DE4104466A1

DE4104466A1 - Quartaere ammoniumsalze von thiobarbitursaeuren und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE4104466A1
Application number: DE19914104466
Authority: DE
Inventors: Marcel Dr Feld
Original assignee: Huels AG; Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1991-09-12

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft quartäre Ammonium salze der ggf. am C-5 substi tuierten 2-Thiobarbitursäure der folgenden Formel,

worin R¹ und R² für Wasserstoff, Aryl, Benzyl oder Alkyl stehen und R³, R⁴, R⁵ und R⁶ die Bedeutung Alkyl, Benzyl oder Phenyl haben. Aryl bedeutet bevorzugt Phenyl bzw. substitu iertes Phenyl. Alkyl bedeutet bevorzugt geradkettige oder ver zweigte Alkylgruppen mit 1 bis 8, sehr bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen. Die angegebene Formel steht für eine von mehreren möglichen tautomeren Formeln der Verbindung.

Gegenstand der Erfindung sind die Stoffe selbst, Lösungen bzw. Suspensionen dieser Stoffe und Verfahren zur Herstel lung dieser Stoffe bzw. zur Herstellung von deren Lösungen oder Suspensionen gemäß den Patentansprüchen.

Die erfindungsgemäßen quartären Ammoniumsalze der ggf. am C-5 substituierten Thiobarbitursäure können als Zwischen produkte für die Gewinnung der betreffenden Thiobarbitur säuren oder aber von Thiobarbitursäure-Derivaten, wie bei spielsweise 2-(Methylthio)barbitursäure, dienen, die ihrer seits als Zwischenprodukte für die Synthese von Stoffen mit pharmazeutischer, insektizider oder fungizider Wirkung von Interesse sind.

Gegenüber den entsprechenden Alkalisalzen von Thiobarbitur säure zeichnen sich die erfindungsgemäßen quartären Ammoni umsalze durch bessere Löslichkeit insbesondere in organischen Lösemitteln aus. Dies kann für die Synthese bestimmter Thio barbitursäure-Derivate von erheblichem Vorteil sein. Sie er möglichen bei bestimmten Folgereaktionen die Verwendung organischer statt wäßriger Reaktionsmedien, wodurch höhere Reaktionsgeschwindigkeiten oder verbesserte Selektivi täten erreicht und der Anfall zu entsorgender wäßriger Abfälle vermindert werden.

Typische und bevorzugte Vertreter der erfindungsgemäßen quartären Ammoniumsalze sind Tetramethyl-, Tetraethyl-, Tetrapropyl-, Tetrabutyl-, Benzyltrimethyl-, Benzyltri ethyl-, Benzyltributyl-, Methyltributyl- und Phenyltri methylammoniumsalze der 2-Thiobarbitursäure oder der am C-5 substituierten Thiobarbitursäure wie beispielsweise der 5-Ethyl-2-thiobarbitursäure.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen quartiären Ammonium salze kann durch Umsetzung der ggf. am C-5 substituierten Thiobarbitursäure mit dem entsprechenden quartären Ammo niumhydroxid erfolgen. Auf diese Weise können insbesondere wäßrige Lösungen der erfindungsgemäßen Salze leicht erhalten werden.

Um wasserfreie Lösungen oder Suspensionen der erfindungs gemäßen Salze oder um diese in kristalliner Form gewinnen zu können, wird erfindungsgemäß die ggf. am C-5 substituierte Thiobarbitursäure mit der Lösung oder Suspension eines quar tären Ammoniumalkoholates umgesetzt, die ihrerseits aus dem entsprechenden quartären Ammoniumhalogenid XNR³R⁴R⁵R⁶, worin X für Clor oder Brom steht und R³, R⁴, R⁵ die zuvor angege bene Bedeutung haben, und der Lösung eines Alkalialkoholates bereitet und nach Abtrennung des dabei ausgefallenen Alkali halogenids erhalten wurde.

