DE2360202C2

DE2360202C2 - Verfahren zur Herstellung von 4-Chlor-benzothiazolverbindungen

Info

Publication number: DE2360202C2
Application number: DE2360202A
Authority: DE
Inventors: James Loudon Bramcote Nottingham Lowe
Original assignee: Boots Co PLC
Current assignee: Boots Co PLC
Priority date: 1972-12-01
Filing date: 1973-12-03
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FI56004B; CS175468B2; PL89548B1; AT331240B; IE39320L; ES420999A1; FR2208907A1; FR2208907B1; AU473940B2; IT1000168B; GB1397089A; IE39320B1; ATA997673A; NO140102B; JPS5824437B2; US3888871A; CH587259A5; SE415098B; IL43690A0; LU68895A1

Description

ACW.B

oder

/?,OCH,CN

worin A ein Halogenatom darstellt, B die oben angegebenen Bedeutungen besitzt und /?, für eine Alkansulfonylgruppe oder eine Arylsulfonylgruppe steht, in Gegenwart eines alkalischen Kondensierungsmittels und gewünschtenfalls Umwandeln der Gruppe B in die Carboxylgruppe oder deren Salze oder Ester, dadurch gekennzeichnet, daß man als inertes, mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel beim Diazotieren von 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogenid einen aliphatischen Halogenkohlenwasserstoff, in dem die Hauptprodukte der Diazotierungsreaktion zu wenigstens 10% (Gewicht/Volumen) bei 20° C löslich sind, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Äthylendichlorid verwendet.

Die Verbindung 4-Chlor-2-oxobenzothiazolin-3-ylessigsäure (häufig Benazolin bezeichnet) und ihre Ester und Salze werden in großem Umfang als Herbizide verwendet. Typische Salze sind die Alkalimetallsake, beispielsweise die Natrium- oder vorzugsweise Kaliumsalze und Aminsalze, beispielsweise die Triäthylamin- oder Diäthanolamin- oder vorzugsweise Dimethylaminsalze. Typische Ester sind die C, _₇-Alkylester, beispielsweise die Methyl-, Isopropyl- oder vorzugsweise Äthylester. Benazolin und seine Ester und Salze sind zuerst in der GB-PS 8 62 226 beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren zu ihrer Herstellung besteht darin, daß man 4-Chlor-(oder 4-Brom-)-2-oxobenzothiazolin (auch als 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol bekannt) mit einer Verbindung umsetzt, die den Essigsäureteil liefert, beispielsweise Äthylbromacetat. Nach einem weiteren in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren, chloriert oder bromiert man 2-Oxobenzolhiazolin-3-ylessigsäurc. Das zuerst beschriebene Verfahren war das im allgemeinen technisch zufriedenstellendste, leidet aber unter der Tatsache, daß es bisher schwierig war. das notwendige Ausgangsmaterial in ausreichend hoher Ausbeute und Reinheit zu erhalten.

4-Chior-2-hydroxybenzothiazol kann nach Elderfield und Short (J. Org. Chem. 1953 18 1092) nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem man 2-Amino-4-chlorbenzothiazol in einem Gemisch von s Brom und Bromwasserstoffsäure unter Bildung von 2-Brom-4-chlorbenzothiazol diazotiert, und danach dieses zur Bildung des gewünschten Produkts hydrolysiert. Die erhaltenen Ausbeuten waren 72% in der ersten und 77% in der zweiten Stufe, woraus sich eine

in Gesamtausbeute von 56% bei der Herstellung von 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol aus 2-Amino-4-chlorbenzothiazol ergibt. Das Verfahren war für die technische Herstellung nicht sehr befriedigend.

