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Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Oxazolidin-
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2,4-dionen Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren
zur Herstellung von N-substituierten Oxazolidin-2 4-dionen.
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Oxazolidin-3,5-dione sind bekannt. Sie können beispielsweise durch
Umsetzung von 2-Hydroxycarbonsäureestern oder 2-Hydroxycarbonsäurenitrilen mit Isocyanaten
hergestellt werden (DE-OS 1 811 843).
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Diese.Verfahren haben den Nachteil, daß bei der Umsetzung Ammonchlorid
entsteht, was ihre rNirtschaftlichkeit beeinträchtigt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von N-substituierten Oxazolidin-2,4-dionen der Formel I,
in der 1 und 2 R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff,
gegegebenenfalls substituiertes geradkettiges oder verzweigtes Alkyl, Cycloalkyl,
Alkenyl, Aryl, Aralkyl oder'einen heterocyclischen Rest stehen, wobei R¹ und R²
Atom an das sie gebunden sind, auch einen Ring bilden können und R³ für gegebenenfalls
substituiertes Alkyl, Cycloalkyl, Alkenyl, Aryl, Aralkyl, Trimethylsilyl oder einen
heterocyclischen Rest steht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß i -Hydroxycarbonsäureamide
der Formel II,
in der R1 und R2 die oben angegebene Bedeutung haben, mit Isocyanaten der Formel
III, R3 - NCO III
in der R³ die oben angegebene Bedeutung hat, bei
erhöhter Temperatur, gegebenenfalls in einem Verdünnungsmittel, gegebenenfalls in
Gegenwart eines Katalysators, umgesetzt werden.
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Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß die im erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzten Säureamide der Formel II unter den Umsetzungsbedingungen
Ammoniak abspalten und zur Reaktion fähig sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zwei Vorteile.
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Zum einen fallen bei der Umsetzung keine störenden Salze an, sondern
Ammoniak der vielfältig in der Chemie weiter verwendet werden kann. Zum anderen
werden die N-substituierten Oxazolidin-3,5-dione in sehr guter Ausbeuten und Reinheit
erhalten.
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Verwendet man beispielsweise 4-Hydroxy- i-methylpropionsäureamid und
Methylisocyanat, so kann der Reaktionsablauf durch das folgende Formelschema wiedergegeben
werden:
Die Ausgangs stoffe der Formel II sind durch Formel II allgemein
definiert. In Formel II stehen R¹ und R² unabhängig voneinander bevorzugt für Wasserstoff,
gegebenenfalls substituiertes geradkettig oder verzweigtes C1-C10-Alkyl, C2-C4 -Alkenyl,
C3-C10-Cycloalkyl, C6-C1 0-Aryl, Aralkyl mit 6 bis 10 C-Atomen im Arylteil und 1
bis 4 C-Atomen im Alkylteil, einen N, O und/ oder S-haltigen heterocyclischen Ring
mit 3 bis R¹ Ringatomen, wobei R¹ und R² gemeinsam mit dem C-Atom an das sie gebunden
sind, auch C3-C6-Cycloalkyl bilden können.
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Als Substituenten seien vorzugsweise Halogen wie Fluor, Chlor und
Brom, NO2, OH, CN, COOH, C1-C6 -Alkyl, C1-C4-Alkoxy, C3-C6-Cycloalkyl und gegebenenfalls
substituiertes Phenyl genannt, wobei aliphatische C-Atome keine OH-Gruppe tragen.
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Besonders bevorzugt sind Ausgangs stoffe der Formel II in welcher
R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff, gegegebenenfalls substituiertes
geradkettig oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, C2-C4-Alkenyl, C3-C6-Cycloalkyl, C6-C1
0-Aryl, Aralkyl mit 6 C-Atomen im Arylteil und 1 bis 2 C-Atomen im Alkylteil und
einen bis zu 3 N, 0 und/oder S-Atome enthaltenden heterocyclischen Ring mit 3 bis
6 Ringatomen stehen und R1 und R gemeinsam mit dem C-Atom an das sie gebunden sind,
auch einen Cyclopropylring bilden können.
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Besonders bevorzugte Substituenten sind Halogen wie Chlor und Brom,
NO2, CN, C1-C4-Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und Phenyl.
