DE69104630T2 - Verfahren zur Herstellung von salzfreien wasserfreien 3-Isothiazolonverbindungen. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von salzfreien wasserfreien 3-Isothiazolonverbindungen.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft die Herstellung von 3-Isothiazolonen und richtet sich besonders auf ein Verfahren zum Herstellen von 3-Isothiazolonen, die wenig oder kein Salz ("salzfrei") und auch wenig oder kein Wasser ("wasserfrei") enthalten.
- 3-Isothiazolone der Formel
- in der Y ein Alkyl oder ein substituiertes Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist; ein unsubstituiertes oder halogensubstituiertes Alkenyl oder Alkynyl min 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ist; ein Aralkyl oder halogen-, niedriges alkyl- oder niedriges alkoxy-substituiertes Aralkyl mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen ist; X Wasserstoff oder ein (C&sub1;-C&sub2;)Alkyl ist und X¹ Wasserstoff, Chlor oder ein (C&sub1;-C&sub2;)Alkyl ist, sind in US-A-3 523,121 und 3 761 488 beschrieben.
- Diese 3-Isothiazolone sind als Mikrobiozide gut bekannt und werden in zahlreichen industriellen und Haushaltssystemen verwendet. Da die 3-Isothiazolone in wässrigen Lösungen im allgemeinen nicht stabil sind, werden in der Regel stabilisierende zweiwertige Metallsalze zugesetzt wie dies beschrieben ist in US-A-3 870 795 und 4 087 878.
- Bei manchen Anwendungen, z. B. bei der Konservierung von Latexemulsionen, können diese stabilisierenden Metallsalze Probleme bereiten, durch welche die Wirksamkeit oder der Wert solcher Systeme reduziert wird.
- Ein anderes Problem mit derartigen stabilisierenden Metallsalzen besteht darin, dass sie zur Korrosion bei bestimmten Systemen führen. So haben z. B. Chloridsalze einen korrodierenden Effekt auf manche Metalle und werden deshalb vermieden, wenn dies möglich ist. In wässrigen Behandlungssystemen, bei denen ein niedriges Niveau an Kationen und Anionen wichtig ist, ist es ferner wünschenswert, solche Salze zu eliminieren. Bei der Stabilisierung von Kunststoffgegenständen können Salze zur Verschlechterung der optischen Eigenschaften beitragen und / oder die Wasseraufnahme und die Trübung vergrössern.
- Bei einigen kosmetischen Formulierungen ist es ebenfalls wichtig, anorganische Salze, insbesondere Nitrate, zu vermeiden.
- Isothiazolonhydrochloridsalze (Isothiazolon HCl) werden durch ein allgemein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Isothiazolonen erhalten. Ein derartiges Verfahren für die Herstellung einer Mischung von 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon und 2-Methyl-3-isothiazolon ist in US-A-3 849 430 und EP-A-95907 beschrieben. Das Isothiazolon HCl wird in der Chlorierungs-/ Zyklisierungsstufe dieses Verfahrens gebildet, bei der entweder ein Di- (oder Tri-) Thiodiamid oder ein Mercaptoamid zyklisiert wird: Cl&sub2; (3-6 Mol) + andere Isothiazolone + andere Amidverunreinigungen
- Die durch Chlorierung erhaltene Aufschlämmung wird dann filtriert und der Isothiazolon HCl Kuchen wird gewaschen und erneut im gleichen oder einem anderen Lösemittel aufgeschlämmt. Bei wässrigen Systemen wird ein Neutralisierungsmittel, wie Magnesiumoxid oder Kalziumoxid, dann zugegeben, um das freie basische Isothiazolon und ein Chloridsalz wie folgt zu erhalten: Neutralisiermittel + Lösemittel + Chloridsalz
- In US-A-4 824 957 sind bestimmte organische Amine als Neutralisiermittel in nicht wässrigen organischen Medien vorgeschlagen worden. Solche organische Amine ergeben organische Hydrohalogenidsalze als Nebenprodukte der Neutralisation. Die zum Neutralisieren des Isothiazolonhydrohalogenids erforderliche Menge ist schwer zu ermitteln und deshalb kann der Neutralisationsendpunkt nicht genau bestimmt werden. Jeder Überschuss an organischem Amin verbleibt in der Lösung des freien basischen Isothiazolons in dem organischen Lösemittel nach der Neutralisation und verunreinigt die Lösung des Endprodukts und kann ausserdem sich auch chemisch umsetzen mit freiem basischen Isothiazolon unter Bildung von zusätzlichen Nebenprodukten. Ausserdem können diese übrigbleibenden Amine auch als Quelle für Nitrosaminverunreinigung dienen, falls solche freie basische Isothiazolone in wässrigen Lösungen formuliert werden, die mit Nitratsalzen stabilisiert sind.
