DE2636994C2 - Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-1,2,3-thiadiazol - Google Patents

Description

χ _ CH₂ - CH = O (II)

oder deren Acetale, gegebenenfalls in Gegenwart von Mineralsäuren, mit Hydrazinderivaten der allgemeinen Formel

H₂N - NH - COR (III)

in wäßrigem Medium oder im Gemisch mit organischen Lösungsmitteln umsetzt, die erhaltenen AcyLhydrazone der allgemeinen Formel

X - CH₂ - CH = N - NH - CO - R (IV)

mit Thionylchlorid der Formel

SOCl₂ (V)

reagieren läßt und die erhaltenen 5-HaIogen-I,23-thiadiazole der Formel
N C-H

1 Il

N C-X

S

mit Ammoniak, gegebenenfalls gelöst in organischen Lösungsmitteln und in Gegenwart einer Mineralsäure oder einer Lewissäure umsetzt, wobei X ein Halogenatom und R einen Alkoxyrest, eine Aminogruppe oder eine Alkylaminogruppe darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Halogenacetaldehyde der Formel II mit den Hydrazinderivaten der Formel III bei Temperaturen von -2O⁰C bis 50⁰C, vorzugsweise 0°C bis 20° C, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion der Acylhydrazone der Formel IV mit Thionylchlorid der Formel V bei Temperaturen von —20°C bis 100⁰C, vorzugsweise von —5°C

«5 bis 50° C, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,daß die Umsetzung der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazo-Ie der Formel Vl mit Ammoniak bei Temperaturen von — 70"C bis 120"C und bei einem Druck von 1 bis IO Atmosphären, vorzugsweise bei 1 Atmosphäre, erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-l,23-thiadiazol.
Es sind bereits zwei Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-1,23-thiadiazol bekannt.

Das eine Verfahren beruht auf einer Reaktion von Diazomethan mit Acylsenföl (J. Goerdeler und G. Gnad, Ber. 99, 1618, 1966). Aufgrund der Explosivität und Giftigkeit des Diazomethans und der geringen Ausbeuten von etwa 32% ist dieses Verfahren für eine technische Herstellung von 5-Amino-1,23-thiadiazoI nicht geeignet.

Das andere Verfahren führt in einer Reaktionsfolge von sieben Stufen die Aminogruppen durch eine sogenannte Gabrielsynthese, das heißt in Form einer Aminoschutzgruppe (Phthalimidorest) in den Thiadiazol-Ring bo ein (D. L Pain und R. Slack, J. Chem. Soc. 5166-76, 1965). Auch dieses Verfahren ist für eine technische Herstellung von 5-Amino-1,2,3-thiadiazol nicht geeignet, da es wegen der erforderlichen sieben Reaktionsstufen sehr aufwendig ist und nur zu der geringen Ausbeute von etwa 35% führt, wobei weitere große Nachteile das bei diesem Verfahren anfallende nicht weiter verwendbare Phthalsäurchydrazid, der große Volumenbedarf und der hohe Energiebedarf sind.

to Aufgabe der Erfindung ist daher die Entwicklung eines Verfahrens, das eine problemlose Herstellung von 5-Amino-1,2.3-thiadia/ol mit nur wenigen Siufcn in großer Ausbeule erlaubt und für eine technische Herstellung dieser Substanz geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgcmiiß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 5-Ainino-1.2,3-lhiacliii-

zol der Formel

N CH

Il 1 ,

N C—NHj ⁵

das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Halogenacetaldehyde der allgemeinen Formel

χ _ CH₂ - CH = O (II)

oder deren Acetale, gegebenenfalls in Gegenwart von Mineralsäuren, mit Hydrazinderivaten der allgemeinen Formel

H₂N - NH - COR (III)

in wäßrigem Medium oder im Gemisch rrit organischen Lösungsmitteln umsetzt, die erhaltenen Acvlhydrazone der allgemeinen f-ormel

