DE2934948A1

DE2934948A1 - Verfahren zur herstellung von 2-mercaptoalkylsulfiden und 2-mercaptoalkylethern

Info

Publication number: DE2934948A1
Application number: DE19792934948
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Bergthaller; Peter Dr. 5000 Köln Wenzl
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1981-03-19
Also published as: GB2058063A; GB2058063B; US4355185A

Description

AGFA-GEVAERT AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Patentabteilung Zb/bc/c

Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptoalkylsulfiden und 2-Mercaptoalkylethcrn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptoalkylsulfiden, insbesondere von 3-Thiaalkan-1-thiolen und von 2-Mercaptoalkylethern.

2-Mercaptoalkylsulfide, insbesondere die 3-Thiaalkan-1-thiole sowie 2-Mercaptoalkylether zählen zu den organischen Verbindungen mit besonders unangenehmen und anhaftendem Geruch. Sie sind z.T. hochsiedende, z.T. undestillierbare und im allgemeinen wasserunlösliche öle oder Wachse und stellen trotz ihrer unangenehmen "Ό Eigenschaften wertvolle Zwischenprodukte für die Synthese anderer organischer Schwefelverbindungen dar. Insbesondere eignen sie sich als Zwischenprodukte für die Synthese von Thioethern, Thiolestern, SuIfoxiden und SuIfonen.

Di? außerordentlich schwierige Technik der Gewinnung und Verarbeitung von 2-Mercaptoalkylsulfiden und 2-Mercaptoaikylethern stand jedoch bisher einer technischen Verwendung im Weg, zumal viele der Verbindungen,

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die grundsätzlich aus diesen Verbindungen zugänglich sind, nur aus reinen Ausgangsmaterialien in zufriedenstellender Ausbeute und Reinheit hergestellt werden können.

Reine 2-Mercaptoalkylsulfide und 2-Mercaptoalkylether sind nach den bisher bekannten Verfahren nur durch Nachreinigung auf dem Weg der Destillation oder gegebenenfalls Kristallisation zugänglich. Ein Verfahren, das direkt reine - und vor allem disulfidfreie 2-Mercaptoalkylsulfide und 2-Mercaptoalkylether liefert, ist nicht bekannt. Die Herstellung und Reinigung von 2-Mercaptoalkylsulfiden ist nur in aufwendigen Anlagen möglich.

Das bekannteste Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptoalkylsulfiden besteht darin, daß entsprechende 2-Hydroxyalkylsulfide in Gegenwart von starken Säuren mit Thioharnstoff bei Temperaturen um 100⁰C zu Isothiuroniumsalzen umgesetzt und diese anschließend mit überschüssigem wäßrigem Alkali gespalten werden. Diese Spaltung gibt nur mäßige Ausbeuten, höhere Ausbeuten nur dann, wenn das Thiol mit Wasserdampf abdestilliert werden kann. In vielen Fällen liegen die Ausbeuten ungünstig, was angesichts der dadurch steigenden Kosten für die Beseitigung der stark S-haltigen Prozeßablaugen nicht zu vertreten ist. Erschwert wird die Aufarbeitung noch dadurch, daß die als Nebenprodukte gebildeten Isothioharnstoffe, Cyanamide und Dicyandiamide unter den Reaktionsbedingungen rasch

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T-

schwerlösliche Schlämme und Schmieren bilden, die 2-Mercaptoalkylsulfid einschließen und die Trennung erschweren. Ähnliches gilt für die 2-Mercaptoalkylether, die aus 2-Halogenalkylethern hergestellt werden können.

Ein weiteres Verfahren zur Synthese von 2-Mercaptoalkylsulfiden besteht darin, daß Thiole mit Episulfiden umgesetzt werden (vgl. Fokin et al., Izv. Akad. Nauh. SSSR Ser. Khim (1975) 660-662). Es gibt wegen der hohen Polymerisationsneigung der Episulfide uneinheitliehe Produkte und ist zudem wegen der extremen Toxisität von Episulfiden, insbesondere des Grundkörpers der Reihe, technisch nicht durchführbar. 2-Mercaptoalky1-ether können über Episulfide in der Regel nicht hergestellt werden.

Ähnliches gilt für die Umsetzung von 2-Chloralkylsulfiden und 2-Chloralkylethern mit Thiolcarboxylaten oder Thiokohlensäurederivaten, z.B. Dialkyldithiocarbamaten, bei der Zwischenprodukte entstehen, die alkalisch gespalten werden müssen. Auch in diesen Fällen setzt die außerordentlich hohe Toxizität der 3-Thiaalkylchloride (ß-Chloralkylsulfide) einer technischen Anwendung kaum zu überwindende Hindernisse entgegen.

Im Zusammenhang mit den bekannten Herstellungsverfahren f'ir 2-Mercaptoalkylsulfide ist auf die entsprechenden Kapitel in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 9, Seiten 12-18, ferner Seiten 35-39 zu verweisen.

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weiterhin auf die entsprechende Darstellung in Weygand-Hilgetag "Organische chemische Experimentierkunst", Auflage, Seiten 654-655.

Viele Folgeprodukte aus 2-Mercaptoalkylsulfiden besitzen technisches Interesse. Die nach den Angaben der DE-OS 1 904 149 zugänglichen 1-Amino-3,6-dithiaalkane sind z.B. Zwischenprodukte für Monomere, die in der fotografischen Emulsionstechnik Verwendung finden. Zum Beispiel erteilen die in der DE-OS 1 904 147 beschriebenen N-S^-Dithiaalkylacrylamide einem Copolymergerüst, in das sie eingebaut werden, Schutzkolloidwirkung gegenüber Silberhalogenidkristallen.