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Neben den in den Herstellungsbeispielen genannten Verbindungen der
Formel II seien bevorzugt genannt: ot -Hydroxyessigsäureamid, α-Hydroxypropionsäureamid,
α-Hydroxybuttersäureamid, -Hydroxyisobuttersäureamid, α -Hydroxy- ,3C-methylpropionsäureamid
, α -Hydroxy-α -methyl-buttersäureamid, ,%-Hydroxy- α-methyl-capronsäureamid,
C -Hydroxy- zu-methyl-ß i-methyl-B-chlor-propionsäureamid, α-Hydroxy-phenylessigsäureamid,
3C -Hydroxy-(m-, p-, ) -chlorphenylessigsäureamid, α -Hydroxy- kmethyl-phenyl-propionsäureamid,
α-Hydroxycyclohexancarbonsäureamid, t-Hydroxy-cyclopropancarbonsäureamid,
α-Hydroxy-2-methyl-cyclopropancarbonsäureamid, α -Hydroxy- i-methyl-
α-vinyl-essigsäure-amid, α-Hydroxy-cyclopentan-carbonsäureamid, (-Hydroxy-2,2-dichlor-cyclopropancarbonsäureamid,
α-Hydroxy-3-methyl-2,2-dichlorcyclopropancarbonaäureamid.
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Die als Ausgangsstoffe verwendeten α -Hydroxy-carbonsäureamide
der Formel II sind bekannt. Sie können beispielsweise durch Anlagerung von Wasser
an Cyanhydrine hergestellt werden (DE-OS 2 825 267).
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Die Ausgangs stoffe der Formel III sind durch die Formel III allgemein
definiert. In Formel III steht
R3 bevorzugt für gegebenenfalls
substituiertes C1-C12-Alkyl, C2-C4-Alkenyl, C3-C10 -Cycloalkyl, C6 -C14 -Aryl, Aralkyl
mit 6 bis 10 C-Atomen im Arylteil und 1 bis 4 C-Atomen im Alkylteil, Trimethylsilyl
oder einen N, 0 und/oder S-haltigen heterocyclischen Ring mit 3 bis 10 Ringatomen.
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Als Substituenten seien vorzugsweise Halogen wie Fluor, Chlor und
Brom, NO2, OH, CN, COOH, C1-C6-Alkyl, C1-C4-Alkoxy, C3-C6-Cycloalkyl und gegebenenfalls
substituiertes Phenyl genannt, wobei aliphatische C-Atome keine OH-Gruppen tragen.
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Besonders bevorzugt sind Ausgangs stoffe der Formel III in welcher
R3 für gegebenenfalls substituiertes C1-C4-Alkyl, C2-C4-Alkenyl, C3-C6-Cycloalkyl,
gegebenenfalls substituiertes Phenyl, Napthyl, Arthryl, Benzyl, 2-Phenylethyl, Trimethylsilyl
oder einen bis zu 3 N, 0 und/oder S-Atome haltigen heterocyclischen Ring mit 3 bis
10 Ringatomen steht.
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Besonders bevorzugte Substituenten sind Halogen wie Chlor und Brom,
NO2, CN, C1 -C4 -Alkyl, C3-C6-Cycloalkyl und Phenyl.
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Neben den in den Herstellungsbeispielen genannten Verbindungen der
Formel III seien bevorzugt genannt:
Methylisocyanat, Ethylisocyanat,
Propylisocyanat, Isopropylisocyanat, Butylisocyanat, iso-Butylisocyanat, tert. -Butylisocyanat,
Hexylisocyanat, 2-Ethylhexylisocyanat, Allylisocyanat, 3-Isocyanatopropansaure-2-methylpropylester,
6-Isocyanatohexannitril, Cyclohexylisocyanat, Trimethylcyclohexylisocyanat, Benzylisocyanat,
Phenylisocyanat, o,m,p-Chlorphenylisocyanat, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-Dichlorphenylisocyanat,
3,4-, 2,5-Dichlorphenylisocyanat, p,o-Nitrophenylisocyanat, Tolylisocyanat, 3-Trifluorphenylisocyanat,
Naphthylisocyanat, 5-Nitro-1-naphthylisocyanat, Benzylisocyanat und 2-Phenylethylisocyanat.
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Die als Ausgangsstoffe verwendeten Isocyanate der Formel III sind
bekannt. Sie können beispielsweise aus entsprechenden Aminen hergestellt werden
(Liebig Annalen der Chemie 562,75, 91 (1949)).
