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Verfahren zur Herstellung von Carbonylpseudohalogeniden
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und das neue Isothiocyanatocarbonyl-isocyanat Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonylpseudohalogeniden aus Ha logencarbonyl-Verbindungen,
sowie das neue Isothiocyanatocarbonyl-isocyanat.
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Es ist bereits bekannt, Phosgen und Kalium- oder Natriumrhodanid in
Toluol in einem Autoklaven bei 1000C zur Herstellung von Carbonyldiisothiocyanat
umzusetzen (J.Chem. Soc. 83, 84 (1903)). Bei dieser Umsetzung konnte jedoch kein
reines Produkt isoliert werden. Weiterhin ist aus DE-AS 12 15 144 bekannt, Carbonyldiisothiocyanat
durch Umsetzung von Phosgen und Trimethylsilylisothiocyanat bei 1200C zu erhalten.
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Eine weitere Darstellungsmethode für Carbonyldiisothiocyanat besteht
darin, Phosgen in eine Salzschmelze aus Lithiumchlorid und Kaliumchlorid, die Kaliumrhodanid
enthält, bei etwa 400"C einzuleiten (Chem. Ber. 106, 1752 (1973)).
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Carbonylpseudohalogeniden
der Formel SCN - CO - Y (I) in der Y für Isothiocyanato oder Isocyanato steht, gefunden,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Carbonylhalogenid der Formel Hal1-C0-Hal
(in), in der Hal1 und Ha12 unabhängig voneinander für Fluor, Chlor oder Brom stehen
und in der Hal zusätzlich Isocyanato bedeuten kann, mit Ammoniumrhodanid in Gegenwart
eines inerten, polaren Verdünnungsmittels bei einer Temperatur unterhalb von +30je
so umsetzt, daß das Carbonylhalogenid stets im überschuß vorhanden ist.
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Als Carbonylhalogenid sei beispielsweise genannt: Phosgen, Carbonyldibrornid,
Carbonyldifluorid, Chlorcarbonylfluorid, Chlorcarbonylbromid, Chlorcarbonylisocyanat,
Fluorcarbonylisocyanat.
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Bevorzugt werden Chlorcarbonylhalogenide, wie Phosgen oder Chlorcarbonylisocyanat,
eingesetzt.
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Als inerte, polare Verdünnungsmittel seien beispielsweise flüssiges
Schwefeldioxid oder Tetrahydrofuran (THF) genannt. Bevorzugt wird flüssiges Schwefeldioxid
eingesetzt.
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Die Umsetzung im erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer Temperatur
unterhalb von +300C, bevorzugt unterhalb von +100C, durchgeführt. Hierzu sei beispielsweise
der Temperaturbereich von -650C bis +300C, bevorzugt -60 bis +10°C, besonders bevorzugt
-40 bis OOC genannt.
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Während der Umsetzung liegt erfindungsgemäß das Carbonylhalogenid
stets im Überschuß vor. Beispielsweise kann das Carbonylhalogenid mit dem Lösungsmittel
vorgelegt werden, und das Ammoniumrhodanid wird sodann als solches in kleinen Portionen
zugesetzt, während das Reaktionsgemisch stets gerührt wird. Das Ammoniumrhodanid
kann jedoch auch, gelöst in einem der genannten Lösungsmittel, kontinuierlich zu
dem vorgelegten Carbonylhalogenid und dem Lösungsmittel zugetropft werden.
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In einer anderen Variante wird nur ein Teil des Carbonylhalogenids
vorgelegt, wobei gegebenenfalls auch das verwendete Lösungsmittel nur zum Teil vorgelegt
wird. Sodann werden gleichzeitig weiteres Carbonylhalogenid, gegebenenfalls gelöst
in weiterem Lösungsmittel, und Ammoniumrhodanid, gegebenenfalls ebenfalls gelöst
oder suspendiert in einem der genannten Lösungsmittel, derart zum gerührten Reaktionsansatz
zugegeben, daß das Carbonylhalogenid stets im Überschuß vorhanden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann am Beispiel der
Umsetzung
von Phosgen mit Ammoniumrhodanid zu Carbonyldiisothiocyanat durch die folgende Reaktionsgleichung
erläutert werden: Cl-C0-Cl + 2 NH4SCN SCN-C0-NCS + 2 NH4Cl Aus dieser Gleichung
ist erkennbar, daß ein Überschuß an Carbonylhalogenid im Sinne des erfindungsgemäßen
Verfahrens stets dann gegeben ist, wenn mehr als 1 Äquivalent austauschbares Halogen
im Carbonylhalogenid pro Mol Ammoniumrhodanid im Reaktionsgemisch vorliegen.
