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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin,
welches von großer
industrieller Bedeutung als eine Zwischenstufe zur Herstellung von
Pflanzenschutzmitteln, insbesondere Sulfonylharnstoffherbiziden,
ist.
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Die Herstellung von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
durch Reaktion von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin mit Methylamin bei
80°C ist
bekannt aus der Veröffentlichung
von G. Rembarz et al., Wiss. Z. Univ. Rostock, Math.-Naturwiss.
Reihe 1972, 21 (2), 113–117,
wobei die Ausbeute 80% ist. Das als Ausgangsmaterial erforderliche 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
kann gemäß DD 71
768 hergestellt werden durch Reaktion von Zink-bis(imino-bis-carbaminsäuremethylester)
mit Essigsäureanhydrid,
wobei das Lösungsmittel
Essigsäureanhydrid
oder Benzol ist. Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester) kann hergestellt werden
gemäß der Veröffentlichung
von G. Rembarz et al., Journal für
praktische Chemie 311, 1969, durch Erhitzen von Zinkdicyanamid in
Methanol. Entsprechend DD 70 296 wird dieses Zwischenprodukt auch erhalten
durch Erhitzen von Natriumdicyanamid mit Zinkchlorid in Methanol,
wobei es möglich
ist, das als Nebenprodukt gebildete Natriumchlorid durch Filtration
des heißen
Gemischs zu entfernen.
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Das US-Patent 4,933,450 beschreibt schließlich die
Herstellung von Zinkbis(imino-bis-carbiminsäuremethylester) durch Erhitzen
von Zinkdicyanamid in Methanol in der Gegenwart eines Liganden,
wie etwa Pyridin, Triethylamin, N,N-Dimethylanilin, Acetonitril oder Tetrahydrofuran,
worin das entsprechende Produkt dann in einem Überschuss Essigsäureanhydrid
umgesetzt wird, um 2,4- Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
zu ergeben, welches nachfolgend durch Extraktion mit Dichlormethan
isoliert wird und schließlich übergeführt wird
in 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin,
unter Verwendung von Methylamin in verdünnter wässriger Lösung.
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Die Syntheseverfahren, die im Stand
der Technik beschrieben werden, sind jedoch nicht geeignet zur Herstellung
von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin im industriellen Maßstab, da
sie eine Anzahl ernsthafter Nacheile aufweisen. Erstens ist Zinkdicyanamid
in fester und getrockneter Form extrem instabil, da es sich spontan
in einer stark exothermen Reaktion – im Besonderen beim Trocknen – zersetzen
kann.
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Zweitens erfordert die Herstellung
von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin die Verwendung von überschüssigem Essigsäureanhydrid
oder Benzol als Lösungsmittel.
Da Essigsäureanhydrid
einen relativ hohen Siedepunkt von 139 °C aufweist und darüber hinaus
unangenehme Produkteigenschaften aufweist, ist es sehr schwierig,
das gebildete Zinkacetat aus dem Essigsäureanhydrid enthaltenden Reaktionsgemisch
zu entfernen und das Essigsäureanhydrid
durch Destillation zu entfernen. Die Verwendung von Benzol ist ähnlich extrem
problematisch, was auf seine physiologischen Eigenschaften zurückzuführen ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten
Verfahren ist, dass bei der Reaktion von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin mit
Methylamin in wässriger Lösung das
Reaktionsprodukt in einer kristallinen Form erhalten wird, welche
schlecht filtrierbar ist und weiterhin einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweist.
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Das 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin,
das durch bekannte Verfahren hergestellt wird, ist schließlich nicht
ausreichend rein für die
Herstellung der hoch aktiven Sulfonylharnstoffherbizide, da eine
Anzahl anderer 1,3,5-Triazine, wie etwa 2-Amino-4-methoxy-6-methyl-1,3,5-triazin,
als unerwünschte
Nebenprodukte bei der Herstellung gebildet werden.