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit und ohne Verdünnungsmittel
ausgeführt werden. Wird es mit einem Verdünnungsmittel ausgeführt, so können solche
verwendet werden, die unter den Reaktionsbedindungen inert sind. Beispielsweise
seien genannt: n-Nonan, n-Butylcyclohexan, Decahydronaphthalin, n-Undecan, n-Dodecan,
n-Hexylcyclohexan, Dipenten, 1-Dodecan, Isopropylbenzol, 1,3-Diethylbenzol, Inden,
n-Butylbenzol, Tetralin, Chlorbenzol, 4-Chlortoluol, 1,2-Dichlorbenzol, 2,4-Dichlortoluol,
1,2,4-Trichlorbenzol, 2-Chlor-4-isopropyl-1 -methylbenzol, Anisol, Cyclohexylethylether,
Diethylenglykoldimethylether, Benzylmethylether, 4-
Methoxytoluol,
Parachloranisol, Di-n-hexylether, Phenyln-propylketon, Benzophenon, Acetophenon,
Formamid, N,N-Dimethylformamid, N,N-Diethylformamid, N-Methylformamid, Dimethylacetamid,
N-Methylpyrrolidon, Caprolactam, Phenol, substituierte Phenole, Sulfolan, Hexamethylphosphorsäuretriamid,
Dimethylsulfoxid, Ethylenglykolmonomethyletheracetat, Di-n-propylcarbonat, Cyclohexylacetat,
Diisobutylcarbonat, Diethylenglykolmonomethyletheracetat, Diisoamylcarbonat, 2-Ethylpyridin,
N,N-Dimethyl-2-methylanilin, N,N-Dimethylanilin, N-Methyl-N-ethylanilin, N,N-Dimethyl-2-chloranilin,
N,N-Diethylanilin, Chinolin, Nitrocyclohexan, Nitrobenzol, 2-Nitrotoluol, 2, 4-Dimethyl-1
-nitrobenzol, Acetonitril, N-Capronitril, Benzonitril, Tolunitril und Phenylacetonitril,
Essigsäureethylester, Toluol, Diethylenglykoldimethylether, Tetramethylharnstoff.
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Die erfindungsgemäße Umsetzung kann in Gegenwart von Katalysatoren
ausgeführt werden. Es können beispielsweise basische Katalysatoren wie Magnesiumacetat,
Natriumformiat, Natrimacetat, Natriumpropionat, Natriumbutyrat, Kaliumformiat, Kaliumacetat,
Kaliumpropionat, Kaliumbutyrat, Natriumphosphat, Calciumphosphat, Magnesiumphosphat,
Kaliumphosphat, Trimethylamin, Triethylamin, Tripropylamin, Triisopropylamin, Tributylamin,
Triisobutylamin, Tri-sek.-butylamin, Tri-tert.-butylamin, Tribenzylamin, Tricyclohexylamin,
Triamylamin, Trihexylamin, N,N-Dimethylanilin, N,N-Diethylanilin, N,N-Dipropylanilin,
N,N-Dimethyltoluidin, N ,N-Diethyltoluidin, N,N-Dipropyltoluidin, N,N-Dimethyl-p-aminopyridin,
N,N-Diethyl-paminopyridin, Toluidin, N,N-Dipropyl-p-aminopyridin, N-Methylpiperidin,
N-Ethylpiperidin, N-Methylpyrrolidin,
N-Ethylpyrrolidin, N-Methylimidazol,
N-Ethylimidazol, N-Methylpyrrol, N-Ethylpyrrol, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin,
N-Methylhexamethylenimin, N-Ethylhexamethylenimin, Pyridin, p-Dimethylaminopyridin,
Chinolin, Isochinolin, .t-Picolin, ß-Picolin, t-Picolin, Isochinolin, Pyrimidin,
Acridin, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetraethylethylendiamin,
1,5-Diazabicyclo-(4,3,0)-5-en, 1,5-Diaza-bicyclo-(5,4,0)-undec-5-en, Diazabicyclo-(2,2,2)-octen,
N,N,N' ,N'-Tetramethylhexamethylendiamin, Chinoxalin, N-Methylimidazol, Chinazolin,
N-Propyldiisopropylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, 2,6-Ludidin eingesetzt werden.
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Bevorzugt werden Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Toluidin, p-Dimethylaminopyridin,
Lithiumacetat, Natriumacetat, Kaliumacetat, Zinkoctoat, Dibutylzinndilaurat, 1,4-Diaza-bicyclo-(2,2,2)-octan,
N-Methylimidazol, 1 ,5-Diaza-bicyclo-(4,3,0)-non-5-en und 1,5-Diazabicyclo-(5,4,0)-undec-5-en
verwendet.