χ _ CH₂ - CH = N - NH - CO - R (IV)

mit Thionylchlorid der Formel

SOCl₂ (V) 25

reagieren läßt und die erhaltenen 5-Halogen-l, 23-thiadiazole der Formel N C-H

Il w ^3o

N C-X

dann mit Ammoniak, gegebenenfalls gelöst in organischen Lösungsmitteln und in Gegenwart einer Mineralsäure 35 oder einer Lewissäure umsetzt, wobei X ein Halogenatom und R einen Alkoxyrest, eine Aminogruppe oder eine Alkylaminogruppe darstellen.
Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin,

a) daß die Umsetzung aer Halogenacetaldehyde der Formel II rr.it den Hydrazinderivaten der Formel III bei -to Temperaturen von -20⁰C bis 50⁰C, vorzugsweise von 0°C bis 20⁰C, durchgeführt wird;

b) daß die Reaktion der Acylhydrazone der Formel IV mit Thionylchlorid der Formel V bei Temperaturen von —20°Cbis 100° C, vorzugsweise von -5⁰C bis 50"C, erfolgt;

c) daß die Umsetzung der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole der Formel VI mit Ammoniak bei Temperaturen von

—70⁰C bis 120⁰C und bei einem Druck von 1 bis 10 Atmosphären, vorzugsweise bei 1 Atmosphäre, erfolgt. 45

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich durch folgendes Reaktionsschema darstellen:

X-CH₂-CH = N-NH-CO-R X-CH₂-CH = O NH₂-NH-COR ~Λ ™

(Π) (ffl) (IV) SOCl₃ ^N ?^H NH, ^{N CH}

(V) N C-X N C-NH₂

V \/

(VD (I)

Das Verfahren bedient sich der erstmaligen primären Erzeugung des 1,2,3-Thiadiazolsystems und Einführung der Aminofunktion mittels Substitution eines Halogenatoms durch Ammoniak. 65

Erforderlich sind hierzu vortcilhafterwci.se lediglich drei Synthesestufen, die von wohlfeilen Grundchemikalien ausgehen.

Diese geringe Stufenzahl, die Verwendung von üblichen Grundchemikalien und der elegante Syntheseverlauf

machen das erfindungsgemäße Verfahren zu einer neuen Methode, die bahnbrechend ist und wohl kaum übertroffen werden kann.

Die Ausbeuten sind zudem überraschenderweise sehr hoch, indem die zweite Stufe schon relativ hohe Ausbeuten von etwa 65% und höher bringt und die erste und dritte Stufe sogar fast quantitativ verlaufen, so daß sich Gesamtausbeuten über den gesamten Verfahrensablauf von etwa 50 bis 60% ergeben.

Die Synthese der Acylhydrazone der Formel IV erfolgt ausgehend von Halogenacetaldehyden der Formel II durch Umsetzung mit Hyclrazinderivaten der Formel III, vorzugsweise in wäßrigem Medium. Die Halogenacetaldehyde werden bevorzugt in Form ihrer wäßrigen Lösungen eingesetzt In der Praxis wird die Hydrazinkomponente portionsweise in verdünnter Form oder auch mit einem Lösungsmittel, wie zum Beispiel Wasser oder ίο einem Ci-GrAlkohol, verdünnt zur mit Wasser oder Alkohol verdünnten Lösung des Aldehyds gegeben. Die Zugabe der Reaktantsn kann auch in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden. Die Reaktion erfolgt zwischen — 20° C und 50° C, vorzugsweise zwischen 0° C und 20° C.

Nach erfolgter Reaktion können die festen Reaktionsprodukte durch Filtration, durch Ausfrieren oder durch Entfernen des Lösungsmittels in Form farbloser Kristalle isoliert werden. Sie lassen sich aus geeigneten organi-1.5 sehen Lösungsmitteln wie Ketonen, Alkoholen, Nitrilen, Estern, Äthern und chlorierten Kohlenwasserstoffen wie zum Beispiel Aceton, Acetonitril, Methanol. Äthanol, Essigester, Chloroform leicht Umkristallisieren und sind bei Raumtemperatur stabil; können aber im allgemeinen unumkristallisiert in trockenem Zustand weiter umgesetzt werden.

Der Reinheitsgrad der Reaktionsprodukte läßt sich erhöhen, wenn man die verdünnter kommerziellen 2ö Haiogenacctaldchydlösiingen über Kieselgur filtriert

Die Acylhydrazone der Formel IV können auch aus den entsprechenden Halogenacetaldehydacetalen hergestellt werden. Hierzu wird das Acetal in wäßrigem Medium, gegebenenfalls im Gemisch mit organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen oder Äthern, wie zum Beispiel Methanol, Äthanol oder Tetrahydrofuran, vorgelegt und hierzu Mineralsäuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, hinzugegeben. Die Acetalspaltung erfolgt in kurzer Zeit bei Temperaturen zwischen 0° C und 100° C, im allgemeinen bei Siedetemperatur des Lösungsmittels. Nach 15minütiger Siedezeit wird das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt undmit der Hydrazinkomponente in mit Lösungsmitteln verdünnter oder unverdünnter Form versetzt. Die Zugabe der Reaktanten kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.

