DE2201633A1 - Verfahren zur herstellung von organischen verbindungen die eine mercaptoaethylgruppe enthalten - Google Patents

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCIIEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER Frankfurt/Main, Weissfrauenstrasse 9

Verfahren zur Herstellung von organischen Verbindungen die eine Mercaptoäthylgrtippe enthalten

Die Erfindung betrifft die Einführung von Mercaptoäthylgruppen in organische Verbindungen unter Verwendung von Äfäiylensulfid.

Es ist bekannt, Verbindungen, die eine Mercaptoäthylgruppe enthalten, dadurch herzustellen, daß Athyiensulfid mit geeigneten nucleophilen Verbindungen wie z. B. Aminen, Alkoholen, Mercaptanen, Säuren und geeigneten Säurederivaten bei niederen oder auch höheren Temperaturen mit oder ohne Lösungsmittel zur Reaktion gebracht wird (Houbcn Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 9» Seite l6o bis 166; Chemical Abstracts, 5k (i960), Seite 17 234c). Das eingesetzte Äthylcnsulfid wird dabei in einem separaten Verfahren auf folgendem Wege hergestellt: Äthylenoxyd wird mit einer wässrigen Lösung von Kaliumrhodanid bei -5 bis -10 C umgesetzt (siehe zum Beispiel J. ehem. Soc. 1948, Seite I894). Zur Isolierung des Äthylensulfids muß dann zuerst von dem gebildeten Kaliumcyanat abgesaugt, die Äthylensulfidphase von der wässrigen Phase getrennt und anschließend das Äthylensulfid destilliert werden. Die Polymerisat ionsneigung des Äthylensulfids erfordert bei jedem dieser Schritte ein sehr sorgfälta.ges Arbeiten unter Stickstoff, da bereits bei O C sehr leicht spontane Polymerisation

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des Äthylensulfids erfolgt. Die Aufarbeitung des Äthylensulfids ist daher bereits im Labormaßstab sehr verlustreich.

Hinzu kommt, daß Äthylenoxyd bei Temperaturen unter +12,5 ein festes Hydrat bildet. Bei allen Umsetzungen des Äthylenoxyds, an denen Wasser beteiligt ist, soll daher nach Möglichkeit die Temperatur in den Gefäßen und Rohrleitungen nicht unter diese Temperatur sinken. Insbesondere gilt dies für das Arbeiten mit größeren Mengen Äthylenoxyd, da in solchen Fällen das Äthylenoxyd aus Sicherheitsgründen nicht gasförmig, sondern flüssig eingesetzt werden soll. Eine Übertragung des bekannten Verfahrens zui¹ Herstellung von Äthylensulfid in don technischen Maßstab ist daher nicht möglich.

Dementsprechend ist auch die Herstellung von Verbindungen die eine Mercaptoäthylgruppe enthalten unter Verwendung von Äthylensulfid in einem technischen oder großtechnischen Maßstab nur unzureichend oder überhaupt nicht möglich.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine wässrige Rhodanidlösung in Anwesenheit eines inerten mit Wasser nicht mischbaren organischen Mittels mit Äthylenoxyd zu behandeln und die organische Phase mit einer polaren organischen Verbindung,die sich an Äthylensulfid anzulagern vermag, umzusetzen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Nachteile und Schwierigkeiten, die bisher bei der Herstellung und weiteren Umsetzung des Äthylensulfids bestanden, beseitigt und diese Umsetzung erst im technischen und großtechnischen Maßstab

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ermöglicht· Darüberhinaus werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Ausbeuten erzielt. Diese sind beispielsweise erheblich höher als bei einer Umsetzung gemäß dem Stande der Technik.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für eine kontinuierliche Herstellung.

Bei der wässrigen Rhodanidlösung handelt es sich um die in Wasser leicht löslichen Salze der Rhodansäure mit Leichtmetallen wie zum Beispiel mit Alkalimetallen (Natrium, Kalium, Lithium).

Im allgemeinen verwendet man Kaliumrhodanid.

Die wässrige Rhodanidlösung enthält pro Mol Rhodanid mindestens 126 cm Wasser. Beispielsweise kann die Wassermenge zwischen 126 era xind 5OO cm pro Mol Rhodanid liegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahx-en wird im allgemeinen Äthylenoxyd von Raumtemperatur eingesetzt. Die Reaktion der Umsetzung des Äthylenoxyds mit dem Rhodanid wird zweckmäßig bei +5 bis +50° C, insbesondere +12,5 bis+50° C durchgeführt. Vorzugsweise wird das Äthylenoxyd flüssig in das Reaktionsgefäß gegeben. Hierfür muß es jeweils unter einem solchen Druck stehen, daß es bei der jeweiligen Temperatur flüssig ist. Der Mindestdruck beträgt beispielsweise für 12,5⁰C 0,2 atü. Im allgemeinen liegt der Druck unter dem das Äthylenoxyd eingesetzt wird zwischen 0,5 *>±s 5»0 atü. Zweckmäßig erfolgt das Einleiten sowie die Umsetzung des Äthylenoxyds unter einer InertgasatmoSphäre, vorzugsweise unter Stickstoff. Der Partialdruck des Stickstoffs während

