DE2131367B2

DE2131367B2 - Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolonen-(2)

Info

Publication number: DE2131367B2
Application number: DE19712131367
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Chem. Dr. 6231 Niederhoechstadt Junker; Bernhard Dipl.-Chem. Dr. 6240 Koenigstein Mees; Joachim Dipl.-Chem. Dr. 6050 Offenbach Ribka
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2131367C3; DE2131367A1

Description

NH,

NHR₁

in der Ri ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und Rj und R3 Alkyl-, Alkoxy- oder Acylgruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Halogenatome, Hydroxy-, Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen und R2 auch ein Wasserstoffatom bedeuten, oder N-Methyl-o-phenylendiamin oder 3,4,5-Trichlor-o-phenylendiamin bei Temperaturen zwischen 80° und 180° C umsetzt 2 >

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von substituiertem o-Phenylendiamin zu Harnstoff etwa 1 :2 bis 1 :2,5 beträgt.

3. Abänderung des Verfahrens nach den Ansprü- 3» chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das substituierte o-Phenylendiamin durch katalytisches Hydrieren des entsprechenden o-Nitranilins in Wasser in situ herstellt.

Gegenstand des Patents 20 52 026 ist ein Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolone) durch Erhitzen von o-Phenylendiamin und Harnstoff in einem flüssigen Reaktionsmedium, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Reaktionsmedium Wasser ist und die Umsetzung bei 90 bis 160⁰C mit überschüssigem Harnstoff durchgeführt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt das Molverhältnis von o-Phenylendiamin zu Harnstoff etwa 1 :2 bis 1 :2,5. Eine Abänderung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man das o-Phenylendiamin durch katalytisches Hydrieren von o-Nitranilin in Wasser in situ herstellt.

In der zusammenfassenden Arbeit von J. B. W r i g h t, The Chemistry of the Benzimidazoles, Chem. Rev. 48 (1951), 397-541 wird auf Seite 446 auch auf die Synthese substituierter Benzimidazolone aus o-Phenylendiaminen und Harnstoff verwiesen. Hierbei handelt es sich jedoch mn die Kondensation in einer Schmelzreaktion. Solche Schmelzreaktionen erfordern einen relativ hohen Harnstoffüberschuß und führen zu ziemlich unreinen Produkten.

Aus der GB-PS 8 11 692 und aus J. Chem. Soc. 1960, 314—318 ist die Umsetzung von o-Phenylendiamin-Derivaten mit Kohlensäurederivaten, beispielsweise Harnstoff, in wäßrigen oder nichtwäßrigen Lösungsmitteln 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 Kondensation in Wasser durchzuführen, zumal bekannt ist daß Harnstoff beim Erhitzen in wäßriger Lösung unter Bildung von Ammoniumcarbonat zerfällt (Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 3. AufL, Bd. 8, S. 380).

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolonen-(2) durch Umsetzung von o-Phenylendiaminen mit überschüssigem Harnstoff in Wasser bei erhöhter Temperatur gemäß Patent 2C52 026, dadurch gekennzeichnet, daß man o-Phenylendiamine der allgemeinen Formel

fall

in der Ri ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und R2 und R3 Alkyl-, Alkoxy- oder Acylgruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Halogenatome, Hydroxy-, Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen und R2 auch ein Wasserstoffatom bedeuten, oder N-Methyl-o-phenylendiamin oder 3,4,5-Trichlor-o-phenylendiamin bei Temperaturen zwischen 80 und 180° C umsetzt

Man arbeitet bei Temperaturen zwischen 80—180°C, vorzugsweise jedoch zwischen 110—160⁰C, um eine hohe Raum/Zeitausbeute zu erhalten. Temperaturen über 100° C erfordern die Verwendung eines Druckgefäßes. Man kann die Kondensation auch in Gegenwart von Säuren so durchführen, daß während der gesamten Reaktionszeit der pH-Wert der Lösung nicht über 5—6 steigt

Die Konzentrationen von o-Phenylendiamin und überschüssigem 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—400 Volumenteile Wasser ein.