- Die freien basischen Isothiazolone und Aminhydrochloridsalze (Amin HCl), die bei der Neutralisationsreaktion gebildet werden, werden durch Abfiltrieren des festen Salzes aus der Lösung des freien basischen Isothiazolons abgetrennt. Die Amin HCl Salze sind aber gering bis nennenswert löslich in den meisten Lösemitteln und infolgedessen kann das Isothiazolonendprodukt nicht vollständig salzfrei sein.
- Keines der bekannten Verfahren ist in der Lage, ein Isothiazolon zu ergeben, das im wesentlichen rein, salzfrei und wasserfrei ist.
- Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das Isothiazolone von hoher Reinheit und hoher Ausbeute ergibt, die im wesentlichen salzfrei und im wesentlichen wasserfrei sind.
- Diese und andere Aufgaben, die sich aus der folgenden Beschreibung ergeben, werden durch die Erfindung gelöst, die in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung von 3-Isothiazolon betrifft der Formel
- in der die allgemeinen Symbole folgende Bedeutung haben Y ist Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, gegebenenfalls substituiert, vorzugsweise mit Halogen oder niedrigem Alkoxy; unsubstituiertem oder halogensubstituiertem Alkenyl oder Alkynyl mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen; oder Aralkyl oder mit Halogen, niedrigem Alkyl oder niedrigem Alkoxy substituiertem Aralkyl mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen;
- X ist Wasserstoff oder ein (C&sub1;-C&sub2;)Alkyl; und
- X¹ ist Wasserstoff, Chlor oder (C&sub1;-C&sub2;)Alkyl durch
- (a) Umsetzen von wasserfreiem Ammoniak mit einem Isothiazolonsalz der Formel
- in der Z Chlor, Brom, Sulfat oder Fluorsulfonat ist,
- m ist 1, wenn Z Chlor, Brom oder Fluorsulfonat ist und
- m ist 2, wenn Z Sulfat ist und
- (b) Abtrennen des erhaltenen (NH&sub4;)mZ von der erhaltenen freien Isothiazolonbase.
- In den vorstehenden Formeln ist Y bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl, Octyl, Hydroxymethyl, Chlormethyl, Chlorpropyl, Benzyl, 4-Methoxybenzyl, 4-Chlorbenzyl, Phenethyl, 2-(4-Chlorphenyl)ethyl, 4-Phenylbutyl und besonders bevorzugt (C&sub1;-C&sub8;)Alkyl, insbesondere Methyl oder n- Octyl.
- X ist bevorzugt H und X¹ ist bevorzugt H oder Cl.
- Z ist bevorzugt Chlor oder Brom und besonders bevorzugt Chlor.
- Die Bezeichnungen "niedriges" Alkyl, niedriges Alkoxy, bedeuten, dass der Alkyl- oder Alkoxyanteil 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthält.
- Das Verfahren gemäss der Erfindung enthält das Inberührungbringen des Isothiazolonsalzes oder einer Lösung / Suspension davon in einem organischen Lösungsmittel mit wasserfreiem Ammoniak in einer ausreichenden Menge, um den vorhandenen HmZ zu neutralisieren und die freie Isothiazolonbase und ein unlösliches (NH&sub4;)mZ Salz zu bilden und dann das (NH&sub4;)mZ Salz von der Mischung abzutrennen. Die organischen Lösemittel werden so ausgewählt, dass in ihnen die freie Isothiazolonbase im wesentlichen löslich und das (NH&sub4;)mZ Salz im wesentlichen unlöslich ist. Der Ausdruck "im wesentlichen löslich" bedeutet, dass die freie Isothiazolonbase ausreichend löslich in den verwendeten Lösungsmitteln ist, dass > 95 % der freien Isothiazolonbase nach dem Abtrennen des (NH&sub4;)mZ Salzes gewonnen werden. Durch den Ausdruck "im wesentlichen unlöslich" wird zum Ausdruck gebracht, dass das (NH&sub4;)mZ Salz ausreichend unlöslich in dem verwendeten Lösemittel oder Lösemittelmischung ist, so dass < 0,5 %, bevorzugt < 0,1 % (NH&sub4;)mZ salz in der isolierten freien Isothiazolonbase vorhanden sind.
- Bevorzugt wird das gleiche Lösemittel auch bei der vorhergehenden Halogenierungs- / Zyklisierungsstufe für die Bildung des Isothiazolonsalzes verwendet. Geeignete Lösemittel für die Neutralisation schliessen ein: Alkohole, Glykole, Glykolether, aromatische Kohlenwasserstoffe, chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe, chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe und Acetatester. Acetatester sind bevorzugt, insbesondere Ethyl- und Butylacetat.
