DE2164197A1 - Verfahren zur herstellung von sulfamidsaeuren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Sulfamidsäuren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur' Herstellung von Sulfamidsäuren durch Umsetzung von Isocyanaten mit Oleum bei Temperaturen von mindestens 250C.
• Es ist aus den Annalen der Chemie 535 (1938), Seite 278 bekannt, daß Cyansäure und Schwefelsäure (Monohydrat) in einem Molverhältnis 1 : 1 in Diäthyläther bei -60 bis -50°C zu Amidosulfonsäure umgesetzt werden. Die Reaktion verläuft jedoch nicht einheitlich und liefert gerade- im industriellen Maßstab erhebliche Mengen an Carbamidosulfonsäure als Nebenprodukt. Sie muß in einem tiefen Temperaturbereich durchgeführt werden, um einen explosionsartigen Verlauf der Umsetzung zu vermeiden.
• Beispiel 1 der US-Patentschrift 2 7851 196 zeigt eine Arbeitsweise zur Herstellung von Äthylsulfaminsäure in Abwesenheit von organischen Lösungsmitteln, wobei hohe Überschüsse an Oleum das Lösungsmedium darstellen; etwa die Hälfte des Ausgangsstoffs muß unter Eiskühlung umgesetzt werden, das am Ende der Isocyanatzugabe leicht lauwarme Reaktionsgemisch wird erneut vor Aufarbeitung gekWit. Es wird die Bedeutung der Arbeitsweise unterstrichen, bei möglichst tiefer Temperatur umzusetzen, um Sulfonierung, Sulfatierung oder Oxidation der Alkylgruppe zu vermeiden. Auch die US-Patentschrift 2 800 501 zeigt in ihren Beispielen die Herstellung von Cyclohexylsulfamidsäure in Abwesenheit von Lösungsmitteln mit einem Überschuß an Oleum unter Kühlung, wobei eine Temperatur von 20°C nicht überschritten wird.
• Bei allen diesen Verfahren ist die Arbeitsweise durch'hohe Überschüsse an Oleum, benötigte Kühleinrichtungen,- umständliche bzw.
• unwirtschaftliche Aufarbeitung des erhaltenen Reaktionsgemischs aufwendig und gerade für eine industrielle Herstellung unbefriedigend. Die Reinheit des erhaltenen Endstoffs genügt für eine Weiterverarbeitung meist nicht, teilweise sind unwirtschaftliche Reinigungsoperationen unter Verwendung großer Mengen des teuren Diäthyläthers notwendig. Die Brennbarkeit und die Neigung des Äthers, Peroxide zu bilden, gestatten andererseits keinen sicheren, reibungslosen, großtechnisch wirtschaftlichen Betrieb. Bei Verwendung von einem Überschuß an Oleum liefern die Verfahren gerade im industriellen Betrieb keine schwefelsäurefreien Sulfamidsäuren und benötigen daher ebenfalls eine komplizierte Reinigung. So führt das Reinigen mit wäßriger Bleihydroxid- oder Calciumhydroxidlösung zu schwerwiegenden Neutralisations- und Trocknungsproblemen. Die Herstellung schwefelsäurefreier- Sulfamidsäuren ist jedoch Voraussetzung für ihre Verwendung als Pharmazeutika oder zur Herstellung von Alkylaminosulfonylchloriden und den sich davon ableitenden Herbiziden und Pharmazeutika.
• Es wurde nun gefunden, daß man Sulfamidsäuren der allgemeinen Formel in der R einen aliphatischen oder cycloaliphatischen Rest bedeutet, durch Umsetzung von Isocyanaten mit Schwefelsäure vorteilhaft erhält, wenn man ein Isocyanat der allgemeinen Formel R - N = 0 = 0 II, in der R die vorgenannte Bedeutung hat, mit wasserfreier Schwefelsäure bei einer Temperatur von mindestens 2500 in unter den Reaktionsbedingungen inerten, organischen Lösungsmitteln umsetsf Die Umsetzung läßt sich -für den fall der Verwendung von Äthyl-, isocyanat durch folgende Formeln wiedergeben: Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung übertraschend auf einfacherem und gerade im großtechnischen - Maßstab betriebssicheren und wirtschaftlicheren Wege Sulfamidsäuren in beserer Ausbeute und Reinheit. Aufwendige Reinigungsoperationen sind nicht notwendig. Obwohl höhere Temperaturen verwendet werden, tritt ein Angriff der Schwefelsäure an der Kohlenstoffkette bzw. eine Oxidation oder Zersetzung des Endstoffs auch bei einer längeren Reaktionszeit nicht ein.
