temperaturen zwischen 80 - 1800 C, torzugsweise jedoch
zwischen 110 - 1600 C, um eine hohe Raum/Zeitausbeute zu erhalten. Das Wasser als
Reaktionsmedium kann auch ganz oder teilweiso durch mit Wasser mischbare organische
Lösungsmittel wie Methanol, methanol oder Dimethylformamid ersetzt werden. Temperaturen
über 1000 C erfórclern die Verwendung eines Druckgefässes. Man kann die Kondensation
auch in Gegenwart von Säuren so durchführen, dass während der gesamten Reaktionszeit
der pH der Lösung nicht: über 5 - 6 steigt.
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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 soweit senkt, dass das entstehende
Benzimidazolon
noch ausfällt und nicht in Lösung bleibt.
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Im allgemeinen wirkt sich eine Erhöhung der Konzentrationen der beiden
Reaktionspartner günstig auf die Ausbeute aus.
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Vorzugsweise setzt man zur Erzielung einer optimalen Ausbeute und
ii Hinblick auf eine leichte Rührbarkeit der Reaktionsmischung pro Mol o-Phenylendiamin
300 - 400 Volumenteile Wasser ein.
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Den Harnstoff setzt man zweckmässigerweise im Überschuss ein, vorzugsweise
im Verhältnis 2 - 2,5 Mol pro Mol o-Phenylendiaminderivat, da er unter den Reaktionsbedingungen
eine gewisse Zersetzlichkeit zeigt.
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Gegenüber der bekannten Umsetzung von o-Phenylendiaminderivaten in
der Harnstoffschmelze zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch aus,
dass Nebenreaktionen, wie etwa die Rildung von Biuret, nur spurenweise ablaufen.
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Dadurch fallen die Benzimidazolone- (2) in einer reineren Form an
und brauchen nicht umgefällt oder umkristallisiert zu werden. Ausserdem kann der
Überschuss an Harnstoff geringer gehalten werden.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gestattet es, anstelle von
festen o-Phenylendiaminderivaten auch wässrige Lösungen hiervon einzusetzen, wie
sie beispielsweise bei der Hydrierung der entsprechenden o.-Nitraniline entstehen.
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Ebenso ist es möglich, beide Reaktionsschritte, die katalytische Hydrierung
von o-Nitranilinen und die Kondensation von o-Phenylendieminen mit Harnstoff in
Wasser so miteinander zu kombinieren, dass man die Hydrierung in Gegenwart von Harnstoff
vorninmit und dabei die Hydriertemperatur so wäjil t, dass bereits eine teilweisc
Koiidensation des entstehenden o-Phenylendiaminderivates erfolgt.
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Die so erhaltenen Benzimidazolone(2) sind wertvolle Zwischenprodukte
für die Herstellung von Pflanzenwuchsstoffen, Heilmitteln und Pflanzenschutzmitteln.
Besondere Bedeutung haben sie als Ausgangsverbindungen von Azofarbstoffen auf der
Basis von ß-Oxy-naphthoylamino- und Acetoacetylaminobenzimidazolonen als Kupplungskomponenten.
Diese Kupplungskomponenten können erhalten werden durch Nitrierung der Benzimidazolone
und anschliessende Reduktion der Nitrogruppe zur Aminogruppe. Diese Verbindungen
können dann entweder mit ß-Oxynaphthoesäurechlorid oder mit Diketen zu den oben
genannten Kupplungskomponenten umgesetzt werden.
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Beispiel 1 In einen Autoklaven gibt man 122 Gewichtsteile 4-Metbylo-phenylendiamin
und eine Lösung von 120 Gewichtsteilen Harnstoff in 250 Volumenteilen Wasser , Man
verschliesst das Gefäss und heilt unter Rühren innerhalb von 1 - 2 Stunden auf 7500
C. Man hält 4 Stunden bei dieser Temperatur, kühlt dann ab und entlüftet, wobei
der entstandene Ammoniak entweicht. Der ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht,
mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 138 Gewichtsteile 5-Methyl-benzimidazolen
mit einem Schmelzpunkt von 2930 C, Die Ausbeute, beogen auf ein gesetztes 4-Methylo-phenylendiamin,
beträgt 93 ffi der Theorie.