- Bevorzugte organische Lösungsmittel zum Auflösen oder Suspendieren des Salzes sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (C&sub1;-C&sub5;)Alkylalkohol, (C&sub2;-C&sub8;)Alkylenglykol, (C&sub3;-C&sub1;&sub0;)Alkylenglykolether, (C&sub6;) aromatische Kohlenwasserstoffe, (C&sub1;-C&sub2;) alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe, chlorsubstituierte (C&sub6;) aromatische Kohlenwasserstoffe, chlorsubstituierte (C&sub1;-C&sub2;) alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe, (C&sub6;-C&sub8;)Alkane, chlorsubstituierte (C&sub1;-C&sub3;)Alkane und (C&sub1;-C&sub4;)Alkylester von Essigsäure.
- Eine besonders bevorzugte Gruppe von Lösemitteln ist ausgewählt aus der Klasse, bestehend aus Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Butandiol, Dipropylenglykol, Ethylenglykolbutylether, Toluol, Monochlorbenzol, Heptan, Dichlormethan, 1,2- Dichlorethan, Ethylacetat und Butylacetat.
- Während der Neutralisation sollte die eingeführte Menge an Ammoniak, die in die Lösung oder Suspension des (I) Salzes eingeführt wird, geringer oder eben gleich der stöchiometrischen Menge zum Neutralisieren des Salzes sein. Überschüssiges Ammoniak sollte vermieden werden, um eine Umsetzung mit freier Isothiazolonbase zu vermeiden, die zu niedrigeren Ausbeuten, Bildung von Nebenprodukten geringerer Reinheit und starker Verfärbung führt. Es wurde gefunden, dass man in der Lage ist, überschüssiges Ammoniak zu vermeiden, indem man die Dampfphase oberhalb der neutralisierten (I) Lösung überwacht. Bevorzugt wird eine Ammoniak anzeigende Sonde oder ein feuchtes Litmuspapier verwendet, um die zur Neutralisation eingeführte Menge an Ammoniak genau zu kontrollieren, so dass wenig oder kein Überschuss in der Lösung der freien Isothiazolonbase auftritt, sobald das gesamte HmZ neutralisiert worden ist.
- Lösemittel, die für die Neutralisationsstufe des Isothiazolons HmZ, aber nicht für die vorhergehende Halogenierungs- /Zyklisierungsstufe verwendet werden können, sind Alkohole, z. B. Methanol; Glykole, z. B. Ethylenglykol, 1,3-Butandiol, Dipropylenglykol und Propylenglykol; und Glykolether, z. B. Methyl- und Butylether von Ethylenglykol und Diethylenglykol. Die fertige Isothiazolonbasen können in diesen Lösemitteln formuliert werden, wodurch die Notwendigkeit für eine Stufe zur Entfernung des Lösungsmittels (durch Vakuumverdampfung oder Destillation) nach der Neutralisation entfällt. Diese Lösungsmittel können auch in Kombination verwendet werden, d. h. in Mischungen mit Lösungsmitteln, die für die Halogenierungs- / Zyklisierungsstufe benutzt werden. In Abhängigkeit von dem zur Neutralisation gewählten Alkohol, Glykol oder Glykolether treten höhere Konzentrationen von (NH&sub4;)mZ Salz als erwünscht in den Lösungen des Zwischenprodukts der freien Isothiazolonbase auf. Diese (NH&sub4;)mZ Salzkonzentrationen können auf akzeptable Niveaus bei der Formulierung der endgültigen freien Isothiazolonbase in ausgewählten Lösungsmitteln, z. B. Dipropylenglykol, mit anschliessender Filtration reduziert werden.
- Andere stark saure Salze, wie (Isothiazolon)&sub2; (H&sub2;SO&sub4;) oder (Isothiazolon) HFSO&sub3; Salze können mit wasserfreiem Ammoniak neutralisiert werden, um salzfreie Isothiazolonbasen und unlösliches Ammoniumsulfat oder Fluorsulfonat zu ergeben.