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Es werden 0,5 bis 10 Gew.% (bezogen auf eingesetztes X -Hydroxycarbonsäureamid)
Katalysator verwendet.
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Die Umsetzung wird bei Temperaturen von 0 - 2300C ausgeführt. Bevorzugt
wird zu Beginn der Umsetzung bei 20 -600C gearbeitet und anschließend die Temperatur
vorzugsweise auf 80 - 200"C erhöht. In einer besonderen Ausführungsform wird die
gesamte Umsetzung bevorzugt bei 80 - 2000C ausgeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen bei Normaldruck
ausgeführt. In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein,bei einem Unterdruck bis
zu 20 mbar die Umsetzung auszuführen.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgangsstoffe
der Formel II und der Formel III in etwa stöchiometrischen Verhältnissen eingesetzt.
Es kann jedoch von Vorteil sein, eine Reaktionskomponente im Überschuß einzusetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich und diskontinuierlich
ausgeführt werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorteilhaft
sein, durch Durchleiten eines Gases den entstehenden Ammoniak zu entfernen. Es kann
weiterhin von Vorteil sein, in einer Inertgasatmosphäre umzusetzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt ausgeführt: i-Hydroxycarbonsäureamid
und Isocyanat werden bei 20 - 600C zusammengegeben. Nach Beendigung der Addition
von Isocyanat an i -Hydroxycarbonsäureamid wird die Temperatur auf 80 - 2000C erhöht,
wobei gegebenenfalls vorhandenes Lösungsmittel kontinuierlich abdestilliert wird.
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Bei der erhöhten Temperatur spaltet das bei der Addition von Isocyanat
an die Hydroxylgruppe des 4.-Hydroxycarbonsäureamids gebildete Urethan Ammoniak
unter Bildung des N-substituierten Oxazolidin-3,5-dions ab, der aus dem Reaktionsgefäß
geschleust wird. Nach Beendigung der Umsetzung, die am Aufhören der Ammoniakentwicklung
erkannt werden kann, können nach Abkühlen auf Raumtemperatur die N-substituierten
Oxazolidin-3,5-dione auf übliche Weise isoliert werden und durch Kristallisation
oder Destillation gereinigt werden.
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Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten i-Hydroxycarbonsäureamide
der Formel II können ein asymmetrisches C-Atom enthalten. Die Konfiguration an diesem
C-Atom kann in Verlauf der Umsetzung beeinflußt werden.
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Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten N-substituierten
Oxazolidin-3,5-dione sind bekannte Fungizide.
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Beispiel 1 In einem 500 ml Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer
und Rückflußkühler werden 41,2 g -Hydroxy- t-methylpropionsäureamid (0,4 Mol) in
200 ml Essigsäureethylester gelöst und mit 27,8 g Methylisocyanat (0,4 Mol) in Gegenwart
von 0,5 ml Zinkoctoat bei Raumtemperatur vermischt.
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Anschließend wird 2 Stunden auf Rückflußtemperatur erwärmt. Nach dem
Entfernen des Lösungsmittels wird fraktioniert destilliert.
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Ausbeute: 49,2 g 3,5,5-Trimethyl-oxazolidin-2,4-dion ( 86 % der Theorie);
Sdp.: 98-110OC/20 mbar Smp.: 420C Beispiel 2 Wie in Beispiel 1 beschrieben, werden
15 g -Hydroxyessigsäureamid (0,2 Mol) in 100 ml Chlorbenzol gegeben und mit 37,6
g 3,5-Dichlorophenylisocyanat (0,2 Mol) in Gegenwart von 0,1 g 2,2,2-Diazabicycloactan
vermischt.
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Das Gemisch wird langsam auf Rückflußtemperatur erwärmt, wobei Ammoniakentwicklung
einsetzt. Ist diese beendet, wird heiß filtriert. Beim Erkalten fällt das Reaktionsprodukt
in guter Reinheit an. Durch Einengen der Mutterlauge wird eine weitere Menge gewonnen.
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Ausbeute: 44,8 g 3- (3 r 5-Dichlorophenyl) -oxazolidin-2 r 4-dion
( 91 % der Theorie); Smp.: 158°C
Beispiel 3: In einem Reaktionsgefäß
werden 41,2 g α-Hydroxy methylpropionsäureamid (0,4 Mol) mit 75,2 g 3,4-Dichloro-phenyl-isocyanat
(0,4 Mol) in 200 ii Essigsäureethylester durch Erwärmen auf 70 OC zur Umsetzung
gebracht. Es wird 4 Stunden auf Rückflußtemperatur erwärmt, anschließend das Lösungsmittel
abdestilliert und der Rückstand aus Ethanol umkristallisiert.
