DE2206366C3

DE2206366C3 - Verfahren zur Herstellung von substituierten Diaminocarbonylderivaten

Info

Publication number: DE2206366C3
Application number: DE2206366A
Authority: DE
Inventors: Tibor Dr. Birsfelden Somlo (Schweiz)
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1980-10-23
Also published as: US3904602A; FR2125901A5; ES399786A1; DE2206366B2; DE2206366A1; BE779369A; IT950640B; GB1361305A; NL7201972A

Description

N—C—N

' Il ο

R⁴"

in der R¹ bis R⁴ je einen Alkylrest bedeutet, wobei R¹ und R² bzw. R³ und R⁴ zusammen mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden können, der gegebenenfalls weitere Heteroatome enthält, durch Umsetzung von Ν,Ν-disubstituierten Aminocarbonylhalogeniden der allgemeinen Formel (2)

-R¹

N—C—X

/ Il

R² O

in der die Reste R¹ und R² gleich wie die Reste R³ und R⁴ oder die Reste R¹ bis R⁴ verschieden sein können, R¹ und R² die angegebene Bedeutung haben und X ein Halogenatom darstellt, mit sekundären Aminen in Gegenwart einer anorganischen Base, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit wasserfreiem Ammoniak als anorganische Base durchführt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von -20⁰C bis +120° C und gegebenenfalls unter Druck durchführt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das N,N-disubstituierte Aminocarbonylhalogenid zunächst mit einem sekundären Amin und das erhaltene Gemisch dann anschließend mit wasserfreiem Ammoniak behandelt und bei 40 bis 70° C arbeitet.

R¹

R²

N—CO-Cl + 2(R'R⁴)NH

R¹

nung der Reaktion technisch schwer zu beherrschen ist und daß sich u.U. die Abtrennung des entstandenen Harnstoffs von den gebildeten Salzen schwierig gestaltet. Andere bekannte Methoden haben ebenfalls Nachteile, wie z. B. die Bildung lästiger Nebenprodukte oder einen unerwünschten Aufwand an zusätzlichen und evtl. teuren Reaktionspartnern.

Es wurde nun gefunden, daß man substituierte Diaminocarbonylderivate nach einem Verfahren herstellen kann, welches die Nachteile der bekannten Methoden nicht aufweist

Die Erfindung betrifft nämlich ein Verfahren zur Herstellung von substituierten Diaminocarbonylderivaten der allgemeinen Formel (1)

15

25

Tetrasubstituierte Diaminocarbonylderivate werden in der DE-AS 20 65 155 durch Umsetzung von Ν,Ν-disubstituierten Aminocarbonylhalogeniden mit sekundären Aminen, die nach der Gleichung

R¹

20

-R²

N—C—N

R³---

R⁴

in der R¹ bis R⁴ je einen Alkylrest bedeutet, wobei R¹ und R² bzw. R³ und R⁴ zusammen mit dem Stockstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden können, der gegebenenfalls weitere Heteroatome wie z. B. Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatome enthält, durch Umsetzung von Ν,Ν-disubstituierten Aminocarbonylhalogeniden der allgemeinen Formel (2)

30

..-R¹

N—C—X

/ I'

"R² O

in der die Reste R¹ und R² gleich wie die Reste R³ und R⁴ oder die Reste R¹ bis R⁴ verschieden sein können, R¹ und R² die angegebene Bedeutung haben und X ein Halogenatom darstellt, mit sekundären Aminen in Gegenwart einer anionischen Base, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit wasserfreiem Ammoniak als anorganische Base durchführt.