Den Harnstoff setzt man vorzugsweise im Verhältnis 2—2,5 Mol pro Mol o-Phenylendiaminderivat ein, da er unter den Reaktionsbedingungen eine gewisse Zersetzlichkeit zeigt.

Gegenüber der bekannten Umsetzung von o-Phenylendiaminderivaten in der Harnstoffschmelze zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß Nebenreaktionen, wie etwa die Bildung von Biuret, nur spurenweise ablaufen. 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.

Das Verfahren der Erfindung gestattet es, anstelle von festen o-Phenylendiaminderivaten auch wäßrige Lösungen hiervon einzusetzen, wie sie beispielsweise bei der Hydrierung der entsprechenden o-Nitraniline entstehen. Ebenso ist es möglich, beide Reaktionsschritte, die katalytische Hydrierung von o-Nitranilinen und

die Kondensation von o-Phenylendiaminen mit Harnstoff in-W(asser so miteinander zu kombinieren, daß man die Hydrierung in Gegenwart von Harnstoff vornimmt und dabei die Hydriertemperatur so wält, daß bereits eine teilweise Kondensation des entstehenden o-Pheny-Iendiaminderivates erfolgt

Die so erhaltenen Benzimidazolone-^) sind wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von Pflanzenwuchsstoffen, Heilmitteln und Pflanzenschutzmitteln. Besondere Bedeutung haben sie als Ausgangsverbindüngen von Azofarbstoffen auf der Basis von /J-Oxynaphthoylamino- 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 0-Oxynaphthoesäurechlorid oder mit Diketec zu den oben genannten Kupplungskomponenten umgesetzt werden.

Beispiel 1

In einen Autoklav gibt man 122 Gewichtsteile 4-Methy!-o-phenylendiamin und eine Lösung von 120 Gewichtsteilen Harnstoff in 250 Volumenteilen Wasser. Man verschließt das Gefäß und heizt unter Rühren innerhalb von 1—2 Stunden auf 150°C. Man hält 4 Stunden bei dieser Temperatur, kühlt dann ab und entlüftet, wobei das entstandene Ammoniak entweicht. Der ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht mit Wasser gewaschen und getrocknet Man erhält 138 jo Gewichtsteile 5-Methyl-benzimidazolon mit einem Schmelzpunkt von 293° C. Die Ausbeute, bezogen auf eingesetztes 4-Methyl-o-phenylendiamin, beträgt 93% der Theorie.

Beispiel 2

35

In einen Autoklav werden 122 Gewichtsteile 3-Methyl-o-phenylendiamin, 130 Gewichtsteile Harnstoff und 240 Volumenteile Wasser gefüllt. M?n verschließt das Gefäß und heizt unter Rühren auf 155° C. Man hält 4 Stunden bei dieser Temperatur, kühlt ab und entlüftet, wobei das entstandene Ammoniak entweicht Die ausgefallene Kristatlmar,se wird abgenutscht, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 137 Gewichtsteile 4-Methyl-benzimidazolon mit einem Schmelzpunkt von 302—303°C. Die Ausbeute, bezogen auf eingesetztes 3-Methyl-o-phenylendiamin, beträgt 92% der Theorie.

Beispiel 3

In einen Hydrierautoklav werden 138 Gewichtsteile 4-Methoxy-2-nitranilin, 120 Gewichtsteile Harnstoff sowie 2 Gewichtsteile 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 Wasserstoff-Aufnahme heizt man weiter auf 150° C und hält noch 4 Stunden bei dieser Temperatur. Dann wird auf 30° C abgekühlt und entspannt. 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 Benzimidazolone wird vom Hydrierkatalysator geklärt und das Filtrat nach dem Abkühlen mit Salzsäure auf pH 5—6 gestellt. Der

50 ausgefallene Kristallbrei wird abgenutscht und mit Wasser salzfrei gewaschen. Die Ausbeute beträgt nach dem Trocknen 151 Gewichtsteile 5-Methoxy-benzimidazolon, das entspricht 92% der Theorie, bezogen auf eingesetzte Nitroverbindung. Die Verbindung hat einen Schmelzpunkt von 257° C.