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der Einleitung des Äthylexioxyds beträgt beispielsweise bei einer Temperatur von 15 C über 0,5 atü, bei einer Temperatur von 20° C über 0,8 atü, bei 30° C über 1,3 atü, bei 40° C übei" 2,2 atü und bei 50 C über 3f5 atü. Als obere Grenzen für den Partialdruck des Stickstoffs kommen beispielsweise in Betracht 3>5 bis 5 atü.

Die Temperatur im Reaktionsgefäß kann beispielsweise zwischen. +12,5 und +50 C liegen.Dabei ist es günstig während der Zugabe beziehungsweise des Einleitens der; Äthylenoxyds die Temperatur zwischen 12,5 und 30 C,insbesondere zwischen 15 und 4 20 C üu halten. Gegen Ende der Reaktion empfiehlt es sich im allgemeinen die Temperatur auf beispielsweise +'4 0 oder auch +50 C zu erhöhen.

Die Zugabe des Ätbylenoxyds erfolgt unter guter Dur chin j.schung,. beispielsweise unter Rühren. Nach beendeter Zugabe des Äthylenoxyds wird die Mischung noch einige Zeit weiter in Bewegung gehalten,beziehungsweise gerührt.Im allgemeinen beträgt die Nachrührzeit 1 bis 8 Stunden bei einer Reaktionstemperatur die zwischen +15 und +50 C liegt. Beispielsweise kann

1 bis 6 Stunden bei +15 bis +30 C anschließend bis zu

2 Stunden bei 30 bis 50 C nachgerührt werden_coder es kann k Stunden bei 20° C und dann 1 Stunde bei +'(0° C nachgerührt werden.

Die organische Phase, die das Äthylensulfid enthält, wird dann beispielsweise von der wässrigen Phase abgetrennt und mehrfach mit Wasser gewaschen. Dabei ist es zweckmäßig zur Erleichterung der Phasentrennung dem Wasser einen Elektrolyten zuzusetzen. Als Elektrolytzusätze

kommen beispielsweise in Frage: Leicht wasserlösliche Salze ein- oder mehrwertiger Kationen bzv. Anionen, insbesondere Salze der Alkali-, Erdalkali- oder Erdmetalle mit Halogenwasserstoff säuren, Schwefelsäure oder Phosphorsäure. Beispiele hierfür sind Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Calciumchlorid, Aluminiumchlorid und so weiter« Grundsätzlich kommen alß Elektrolyse die zum Ausflockeη von Emulsionen geeigneten und bekannten Elektrolyse in Betracht (siehe zum Beispiel Houbeii-Weyl, Methoden der organischen Ghorhio, Band i/l, Seite 218 und folgende). Gegebenenfalls J;.aim eJn Elektrolytzusatz bereits zur ersten AhtxO^.'i? in;; der v;:"ο.«■·.·■ rigen Phase erfolgen.

Das inerte organische Lösungsmittel darf mit t'asser nicht mischbar sein. Das spezifische Gewicht tief; Losimgsiui fc ι ;oj ο soll leichter als 1 sein. Beispielsweise kommen aromatische und aliphati» sehe Kohlenwasserstoffe mit Siedepunkten bis 2^vj0° G, inr-besonderc zwischen +50 und +l60 C in Frage, Beispiele hierfür sind: Aromatische Kohlenwasserstoffe die ein- bii, vierfach dux* eh. niedrigmolekulare aliphatische Alkylgruppeη substituiert sein können wie Benzol, Toluol, Xylole, Cumol, Xthy!benzol, Propylbenzol, Trimethylbenzole ( Mesitylen), Tetramethylbenzole, . Prehnitol, Cymole, Oi-Methyl-naphtha.lin oder andere alkylsubstituierte Naphthaline, gerade oder· verzweigte Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen (τι-Hexan, n-IIeptan, n-Oktan, η-Dekan, n-Dodekan, Isoo]:i ;·;, 3» 3-Dimethylpentan, 2-Methyl-hexan, 3-Äthylpoti Lan und so weiter) ;inono- oder bicy-.clischecycloaliphatische Kohleraassorstoffe aus 5 und 6 Gliedern wie Cyclopentan, CyclohaxaTi, cis-Decalin, die auch durch niedere Alkylreste, Insbesondere Methyl, Äthyl, Isopropylreste ein- oder mehrfach (bis vierfach)

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substituiert sein können, insbesondere Cyclohexane wie Methylcyclohexan, 1,3-Dimethylcyclohexan, 1-Metliyl-4-isopropylcyclohexan, 1-Mcthyl^-Tsopropylcyclohexan oder auch bicyclische Kohlenwasserstoffe von denen ein Ring aromatisch ist wie Totrahydronaphthalinderivate, beispielsweise Tetralin.

