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Verfahren zur Herstellung von 2-Imino-arylenothiazolin-
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Verbindungen (Zusatz zur Patentanmeldung P 28 01 991.2) Die vorliegende
Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 2-Imino-arylenothiazolinen
durch Cyclisierung von Arylthioharnstoffen.
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Am Stickstoff substituierte 2-Imino-arylenothiazoline sind wertvolle
Ausgangskomponenten für Azofarbstoffe und Pflanzenschutzmittel. Sie können durch
oxidativen Ringschluß von N-substituierten N-Arylthioharnstoffen hergestellt werden.
Als Cyclisierungsmittel wurden dafür schon Dischwefeldichlorid (S2C12) in Chlorbenzol
(Französische Patentschrift 688 867), Brom in Chloroform oder Essigsäure (Journal
für praktische Chemie r 2 153, 1 (1939); Org. Synthesis 27, 53 (1947)) sowie Chlor
in Äthylendichlorid mit Brom als Katalysator (Deutsche Offenlegungsschrift 26 31
163) vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren wird in organischen Lösungsmitteln gearbeitet,
was
bei technischer Durchführung jedoch gern vermieden wird. Nachteilig ist insbesondere
bei dem technisch vorwiegend verwendeten Dischwefeldichlorid die Bildung von Harzen,
der hohe Anfall an Schwefel, der etwa 2,7 Mol pro Mol 2-Imino-arylenothiazolin beträgt,
sowie zusätzlich die zeitaufwendige Regeneration des Lösungsmittels.
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In der Hauptanmeldung P 28 01 991.2 wird ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von 2-Amino-arylenothiazolen durch Cyclisierung von Arylthioharnstoffen
vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Cyclisierung erfindungsgemäß
mittels Thionylchlorid durchführt. Dieses Verfahren läuft chemisch in der Weise,
daß 2 Mol Arylthioharnstoff sich mit 4 Mol Thionylchlorid und 2 Mol Wasser zu 2
Mol des 2-Amino-arylenothiazol-hydrochlorids, 3 Mol Schwefeldioxid, 1 Mol Schwefel
und 6 Mol Chlorwasserstoff umsetzen. Der Schwefelanfall ist demnach sehr gering,
die übrigen Verfahrensprodukte leicht abtrennbar.
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Die so herstellbaren 2-Amino-arylenothiazole können in ihrer tautomeren
Form auch als 2-Imino-arylenothiazoline gemäß der folgenden mesomeren Gleichung
bezeichnet werden:
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens der Patentanmeldung
P 28 01 991.2 wurde nun gefunden, daß man die erfindungskennzeichnende Verfahrensweise
der Hauptanmeldung P 28 01 991.2 auch auf die Herstellung von am Stickstoff des
Thiazolinringes substituierte 2-Imino-arylenothiazoline unter Verwendung der entsprechenden
N-substituierten N-Arylthioharnstoffe als Ausgangsverbindungen übertragen kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von im Thiazolinring durch Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylreste N-substituierten
2-Imino-arylenothiazolinen, insbesondere von solchen im Thiazolinring N-substituierten
2-Imino-benzo-thiazolin-Verbindungen, durch Cyclisierung von N-Aryl-N-alkyl-, N-Aryl-N-cycloalkyl-
oder N,N-Diaryl-thio-harnstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Cyclisierung
mittels Thionylchlorid durchführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gehorcht auf Grund der analytisch erfaßten
Reaktionsprodukte der Reaktionsgleichung:
in welchen "Aryl" einen monovalenten carbocyclischen oder heterocyclischen aromatischen
Rest bedeutet, der unsubstituiert oder durch elektroneutrale, elektroposi-
tive
und/oder schwach elektronegative Substituenten substituiert ist, "Arylen" einen
carbocyclischen oder heterocyclischen aromatischen, ortho-ständig bivalenten Rest
bedeutet, der unsubstituiert oder durch elektroneutrale, elektropositive und/oder
schwach elektronegative Substituenten substituiert ist, und R' für einen Aryl-,
Cycloalkyl- oder Alkylrest steht.
