DE2258473C3 - Verfahren zur Herstellung von aliphatisch, cycloaliphatisch und/oder heterocyclisch trisubstituierten oder N,N-disubstituierten Harnstoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von aliphatisch, cycloaliphatisch und/oder heterocyclisch trisubstituierten oder N,N-disubstituierten HarnstoffenInfo
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Description
in der R einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, cycloaliphatischen oder heterocyclischen
Rest und η eine ganze Zahl bedeuten oder in der R ein Wasserstoffatom darstellt und η gleich 1
ist, und in der die Reste R1 und R2 gleiche oder
verschiedene, gegebenenfalls substituierte einwertige aliphatische Reste darstellen oder die zusammen
einen gegebenenfalls substituierten zweiwertigen Rest darstellen, von dem mindestens eines der
beiden Kohlenstoffatome, die an das Stickstoffatom des Harnstoffs angrenzen, aliphatisch ist, dadurch
gekennzeichnet, daß man ein Amin der allgemeinen Formel
R(NH2Jn,
in der R und η die angegebene Bedeutung haben, mit
einem sekundären Ammonium-N.N-disubstituierten-thiolcarbamat
der allgemeinen Formel
R1R2NCOS NH2R1R2
in der die Reste R1 und R2 die angegebene
Bedeutung haben, umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem inerten
Lösungsmittel durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei einer
Temperatur zwischen 50 und 200cC durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in zwei
Stufen durchführt, wobei das Hau. uprodukt der ersten Stufe ein primäres Ammonium-N.N-disubstituiertes-thiolcarbamat
oder ein Ammonium-N,N-disubstituiertes-thiolcarbamat der allgemeinen Formel
(R1R2NCOS ■ NH3)„R
ist, in welcher die Reste R, R1. R2 und η die gleiche
Bedeutung wie in Anspruch 1 haben, das dann in der zweiten Stufe thermisch zu dem gewünschten
substituierten Harnstoff, dessen allgemeine Formel in Anspruch 1 angegeben ist, zersetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man die erste Stufe bei einer Temperatur unterhalb 500C und die zweite Stufe bei
einer Temperatur zwischen 50 und 200°C durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit
überschüssigem sekundärem Ammonium-N.N-disubstituierte-thiolcarbamat
durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter
erhöhtem Druck durchführt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aliphatisch, cycloaliphatisch und/oder heterocyclisch
trisubstituierten oder Ν,Ν-disubstituierten Harnstoffen aus primären aliphatischen oder heterocyclischen
Aminen oder aus Ammoniak.
Die trisubstituierten Harnstoffe sind von besonderer Bedeutung, da sie leicht in Carbamate oder in
Isocyanate umgewandelt werden können, die sehr wertvolle Produkte insbesondere für die Landwirtschaft,
die Medizin und die Polymerchemie darstellen.
Aliphatisch und heterocyclisch trisubstituierte Harnstoffe werden üblicherweise durch Umsetzung eines
aliphatischen oder heterocyclischen lsocyanats mit einem aliphatischen oder heterocyclischen sekundären
Amin hergestellt. Aliphatisch und heterocyclisch trisubstituierte Harnstoffe und aliphatisch und heterocyclisch
N.Ndisubstituierte Harnstoffe können auch durch Umsetzung eines aliphatisch oder heterocyclisch
Ν,Ν-disubstituierten Carbamoylchlorids mit einem aliphatischen oder heterocyclischen primären Amin
oder mit Ammoniak hergestellt werden.