Die Alkylreste R¹ bis R⁴ können eine niedrigere oder eine höhere Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen, die können geradkettig oder verzweigt sein. Sie können ferner auch Arylreste enthalten, wie z. B. einen Benzylrest. Von Interesse sind vor allem solche Verbindungen der Formel (1), in denen R¹ bis R⁴ Alkylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen sind. Sofern R¹ und R² bzw. R³ und R⁴ mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, einen heterocyclischen Ring bilden, sind Verbindungen der allgemeinen Formel (3)

(CH₂),

(CH₂),,,

R"¹ bo oder Verbindungen der allgemeinen Formel (4)

(R¹R⁴JNH₂CI + N-CO-N

R⁴ R⁴

(CH₂),, N— CO—N

R⁴

verläuft, erhalten. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß 2 Mol Amin für die Herstellung von 1 Mol Harnstoff benötigt werden, daß die starke Wärmetö- bevorzugt, in der η und m positive ganze Zahlen von 2

bis 6 sind and R³ und R⁴ je einen Alkylrest bedeuten. Verbindungen der allgemeinen Formeln (3) und (4) können z.B. Aziridin-, Pyrrolidin-, Piperidin- oder Hexamethyleniminreste an die Carbonylbrücke gebunden enthalten. Wenn der von R¹ und R² bzw. R³ und R⁴ mit dem Stickstoffatom, an welches sie gebunden sind, gebildete heterocyclische Ring außer dem Stickstoffatom ein weiteres Heteroatom enthält kommen vorwiegend Verbindungen der allgemeinen Formeln (5), (6) und (7)

Beispiel für einen Rest der Formel (8) sei der Morpholinorest genannt.

Das Verfahren besteht darin, daß man ein N,N-disubstituiertes Aminocarbonylhalogenid, insbesondere -chlorid der allgemeinen Formel (9)

R¹

10 N—CO—Cl

(CH₂L (<

X Ν—CO—N

(CH₂L (CH₂),

X'

mit einem sekundären Amin der allgemeinen Formel (5) is (10)

(CH₂L.

(6)

20 NH
\

(10)

R⁴

(CH₂L

X N-CO-N^

(CH₂L

R³

25

(7)

in Betracht, in denen X und X' je ein Sauerstoff- oder Schwefelatom oder eine — NR-Gruppe ist, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest ist, R³ und R⁴ die oben angegebene Bedeutung haben und η, τη, ρ und q positive ganze Zahlen darstellen, die klein sind, wobei vorzugsweise π und m bzw. ρ und q einander gleich sind. Als wichtige Verbindungen der allgemeinen Formeln (3) bis (7) seien solche genannt, die einen 5- oder 6gliedrigen heterocyclischen Rest mit einem oder zwei Heteroatomen enthalten, insbesondere einen Rest der allgemeinen Formel (8)

30

35

40

^H₂CH₂

N—

(8)

45

CH₂CH₂

in der X die oben angegebene Bedeutung hat. Als so und wasserfreiem Ammoniak ohne Lösungsmittel, in dem herzustellenden Diamincarbonylderivat als Lösungsmittel oder in konz. wäßriger Lösung, vorzugsweise zwischen etwa -20° C und +120° C, umsetzt.
Die Reaktion verläuft z. B. nach der Bruttogleichung

(R¹R²JNCOCI + (R³R⁴JNH + NH₃

—► (R¹R²INCON(R²R⁴) + NH₄Cl

so daß pro Mol Aminocarbonylchlorid 1 Mol Diaminocarbonylderivat erhalten wird. Als Nebenprodukte entstehen nur anorganische Salze.

Die Verwendbarkeit von Ammoniak als säurebindendes Mittel ist besonders überraschend, denn die Dialkylaminocarbonylchloride reagieren sowohl mit aliphatischen Aminen als auch mit Ammoniak. Erstaunlicherweise wurde nun gefunden, daß die Dialkylaminocarbonylchloride in Anwesenheit von Ammoniak und sekundären aliphatischen Aminen selektiv nur mit letzteren reagieren.