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Demgemäß war ein Gegenstand der vorliegenden
Erfindung die Entwicklung eines dreistufigen Verfahrens zur Herstellung
von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin,
bestehend aus
- a) Herstellung von Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester),
- b) Nachfolgende Reaktion des Zwischenprodukts aus Schritt a)
mit Essigsäureanhydrid,
um 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin zu ergeben und
- c) Reaktion des 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazins, das in
Schritt b) gebildet wird, mit Methylamin, um das gewünschte Endprodukt
zu ergeben,
welches nicht die oben genannten Nachteile
des Standes der Technik aufweist, jedoch die Herstellung von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
in guter Ausbeute und hoher Reinheit auf eine Art ermöglicht,
welche keine Probleme bei einer Realisierung in einem industriellen
Maßstab
bewirkt.
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Entsprechend der Erfindung ist dieses
Ziel erreicht worden durch Herstellen in Schritt a) von Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
durch Reaktion von Natriumdicyanamid mit Zinkacetat in Methanol,
dann Umsetzen in Schritt b) des in Schritt a) gebildeten Reaktionsprodukts
in getrockneter oder methanolfeuchter Form mit Essigsäureanhydrid
bei von 30 bis 80°C
ohne Zugabe eines Lösungsmittels und
schließlich,
nach Entfernen der Nebenprodukte aus den Schritten a) und b), Umsetzen
in Schritt c) von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin durch Reaktion mit Methylamin
in methanolischer Lösung
bei von 0 bis 30 °C
in das Endprodukt.
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Überraschenderweise
ist gefunden worden, dass Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester) selbst ohne
Verwendung von Zinkdicyanamid hergestellt werden kann, welches extrem
gefährlich
aufgrund seiner Instabilität
ist. Darüber
hinaus kann die Acetylierung von Zink-bis(imino-bis- carbiminsäuremethylester)
in einer praktisch stöchiometrischen
Menge, um 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
zu ergeben, in sehr hohen Ausbeuten durchgeführt werden, sogar ohne Zugabe
eines Lösungsmittels.
Auf diese Art kann das gewünschte
Endprodukt schließlich
mit sehr guten Ausbeuten und in hoher Reinheit in kristalliner,
leicht filtrierbarer Form hergestellt werden, was ebenso unvorhersehbar
war.
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In dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung wird Zink-bis imino-bis-carbiminsäuremethylester) hergestellt
entsprechend Schritt a) durch Umsetzen von Natriumdicyanamid und
Zinkacetat in methanolischer Lösung,
worin Natriumdicyanamid und Zinkacetat vorzugsweise in stöchiometrischen
oder praktisch stöchiometrischen
Mengen verwendet werden. Das molare Verhältnis von Natriumdicyanamid
zu Zinkacetat ist vorzugsweise von 2 : 1 bis 2,1 : 1. Die Reaktion
von Natriumdicyanamid und Zinkacetat in methanolischer Lösung wird
vorzugsweise durchgeführt
bei von 40 bis 70°C.
Auf diese Art ist es möglich, die
Herstellung und Isolierung von Zinkdicyanamid in Schritt a) zu vermeiden.
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Nach Abschluss der Reaktion (etwa
8 bis 12 Stunden) wird das Gemisch gekühlt und der Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester),
welcher als ein Feststoff erhalten wird, wird durch herkömmliche
Verfahren abgetrennt, wie etwa durch Filtration oder Zentrifugation.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann dieses in Schritt
a) gebildete Zwischenprodukt für
den nachfolgenden Schritt b) in getrockneter oder auch in Methanol-feuchter
Form mit einem Methanolgehalt von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise
3 Gew.-%, verwendet werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird diese Reaktion des Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylesters) mit Essigsäureanhydrid
bei von 30 bis 80°C
durchgeführt
unter Verwendung – im
Gegensatz zum Stand der Technik – praktisch stöchiometrischer
Mengen, sodass von 4,0 bis 4,4 Mol Essigsäureanhydrid pro Mol Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
verwendet werden. Wenn Methanol-feuchter Zink-bis(imino-bis- carbiminsäuremethylester)
für Schritt
b) verwendet wird, wird ein zusätzliches
Mol Essigsäureanhydrid
verwendet pro Mol Methanol in dem Methanol-feuchten Zwischenprodukt.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
Schritt b) durchgeführt
indem zu Beginn Essigsäureanhydrid
eingebracht wird und Zinkbis(imino-bis-carbiminsäuremethylester) in ≥ 10 Portionen in
einer Zeit über
eine Dauer von 4 bis 10 Stunden zugegeben wird. Auf diese Art kann
die exotherme Reaktion sicher und ohne Probleme durchgeführt werden.