Beispiel 4

In einen Hydrierautoklav werden 122 Gewichtsteile N-Methyi-o-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 160° C und hält 4 Stunden bei dieser Temperatur. Dann wird auf 30° C 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 Benzimidazoins wird vom Hydrierkatalysator abfiltriert und das Filtrat nach dem Abkühlen mit Salzsäure auf pH 5—6 gestellt. Der ausgefallene Kristalibrei wird abgenutscht und mit Wasser salzfrei gewaschen. Die Ausbeute beträgt nach dem Trocknen 142 Gwichtsteile an N-Methyl-benzimidazolon-(2) mit einem Schmelzpunkt von 192°C, entsprechend 96% der Theorie, bezogen auf eingesetzte Nitroverbindung.

Beispiel 5

In einem Hydrierautoklav werden 182 Gewichtsteile 4-Nitro-3-aminobenzoesäure in 300 Volumenteilen Wasser und in Gegenwart von 2 Gewichtsteilen eines Nickelkatalysators hydriert. Nach beendeter Hydrierung wird unter Stickstoff vom Katalysator abfiltriert Das Filtrat wird mit 140 Gewichtsteilen Harnstoff versetzt und in einen zweiten Autoklav gegeben, der vorher mit Stickstoff gespült wurde. Man heizt nun die Lösung unter Rühren auf 15O⁰C und hält 3 Stunden bei dieser Temperatur. Die weitere Aufarbeitung wird gemäß dem Beispiel 1 vorgenommen. Man erhält nach dem Trocknen 155 Gewichtsteile Benzimidazolon-5-carbonsäure. das entspricht 87% der Theorie, bezogen auf eingesetzte Nitroverbindung. Der Schmelzpunkt liegt über 360° C.

Beispiel 6

In einem Autoklav werden 142 Gewichtsteile 3-Chlor-o-phenylendiamin 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 von 335° C, das entspricht einer Ausbeute von 91% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Diamin.

Es ist ebenso möglich, 142 Gewichtsteile 3-Chlor-ophenylendiamin und 130 Gewichtsteile Harnstoff in 150 Volumenteilen Wasser bei 100° C miteinander reagieren zu lassen, wobei durch Zulauf von 250 Volumenteilen 30%iger Salzsäure der pH-Wert 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.

Die Tabelle zeigt weitere Beispiele, welche in der gleichen, zuvor beschriebenen Weise ausgeführt wurden:

τ	Eingesetzes Diamin	Benzimidazolon	Ausbeute	Schmelz
ι ■ Γ¹'				punkt C
r	3,4-Diamino-benzolsulfonsäure	Benzimidazolon-5-sulfonsäure	89%	>350
	4-Äthoxy-o-phenylendiamin	5-Äthoxy-benzimidazolon	91%	273
	4-Chlor-o-phenylendiamin	5-Chlor-benzimidazolon	92%	323
	4-Äthyl-o-phenylendiamin	5-Äthyl-benzimidazolon	87%	261-262
	4-Hydroxy-o-phenylendiamin	5-Hydroxy-benzimidazolon	80%	307-309
	4-Fluor-o-phenylendiamin	5-Fluor-benzimidazolon	90%	303
	4-Brom-o-phenylendiamin	5-Brom-benzimidazolon	88%	336-337
	4-AcetyI-o-phenylendiainin	5-Acetyl-benzimidazolon	91%	296-297
	4,5-Dimethyl-o-phenylendiamin	5,6-Dimethyl-benzimidazolon	89%	>345
	4-Methyl-2-amino-N-methylanilin	1,5-Dimethyl-benzimidazolon	88%	199
	3,5-Diclüor-o-phenylendiamin	4,6-Dichlor-benzimidazolon	90%	>340
	3,4,5-Trichlor-o-phenylendiarnin	4,5,6-Trichlor-benzimidazolon	87%	342

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Benzimidazolones^) durch Umsetzung von o-Phenylendiaminen mit überschüssigem Harnstoff in Wasser bei erhöhter Temperatur gemäß Patent 20 52 026, dadurch gekennzeichnet, daß man o-Phenylendiamine der allgemeinen Formel