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Solche positiven oder neutralen Substituenten sind beispielsweise
niedere Alkylgruppen, wie Methyl-, Äthyl-oder Propylgruppen, die Hydroxygruppe,
niedere Alkoxygruppen, wie Methoxy-, Äthoxy-, Propoxy- oder Butoxygruppen, gegebenenfalls
durch niedere aliphatische Reste oder Arylreste, wie Phenylreste, substituierte
Amino- oder Acylaminogruppen, wie beispielsweise Acylaminogruppen von niederen aliphatischen
Carbonsäuren oder von Arylcarbonsäuren, wie der Benzoesäure, niedere Alkylmercapto-
und Acyloxygruppen von niederen aliphatischen Carbonsäuren oder Arylcarbonsäuren,
wie der Benzoesäure. Schwach negative Gruppen sind beispielsweise Halogenatome,
wie Fluor-, Chlor- oder Bromatome, niedere Alkanoyl- und niedere Alkoxycarbonylgruppen.
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Die zuvor und im folgenden erwähnten Arylreste bzw.
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Arylenreste sind bevorzugt Phenyl- und Naphthyl- bzw.
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Phenylen- und Naphthylenreste. Cycloalkylreste sind bevorzugt der
Cyclopentyl- und der Cyclohexylrest, die noch durch 1 bis 3 Methylgruppen substituiert
sein können.
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Alkylreste sind bevorzugt niedere Alkylreste von 1 bis 6 C-Atomen,
insbesondere von 1 bis 4 C-Atomen. Die Angabe "niedere" bezieht sich auf Gruppen,
deren Alkyl- oder Alkylenreste jeweils 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atome enthalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren verläuft einheitlich und ergibt hohe
Ausbeuten an analysenreinen, im Thiazolinring N-substituierten 2-Imino-arylenothiazolin-Verbindungen.
Es ist besonders zur Herstellung von im Thiazolinring
N-substituierten
2-Imino-benzothiazolinen und im Thiazolinring N-substituierten 2-Imino-naphthothiazolinen
sowie deren im Benzolkern durch elektroneutrale, elektropositive und/oder durch
schwach elektronegative Gruppen substituierte Derivate geeignet, wobei die N-Substituenten
vorzugsweise niedere Alkylreste sind. Zur Herstellung dieser Verbindungen geht man
entsprechend von den unsubstituierten bzw. durch die obengenannten Gruppen substituierten
N-substituierten N-Phenylthioharnstoffen bzw. N-Naphthylthioharnstoffen aus.
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Bevorzugt ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung
von 2-Imino-benzothiazolin-Verbindungen der allgemeinen Formel (2å)
in welcher R für ein Wasserstoffatom oder Fluor-, Chlor-oder Bromatom oder eine
niedere Alkylgruppe, wie Methyl-oder Äthylgruppe, oder eine niedere Alkoxygruppe,
wie Methoxy- oder Äthoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Aminogruppe steht und
R' eine Alkylgruppe von 1 bis 4 C-Atomen bedeutet, die gegebenenfalls durch einen
Phenylrest, eine Hydroxygruppe oder eine sekundäre Aminogruppe der Formel -NR1N2
substituiert sein kann, in welcher R1 und R2 gleich oder verschieden voneinander
sein können und R1 eine Alkylgruppe von 1 bis 4 C-Atomen, eine Benzylgruppe oder
den Phenylrest bedeutet und R2 eine Alkylgruppe von 1 bis 4 C-Atomen darstellt,
oder R' einen Cycloalkylrest, vorzugsweise einen Cyclohexylrest, oder einen durch
die obengenannten elektroneutralen, elektropositiven und/oder schwach elektronegativen
Substituenten substituierten Arylrest, wie Phenylrest, bedeutet; zur Herstellung
der Verbindungen der Formel (2a) geht man entsprechend von Thio-
harnstoff-Verbindungen
der allgemeinen Formel (1a)
aus, in welchen R' und R die obengenannte Bedeutung besitzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in organischen Lösungsmitteln,
wie Toluol, Chlorbenzol oder Dichlorbenzol, durchgeführt werden. Zweckmäßig arbeitet
man jedoch in Abwesenheit von organischen Lösungsmitteln unter Verwendung von mindestens
der 2-fachen molaren Menge an Thionylchlorid, bezogen auf den N-substituierten N-Arylthioharnstoff
als Ausgangsverbindung. Vorteilhaft führt man die Reaktion in Thionylchlorid als
Lösungsmittel oder Reaktionsmedium durch, wobei man vorzugsweise pro Mol N-substituierten
N-Aryl-thioharnstoff etwa 2,1 bis 5 Mol, insbesondere 2,5 bis 3 Mol Thionylchlorid
einsetzt. Es können zwar höhere Uberschüsse an Thionylchlorid verwendet werden,
jedoch ist dies aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht nicht sinnvoll.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders günstig in der Weise
durchgeführt, daß man den Ausgangs-Arylthioharnstoff in das Thionylchlorid bei einer
Temperatur zwichen 10 und 700C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 10 und
550C, unter Rühren einträgt und sodann während einer Reaktionszeit von einigen.Stunden,
wie etwa 3 bis 5 Stunden, die Reaktion bei einer Temperatur zwischen etwa 40 und
800C, vorzugsweise zwischen 50 und 650C, durchführt. Man erhält eine Schmelze, die
anschließend mit Wasser langsam zersetzt wird, wobei man entweder diese Schmelze
mit Wasser versetzt oder diese Schmelze langsam in vorgelegtes Wasser gibt. Man
erhält eine wäßrige Lösung des Hydrochlorids der 2-Imino-arylenothiazolin-Verbindung;
der bei der Reaktion gebildete
Schwefel suspendiert in dieser Lösung.