Aus 2-Mercaptoalkylsulfiden darstellbare Thiaalkane eignen sich in hervorragender Weise als ümlösemittel für Silberhalogenid zur Herstellung hochempfindlicher Silberhalogenidemulsionen mit enger Korngrößenverteilung.

Auch bei der Herstellung von Thiakronenethern über Bis-(2-Mercaptoalkyl)-ether müssen diese in sehr hoher Reinheit vorliegen, wenn Ausbeute und Reinheit der Thiakronenether insbesondere den Ansprüchen bei photographischen Verwendungen genügen sollen.

Es besteht daher ein Interesse an einem Herstellungsverfahren für 2-Mercaptoalkylsulfide sowie 2-Mercaptoalkylether, bei dem diese sowohl in sehr hoher Reinheit anfallen, als auch ge-

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gebenenfalls ohne Reinigungsschritt direkt weiterverwendet werden können.

überraschenderweise wurde gefunden, daß 2-Mercaptoalkylsulfide und 2-Mercaptoalkylether z.T. in Ausbeuten von über 90 % des theoretischen Wertes erhalten werden, wenn man 3-Thiaalkylisothiuroniumsalze bzw. 3-Oxaalkylisothiuroniumsalze einer Hydrazinolyse unterwirft. Die Umsetzung erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 0 und 120°C, vorzugsweise zwischen 20 und 80°C und bei pH-Werten zwischen 6 und 12, vorzugsweise zwischen 7 und 9. Gegebenenfalls kann aber auch außerhalb dieser Bereiche gearbeitet werden.

Insbesondere wurde gefunden, daß man Verbindungen der Formel (I)

R-X-Et-SH (I)

erhält, wenn man Isothiuroniumsalze der Formel (II)

R-X-Et-SnC;_ ^₁₂ A (II)

mit Hydrazinen der Formel (III) umsetzt

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worin bedeuten:

R gegebenenfalls substituierter organischer Rest, insbesondere ein gegebenenfalls substituierter Alkyl-, Aryl- oder Aralkylrest, wobei diese Reste untereinander kombinierbar sind und wobei die Reste durch wenigstens 1 Schwefel- und/oder Sauerstoffatom unterbrochen sein können;

X Sauerstoff- oder Schwefelatom;

Et gegebenenfalls substituierte Ethylengruppe, die Ί0 Teil eines vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Ringes sein kann;

R ,R ,R ,R gleich oder verschieden; Wasserstoff; gegebenenfalls substituierte Alkylgruppe, insbesondere mit 1 bis 6 C-Atomen; gegebenenfalls substituierte Arylgruppe, insbesondere Phenyl und/ oder wenigstens ein Paar aus der Gruppe der Subsituenten R bis R den Rest zur Vervollständigung eines vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen heterocyclischen Ringes; insbesondere R und R gemeinsam ^H₂7₄; ZfCH₂^₅ und -C₂H₅-O-C₂H₄- sowie R¹⁰ und R gemeinsam eine Alkylengruppe mit 2-4 C-Atomen;

21 22
R ,R ,R gleich oder verschieden; Wasserstoff; gegebenenfalls substituierte Alkylgruppe, insbesondere mit 1 bis 5 C-Atomen; gegebenenfalls substi- Mf 55lr Arylgruppe;

R zusammen mit R den Rest zur Vervollständigung eines vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Ringes; A gegebenenfalls mehrwertiges Anion, insbesondere Chlorid und Sulfat.

in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechen die Verbindungen gemäß Formel

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(I) wenigstens einer Struktur gemäß Formel (Ia) und (Ib)

r- R³R⁴ 4-x-c-c—

R²R⁵

SH

(Ia)

R~

«4

in I

C -

CH₂-SH

(Ib)

worin bedeuten:

n-wertiger organischer Rest;

insbesondere:

1) ein gegebenenfalls durch Aryl substituierter oder durch Arylen, insbesondere Phenylen oder durch 0- oder S-Atome unterbrochener aliphatischer Rest, insbesondere mit 2-20 C-Atomen,

2) ein alicyclischer Rest, insbesondere mit 5-7 C-Atomen,

3) ein gegebenenfalls substituieter Arylrest, insbesondere Phenyl, Chlorphenyl, o-Carboxyphenyl,

4) gegebenenfalls substituierte Aralkylgruppe, insbesondere Benzyl,

3 4 5
R ,R ,R ,R gleich oder verschieden? Wasserstoff; ge-

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gebenenfalls substituierte Alkylgruppe, insbesondere mit 1 bis 6 C-Atomen; gegebenenfalls substituierte Arylgruppe, insbesondere Phenyl und/oder

wenigstens 1 Paar aus der Gruppe R bis R den Rest zur Vervollständigung eines vorzugsweise 5- oder 6-gliedrigen Ringes;

X Sauerstoff oder Schwefelatom;

R o-wertiger organischer Rest; insbesondere:

1) gegebenenfalls durch Aryl oder Cycloalkyl substituierter oder durch Arylen, insbesondere Phenylen, unterbrochener aliphatischer Rest, insbesondere mit 2-10 aliphatisch gebundenen C-Atomen,

2) durch Ethergruppen unterbrochener, von einem Polyalkylenoxxd abgeleiteter Rest, insbesondere mit 4-20 C-Atomen,

3) ein aromatischer Rest, insbesondere Phenyl und Phenylen, wobei der Rest gegebenenfalls durch Alkylengruppen unterbrochen sein kann,

4) ein alicyclischer Rest, insbesondere mit 5-7 C-Atomen,

5) gegebenenfalls substituierter Aralkylrest, insbesondere Benzyl und Phenethyl

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R kann durch wenigstens 1 Sauerstoff- und/oder

Schwefelatom unterbrochen sein, m ganze Zahl; insbesondere 1 bis 100; η ganze Zahl; insbesondere 1 bis 4; ο ganze Zahl; insbesondere 1 bis 3; ρ ganze Zahl; größer als 1; insbesondere 2 bis 20; B H; -CO-R⁸; R⁸ -NH-Alkyl; -NH-Äryl; -O-Alkyl; Alkyl; Carboxyalkyl.