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Nachdem der Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
eingebracht worden ist, wird das Rühren fortgesetzt, vorzugsweise
bei 40°C,
für 4 bis 16
Stunden und bei 80°C
für eine
Stunde.
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Selbst wenn Essigsäureanhydrid
in stöchiometrischen
Mengen verwendet wird, sind die Ausbeuten überraschenderweise sehr hoch,
etwa 85 bis 95%.
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Nachfolgend auf Schritt b) werden
die in den Schritten a) und b) gebildeten Nebenprodukte abgetrennt.
So wird z. B. das bei der Acetylierung gebildete Zinkacetat aus
der Reaktionslösung
entfernt und kann vorzugsweise mit Essigsäure gewaschen werden und unter
verringertem Druck bei etwa 100°C
getrocknet werden. Hier wird Zinkacetat in praktisch quantitativer
Ausbeute erhalten und kann ohne Probleme in Schritt a) wieder verwendet
werden.
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Die bei der Acetylierung gebildete
Essigsäure
wird vorzugsweise durch Vakuumdestillation abgetrennt und es hat
sich als besonders vorteilhaft erwiesen, diese Vakuumdestillation
bei einem Druck von < 100
hPa (mbar) und einer Temperatur von < 90°C durchzuführen. Wenn
Methanol-feuchter Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
zusätzlich
zu Essigsäure
verwendet worden ist, wurde auch Methylacetat gebildet, welches
auch durch Destillation zusammen mit der Essigsäure entfernt werden kann.
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Zum Durchführen von Reaktionsschritt c) wird
das 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin,
das nach der destillativen Entfernung von Nebenprodukten erhalten
wird, in Methanol gelöst.
Eine Bevorzugung liegt hier auf der Herstellung einer 30 bis 50 Gew.-%
starken Lösung,
was von 0,8 bis 1,5 Gewichtsteile Methanol pro Gewichtsteil des
in Reaktionsschritt b) verwendeten Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylesters)
erfordert. Zum Durchführen von
Reaktionsschritt c) wird die methanolische Lösung von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
vorzugsweise bei einer Temperatur von 5 bis 15°C unter Verwendung einer wässrigen
Lösung
von Methylamin (von 40 bis 50 Gew.-%) neutralisiert, wobei im Besonderen
ein pH-Wert von 6,5 bis 7,5 eingestellt wird.
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Die neutralisierte methanolische
Lösung
wird dann mit weiteren Mengen einer wässrigen Lösung von Methylamin bei von
10 bis 30°C,
vorzugsweise bei von 10 bis 15°C,
umgesetzt. Hier kann das Methylamin in stöchiometrischen Mengen verwendet werden,
d. h. in äquimolaren
Mengen, oder auch in einem großen Überschuss.
Vorzugsweise werden von 0,8 bis 2 Mol Methylamin pro Mol 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
verwendet. Auf diese Art wird 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin überraschenderweise
sehr hohen Ausbeuten von 85 bis 95% hergestellt. Darüber hinaus
wird das entsprechende Endprodukt in kristalliner und leicht filtrierbarer
Form erhalten und kann nachfolgend gewaschen werden, geeigneterweise
mit einer verdünnten wässrigen
Lösung
von Methylamin, wobei sich ein praktisch zinkfreies Produkt (Zinkgehalt < 50 ppm) ergibt.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin möglich,
das Rohprodukt, das in Schritt c) erhalten wird, einer weiteren
Reinigung zu unterziehen, worin gemäß einer weiteren Ausführungsform
das Rohprodukt nachfolgend mit Wasser bei Temperaturen von 80 bis
100°C behandelt
wird. Hier wird das Produkt vorzugsweise unter leichtem Rückfluss
mit einem zweifachen bis vierfachen Überschuss Wasser erhitzt. Gemäß einer
weiteren Verfahrensvariante kann diese nachfolgende Behandlung in
der Gegenwart eines oberflächenaktiven
Mittels durchgeführt
werden, im Besonderen eines Benetzungsmittels, welches vorzugsweise
in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-% basierend auf dem Gewicht der
wässrigen
Lösung
verwendet wird.