Bei all diesen bekannten Methoden ist es notwendig, daß bei einer Stufe, sei es bei der Herstellung des
lsocyanats oder des Carbamoylchlorids, Phosgen als Reaktionskomponente eingesetzt wird. Es ist bekannt,
daß man auf die Anwendung von Phosgen bei der Herstellung von aliphatischen trisubstituierten und
disubstituierten Harnstoffen verzichten kann, wenn man aliphatische primäre Amine oder Ammoniak bei
jo erhöhter Temperatur und gewöhnlich bei Überdruck
mit einem aliphatischen sekundären Amin, Kohlenmonoxid und Schwefel zur Umsetzung bringt. Bei dieser
Umsetzung finden jedoch in ziemlich starkem Maße Nebenreaktionen statt und der gewünschte Harnstoff
fällt nur in geringer Ausbeute an.
Es ist ferner bekannt, Thiocarbamaisalze durch Umsetzung primärer oder sekundärer Amine mit
Kohlenoxisulfid herzustellen. Ein Nachteil hierbei ist in der Verwendung von Kohlenoxisulfid zu sehen. Eine
alternative Verfahrensweise zur Herstellung von sekundären Ammonium-thiolcarbamaten besteht daher
in der Umsetzung eines sekundären Amins mit Kohlenmonoxid und Schwefel gemäß folgender Gleichung.
2(R')2NH + CO + S —(R')2NCOS ■ NH2(R)2
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Herstellung von aliphatisch und heterocyclisch trisubstituierte;: öder Ν,Ν-disubstituierten 1 arnstoffen zur
Verfügung zu stellen, bei dem diese Harnstoffe in hoher Ausbeute anfallen und aus den entsprechenden aliphatischen
oder heterocyclischen primären Aminen oder aus Ammoniak unter Ausschluß von Phosgen oder Kohlenoxisulfid
hergestellt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß man ein primäres Amin oder Ammoniak
mit einem sekundären Ammonium-N.N-disubstituierten-thiolcarbamat
zur Umsetzung bringt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von aliphatisch und/oder heterocyclisch
trisubstituierten oder Ν,Ν-disubstituierien Harnstoffen der allgemeinen Formel
R(NHCONR>R2)„,
in der R einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen,
cycloaliphatischen oder heterocyclischen Rest darstellt und η eine ganze Zahl bedeutet, oder in der R
ein Wasserstoffatom darstellt und η gleich 1 ist, und in
der R1 und R2 gleiche oder ungleiche, gegebenenfalls
substituierte einwertige aliphatische Reste oder beide zusammen einen gegebenenfalls substituierten
zweiwertigen Rest darstellen, in dem mindestens eines der zwei Kohlenstoffatome, die an das Stickstoffatom
des Harnstoffes angrenzen, aliphatisch ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Amin der allgemeinen
Formel R(NH2)..
in der R und η die angegebene Bedeutung haben, mit in
einem sekundären Ammonium-N.N-disubstituiertenthiolcarbamat
der allgemeinen Formel
R1R2NCOS ■ NH2R1R2
in der R1 und R2 die angegebene Bedeutung haben,
umsetzt.
Die erfindungsgemäße Umsetzung wird durch die folgende Gleichung veranschaulicht:
R(NH2JnH-IiR1R2NCOS NH2R1R2 — R(NHCONR1R2Jn + nR!R2NH + IiH2S
Der Rest kann als typische Substituenten beispiels- i>
weise Hydroxyl-, Aryl-, Alkyl-, Alkoxy- oder heterocyclische Gruppen aufweisen. Die Reste R1 und R2 können
als typische Substituenten beispielsweise Aryl-, Alkoxy-, Hydroxyl- oder heterocyclische Reste enthalten. Gegebenenfalls
können die Reste R, R1 und R2 auch Halogenatome als Substituenten enthalten.
Zu typischen sekundären Aminen, in denen die Reste R1 und R2 zusammengenommen einen zweiwertigen
Rest darstellen, in dem mindestens eins der Kohlenstoffatome, die an das Stickstoffatom angrenzen, ein 2 j
aliphatisches Kohlenstoffatom ist, gehören beispielsweise Pyrrolidin, Morpholin, Piperidin und Indolin.