Zweckmäßig setzt man in einer ersten Reaktionsstufe das Dialkylaminocarbonylchlorid, welches aus Dialkylamin und Phosgen hergestellt wird, mit einer ungefähr äquivalenten Menge Dialkylamin um und behandelt das Gemisch in einer zweiten Stufe mit Ammoniak. Dieses wird vorteilhaft gasförmig eingeleitet. Die Reaktion kann folgendermaßen dargestellt werden:

R¹ O

N—C—N + 2NH₄CI

R²

R⁴

Man arbeitet vorzugsweise bei 40⁰C bis 7O⁰C. Das Ammonchlorid fällt quantitativ grobkristallin aus und kann abfiltriert werden. Das in der zweiten Stufe eingeleitete Ammoniakgas reagiert nicht mit dem anwesenden freien Dialkylaminocarbonylchlorid, sondern setzt das Dialkylamin aus seinem Salz frei, worauf dieses mit dem Dialkylaminocarbonylchlorid reagiert. Es entsteht kein Dialkylharnstoff. Die Reaktion wird im allgemeinen in einem geschlossenen System durchgeführt. Den Endpunkt der Umsetzung erkennt man daran, daß kein Ammoniakgas mehr aufgenommen wird, was sich in einem Druckanstieg im Reaktionsgefäß äußert Es ist auch möglich, das Aminocarbonylchlorid gleichzeitig; mit Dialkylamin und Ammoniak zu behandeln.

Nach Beendigung der Reaktion läßt man das Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen und trennt das Dialkylaminocarbonyldialkylamin durch Filtration vom kristallinen Ammoniumchlorid ab. Durch Extraktion des Ammoniumchloridrückstandes mit Lösungsmitteln wie Methylenchlorid, Benzol oder Toluol und Einengen der Extrakte kann ein weiterer Anteil Dialkylaminocarbonyldialkylamin isoliert werden. Auf diese Weise werden Ausbeuten von über 95% der Theorie erreicht.

Die Verwendung von wasserfreiem Ammoniak als säurebindendes Mittel bietet besondere Vorteile: die Wärmetönung der Reaktion ist gut kontrollierbar, da die Bildung des Ammoniumchlorids weniger exotherm ist als die Bildung von Wasser im Falle der Verwendung von z. B. Natriumhydroxid als Base. Außerdem ist die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches sehr einfach, da lediglich das grobkristallin ausfallende Ammoniumchlorid abgetrennt und kein Wasser abdestilliert werden muß. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Man erhält praktisch reines substituiertes Diaminocarbonylderivat.

Als Ausgangsstoffe kommen für das erfindungsgemäße Verfahren z. B. folgende in Betracht:

Ν,Ν-disubstituierte Aminocarbonylchloride:

N.N-Dimethylaminocarbonylchlorid,

N.N-Diäthylaminocarbonylchlorid,

N.N-Dibutylaminocarbonylchlorid,

N.N-Diisobutylaminocarbonylchlorid,

N.N-Diisoamylaminocarbonylchlorid,

N.N-Diisoheptylaminocarbonylchlorid,

Pyrrolidinoaminocarbonylchlorid,

Piperidinoaminocarbonylchlorid,

Morpholinoaminocarbonylchlorid,

N.N-Dibenzylaminocarbonylchlorid,

N-Methyl-N-äthylaminocarbonylchlorid,

N-Methyl-N-cyclohexylaminocarbonylchlorid.

Sekundäre Amine:

Dimethylamin, Diäthylamin, Dibutylamin, Diisobutylamin, Methyl-äthylamin, Diisoamylamin, Diisoheptylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin, Dibenzylamin, Methyl-cyclohexylamin u. a.

R¹

N—CO—Cl

Statt der oben ^„Adriiiien Chloride können auch andere Halogenide Ν,Ν-disubstituierter Carbaminsäuren verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mit dem bereits erwähnten neuen Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Aminocarbonylhalogeniden verknüpft werden.

Nach diesem Verfahren werden Ν,Ν-disubstituierte Aminocarbonylchloride der allgemeinen Formel (11)