- Ausser der Verwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Herstellung von hochreinen und wasserfreien Formulierungen von Isothiazolonen und Isothiazolonmischungen kann die Erfindung auch verwendet werden, um verschiedene Verhältnisse von zwei oder mehreren Isothiazolonen herzustellen, die in einer Isothiazolonsalzmischung von Anfang an vorhanden sind. Eine typische freie Isothiazolonbase ist eine Mischung von 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon und 2-Methyl-3- isothiazolon, bevorzugt in einem Verhältnis von 92 : 8 bis 3 : 97. Man kann z. B. eine 3 / 1 Mischung von (5-Chlor-2- methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon)m HmZ nur partiell mit Ammoniak neutralisieren und danach die freie Isothiazolonbase isolieren (nach dem Abfiltrieren des verbliebenen (I) und (NH&sub4;)mZ Salzes). Die durch diese Arbeitsweise erhaltene freie Isothiazolonbase ist angereichert in 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon relativ zu 2-Methyl-3-isothiazolon aufgrund der unterschiedlichen Basizität der freien Isothiazolonbasen. Diese Anreicherung kann beim Verfahren gemäss der Erfindung immer dann angewandt werden, wenn ein Unterschied in der Basizität der Isothiazolone in der Ausgangsmischung der zu neutralisierenden (I) Salze vorhanden ist. Man kann tatsächlich das Verfahren gemäss der Erfindung, um eine stark angereicherte 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolonmischung aus einer Mischung von 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon zu gewinnen, isolieren. Das zurückbleibende Isothiazolonsalz kann mit zusätzlichem Ammoniak behandelt werden, um die freie Isothiazolonbase freizusetzen und dabei eine stark angereicherte 2-Methyl-3- isothiazolonmischung zu erhalten.
- Wie aus der vorstehenden Beschreibung und den folgenden Beispielen zu ersehen ist, ist das Verfahren gemäss der Erfindung ein sehr vorteilhaftes Verfahren für die Herstellung freier Isothiazolonbasen, die im wesentlichen frei von Wasser und Salz sind. Die bevorzugten Isothiazolone enthalten weniger als etwa 0,1 % Wasser und weniger als etwa 0,1 % (NH&sub4;)mZ, bezogen auf das Gewicht der Isothiazolone.
- Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren der Erfindung ohne Beschränkung noch näher.
- Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Ethylacetat als organisches Lösemittel für sowohl die Chlorierung-/ Zyklisierungsstufe als auch die Neutralisierungsstufe, wobei wasserfreies Ammoniak als Neutralisierungsmittel dient. Die Chlorierung / Zyklisierung wird gemäss dem Verfahren der US-A-3 849 430 und EP-A-95907 durchgeführt. Es wird das gleiche Lösemittel für die Chlorierung / Zyklisierung und die Neutralisation verwendet.
- Ein Einliter-Mantelkessel mit einem Ausgang am Boden war ausgerüstet mit einem Rührer, einem Thermometer, einem Chloreinlass, einem Einlass für eine 28 %ige Lösung von MMPA in Ethylacetat und einem Kühler, der mit einem Natronlaugewäscher verbunden war. Dieser Kessel wurde beschickt mit Ethylacetat. Am Boden des Ethylacetats wurden Chlor und die 28 %ige MMPA Lösung im Verlauf von 1 bis 3 Stunden eingeführt, wobei gut gemischt und die Temperatur kontrolliert wurde. Die erhaltene Chlorierungsaufschlämmung von Isothiazolon HCl Salzen wurde filtriert, um den Isothiazolon HCl Kuchen zu isolieren. Der Isothiazolon HCl Kuchen wurde sorgfältig mit Ethylacetat gewaschen, um eine hochreine Mischung von Isothiazolon HCl Salzen (99,9 % durch HPLC und HCl Analysen, 73,5 % 5-Chlor-2- methyl-3-isothiazolon / 26,5 % 2-Methyl-3-isothiazolon oder Verhältnis 2,8 : 1) zu erhalten.
- Die Mischung von Isothiazolon HCl Salzen wurde erneut in frischem Ethylacetat aufgeschlämmt (25 % Feststoffe) und es wurde wasserfreies Ammoniak nach und nach durch die Aufschlämmung bei einer Temperatur von 10 - 22ºC geleitet, bis freies Ammoniak in dem Kopfraum des Behälters durch eine Ammoniak anzeigende Einrichtung festgestellt wurde. Die Isothiazolon HCl Salzmischung absorbierte 22,3 g Ammoniak, bevor das freie Ammoniak in dem Gas des Kopfraumes festgestellt wurde. Die erhaltene Aufschlämmung von Ammoniumchlorid in einer Lösung von freier Isothiazolonbase wurde dann im Vakuum mit Hilfe eines Büchner Trichters filtriert und der Filterkuchen wurde sorgfältig mit frischem Ethylacetat gewaschen.
- Das Filtrat und das Ethylacetat von Waschungen wurde kombiniert und unter vermindertem Druck destilliert (40ºC / 20mmHg bis 50ºC / 2 mmHg), wobei 176,8 g eines freien Isothiazolon- Baseprodukts von hoher Reinheit (76,4 %) erhalten wurden. 76,4 % 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 23,4 % 2-Methyl-3-isothiazolon (Verhältnis 3,3 : 1), 99,8 % Reinheit (< 0,1 % NH&sub4;Cl) Die Gesamtausbeute betrug 84,2 Mol%, bezogen auf das Ausgangs MMPA.