Zu substituierten Harnstoffen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können,
gehören beispielsweise
Trimethylharnstoff,
1,1-Dimethylharnstoff,
1,1-Diallylharnstoff,
1-n-Butyl-3,3-dimethylharnstoff, jj
1,1-Diallyl-3-n-propylharnstoff,
l-Cyclohexyl-S.S-dimethylharnstoff,
l-Benzyl-3,3-diäthylharnstoff,
l,l-Dimethyl-3-(2-morphoiir.oätnyl)harnstoff,
l-(2-Methoxyäthyl)-3,3-diisopropylharns!off.
l,1-Diäthyl-3-(3-pyridylmethyl)harnstoff,
l,1-Diäthyl-3-(3-furyl)harnstoff,
l-Allyl-3,3-(l,5-pemamethylen)harnstoff,
1,1 -(1,4-Butylen)harnstoff,
l,1-Dimethyl-3-(3-pyridyl)harnstoff, l,l-Dimethyl-3-(6-hydroxyhexyl)harnstoff,
l,l-Dimethyl-3-(2-p-hydroxyphenyläthyl)-
harnstoff,
!,l'-Hexamethylen-bisO.S-diäthyl-
!,l'-Hexamethylen-bisO.S-diäthyl-
harnstoffund
U'-p-Xylylen-bis-SJ-dialiylharnstoff.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten substituierten Harnstoffe fallen im allgemeinen
in hohen Ausbeuten an. Die Ausbeuten betragen v, durchschnittlich zwischen 90 und 99%.
Die Reaktionstemperatur kann auch einem breiten Temperaturbereich ausgewählt werden; vorzugsweise
wendet man eine Temperatur zwischen 50 und 2000C an. Außerdem führt man die Reaktion üblicherweise in
einem inerten Lösungsmittel durch. Das als Ausgangsmaterial dienende sekundäre Ammonium-N.N-disubstituierte-thiolcarbamat
setzt man vorzugsweise im Überschuß ein, um die Umwandlung des Amins in den Harnstoff zu optimieren und die Bildung von irgendwelchen
N.N'-disubstituierten Harnstoffen als Nebenprodukte zu vermeiden. In der Praxis bevorzugt man einen
molaren Überschuß von 1,4 zu 1.
Die zur Beendigung der Reaktion erforderliche Zeit hängt von verschiedenen Faktoren ab und kann
zwischen i und 20 Stunden schwanken. Im allgemeinen ist es möglich, solche Bedingungen auszuwählen, unter
denen man den gewünschten Harnstoff in optimalen Ausbeuten in weniger als 3 Stunden herstellen kann.
Pro Äquivalent an gebildetem substituiertem Harnstoff entstehen 1 Mol sekundäres Amin und 1 Mol
Schwefelwasserstoff. Der Schwefelwasserstuff kann 111 Schwefel du.ch irgendeines der bekannten Verfahren
umgewandelt werden. Der so erhaltene Schwefel und das entstandene sekundäre Amin können zurückgeführt
werden zur Herstellung von weiteren sekundären Ammonium-KN-disubstituierten-thiolcarbamaten.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß man das primäre Amin mit dem
Thiolcarbamat in Lösung unter Rückflußbedingungen bei atmosphärischem Druck umsetzt. Diese Verfahrensweise
ist jedoch dann ungeeignet, wenn das primäre Amin leicht flüchtig ist, beispielsweise im Falle von
Methylamin, !n diesem Fall bieten sich eine Reihe von
alternativen Verfahrensweisen an, die nachfolgend kurz angegeben werden:
a) Die Umsetzung wird in einem geschlossenen Gefäß,
beispielsweise in einem Autoklav, gegebenenfalls in Gegenwart einer Inertgas-Atmosphäre, durchgeführt;
b) Die Umsetzung wird unter erhöhtem Druck und unter Rückflußbedingungen durchgefünrt;
c) Das primäre Amin läßt man durch die Lösung des Thiolcarbamats perlen oder
d) die Reaktionsteilnehmer werden in einem geschlossenen System bei Umgebungstemperatur oder
darunter für einige Zeit gerührt, bevor man auf Rückflußbedingungen erhitzt, um die Reaktion zu
vervollständigen.
