DE3742984A1

DE3742984A1 - Verfahren zur herstellung von 3-chlorisothiazol-verbindungen

Info

Publication number: DE3742984A1
Application number: DE19873742984
Authority: DE
Inventors: Hauke Dr Fuerstenwerth
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-29

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstel lung von 3-Chlorisothiazol-Verbindungen, welche als Zwi schenprodukte zur Herstellung von Herbiziden verwendet werden.

Es ist bekannt, daß man 3-Chlorisothiazol-Verbindungen erhält, wenn man 3-Hydroxyisothiazol mit Phosphorpenta chlorid oder Phosphoroxychlorid umsetzt (vergl. J. org. Chem. 44, 1123 [1979]). Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile. Zum einen muß als Ausgangsverbindung verwendete 3-Hydroxyisothiazol zunächst in einer mehr stufigen Synthese aus 3,3′-Dithiodipropionsäureamid hergestellt werden (vergl. J. Heterocycl. Chem. 8, 571 [1971]). Zum anderen sind niedrige Ausbeuten sowie eine aufwendige Aufarbeitung neben einer großen Menge dabei anfallenden Abwassers weitere Nachteile.

Weiterhin ist bekannt, daß man 3-Chlorisothiazol-Verbin dungen erhält, wenn man 3-Mercaptopropionitril mit elementarem Chlor umsetzt (vergl. US-PS 32 85 930). Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Verwendung der instabilen, nicht lagerfähigen und technisch nur schwer zugänglichen 3-Mercaptopropionitril-Verbindungen als Ausgangsverbindungen. Man erhält diese durch Umsetzung von Acrylnitril-Verbindungen mit überschüssigem Schwefelwasserstoff unter Druck (vergl. z. B. US-PS 32 80 160; US-PS 32 80 164; US-PS 33 28 459 sowie DE-OS 20 34 172), wobei das Arbeiten mit Schwefelwasserstoff unter Druck einen hohen sicherheitstechnischen Aufwand erfordert.

Eine weitere Möglichkeit 3-Mercaptopropionitril herzu stellen, ist die Pyrolyse von 2-Cyanethylxanthaten (vergl. US-PS 32 11 777), wobei weder Reaktionsbedin gungen noch Ausbeuten dieses Verfahrens befriedigend sind.

Es wurde nun gefunden, daß man 3-Chlorisothiazol-Verbin dungen der Formel (I),

in welcher
R¹ oder R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl oder gegebenenfalls substituiertes Aryl stehen,
erhält, wenn man Polysulfide der Formel (II),

in welcher
n für die Zahl 1, 2, 3, 4 oder 5 steht,
oder deren Gemische, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels und gegebenenfalls in Gegenwart eines Reaktionshilfsmittels mit Chlorierungsmitteln umsetzt.

Dabei ist als ausgesprochen überraschend anzusehen, daß man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die gewünschten 3-Chlorisothiazol-Verbindungen der Formel (I) in hoher Ausbeute und guter Reinheit erhält, da nach dem Stand der nicht zu erwarten war, daß die erfindungsgemäße Chlorierung mit hoher Selektivität in überwiegender Menge ein einheitliches Endprodukt liefern würde.

Unter den Reaktionsbedingungen war beispielsweise die Bildung von chlorierten Cyanethylsulfenylchloriden und eventuell daraus sich bildende Zersetzungsprodukte zu erwarten (vergl. z. B. Chem. Ber. 83, 87 [1950]; J. Amer. chem. Soc. 74, 5770 [1952]; J. Amer. chem. Sos. 73, 5787 [1951]; J. org. Chem. 11, 469 [1946] sowie Houben-Weyl "Methoden der organischen Chemie"; Band IX, S. 270-1, Thieme Verlag, Stuttgart). Darüber hinaus konnte auch die Bildung von 3-Chlorpropionitril-Verbin dungen und die Freisetzung von Schwefel erwartet werden (vergl. z. B. J. chem. Soc. 1940, 641 bzw. Houben-Weyl "Methoden der organischen Chemie"; Band IX, S. 81, Thieme Verlag, Stuttgart).