In der GB-PS 9 66 496 sind Verfahren beschrieben, mittels denen man 2-Amino-4-chlorbenzothiazol in 2,4-Dichlorbenzothiazol in hoher Ausbeute und dieses seinerseits in 4-Chlor-2-hydroxylbenzothiazol mit hoher Ausbeute umwandeln konnte, wodurch man eine ziemlich zufriedenstellende Gesamtausbeute, von

2(i wenigsten 80% erhält. Das Verfahren besteht darin, daß man 2-Amino-4-chlorbenzothiazol in Salzsäure diazotiert und danach die Dichlorverbindung hydrolysiert. In der Patentschrift ist angegeben, daß die Reaktion durch die Gegenwart eines wassermischbaren Lösungsmittels erleichtert werden kann, und daß besonders erwünschte Bedingungen dann erhalten werden, wenn Benzol oder Toluol verwendet wird, wobei Bezol die zufriedenstellendsten Ergebnisse liefern würde. Die Dauer der Diazotierung war lang, z. B.

3d über 16 Stunden.

Eine Modifizierung dieses Verfahrens wurde weitgehend im technischen Umfang verwendet. Dieses modifizierte Verfahren besteht darin, daß man 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrobromid in ein Gemisch von 2,4-Dichlorbenzothiazol und 2-Brom-4-chlorbenzothial umwandelt, und das Gemisch unter Bildung von 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol hydrolysiert. Die Gesamtausbeuten etwa 70-80%, die mittels diesem Verfahren erhalten werden, sind wesent-

4(i lieh besser als die bisherigen Ausbeuten von 56%, aber das Verfahren läßt im technischen Umfang durchgeführt, einige Wünsche offen. So sind lange Reaktionszeiten erforderlich, um diese Ausbeuten zu erhalten. Weiterhin ist das 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol mit bedeutenden Mengen an nicht annehmbaren Nebenprodukten verunreinigt, die entfernt werden müssen, im allgemeinen in einer späteren Stufe des Gesamtverfahrens zur Herstellung von Benazolin oder seiner Ester oder Salze. Es bedeutet dies eine zusätzliche Reinigungsstufe, die natürlich zeitraubend und kostspielig ist, und die man gern vermeiden möchte. Weiterhin ist die Bildung dieser unerwünschter Nebenprodukte eine Vergeudung an Ausgangsmaterial.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 4-Chlor-benzothiazol-Verbindungen der allgemeinen Formel I

Mil H

worin B eine Carboxygruppc oder ein Salz davon, eine Ester-, emc Amid- oder eine Nitrilgruppe bedeutet, durch Diazotieren von 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogcnid in Gegenwart eines inerten, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels, Hydrolyse

des erhaltenen Produkt zu 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol und dessen Kondensation mit einer Verbindung der allgemeinen Formeln

/JCH.S

oder

Zf₁OCH₁CN

worin A ein Halogenatom darstellt, B die oben angegebenen Bedeutungen besitzt und R₁ für eine Alkansulfonylygruppe oder eine Arylsulfonylgruppe steht, in Gegenwart eines alkalischen Kondensierungsmit- |₍> tels und gewünschtenfalls Umwandeln der Gruppe B in die Carboxylgruppe oder deren Salze oder Ester.

Es wurde überraschend gefunden, daß eine verbesserte Reinheit und verbesserte Ausbeute und/oder kürzere Reaktionszeit tatsächlich dadurch erhalten ,₅ werden kann, daß man besondere, mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel zur Diazotierung verwendet. Es irt daher nunmehr möglich, Benazolin und seine Ester und Salze in so hohem Reinheitsgrad herzustellen, daß Verunreinigungen nur in solch geringen Mengen und in einer solchen Art vorliegen, daß es nicht länger wesentlich ist, die oben erwähnte Reinigungsstufe durchzuführen. Weiterhin ist es nunmehr möglich, bei gleichen Reaktionszeiten, wie sie bei den bisherigen Verfahren verwendet wurden, bessere Ausbeuten zu erhalten, als sie bisher erhältlich waren oder zufriedenstellende Ausbeuten in viel kürzeren Reaktionszeiten zu erhalten, als sie bisher unter Bildung zufriedenstellender Ausbeuten verwendet werden konnten, und/oder die Vergeudung an Ausgangsmaterial zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß man als inertes, mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel beim Diazotieren von 2-Amino-4-chlorbcnzothiazolhydrohalogenid einen aliphatischen Halogenkohlenwasserstoff, in dem die Hauptprodukte der Diazolierungsreaktion zu wenigstens 10% (Gewicht/Volumen) bei 20° C löslich sind, verwendet.