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Die bei der Cyclisierungsreaktion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der anschließenden Hydrolyse gebildeten Gase aus Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff
können vorteilhaft zuerst in Wasser, danach in wäßriger Alkalilauge, wie Natronlauge,
absorbiert werden. Die hierbei anfallende Salzsäure und die Natriumbisulfitlösung
können in zahlreichen technischen Prozessen eingesetzt werden. Diese Abfallprodukte
sind somit im technischen Produktionsverbund recyclisierbar und belasten die Ökologiebilanz
dieses neuen, erfindungsgemäßen Verfahrens nicht.
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Die erhaltene wäßrige Lösung des 2-Imino-arylenothiazolin-hydrochlorids
wird nach Abfiltrieren von dem suspendierten Schwefel mittels Aktivkohle geklärt;
das 2-Iminoarylenothiazolin wird danach durch Zugabe von einem basischen Neutralisationsmittel,
wie Ammoniak oder einem Hydroxid, Oxid oder Carbonat eines Alkali- oder Erdalkalimetalls,
wie des Natriums, Kaliums oder Calciums, abgeschieden. Bevorzugt verwendet man hierzu
wäßriges Ammoniak. Das abgeschiedene 2-Imino-arylenothiazolin wird anschließend
durch Abfiltrieren oder Abzentrifugieren isoliert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß es in
einfachen Apparaturen mit geringem Raumbedarf sowie ohne organisches Lösungsmittel
durchgeführt werden kann. Es liefert die 2-Imino-arylenothiazoline in hoher Reinheit
und Ausbeute. Der bei der Reaktion anfallende Schwefel wird gegenüber technisch
gebräuchlichen Verfahren auf weniger als ein Fünftel gesenkt.
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Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Die Teile sind Gewichtsteile, die Prozentangaben sind Gewichtsprozent, sofern nichts
anderes vermerkt.
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Beispiel 1: In 666,4 Teile Thionylchlorid werden bei einer Temperatur
zwischen 50 und 600C innerhalb von 2 Stunden 360 Teile N-Äthyl-N-phenylthioharnstoff
gleichmäßig eingetragen; die erhaltene Suspension wird anschließend 4 Stunden bei
der Temperatur zwischen 50 und 60"C gerührt. Die entweichenden Reaktionsgase (Schwefeldioxid
und Chlorwasserstoff) werden in einer zweistufigen Absorptionsanlage (Wasser und
Natronlauge) in eine wäßrige Salzsäurelösung bzw. Natriumbisulfitlösung übergeführt.
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Man gießt die Cyclisierungsschmelze sodann unter Rühren in eine Mischung
aus 2700 Teilen Wasser und 40 Teilen Kieselgur, rührt 30 Minuten bei 600C, klärt
mit 10 Teilen Aktivkohle, filtriert hiervon ab und gibt die Lösung in 350 Teile
25 %ige wäßrige Ammoniaklösung. Das 3-Äthyl-2-iminobenzthiazolin fällt in farblosen
Kristallen aus; man filtriert es ab, wäscht es mit Wasser und trocknet es.
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Man erhält 341,7 Teile (96,0 % d.Th.) 3-Äthyl-2-iminobenzthiazolin
mit einem Schmelzpunkt von 850C und einem Reinheitsgehalt von größer als 99,5 %
gemäß einer potentiometrischen Titration mit Perchlorsäure.