• Bevorzugte Ausgangsstoffe II und dementsprechend bevorzugte Endstoffe I sind solche, in deren Formeln R einen Alkylrest mit 1 bis 20, insbesondere 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylrest mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen Norbornylrest bedeutet. Die genannten Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Atome und/oder Gruppen, z.B. Chloratome, Bromatome, Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Carbalkoxygruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 6- Kohlenstoffatomen, Norbornylgruppen, substituiert sein. Bevorzugte Endstoffe sind insbesondere solche, in deren Formeln R einen Cycloheptyl-, Cyclooctyl-Rest, einen durch Chloratome, Bromatome, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 6 Eohlenstoffatomen, eine Norbornylgruppe substituierten Alkylrest mit 2 bis 5, einen verzweigten Alkylrest mit 5 Kohlenstoffatomen, oder einen unsubstituierten oder in vorgenannter Weise substituierten Alkylrest mit 6 bis 20, insbesondere 6 bis 9 Kohlenstoffatomen bedeutet. Die Alkylreste können geradkettig oder verzweigt sein.
• Beispielsweise kommen folgende Isocyanate als Ausgangsstoffe II in Frage: Methylisocyanat, Äthylisocyanat, n-Propylisocyanat, iso-Propylisocyanat, n-Butylisocyanat, sek.-Butylisocyanat, Cyclobutylisocyanat, Pentylisocyanat, 1,2-Dimethylpropylisocyanat, Cyclopentylisocyanat, n-Hexylisocyanat, 1-Äthyl-2-methylpropylisocyanat, 1,2,2-lrimethyl-propylisocyanat, 1 , 3-Dimethyl-1-n-butylisocyanat, Cyclohexylisocyanat, 1,2-Dimethyl-1-n-hexylisocyanat, 1-Cyclohexyl-1-äthylisocyanat, 1-[2'-Norbornyl]-äthylisocyanat, 2- bzw. 3-Chlorpropyl-, -3-Brompropyl-, 1-Äthyl-1 -propyl-, isobutyl-, Cyclooctylisocyanat.
• Die Reaktion wird in Gegenwart von unter den Reaktionsbedingungen inerten, organischen Lösungsmitteln, bei einer Temperatur von mindestens 250C, vorteilhaft von 30 bis 1250C vorzugsweise von 50 bis 850C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Es kommen beispielsweise in Frage: Ohlorierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, 1,1- und 1,2-I)ichloräthan, 1,1,1- und 1,1,2-Trichloräthan, n-Propylchlorid, n-Butylchlorid, 2,3-Isobutylchlorid, 1,4-Dibrombutan, 1, 10-Dibromdekan, Chlorbenzol, Brombenzol, Jodbenzol, o,m-Dichlorbenzol, o,m-Dibrombenzol, o,m bzw. p-Chlortoluol, 1,2,4-Trichlorbenzol; Ester wie Methylacetat, Isobutylacetat; Nitrokohlenwasserstoffe wie Nitromethan, Nitroäthan, Nitrobenzol, o,m bzw.-p-Chlornitrobenzol, o-Nitrotoluol; Nitrile wie Acetonitril, Benzonitril, m-Chlorbenzonitril; aliphatische, cycloaliphatische Eohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Petroläther; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol; oder entsprechende Gemische. Verarbeitet man ohne Abtrennung des Endstoffs I das Reaktionsgemisch weiter, so sind Chlorkohlenwasserstoffe als organische Lösungsmittel bevorzugt. Im allgemeinen verwendet man von 100 bis 500, vorzugsweise von 200 bis 300 Ges.% Lösungsmittel, bezogen auf Ausgangsstoff II.