Die angegebenen Reste und Gruppen können ihrerseits substituiert sein. Bevorzugte Substituenten sind vor allem Carboxyl, Carbonamid-, Acetylamino-, SuI-fonamino-, üreido- und Estergruppen. Ein besonders bevorzugter Subst. captogruppe (-SH)

bevorzugter Substituent für den Rest R ist die Mer-

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ent-

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spricht R der Gruppe -CH₂-CHR -SH, wobei R bedeutet:

H, CH₃ oder C₃H₅.

Die unter R angegebenen Alkylreste weisen insbesondere -j bis 5 C-Atome auf; der angegebene Arylrest ist insbesondere Phenyl.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Verbindungen der Formel (Ia) der allgemeinen Formel (IV)

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R¹ f- X-CHR³-CHR⁴-SH)₂ (IV)

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wobei die Substituenten R , R und R folgende spezielle Bedeutung haben:

R¹ -(-CH₂-)_q- ; -(-CH₂-CH₂-O-)_r-C₂H₄- ; -(-C₂H₄-S

~^C2^H4~ '" ~

CH₂

R^: H, CH,

R⁴ H; CH₃ und/oder

3 R und R zusammen den Rest zur Vervollständigung der Gruppe -(-CH₃-J₁.-

q ganze Zahl von 2 bis

r ganze Zahl von 1 bis 1OO

s ganze Zahl von 1 bis

t 3 oder

Besonders bevorzugte Verbindungen gemäß Formel (I) sind in der folgenden Tabelle 1 und 2 enthalten.

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■AS-

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Tabelle

Nr. Verb indung

HS-(C₂H₄S)₂ H

1.2 HS-(C₂H₄S)₃ H

HS-(C₂H₄S)₄ H

HS-CH₀-CH-S-(CH₂)₃-S-CH-CH₂-SH

^L2 ,

CH.

C CH₂-S-C₂H₄-SH

H-CO-N l

-ι

CH₂-CH-CH₂-SH

S-CH₃

(CH-J--CH-S-CH-C-SH

^l3'2

CH₃CH₃

SH

1.11 HS-CH-CH-S-CH-CH-SH

CH₃CH₃ GH₃CH₃

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Tabelle 1 (Fortsetzung)

Nr. Verb indung

1.12

SH

1.13 HS-CH-CH-S-(CH₂)g-S-CH-CH-SH CH₃CH₃ ^^H3^^H3

1.14 HS-CH-CH-S-CH₀-C-CH₀-S-CH-CH-Sh

^Δ * I I

CH₃CH₃

^CH3^CH3

1.15 HS-CH-CH-S-CH-CH₂-S-Ch-CH-SH CH₃CH₃ CH₃ CH₃CH₃

1.16 HS-C-H.-S-C-H .-0-C₀H„-S-C₀H.-SH 2 4 24 24 24

1.17 HS-C₂H₄-S fr C₂H₄-O -)— (C₂H₄-S -*—

2

1.18 HS-C₂H₄-S fr C₂H₄-O -i fr C₃H₄S -h-

1.19 HS-C₂H₄-S fr C₃H₄O)₇ fr C₂H₄S-)- H

1.20 HS-C₂H₄-S-CH-CH₂-O fr C₂H₄O -4— CH₃-CH-S-C₂H₄-SH

HS-CH

1.21 HS fr C₂H₄-O-+- C₂H₄-SH

1.22 HS fr C₂H₄-O-)- C₂H₄-SH

1.23 HS

1.24

C₂H₄-O-)- C₂H₄-SH

HS-C₂H₄-S-CH₀

CH₂-S-C₃H₄-SH

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Tabelle 2

Nr. Verbindung

2.1 c₂H₅-O-(~CH₂-CH-Oi-₅-H (Bsp. 24)

CH

SH

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Verbindungen gemäß Formel (III) sind, neben N₃H₄ insbesondere Pheny!hydrazin; N,N-Dimethylhydrazin; N-Aminomorpholin. Die. Verbindungen gemäß Formel (III) können gegebenenfalls als Salze oder Hydrate vorliegen.

Die Hydrazinolyse von Isothiuroniumsalzen ist an sich eine bekannte Reaktion, die sich zur Gewinnung von Aminoguanidinen eignet. Nicht bekannt war, daß sich die Hydrazinolyse von Isothiuroniumsalzen dazu eignet, wenig wasserlösliche und stark luft-, oder hydrolyseempfindliche Thiole in besonders hoher Ausbeute und Reinheit darzustellen.

Die Einstellung einer Schutzgasatmosphäre ist dabei nicht erforderlich. Offensichtlich wird das gebildete Thiol durch das vorhandene Hydrazin oder das daraus gebildete Aminoguanidiniumsalz vor dem Angriff durch Luftsauerstoff hinreichend geschützt. Die Reinheit, in der das 2-Mercaptoalkylsulfid anfällt, beträgt mindestens 97 %, der Disulfidgehalt weniger als 1 %. Vor allem wird der zunächst gebildete S-Alkylisothioharnstoff restlos zu Thiol und Aminoguanidiniumsalz gespalten, was bei der alkalischen Spaltung von Isothiuroniumsalzen mit KOH oder NaOH praktisch nur bei sehr langer Reaktionsdauer zu erreichen ist.

in einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zugabe des Hydrazins dabei so, daß der pH-Wert während der Umsetzung konstant unterhalb pH 8 bleibt.