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Beispiel 2: Verfährt man wie in Beispiel 1 beschrieben, setzt jedoch
anstelle von N-0thyl-N-phenylthioharnstoff äquimolare Mengen an N-Methyl-N-ohenylthioharnstoff
ein, so erhält man das 3-Methyl-2-iminobenzthiazolin mit einem Schmelzpunkt von
1220C in 95,6 %iger Ausbeute d.Th. und in gleich guter Reinheit.
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Beispiel 3: Man trägt innerhalbon 3 Stunden 180 Teile N-(2-Methylpheyl)-N-methyithioharnstoff
bei 20 - 300C gleichmäßig in 298,7 Teile Thionylchlorid ein; das Reaktionsgemisch
heizt man in einer Zeit von 2 Stunden auf eine Temperatur von 45 bis 500C und rührt
anschließend 3 Stunden bei dieser
Temperatur weiter. Danach tropft
man-zu dem Reaktionsprodukt innerhalb von 2 Stunden 250 Teile Wasser zu, wobei die
Temperatur zwischen 50 und 600C gehalten wird. Die entweichenden Reaktionsgase werden
entsprechend Beispiel 1 absorbiert. Die sich bildende Suspension wird anschließend
in eine Mischung aus 1000 Teilen Wasser und 20 Teilen Kieselgur eingerührt, 5 Teile
Aktivkohle werden zugesetzt, und das Ganze wird bei etwa 600C 30 Minuten lang gerührt.
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Man filtriert anschließend ab und stellt das Filtrat durch Zutropfen
von etwa 30 %iger Natronlauge auf einen pH von 8,5. Der ausgefallene Niederschlag
wird bei 200C abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet.
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Man erhält 162,5 Teile (91,3 % d.Th.) 3,4-Dimethyl-2-iminobenzthiazolin
mit einem Schmelzpunkt von 83,50C und einem Reingehalt von größer als 98,5 %.
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Man erhält das 3,4-Dimethyl-2-iminobenzthiazolin aus der obigen Reaktionsschmelze
in gleich guter Ausbeute und Qualität, wenn man die Schmelze in 1250 Teile Wasser,
dem 20 Teile Kieselgur zugesetzt waren, eindrückt und ansonst in der angegebenen
Weise weiterverfährt.
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Beispiel 4: 210 Teile N-(4-Methoxyphenyl)-N-äthylÆhioharnstoff werden
innerhalb von 4 Stunden unter Rühren in 394,4 Teile etwa 500C warmes Thionylchlorid
eingetragen; man rührt bei etwa 500C 4 Stunden lang nach und hydrolysiert anschließend
die Cyclisierungsschmelze durch tropfenweise Zugabe von 300 Teilen Wasser, wie in
Beispiel 3 beschrieben. Die erhaltene Suspension wird 3 Stunden bei etwa 600C nachgerührt,
anschließend in ein Gemisch aus 800 Teilen Wasser und 15 Teilen Kieselgur eingegossen,
mit 15 Teilen Aktivkohle versetzt und anschließend filtriert. Das Filtrat wird in
300 Teile 25 %ige wäßrige Ammoniaklösung fließen lassen, der ausgefallene farblose
Niederschlag abgesaugt, mit wenig Wasser gewaschen und getrocknet.
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Man erhält 182,0 Teile (87,5 % d.Th.) 6-Methoxy-3-äthyl-2-imino-benzthiazolin
mit einem Schmelzpunkt von 600C und einem Reinheitsgehalt von größer als 95 %.
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Beispiel 5: Verfährt man wie in Beispiel 4 beschrieben, verwendet
jedoch anstelle von N-(4-Methoxyphenyl) -N-äthyl-thioharnstoff äquimolare Mengen
an N-(4-Chlorphenyl)-N-methyl-thioharnstoff, so erhält man entsprechend'das 6-Chlor-3-methyl-2-imino-benzthiazolin
mit einem Festpunkt von 790C in gleich guter Ausbeute und Qualität.