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt gegenüber den vorbekannten Verfahren die Vorteile, daß man von tech nisch gut zugänglichen, stabilen, lagerfähigen und preisgünstigen Ausgangsverbindungen ausgehend, in einem einfachen Reaktionsschritt, direkt zu den gewünschten Endprodukten der Formel (I) gelangt, ohne daß aufwendige Aufarbeitungs- und Reinigungsprozesse erforderlich sind.

In den Alkyl-, Alkoxy-, Alkylthio- und Alkoxycarbonyl- Resten ist die Kohlenstoffkette jeweils geradkettig oder verzweigt. Die Substitution im Aryl- bzw. Phenylteil erfolgt einfach oder mehrfach, gleich oder verschieden.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herstell baren 3-Chlorisothiazol-Verbindungen sind durch die Formel (I) allgemein definiert. Bevorzugt herstellbar sind Verbindungen der Formel (I), in welchen
R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, C₁- C₁₀-Alkyl oder für gegebenenfalls durch Halogen, Cyano, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, C₁- C₄-Alkylthio und/oder C₁-C₄-Alkoxycarbonyl substituiertes Phenyl stehen.

Besonders bevorzugt herstellbar sind die Verbindungen der Formel (I), bei welchen
R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, C₁-C₆- Alkyl oder für gegebenenfalls durch Fluor, Chlor, Brom, Cyano, Methyl, Ethyl, n- oder i- Propyl, Methoxy, Ethoxy, Methylthio, Ethyl thio, Methoxycarbonyl und/oder Ethoxycarbonyl substituiertes Phenyl stehen.

Ganz besonders bevorzugt herstellbar sind die Verbindun gen der Formel (I), bei welchen
R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n- oder i-Propyl, n-, iso-, sec- oder tert.-Butyl oder für gegebenenfalls durch Fluor, Chlor, Brom, Cyano, Methyl, Ethyl, Methoxy, Methylthio und/oder Methoxy carbonyl substituiertes Phenyl stehen.

Insbesondere ist das 3-Chlorisothiazol nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren herstellbar.

Verwendet man als Ausgangsverbindung beispielsweise 3,3′-Dithiodipropionitril und elementares Chlor als Chlorierungsmittel, so läßt sich der Reaktionsablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das folgende Formel schema darstellen:

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ausgangsverbindungen benötigten Polysulfide der Formel (II) sind bekannt oder lassen sich nach bekannten Methoden herstellen (vergl. z. B. US-PS 37 69 315 oder DAS 8 94 244). In der Formel (II) haben R¹ und R² vor zugsweise bzw. besonders bevorzugt die bei der Formel (I) für diese Reste bevorzugt bzw. besonders bevorzugt angegebene Bedeutung, n steht für die Zahl 1, 2, 3, 4 oder 5. Man erhält sie in einfacher Weise, wenn man Acrylnitril-Verbindungen mit einer wäßrigen Ammonium polysulfidlösung, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, wie beispielsweise Ethylendichlorid und in Gegenwart von Schwefelwasserstoff, bei Tempera turen zwischen 0°C und 20°C umsetzt. In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens stellt man die als Ausgangsverbin dungen benötigten Polysulfide der Formel (II) bzw. deren Gemische in einer vorgelagerten Reaktion im Reaktions gefäß her und setzt sie anschließend direkt, ohne Iso lierung aus der Reaktionsmischung, mit einem Chlorie rungsmittel um ("Eintopfverfahren").

Als Chlorierungsmittel kommen alle üblichen, in der or ganischen Chemie verwendbaren Chlorierungsmittel in frage. Hierzu gehören insbesondere elementares Chlor, Sulfurylchlorid, Thionylchlorid, Phosphorpentachlorid, Phosphoroxychlorid oder Phosphortrichlorid sowie Schwe felchloride. Mit besonderem Vorteil verwendet man ele mentares Chlor als Chlorierungsmittel.