Das inerte Lösungsmittel wird zum Beispiel in einer Menge von 0,3 bis 5 kg,bezogen auf 1 kg Rhodanid ,verwendet, Die Menge an Äthylenoxyd beträgt etwa 1,0 bis 1,2 Mol bezogen auf 1 Mol Rhodanid.

Bei der Abtrennung der äfchylensulfidenthaltendon organischen Phase von der wässrigen Phase ist sorgfältig darauf zu achten,duß eine möglichst quantitative Abtrennung der wäßrigen Phase beziehungsweise der Waschflüssigkeit erfolgt,Nach dem Vaschen wird sofort die umzusetzende nucleophile Verbindung zugegeben, wobei die Reaktion beispielsweise zwischen Raumtemperatur und 180 C stattfindet. Die Reaktionszeit hängt dabei von der jeweiligen Temperatur ab. Sie ist um so kürzer, je höher die Reaktionstemperatur ist. Wird beispielsweise die Reaktion zwischen 60 und 120 C durchgeführt, so kann die Reaktionszeit zwischen einer Stunde und 2h Stunden liegen. Liegt die Temperatur zwischen 80 und 1^0 C,so ist es gegebenenfalls möglich, daß die Reaktion bereits innerhalb 1 und k Stunden abgeschlossen ist.

Die organische Reaktionskomponente, die mit den; Äthyiensixlfid umgesetzt wird, kann beispielsweise in einsr 'enge von bis 1,2 Mol, bezogen auf ein Mol Rhodanid eingesetzt werden. Vorzugsweise verwendet man 0,75 bis 1,0 Mol* f· .Is sie fest und in dem inerten organischen Lösungsmittel schwer löslich ist, soll die Umsetzung in möglichst feiner Suspension erfolgen.

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Grundsätzlich können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren alle mit Äthylensulfid reagierenden Verbindungen Hingesetzt werden. Insbesondere handelt es sich um Verbindungen die primäre oder sekundäre Aminogruppen enthalten oder \^erbindungon die freie Hydroxy-oder Mercaptogruppen enthalten, wie z. B. aliphatischen, aromatloche und heterocyclische Amine, Alkohole, Mercaptane tind Saurer.; scvx^;i die ent .'sprechenden Srlurohalogenide t?nd Säin eanliydride, Bei den Verbindungen, die Aminogruppen enthalten, handelt es eich vor allein um .Ammoniak oder Amine dor Foruß 1 NH₀R₁ bzw. KHRJL, vobei U₁ und R₂ gleiche oder verschiedene Alkylgruppcn von beispielsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen insbesondere 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, die gegebenenfalls auch durch eine oder mehrere andere Gruppen substituiert sein können. Als solche Gruppen kommen zum Beispiel in Betracht: Cj^cloalkylgruppen {'} bis 8 C) Alkoxygruppen mit bis 6 Kohlenstoffatonen, Alkylthiogruppen m±t 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, die Hydroxygruppe, die I'iercaptogruppe, die Carboxygruppe, Carbalkoxygruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Halogene, Alley !aminogruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, gegebenenfalls durch Hydroxygruppen, Carboxygruppen, niedere Alkylreste, niedere Alkoxyreste, Carbamidgruppen, Carballcoxygruppen oder Ilalogenatome 1-bis 3-fach substituierte Phenyl-, Phenoxy- oder Phenylaminogruppen oder gegebenenfalls substituierte heterocyclische Reste, die aus einem Ring oder Ais 2 oder 3 kondensierten Ringen mit Einzelringen aus 5 oder 6 Gliedern bestehen und ein oder mehrere (bis zu 3) Heteroatome wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel enthalten. Beispiele für solche heterocyclischen Reste sind Reste, die sich vom Indol, Xinidazol, Piperidin, Pyrrolidin, Piperazin , Homopiperazin oder I^Iorpholin ableiten, wobei ein Stickstoffatom auch durch eine Alkyl, eine Oxyalkyl,eine Benzyl oder Alkylbenzylgruppe