R²

in sehr guter Ausbeute erhalten, wenn man ein sekundäres Amin der allgemeinen Formel (R¹R²JNH mit Phosgen in hochsiedenden Lösungsmitteln oder vorzugsweise in dem herzustellenden Aminocarbonylchlorid selbst als Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur (etwa zwischen 60° und 160° C), vorzugsweise bei 80 bis 95° C umsetzt Das Amin und das Phosgen werden vorteilhaft gleichzeitig und kontinuierlich zusammengegeben, wobei das Phosgen in einem durch technisch-apparative Faktoren bedingten Überschuß von 5 bis 10% vorhanden sein solL Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt Die Reaktion erfolgt in einem Reaktionsgefäß mit Rührer, in welchem sich ein Lösungsmittel oder vorzugsweise das gewünschte Aminocarbonylchlorid von einem früheren Ansatz als Lösungsmittel befindet. Bei gleichzeitigem Zulauf des Amins und Einleiten von Phosgen läuft die Reaktion bei entsprechender Temperatur selbsttätig ab. Das gebildete Aminocarbonylchlorid wird kontinuierlich in ein zweites Gefäß abgelassen. Das erhaltene Rohprodukt ist genügend rein, so daß es für die Umsetzung mit einem sekundären Amin zu substituiertem Diaminocarbonylderivat ohne weitere Aufarbeitung verwendet werden kann.

Das in der beschriebenen Weise kontinuierlich anfallende Ν,Ν-disubstituierte Aminocarbonylchlorid kann nun, ebenfalls kontinuierlich, einem zweiten Reaktionsgefäß zugeführt werden, in welchem es mit einem sekundären Amin umgesetzt wird. Das erhaltene Reaktionsgemisch kann nun in einem dritten Reaktionsgefäß mit Ammoniakgas behandelt werden. Die dickflüssige Suspension wird zentrifugiert oder unter Vakuum scharf abgenutscht. Das Filtrat besteht aus praktisch reinem substituiertem Diaminocarbonylderivat. Die Einleitung von gasförmigem sekundärem Amin oder gasförmigem Ammoniak geschieht im geschlossenen System, vorzugsweise unter leichtem Überdruck (26,6 bis 53,2 mbar).

Die erfindup.gsgemäßen substituierten Diaminocarbonylderivate spielen in der präparativen organischen Chemie eine Rolle als Reaktionspartner z. B. als Chlorierungskatalysator und insbesondere als Lösungsmittel bei verschiedenen Reaktionen (s.a. Angew.

Chemie, 75, 1059 [1963]). Ihre Anwendbarkeit in der Technik war jedoch aufgrund der bisher bekannten umständlichen und teueren Herstellungsverfahren begrenzt. Das vorliegende Verfahren macht solche Diaminocarbonylderivate nunmehr leicht zugänglich und gestattet somit deren vorteilhafte Eigenschaften auch für technische Prozesse auszunutzen.

In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die Teile, wenn nicht anders angegeben ist, Gewichtsteile und die Prozente Gewichtsprozente.

Beispiel 1

In einem Reaktionsgefäß mit 1500 ml Inhalt werden 1075 Teile Dimethylaminocarbonylchlorid vorgelegt und bei 50 bis 60°C unter Rühren 450 Teile Dimethylamingas eingeleitet. Die Gaseinleitung erfolgt im geschlossenen System, wobei ständig ein leichter Überdruck (26,6 bis 53,2 mbar) vorhanden sein soll. Anschließend werden 175 Teile Ammoniakgas in das

Reaktionsgemisch eingeleitet. Am Ende der Reaktion wird kein Ammoniak mehr aufgenommen, so daß der Druck im geschlossenen System wächst. Es wird noch eine halbe Stunde nachgerührt, die dicke Suspension auf 20⁰C gekühlt, gründlich abgenutscht oder zentrifugiert. Das Filtrat besteht aus 1050 Teilen praktisch reinem Dimethylaminocarbonyl-dirnethylamin. Aus dem Ammonchlorid-Kuchen können mit einem Lösungsmittel, z. B. mit Methylenchlorid, oder Toluol, noch weitere 60 Teile Tetramethylharnstoff extrahiert werden. Damit beträgt die Ausbeute, auf das eingesetzte Dimethylaminocarbonylchlorid berechnet, 96% der Theorie.