Als Verdünnungsmittel zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens kommen inerte organische Lösungs mittel infrage. Hierzu gehören insbesondere alipha tische, alicyclische oder aromatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Benzin, Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Petrolether, Hexan, Cyclohexan, Dichlormethan, Dichlorethan, Chloro form, Tetrachlorkohlenstoff, Ether, wie Diethylether, Dioxan, Tetrahydrofuran oder Ethylenglykoldimethyl- oder -diethylether, Ketone wie Aceton oder Butanon, Nitrile, wie Acetonitril oder Propionitril, Amide, wie Dimethyl formamid, Dimethylacetamid, N-Methylformanilid, N-Me thylpyrrolidon oder Hexamethylphosphorsäuretriamid, Ester, wie Essigsäureethylester oder Sulfoxide, wie Di methylsulfoxid. Vorzugsweise verwendet man halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Dichlormethan, Dichlorethan, Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Gegenwart eines geeigneten Reaktionshilfsmittels durchgeführt. Als solche kommen insbesondere saure Katalysatoren, wie beispielsweise Chlorwasserstoff, Aluminium-III-chlorid, Eisen-III-chlorid, Zink-II- chlorid oder Antimon-V-chlorid in Frage. Mit besonderem Vorzug verwendet man als Reaktions hilfsmittel wasserfreies Chlorwasserstoffgas.

Die Reaktionstemperaturen können bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem größeren Bereich variiert werden. Im allgemeinen arbeitet man bei Temperaturen zwischen -20°C und +50°C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen -10 und +20°C.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man pro Mol an Polysulfid der Formel (II) im allgemeinen 1.0 bis 15 Mol, vorzugsweise 3.0 bis 6.0 Mol an Chlorie rungsmittel und gegebenenfalls 0.1 bis 3.0 Mol, vorzugs weise 0.1 bis 1.0 Mol an Reaktionshilfsmittel ein.

Dabei geht man so vor, daß man die zu chlorierenden Polysulfide der Formel (II) entweder in einem geeigneten Verdünnungsmittel gelöst vorlegt oder vorzugsweise direkt die Reaktionsmischung, in welcher die Polysulfide gebildet werden (vergl. US-PS 37 69 315) für die weitere Umsetzung verwendet. In die Lösung bzw. die Reaktions mischung aus Polysulfid gibt man zunächst unter Kühlung saures Reaktionshilfsmittel und anschließend Chlorie rungsmittel. Anschließsend rührt man die Reaktions mischung mehrere Stunden bei der erforderlichen Reak tionstemperatur, destilliert dann das Verdünnungsmittel ab und arbeitet den Rückstand destillativ auf. Die so in hoher Ausbeute und Reinheit erhältlichen 3- Chlorisothiazol-Verbindungen der Formel (I) sind teil weise bekannte Verbindungen und können zur Herstellung von herbizid wirksamen Sulfonylharnstoffen verwendet werden (vergl. z. B. US-PS 46 04 130).

Herstellungsbeispiele Beispiel 1 (Eintopfverfahren)

Zu einer Mischung von 68,8 g (1 Mol) Ammoniumsulfid, 160 g (5 Mol) Schwefel, 165 ml Wassser und 320 ml Di chlorethan gibt man innerhalb von 2 Stunden tropfenweise unter Rühren bei 15°C bis 20°C eine Lösung von 212 g (4 Mol) Acrylnitril in 320 ml Dichlorethan und leitet gleichzeitig 68 g (2 Mol) gasförmigen Schwefelwasser stoff ein. Nach beendeter Zugabe rührt man weitere 20 Minuten bei Raumtemperatur, trennt die organische Phase ab, trocknet sie über Natriumsulfat, filtriert, kühlt auf -10°C ab, leitet 20 g (0,55 Mol) trockenes Chlorwasserstoffgas und anschließend, im Verlauf von 3 Stunden, 600 g (8,45 Mol) Chlor ein, wobei die Tempe ratur der Reaktionsmischung durch Kühlen zwischen -10°C und 0°C gehalten wird. Danach läßt man die Mischung auf Raumtemperatur kommen und 24 Stunden nachreagieren, destilliert dann das Lösungsmittel bei Normaldruck ab und fraktioniert den Rückstand im Wasserstrahlvakuum.