Die gebildeten Acylhydrazone der allgemeinen Formel IV lassen sich dann mit Thionylchlorid zu 5-Halogen-1,2,3-thiadiazolen der Formel VI umsetzen. Die Reaktion erfolgt bei Temperaturen zwischen —20° C und 100° C, vorzugsweise zwischen —5° C und 50° C

Die Reaktionszeit kann je nach Reaktionstemperatur zwischen 1 Stunde und 20 Stunden betragen.
Zur Synthese der 5-Halogen-l,2,3-thiadiazole können die Reaktionspartner in etwa äquimolaren Mengen eingesetzt werden. Thionylchlorid kann aber auch in großem Oberschuß quasi als Lösungsmittel verwendet werden.

Zweckmäßigerweise werden Acylhydrazon und Thionylchlorid jedoch im Molverhäitnis von 1 :3 eingesetzt
Die Reaktion kann auch in Gegenwart von gegenüber den Reaktanten inerten Lösungsmitteln ablaufen,-Als solche seien genannt halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, alipl.dtische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Petroläther, Pentan, Cyclohexan, Benzol,Toluol und Xylol, Äther, wie Diäthyläther, Tetrahydrofuran, Dioxan, Äthylcnglycoldiäthyläther und Diäthylenglycoldiäthyläther, und Ester, wie Essigester.

In der Regel wird das Acylhydrazon, gegebenenfalls auch gelöst oder suspendiert in einem geeigneten Lösungsmittel, portionsweise zum gegebenenfalls mit organischen Lösungsmitteln verdünnten Thionylchlorid gegeben, jedoch kann die Zugabe der Reaktanten auch in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen werden.
Der während der Reaktion sich bildende Chlorwasserstoff kann kontinuierlich durch einen Inertgasstrom aus dem Reaktionsgefäß entfernt werden.

Nach erfolgter Reaktion wird das Reaktionsgemisch in an sich bekannter Weise aufgearbeitet.
Nach Abdestillieren des Lösungsmittels und des überschüssigen Thionylchlorids kann der Rückstand fraktioniert destilliert werden; oder aber man vernichtet das überschüssige Thionylchlorid mit gesättigter Sodalösung, Natrium- oder Kaliumhydrogencarbonatlösung, Natriumacetatlösung oder ir.it Natron- und Kalilauge oder direkt mit Wasser und unterzieht die Reaktionslösung dann einer Wasserdampfdestillation.

Aufgrund ihrer hohen Dichte lassen sich S-Halogen-l^ß-thia^iazole leicht aus den Wasserdampfkondensaten entfernen. Die wäßrige Phase kann weiterhin mit Pentan, Äther oder Methylenchlorid extrahiert werden.

Man erhält die Reaktionsprodukte bei der Wasserdampfdestillation als schwach gelbliche, bei der f/aktionier· ten Destillation als farblose, leicht flüchtige Flüssigkeiten, die die Tendenz haben, im Kühler kristallin zu erstarren.

Die Reaktionsprodukte sind hervorragend in organischen Lösungsmitteln, wie Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Äthern, Ketonen, Alkoholen, Estern, Carbonsäureamiden und Carbonsäurenitrilen löslich. Ihre Löslichkeit in Wasser ist gering.

bo Für die weitere Umsetzung ist eine erneute Reinigungsoperatior. selbst bei den durch Wasserdampfdestillation erhaltenen Rohprodukten nicht erforderlich. Die so erhaltenen Reaktionsprodukte neigen in Abhängigkeit vom Reinheitsgrad besonders unter Lichteinfluß zur Dunkelfürbung, /eigen jedoch auch bei längerer Aufbewahrung kaum Gchaltsvcrlust.