- Die obige freie Isothiazolon-Basemischung von hoher Reinheit wurde in einer angemessenen Menge von DPG gelöst, um 5 % Isothiazolon (aktive Bestandteile) in der DPG Lösung zu ergeben.
- Die Formulierung enthielt 5 % aktiven Bestandteil und wurde dann zu verschiedenen Latexemulsionen bei 30 - 100 ppm (aktiver Bestandteil) gegeben und ergab einen ausgezeichneten Schutz gegen biologisches Verderben, ohne eine Gelbildung im Latex herbeizuführen.
- In ähnlicher Weise wie Stufe 1 von Beispiel 1 wurde ein Isothiazolon HCl Salz hergestellt mit einer Reinheit von 98,2 % und ein 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis 2 : 98.
- Nach der Arbeitsweise von Stufe 2 von Beispiel 1 wurde das Isothiazolon HCl Salz mit Ammoniak neutralisiert, wobei die erhaltene freie Isothiazolonbase in einer Reinheit von 98,2 % erhalten wurde;
- (5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon Verhältnis von 3 : 97 < 0,1 % NH&sub4;Cl) und eine gesamte molare Ausbeute von 86,4 %.
- Nach der Arbeitsweise von Stufe 1 von Beispiel 1 wurde eine Isothiazolon HCl Salzprobe erhalten, die eine Reinheit von 99,9 % hatte (91 % 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 9 % 2- Methyl-3-isothiazolon oder Verhältnis 10,1 : 1) berechnet auf Basis von HPLC und HCl Analysen.
- Diese Stufe wurde wie in Stufe 2 von Beispiel 1 durchgeführt, wobei 181 g der freien Isothiazolonbase (99,5 %, < 0,1 % NH&sub4;Cl) in einem Verhältnis von 92 % erhalten wurde 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 8 % 2-Methyl-3-isothiazolon (11,4 : 1). Die gesamte Isothiazolonausbeute betrug 82 Mol%, bezogen auf MMPA Ausgangsmaterial.
- Stufe 1 von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Ethylacetat durch Toluol als Lösungsmittel ersetzt wurde. Das erhaltene Isothiazolon HCl hatte eine Reinheit von nur 89 % (5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis 3,7 : 1).
- Nach der Arbeitsweise von Stufe 2 von Beispiel 1 wurde das Isothiazolon HCl Salz mit Ammoniak neutralisiert, um die freie Isothiazolonbase in 88 %iger Reinheit zu ergeben (< 0,1 % NH&sub4;Cl) und 5-Chlor-2-methyl-3- isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis von 4,4 : 1.
- Stufe 1 von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Ethylacetat als Lösemittel anstelle von BuOAc verwendet wurde. Das erhaltene Isothiazolon HCl hatte eine Reinheit von 99 % (5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis von 3,9 : 1).
- Nach der Arbeitsweise von Stufe 2 von Beispiel 1 wurde das Isothiazolon HCl Salz mit Ammoniak neutralisiert, um die freie Isothiazolonbase in > 99 % Reinheit und ein 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis 4,7 : 1 (< 0,5 % NH&sub4;Cl) zu ergeben.
- Dieses Beispiel erläutert das Verfahren gemäss der Erfindung unter Verwendung von Ethylacetat als Lösemittel, indem die Chlorierung / Zyklisierungsstufe ausgeführt wurde und die Neutralisierungsstufe unter Verwendung von wasserfreiem Ammoniak in ein einer Mischung von Glykol und Ethylacetat als Lösemittel durchgeführt wurde.
- Das erhaltene Isothiazolon HCl hatte eine Reinheit von 98,3 % und das 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl-3-isothiazolon lag im Verhältnis 4 : 1 vor.
- Der feuchte Isothiazolon HCl Kuchen (68,4 g) wurde in 126,6 g Ethylacetat und 85,8 g Dipropylenglykol (DPG) wieder aufgeschlämmt. Die Aufschlämmung wurde unter Rühren dann neutralisiert, indem Ammoniakgas durch die Mischung geleitet wurde, bis freies Ammoniak im Kopfraum auftrat (5,5 g Ammoniak waren für die Neutralisation erforderlich). Die erhaltene Aufschlämmung der freien Isothiazolonbase und des Ammoniumchlorids wurde dann filtriert und sorgfältig mit frischem Ethylacetat gewaschen.