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Ausbeute: 91 g 3-(3,4-Dichlorophenyl)- 5-dimethyl-oxazolidin-2,4-dion
83 83 % d. Theorie) Smp.: 158 - 1600C Beispiel 4: In einem Reaktionsgefäß werden
39,6 g i-Hydroxy-oFmethyl-buttersäureamid (0,34 Mol) in 200 ml o-Dichlorobenzol
mit 1g,4 g Methylisocyanat (0,34 Mol) in Gegenwart von 0,5 ml Triethylamin und 0,5
ml Zinkoctoat gemischt und 1 Stunde bei 800C gerührt. Eine Probe des Additionsproduktes
zeigt einen Smp. von 1520C. Anschließend wird 4 Stunden auf Rückflußtemperatur erwärmt
. Danach ist die Ammoniakentwicklung beendet. Das Lösungsmittel wird abdestilliert
und der Rückstand fraktioniert.
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Ausbeute: 40,6 g 3-Methyl-5-isopropyl-oxazolidin-2,4-dion (- 76 %
d. Th.) Sdp.: 65 - 690C/0,27 mbar Beispiel 5: In einem Reaktor werden 43,7 gcGHydroxy-cGmethylbuttersäureamid
(0,37 Mol) in 200 ml Essigsäureethylester gelöst und mit 70,5 g 3,4-Dichlorophenylisocyanat
(0,37 Mol) versetzt. Die Reaktionsmischung wird 3 Std.
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auf 700C erwärmt und anschließend das ausgefallene Produkt in der
Kälte abgesaugt. Smp.: 182 - 1860C In der Mutterlauge befindet sich ein Teil des
gewünschten Oxazolidin-2,4-dions.
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Essigsäureethylester wird am Rotationsverdampfer entfernt. Rückstand
und Festprodukt werden in 200 ml trockenem o-Dichlorbenzol gelöst, mit 1 g 2,2,2-Diazabicyclooctan
und 1 ml Zinkoctoat versetzt und 5 Stunden auf 1700C erwärmt, bis die Ammoniakentwicklung
beendet ist. Das Lösungsmittel wird abdestilliert und der Rückstand fraktioniert.
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Ausbeute: 93,7 g 3-(3 ,3-Dichlorphenyl) -5-isopropyloxazolidin-2,4-dion
(3 87 % der Theorie) Sdp.: 155 - 1650C/0,133 mbar Smp.: 108 - 109°C (aus Ethanol).
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Beispiel 6: In einem Reaktor werden 73 g i-Hydroxy-propionsäureamid
(1 Mol) in 300 ml Chlorbenzol gegeben und nach Zugabe von 0,5 ml Zinnoctoat mit
188 g 3,5-Dichlorophenylisocyanat (1 Mol), gelöst in 50 ml Chlorbenzol, versetzt.
Es setzt eine leicht exotherme Reaktion ein.
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Danach wird das Reaktionsgemisch 4 Stunden auf 1200C erwärmt. Die
Ammoniakentwicklung ist dann beendet.
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Nach Erkalten und Abdestillieren des Lösungsmittels wird der Rückstand
aus Ethanol umkristallisiert.
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Ausbeute: 217 g 3 - (3,5-Dichlorophenyl ) -5 -methyloxa zolidin-2,4-dion
(- 89 % der Theorie) Smp.: 1250C.
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Beispiel 7: In einem Reaktor werden 34,5 α-Hydroxy-αvinyl-pro-
pionsäureamid
(0,3 Mol) in 200 ml Chlorbenzol gelöst, mit 56,4 g 3,5-Dichlorophenylisocyanat (0,3
Mol) versetzt und nach Zugabe von 0,5 ml Triethylamin innerhalb 2 Stunden auf 1300C
erwärmt. Nach beendeter Ammoniakentwicklung wird vom Lösungsmittel abdestilliert
und der Rückstand mit Methanol verrieben. Ausbeute: 73,8 % 3-(3,5-Dichlorophenyl)-5-methyl-5-vinyl-1,3-oxazolidin-2,4-dion
( 86 % der Theorie); Smp.: 102 - 1040C.