DE2829740C2

DE2829740C2 -

Info

Publication number: DE2829740C2
Application number: DE19782829740
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr. 6233 Kelkheim De Heubach
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1987-06-25
Also published as: DE2829740A1

Description

Cyanameisensäurederivate - insbesondere die Ester und Amide - sind Vor- bzw. Zwischenprodukte für technische Synthesen, z. B. zur Herstellung von Pflanzenschutz- oder Arzneimitteln, von Farbstoffen und Hilfsmitteln. Sie sind teilweise auch als Endprodukte (z. B. als Biocide) von Interesse.

Zu ihrer Herstellung ist eine Reihe verschiedener Methoden bekannt. So lassen sich z. B. Cyanameisensäureester aus Carbamoylameisensäureestern durch Behandlung mit P₂O₅ darstellen [Ber. dt. chem. Ges. 52, 660 (1919)]:

Es ist weiterhin bekannt, daß Chlorameisensäureester mit Kaliumcyanid - insbesondere unter Phasentransferkatalysebedingungen - zu Cyanameisensäureestern reagieren (US-PS 39 86 973):

Cl-COOR + KCN → NC-COOR + KCl (2)

Diese Reaktion läßt sich auch auf sekundäre Amide der Chlorameisensäure übertragen.

Beide vorstehend genannten Methoden haben den Nachteil, daß sich nur mäßige Ausbeuten erreichen lassen. So beträgt z. B. bei der Herstellung von Cyanameisensäureäthylester gemäß Gleichung 1 die Ausbeute weniger als 60% d. Th., bei der Herstellung des Methylesters gemäß Gleichung 2 sogar nur 35,5% d. Th. Im Fall der Verwendung von Cyaniden (s. Gleichung 2) werden darüber hinaus besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, die einer technischen Anwendung hindernd entgegenstehen.

Mit guten Ausbeuten hingegen verläuft die Umsetzung von Chlorameisensäureestern mit Trimethylsilylcyanid gemäß Gleichung 3 (Tetrahedron Letters 1973, 1449):

Cl-COOR + (CH₃)₃SiCN → NC-COOR + (CH₃)₃SiCl (3)

Diese Methode ist jedoch aus Gründen des relativ hohen Preises für Trimethylsilylcyanid zur Herstellung größerer Mengen von Cyanameisensäureestern und damit für deren technische Herstellung ungeeignet.

Cyanameisensäureanilide sind bisher durch Umsetzung von Isocyanaten mit Blausäure auf folgendem Weg hergestellt worden [Ber. dtsch. chem. Ges., 38, 2981 (1905)]:

Hierbei handelt es sich jedoch um eine Gleichgewichtsreaktion, die nur mäßige Ausbeuten liefert und wobei die Verwendung von Blausäure wiederum die bereits oben genannten zusätzlichen Nachteile in sich birgt.

Schließlich ist es auch noch bekannt, Derivate von α-Diketoverbindungen - nämlich α-Oximinoketone, α-Oximinoaldehyde, α-Nitrosoketone und α-Nitrosoaldehyde oder deren Dialkylacetale bzw. -ketale - an der Bindung, die

a) das die Oxim- oder Nitrosogruppe tragende C-Atom mit
b) dem Carbonyl-C-Atom oder acetalisierten bzw. ketalisierten C-Atom

verbindet, unter Bildung einer Cyano- und einer Ester-Gruppe zu spalten; die Spaltung geschieht durch die Einwirkung von Carbonsäureorthoestern, Produkten solcher Orthoester mit den Oximinoverbindungen sowie von Reaktionsprodukten solcher Orthoester mit Lewis-Säuren in einem inerten flüssigen elektrophilen Reaktionsmedium (DE-OS 27 40 482). Die Reaktion läßt sich anhand der Formelgleichung für die Spaltung des α-Oximinocyclohexanon-dimethylketals wie folgt illustrieren:

Wie aus der Formelgleichung ersichtlich bzw. abzuleiten ist, lassen sich nach dieser Methode nur Cyan-carbonsäureester mit mindestens 1 C-Atom zwischen Cyan- und Estergruppe herstellen. Cyanameisensäureester, die zwischen Cyan- und Estergruppe kein C-Atom mehr aufweisen, sind so nicht zugänglich.

Überraschenderweise wurde nun - in dem Bestreben, ein verbessertes Verfahren zu schaffen - gefunden, daß sich Cyanameisensäurederivate (Ester und Amide) auf einfachem Weg mit ausgezeichneten, oft nahezu quantitativen Ausbeuten, herstellen lassen, indem man 2-Oximinoacetessigsäurederivate (Ester und Amide) mit Thionylchlorid (SOCl₂) umsetzt; die 2-Oximinoacetessigsäurederivate gewinnt man auf literaturbekannte Weise aus den entsprechenden Acetessigsäurederivaten und salpetriger Säure.