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Beispiel 2 In einen Autoklaven werden 122 Gewichtsteile 3-Methyl-ophenylendiamin,
130 Gewichtsteile Harnstoff und 240 Volumenteile Wasser gefüllt; Man verschliesst
das Getäss und heizt unter Rühren auf 155° C. Man hält 4 Stunden bei dieser Temperatur,
kühlt ab und entlüftet, wobei der entstandene Ammoniak entweicht. Die ausgefallene
Kristallmasse wird abgenutscht, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält
137 Gewichtsteile 4-Methyl-'benzimidazolon mit einem Schmelzpunkt von 302 - 3030
0. Die Ausbeute, bezogen aur eingesetztes 3-Methyl-o-phenylendiamin, beträgt 92
% der Theorie.
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Beispiel Z In einen Hydrierautoklaven werden 138 Gewichtsteile 4-Methoxy-2-nttranllin,
120 Gewichtsteile Harnstoff sowie 2 Gewicht steile Nickelkatalysator zusammen mit
250 Volumenteilen Wasser eingefüllt. Die Luft im freien Volumen des Druckkörpers
wird durch Überleiten von Stickstoff verdrängt, dann wird Wasserstoff aufgedrückt
und unter Rühren bei 80 -100° C hydriert. Nach beendeter Wassserstoff-Aufnahme heizt
man weiter auf 150 C und hält noch 4 Stunden bei dieser Temperatur. Dann wird auf
300 C abgekiihlt und entspannt.
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Der restliche Wasserstoff wird durch Überleiten von Stickstoff aus
dem Druckgefäss verdrängt. Die stark ammoniakalische Suspension wird mit einer Lösung
von 1500 Volumenteilen Wasser und 80 Gewichtsteilen Natronlauge versetzt und zum
Sieden erhitzt. Nach dem vollständigen Lösen des Benzimidazolons wird vom Hydrierkatalysator
geklärt und das Filtrat nach dem Abkühlen mit Salzsäure auf pH 5 - 6 gestellt. Der
ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht und mit Wasser salzfrei gewaschen. Die
Ausbeute beträgt nach dem Trocknen 151 Gewichtsteile 5-Methoxy-benzimidazojon, das
entspricht 92 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte Nitroverbindung. Die Verbindung
hat einen Schmelzpunkt von 257° C.
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Beispiel 4 In einen Hydrierautoklaven werden 122 Gewichtsteile N-Aiethylo-nitranilin,
120 Gewichtsteile Harnstoff sowie 1,5 Gewichtsteile eines Nickelkatalysators zusammen
mit 250 Volumenteilen Wasser eingefüllt. Es wird wie in Beispiel 3 angegeben hydriert,
und man erhöht nach beendeter hydrierung auf 1600 C und hält 4 Stunden bei dieser
Temperatur. Dann wird auf 300 G
abgekühlt und entspannt. Der restliche
Wasserstoff wird durch Überleiten von Stickstoff aus dem Druckgefäss verdrängt.
Man versetzt die Suspension mit 1500 Volumenteilen Wasser und 80 Gewichtsteilen
Natronlauge und erhitzt zum Sieden, Nach Lösen des Benzimidazolons wird vom Hydrierkatalysator
abfiltriert und das Filtrat nach dem Abkühlen mit Salzsäure auf pH 5 - 6 gestellt.
Der ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht und mit Wasser salzfrei gewaschen.
Die Ausbeute beträgt nach dem Trocknen 142 Gewichtsteile an N-Methyl-benzimidazolon(2)
mit einem Schmelzpunkt von 1920 C, entsprechend 96 % der Theorie, bezogen auf ein
gesetzte Nitroverbindung.