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Hydrazin wird dabei in Form von Hydrazinhydrat, gegebenenfalls in verdünnter Lösung, zugegeben. Die Zugabe von Hydrazin kann aber auch in der Form eines nichtflüchtigen Hydraziniumsalzes und damit ohne jede gesundheitliche Gefährdung erfolgen. Die Base selbst wird dann durch Nachgeben einer äquivalenten Menge Alkali freigesetzt. Die Menge an Hydrazin muß 100 % d. nicht übersteigen, es hat sich jedoch in den meisten Fällen als vorteilhaft erwiec^n, Überschüsse von 5-15 % einzusetzen. Dies ist auch unter dem Gesichtspunkt der Toxizität von Hydrazin, Hydrazinhydrat und Hydrazinverbindungen kein Nachteil für das Verfahren, weil Hydrazin zugleich mit Resten von S-Verbindungen aus den Prozeßablaugen leicht durch oxidative Nachbehandlung, z.B. mit Chlor oder Wasserstoffperoxid, zu entfernen ist.

Da die als Nebenprodukte zwangsweise anfallenden Aminoguanidiniumsalze gut kristallisieren und zudem technisch interessante Verbindungen darstellen, wirkt sich ihre Abtrennung aus den Prozeßablaugen auf das Verfahren nicht kostensteigernd aus.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß es unter sehr schonenden Bedingungen durchgeführt werden kann und daher auch auf Verbindungen mit alkali-■» abilen Gruppen, z.B. mit Ester- oder Formamidbinangewendet werden kann.

Die erzielbaran hohen Ausbeuten sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Verfahren auf die Herstellung

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von Bis- oder Polythiolen angewendet werden soll. Erfindungsgemäß werden hierzu Bis- oder Poly(2-Hydroxy alkylsulfide) mit Thioharnstoff und einer starken Säure, bevorzugt mit HCl, bei ca. 100°C in die Isothiuroniumsalze übergeführt und diese mit der auf eingesetztes HCl berechneten Menge Hydrazinhydrat bei 30 bis 100°C gespalten. Die Ausbeuten betragen bei Tetrakisthiolen noch durchwegs mindestens 70 %, bei Bisthiolen 90 %.

Die Vorteile der Erfindung werden nachstehend durch Beispiele erläutert.

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Beispiel 1 / 3-Thiapentan-1,5-dithiol

122 g Bis-2-Hydroxyethylsulfid (1 Mol), 167 g Thioharnstoff (2,2 Mol) und 200 g 37 %ige Salzsäure werden im ölbad 3 Stunden unter Rückfluß gehalten. Man kühlt auf 40°C ab und tropft unter Rühren 110 g (2,2 Mol) Hydrazinhydrat zu. Anschließend hält man 30 Minuten am Dampfbad und gibt 200 g Xylol hinzu. Man läßt auf 60°C abkühlen unJ trennt die Xylolphase ab. Ausbeute: 348 g {96 % der ber. Menge). Durch Destillation der Xylolphase im Wasserstrahlvakuum werden 143 g (93 % der Theorie) an Bis-mercaptodiethylsulfid erhalten.

Beispiel 2 / 1,8-Dimercapto-3,6-dithiaoctan

182 g 1,8-D!hydroxy-3,6-dithiaoctan (1 Mol), 167 g Thioharnstoff (2,2 Mol) und 200 g 37 %ige Salzsäure werden im ölbad 3 Stunden unter Rückfluß gehalten (Rückflußtemperatur 107⁰C).

Man kühlt auf 40⁰C und rührt 110 g (2,2 Mol) Hydrazinhydrat ein. Man hält im Dampfbad nach Zugabe von 400 ml Xylol 1 Stunde auf Rückfluß, kühlt auf 70°C und trennt die Mercaptanphase im Scheidetrichter ab. Man wäscht 1 χ mit 100 ml 30 %iger Essigsäure nach, destilliert das Xylol ohne Trocknung bei Normaldruck ab und unterwirft den Rückstand der Hochvakuumdestillation.

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Kp₁: 200-21O⁰C, das Produkt erstarrt in der Vorlage. Ausbeute: 192 g (90 % der Theorie).

Beispiel 3 / 3,6,9-Trithiaundecan-i,11-dithiol

Die Xylolphase aus Beispiel 1 wird unter N- mit 5 ml 10 %iger methanolischer KOH versetzt. Anschließend wird bei 20⁰C Ethylenoxid eingeleitet. Insgesamt werden 90 g aufgenommen. Man hält 2 Stunden am Dampfbad, dampft das Xylol im Vakuum ab, nimmt mit 100 ml Wasser 170 g Thioharnstoff und 200 g 37 %iger Salzsäure auf und hält 4 Stunden unter Rückfluß. Man kühlt auf 60°C ab, tropft 115 g (2,3 Mol) Hydrazinhydrat zu und heizt am Dampfbad auf 90°C auf. Man hält nach Zugabe von 500 ml Chlorbenzol 1 Stunde auf 95°C, trennt unter Stickstoff im Scheidetrichter die Chlorbenzolphase ab und engt im Vakuum ein.

Ausbeute: 224 g (82 % der Theorie).