Das Hauptprodukt der Diazotierungsreaklion sind 2-Halogen-4-chlorbenzothiazole. Wenn 2-Amino-4-chlorbenzothiazol in Form des Hydrobromids eingesetzt wird, ist das Hauptprodukt 2-Brom-4-chlorbenzothiazol. 2,4-Dichlorbenzothiazol kann ebenso verwendet werden.

Die bevorzugten aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffe, die nach der Erfindung Verwendung finden, sind chlorierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Äthylendichlorid, welches besonders bevorzugt wird, Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrachloräthan, Trichloräthylen, Perchloräthylen, 1,2-Dichlorpropan und 1,1,1-Trichloräthan. Zu weiteren halogenierten Kohlenwasserstoffen gehören die Brom enthaltenden Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Äthylendibromid. Lösungsmittel mit einem Siedepunkt zwischen 60-90° C, werden bevorzugt verwendet.

Die Diazotierungsreaktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur unter 30° C, z. B. bei 20-25° C, gewöhnlich in Salzsäure mit einer höheren Konzenlra- w) tion als IN, vorzugsweise zwischen 5,5 und 6,5N durchgeführt. Die Reaktion wird weiterhin vorzugsweise in Gegenwart von Essigsäure durchgeführt. Die Menge organisches Lösungsmittel ist nicht kritisch., beträgt aber vorzugsweise wenigstens 20 Volumen-%. (>5 bezogen auf das gesamte Reaktionsgemisch, beispielsweise 25-60 Volumen-%.

Die Diazotierungsreaktion wird im allgemeinen

wenigsten 2 Stunden, jedoch oftmals weniger als 7 oder 5 Stunden durchgeführt. Sie wird im allgemeinen fortgesetzt, bis im wesentlichen kein festes Material suspendiert in der wäßrigen Phase zurückbleibt. Die organische Phase wird dann abgetrennt und vorzugsweise zur Trockne verdampft, bevor sie hydolysiert wird. Die Hydrolyse kann man in der Weise durchführen, daß man mit einer Mineralsäure, beispielsweise konzentrierter Salzsäure, vorzugsweise in Gegenwart eines wassermischbaren Lösungsmittels, beispielsweise Methanol, Äthanol oder denaturiertem Spiritus umsetzt. Die Hydrolyse führt man zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 50-150° C, und vorzugsweise unter Rückfluß durch. Das Produkt kann mittels herkömmlicher Verfahren isoliert und dann entsprechend der Lehre der GB-PS 9 66 496 in die genannten 4-Chlor-benzothiazolverbindungen umgewandelt werden. Dieser zweite Verfahrensschritt besteht darin, daß man das 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol mit einer Verbindung der Formel ACH₁B oder /?|OCH₂CN, worin A ein Halogenatom, B eine Carboxylgruppe oder ein Salz, Ester, Amid oder Nitril derselben und /?, eine Alkansulfonyl- oder Arylsulfonylgruppe ist, in Gegenwart eines alkalischen Kondensierungsmittels kondensiert, wodurch man eine Verbindung der Formel I erhält.

und gewünschtenfalls den Rest B in die Carboxylgruppe oder deren Salze oder Ester umwandelt.

Neben den Vorteilen, daß man hohe Ausbeuten und schnellere Reaktionszeiten erhält, als dies unter Verwendung der bisher beschriebenen Lösungsmittel erhältlich war, hat die Verwendung der halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel nach der Erfindung einen weiteren bedeutenden Vorteil. Diese besteht darin, daß man 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogenid dadurch herstellen kann, daß man N-2-Chlorphenylthioharnstoff in dem gleichen organischen Lösungsmittelsystem., wie es für die nachfolgende Diazotierungsreaktion verwendet wird, mit dem Ergebnis cyclisiert. daß das 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogenid hergestellt und in dem gleichen organischen Lösungsmittelsystem umgesetzt werden kann, ohne daß man dieses vor der Diazotierungsstufe isolieren muß. Dadurch, daß man die Abtrennung der Verbindung vor der Diazotierung vermeidet, wird die Gesamtausbeute und die Gesamtzeit, die zur Durchführung der Herstellung von Benazolin aus N-2-Chlorphenylthioharnstoff erforderlich ist, noch weiter verbessert.