Die Umsetzung kann derart erfolgen, daß Thiobarbitursäure in fester Form bzw. gelöst oder suspendiert in einem geeig neten organischen Lösemittel, beispielsweise einem inerten Kohlenwasserstoff wie Toluol, einem Carbonsäure- oder Kohlen säureester, einem aprotischen Lösemittel wie beispielsweise Acetonitril oder Dimethylformamid, vorzugsweise jedoch einem Alkohol, insbesondere Methanol oder Ethanol, und die vorher bereitete, vorzugsweise alkoholische Lösung eines quartären Ammoniumalkoholates zusammengefügt werden.

Die Lösung bzw. Suspension der Alkoholate sind bevorzugt alkoholische Lösungen, in denen, soweit möglich, der Alkyl rest des Alkoholats und des Alkohols übereinstimmen. In den Lösungen bzw. Suspensionen des Produkts sind als Lösungs mittel die genannten, jedoch auch aprotische Lösungsmittel wie Acetonitril oder Dimethylsulfat und auch Wasser bzw. Wasser enthaltende Lösungsmittel möglich.

Die vorliegende Erfindung schließt auch die Herstellung der erfindungsgemäßen quartären Ammoniumsalze ggf. an C-5 sub stituierter Thiobarbitursäure nach einem bevorzugten Verfah ren ein, bei dem die auf angegebene Weise aus einem quartären Ammoniumhalogenid und einem Alkalialkoholat bereitete alkoho lische Lösung eines quartären Ammoniumalkoholates mit Thio harnstoff und einem Malonester ROOC-CR¹R²-COOR, worin R für die genannte Alkylgruppe R steht und R¹ und R² die genannte Bedeutung haben, umgesetzt wird. Diese Umsetzung wird bevor zugt in alkoholischer, besonders methanolischer Lösung vor genommen. Als typisch kann die Herstellung von Tetramethyl ammonium-thiobarbiturat durch Umsetzung von Thioharnstoff und Malonsäuredimethylester in Methanol mit der aus Tetra methylammoniumchlorid und Natriummethylat in Methanol nach Abfiltrieren von Natriumchlorid erhaltenen Lösung angesehen werden. Die Umsetzung erfolgt bereits bei milden Temperatu ren, beispielsweise bei Raumtemperatur, und liefert das Zielprodukt in kristalliner Form, das durch eine übliche Fest-Flüssig-Trennung isoliert werden kann.

Andere quartäre Ammoniumsalze der 2-Thiobarbitursäure können durch Verwendung der entsprechenden quartären Ammoniumhalogenide oder quartäre Ammoniumsalze der am C-5 substituierten Thiobarbitursäure bei Einsatz entsprechend substituierter Malonester hergestellt werden.

Die Ausgangsstoffe Thioharnstoff, Malonester, quartäres Ammoniumhalogenid und Alkalialkoholat werden vorzugsweise in annähernd äquimolaren Verhältnissen gewählt. Allerdings können auch einzelne oder mehrere der Ausgangsstoffe, be sonders das quartäre Ammoniumhalogenid, im Überschuß bis 150 Mol-%, vorzugsweise bis 50 Mol-%, eingesetzt werden. Ein Überschuß des quartären Ammoniumhalogenids ist von Vorteil, wenn das Zielprodukt in kristalliner Form isoliert werden soll, weil durch die Erhöhung der Ammoniumsalz- Konzentration die Löslichkeit des Zielproduktes im Reak tionsmedium vermindert wird. Zu vermeiden ist ein Überschuß von Alkalialkoholat gegenüber dem quartären Ammoniumhaloge nid, da dies zur Bildung des in Alkohol besonders unlösli chen Alkalisalzes der Thiobarbitursäure d. h. zu Verunrei nigung des Produktes führt. Bevorzugt werden beim erfin dungsgemäßen Verfahren pro Mol Alkalialkoholat 1 bis 2 Mol quartäres Ammoniumchlorid, 0,8 bis 1,2 Mol Malonester und 0,8 bis 1,2 Mol Thioharnstoff eingesetzt.

Die höhere Löslichkeit der quartären Ammoniumsalze von ggf. am C-5 substituierter Thiobarbitursäure gegenüber den ent sprechenden Alkalisalzen kommt auch im alkoholischen Medium bei der erfindungsgemäßen Herstellung aus Thioharnstoff, Malonester, quartärem Ammoniumchlorid und Alkalialkoholat zur Geltung. Sofern die erhaltene alkoholische Lösung oder Suspension direkt für eine Folgereaktion eingesetzt wird, läßt sich die erhöhte Löslichkeit der Salze auch bei der Folgereaktion nutzen.