Man erhält 390 g (82% der Theorie) an 3-Chlorisothiazol vom Siedepunkt 54°C-58°C bei 20 mbar.

Beispiel 2 (alternative Herstellung)

In eine Lösung von 52,2 g (0,3 Mol) 3,3′-Dithiodipro pionitril in 150 ml Dichlormethan leitet man bei -10°C bis 0°C zunächst (0,08 Mol) trockenes Chlorwasserstoffgas und anschließend 75 g (1,05 Mol) Chlorgas ein, rührt nach beendeter Einleitung 12 Stunden bei Raumtemperatur, destilliert das Lösungsmittel bei Normaldruck ab und fraktioniert den Rückstand im Wasserstrahlvakuum.

Man erhält 40 g (55% der Theorie) an 3-Chlorisothiazol vom Siedepunkt 54-58°C bei 20 mbar.
¹H-NMR (CDCl₃/TMS): δ = 7.1 (d, 1H); 8.75 (d, 1H) ppm.

Beispiel 3

Zu einer Mischung von 68,1 g (1 Mol) Ammoniumsulfid, 160 g (5 Mol) Schwefel, 165 ml Wasser und 650 ml Dichlorethan werden innerhalb von 2 Stunden bei 15° bis 20°C 270 g (4 Mol) Crotonsäurenitril zugetropft. Gleich zeitig werden 68 g (2 Mol) Schwefelwasserstoff einge leitet. Nach beendeter Zugabe rührt man 2 Stunden bei Raumtemperatur nach, trennt dann die organische Phase ab, trocknet sie über Natriumsulfat, filtriert, kühlt auf -10°C ab, leitet 20 g (0,55 Mol) trockenes Chlor wasserstoffgas und anschließend, im Verlauf von 3 Stun den, 500 g (7,04 Mol) Chlor ein, wobei die Temperatur der Mischung durch Kühlen zwischen -10°C und 0°C gehal ten wird. Danach läßt man die Mischung auf Raumtempera tur kommen und 24 Stunden nachreagieren, destilliert dann das Lösungsmittel bei Normaldruck ab und frak tioniert den Rückstand im Wasserstrahlvakuum.

Man erhält 201 g (38% der Theorie) an 3-Chlor-5-methyl isothiazol vom Siedepunkt 78°C bei 24 mbar.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 3-Chlorisothiazol- Verbindungen der Formel (I) in welcher
R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl oder gegebenenfalls substituiertes Aryl stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß man Polysulfide der Formel (II), in welcher
R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben und
n für die Zahl 1, 2, 3, 4 oder 5 steht,
oder deren Gemische, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels und gegebenenfalls in Gegenwart eines Reaktionshilfsmittels mit Chlorierungsmitteln umsetzt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Chlorierungsmittel elementares Chlor, Sulfurylchlorid, Thionylchlorid, Phosphorpentachlo rid, Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid oder Schwefelchloride verwendet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in Gegenwart eines Verdün nungsmittels durchführt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in Gegenwart eines Reaktions hilfsmittels durchführt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktionshilfsmittel Chlorwasserstoff, Aluminium-III-chlorid, Eisen-III-chlorid, Zink-II- chlorid oder Antimon-V-chlorid verwendet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von -20°C bis +50°C durchführt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von -10°C bis +20°C durchführt.