• Als wasserfreie Schwefelsäure kommen Monohydrat (Monohydrat des Schwefeltrioxids) oder Oleum in Frage. Unter Oleum wird im Sinne von Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 15, Seite 424, 1. Absatz, Lösungen von Schwefeltrioxid in Schwefelsäure verstanden. Bevorzugt wird Monohydrat (Oleum mit O Gew.
• gelöstem Schwefeltrioxid, bezogen auf Schwefelsäure 100 %) oder Oleum von 0 bis 20 Gew.% gelöstem Schwefeltrioxid und insbesondere Oleum von 0 bis 4 Gew.% gelöstem Schwefeltrioxid, bezogen auf Schwefelsäure 100 , verwendet. Im allgemeinen setzt man mit einem Molverhältnis von 1 bis 1,1, vorzugsweise von 1 bis 1,04 Mol SO3 (in Gestalt von Monohydrat und gegebenenfalls gelöstem Schwefeltrioxid), bezogen auf 1 Mol Ausgangsstoff II, um.
• Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von Ausgangsstoff II, wasserfreier Schwefelsäure und orgamischem Lösungsmittel wird während 20 bis 40 Minuten bei der Reaktion temperatur gehalten. Dann wird aus dem Reaktionsgemisch der Endstoff auf übliche Weise, z.B. durch Kristallisation und Filtration, abgetrennt. In einer zweckmäßigen Ausführungsform stellt man das Gemisch durch langsame Zugabe von Ausgangsstoff II zusammen mit Lösungsmittel unter Rühren in Schwefelsäure, gegebenenfalls zusammen mit Lösungsmittel, her.
• Bevorzugt ist folgende Arbeitsweise: Unter kräftigem Ruhren gibt man gleichzeitig, aber getrennt voneinander, ein Gemisch von Ausgangsstoff II und Lösungsmittel sowie Schwefelsäure bzw.
• ein Gemisch von Schwefelsäure und Lösungsmittel in eine Vorlage mit Lösungsmittel. Die Zugabe dauert zweckmäßig von 10 bis 55 Minuten. Die Zugabe erfolgt häufig bei Temreraturen von 25 bis 50 0C, die Reaktion dann bei Temperaturen von mindestens 50°C Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln, Farbstoffen und Pharmazeutika. So kann man z.B.
• aus ihnen durch Umsetzung mit Chlorierungsmitteln nach dem in der deutschen Patentschrift . ... ... (Patentanmeldung P - O.Z. 27 883 ) beschriebenen Verfahren Amidosulfonylchloride herstellen, die durch Umsetzung mit Anthranilsäure oder ihren Salzen die in der deutschen Patentschrift . ... ... (Patentanmeldung P 21 04 682.2) beschriebenen o-Sulfamidobenzoesäuren herstellen. Durch Cyclisierung dieser Stoffe, z.B. nach dem in der deutschen Patentschrift . ... ... (Patentanmeldung P 21 05 687.1) beschriebenen Verfahren, gelangt man zu den 2,1,3-Benzothiadiazin-4-on-2,2-dioxiden, deren Verwendung für Pflanzenschutzmittel und Pharmazeutika in derselben Patentschrift beschrieben ist. Weitere Verwendungen zeigen die belgischen Patentschriften 757 886 und 702 877. Sulfamidsäuren der allgemeinen Formel in der Reinen Cycloheptyl-, Cyclooctyl-Rest, einen durch Chloratome, Bromatome, Cycloalkylgruppen mit- 4- bis 6 Eohlenstöffatomen, eine Norbornylgruppe substituierten Alkylrest mit 2-bis 5, einen verzweigten Alkylrest mit 5 Kohlenstoffatomen, oder einen unsubstituierten oder in vorgenannter Weise substituierten Alkylrest mit 6 bis 20, insbesondere 6 bis 9 Kohlenstoffatomen bedeutet und insbesondere 1,2-Dimethylpropyl-1-sulfaminsäure, 1,3-Dimethylbutyl-1-sulfaminsäure, 1-Äthyl-2-methylpropyl-1-sulfaminsäure, 1,2,2-Trimethylpropyl-1-sulfaminsäure, 1,2-Dimethylhexyl-1-sulfaminsäure sowie 1-[Cyclohexyl-] äthyl-1 -sulfaminsäure, 1- [2'-Norbornyl-] äthyl-1-sulfaminsäure, sek.-Butylsulfaminsäure, Cyclopentylsulfaminsäure, 2-Chlorpropylsulfaminsäure, 3--Chlorpropylsulfaminsäure, 1-Chlormethyl-1-propylsulfaminsäure, 1-Äthyl-1-propylsulfaminsäure sind bevorzugte Stoffe der vorgenannten Verwendungen.