Soweit in alkoholischem Medium hergestellte erfindungsgemäße Salze in fester Form isoliert werden, ist die erhöhte Lös lichkeit der Salze nachteilig für die Ausbeute. Auch geringe Mengen unter 1% Wasser vermindern die Ausbeute. Daher wird vorzugsweise mit geringen Mengen alkoholischer Lösemittel und unter Ausschluß von Wasser gearbeitet. Die Isolierung des Produkts erfolgt dann vorteilhaft nach Kühlung auf tiefe Temperaturen. Die nach Abtrennung des Produktes erhaltene alkoholische Mutterlauge kann ggf. nach Einengung auf ein gewünschtes Volumen, mehrfach als Reaktionsmedium für die Herstellung der Salze Verwendung finden.

Diese Maßnahme führt nicht nur zu einer beträchtlichen Verbesserung der Ausbeute, sondern vermindert auch noch die Einsatzmengen an wasserfreiem Alkohol und aufzuarbeitenden bzw. zu entsorgenden Filtratmengen.

Beispiel 1

33 g Tetramethylammoniumchlorid (0,3 Mol) wurden in 60 g Methanol gelöst und dazu eine Lösung von 16 g Natrium methylat (0,3 Mol) in 42 g Methanol gegeben. Das ausge fallene NaCl (17,1 g entsprechend 97,5% d. Th.) wurde ab filtriert und mit wenig Methanol gewaschen. Zu dem metha nolischen Filtrat wurden 35,7 g Malonsäuredimethylester (0,27 Mol) und 20,5 g Thioharnstoff (0,27 Mol) gegeben und die erhaltene Lösung bei Raumtemperatur gerührt. Be reits nach 75 Min. setzte eine Fällung ein. Nach weiteren 20 h wurde das Kristallisat abfiltriert, mit wenig Methanol gewaschen und bei 80°C getrocknet. Es wurden 41,7 g Tetra methylammoniumsalz der 2-Thiobarbitursäure (71,2% d. Th.) erhalten.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde bei Rückflußtemperatur und einer Reaktions zeit von 4 h wiederholt. Das Reaktionsgemisch wurde vor der Filtration im Eisbad abgekühlt. Es wurden 45,6 g (77,8% d. Th.) Tetramethylammoniumsalz der 2-Thiobarbitursäure erhalten.

Beispiel 3 (Vergleich)

Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei der Lösung vor dem Erhitzen auf Rückflußtemperatur 1 g Wasser zugesetzt wurde. Es wurden aus dem Reaktionsgemisch in kristalliner Form nur 36,5 g (62,3% d. Th.) des Zielproduktes isoliert.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde mit 68,3 g (0,3 Mol) Benzyltriethylammonium chlorid statt des dort verwendeten Tetramethylammonium chlorids und einer Reaktionszeit von 2 h bei Rückflußtempe ratur wiederholt. Aus dem Reaktionsgemisch wurden durch Fil tration 36,5 g (38,6% d. Th.) Benzyltriethylammoniumsalz der 2-Thiobarbitursäure isoliert.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde bei 40°C und 8 h Reaktionszeit mit fol genden Einsatzmengen wiederholt: 99 g Tetramethylammonium chlorid (0,9 Mol), 32,4 g Natriummethylat (0,6 Mol), 256 g Methanol, 53,3 g Thioharnstoff (0,7 Mol) und 92,5 g Malon säuredimethylester (0,7 Mol). Das Reaktionsgemisch wurde vor der Produktfiltration auf 5°C abgekühlt. Es wurden 107,6 g (82,6% d. Th.) Tetramethylammoniumsalz der 2-Thio barbitursäure mit einer Reinheit von 99,6% gewonnen.

Die Mutterlauge wurde auf 256 g eingeengt und als Reaktions medium eines weiteren Ansatzes verwendet, wobei lediglich die Menge des Tetramethylammoniumchlorid auf 66 g (0,6 Mol) re diziert wurde. Diesmal resultierten 120,5 g (92,7% d. Th.) Tetramethylammoniumsalz gleicher Qualität wie zuvor.