Beispiel 4 / 3,6-Dithia-2,7-dimethylnonan-i,9-dithiol

Nach Zugabe von 1 g NaOH in 10 ml Methanol tropft man bei 35°C zu 108 g (1 Mol) Propan-1,3-dithiol insgesamt 125 g (2,15 Mol) Propylenoxid.

Man läßt über Nacht stehen, gibt 170 g Thioharnstoff und 200 g 37 %ige Salzsäure hinzu und hält 4 Stunden unter Rückfluß. Die erhaltene Lösung wird bei 4O°C mit 110 g (2,2 Mol) Hydrazinhydrat behandelt und nach Zugabe Von 300 ml Toluol 1 Stunde am Dampfbad gehalten.

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Man trennt die organische Phase bei 6O⁰C unter N₂ ab, engt im Vakuum ein und fraktioniert bei 2 mb.

Kp₂: 165 - 170⁰C.

Ausbeute: 230 g (90 % der Theorie).

Beispiel 5 / Tetrakis (4-mercapto-2~thiabutyl)methan

75,2 g (0,2 Mol) Tetrakis-(4-hydroxy-2-thiabutyl)methan, hergestellt aus Pentaerythrittetrachlorid mit der 4-fach molaren Menge Thioglkol in Gegenwart von KOH in 2-Methoxyethanol, und 90 g (1,18 Mol = 50 % Überschuß) Thioharnstoff tropft man bei 90°C 130 g 37 %ige Salzsäure. Man hält 5 Stunden unter Rückfluß, kühlt auf 40°C und gibt 65 g Hydrazinhydrat und 100 ml Wasser hinzu. Man hält 2 Stunden unter Stickstoff am Dampfbad, kühlt auf 6O⁰C, extrahiert mit 300 ml Chlorbenzol, trocknet die Chlorbenzolphase mit 20 g NaCl über Nacht, engt im Vakuum ein und trocknet bei 40°C und 2 mb nach.
Ausbeute: 65 g (74 % der Theorie) gelbliches zähes öl.

Beispiel 6

Bis-(2-Methylmercapto-3-mercaptopropylformamid) C₉H₁₉NS₄

Sine durch Chlorieren von 0,5 Mol Dimethyldisulfid mit 36 Cj Chlor bei -25⁰C in 200 ml Dichlormethan frisch bereitete Lösung von 1 Mol Methansulfenylchlorid wird bei -40°C zur Lösung von 62,5 g (0,5 Mol)

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Diallylformamid in 300 ml Dichlormethan getropft. Man erwärmt auf Raumtemperatur und destilliert das Dichlormethan am Dampfbad ab. Man nimmt mit 300 ml Methanol auf, gibt 80 g Thioharnstoff zu und hält unter Rühren 4 Stunden auf Rückfluß. Unter Zugabe von 300 ml Wasser destilliert man anschließend das Methanol ab, bis die Innentemperatur auf 90⁰C steigt. Man kühlt auf Raumtemperatur, gibt 53 g Hydrazinhydrat (100 % berechnet auf Thioharnstoff) und 50 ml Wasser hinzu und hält 1 Stunde am Dampfbad. Die als schweres öl abgeschiedene Mercaptanphase wird mit 400 ml Toluol aufgenommen, die Toluolphase nach Trocknung mit 30 g NaCl im Vakuum eingeengt und bei 60°C und weniger als 5 Torr getrocknet.

Ausbeute: 111 g (78 % der Theorie). Das Produkt ist in Ethanol vollständig löslich.

Beispiel 7 / Phenylthioethanthiol

77 g 2-Phenylthioethanol, (0,5 Mol, hergestellt aus Thiophenol und Ethylenoxid in Gegenwart von etwas KOH) werden mit 40 g Thioharnstoff und 50 g 37 %iger Salzsäure 4 Stunden unter Rückfluß gehalten. Bei 40°C wird mit 50 g 50 %iger Hydrazinhydratlösung 30 Minuten gerührt. Man gibt 100 ml Toluol zu, hält 30 Minuten am Dampfbad, trennt die Toluolphase ab und engt im Vakuum ein. Ausbeute 80 g (94 % der Theorie). Durch Fraktionierung im Hochvakuum wird neben 3 g Rückstand die Reinsubstanz mit Kp..: 115-12O°C erhalten. Ausbeute: 75 g (88 % der Theorie).

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OCO/ df Q C -J - '-f v> H U

Beispiel 8 / 4-Phenyl-3-thiabutan-1-thiol 84 g (0,5 MoI)

84 g (0,5 MoI) 2-Benzylthioethanol, 40 g Thioharnstoff (0,55 Mol) und 55 g 37 %ige Salzsäure werden 4 Stunden unter Rückfluß gehalten. Aufarbeitung nach Beispiel 9, Ausbeute: 80 g (87 % der Theorie).

Im Vergleich dazu wird bei Spaltung des Isothiuroniumsaizes mit 100 ml 4Π %iger Natronlauge und Extraktion mit Toluol und Fraktionierung im Hochvakuum nur eine Ausbeute von 54 % der Theorie erhalten. Die Aufarbeitung ist durch die extrem langsame Phasentrennung erschwert, die Hochvakuumdestillation liefert etwa 30 g zähen Rückstand, der mit Bleichlauge nur bei mehrtägigem Stehen geruchlos wird. Als Spaltprodukt tritt in den höhersiedenen Fraktionen Benzylmercaptan 5 auf.

