DE3631538A1 - Verfahren zur herstellung von 2-chlor-5-chlormethylthiazol - Google Patents
Verfahren zur herstellung von 2-chlor-5-chlormethylthiazolInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren
zur Herstellung der bekannten Verbindung 2-Chlor-5-
chlormethylthiazol.
Die Verbindung 2-Chlor-5-chlormethylthiazol ist aus der
veröffentlichten europ. Patentanmeldung Nr. 192 060 bekannt.
Siehe dort beispielsweise Seite 81, Zeile 13.
Über die Herstellung von 4-Halogenmethylthiazolen wird
auf der Seite 93, Zeile 1 bis 24 folgendes aufgeführt:
"4-Halogenomethylthiazole lassen sich direkt synthetisieren, beispielsweise durch Reaktion von Dihalogenacetonen mit Thioacetylamiden wie Thioacetamid (J. Amer. Chem. Soc. 56, S. 470-471 und ibid. 73, s. 2936).
"4-Halogenomethylthiazole lassen sich direkt synthetisieren, beispielsweise durch Reaktion von Dihalogenacetonen mit Thioacetylamiden wie Thioacetamid (J. Amer. Chem. Soc. 56, S. 470-471 und ibid. 73, s. 2936).
5-Halogenomethylthiazole lassen sich erhalten durch
Reaktion eines Thiacylamids mit α-Chloro-α-formyl-
ethylacetat, Reduktion des erhaltenen 5-Ethoxycarbonylthiazols
mit Lithiumaluminiumhydrid in üblicher Weise
und Halogenierung des erhaltenen 5-Hydroxymethylthiazols.
5-Chlormethyl-2-methylthiazol, das in Zh. Obshch.
Khim. 32, S. 570-575, und in J. Amer. Chem. Soc. 104,
S. 4461-4465, beschrieben ist, ist ein gutes Beispiel.
Die Reaktion von Thioharnstoff an Stelle des Thioacylamids
vermag 2-Amino-4-chloromethyl- oder 2-Amino-5-
chlormethylthiazol zu liefern, und über eine Diazotierung
kann weiterhin ein Halogen-Atom etc. eingeführt
werden. Dieses Halogen ist aktiv und kann mit Hilfe
eines Natriumalkoxids in eine 2-Alkoxy-Gruppe umgewandelt
werden (JP-OS 5972/1979 und J. Chem. Soc. Perkin
I, 1982, S. 159-164)."
Die oben genannten Verfahren sind arbeitsaufwendig und
meist nur mit einer sehr geringen Ausbeute verbunden.
Es wurde gefunden, daß man 2-Chlor-5-chlormethylthiazol I
in einfacher Weise dadurch erhält, daß man
pro Mol Allylisothiocyanat (= Allylsenföl) der Formel
CH₂=CH-CH₂-NCS (II)
2 bis 20 Mol Chlor bei Temperaturen von 0°C bis 150°C
gegebenenfalls in einem unter den Reaktionsbedingungen
inerten Verdünnungsmittel einwirken läßt.
Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß
gemäß der erfindungsgemäßen Umsetzung 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
herstellbar ist,
da es bekannt war, daß
aliphatische und cycloaliphatische Senföle durch Chlorierung
in 70 bis 95%iger Ausbeute in Isocyaniddichloride
überführt werden (vgl. E. Kühle, B. Anders und
G. Zumach: Isocyaniddihalogenid-Synthesen, Angewandte
Chemie 79, 663 (1967)).
Das Reaktionsschema der erfindungsgemäßen Umsetzung kann
wie folgt verdeutlicht werden:
Als Chlorierungsmittel werden Chlor und bei den Reaktionsbedingungen
chlorabspaltende Verbindung verstanden,
wie z. B. Sulfurylchlorid, welches gemäß der Bruttogleichung
SO₂Cl₂ → SO₂ + Cl₂
elementares Chlor abspaltet. In der Folge soll unter
dem Begriff Chlor sowohl das von vornherein eingesetzte
elementare Chlor als auch das unter den Reaktionsbedingungen
aus chlorabspaltenden Verbindungen freigesetzte
Chlor verstanden werden.