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Beispiel 5 In einem Hydrierautoklaven werden 182 Gewichtsteile 4-Nitro-3-aminobenzoesäure
in 300 Volumenteilen Wasser und in Gegenwart von 2 Gewichtsteilen eines Nickelkatalysators
hydriert.
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Nach beendeter Hydrierung wird unter Stickstoff vom Katalysator abfiltriert.
Das Filtrat wird mit 140 Gewichtsteilen Harnstoff versetzt und in einen zweiten
Autoklaven gegeben, der vorher mit Stickstoff gespült wurde. Man heizt nun die Lösung
unter Rührern auf 150 C und hält 3 Stunden bei dieser Temperatur. Die xTeitere Aufarbeitung
wird gemäss dem Beispiel 1 vorgenommen. Man erhält nach dem Trocknen 155 Gewichtsteile
Benzimidazolon-5-carbonsäure, das entspricht 87 ffi der Theorie, bezogen auf eingesetzte
Nitroverbindung. Der SclDmelzpunkt liegt über 3600 C.
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Beispiel 6 In einem Autoklaven werden 142 Gewichtsteile 3-Chlor-ophenylendiamin
und 130 Gewichtsteile harnstoff in 250 Volumenteilen Wasser gemäss Beispiel 1 vier
Stunden bei 150° C kondensiert. Man erhält nach dieser -Methode 153 Gewichtsteile
4-Chlorbenzimidazolon mit einem Schmelzpunkt voll 335° C, das entspricht einer Ausbeute
von 91 % der Theorie, bezogen auf eingesetztes Diamin.
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Es ist ebenso möglich, 142 Gewichtsteile 3-Chlor-o-phenylendiamin
und 130 Gewichtsteile Harnstoff in 150 Volumenteilen Wasser bei 100° C miteinander
reagieren zu lassen, wobei durch Zulauf von 250 Volumenteilen 30iger Salzsäure der
pH der Lösung nicht über 5 - 6 steigt. Bei einer Reaktionszeit von 4 Stunden erhält
man nach dem Trocknen 164 Gewichtsteile 4-Chlorbenzimidazolon mit einem Schmelzpunkt
von 335° C, das entspricht einer Ausbeute von 97 % der Theorie bezogen auf eingesetztes
Diamin.
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Die Tabelle zeigt weitere Beispiele, welche in der gleichen, zuvor
beschriebenen Weise ausgeführt wurden:
eingesetztes Diamin Henzimidazolon
Ausbeute Schmelzpunkt 3,4 Diamino-benzol- Benzimidazolon-5 sulfonsäure sulfonsäure
89 % >350° 4-Aethoxy-o-phenylen- 5-Aethoxy-benzdiamin imidazolon 91 % 273° 4-Chlor-o-phenylen-
5-Chlor-benzimiddiamin azolon 92 % 323 4-Aethyl-o-phenylen- 5-Aethyl-benz- 261-diamin
imidazolin 87 % 2620 5-Hydroxy-o-phenylen- 5-Hydroxy-benz- 307 -diamin imidazolon
80 % 309 4-Fluor-o-phenylen- 5-Fluor-benzimid- 0 diamin azolon 90 % 303 4-Brom-o-phenylen-
5-Brom-benzimid- 336 -diamin azolon 88 % 337 4-Acetyl-o-phenylen- 5-Acetyl-benz-
296 -diamin imidazolon 91 % 297 4,5-Dimethyl-o- 5,6-Dimethyl-benzphenylendiamin
imidazolon 89 % >345° 4-Methyl-2-amino-N- 1,5-Dimethyl-benzmethylanilin imidazolon
88 % 199° 3,5-Dichlor-o- 4,6-Dichlor-benzphenylendiamin imidazolon 90 % >340°
3,4,5-Trichlor-o- 4,5,6-Trichlorphenylendiamin benzimidazolon 87 % 342°