Beispiel 9 / 1-Amino-3,6-dithiaoctan

In einem 8 1 Dreihalskolben hält man 1060 g (10 Mol) 2-Hydroxydiethylsulfid, 1150 g 37 %ige Salzsäure und 800 g Thioharnstoff 3 Stunden unter Rückfluß. Man kühlt ab auf 50°C, überschichtet mit 1000 ml Xylol und gibt innerhalb von 10 Minuten insgesamt 57Og Hydrazinhydrat (11,4 Mol) hinzu. Man erwärmt noch 1 Stunde auf 90°C, kühlt auf 70°C ab und zieht die wäßrige Phase ai,- Bein Erkalten scheiden sich daraus 900 g Aminoguanidinhvdrochlorid ab.

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Die Xylolphase wird 1 χ mit 300 ml 10 %iger Essigsäure nachgewaschen und auf 40°C gekühlt. Man gibt bei 40 bis 50°C die Lösungen von 1100 g (9,5 Mol) 2-Chlorethylaminhydrochlorid in 1000 ml Wasser und 800 g (10 Mol) NaOH in 5OO ml Wasser zu. Anschließend heizt man auf und hält 4 Stunden auf 90°C. Man läßt dann auf 60°C kühlen und saugt die wäßrige Phase ab. Man trocknet mit NaCl, destilliert das Xylol im Vakuum ab und fraktioniert das rohe 1-Amino-3,6-dithiaoctan im Vakuum bei 40 ml (Kp 110°C).

Ausbeute: 1420 g (86 % der Theorie).

Beispiel 10 / Bis-(2-Mercaptocyklopentyl)-sulfid

Zur Lösung von 68 g Cyklopenten (1 Mol) in 200 ml Dichlormethan tropft man bei -40°C 51,5 g (0,5 Mol) frisch destilliertes Schwefeldichlorid in 1OO ml Dichlormethan. Man destilliert das Dichlormethan ab, nimmt mit 400 ml Methanol und 90 g Thioharnstoff auf und hält 6 Stunden am Dampfbad. Man dampft das Methanol ab und gibt 60 g Hydrazinhydrat (1,2 Mol) in 200 ml Wasser zu. Man hält 1 Stunde am Dampfbad, nimmt die ölphase in 200 ml Toluol auf, wäscht sie mit 20 %iger Essigsäure, zieht das Lösungsmittel im Vakuum ab und destilliert.
Ausbeute: 100 g (85 % der Theorie).

Kp₁: 170-18O⁰C.

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Beispiel 11 / Bis-(2-Mercapto-i-methylpropyl)sulfid

Zur Lösung von 111 g (0,5 Mol) Natriumsulfidnonahydrat in 100 ml Ethanol tropft man unter Rückfluß 85 g Trans-2,3-Butylenoxid. Man hält noch 3 Stunden unter Rückfluß, gibt 60 g Eisessig zu und dampft ein. Man nimmt mit 90 g Thioharnstoff und 200 g 37 %iger Salzsäure auf, hält 4 Stunden unter Rückfluß und dampft im Vakuum ein. Man nimmt in 300 πΊ Wasser auf/ tropft bei 40°C 60 g Hydrazinhydrat zu, hält 1 Stunde am Dampfbad und nimmt die ölphase mit 200 ml Toluol auf. Die Toluolphase wird mit 100 ml 10 %iger Essigsäure gewaschen, eingeengt und im Hochvakuum fraktioniert. Ausbeute: 80 g (76 %).

Beispiel 12 / Bis-(2-Mercaptocyklohexyl)-sulfid

Herstellung nach Beispiel 10 aus Na₂S in Cyclohexenoxid. Ausbeute: 85%.
Kp₂: 18O-2OO°C.

Beispiel 13/2,10-Dimercapto-3,9-dimethyl-4,8-dithia-undecan

Nach dem Verfahren in Beispiel 11 wird aus 0,5 Mol Propan-1,3-dithiol und 1,1 Mol trans-2,3-Butylenoxid in Gegenwart von 5 g KOH 2,10-Dioxy-3,9-dimethyl-4,8-dithia-unJecan hergestellt und weiter umgesetzt: Ausbeute: 109 g (77 %).

Kp₃: 178-184¹C.

ag 1645 130012/0110

it- 2934S48

Beispiel 14

2,IO-Dimercapto-3,9-dimethyl-6-methylen-4,8-dithiaundecan

Es wird nach dem in Beispiel 11 beschriebenen Verfahren ausgehend von 3-Mercapto-2-mercaptomethylpropen und trans-Butylenoxid über das Diol gearbeitet. Ausbeute: 74 %.
Kp₂: 185-2OO°C.

Beispiel 15

2,9-Dimercapto-3,5,8-trimethyl-4,7-dithia-decan

O Es wird nach dem in Beispiel 11 beschriebenen Verfahren aus Propan-1,2-dithiol und trans-2,3-Butylenoxid über das 3,5,8-Trimethyl-4,7-dithiadecan-2_/9-diol gearbeitet. Ausbeute: 81 %.

Beispiel 16

1,11-Dimercapto-3,9-dithia-6-oxa-undecan

Aus 3,6-Dithia-6-oxaundecan-1,11-diol wird mit Thionylchlorid in Dichlormethan bei 0⁰C in Gegenwart von 5 Mol-% Dimethylformamid 1,11-Dichlor-3,9-dithia-6-oxaundecan hergestellt und mit 2,3 Mol Thioharnstoff/ Mol 6 Stunden in Methanol umgesetzt. Man engt ein, nimmt mit Wasser und 2,4 Mol Hydrazinhydrat/Mol auf, hält 1 Stunde am Dampfbad, trennt die ölphase durch Toluolzugabe ab und destilliert im Hochvakuum.