Bei einem weiteren Versuch mit wiederum auf 256 g eingeengter Mutterlauge wurden nunmehr alle Einsatzstoffe auf 0,6 Mol reduziert. Die Ausbeute an Tetramethylammoniumsalz der 2-Thio barbitursäure betrug diesmal 121,8 g (93,5% d. Th.) bei einer Reinheit von 99%.

Beispiel 6

Eine Lösung von 34,3 g (0,2 Mol Phenyltrimethylammoniumchlorid in 40 g Methanol wurde mit einer Lösung von 10,8 g (0,2 Mol) Natriummethylat in 25 g Methanol versetzt, das ausgefallene NaCl (10,5 g=0,18 Mol) abfiltriert und dem Filtrat inner halb von 1 h bei 40°C portionsweise 28,8 g (0,2 Mol) Thio barbitursäure zugefügt. Nach weiteren 60 Min. bei 40°C wurde filtriert, der Filterkuchen mit Methanol gewaschen und ge trocknet. Es wurden 39,4 g (70,6% d. Th.) Phenyltrimethyl ammoniumsalz der 2-Thiobarbitursäure erhalten.

Beispiel 7

Zu einer Lösung von 13,7 g (0,08 Mol) Phenyltrimethylammo niumchlorid in 20 g Methanol wurde eine Lösung von 4,4 g (0,08 Mol) Natriummethylat in 10 g Methanol gegeben und das dabei gebildete NaCl abfiltriert. In dem Filtrat wurden 16,0 g 5-Butyl-thiobarbitursäure gelöst und so eine methano lische Lösung des Phenyltrimethylammoniumsalzes der 5-Butyl-thiobarbitursäure bereitet.

Claims

1. Quartäre Ammoniumsalze der ggf. am C-5 substituierten 2-Thiobarbitursäure der Formel bzw. deren tautomere Formen in welcher
R¹ und R² für Wasserstoff, Aryl, Alkyl oder Benzyl R³, R⁴, R⁵ und R⁶ für Alkyl, Phenyl oder Benzyl stehen.

2. Lösungen oder Suspensionen der Salze gemäß Anspruch 1.

3. Verfahren zur Herstellung der quartären Ammoniumsalze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein quartäres Ammoniumhalogenid XNR³R⁴R⁵R⁶, worin X für Chlor oder Brom steht und R³, R⁴, R⁵ und R⁶ die in Anspruch 1 genannte Bedeutung haben, in Lösung bzw. Suspension eines Lösungsmittels, vorzugsweise in alkoholischem Medium, mit einem Alkalialkoholat und, nach Abtrennung des dabei gebildeten Alkalihalogenids, mit einer 2-Thiobarbitur säure der Fomel bzw. deren tautomeren Formen mit der in Anspruch 1 genannten Bedeutung für R¹ und R² umgesetzt wird.

4. Verfahren zur Herstellung der Salze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein quartäres Ammoniumhaloge nid XNR³R⁴R⁵R⁶, worin X, R³, R⁴, R⁵ und R⁶ die in Anspruch 3 genannte Bedeutung haben, in Lösung bzw. Suspension eines Lösungsmittels, vorzugsweise in alkoholischem Medium, mit einem Alkalialkoholat und, nach Abtrennung des dabei ge bildeten Alkalihalogenids, mit Thioharnstoff und einem Malonsäuredialkylester ROOC-CR¹R²-COOR, worin R für Alkyl steht und R¹ und R² die in Anspruch 1 genannte Be deutung haben, umgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro Mol Alkalialkoholat 1 bis 2 Mol des quartären Ammoni umhalogenids, 0,8 bis 1,2 Mol Thioharnstoff und 0,8 bis 1,2 Mol des Malonesters eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene quartäre Ammoniumsalz der ggf. am C-5 substituierten 2-Thiobarbitursäure aus dem abgekühlten und ggf. eingeengten Reaktionsgemisch in fester Form durch Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutterlauge nach Abtrennung des Produkts erneut als Reaktionsmedium für entsprechende Umsetzungen eingesetzt wird.