• Die Endstoffe I können auch als Härtungsmittel für Phenol-Formaldehyd-Kunstharze Verwendung finden (britische Patentschrift 572 986). Salze der Cyclohexylaminosulfonsäure sind Süßstoffe und daher wichtige Mischungspartner für pharmazeutische und kosmetische Präparate. Bezüglich weiterer Verwendung der genannten Verbindungen wird auf Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 16, Seiten 481 ff verwiesen.
• Die in den folgenden Beispielen aufgeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.
• Beispiel 1 71,1 Teile Äthylisocyanat in 50 Teilen Tetrachlorkohlenstoff werden innerhalb 20 Minuten unter kräftigem Rühren bei 25 bis 35 0C zu einem Gemisch von 100 Teilen 2 Gew.% Oleum in 320 Teilen Tetrachlorkohlenstoff zugegeben. Anschließend wird das Gemisch noch 20 Minuten bei Rückflußtemperatur (7700) bis zum Ende der Kohlendioxidentwicklung gehalten. Nach dem Erkalten wird die ausgefallene, farblose Kristallmasse abgesaugt. Ausbeute: 120 Teile (96 Gew.%) schwefelsäurefreie Äthylaminosulfonsäure mit Fp. 168 bis 17200.
• Beispiel 2 a) 250 Teile Isopropylisocyanat in 125 zeilen 1,2-Dichloräthan und 295 Teile 2,5 Gew.% Oleum zusammen mit 12 Teilen 1,2-Dichloräthan werden über 2 Zuführungen unter kräftigem Rühren innerhalb 50 Minuten bei 30 bis 400C zu 750 Teilen 1,2-Dichloräthan zugegeben. Das Gemisch wird 25 Minuten auf Rückfluß (830C) erhitzt und nach dem Erkalten abgesaugt.
• Ausbeute: 403 Teile schwefelsäurefreie Isopropylsulfaminsäure (98,5 Gew.%) mit Fp. 1600C (Zersetzung).
• b) Analog Beispiel 2a erhält man aus 127,6 Teilen Isopropylisocyanat in 50 Teilen Heptan und 148 Teilen 0,5 Gew.% Oleum in 10 9eilen Heptan sowie 350 Teilen vorgelegtem Heptan 194 Teile (93 Gew.%) schwefelsäurefreie Isopropylsulfaminsäure mit Fp. 15900 (Zersetzung).
• c) Bei Verwendung von Chlorbenzol als Lösungsmittel und einer Reaktion analog Beispiel 2a bei 1200C anstelle von 8300 wird die gleiche Ausbeute an Endstoff mit gleichem Reinheitsgrad erhalten.
• d) Werden die Komponenten analog Beispiel 2a bei 500C vereinigt, werden 392 Teile reiner Endstoff (96 % der Theorie) erhalten.
• Beispiel 3 119,1 Teile n-Butylisocyanat in 40 Teilen Cyclohexan und 119 Teile 1,84 Gew.% Oleum zusammen mit 10 Teilen Cyclohexan werden bei 60 bis 650C innerhalb 35 Minuten zu 260 Teilen Cyclohexan gegeben. Anschließend rührt man das Gemisch 30 Minuten bei 760C. Nach dem Erkalten wird die abgeschiedene, farblose Kristallmasse abgesaugt. Man erhält 183 Teile (99,5 % der Theorie) schwefelsäurefreie n-Butylsulfaminsäure mit Fp. 193°C.
• Beispiel 4 49,8 Teile 1-Cyclohexyl-1-äthylisocyanat in 15 Teilen 1,2-Dichloräthan und 30,7 Teile 2,5 Gew.% Oleum werden innerhalb 30 Minuten bei 25 bis 35°O zu 90 Teilen 1,2-Dichloräthan zugegeben und das Gemisch anschließend 20 Minuten bei 830C gerührt.