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substituiert sein kann. Ein weiteres Beispiel für einen heterocyclischen Rest ist der Phenthiazinylrest oder der Azaphenthiazinylrest (zum Beispiel der 4-Aza-phenthiazinylalkylrest; alkyl = 2-5 C-Atome). Die Alkylgruppen R₁ und R₂ können außerdem ungesättigt sein und insbesondere eine Doppelbindung oder eine Dreifachbindung enthalten. Ebenso können sie gerade oder verzweigt sein und sie können mehrere der oben genannten Substituenten enthalten, beispielsweise 2 oder 3 und zwar gleiche oder verschiedene Substituenten. Weiterhin kommen als Reaktionskomponenten die Aminogruppen enthalten cyclische Amine der Formel HNA infrage, wobei A ein Alkylcarest ist, insbesondere aus 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls substituiert sein kann, wobei insbesondere Alkyl· reste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, Hydroxygruppen, Carboxygruppen, Phenylreste oder auch ein anlcondcnsierter Phenylrest (zum Beispiel Tetrahydrochinolin) in Frage/kommt. Außerdem kann A ein anderes Heteroatom wie Sauerstoff, Schwefel oder ein gegebenenfalls substituiertes (insbesondere durch niedere Alkyl- oder Oxyalkylgruppen) Stickstoffatom enthalten. Weiterhin kommen als Verbindungen, die sich mit Äthylensulfid umsetzen lassen Alkaloide mit primären oder sekundären Stickstoffatomen infrage, wie zum Beispiel Piperidinalkaloide (Coniin), Tryptophanalkaloide (Abrin) und so weiter.

Einzelbeispiele für Verbindungen mit Aminogruppen, die für 'das erfindungsgemäße Verfahren in Betracht kommen, sind zum Beispiel: Benzylamin, Phenyläthylamin, Benzedrin, Pervitin, Halogenalkylamine wie Chloräthylamin, Bromäthylamin, Allylamin, Ephedrin, Äthylamin, Hexylamin, Decylamin, Diäthylamin, Diisobutylamin, Methyläthylamin, Tridecylamin, Vinylamin, Tyramin, Mezcalin, Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Serin, Threonin, Cystein, Methionin, Tryptophan, Tryptamin, Histamin, Serotonin sowie deren Alkylester ß-Aminoalkohole (-äthanole, -propanole) Diphenylalkylamine

(alkyl 2 bis 6 Kohlenstoffatome), Xanthinylalkylaraine (zum Beispiel Theophyllin- und Theobrominderivate) Pyrrolidin, Piperidin, iforpholin, Pyrolin, Oxyprolin.

Es ist natürlich auch möglich, bei dein erfindungsgemäßen Verfahren an sich bekannte Äthylensulfid-Stabilisatoren beziehungsweise bekannte Antioxydantien (siehe Ullman "Encyklopädie der technischen Chemie" (1963), Band l4, Seite 47>, Kirk-Othmer "Encyclopädie of Chemical Technology, 2. Ausgabe, Band 2, Seite 558 - 6oh) zuzusetzen. Insbesondere handelt es sich um Stabilisatoren, die zur Gruppe der ein- und mehrwertigen Phenole,Thiophenole, Aminophenole, Aminothiophenole sowie zur Gruppe der Phenylendiamine, der Phenylalkylmercaptane oder der Phenylalkylsulfide gehören, wobei diese Verbindungen gegebenenfalls auch durch niedere Alkylreste substituiert sein können. Ebenfalls kommen Thiazine, Phenothiazine, aliphatische Mercaptane oder aliphatische Thioäthcr in Betracht. Einzelbeispiele hierfür sind: Hydrochinon, Brenzcatechin, Phenothiazin, Benzylmercaptan, Buty!mercaptan und so weiter. Falls ein Stabilisator zugesetzt wird, empfiehlt sich im allgemeinen eine Menge von 2 bis 1000 ppm (gleich 0,002 bis 1 #), vorzugsweise 10 bis 1000 ppm (0,01 bis 1 $) öder 100 bis 1000 ppm (θ,1 bis 1 $). Es empfiehlt eich dabei, den Stabilisator gleich zu Anfang dem organischen Lösungsmittel zuzusetzen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren organischen Schwefelverbindungen stellen wichtige Zwischenprodukte für die chemische Industrie, insbesondere für die Arzneimittelherstellung dar.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird weiterhin im folgenden an Hand von Figur 1 unter Berücksichtigung vorteilhafter Ausführungsfonnen beispielsweise für eine 25-Liter-Technikumsapparatur erläutert. Selbstverständlich kann das Verfahren auch in größeren Anlagen, sowie unter Verwendung anderer dem Fachmann bekannter Einbauten erfolgen.