Wie aus der Formelgleichung der Umsetzung von Allylisothiocyanat
(II) mit Cl₂ zum Erhalt von 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
(I) hervorgeht, müssen zur Erzielung einer
vollständigen Umsetzung mindestens 2 Mol Chlor pro Mol
Allylsenföl eingesetzt werden. Im allgemeinen werden
bevorzugt große Überschüsse an Chlorgas eingesetzt, die
bis zu 20 Mol Cl₂ pro Mol (II) betragen können. Bevorzugt
arbeitet man mit 5 bis 15 Mol Cl₂ pro Mol (II)
Zweckmäßig führt man die Chlorierungsreaktion in einem
unter den Reaktionsbedingungen inerten Verdünnungsmittel
durch. Als solche Verdünnungsmittel seien genannt:
Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlormethan, Tetrachlorethan,
Pentachlorethan, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen.
Bevorzugt ist Chloroform.
Im Falle von Sulfurylchlorid als Chlorierungsmittel kann
die Umsetzung auch in Abwesenheit eines inerten Verdünungsmittels
erfolgen.
Die Chlorierungsreaktion kann im Temperaturbereich von
0°C bis 150°C durchgeführt werden; bevorzugt ist der
Temperaturbereich von 30°C bis 100°C.
Die Chlorierungsreaktion kann so durchgeführt werden,
daß man Allylisothiocyanat (II) mit dem gleichen bis
zehnfachen seines Volumens mit dem Verdünnungsmittel
mischt und in dem angegebenen Temperaturbereich mit
Chlor umsetzt. Bevorzugt wird jedoch in der Weise verfahren,
daß man in chlorgesättigtes Verdünnungsmittel
unter stetigem weiteren Einheiten von überschüssigem
Chlor (erkennbar an der grünen Farbe des Abgases).
Allylsenföl (II) (gegebenenfalls in Mischung mit Verdünnungsmittel)
in dem Maße zudosiert, daß zu jedem
Zeitpunkt der Chlorierungsrektion der Chlorüberschuß
gewährt bleibt. Besonders bevorzugt ist es, diese geschilderte
Art der Chlorierung bei der jeweiligen
Siedetemperatur (unter Rückfluß) des Verdünnungsmittels,
also beispielsweise im Falle von Chloroform bei ca. 60°C
durchzuführen. Zur Erzielung einer möglichst vollständigen
Umsetzung ist es außerdem zweckmäßig, nach beendeter
Zudosierung (z. B. Zutropfen oder Zupumpen) des Allylisothiocyanats
bei der gleichen Temperatur noch weitere 0,1
bis 2 Stunden nachzuchlorieren.
Das 2-Chlor-5-chlormethylthiaozol (I) stellt bei den
oben erwähnten, bevorzugten Reaktionsbedingungen das
Hauptreaktionsprodukt dar. Außerdem ist als besonders
vorteilhaft festzustellen, daß 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
(I) das nach erfolgter Umsetzung niedrigstsiedende
Reaktionsprodukt darstellt und dadurch durch
fraktionierende Destillation, z. B. an einer Kolonne,
zweckmäßig im Vakuum (vorzugsweise Ölpumpe oder Wasserstrahlpumpe)
leicht im Reinzustand erhalten werden kann.
Zur Vermeidung unerwünschter thermischer Zersetzungsreaktionen
ist es besonders vorteilhaft, die Abtrennung
des 2-Chlor-5-chlormethylthiazols (I) von höhersiedenden
Nebenreaktionsprodukten mittels eines zur Fraktionierung
geeigneten Dünnschichtverdampfers vorzunehmen. Selbstverständlich
lassen sich - insbesondere beim Arbeiten
im Gramm-Maßstab - chromatographische Trennverfahren zur
Reinisolierung von 2-Chlor-5-chlormethylthiazol (I)
heranziehen.