Ausbeute: 66 %.

^Kp5mb^{: 1}9°-²1°°C·

49,6 % S_gef: 49,7 %.

AG 1645 13 0 012/0110

Beispiel 17

1,14-Dimercapto-3,12-dithia-6,9-dioxa-tetradecan

Nach dem in Beispiel 16 beschriebenen Verfahren wird ausgehend von 2-Mercaptoethanol und 1,2-Bis(2-chlorethoxy)ethan über 3,12-Dithia-6,9-dioxatetradecan-1_/14-diol gearbeitet.
Ündestillierbares öl: Ausbeute 79 %. S_ber: 42,4 % S_gef: 4.,9 %.

3eispiel 18
^O 1,17-Dimercapto-3,15-dithia~6,9-trioxaheptadecan

Nach dem in Beispiel 16 beschriebenen Verfahren wird ausgehend von 2-Mercaptoethanol und 1,11-Dichlor-3,6,9-trioxaundecan gearbeitet.

ündestillierbares öl: Ausbeute 86 %. c do % q -iq c a

In einem Vergleichsversuch wird das als Zwischenprodukt erhaltene 1,17-Diisothiuronio-3,15-dithia-6,9,12-trioxaheptadecan-dichlorid mit der 2,5 molaren Menge KOH in Wasser gespalten. Es bildet sich eine Emulsion, die durch mehrstündiges Rühren mit Toluol bei 60°C nicht gebrochen wird. Nach Stehen über Nacht wird mit Essigsäure auf pH = 8 gestellt.

Auζ der Toluolphase wird eine braune Schmiere als Eindampfrückstand erhalten.
S_ber: 4O % S_gef: 35 %.

²'^{4 %}·

AG 1645 13 0 012/0110 ORIGINAL INSPECTED

2934348

Beispiel 19

1,29-Dimercapto-3,27'-dithia-6,9,12,15,18,21,24,27-heptaoxa-nonaikosan

Nach dem in Beispiel 16 beschriebenen Verfahren wird ausgehend von 2-Mercaptoethanol und Octaethylenglykoldichlorid über das rohe 3,27-Dithia-6,9,12,15,18, 21,24,27-heptaoxa-nonaikosan-1,29-diol gearbeitet. Ausbeute: 70 % braunes undestillierbares Wachs. S_ber: 24,5 % S_gef: 24,7 %.

Beispiel 20

1 ,17-Dimercapto-4,14-dimercaptomethyl-3,15-dithia-6,9,12-trioxaheptadecan

Zu 10,6 g (0,1 Mol) Diglykol tropft man nach Zugabe von 2 ml BF.,-Etherat 16,5 g Epichlorhydrin (0,2 Mol).

Man hält 2 Stunden am Dampfbad, gibt 200 ml Etanol und 15,7 g (0,2 Mol) 2-Mercaptoethanol zu und tropft solange Na-methylat in Methanol zu, bis das Gemisch in der Siedehitze über 1 Stunde alkalisch bleibt. Man neutralisiert mit C0_, saugt die Salze ab, engt i_m vakuum ein, digeriert mit 200 ml Butanol, saugt erneut die Salze ab und engt im Vakuum ein. Ausbeute: 30 g rohes wasserlösliches 1,5,14,19-Tetrahydroxy-3,17-dithia-7,10,13-trioxa-nonadecan.

130012/0110

2934S4S

Man hält das Rohprodukt mit 38 g (0,5 Mol) Thioharnstoff und 50 g 37 %iger Salzsäure 4 Stunden auf 108⁰C, läßt erkalten und rührt 3O g Hydrazinhydrat ein. Man hält 1 Stunde am Dampfbad, trennt die Thiolphase mit 100 ml Toluol ab, wäscht sie mit 50 ml 10 %iger Essigsäure nach und engt im Vakuum ein. Ausbeute: 28 g bräunliches zähes öl. S_ber: 34,2 % S_gef: 24,6 %.

Beispiel 21
1,8-Dimercapto-3,6-dioxaoctan

Man hält 187 g {1 Mol) Ethylenglykol-bis(2-chlorethyl)-ether und 182 g (2,4 Mol) Thioharnstoff in 1000 ml Wasser 4 Stunden unter Rückfluß. Die klare Lösung wird auf 20°C gekühlt und mit 120 g Hydrazinhydrat versetzt. Nach Zugabe von 400 ml Toluol heizt man 1 Stunde am Dampfbad nach. Man trennt die Toluolphase ab, engt bei vermindertem Druck ein und destilliert im Vakuum.
Kp₂: 1O5-115°C; Ausbeute: 153 g (84 %).

Nach dem in Org. Syntheses 30,35 (1950) gegebenen Verfahren in der von Dann und Chiesa, J.Org.Chem. 26, 1994 (1961) beschriebenen Form beträgt die Ausbeute nur 50 bis 6O % der Theorie.

Beispiel 22
1,11-Dimercapto-3,6,9-trioxaundecan

Man verfährt wie in Beispiel 21, jedoch mit dem Unter-

_ÄG 16« 130012/0110

schied, das 231 g (1.MoI) 1,11-Dichlor-3,6,9-trioxaundecan mit 245 g Imidazolidin-2-thion (2,4 Mol) 8 Stunden in 1000 ml Wasser unter Rückfluß gehalten werden. Aufarbeitung wie in Beispiel 22.
Kp₁: 135-15O°C.

Ausbeute: 178 g (79 % der Theorie). S_ber: 28,3 % S_gef: 28 %.