Eine Äthylenoxyd-Flasche III mit Doppelventil (Typ Degosch) steht auf einer Tacho-Waage IV und ist über das grüne Druckmittel-Ventil 1 über einen Edelstahl-MetalIschlauch .51 an die Stickstoff-Flasche I angeschlossen. Der Anschluß ist über das Reduzierventil h_t das Ventil 3 und die Rückschlagklappe 2 abgesichert und enthält die Manometer PI₁ und PI„. Zwischen Ventil 3 und der Rückschlagklappe 2 führt eine Zweigleitung 52 zu einem Sicherheitsventil 5 von 10 atümit Umgehungsventil 6 zum Spülen der Abgasleitung 53»^an deren Ausgang über Dach eine Flammenrückschlagsicherung 8 angebracht ist. Die Zweigleitung 52 enthält außerdem das Manometer (PI~) mit Ventil 9 und das Ventil 10.Die Äthylenoxyd-Flasche ist über das Gas-Ventil (rot) 1I₁ einen Edelstahl-Metallschlauch $h_t eine Ruckschlagkappe 12_f ein Feinregulierventil 13 und ein £inleitungsrolir 55 vxxt dem Reaktionskessel 56 (z. B. 25 Liter Inhalt) verbunden. An dieser Leitung für das flüssige AthyJenoxyd befindet sich außerdem das seitliche Ventil 14 zum Leerblasen der Leitung und das Manometer (PI. ). Die Reaktionsapparatur besteht aus dem kühlbaren (zum Beispiel mit Wasser) und heizbaren (zum Beispiel mit Wasserdampf) Reaktionskessel 56, der außer dem Einleitungsrohr 55 eine Einfüllöffnung 57_f ein Auslaßventil 15» beispielsweise einen Rührer 58§ einen Temperatur-

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messfühler mit Anzeige und Schreiber TIRo und den Gaseinlaß der Gasleitung 59 - enthält. Der Gaseinlaß 59 ist über das Reduzierventil Io und Ventil 17 mit der Stickstoff-Flasche II verbunden und wird über die Manometer PI_ und PIß kontrolliert. An der Gasleitung 59 befindet sich außerdem das Ventil 18 zum Vakuumsaugen mit der Vakuumpumpe 60, das Sicherheitsventil 19 mit Umgehungsventil 20 sowie das Manometer PI_ mit vorgeschaltetem Ventil Die Ventile 21 und 9 dienen jeweils zum Abschließen der Druckmarjometer PI_ beziehungsweise PI„ fall« Vakuum angelegt wird.

Zunächst werden in der Anlage alJe Ventile geschlossen. Dann wird die Stickstoff-Flasche I geöffnet (Anzeige von beispielsweise ca. 200 atü K„ bei Pl₁) und das Reduzierventil k auf 5"^a"fcü eingestellt (Anzeige bei PIp). Die gefüllte Äthylenoxyd-Flasche (sie soll nur den Bedarf eines Ansatzes, also im vorliegenden Fall ca, 2,5 kg Äthylenoxyd, enthalten) wird auf die Tacho-Waage IV gestellt, dann wird über Ventil 3 und 10 ein schwache*· Stickstoff-Strom zum Spülen der Leitungen 51 und 5^ mit den Metal]-Schläuchen eingestellt, und bei strömendem Stickstoff werden die Metall-Schläuche an die geschlossenen Ventile 1 und 11 angeschlossen* Dabei ist streng darauf zu achten, daß das grüne Druckmittel-Ventil 1 auf der Stickstoff-Seite und das rote Gas-Ventil 11 auf der Reaktor-Seite angeschlossen wird. Nach dem Anschluß der Äthylenoxyd-Flasche baut sich in der Leitung von Flasche I bis zu den Ventilen 1, 11 und 13 ein Druck von 5 ^a*ü auf. Durch Schließen von Ventil 3 kann an den Manometern (PI~ und PIk.) die Dichtigkeit der Leitungen kontrolliert werden.

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Dann spült man nach Offnen von Ventil 3 durch kurzes Öffnen von Ventil 6 Leitung 53 sowie deren Abzweigungen _uncj schließt Ventil 10. Damit sind die Vorbereitungen auf der Äthylenoxyd-Seite abgeschlossen.

Kun öffnet man die Stickstoff-Fla sehe II, vorauf das Mrmomctcrr PI_r beispielsweise etwa 200 atü Druck anreißt und stellt beispielsweise mit Ventil 3.6 bei PT,- einen Druclt von 0,5 atü ein. Über Ventil Ιίί wird im Roaktionsraum Vakuum posaugt. dann über Ventil 17 0,5 atü Stickstoff aufgegeben, nochmals Vakuum gesaugt und Stickstoff aufgegeben. Dann wird über A'entil 20 die Abgasleitung 53 mit Stickstoff gespült, die Ventile 20 und 17 geschlossen und nach geringem Öffnen von 17 unter leichtem Stickstoff-Strom durch das Einfüllrohr zuerst die vässrige Rhodanid-Lösung und sodann das inerte organische Lösungsmittel, das gegebenenfalls einen Stabilisator enthält, eingefüllt.