Die bevorzugten Bedingungen zur Cyclisierung des N-2-ChlorphenyIthioharnstoffs zur Herstellung von 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogenid, besteht darin, daß man den Thioharnstoff mit einer Quelle für Chlor- oder Bromatome in einem halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmitlcl, wie sie oben beschrieben wurden, umsetzt. Die bevorzugte Quelle für Chloratome ist Sulfurylchlorid, während die bevorzugte Quelle für Bromatome Brom ist. Die Reaktionstemperatur ist vorzugsweise 30-100° C.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert, worin sich die »Prozentsätze« auf das

»Gewicht« beziehen. Die Ausbeuten beziehen sich auf die reine Substanz, so daß die tatsächlichen Ausbeuten (an verunreinigtem Material) leicht höher als angegeben sind.

Beispiel la

2-Amino-4-chlorbenzothiazolydrobromid (79 g) und Athylendichlorid (300 ml) wurden zu eitern Gemisch von konzentrierter Salzsäure (114 ml), Eisessig (78 ml) ind Wasser (114 ml) in einen 1-Liter-Kolben in gegeben. Das ganze Gemisch wurde gerührt und bei 20-25° C unter Wasserkühlung gehalten, während eine Lösung vor. Natriumnitrit (41 g) in Wasser (67 ml) mit einer konstanten Geschwindigkeit während 2 Stunden zugegeben wurde. Das Gemisch ι? wurde weitere 2 Stunden gerührt. Wasser (100 ml) wurde zugegeben und die untere Schicht abgetrennt und zur Trockne verdampft. Der Rückstand wurde in heißem denaturiertem Spiritus gelöst und die Lösung unter schnellem Rückfluß gehalten und gerührt, wäh- zn rend konzentrierte Salzsäure (182 ml) während 2' /2 Stunden zugegeben wurde. Das Rühren und Erhitzen wurde weitere 2 Stunden fortgesetzt. Das Gemisch wurde dann unter 30° C gekühlt und Wasser (182 ml) zugegeben. Der Feststoff wurde gesammelt, säurefrei gewaschen und unter Vakuum bei 60° C getrocknet. Das so erhaltene 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol hatte nach Titrieren mit Tetrabutylammoniumhydroxid in Aceton eine Reinheit von 95%. Ausbeute = 83%.

Beispiel Ib

4-Chlor-2-hydroxybenzothiazoI (185,5 g), daß gemäß Beispiel 1 a erhalten wurde, wurde mit wasserfreiem Kaliumcarbonat (138,5 g), Nalriumjodid (5 g) und Methyläthylketon (1 Liter) gemischt. Das Gemisch wurde gerührt und während der Zugabe von Äthylchloracetat (135 g) am Rückfluß gehalten. Das Gemisch wurde weitere 4 Stunden unter Rückfluß genommen, Wasser (280 ml) zugegeben und das Gemisch auf 70° C gekühlt. Die wäßrige Schicht wurde verworfen und die organische Schicht verdampft, wodurch man ein Öl erhielt, das in denaturiertem Spiritus (200 ml) unter Rückfluß gelöst wurde. Wäßriges Natriumhydroxid (2,5N, 440 ml) wurde zugegeben und der Rückfluß '/2 Stunde fortgesetzt. Die Lösung wurde dann gekühlt und auf pH 1 bis 2 mit Salzsäure angesäuert. Das erhaltene Produkt wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und unter Bildung von Benazolin getrocknet; Schmelzpunkt 185 18X° C.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 a wurde wiederholt, wobei anstelle von Athylendichlorid ein äquivalentes Volumen Methylenchlorid verwendet wurde. Das so erhaltene 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol hatte eine Reinheit von 95%. Ausbeute = 87%.