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Gegen Ende der Reaktion im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Menge
des im Carbonylhalogenid vorhandenen austauschbaren Halogen auf den Wert 1 Äquivalent
je Mol Ammoniumrhodanid absinken.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren können Carbonyldiisothiocyanat und
Isothiocyanatocarbonylisocyanat hergestellt werden.
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Das Isothiocyanatocarbonylisocyanat ist neu.
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Die Carbonylpseudohalogenide sind sehr reaktive Substanzen die beispielsweise
mit nukleophilen Reagentien, wie Verbindungen mit beweglichen Wasserstoffatomen,
reagieren können. So sind diese Verbindungen beispielsweise hydrolyseempfindlich.
Aufgrund dieser Reaktivität sind die Carbonylpseudohalogenide wichtige Zwischenprodukte,
beispielsweise zur Herstellung von Stoffen mit biologischer Aktivität, wie Pharmazeutika,
Pflanzenschutzmittel und Materialschutzmitteln.
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Beispielsweise können aus Carbonyldiisothiocyanat und Verbindungen
mit beweglichem Wasserstoff der Formel R1 XH (III) in der R1 Wasserstoff, unverzweigtes
oder verzweigtes offenkettiges oder cyclisches Alkyl, Aralkyl oder Aryl bedeutet
und -NR2 X für Sauerstoff, Schwefel oder -NR - steht, wobei R2 Wasserstoff, unverzweigtes
oder verzweigtes, offenkettiges oder cyclisches Alkyl, Aralkyl oder Aryl bedeutet,
neue Thiadiazine der Formel
in der R1 und X die genannte Bedeutung haben, durch Umsetzung beider Stoffe bei
einer Temperatur von etwa OOC bis etwa 300C in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels
hergestellt werden.
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Die neuen Thiadiazine sind wertvolle Pharmazeutika, Mikrobizide, Fungizide
und Insektizide.
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Weiterhin können aus Carbonyldiisothiocyanat und einer mindestens
doppelt molaren Menge eines Amins der Formel R3R4NH (V) in der 4 R3 und R4 unabhängig
voneinander Wasserstoff, Alkyl, Aralkyl oder Aryl bedeuten oder R3 und R4 gemeinsam
mit dem Stickstoffatom, das sie substituieren, einen heterocyclischen Ring bilden
können, durch Umsetzung bei einer Temperatur von etwa 0° bis etwa 700C in Gegenwart
eines inerten Lösungsmittels 1,1,5,5-substituierte 2-Thiobiurete der Formel R3R4N-Co-NH-CS-NR3R
(VI) in der R3 und R4 die genannte Bedeutung haben, hergestellt werden.
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Diese 2-Thiobiurete sind wertvolle Pharmazentika, Mikrobizide, Fungizide
und Insektizide.
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Beispiel 1 Carbonyldiisothiocyanat: Alle Manipulationen werden unter
möglichstem Feuchtigkeitsausschluß vorgenommen. Gasförmiges Schwefeldioxid wird
durch konzentrierte Schwefelsäure und anschließend durch einen 30 cm hohen Trockenturm
mit granuliertem Phosphorpentoxid geleitet und bei -196°C kondensiert. In 1000 ml
flüssigem Schwefeldioxid löst man 165 g (1,67 Mol) durch konzentrierte Schwefelsäure
geleitetes und bei -780C kondensiertes Phosgen und versetzt bei -220C unter Rühren
langsam in Portionen mit 228 g (3,0 Mol) trockenem Ammoniumrhodanid, so daß die
Reaktion nicht zu heftig wird. Es wird 2 Stunden bei -220C gerührt und durch eine
offene große G4-Glasfilternutsche filtriert. Der Rückstand wird dreimal mit je 250
ml flüssigem SO2 gewaschen, die vereinigten Filtrate unter Feuchtigkeitsausschluß
eingedampft und der Rückstand im Vakuum bei einer Heizbadtemperatur von weniger
als 60"C destilliert.
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Ausbeute 162,5 g (75 % der theoretischen Ausbeute), fast farbloses
öl vom Siedepunkt 27 bis 320C/0,1 Torr, welches nach einer weiteren Destillation
rein ist.
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Beispiel 2 Carbonyldiisothiocyanat: Zu einer Lösung von 50,0 g (0,5
mol) durch konzentrierte Schwefelsäure geleitetem, kondensiertem Phosgen in 100
g absolutem Tetrahydrofuran (THF) tropft man unter Eiskühlung und kräftigem Rühren
innerhalb einer Stunde
eine Lösung von 76,1 g (1,0 Mol) trockenem
Ammoniumrhodanid in 550 ml absolutem THF. Es wird rasch durch eine 1-l-Glasfilternutsche
(G4, Schott und Gen.) abgesaugt und der Rückstand mit 50 ml absolutem THF gewaschen.