Anschließend gibt man über Ventil 17 dreimal 0,5 atü Stickstoff auf und bläst ihn über Ventil 20 wieder ab, dann prüft man durch Aufgabe von 0,5 atü Stickstoff und Schließen aller Ventile die Dichtigkeit der Anlage. Zum Anfahren vird Ventil I7 wieder geöffnet.

Vor dem Anfahren der Anlage sind also folgende Ventile geöffnet: 3, h_t 16 und 17.

Geschlossen sind: 6, 1, 11, 10, I3, 20, 18 und I5.

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1 TJ

Die. Manometer zeigen beispielsweise an:

200 atü: PI₁, PI

5 atü: PI₂, PI„, PI^
0,5 atü: PI₆, PI₇

Nun stellt man die Rührung so ein, daß eine kräftige Durchmischung gewährleistet ist, und kontrolliert mit der Kühlung die Innentemperalu r, so daß sie sich in einem Bex'cich von +15 bis +20° C befindet. Dann gibt man durch Offnon von Ventil 1 den Stickstoff-Druck von beispielsweise 5 ^atü auf das Äthylenoxyd, Öffnet Ventil 11 und vorsichtig danach Ventil 13» so daß ein gleichmäßiger Äthylenoxyd-Fluß in das Reaktionsgefäß erfolgt. Dabei steigt der Druck bei PI_ zunächst an, er sinkt aber bei guter Aufnahme wieder ab.

Für eine ordnungsgemäße Reaktion bestehen folgende Kontrollen!

1« GevichtBabnähme an der Tacho-Waage.

2, Druckschwankungen an PI _ZUm Beispiel zwischen 0,5 und 1,0 a

3· Temperaturschwankungen an TIRg bedingt durch Reaktion und zeitweilige Kühlung.

k» Nach etwa 30 Minuten steigt der pH-Wert der Lösung von anfangs ungefähr 6,0 auf über 12,0; danach läuft die Reaktion etwas rascher ab.

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Ißt«::

Ik -

Nach Aufnahme der entsprechenden Menge Äthylenoxyd ist die Einleitung beendet. Dabei muß man den Totraum der Leitung von Ventil 11 bis zum Reaktionsgefäß berücksichtigen, da sich nicht das gesamte Äthylenoxyd aun der Leitung herausblasen läßt. Man schließt Ventil 1 und 11, öffnet Ventil und vorsichtig Ventil 13t wobei über die Umgehungsleitung mit Stickstoff von beispielsweise 5 ^a*ü das restliche Äthylenoxyd aus der Leitung geblasen wird. Sobald durch Anstieg des Manometers PI„ angezeigt wird, daß durch Ventil 13 Stickstoff in die Apparatur gelangt (bei dom angegebenen Drücken Anstieg auf über 1 atü) schließt man die Ventile 10 und 13.

Anschließend rührt man einige Zeit jr-weckmäßig bei gleicher Temperatur nach. Dabei sind die folgenden Ventile geschlossen: 13, 20, 18 und 15; geöffnet sind die Ventile: 16 und 17. Der Druck won PI_ liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 1,0 atü.

Sobald dieses Nachrühren beendet ist, werden die Ventile und 17 geschlossen und Ventil 20 geöffnet. Damit ist der Druck in der Apparatur aufgehoben. Nun erhöht man die Temperatur (maximal bis +50° C) und rührt einige Zeit bei der höheren Temperatur. Anschließend spült man mit Stickstoff und kühlt wieder auf +20° C. Unter leichtem Stickstoff-Strom über die Ventile l6, 17 und 20 läßt man durch vorsichtiges Öffnen des Auslaßventils 15 die untere wässrige Phase ab und gibt durch den Einfüllstutzen mehrmals Wasser oder eine wässrige Salzlösung rührt Jeweils 1 Minute kräftig

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durch und läßt über 15 ab. Am Schluß trennt man sorgfältig ab, es darf kein Wasser in der Apparatur bleiben. Dann füllt man unter Rühren die Verbindung ein, die mit dem Äthylen- eulfid reagieren soll (gegebenenfalls in einem inerten organischen Lösungsmittel wie beispielsweise auf Seite 5/6 angegeben), schließt die Einfüllöffnung, spült mehrmals mit Stickstoff, läßt dann den Überdruck ab und schließt die Anlage bci Ventil 20 und rührt längere Zeit, v/obei man gegebenonfalls die Temperatur erhöht. Gegebenenfalls kühlt man anschließend und läßt den Druck über Ventil 20 ab. Ist die Anlage zur Destillation geeignet, so kann man unmittelbar atis dem Koaktionsgefäß abdestillieren.