Erfindungsgegenstand ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Cyanameisensäurederivaten der allgemeinen Formel I worin R=-OR₁, wobei R₁=(C₁-C₄)-Alkyl ist, oder wobei R₂, R₃ unabhängig voneinander (C₁-C₄)-Alkyl, (C₅-C₆)-Cycloalkyl, Benzyl, Phenyl, wobei diese Gruppen R₂ und/oder R₃ gegebenenfalls bis zu dreimal durch F, Cl, Br, NO₂, (C₁-C₄)-Alkyl, Halogen-(C₁-C₄)-alkyl, (C₁-C₄)- Alkoxy, Halogen-(C₁-C₄)-alkoxy, Phenoxy, Halophenoxy und/oder COOR′, (R′=C₁-C₄-Alkyl) substituiert sind oder R₂ und R₃ zusammen=(C₄-C₅)- Alkylen oder einer der Reste R₂ oder R₃ auch Wasserstoff sind,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 2-Oximinoacetessigsäurederivate der allgemeinen Formel II worin R die gleiche Bedeutung wie in Formel I besitzt,
mit einer mindestens äquimolaren Menge Thionylchlorid umsetzt. Bevorzugt werden als 2-Oximinoacetessigsäurederivate Verbindungen der Formel II verwendet, bei denen R₁ CH₃ oder C₂H₅ bedeutet.

Diese Umsetzung läßt sich summarisch durch folgende Formelgleichung (5) darstellen:

Der durch Gleichung 5 wiedergegebene Reaktionsverlauf war nicht zu erwarten, da Reaktionen von der Oximstufe zur Nitrilstufe üblicherweise ein Proton am oximgruppetragenden C-Atom zur Möglichkeit der Wasserabspaltung voraussetzen (vgl. Gleichung 6) und im Fall der Reaktion nach Gleichung 5 nur Acetylchlorid - welches nicht mit Thionylchlorid reagiert - abgespalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Umsetzung von 2-Oximinoacetessigsäurederivaten mit Thionylchlorid ist sehr breit anwendbar, so daß der Rest R in den Formeln II bzw. I innerhalb des angegebenen Rahmens weitgehend variiert werden kann.

Das Thionylchlorid wird in mindestens äquimolarer Menge eingesetzt. Es kann aber auch ohne Beeinträchtigung der Ausbeuten im Überschuß bzw. gleichzeitig als Lösungsmittel verwendet werden.

Ist Thionylchlorid nicht selbst das Lösungsmittel, verwendet man zweckmäßigerweise organische, aprotische Lösungsmittel wie z. B. Benzol, Toluol, Xylol, Dioxan, Methylenchlorid, aliphatische Äther.

Die Reaktionstemperatur liegt vorteilhaft zwischen etwa +10°C und etwa +140°C, insbesondere zwischen etwa +50°C und etwa +100°C. Die Reaktionszeit beträgt in Abhängigkeit von Reaktionstemperatur und dem Rest R zwischen etwa 15 Minuten und einigen Stunden.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich, ausgehend von preisgünstigen und ungefährlichen Vorprodukten, auf einfache Weise Cyanameisensäure- Ester und -Amide in sehr guten Ausbeuten herstellen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgende Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1 Cyanameisensäuremethylester

0,2 Mol 2-Oximinoacetessigsäuremethylester (29,0 g) wurden in 150 ml Benzol gelöst und mit 0,2 Mol Thionylchlorid versetzt. Die Tempeatur des Gemisches stieg auf 65°C. Ohne zusätzliches Erwärmen wurde 1,5 Stunden nachgerührt, in Wasser gegossen, mit Kochsalz gesättigt und die Benzolphase abgetrennt. Nach Waschen der Benzolphase mit gesättigter Kochsalzlösung wurde das Benzol abdestilliert und anschließend fraktioniert destilliert.

Ausbeute: 13,9 g82% d. Th. (Kp_{1010,8 mbar}=98-100°C).
Analyse: C₃H₃NO₂ (MG=85,5)
ber.:C 42,36%; H 3,55%; N 16,47%; gef.:C 42,50%; H 3,40%; N 16,50%.

Beispiel 2a Cyanameisensäure-4-chloranilid

0,2 Mol (48,2 g) 2-Oximinoacetessigsäure-4′-chloranilid wurden mit 65 g Thionylchlorid versetzt und 1 Stunde unter Rückfluß gehalten. Darauf wurde das überschüssige Thionylchlorid unter Vakuum abdestilliert und der kristalline Rückstand aus Benzol umkristallisiert.

Ausbeute: 32,5 g=90% d. Th. (Fp: 190°C).
Analyse: C₈H₅ClN₂O (MG=180,6)
ber.:C 53,21%; H 2,79%; N 15,51%; gef.:C 53,20%; H 3,00%; N 15,40%.

Beispiel 2b Cyanameisensäure-4-chloranilid

0,1 Mol (24,1 g) 2-Oximinoacetessigsäure-4′-chloranilid in 100 ml Dioxan wurden mit 0,1 Mol (12 g) Thionylchlorid versetzt und 1 Stunde unter Rückfluß gehalten. Nach dem Abkühlen wurde auf Eis gegossen, von den ausgeschiedenen Kristallen abgesaugt und mit Wasser gewaschen.