Wenn man Ammoniak als Reaktionsteilnehmer einsetzt, werden die Verfahrensweisen (a) und (c)
bevorzugt. Die Zweistufenreaktion gemäß dem vorstehenden Verfahren (d) soll kurz erläutert werden.
Wenn ein aliphatisches primäres Amin, beispielsweise Methylamin, mit einem sekundären Ammonium-N,N-disubstituierten-thiolcarbamat
in einem Lösungsmittel gemischt wird, stellt sich das folgende Gleichgewicht
R(NH2)„ + I)R1R2NCOS ■ NH2R1R2 =*= (R1R2NCOS ■ NH3)„R + 11R1R2NH
Dieses Gleichgewicht wird in Richtung des primären Ammoniumsalzes begünstigt, das in einigen Fällen aus
der Lösung ausfallen kann. Da dieses Zweistufenverfahren
normalerweise nur dann von Wert ist, wenn das primäre Amin leicht flüchtig ist, führt man die Einstellung
des obigen Gleichgewichts normalerweise bei 50° C oder darunter, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur
oder noch tiefer, durch. Anschließend, d. h. nach einer Zeitspanne, die zur GleichgewichtseinsteHung ausreicht,
erhitzt man das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur,
die beispielsweise zwischen 50 und 200°C liegt, um das thermisch instabile primäre Ammoniumsalz zu dem
gewünschten trisubstituierten Harnstoff gemäß der folgenden Gleichung zu zersetzen.
(R1R2NCOS · NH3)„R—R(NHCONR'R2)„ + 11H2S
Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte werden üblicherweise durch Abdestillieren der flüchtigen
Bestandteile und Extraktion des Rückstandes mit einem geeigneten Lösungsmittel isoliert. In einigen Fällen
besteht der Rückstand fast ausschließlich aus dem gewünschten Produkt und ein Waschen mit einem
geeigneten Lösungsmittel ist ausreichend, um das gewünschte Produkt mit einem annehmbaren Reinheits- 2>
grad zu erhalten.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
20 g n-Decylamin werden 2,5 Stunden unter Rückflußbedingungen
mit 50 g Dimethylammonium-N.N-dimethyl-thiolcarbamat
in 50 g Chlorbenzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus
Petroläther (Kp. 60 bis 8O0C) umkristaMisiert. Man
erhält 27,5 g l-n-Decyl-S^-dimethylharnstoff (F. 40 bis
42° C; Ausbeute 95% der Theorie).
4 g Hexamethylendiamin werden 3 Stunden unter Rückflußbedingungen mit 45 g Diäthylammonium-Ν,Ν-diäthyl-thiolcarbamat
in 80 g Chlorbenzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus Benzol
umkristallisiert. Man erhält 10,2 g U'-Hexamethylenbis-3,3-diäthylharnstoff
(F. 101 bis 1040C; Ausbeute 95% der Theorie).
3,6 g Hexamethylendiamin werden 15 Stunden unter Rückflußbedingungen mit 40 g Diäthylammonium-Ν,Ν-diäthyl-thiolcarbamat
in 30 g Benzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile
abdestilliert und der Rückstand aus Benzol umkristallisiert. Man erhält 9,2 g l,l'-Hexamethylen-bis-3,3-diäthylharnstoff
(F. 101 bis 104°C; Ausbeute 95% der Theorie).
5 g Cyclohexylamin werden 2 Stunden unter Rückflußbedingungen mit 27 g Dimethylammonium-N.N-dimethyl-thiolcarbamat
in 30 g Chlorbenzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen
Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus Benzol umkristiillisiert. Man erhalt 8,1 g l-CyclohexylO^-di- b-,
meihylharnstoff (F. 150 bis 16TC; Ausbeute 94% der
Theorie).