- Das Filtrat und das Wasch-Ethylacetat wurden kombiniert und es wurden 12,1 g Triethylorthoformiat als Stabilisator hinzugefügt. Ethylacetat wurde dann aus dieser Mischung bei 50ºC / 20 bis 5 mm Hg abgetrieben, wobei 132,3 g einer flüssigen DPG Mischung erhalten wurden, die 26,4 % 5-Chlor-2-methyl- 3-isothiazolon, 6,6 % 2-Methyl-3-isothiazolon (Verhältnis 4 / 1) und > 0,5 % NH&sub4;Cl enthielt.
- Die vorstehende Lösung wurde weiter verdünnt, indem 150,5 g DPG hinzugegeben wurde und dann wurde filtriert, um die fertige Mischung von 15,2 % 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 2-Methyl- 3-isothiazolon in DPG zu erhalten.
- Dieses Beispiel erläutert das Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung von Butylacetat als Lösemittel, indem sowohl die Chlorierung / Zyklisierung als auch die Neutralisation ausgeführt wurden und wasserfreies Ammoniak als Neutralisationsmittel verwendet wurde.
- Ein Einliter-Mantelkessel mit einer Bodenöffnung wurde mit einem Kopfrührer, einem Thermometer, einem Chloreinlass, einem Einlass für eine 28 %ige Lösung von OMPA in Butylacetat und einem Kühler, der mit einem Natronlaugewascher verbunden war, ausgerüstet. Der Kessel wurde mit Butylacetat beschickt. Am Boden des Butylacetats wurden gleichzeitig Chlor und die 28 %ige OMPA Lösung im Verlauf von 1 bis 2 Stunden eingeleitet, wobei gut gemischt und die Temperatur kontrolliert wurde. Die erhaltene Chlorierungsaufschlämmung von 2-Octyl-3- isothiazolon HCl wurde filtriert, um einen 2-Octyl-3-isothiazolon HCl Kuchen zu isolieren. Der 2-Octyl-3-isothiazolon HCl Kuchen wurde sorgfältig mit Butylacetat gewaschen, wobei man ein sehr reines 2-Octyl-3-isothiazolon HCl Salz erhielt. Ein aliquoter Teil von 2-Octyl-3-isothiazolon HCl wurde getrocknet und durch Gaschromatographie (Gc) auf 2-Octyl- 3-isothiazolon und durch potentiometrische Titration auf HCl analysiert. Es wurden 85,3 % bzw. 14,5 % gemessen, was insgesamt 2-Octyl-3-isothiazolon HCl von einer Reinheit von 99,8 % entspricht.
- Das 2-Octyl-3-isothiazolon HCl Salz wurde in frischem Butylacetat erneut aufgeschlämmt (25 % Feststoffe) und es wurde wasserfreies Ammoniak allmählich durch die bei 10 bis 22ºC gehaltene Aufschlämmung geleitet, bis Ammoniak in dem Kopfraum des Behälters entweder durch ein feuchtes Litmusindikatorpapier oder durch eine Ammoniak anzeigende Sonde festgestellt wurde. Die erhaltene Aufschlämmung der freien 2-Octy- 3-isothiazolon Base und Ammoniumchlorid wurde dann durch einen Vakuum-Büchner-Trichter filtriert und der Filterkuchen wurde sorgfältig mit frischem Butylacetat gewaschen.
- Das Filtrat und das Butylacetat-Waschmittel wurden kombiniert und unter vermindertem Druck vom Lösemittel befreit, wobei sehr reines (> 99 %) freies 2-Octyl-3-isothiazolon Produkt, < 0,5 % NH&sub4;Cl erhalten wurde.
- 2-Octyl-3-isothiazolon (266 g) wurden in 1,2-Propylenglykol (312 g) gelöst, wobei eine Lösung mit 46 % aktivem Bestandteil erhalten wurde. Diese Formulierung kann zu einem kommerziellen Acryllatex-Anstrichmittel gegeben werden, so dass das Anstrichmittel eine gute Lagerbeständigkeit gegen den Angriff von Bakterien in der Verpackung besitzt und eine ausgezeichnete Schimmelbeständigkeit anzeigt nach der Anwendung für Aussenanstriche.
- Dieses Beispiel beschreibt das Verfahren zur Herstellung von zwei Isothiazolonen in unterschiedlichen Verhältnissen gegenüber der Ausgangs-Isothiazolon-HCl Mischung.