• Nach dem Entfernen des Lösungsmittels kristallisiert das als Rückstand verbleibende farblose Öl. Ausbeute: 66 Teile (98 Gew.%) schwefelsäurefreie 1-Cyclohexyl-1-äthylaminosulfonsäure mit Fp. 75 bis 80°C.
• Beispiele 5 bis 19 Analog Beispiel 2a werden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Ausgangsstoffe II mit Oleum zu den entsprechenden schwefelsäurefreien Endstoffen I umgesetzt.
• T a b e l l e Beispiel Teile Ausgangsstoff Ausgangsstoff I Teile Endstoff Endstoff I Fp.(°C) Ausbeute (%) 5 114 Methylisocyanat 218 Methylsulfaminsäure 171-175 98 6 170 n-Propylisocyanat 273 n-Propylsulfaminsäure 168-172 98 7 89 sek.-Butylisocyanat 131 sek.-Butylsulfaminsäure 128-135 95 8 99 Isobutylisocyanat 142 Isobutylsulfaminsäure 178-186 93 9 97 Cyclobutylisocyanat 138 Cyclobutylsulfaminsäure 175-182 91 10 113 Pentylisocyanat 153 Pentylsulfaminsäure 176-182 92 11 61 1,2-Dimethylpropylisocyanat 82,5 1,2-Dimethylpropylsulfaminsäure 152-154 93 12 80 Cyclopentylisocyanat 109,5 Cyclopentylsulfaminsäure 185-191 92 13 80 Hexylisocyanat 107,3 Hexylsulfaminsäure 168-171 94 14 80 1-Äthyl-2-methylpropylisocyanat 102,8 1-Äthyl-2-methylpropylsulfaminsäure 102-108 90 15 63,5 1,2,2-Trimethylpropylisocyanat 84,5 1,2,2-Trimethylpropylsulfaminsäure 184-188 93 (Zers.) 16 57,3 1,3-Dimethylbutyl-1-isocyanat 76,5 1,3-Dimethylbutyl-1-sulfaminsäure zähes Öl+ 94 17 62,5 Cyclohexylisocyanat 82,3 Cyclohexylsulfaminsäure 159-163 92 18 60,9 1,2-Dimethylhexyl-1-isocyanat 78 1,2-Dimethylhexyl-1-sulfaminsäure zähes Öl++ 95 19 82,5 1-[2'-Norbornyl-] äthylisocyanat 99,5 1-[2'-Norbornyl-] äthylsulfaminsäure 98-100 91 + charakterisiert als 1,3-Dimethylbutyl-1-sulfamoylanthranilsäure Fp 120 bis 122°C ++ charakterisiert als 1,2-Dimethylhexyl-1-sulfamoylanthranilsäure Fp 93 bis 97°C (Herstellung der Sulfamoylanthranilsäure durch Umsetzung der Sulfaminsäure mit Thionylchlorid nach dem in dem deutschen Patent . ... ... (Patentanmeldung P - O.Z. 27 883) beschriebenen Verfahren und Umsetzung der so gebildeten Amidosulfonylchloride mit Anthranilsäure nach Patent . ... ...
• (Patentanmeldung P 21 04 682.2).

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Sulfamidsäuren der allgemeinen Formel in der R einen aliphatischen oder cycloaliphatischen Rest bedeutet, durch Umsetzung von Isocyanaten mit Schwefelsäure.

dadurch gekennzeichnet, daß man ein Isocyanat der allgemeinen Formel R - N = C = O II, in der R die vorgenannte Bedeutung hat, mit wasserfreier Schwefelsäure bei einer Temperatur von mindestens 25 0 in unter den Reaktionsbedingungen inerten, organischen Lösungsmitteln umsetzt.

2. Sulfamidsäuren der allgemeinen Formel in der R einen Cycloheptylrest, Cyclooctylrest, einen durch Chloratome, Bromatome, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 6 Eohlenstoffatomen, eine Norbornylgruppe substituierten Alkylrest mit 2 bis 5, einen verzweigten Alkylrest mit 5 Kohlenstoffatomen oder einen aliphatischen Rest mit 6 bis 20 Eohlenstoffatomen bedeutet.