Beispiel 3
N-2-Chlorphenylthioharnstoff (65 g) wurden zu einem Gemisch von Eisessig (48 ml) und Athylendichlorid (195 ml) in einen 1-Liter-Kolben gegeben. Das Gemisch wurde kräftig gerührt und Brom (61,5 g) in Form einer Portion zugegeben. Wenn die Temperatur nicht mehr weiter stieg, wurde das Gemisch 4 Stunden am Rückfluß gekocht. Es wurde dann auf eine Temperatur zwischen 15 und 20° C gekühlt und ein Gemisch von konzentrierter Salzsäure (115 ml) und Wasser (115 ml) wurde zugegeben. Die Temperatur wurde bei 20-25° C gehalten, während eine Lösung von Nairiumnitrit (41 g) in Wasser während 2 Stunden zugegeben wurde. Der Versuch wurde dann wie in Beispiel 1 a beschrieben, fortgesetzt, wodurch man 4-ChIor-2-hydroxybenzothiazol mit einer Reinheit von 95% erhielt. Ausbeute = 83%.

Beispiele 4-9

Das Beispiel 1 a wurde wiederholt, wobei anstelle von Athylendichlorid äquivalente Volumen von Chloroform (Beispiel 4), Tel räch lorä'i hy len (Beispiel 5). 1,1,1-Trichloräthan (Beispiel 6). 1,2-Dichlorpropan (Beispiel 7), Äthylendibromid (Beispiel 8) und das Doppelte des äquivalenten Volumens Tetrachlorkohlenstoff (Beispiel 9) zugegeben wurde. Das erhaltene 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol hatte in jedem dieser Beispiele eine Reinheit im Bereich von 93 bis 95% und lieferte Ausbeuten von 73%. bzw. 66%. 65%, 72%. 61% und 71%. Höhere Ausbeuten können erhalten werden, wenn man die Diazotierung über eine längere Zeitdauer durchführt.

Beispiel 10

Eine Aufschlämmung von N-2-Chlorphenylthioharnstoff (65 g) in einem Gemisch von Eisessig

(48 ml) und Athylendichlorid (36 ml) wurde langsam unter Rühren zu einer Lösung von Brom (61,5 g) in Athylendichlorid (97 ml) zugegeben, während die Temperatur unter 55° C mit Wasserkühlung gehalten wurde. Das Gemisch wurde sorgfältig am Rückfluß

4n erhitzt und 4 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Es wurde dann auf 15 bis 20° C gekühlt und der Versuch wie in Beispiel 3 fortgesetzt, wodurch man 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol mit einer Reinheit von 95% erhielt. Ausbeute = 84%.

Vergleichsbeispiel

Das Beispiel 1 a wurde wiederholt, ausgenommen, daß Benzol anstelle von Athylendichlorid zugegeben wurde, die Natriumnitritzugabe während 5 Stunden

>o anstelle von 2 Stunden erfolgte und das Rühren 16 Stunden anstelle von 2 Stunden fortgesetzt wurde. 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazoI wurde in 77%iger Ausbeute erhalten und hatte nur eine 87%ige Reinheit, wobei es unter anderem mit 8,3% 4-Chlor-2-phenylbenzothiazol verunreinigt war, was schwierig in dieser Stufe abzutrennen ist. Wenn das Produkt in Benazolin, wie in Beispiel 1 b beschrieben, umgewandelt wurde, war es notwendig, diese Verunreinigung mittels Extraktion mit Methylenchlorid nach der Hy-

drolyse mit Natriumhydroxid zu entfernen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von 4-Chlor-benzothiazol-Verbindungen der allgemeinen Formel I

worin B eine Carboxylgruppe oder ein Salz davon, eine Ester-, eine Amid- oder eine Nitrilgruppe bedeutet, durch Diazotieren von 2-Amino-4-chlorbenzothiazolhydrohalogenid in Gegenwart eines inerten, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels, Hydrolyse des erhaltenen Produkts zu 4-Chlor-2-hydroxybenzothiazol und dessen Kondensation mit einer Verbindung der allgemeinen Formeln