Ausbeute: 17,5 g96,9% d. Th. (Fp: 182-183°C).
Analyse (nach Umkristallisieren aus Benzol, Fp: 189-190°C): C₈H₅ClN₂O (MG=180,6)
ber.:C 53,21%; H 2,79%; N 15,51%; gef.:C 53,10%; H 2,90%; N 15,70%.

Beispiel 3 Cyanameisensäure-N-isopropyl-3,4-dichloranilid

0,1 Mol (31,7 g) 2-Oximino-acetessigsäure-N-isopropyl-3,4- dichloranilid wurden in 80 ml Benzol gelöst, mit 0,11 Mol (13 g) Thionylchlorid versetzt und 30 Minuten unter Rückfluß gehalten. Das Lösungsmittel wurde unter Vakuum abdestilliert, der kristalline Rückstand aus wenig Benzol umkristallisiert.

Ausbeute: 24,1 g93,8% d. Th. (Fp: 110-111°C).
Analyse: C₁₁H₁₀Cl₂N₂O (MG=257,1)
ber.:C 51,38%; H 3,92%; N 10,89%; gef.:C 51,20%; H 3,90%; N 10,70%.

Beispiel 4 Cyanameisensäure-N,N-diäthylamid

0,17 Mol (31,6 g) 2-Oximinoacetessigsäure-N,N-diäthylamid wurden in 130 ml Dioxan mit 0,34 Mol (40 g) Thionylchlorid versetzt. Die Temperatur des Gemisches stieg auf 74°C. Ohne zusätzliches Erwärmen wurde 1 Stunde nachgerührt, in Eiswasser gegossen und mit Äthylacetat ausgeschüttelt. Nach Abdestillieren des Äthylacetats wurde im Vakuum destilliert.

Ausbeute: 20 g93,2% d. Th. (Kp_{21,28 mbar}=100-102°C).
Analyse: C₆H₁₀N₂O (MG=126,15)
ber.:C 57,12%; H 7,99%; N 22,20%; gef.:C 57,30%; H 8,10%; N 22,40%.

Beispiel 5 Cyanameisensäure-N-methylanilid

0,3 Mol (66 g) 2-Oximinoacetessigsäure-N-methylanilid in 300 ml Benzol wurden mit 0,4 Mol Thionylchlorid (47,6 g) 30 Minuten unter Rückfluß gekocht. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels unter Vakuum wurde der Rückstand aus Toluol/Benzin (Siedebereich 60-90°C bei Normaldruck)=1 : 3 umkristallisiert.

Ausbeute: 41 g85,3% d. Th. (Fp.: 60-62°C).
Analyse (nach Umkristallisieren aus Toluol/Benzin, Fp.: 62°C): C₉H₈N₂O (MG=160,2)
ber.:C 67,49%; H 5,03%; N 17,49%; gef.:C 67,60%; H 5,20%; N 17,50%.

Analog vorstehenden Beispielen wurden die in folgender Tabelle aufgeführten Verbindungen Nr. 6-41 hergestellt.

Tabelle

Cyanameisensäurederivate der Formel I

Von den Beispielen 6 bis 41 wurden durchgeführt:

Beispiel 6 analog Beispiel 1,
Beispiele 7-10 analog Beispiel 2a,
Beispiel 11 analog Beispiel 2b,
Beispiele 12-20 analog Beispiel 2a,
Beispiele 21-38 analog Beispiel 3,
Beispiele 39-41 analog Beispiel 4.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Cyanameisensäurederivaten der allgemeinen Formel I worin R=-OR₁, wobei R₁=(C₁-C₄)-Alkyl ist, oder wobei R₂, R₃ unabhängig voneinander (C₁-C₄)-Alkyl, (C₅-C₆)-Cycloalkyl, Benzyl, Phenyl, wobei diese Gruppen R₂ und/oder R₃ gegebenenfalls bis zu dreimal durch F, Cl, Br, NO₂, (C₁-C₄)-Alkyl, Halogen-(C₁-C₄)- alkyl, (C₁-C₄)-Alkoxy, Halogen-(C₁-C₄)- alkoxy, Phenoxy, Halophenoxy und/oder COOR′ (R′=C₁-C₄-Alkyl) substituiert sind oder R₂ und R₃ zusammmen=(C₄-C₅)-Alkylen oder einer der Reste R₂ oder R₃ auch Wasserstoff sind,
dadurch gekennzeichnet, daß man 2-Oximinoacetessigsäurederivate der allgemeinen Formel II worin R die gleiche Bedeutung wie in Formel I besitzt,
mit einer mindestens äquimolaren Menge Thionylchlorid umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als 2-Oximinoacetessigsäurederivate Verbindungen der Formel II verwendet, bei denen R₁ CH₃ oder C₂H₅ bedeutet.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 10 und 140°C, vorzugsweise zwischen 50 und 100°C durchführt.