Beispiel 1

Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen 25 Liter-Apparatus wird nach den angegebenen Vorbereitungen³)das Reaktionsgefäß zuerst eine Lösung von 3t 88 kg Kaliumrhodanid (J+0 Mol) in 5,5 Liter Wasser und sodann 8 Liter Toluol, die 20 g Butyl- mercaptan enthalten, eingefüllt. Nun wird unter kräftigem Rühren ein gleichmäßiger Athylenoxydgasstroni eingeleitet. Dabei steigt der Druck zunächst am Manometer PI₇ an (höher als 0,5 atü) sinkt jedoch bei guter Aufnahme bis auf etwa 0,7 atü wieder ab. Dosierung des Äthylenoxyds 1,2 kg/Stunde. Nach Aufnahme von 1,936 kg (kh Mol) Äthylenoxyd ist die Einleitung beendet·

Anschließend rührt man k Stunden bei +20° C nach. An dem Manometer PI_ liegt ein Druck zwischen 0,5 und 1 atü. Nach den k Stunden werden die Ventile l6 und 17 geschlossen und das Ventil 20 geöffnet. Nun heizt man auf ^0° C an und rührt 1 Stunde bei dieser Temperatur. Anschließend spült *) und Verfahrensbedingungen in

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man mit Stickstoff und kühlt wieder auf +20° C ab. Unter leichtem Stickstoffstrom läßt man über das Auslaßventil 15 die untere vässrige Phase ab und wäscht anschließend 6 mal mit je 8 Liter 5 prozentiger Kochsalzlösung, die durch den Einfüllstutzen zugegeben wird, wobei jeweils eine Minute kräftig durchgerührt wird. Die wässrige Phase wird jeweils über das Ventil 15 abgelassen. Nach der letzten Wäsche wird sehr sorgfältig abgetrennt, so daß kein Wasser in dc;r Apparatur bleibt* Dann werden unter Rühren 2,78'+ kg (32 Mol ) Morpholin durch die Einfüllöffnung A zugegeben und letzter geschlossen. Ks wird mehrmals mit Stickstoff gespült, rl rann wix'd der Überdruck abgelassen und die Anlage bei Ventil <?0 geschlossen. Nun'wird vorsichtig innerhalb von JO Mann tea auf +100 C angeheizt und 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Dabei stellt sich ein Druck von ca. 1,0 atii ein» Anschließend läßt man den Druck über Ventil 20 ab. Das Reaktionsprodukt wird destilliert, 'wobei bei Kp₄, 93 bis 99 C ^»37 kg Morpholinoäthyliiiercaptaii übergehen. Dies entspricht einer Ausbeute von 7h_th °p der Theorie, berechnet auf eingesetztes Kaliumrhodanid u.nd 93» 2 fo der Theorie berechnet auf eingesetztes Morpholin.

Beispiel 2

Arbeitet man wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 2,74 kg (32 Mol) Piperidin anstelle von Morpholin, so erhält man in einer Ausbeute von 88,2 $ (bezogen auf Piperidin) Piperidino· äthylmercaptan, Kp_lg : 87 bis 89° C.

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Beispiel ß

Arbeitet man wie in Beispiel 1 unter Verwendung von h_t 13 kg (32 Mol) Dibutylamin anstelle von Morpholin, so erhält man in einer Ausbeute von 84,4 $ (bezogen auf Dibutylamin) Dibutylaminoäthy!mercaptan, Kp„^: 137 bis l4O C.

Beispiel k

Arbeitet man wie in Beispiel 1, setzt jedoch anstelle von Morpholin ein Gemisch aus 3»33 kg (32 Mol) Amy!mercaptan, 2,18 kg (32 Mol) Natriuinäthylat und 10 kg Benzo! ein, so erhält man nach Neutralisation, mit wässriger Salzsäure in einer Ausbeute von 55 /» (bezogen auf Amylmereaptan) Amylmercaptoäthylmercaptan, Kp_: IO3 bis 107 C neben 20 $ Amylmercaptoäthylmercapto-Athylmnrcaptan, Kp_: 154 bis 158° C.

Beispiel 5

Arbeitet man wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 3,3 kg (32 Mol) Glycin-äthylester, so erhält man in einer Ausbeute von 6l $>_t bezogen auf Glycin-äthylester, N-(ß-Mercaptoäthyl)· glycin-äthylester, Kp₂t 74 bis 76⁰ C.

Beispiel 6

Man arbeitet wie in Beispiel 1 unter Verwendung von 3,62 kg (32 Mol) Chloracetylchlorid anstelle von Morpholin und

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erhält 62 $ (bezogen auf Chloracetylchlorid) Chlorthioessigsäurechloräthylester. Kp„: 82 bis 85⁰ C.