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Beispiel 6: 125,5 Teile N-Phenyl-N-(B-diäthylaminoäthyl)-thioharnstoff
werden unter Rühren innerhalb von 90 Minuten in 334,6 Teile etwa 650C warmes Thionylchlorid
eingetragen; die Reaktionsmischung wird danach 5 Stunden unter Rückfluß (65 - 700C)
gerührt. Die erhaltene Cyclisierungsschmelze wird analog Beispiel 1 mit 3200 Teilen
Wasser hydrolysiert. Die geklärte wäßrige Lösung scheidet beim Einlaufenlassen in
Ammoniak das Endprodukt ölig aus; dessen Vakuumdestillation liefert 102,5 Teile
(entsprechend 82,3 * d.Th.) 3-(B-Diäthylaminoäthyl)-2-imino-benzthiazolin bei einem
Siedepunkt von 1900C bei0,133mbar. Es zeigt im Gaschromatogramm keine erkennbaren
Verunreinigungen.
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Beispiel 7: Verfährt man wie in Beispiel 6 beschrieben, verwendet
jedoch an Stelle von N-Phenyl-N-(B-diäthylaminoäthyl)-thioharnstoff äquivalente
Mengen von N-(2-Äthoxyphenyl)-N-methyl-thioharnstoff, so erhält man 98,7 Teile (entsprechend
94,0 % d.Th.) 4-Äthoxy-3-methyl-2-iminobenzthiazolin
mit einem
Siedepunkt von l800C bei 0,066 mbar mit einem Reinheitsgehalt von 98,9 z gemäß potentiometrischer
Titration mit Perchlorsäure.
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Beispiele 8 bis 30 : Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie beispielsweise
nach einer in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahrensweise, werden auch die
in der nachfolgenden Tabelle genannten Verbindungen entsprechend der nachstehenden
allgemeinen Formel (3) mit den in der Tabelle angegebenen Ausbeuten und Reinheitsgraden
erhalten, wenn man von den entsprechenden Phenylthioharnstoffen der Formel (4) ausgeht:
| Beispiel R' R¹ R² Ausbeute Reinheits- Smp. oder |
| (% d. Th.) grad Sdp. (mbar) |
| 8 n-C3H7 H H 93.1 98.9 % 166°C |
| 9 n-C4H9 H H 89.7 98.2 % 157°C (5,33) |
| 10 i-C5H11 H H 81.0 97.9 % 165°C (4,0) |
| 11 -CH2-CH2OH H H 95.6 99.0 % 120°C |
| 12 -CH2-# H H 94.1 98.0 % 79°C |
| 13 Phenyl H H 89.5 95.3 % 208°C |
| 14 Cyclohexyl H H 82.9 98.1 % 104°C |
| 15 -CH3 6-Br 4-Br 93.0 95.6 % 106°C |
| 16 -CH3 6-CH3 4-CH3 92.5 98.3 % 50°C |
| 17 -CH3 4-CH3+6-CH3 2-CH3+4-CH3 88.8 97.0 % 104°C |
| 18 -CH3 6-Phenyl 4-Phenyl 97.4 92.8 % 166°C |
| 19 -CH3 6-OC2H5 4-OC2H5 81.0 99.4 % 200°C (0,006) |
| 20 -C2H5 6-CH3 4-CH3 91.0 96.6 % 104°C |
Fortsetzung - Tabelle
| Beispiel R' R¹ R² Ausbeute Reinheits- Smp. oder |
| (% d.Th.) grad Sdp. (mbar) |
| 21 -C2H5 4-OCH3 2-OCH3 87.5 94.8 % 40°C |
| 22 -C2H5 5-OCH3 3-OCH3 69.0 97.8 % 56°C |
| 23 -(CH2)2-N(CH3)2 6-OC2H5 4-OC2H5 71.4 98.9 % 198°C (0,5) |
| 24 -(CH2)2-N(CH3)2 6-Cl 4-Cl 90.0 97.8 % 146°C (0,009) |
| 25 -(CH2)2-N(CH3)2 6-COOC2H5 4-COOC2H5 93.9 98.7 % 165°C (0,003) |
| 26 -(CH2)3-N(CH3)2 5-Cl 3-Cl 58.9 99.2 % 167°C (1,06) |
| 27 -(CH2)3-N(CH3)2 6-Cl 4-Cl 88.2 98.2 % 150°C (0,066) |
| 28 -(CH2)3-N(CH3)2 6-COOC2H5 4-COOC2H5 90.6 96.2 % 168°C (0,0026) |
| 29 CH3 4-CH3 2-CH3 93.9 91.9 % 62°C |
| # |
| -# |
| 30 -#-CH3 6-CH3 4-CH3 88.7 95.0 % 73°C |