Das Filtrat wird bei 300C Heizbadtemperatur unter Feuchtigkeitsausschluß bei 13
Torr eingeengt und der rote, ölige Rückstand fraktioniert destilliert.
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Ausbeute 36,0 g (51 % der theoretischen Ausbeute) rosafarbenes öl
vom Siedepunkt 25-30°C/O,05 Torr, das nach nochmaliger Fraktionierung über eine
Kolonne nahezu farblos mit Schmelzpunkt -23 bis -24°C erhalten wird. Die nahezu
farblose Verbindung riecht erstickend, aber nicht zu Tränen reizend. Die Flüssigkeit
ist sehr hydrolyseempfindlich und ätzt die Haut. Die Dichte beträgt 1,47 g/ml (22°C).
Die Verbindung ist im Tiefkühlschrank bei -800C über Monate stabil, mit allen organischen
Lösungsmitteln mischbar, erleidet jedoch in basischen Lösungsmitteln wie Pyridin
Abbau und reagiert mit Dimethylsulfoxid überaus heftig. Die Verbindung ist in Trifluoressigsäure
oder Essigsäure bei 220C über mehrere Stunden stabil.
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Beispiel 3 Isothiocyanatocarbonylisocyanat: Zu 80,3 g (760 mmol) frisch
destilliertem Chlorcarbonylisocyanat in 200 ml flüssigem SO2, das wie in Beispiel
1 vorgelegt wird, wird bei -220C unter Rühren eine Lösung von 57,8 g (760 mmol)
trockenem Ammoniumrhodanid in
250 ml flüssigem SO2 innerhalb von
30 min getropft.
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Man rührt 3 h bei -22"C, filtriert unter Feuchtigkeitsausschluß (große
Umkehrfritte G4), destilliert das Lösungsmittel bei -220C bei 13 Torr unter Feuchtigkeitsausschluß
ab und destilliert den Rückstand im Vakuum. Ausbeute-73,6 g (76 % der theoretischen
Ausbeute), gelbliche Flüssigkeit vom Sdp. 29-330C/13 Torr, nach normaliger Destillation
farblose, stechend riechende, extrem hydrolyseempfindliche Flüssigkeit mit dem Sdp.
32-33"C/13 Torr und dem Schmp. -35 bis -360C.
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Die Verbindung ist bei -800C monatelang haltbar, zersetzt sich jedoch
bei -15°C langsam unter Rotfärbung und Ausfällung eines Niederschlags.
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Beispiel 4 5,6-Dihydro-6-thioxo-2H-1,3,5-thiadiazin-2,4(3H)-dion:
Zu 1,44 g (10 mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 20 ml absolutem THF tropft man bei
220C eine Lösung von 0,36 g (20 mmol) Wasser in 20 ml absolutem THF. Nach 12 Stunden
bei 220C wird im Vakuum eingedampft und der Rückstand in Dioxan gelöst. Mit Pentan
werden 1,45 g (90 % der theoretischen Ausbeute) gelbes Pulver vom Schmelzpunkt 1890C
(Zersetzung) ausgefällt.
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Beispiel 5 2,3,5,6-Tetrahydro-2,6-dithioxo-4H-1 ,3,5-thiadiazin-4-on:
In eine Lösung von 1,44 g (10 mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 20 ml absolutem THF
wird etwa 3 Stunden H2S geleitet, das über Calciumchlorid getrocknet wurde, bis
das IR-Spektrum keine Isothiocyanatbande mehr zeigt.
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Es wird im Vakuum eingedampft, der Rückstand in wenig Dioxan unter
Erwärmen gelöst und das Produkt durch langsame Zugabe von Pentan ausgefällt. Ausbeute
1,60 g (90 % der theoretischen Ausbeute) gelbes Pulver vom Schmelzpunkt 2030C (Zersetzung).
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Beispiel 6 2,3-Dihydro-6-methoxy-2-thioxo-4H-1 ,3,5-thiadiazin-4-on:
Zu 50,0 g (1,56 mol) absolutem Methanol in 500 ml absolutem Ether tropft man bei
220C eine Lösung von 35,0 g (0,24 mol) Carbonyldiisocyanat in 100 ml absolutem Ether.
Der gelbe Niederschlag wird abgesaugt und in THF gelöst. Mit Benzin werden 37,6
g (89 % der theoretischen Ausbeute) gelbe Kristalle vom Schmelzpunkt 1350C (Zersetzung)
ausgefällt.