- Eine 95 g Mischung von 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon HCl und 2-Methyl-3-isothiazolon HCl (im Verhältnis 75,4 : 24,6) in 400 g Ethylacetat wurde teilweise bei 10ºC neutralisiert. Es wurden 95 % der theoretischen Ammoniakmenge (6,2 g), die zur vollständigen Neutralisation von 5-Chlor-2-methyl-3- isothiazolon HCl erforderlich ist, verwendet. Die erhaltene Aufschlämmung, die Ammoniumchlorid und die Isothiazolon HCl Salzmischung als Feststoffe und freie Isothiazolonbase in Lösung enthielt, wurde in einem Vakuum-Büchner-Trichter filtriert und der Kuchen wurde mit Ethylacetat gewaschen.
- Das kombinierte Filtrat wurde im Vakuum (50ºC / 20 mm Hg) vom Lösemittel befreit, wobei 55,3 g einer freien Base erhalten wurde, die im wesentlichen 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon (96,1 %) und nur eine geringe Menge von 2-Methyl-3-isothiazolon (1,1 %) enthielt.
- Der vorstehende feuchte Kuchen der NH&sub4;Cl / Isothiazolon HCl Salzmischung wurde in 250 g Ethylacetat erneut aufgeschlämmt und vollständig neutralisiert. Er absorbierte 2,8 g NH&sub3; bevor NH&sub3; im Kopfraum festgestellt wurde. Die gebildete Aufschlämmung wurde filtriert und in einem Vakuum-Büchner- Trichter filtriert. Das Filtrat ergab beim Abtreiben des Lösemittels im Vakuum bei 50ºC / 20 mm Hg 23,9 g einer Mischung von freien Basen, die 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon und 2-Methyl-3-isothiazolon im Verhältnis 25 : 75 enthielt.
- Beispiele 9 und 10 erläutern die Verwendung von bekannten Arbeitsweisen mit Triethylamin (TEA) und Pyridin (PYR) als Neutralisationsmittel. Bei Verwendung dieser organischen Amine war die Reinheit der Endprodukte geringer, entsprechend 2 % von mehr Amin HCl Salz (TEA HCl oder PYR HCl) Verunreinigung im Vergleich zu < 0,5 % Ammoniumchlorid-Verunreinigung bei den Beispielen 1 bis 7.
- Eine Probe eines feuchten Kuchens von Isothiazolon HCl (83,2 g), die nach der Arbeitsweise von Stufe 1 von Beispiel 6 erhalten wurde, wurde erneut in 383,5 g Ethylacetat aufgeschlämmt und es wurden 43 g TEA tropfenweise zu der Aufschlämmung des feuchten Kuchens des Isothiazolons HCl zugegeben, wobei die Temperatur bei 8 bis 12ºC gehalten wurde. Am Ende der Neutralisation liess man die Aufschlämmung sich auf 23ºC erwärmen und dann wurde in einem Büchner- Trichter filtriert. Das feste TEA HCl wurde mit 300 g Ethylacetat gewaschen. Das Filtrat und die Waschungen wurden kombiniert und das Lösungsmittel wurde bei 50ºC bei 40 bis 5 mm Hg abgetrieben, wobei man 57,0 g freie Isothiazolonbase erhielt, die 78,3 % 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 19,8 % 2-Methyl- 3-isothiazolon / 2,0 % TEA HCl enthielt.
- Eine Probe eines feuchten Isothiazolon HCl Kuchens (74,4 g), die gemäss Stufe 1 von Beispiel 6 erhalten wurde, wurde in 410 g Ethylacetat aufgeschlämmt und es wurden 29,3 g PYR tropfenweise unter Rühren der Aufschlämmung des Isothiazolon -HCl zugegeben, wobei die Temperatur bei 10ºC gehalten wurde. Am Ende der Neutralisation liess man die Aufschlämmung sich auf 25ºC erwärmen und teilte sie dann in zwei gleiche Portionen. Eine Portion der erhaltenen Aufschlämmung (246 g) wurde in einem Büchner-Trichter filtriert. Das feste PYR HCl wurde mit 250 g Ethylacetat gewaschen. Das Filtrat und die Waschungen wurden kombiniert und das Lösemittel wurde bei 50ºC bei 20 bis 5 mm Hg abgetrieben, wobei 26,2 g freie Isothiazolonbase erhalten wurden, enthaltend 77,6 % 5-Chlor-2-methyl- 3-isothiazolon / 19,4 % 2-Methyl-3-isothiazolon / 2,5 % PYR HCl. Die zweite Portion der erhaltenen Aufschlämmung (244 g) wurde dann mit zusätzlichen 4,4 g PYR behandelt und im Büchner-Trichter filtriert. Das feste PYR HCl wurde mit 250 g Ethylacetat gewaschen. Das Filtrat und die Waschungen wurden kombiniert und das Lösemittel wurde bei 50ºC bei 20 bis 5 mm Hg abgetrieben, wobei 25,0 g freie Isothiazolonbase erhalten wurde, enthaltend 74,3 % 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon / 20,0 % 2-Methyl-3-isothiazolon / 4,4 % PYR HCl.