Eine weitere Möglichkeit zur Reinisolierung von 2-Chlor-5-chlormethylhiazol
(I) besteht darin, daß man zunächst
auf das Rohgemisch nach beendeter Chlorierungsreaktion
bei Raumtemperatur die halbe bis doppelte, vorzugsweise
die gleiche Gewichtsmenge, bezogen auf eingesetztes
Allylisothiocyanat, Ameisensäure bis zum Ende der Gasentwicklung
einwirken läßt. Der Hauptanteil der höhersiedenden
Nebenprodukte geht hierbei in schwerlösliche
Feststoffe und/oder Öle über, die durch Filtration
und/oder durch Dekantieren abgetrennt werden. Die überschüssige
Ameisensäure wird von der Destillation des 2-Chlor-5-chlormethylhiazolzweckmäßig durch Ausschütteln
der organischen Phase mit Wasser oder durch
Neutralisation mit der wäßrigen Lösung eines Alkali-oder
Erdalkalihydroxids, vorzugsweise mit Natronlauge,
entfernt.
2-Chlor-5-chlormethylhiazol (I) ist, wie in der veröffentlichten
Europäischen Patentanmeldung Nr. 192 060
beschrieben, ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung
von insektizid hochwirksamen Verbindungen, z. B.
solchen mit Formeln (III), (IV) und (V):
wobei zum Erhalt der o. g. Wirkstoffe (III), (IV) und (V)
z. B. folgende Umsetzungen durchgeführt werden:
In 1,5 Liter unter Rückfluß (ca. 60°C) siedendes Chloroform
wurden gleichzeitig ein stets überschüssiger Chlorstrom
eingeleitet (erkennbar an der grünen Farbe des Abgases)
sowie eine Mischung aus 500 g (4,54 Mol) 90%igem
Allylsenföl und 1 Liter Chloroform im Verlauf von etwa
5 Stunden zugepumpt. Chlorstrom und Allylsenföl-Zugabe
wurden dabei so aufeinander abgestimmt, daß während der
gesamten Reaktionsdauer im Abgas noch überschüssiges
Chlor zu beobachten war. Nach beendetem Zupumpen des
Allylsenföls wurde noch ca. 0,5 Stunden weiter Chlor
eingeleitet. Die insgesamt durch die Reaktionsmischung
geleitete Chlormenge betrug 3050 g. Nach Beendigung der
Chlorzufuhr wurde in die weiterhin unter Rückfluß
siedende Reaktionsmischung trockener Stickstoff zur Vertreibung
von Chlor und Chlorwasserstoff geleitet, dann
auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend im Rotationsverdampfer
das Lösungsmittel im Wasserstrahlvakuum
bis zu einer Badtemperatur von ca. 40°C entfernt. Man
erhielt so 1222 g eines klaren, orangegelben Öls. Die
gaschromatograhische und massenspektroskopiche Analyse
ergab, daß ein Reaktionsgemisch vorlag, in welchem
das niedrigstsiedende Reaktionsprodukt mit einem Prozentanteil
von 41,1% das Hauptprodukt darstellte. Es
erwies sich als 2-Chlor-5-chlormethylthiazol, das in
einer gaschromatographisch ermittelten Ausbeute von
65,8% der Theorie entstanden war. Vorsichtige Destillation
über eine einfache Destillationsbrücke an der Ölpumpe
(zu Beginn und am Ende ca. 0,1 mbar, dazwischen
Druckabfall bis ca. 1,5-2 mbar, bei einer Heizbadtemperatur
von 100-140°C lieferte 805,5 g eines Destillats,
bei dem nach der gaschromatographischen Analyse die
niedrigstsiedende Verbindung mit einem Prozentanteil von
47,8% das Hauptprodukt 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
(entsprechend 50,4% der Theorie) darstellte. Fraktionierende
Destillation an einer Kolonne von 150 cm Länge
lieferte bei 50°C/1 mbar reines 2-Chlor-5-chlormethylthiazol.
¹H-NMR (CDCl₃; δ TMS = O)
Die farblose reine Verbindung erstarrt bei Raumtemperatur
zu langen Spießen.