Die 5-llalogwü-!,2,3-lhiadia/.olc werden diinn mit Ammoniak in '>-Amino-l,2,J-lhi;₁diazol der Formel I übcrhi führt. Ammoniak kann in Form von ammoniiikhalligu-n organischen lösungsmitteln, wie Methanol, Äthanol, Rcn/.ol, Toluol, Xylol, Tetrahydrofuran oder Dioxan, pruklischcrwcisc jedoch in verflüssigtem Zustand eingesetzt würden. Die Reaktion erfolgt bei Temperaturen zwischen —70"C und 120"C, vorzugsweise jedoch bei Rückflußtemperatur des entsprechenden Reaktionsgcinisches. Der Druck kann von I bis 10 Atmosphären,

vorzugsweise jedoch I Atmosphäre, betragen. Die Rcaktionsparincr können in molaren Mengen umgesetzt werden: zweckmaßigcrwcisc jedoch wird der Ammoniak im Überschuß, vorzugsweise I bis 20 Äquivalente, eingesetzt.

Die Reaktion kann im Sinne einer Addiiions-Eliminicrungsreaklion auch Säure- bzw. L.ewissäure-katalysiert ablaufen. Als Lewissäuren seien beispielsweise genannt: HgCb. (NH₄JiSOi, NH₄CI, NIUBr, HgBo. ί (CH iJiSiOSOiCFuSnCU. BF, und p-Toluolsulfonsäure-Hydrat.

Zwcckmäßigerwcisc verfährt man derart, daß man die Halogenkomponente bei Temperaturen /wischen — bO"C und — 35"C bei Normaldruck in flüssigen Ammoniak tropfen liilii und I bis 8 Stunden bei Rückflußlcmperatur reagieren läßt.

Im allgemeinen katalysieren die während der Reaktion entstandenen Ammonsalze den Chloraustausch. Nach beendeter Reaktion wird der überschüssige Ammoniak abgedampft und man trennt das entstandene 5-Amino-1,23-thiadiazol vom Ammoniumsalz durch erschöpfende Extraktion mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, wie Essigestcr, Methylenchlorid. Aceton, Methanol oder Äthanol oder kristallisiert direkt aus Wasser um.

Man erhält auf diese Weise 5-Amino-l,2,3-thiadiazol in äußerst reiner Form und in nahezu quantitativen Ausbeuten und benötigt für weitere Umsetzungen keine anschließenden Reinigungsoperationen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiele

la) Herstellung von 2-Chloräthylidenaminocarbaminsäureäthylester

550 g (3,5 Mol) einer 5O°/oigen wäßrigen Lösung von Chloracetaldehyd werden mit 3000 ml Wasser verdünnt, mit 10 g Kieselgur versetzt, um das sich abscheidende Harz zu binden, und durch einen Faltenfilter in einen dreifach tubuiierten 6-l-Rundkolben mit Rührer und Thermometer filtriert. Unter Eiskühlung wird innerhalb von 15 Minuten eine Lösung aus 364 g (33 Mol) Hydrazinoameisensäureäthylester in 360 ml Wasser eingerührt. Die Innentemperatur wird zwischen O⁰C und 5° C gehalten. Es bildet sie" sofort ein dicker weißer Kristallbrei. Es wird 30 Minuten bei Raumtemperatur nachgerührt; die Kristalle werden abgesaugt, mit etwa 6 I Wasser neutral gewaschen und im Vakuum bei 30⁰C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Ausbeute: 525.98 g = 913% der Theorie, Fp.: 120-121⁰C Die Verbindung kann aus Alkohol umkristallisiert werden.

Analyse:	C 36.48,	H	531,	Cl	21,54,	N	17,02%,
Berechnet:	C 36.91.	H	5.46.	Cl	21.37.	N	16,93%.
Gefunden:

Ib) Herstellung von 2-Chloräthylidenaminocarbaminsäureäthylester

40

In einem dreifach tubuiierten 250-ml-Rundkolben mit Rührer, Thermometer und Rückflußkühler werden 60 ml Wasser und 0,8 ml konz. Salzsäure auf 90°C erwärmt, mit 15,2 g Chloracetaldehyddiäthylacetal versetzt und 15 Minuten bei 90°C bis 100°C gerührt. Man kühlt auf 30°C ab und läßt dann innerhalb von 10 Minuten eine Lösung aus 123 g Hydrazinoameisensäureäthylester in 40 ml Wasser zutropfen. Es bildet sich ein weißer Kristalibrei. Nach 15minütigem Nachrühren wird abgesaugt, mit 30 ml Eiswasser ausgewaschen und im Vakuum bei Raumtemperatur bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Man erhält weiße Kristalle.