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen eines 3-Isothiazolons der
Formel
in der
Y Alkyl mit 1-10 Kohlenstoffatomen, gegebenenfalls
substituiert, vorzugsweise mit Halogen oder (C&sub1;-C&sub2;)-Alkoxy,
nicht substituiertes oder mit Halogen substituiertes
Alkenyl oder Alkynyl mit 2-10 Kohlenstoffatomen oder
Aralkyl oder mit Halogen, (C&sub1;-C&sub2;)-Alkyl oder
(C&sub1;-C&sub2;)-Alkoxy substituiertes Aralkyl mit bis zu 10
Kohlenstoffatomen ist,
X Wasserstoff oder eine (C&sub1;-C&sub2;)-Alkylgruppe ist, und
X¹ Wasserstoff, Chlor oder (C&sub1;-C&sub2;)-Alkyl ist, durch
(a) Umsetzen van wasserfreiem Ammoniak mit einem
Isothiazolonsalz der Formel
in der
Z Chlor, Brom, Sulfat oder Fluorsulfonat, vorzugsweise
Chlor oder Brom, ist,
m ist 1, wenn Z Chlor, Brom oder Fluorsulfonat ist, und m
ist 2, wenn Z Sulfat ist, wobei das Isothiazolon in einem
organischen Lösemittel gelöst oder suspendiert ist und
das Lösemittel so ausgewählt ist, daß das (NH&sub4;)mZ im
wesentlichen darin unlöslich und die freie
Isothiazolonbase im wesentlichen darin löslich ist, und
(b) Abtrennen des erhaltenen (NH&sub4;)mZ von der erhaltenen
freien Isothiazolonbase.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lösemittel ein Alkohol, Glycol, Glycolether,
Acetatester, aliphatischer Kohlenwasserstoff, chlorierter
aliphatischer Kohlenwasserstoff, aromatischer
Kohlenwasserstoff oder ein chloriertes aromatisches
Kohlenwasserstofflösemittel ist, vorzugsweise ein
(C&sub1;-C&sub5;)-Alkylalkohol, (C&sub2;-C&sub8;)-Alkylenglycol, (C&sub3;-C&sub1;&sub0;)-Alkylenglycolether,
(C&sub6;)-aromatischer Kohlenwasserstoff,
(C&sub1;-C&sub2;)-alkylsubstituierter aromatischer Kohlenwasserstoff,
chlorsubstituierter (C&sub6;)-aromatischer Kohlenwasserstoff,
chlorsubstituierter (C&sub1;-C&sub2;)-alkylsubstituierter aromatischer
Kohlenwasserstoff, (C&sub6;-C&sub8;)-Alkan, chlorsubstituiertes
(C&sub1;-C&sub3;)-Alkan und (C&sub1;-C&sub4;)-Alkylester von Essigsäure und,
ganz besonders bevorzugt, Ethylenglycol, Propylenglycol,
1,3-Butandiol, Dipropylenglycol, Ethylenglycolbutylether,
Toluol, Monochlorbenzol, Heptan, Dichlormethan,
1-2-Dichlorethan, Ethylacetat oder Butylacetat ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfraum über der Lösung oder Suspension des
Isothiazolonsalzes während der Reaktion überwacht wird,
um festzustellen, wann eine ausreichende Menge Ammoniak
zugesetzt wurde.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ammoniak in einer zum Neutralisieren des Salzes
ausreichenden Menge zugesetzt wird und vorzugsweise
Zusatz von Überschuß Ammoniak über die zur Neutralisation
des Salzes erforderliche Menge vermieden wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß weniger als eine stöchiometrische Menge Ammoniak mit
dem Salz umgesetzt wird, um das Salz unvollständig zu
neutralisieren, und die erhaltene freie Isothiazolonbase
vor der Zugabe weiteren Ammoniaks zum Neutralisieren des
verbleibenden Salzes entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Y (C&sub1;-C&sub8;)-Alkyl, vorzugsweise Methyl oder n-Octyl
ist, X Wasserstoff ist und X' Wasserstoff oder Chlor ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erhaltene freie Isothiazolonbase eine Mischung
von 5-Chlor-2-methyl-3-isothiazolon und
2-Methyl-3-isothiazolon, vorzugsweise in einem Verhältnis von 92:8 bis
3:97, ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die freie Isothiazolonbase weniger als 0,5 %,
vorzugsweise weniger als 0,1 %> (NH&sub4;)mZ, bezogen auf Gewicht des
Isothiazolons, enthält.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erhaltene freie Isothiazolonbase weniger als 0,1
% Wasser enthält.
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