Schmelzpunkt: 31°C
Schmelzpunkt: 31°C
Man arbeitet analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß
insgesamt 3940 g Chlorgas durch das Reaktionsgemisch geleitet
wurden. Die gaschromatographische (GC)-Analyse
des vom Lösungsmittel befreiten Rohproduktes (1250 g)
ergab einen Prozentanteil von 41,3% 2-Chlor-5-chlormethylthiazol,
das entspricht einer GC-Ausbeute von
67,6% der Theorie.
In 2,5 Liter Rückfluß siedendes Chloroform wurden
gleichzeitig stets überflüssiges Chlor eingeleitet
sowie eine Mischung aus 500 g (4,54 Mol) 90%igem
Allylsenföl und 0,5 Liter Chloroform im Zeitraum von
4,25 Stunden zugepumpt. Anschließend wurde noch ca.
0,5 Stunden weiter überschüssiges Chlor eingeleitet. Die
insgesamt durch die Reaktionsmischung geleitete
Chlormenge betrug 1990 g. Nach dem Austreiben von Chlor
und Chlorwasserstoff durch Einleiten von trockenem
Stickstoff wurden bei Raumtemperaturen unter Rühren und
Kühlen 500 ml reine Ameisensäure so zugetropft, daß sich
die Temperatur der Reaktionsmischung zwischen 15 und
25°C hielt. Es wurde so lange in diesem Temperaturbereich
weitergerührt, bis keine Gasentwicklung mehr zu
beobachten war. Anschließend wurden unter Rühren und
Kühlen bei etwa 20°C 500 ml Wasser zugetropft, von ausgefallenem
Festpunkt abfiltriert bzw. von ausgeschiedenem,
in der Chloroformphase unlöslichem Öl abdekantiert,
die klare Chloroformphase abgetrennt und im
Scheidetrichter fünfmal mit je 3 Liter Wasser bis zu
einem pH-Wert von etwa 4 gewaschen. Anschließend wurde
mit Natriumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer
das Chloroform abgezogen. Der Rückstand wurde im Wasserstrahlvakuum
über eine einfache Destillationsbrücke grob
fraktioniert. Bei einer Heizbadtemperatur von 120 bis
150°C und einem Druck zwischen 18 und 28 mbar wurden
331 g eines Destillats erhalten, das nach der gaschromatographischen
Analyse zu 79,5% (entsrechend 34,5%
der Theorie) aus 2-Chlor-5-chlormethylthiazol bestand.
Feinfraktionierung an einer Kolonne lieferte reines 2-Chlor-5-chlormethylthiazol,
identisch mit dem Produkt
in Beispiel 1.
Man arbeitet zunächst analog Beispiel 1 mit dem Unterschied,
daß einschließlich der Nachchlorierung innerhalb
von 6,25 Stunden 3450 g Chlor durch das Reaktionsgemisch
geleitet wurden. Anschließend wurde bei etwa 20°C mit
500 ml reiner Ameisensäure bis zum Ende der Gasentwicklung
gerührt. Danach wurde unter Eiskühlung und unter
gutem Rühren bei 0-10°C 22,5%ige wäßrige Natronlauge
bis zum pH = 7 zugetropft (Verbrauch etwa 2 550 ml), der
ausgefallene schmierige Niederschlag abfiltriert, das
Filtrat im Scheidetrichter in Chloroform- und Wasserphase
getrennt, die Wasserphase noch zweimal mit Chloroform
ausgeschüttelt und die vereinigten Chloroformphasen
am Rotationsverdampfer eingeengt. Der Rückstand wurde
im Wasserstrahlvakuum über eine einfache Destillationsbrücke
grob fraktioniert. Bei einer Heizbadtemperatur
von 90-120°C und einem Druck von etwa 20 mbar erhielt
man einen Vorlauf von 92 g, der nach dem Gaschromatogramm
(GC) 12,6% (entsprechend einer Ausbeute von 1,5%
der Theorie) 2-Chlor-5-chlormethylthiazol enthielt. Der
bei etwa 112°C/10 mbar destillierte Hauptlauf (220 g)
war nach der gaschromatographischen Analyse 84,1
prozentiges 2-Chlor-5-chlormethylthiazol (entprechend
24,2% der Theorie). Feinfrakionierung an einer Kolonne
lieferte reines 2-Chlor-5-chlormethylthiazol, identisch
mit dem Produkt in Beispiel 1.