Beispiel 2

In einem Reaktionsgefäß mit 1500 ml Inhalt werden ι j 3224 Teile Dimethylaminocarbonylchlorid vorgelegt und bet 85 bis 90° C unter Rühren gleichzeitig und regelmäßig pro Stunde 45 Teile Dimethylamingas und 108 Teile Phosgen unter Niveau eingeleitet bis innerhalb 7 Stunden insgesamt 315 Teile Dimethylamingas und 756 Teile Phosgen eingeleitet worden sind. Darauf wird das Gemisch auf 50° C gekühlt und bei 50 bis 60° C unter Rühren weitere 450 Teile Dimethylamingas eingeleitet. Diese Gaseinleitung erfolgt im geschlossenen System, wobei im Reaktionsgefäß ständig ein leichter Überdruck (26,6 bis 53,2 mbar) vorhanden sein soll. Anschließend werden, ebenfalls im geschlossenen System noch 175 Teile Ammoniak eingeleitet. Am Ende der Reaktion wird kein Ammoniak mehr aufgenommen und der Druck wächst an. Die dickflüssige Suspension wird auf 20°C gekühlt, gründlich abgenutscht oder zentrifugiert Das Filtrat besteht aus 1050 Teilen praktisch reinem Tetramethylharnstoff.

Beispiel 3

In einem Reaktionsgefäß mit 350 ml Inhalt werden 350 Teile (ca. 300 ml) Dimethylaminocarbonylchlorid vorgelegt und bei 85 bis 90°C unter Rühren gleichzeitig und regelmäßig pro Stunde 60 Teile Dimethylamingas und 140 Teile Phosgen eingeleitet. Das entstandene Dimethylaminocarbonylchlorid fließt kontinuierlich in zwei nacheinander geschaltete Reaktionsvorrichtungen ab. In der ersten Vorrichtung wird das Dimethylaminocarbonylchlorid im Gegenstrom mit 60 Teilen Dimethylamin pro Stunde und in der zweiten Vorrichtung mit 24 Teilen Ammoniakgas pro Stunde in Reaktion gebracht. Die dickflüssige Suspension, welche die zweite Vorrichtung verläßt wird zentrifugiert. Das Filtrat besteht aus praktisch reinem Tetramethylharnstoff. Auf diese Weise werden davon pro Stunde 145 Teile erhalten, was einer Ausbeute von 93,5% der Theorie, berechnet auf das eingesetzte Dimethylamin, entspricht.

Wird das Dimethylamingas im Beispiel 1 durch eine äquivalente Menge Diäthylamin, Pyrrolidon oder Morpholin ersetzt, so entstehen folgende unsymmetrische substituierte Aminocarbonylderivate:

Beispiele Amin

Produkt

Siedepunkt

C₂H₅ H₃C O C₂H₅

4 NH N—C —N Kp. 16,69 mbar: 74 bis 75°C

C₂H₅ H₃C C₂H₅

H,C O

5 HN : N—C —N Kp. 0,0266 mbar: 55°C

H₃C

6 HN O N—C—N O Kp. 10,64 mbar: 113°C

Beispiel 7

Werden in den Beispielen 2 und 3 statt je 100 Teile Dimethylamin 162 Teile Diäthylamin und als Lösungsmittel das entsprechende Aminocarbonylchlorid eingesetzt, so entsteht Tetraäthylharnstoff.

H₃CH₂C

N—C—N

CH₂CH₃

Siedepunkt bei 16.96 mbar: 94 bis 95° C: Ausbeute 95% der Theorie.

Beispiel 8

Werden in den Beispielen 2 und 3 statt je 100 Teile Dimethylamin 189 Teile Piperidin und als Lösungsmittel das entsprechende Carbaminsäurechlorid eingesetzt, so entsteht Piperidylaminocarbonyl-piperidin.

Siedepunkt bei 17,29 mbar:
punkt:42bis43°C

152 bis 154° C; Schmelz-

ίο

Beispiel 9 p

Wird in den Beispielen 2 und 3 das in das zweite Reaktionsgefäß eingeleitete Dimethylamin durch eine äquivalente Menge Dibenzylamin ersetzt, so entsteht N,N-Dimethyl-N',N'-dibenzylharnstoff.

CH₂ CH₃

N—CO —N

Siedepunkt bei 0,438 mbar: 162 bis 165° C.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von substituierten Diaminocarbonylderivaen der allgemeinen Formel 0)

,-R¹

-R²

R³--.