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Nachfolgend auf die Behandlung mit
Wasser, was üblicherweise
5 bis 6 Stunden dauert, wird ein pH-Wert von 3,5 bis 4,5 eingestellt,
vorzugsweise unter Verwendung von Essigsäure, das hochreine 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin wird
isoliert und getrocknet, vorzugsweise unter verringertem Druck bei
von 10 bis 200 hPa (mbar) und bei von 70 bis 85°C. Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
kann das Trocknen ebenfalls durchgeführt werden in einem Rotationstrockner bzw.
Rotationsverdampfer bei von 20 bis 100 mbar und etwa 80°C.
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Das auf diese Art getrocknete Endprodukt hat üblicherweise
einen Restwassergehalt von 0,1 bis 0,3 Gew.-%. Es ist nicht möglich, diesen
Wert merklich zu verringern, auch nicht durch Ausdehnen der Trocknungszeit,
da das Wasser an die Kristalle gebunden ist. Es ist nicht möglich, die
Temperatur zu erhöhen,
da das Endprodukt eine starke Tendenz aufweist, bei Temperaturen über 80°C zu sublimieren.
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Da ein Produkt mit einem besonders
niederen Wassergehalt für
spezielle Anwendungen erforderlich ist, z. B. zur Herstellung von
Sulfonylharnstoffherbiziden, kann das 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin, welches
bereits getrocknet worden ist, im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung einer weiteren Behandlung mit überschüssigem Methanol (einfacher
bis siebenfacher Überschuss)
unterzogen werden, wobei eine bevorzugte Temperatur von 40 bis 70°C ist, gefolgt
durch Entfernung des Methanols, z. B. durch Destillation, und schließlich Trocknen
des Rückstands.
Dieses Trocknen wird vorzugsweise durchgeführt in einem Rotationstrockner
bei einem Druck von 100 bis 150 hPa (mbar) und bei etwa 80°C, wobei
es möglich
ist, den Wassergehalt auf etwa 50 bis 500 ppm zu verringern.
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So ist es unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
möglich
2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
in sehr hohen Ausbeuten herzustellen, sogar ohne Verwendung von Zinkdicyanamid,
wobei es weiterhin möglich
ist, ein hochreines und praktisch wasserfreies Produkt zu erhalten.
Da das Verfahren ohne Probleme durchgeführt werden kann, ist es weiterhin
besonders geeignet zur Verwendung in einem industriellen Maßstab.
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Die nachfolgenden Beispiele sollen
die vorliegende Erfindung detaillierter veranschaulichen.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Herstellung von Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
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In einem gerührten Behälter werden 859 g Natriumdicyanamid
mit 98% Reinheit in 4940 g Methanol suspendiert. 95 g Zinkacetat
werden dann zugegeben und das Reaktionsgemisch wird auf Rückflusstemperatur
erhitzt. Wenn das Reaktionsgemisch die Rückflusstemperatur erreicht
hat, werden 8 Portionen mit in jedem Fall 96 g Zinkacetat in das
siedende Reaktionsgemisch eingebracht, in Intervallen von in jedem
Falle einer Stunde. Nachdem die Zugabe von Zinkacetat abgeschlossen
ist, wird Erhitzen unter Rückfluss
für 10
Stunden fortgesetzt. Das Reaktionsgemisch wird dann gekühlt und
für weitere
6 Stunden unter Wasserkühlung
gerührt.
Das Präzipitat
wird dann durch Zentrifugation entfernt. Dies ergibt 1100 g Methanol-feuchtes
Produkt (Ausbeute etwa 68%) mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5
Gew.-% Methanol.