In 375 ml unter Rückfluß (ca. 40°C) siedendes Methylenchlorid
wurden gleichzeitig ein stets überschüssiger
Chlorstrom eingeleitet sowie eine Mischung aus 125 g
(1,136 Mol) 90%igem Allylsenföl und 250 ml Methylenchlorid
im Verlauf von 1,25 Stunden zugepumpt. Nach
beendetem Zupumpen des Allylsenföls wurde noch
0,5 Stunden weiter Chlor eingeleitet. Die insgesamt
durch die Reaktionsmischung geleitete Chlormenge betrug
1020 g. Nach Beendigung der Chlorzufuhr wurde, wie in
Beispiel 1 beschrieben, trockener Stickstoff durchgeleitet
und anschließend das Lösungsmittel entfernt. Man
erhielt 324 g eines klaren, gelben Öls, das nach der GC-
Analyse zu 31,2% aus 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
bestand. Daraus ergibt sich eine gaschromatographisch
ermittelte Ausbeute von 53,0% der Theorie.
In 3375 g (25 Mol) unter Rückfluß (ca. 69°C) siedendes
Sulfurylchlorid wurden im Verlauf von etwa zwei Stunden
500 g (4,5 Mol) 90%iges Alkylisothiocyanat zugepumpt.
Anschließend erhitzte man noch eine Stunde unter Rückfluß.
Nach dem Abdestillieren des überschüssigen Sulfurylchlorids
im Wasserstrahlvakuum am Rotationsverdampfer
und weiterem Erwärmen bei 40°C bis 0,1 mbar
(Ölpumpe) hinterblieben 1276,4 g eines gelben Öls, das
nach der gaschromatographischen Analyse zu 33,6% aus
2-Chlor-5-chlormethylthiazol bestand. Daraus ergibt
sich eine gaschromatographisch ermittelte Ausbeute von
56,2% der Theorie.
In 675 g (5 Mol) unter Rückfluß siedendes Sulfurylchlorid
wurde im Verlauf von etwa 5,5 Stunden 100 g
(0,9 Mol) 90%iges Allylisothiocyanat zugepumpt. Anschließend
erhitzte man noch eine Stunde unter Rückfluß.
Das nach dem Abdestillieren des überschüssigen
Sulfurylchlorids im Wasserstrahlvakuum am Rotationsverdampfer
bis 40°C erhaltene Rohprodukt (262,6 g) wurde
anschließend am Dünnschichtverdampfer bei 100-
110°C/0,1 mbar destilliert. Das hellgelbe Destillat
wog 189,4 g und enthielt nach der gaschromatographischen
Analyse 42,4% 2-Chlor-5-chlormethylthiazol.
Daraus ergibt sich eine gaschromatisch ermittelte
Ausbeute an destilliertem Produkt von 52,6% der
Theorie.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Chlor-5-chlormethylthiazol
der Formel (I)
dadurch gekennzeichnet, daß man pro Mol Allylisothiocyanat
der Formel (II)CH₂=CH-CH₂-NCS (II)2 bis 20 Mol Chlor bei Temperaturen von 0°C bis
150°C gegebenenfalls in einem unter den Reaktionsbedingungen
inerten Verdünnungsmittel einwirken
läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man mit elementaren Chlor oder mit einem elementares
Chlor abspaltenden Chlorierungsmittel umsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man 5 bis 15 Mol bei 30 bis
100°C einwirken läßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man als inertes Verdünnungsmittel
Dichlormethan oder Trichlormethan verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man in siedendes, stets überschüssiges
Chlor enthaltendes Verdünnungsmittel Allylisothiocyanat
zudosiert.
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