Beispiel 23 (Verbindung 1.23)
Bisthiol aus Polyglykol

Man verfährt wie in Beispiel 23, jedoch mit dem unterschied, daß als Ausgangsmaterial 100 g eines Dichlorids aus einem technischen Polyethylenglykol (Molekulargewicht 370) und 60 g Thioharnstoff eingesetzt werden. Man erhält 80 g eines wasserunlöslichen Öls.

^Sber^{: 16 % S}gef^{: 15 %}"

Beispiel 24 (Verbindung 2.1)

Zu 52 g (0,1 Mol) eines Adduktes aus Ethanol und der 5-fach molaren Menge Epichlorhydrin, hergestellt durch Zutropfen von Epichlorhydrin in Gegenwart von 2 Mol-% BF₃~Ether und 4-stündigem Erwärmen am Dampfbad, gibt man 40 g Thioharnstoff (A/o,5 Mol) und hält mit 100 ml Ethanol und 20 ml Wasser 8 Stunden am Dampfbad. Anschließend digeriert man mit 30 ml Hydrazinhydrat 1 Stunde am Dampfbad, trennt mit 200 ml Toluol in der Wärme ab, wäscht die Toluolphase mit 100 ml Wasser, trocknet mit NaCl und engt im Vakuum ein. Ausbeute: 45 g.

AG 1645 130012/0110

33* 2934943

Beispiel 25

Versuch 1 wird wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Xylolphase nach Abtrennung der Aminoguanidin-HCl-Phase ins Reaktionsgefäß zurückgeführt wird und 1 Stunde mit der Lösung von 200 g Chloressigsäure und 88 g NaOH in 1000 ml Wasser unter Rühren bei 90°C gehalten wird. Anschließend wird die wäßrige Phase abgetrennt und mit verdünnter HCl bei +10 bis 20⁰C angesäuert. Die ausgefallenen Kristalle werden abgesaugt, mit Wasser gewaschen und umkristallisiert. Ausbeute: 232 g (90 % der Theorie). 2,5,8-Trithianonan-1,9-dicarbonsäure. Fp: 110°C.

Die Substanz weist schon als Rohprodukt nur schwachen Mercaptangeruch auf und ist nach 1 x-iger Kristallesation aus Wasser oder Methanol geruchsfrei.

Somit können die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen gegebenenfalls ohne Reinigungsschritt weiter verarbeitet werden.

AG 1645 13 0 012/0110

ORIGINAL INSPECTED

Claims

2 Π 'U 9 L Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptoalkylsulfiden und 2-Mercaptoalkylethern, dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Thiaalkylisothiuroniumsalze bzw. 3-Oxaalkylisothiuroniumsalze einer Hydrazino-Iyse unterwirft.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung zwischen 0 und 120°C bei pH 6 bis 12 erfolgt.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine 2-Mercaptoverbindung der Formel (I)

R-X-Et-SH
herstellt, durch Behandlung einer Verbindung (II)

R-X-Et-SsC;

R¹³

mit einer Verbindung der Formel (III)

20 _R22

^R \ X

N-N,

worin bedeuten

AG 1645 13 0012/0110 _r-Pi=

R gegebenenfalls substituierter organischer Rest der durch S- und/oder O-Atome unterbrochen sein kann,

X Sauerstoff oder Schwefelatom,

Et gegebenenfalls substituierte Ethylengruppe, die Teil eines Ringsystems sein kann,

R bis R gleich oder verschieden; H? gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest und/ oder wenigstens ein Paar aus den Substituenten R bis R der Rest zur Vervollständigung

eines Ringes,

2O 22

R bis R gleich oder verschieden; H; gegebenenfalls substituierter Alkyl- oder Arylrest und/oder

R zusammen mit R den Rest zur Vervollständigung eines Ringes,

A gegebenenfalls mehrwertiges Anion.

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 2-Mercaptoalkylverbindung einer der Formeln (Ia) und (Ib) entspricht

r R³R⁴

I I

4X-C -C— R²R⁵

SH

(Ia)

R"

CH₂-SH

(Ib)

worin bedeuten

AG 1645

130012/0110

R n-wertiger organischer Rest, der durch wenigstens 1 0- und/oder S-Atom unterbrochen sein

kann,

5
R bis R gleich oder verschieden; H; gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Arylgruppe,

und/oder

2 5 wenigstens ein Paar aus der Gruppe R bis R

den Rest zur Vervollständigung eines Ringes, X Sauerstoff uder Schwefelatom, R 0-wertiger organischer Rest, der gegebenenfalls durch 0- und/oder S-Atome unterbrochen sein kann,
η ganze Zahl,
m ganze Zahl,
ο ganze Zahl,

ρ ganze Zahl größer als 1 ,

R⁸ NH-Alkyl; NH-Aryl; O-Alkyl; Alkyl; Carboxyalkyl.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bedeuten:

^R Alkyl mit 2 bis 20 C-Atomen; Phenyl; Benzyl,

5
R bis R H; Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen; Phenyl,

und/oder

wenigstens ein Paar aus den Substituenten

2 5

R bis R den Rest zur Vervollständigung eines Cyclopentyl- oder Cyclohexylringes, X Sauerstoff oder Schwefel,

AG 1645

130012/0110

·¥· 293A948

R⁶ Alkyl mit

Aryl mit

Aralkyl mit

m ganze Zahl von 1 bis 100, η ganze Zahl von 1 bis 4, ο ganze Zahl von 1 bis 3/ ρ ganze Zahl von 2 bis 20, B H;

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ bedeutet:

R¹ ~CH₂-CHR⁷-SH, R⁷ H; CH₃; C₃H₅.

AG 1645 130012/0110