Beispiel 7

Kontinuierliche Durchführung dex· Herstellung von ß-Morpholinoäthylmercaptan (siehe Figur P.).

Die Anlage zur kontinuierlichen Synthese besteht aus einer Kaskade von drei Reaktionsgefäßun " B 1 - 3 niit Kühlmantel 100, Rührer 101, Stickstoffzuleitung 102 und je einem Auslaufrohr 105· An dem Gefäß B1 befindet sich das Einleitungsrohr IO3 für das Äthylenoxid, sowie das Einleitungarohr 104 für die KSCN-Lösung mit der Zweigleitung 104·, durch die das Toluol zugeführt wird.An das Gefäß B 3 schließen sich ein Kühler ein Abscheider B 4, eine Extralctionskolonne E 1 und ein Scheibenreaktor B 5 an. Die Renktionsgcfäßo B 1 - 3 werden während des Betriebes aus Sicherheitsgründen'unter einem Stickstoffdruck von 3 atü gehalten. In das Gefäß B 1 werden je Stunde durch die Leitung 104 . und die

Leitung 104 · je eine Lösung von 3»88 kg Kaliuinrhodanid in 5,5 Liter Wasser sowie ß,0 Liter Toluol enthaltend 20 g Butylmereaptan und durch die Leitung I03 1»9^ kg Äthylenoxyd (ebenfalls pro Stunde) eingepumpt· Unter Rühren und Kühlen auf +20° C wird das Gefäß B 1 so weit gefüllt, daß die mittlere Verweilzeit ca. 1 Stunde beträgt. Das Reaktionsgemisch wird dabei durch die Leitungen IO5 in das Gefäß B 2, anschließend in Gefäß B 3 und dann in den Kühler W 1 und von dort durch die Leitung IO6 in den Phasonteiler B k gepumpt. In den Gefäßen B 2 und B 3 beträgt die mittlere Verweilzeit ebenfalls je eine Stunde, die Temperatur wird beispielsweise

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in B 2 auf +30° C in B 3 auf +40° C gehalten. In dem Kühler W 1 wird das Reaktionsgemisch auf +15° C gekühlt, und in
B h erfolgt die kontinuierliche Trennung der wässrigen Phase von der Toluol-Phase. Die Toluol-Lösung wird durch die Leitung 107 in die Extraktionskolonne E 1 eingepumpt und durch entgegenströmende 5 prozentißc wäßrige Kochsalzlösung die
durch die Leitung 108 zugeführt vird, gewaschen. Dabei wird der Inhalt von E 1 zweckmäßig durch eine Pulsatiouspumpe P
in Bewegung gehalten, was den Stoffaustausch bei der Extraktion begünstigt. Die Kochsalzlösung fließt durch die Leitung 109 ab und kann beispielsweise mit der wässrigen Phase von D 4, die durch die Leitung 110 abfließt, zusammengeführt werden. Anschließend wird die Toluollömmg durch die Leitung 111 in den Reaktor B 5 (zum Beispiel Scheibenreaktor) mit dem Rührer 113 eingepumpt. Hier A.'ird die Toluollösimg mit Morpholin
das laufend durch die Leitung 112 zugeführt wird (2,78 kg je Stunde) gemischt. Der Reaktor B wird dabei beispielsweise
mit Dampf von 0,3 atü auf 100 bis 110° C geheizt. Die mittlere Verweilzeit in B 5 beträgt im allgemeinen 2 Stunden.
Das heiße Reaktionsgemisch wird anschließend durch die Leitung 114 der Destillation zugeführt. Die Ausbeuten entsprechen der diskontinuierlichen Ausführung, das heißt es werden je
Stunde ca. 4,35 kg Morpholinathylmercaptan hergestellt.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen, die eine Mercaptoäthylgruppe enthalten mittels Äthylenaulfid, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Rhodanidlösung in Anwesenheit eines inerten, mit Wasser nicht mischbaren organischen Mittels mit Ätlrylenoxyd behandelt, und anschließend die organische Phase mit einer polaren organischen Verbindung umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Rbodanid.l öoujig mit Äthylenoxyd bei Temperaturen zwischen +12,5 und +$0 C durchgeführt wird.

3· Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alkalirhodanidlösung verwendet wird»

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als polare organische Verbindung sekundäre Amine der Formel HNR₁Rp worin R. und R₂ aliphatisch^ Reste aus 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind oder Amine der Formel HNA, worin A ein Alkylenring aus 5 oder 6 Kohlenstoffatomen ist, der gegebenenfalls auch ein weiteres Sauerstoff- oder Stickstoffatomen enthalten kann, vorwendet.

PL-Dr.Stm/he
22.12.1971

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