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Beispiel 7 6-Ethylthio-2,3-dihydro-2-thioxo-4H-t,3,5-thiadiazin-4-on:
Zu 1,44 g (10 mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 20 ml absolutem Ether tropft man
bei -70°C langsam eine Lösung von 0,62 g (10 mmol) Ethylmercaptan in 20 ml absolutem
Ether. Man rührt 12 Stunden bei 220C und filtriert 1,60 g (77 % der theoretischen
Ausbeute) gelbes Pulver ab. 1,00 g dieses Rohprodukts werden in 15 ml Chloroform
gelöst. Mit Benzin werden 0,95 g gelbe Kristalle vom Schmelzpunkt 131"C ausgefällt.
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Beispiel 8 2,3-Dihydro-6-phenylthio-2-thioxo-4H-1,3,5-thiadiazin-4-on:
Analog Beispiel 7 aus 1,10 g (10 mmol) Thiophenol und 1,44 g (10 mmol) Carbonyldiisothiocyanat.
Der gelbe Niederschlag wird abgesaugt und zweimal mal mit je 20 ml absolutem Ether
gewaschen. Ausbeute 1,70 g (67 % der theoretischen Ausbeute) hellgelbe Kristalle
vom Schmelzpunkt 1640C.
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Beispiel 9 6-Diethylamino-2,3-dihydro-2-thioxo-4H-1,3,5-thiadiazin-4-on:
Zu
7,3 g (50 mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 50 ml absolutem Ether tropft man bei
3"C unter Rühren eine Lösung von 3,5 g (48 mmol) Diethylamin in 150 ml absolutem
Ether. Es wird filtriert, der Rückstand in 20 ml Eiswasser suspendiert, abgesaugt
und getrocknet.
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Aus 15 ml Dioxan kristallisieren 5,1 g (47 % der theoretischen Ausbeute)
gelbliches Pulver vom Schmelzpunkt 158 bis 1610C (Zersetzung).
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Beispiel 10 2-Thiobiuret: Zu 4,3 g (250 mmol) trockenem Ammoniak in
500 ml absolutem Ether tropft man bei OOC unter Rühren eine Lösung von 5,8 g (40
mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 100 ml absolutem Ether. Es wird 3 Stunden bei OOC
gerührt und filtriert. Der Rückstand wird 3 mal in je 50 ml Eiswasser aufgenommen
und nach Durchrühren filtriert. Aus 110 ml heißem Wasser kristallisieren nach Filtrieren
mit Aktivkohle 3,4 g (71 % der theoretischen Ausbeute) farblose Nadeln vom Schmelzpunkt
1870C.
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Beispiel 11 1 ,5-Diisopropyl-2-thiobiuret: Zu 2,88 g (20 mmol) Carbonyldiisothiocyanat
in 40 ml absolutem Benzol gibt man eine Lösung von 11,80 g
(200
mmol) Isopropylamin in 70 ml absolutem Benzol.
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Es wird mit 1-molarer Salzsäure bis zu bleibenden sauren Reaktion
ausgeschüttelt, die organische Phase über Calciumchlorid getrocknet und im Vakuum
eingedampft. Bei -200C kristallisieren aus Benzin 3,20 g (79 % der theoretischen
Ausbeute) farblose Prismen vom Schmelzpunkt 570C.
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Beispiel 12 1,5-Di-tert.-butyl-2-thiobiuret: Zu 29,2 g (400 mmol)
tert.-Butylamin in 100 ml absolutem Benzol tropft man eine Lösung von 5,8 g (40
mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 80 ml absolutem Benzol.
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Nach 12 Stunden wird eingedampft und der Rückstand mit 100 ml Benzin
ausgekocht. Von tert-Butylammoniumrhodanid wird noch heiß filtriert. Aus dem Filtrat
kristallisieren 5,9 g (63 % der theoretischen Ausbeute) farblose Nadeln vom Schmelzpunkt
1430C.
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Beispiel 13 (Morpholinothiocarbonyl) (morpholinocarbonyl)imin: Zu
2,5 g (29 mmol) Morpholin in 10 ml absolutem Ether tropft man bei 220C langsam eine
Lösung von 1,0 g (7 mmol) Carbonyldiisothiocyanat in 5 ml absolutem Ether. Es wird
12 Stunden bei 22"C gerührt, filtriert, der Rückstand in 5 ml Aceton aufgenommen,
abgesaugt,
nochmals in 5 ml Aceton aufgenommen und abgesaugt.
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Ausbeute 1,4 g (78 % der theoretischen Ausbeute) farbloses Pulver,
welches nach Umkristallisieren aus warmem Aceton/Pentan einen Schmelzpunkt von 1750C
zeigt.