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Beispiel 2
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Herstellung von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
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3035 g Essigsäureanhydrid werden anfangs in
einen gerührten
Behälter
eingebracht und 2184 g Methanol-feuchter Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
in 95% Reinheit werden dann auf einmal in 28 Portionen bei von 38
bis 40°C
und unter wirkungsvollem Rühren über eine
Dauer von 7 Stunden eingebracht. Nachdem die Zugabe von Zink-bis(imino-bis-carbiminsäuremethylester)
beendet worden ist, wird das Rühren
bei 40°C
für weitere
16 Stunden fortgesetzt. Das Gemisch wird dann über eine Dauer von einer Stunde
auf 80°C
erhitzt und bei dieser Temperatur für 2 Stunden gerührt. Das
Reaktionsgemisch wird dann gekühlt
und für
etwa weitere 4 Stunden unter Wasserkühlung gerührt. Das gebildete Zinkacetat
wird durch Absaugen filtriert und auf einer Filternutsche unter
Verwendung von 4 × 300
g Essigsäure
gewaschen. Die vereinigten Essigsäurefiltrate werden dann in
eine Destillationsvorrichtung eingebracht, um destillativ ein Gemisch
aus Essigsäure und
Methylacetat (Verhältnis:
etwa 80 : 20) unter einem verringertem Druck von etwa 100 mbar destillativ
zu entfernen. Wenn der Hauptanteil dieses Gemischs abdestilliert
worden ist, wird die Innentemperatur auf 90°C erhöht. Nachfolgend auf die destillative
Entfernung der restlichen Essigsäure
wird das Gemisch schließlich
auf etwa 30°C
gekühlt
und 2460 g Methanol werden zu dem Produkt gegeben. Dies ergibt 4450
g einer 40 Gew.-%-igen methanolischen Lösung von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin (Ausbeute:
etwa 90%).
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Beispiel 3
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Herstellung von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
(Rohprodukt)
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5000 g einer 40 Gew.-%-igen methanolischen
Lösung
von 2,4-Dimethoxy-6-methyl-1,3,5-triazin
werden anfangs eingebracht und dann bei von 5 bis 10°C mit einer
40 Gew.-%-igen wässrigen
Methylaminlösung
gemischt, um die Essigsäure
zu neutralisieren, wobei ein pH-Wert von 7,2 bis 7,5 (Glaselektrode)
eingestellt wird. Bei von 13 bis 15°C werden dann 1500 g 40 Gew.-%-ige
wässrige
Methylaminlösung über eine
Dauer von 8 Stunden eingebracht. Nachdem die Zugabe der Methylaminlösung beendet worden
ist, wird das Rühren
bei 14°C
für weitere
4 Stunden fortgesetzt und dann unter Wasserkühlung für 12 Stunden. Das Reaktionsprodukt
wird nachfolgend unter Absaugen unter Verwendung einer Filternutsche
filtriert und mit 5 × 900
ml 2 Gew.-%-igen Methylaminlösung
und schließlich
mit 4 × 900
ml Wasser gewaschen. Die Ausbeute von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
ist basierend auf dem getrockneten Produkt 1850 g (Ausbeute: etwa 93%).
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Beispiel 4
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Reinigung von 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
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Das feuchte Rohprodukt von Beispiel
3 wird in 7 l Wasser suspendiert. 2 g eines nichtionischen Benetzungsmittels
(Genapol 0X80 von Hoechst) werden zugegeben und das Reaktionsgemisch
wird dann unter leichtem Rückfluss
und unter wirkungsvollem Rühren
für 6 Stunden
erhitzt. Nach Kühlen wird
der pH-Wert auf
3,7 durch Zugabe von Essigsäure
eingestellt und das Rühren
wird dann bei 15°C für eine weitere
Stunde fortgesetzt. Der Feststoff wird dann unter Absaugen unter
Verwendung einer Filternutsche filtriert und mit 4 l Wasser gewaschen.
Trocknen unter verringertem Druck bei 80°C ergibt 1720 g (Ausbeute: etwa
93%) hochreines 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin.
Gehalt
(HPLC): 99,8%.
Summe aller organischen Verunreinigungen (HPLC): < 0,1
Wasser
(KF): 0,21%
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Beispiel 5
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Herstellung von wasserfreiem
2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
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100 g reines getrocknetes Produkt
mit einem Wassergehalt von 0,21% werden in 350 g Methanol suspendiert.
Das Methanol wird dann bei Atmosphärendruck unter Verwendung eines
Rotationsverdampfers abdestilliert. Der Rückstand wird noch einmal mit
350 g Methanol gemischt und wird dann unter Verwendung eines Rotationsverdampfers
abdestilliert. Der Rückstand
wird schließlich
unter einem Wasserstrahlvakuum bei 80°C getrocknet. Dies ergibt 99,7
g 2-Methoxy-4-methyl-6-methylamino-1,3,5-triazin
mit einem Wassergehalt von 50 ppm (KF) (Ausbeute: 100%).