Eine Lösung von 26,8 g Methylamin in 54 g Äthanol mischt man mit 200 g Dimethylammonium-N.lM-dimerhyl-thiolcarbamat
und 200 g Chlorbenzol. Die erhaltene Lösung wird in einem geschlossenen Kolben bei
Umgebungstemperatur 1 Stunde heftig gerührt und dann unter Rückflußbedingungen 5 Stunden erhitzt.
Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus einem Gemisch aus
Benzol und Petroläther (Kp. 40 bis 6O0C) umkristallisiert.
Man erhält 70,5 g Trimethylharnstoff (F. 69 bis 71 ° C; Ausbeute 80% der Theorie).
In ein mit einem Stöpsel verschließbares Reagenzglas
gibt man 25 g Chlorbenzol, kühlt auf -20°C ab, gibt 5 g Methylamin hinzu und verschließt das Reagenzglas. Das
so gefüllte Reagenzglas bringt man in einen '/2-Liter-Autoklav ein, der 40 g Dimethylammonium-N.N-dimethyl-thiolcarbamat
und 40 g Chlorbenzol enthält. Nach dem Verschließen des Autoklav drückt man Stickstoff
bis zu einem Druck von 40 Atm. auf. Es entsteht hierdurch eine Druckdifferenz zwischen der Innenseite
und der Außenseite des Reagenzglases, was ein Zerbrechen des Reagenzglases bewirkt und den
Reaktionsteilnehmern gestattet, sich zu mischen. Die Temperatur wird dann auf 130°C erhöht und 2 Stunden
beibehalten. Nach dem Abkühlen des Inhalts unterhalb 70°C destilliert man die flüchtigen Bestandteile ab und
kristallisiert den Rückstand aus einem Gemisch aus Benzol und Petroläther(Kp.40bis60°C)um.Manerhält
14,6 gTrimelhylharnstoff (F. 70 bis 72°C; Ausbeute 88%
der Theorie).
In einem mit einem Rückflußkühler versehenen Kolben erhitzt man eine Lösung von 27,5 g Dimethylammonium-N.N-dimethyl-thiolcarbamat
in 50 g o-Dichlorbenzol auf 150°C und leitet durch diese
Lösung 2,5 Stunden Ammoniak. Anschließend erhitzt man das Reaktionsgemisch weitere 2 Stunden auf 150°C
bevor man es abkühlt. Den erhaltenen Niederschlag filtriert man ab und trocknet ihn. Man erhält 13 g
1,1-Dimethylharnstoff (F. 181 bis 182°C; Ausbeute 81%
der Theorie).
6 g 3-Aminomethylpyridin werden 2 Stunden unter Rückflußbedingungen mit 50 g Dimethylammonium-Ν,Ν-dimethyl-thiolcarbamat
in 55 g Chlorbenzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus
Benzol umkristallisiert. Man erhält 9 g l,l-Dimethyl-3-(3-pyridylmethyl)-harnstoff
(F. 94 bis 96°C; Ausbeute 91% der Theorie).
3 g 3-Aminopyridin werden 2 Stunden unter Rückflußbedingungen mit 25 g Dimethylammonium-N.N-dimethyl-thiolcarbamat
in 25 g Chlorbenzol zur Umsetzung gebracht. Anschließend werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert und der Rückstand aus Benzol
umkristallisiert. Man erhält 5 g l,l-Dimethyl-3-(3-pyridyl)-harnstoff (F. 120 bis 122"C; Ausbeute 95% der
Theorie).
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von aliphatisch, cycloaliphatisch unj/oder heterocyclisch trisubstituierten
oder Ν,Ν-disubstituierten Harnstoffen der allgemeinen Formel
NHC-NR1R2
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