Ausbeute: 14.4 g = 873% der Theorie, Fp.: 120-121⁰C.

In analoger Wei-2 lassen sich die folgenden Verbindungen herstellen:

Name der Verbindung Physikalische Konstante

2-BromäthylidenamifiocarbaminsäureäthyIester Fp.: 126—127°C

2-Chloräthylidenaminocarbaminsäuremethylester Fp.: 129—130⁰C

Chloracetaldehydsemicarbazon Fp.: 132—133°C

11) Herstellung von 5-Chlor-1,23-thiadiazoI

In einem einfach tubuiierten 2-1-Rundkolben mit Rührer, Thermometer, Rückflußkühier und Gasableitung werden 110 ml Thionylchlorid (13 Mol) auf 5° C abgekühlt und innerhalb von 5 Minuten mit 823 g 2-ChIoräthyIidenaminocarbaminsäureäthylester versetzt. Die innentemperatur steigt auf 20⁰C an. Man rührt 15 Minuten im Eisbad, dann 2 Stunden bei Raumtemperatur nach. Es bildet sich unter Gasentwicklung eine dunkelgrüne Reaktionslösung. Nach ISstündigem Stehen bei Raumtemperatur wird die nun braune Reaktionslösung bei einer Innentemperatur von 5°C bis 20⁰C langsam mit 600 ml einer gesättigten Natriumhydrogencarbonatlösung zersetzt und dann mit Wasserdampf destilliert. Man fängt 1 I Destillat auf. Das Chlorthiadiazol scheidet sich als

gelbe Flüssigkeit ab. Man trennt ab und extrahiert das Destillat zweimal mit je 200 ml Pentan. Das Rohprodukt wird zusammen mit den Pentanextrakten über MgSC>4 getrocknet und im Vakuum bei 40⁰C und 200 mm eingedampft.

Ausbeute: 46,0 g (als Rohprodukt, das undestilliert in die nächste Stufe eingesetzt werden kann).

I>.e Destillation des Rohproduktes ergibt 39,1 g = 65.1% der Theorie vom Kp₃₀: 58-62°C (Fp.: etwa 20⁰C) S-Chlor-l^-thiadiazol.

Analyse:	C 19,92,	H	0,84.	Cl	29.41,	N	23.24%,
Berechnet:	C 20,14,	H	1,01,	Cl	31,00,	N	23,22%.
Gefunden:

In analoger Weise läßt sich herstellen 5-Brom-1,2,3-thiadia/ol vom Kρ«:61 —64"C.

III) Herstellung von 5-Amino-1.2,3-thiadiu/.ol

in einem dreifach tubüücricr. M-Rundkclbcn rr.'n Trockeneis-Kühler, Magnetrührer und Trockeneis/Methn-

nol-Kältebad mit einer Temperatur von —75°C werden 200 ml kondensierter Ammoniak vorgelegt und innerhalb von 5 Minuten mit 50 g (0,415 Mol) 5-Chlor-l,2,3-thiadiazol versetzt. Es scheiden sich sofort gelbe Kristalle ab. Man rührt 3 Stunden ohne Kältebad unter Rückfluß; nach etwa 1 Stunde hat sich eine fast klare gelbe Lösung gebildet; man läßt dann den Ammoniak bei Raumtemperatur innerhalb von zweieinhalb Stunden abdampfen.

Anschließend wird eine halbe Stunde im Wasserstrahlpumpenvakuum zur vollständigen Entfernung des Ammoniaks getrocknet. Der verbleibende Kolbenrückstand wird unter Rühren auf Aufkochen mehrmals insge· samt mit 900 ml Essigester digeriert; die Essigesterlösungen werden im Vakuum bei 40⁰C bis zur Trockne eingedampft.

Ausbeute:36,l g = 85.9% der Theorie, Fp.: 137-138°C.

Jie Substanz ist klar in Aceton löslich.

Das Verfahrensprodukt kann zur Herstellung von Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmitteln, zum Beispiel zur Herstellung von herbizid wirksamen 1,2,3-Thiadiazolyl-harnstoffen, Verwendung finden.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von 5-Amino-1 ^3-thiadiazoI der Formel
_s N C-H

I i »

N C-NH₂

d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man Halogenacetaldehyde der allgemeinen Forme!