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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft 2-Mercaptothiazol, das als Zwischenstufe
für Medikamente und
Agrochemikalien von Nutzen ist.
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2. Stand der
Technik
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Ein
herkömmliches
Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptothiazol über die Reaktion eines Dithiocarbamatsalzes
mit Chloracetaldehyd ist in der Literatur in (1) Bull. Soc. Chim.
Fr., 1948 (1967) und (2) Bull. Soc. Chim. Fr., 2863 (1968) beschrieben. Gemäß der Literaturstelle
(1) kann 2-Mercaptothiazol in einer Ausbeute von 55% durch Zugabe
einer Chloracetaldehyd-Lösung
zu einer Dithiocarbamatsalz-Lösung
hergestellt werden. Gemäß der Literaturstelle
(2), kann man 2-Mercaptothiazol in einer Ausbeute von 70% herstellen,
indem man Chloracetaldehyd und Ammoniumdithiocarbamat zu einer sauren
Dithiocarbamatsalz-Lösung gleichzeitig
gibt.
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Keines
dieser Verfahren ist jedoch ein industriell zufriedenstellendes
Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptothiazol, da diese zu einer
geringen Ausbeute des 2-Mercaptothiazols führen und darüber hinaus
ein polymeres Nebenprodukt hergestellt wird, das schwer vom Reaktionssystem
abzutrennen ist.
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Die
Chemical abstracts Bd. 59, Nr. 6, September 1963, Spalte 6380a und
Zh. Prikl. Khim. 36(4), 931–932
(1963) beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptothiazol,
in dem eine wäßrige Chloracetaldehyd-Lösung (die
5% freie Salzsäure
und 5,65% Chloracetaldehyd enthält)
zu Ammoniumdithiocarbamat in Wasser gegeben wird.
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R.
A. Mathes et al. beschreiben in "Synthesis of
2-thiazolethiol and its disulfide", Journal of the Amercican Chemical
Society, Bd. 70, Nr. 4, 1948, Seiten 1451 und 1452 die Synthese
von 2-Thiazolthiol aus Chloracetaldehyd und Ammoniumdithiocarbamat.
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US 2,426,397 betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von unsubstituiertem Mercaptothiazol.
Gemäß bevorzugten
Verfahren wird monohalogeniertes Acetaldehyd in Wasser gelöst und Ammoniumdithiocarbamat
zu dieser Lösung
gegeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur
Herstellung von 2-Mercaptothiazol bereitzustellen, das als Zwischenstufe von
Medikamenten und Agrochemikalien von Nutzen ist, wobei das Auftreten
von Nebenprodukten unterdrückt
und eine hohe Ausbeute erzielt wird.
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Zur
Lösung
der im Stand der Technik auftretenden Probleme haben die vorliegenden
Erfinder ein neues Verfahren zur Herstellung von 2-Mercaptothiazol
untersucht und im Ergebnis die vorliegende Erfindung vollendet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
2-Mercaptothiazol, welches die Zugabe eines Dithiocarbamatsalzes
der Formel (1):
worin M ein Kation ist,
zu
einer Chloracetaldehyd-Lösung
in der Gegenwart einer Säure
umfaßt,
und worin das für
die Chloracetaldehyd-Lösung
einsetzbare Lösungsmittel
ausgewählt
wird aus einer Gruppe, bestehend aus Wasser, einem organischen Lösungsmittel,
ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Methanol, Ethanol, Propanol, Acetonitril
und Tetrahydrofuran, und einer Mischung davon, worin die Menge des
Lösungsmittels zu
dem Dithiocarbamatsalz 1 bis 60 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht
des verwendeten Lösungsmittels
und des Dithiocarbamatsalzes, und die Säure aus einer Gruppe ausgewählt wird,
die aus Chlorwasserstoff, Schwefelsäure, Bromwasserstoff, Phosphorsäure, Stickstoffsäure und
p-Toluolsulfonsäure
und einer Mischung davon besteht, worin die Menge der einzusetzenden
Säure 0,8
bis 5,0 mol, bezogen auf 1 mol Chloracetaldehyd, beträgt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail beschrieben.
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Das
zur Herstellung einer Chloracetaldehyd-Lösung einsetzbare Lösungsmittel
wird unter Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Acetonitril und Tetrahydrofuran
ausgewählt
und eine Mischung davon kann eingesetzt werden. Im Hinblick auf
eine leichtere Isolierung der Zielverbindung verwendet man vorzugsweise
Wasser.
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Als
Lösung
von Chloracetaldehyd in Wasser kann man eine käuflich erhältliche Lösung einsetzen.
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Die
zum Ansäuern
der Chloracetaldehyd-Lösung
einsetzbare Säure
wird unter Chlorwasserstoff, Schwefelsäure, Bromwasserstoff, Phosphorsäure, Stickstoffsäure (z.
B. Salpetersäure),
p-Toluolsulfonsäure
und einer Mischung davon ausgewählt.
Salzsäure
und Schwefelsäure
sind bevorzugt.
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Man
kann Chlorwasserstoff und Bromwasserstoff in der Form eines Gases
und ebenfalls in der Form ihrer wäßrigen Lösung einsetzen.
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Die
Menge der einzusetzenden Säure
beträgt
0,8 bis 5,0 mol, stärker
bevorzugt 0,9 bis 2,5 mol bezogen auf 1 mol Chloracetaldehyd.
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Die
Zugabe der Säure
zu der Chloracetaldehyd-Lösung
kann erfolgen, indem man die obige Säure zu der Chloracetaldehyd-Lösung gibt, indem man die Chloracetaldehyd-Lösung zu
einer Lösung der
Säure gibt
oder indem man auf geeignete Weise die obige Säure zugibt, während man
das Dithiocarbamatsalz der Formel (I) zu der Chloracetaldehyd-Lösung gibt.
Im übrigen
ist es bevorzugt, daß die Säurelösung eine
Mischung aus der obigen Säure und
einem Lösungsmittel
ist, das bei der Herstellung der obigen Chloracetaldehyd-Lösung eingesetzt wird;
und man kann Wasser als Lösungsmittel
im Hinblick auf die leichtere Isolierung der Zielverbindung einsetzen.
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Das
Kation eines Dithiocarbamatsalzes umfaßt Ammonium und ein Alkalimetall,
vorzugsweise Ammonium. Man kann die Dithiocarbamatsalz-Lösung zu
einer sauren Chloracetaldehyd-Lösung in der
Form eines Feststoffs oder einer Lösung geben. Ein zur Herstellung
der Dithiocarbamatsalz-Lösung einsetzbares
Lösungsmittel
umfaßt
einen niederen Alkohol, wie Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol,
Wasser und die Mischung davon etc., und vorzugsweise Wasser.
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Bei
der Herstellung der Dithiocarbamatsalz-Lösung beträgt die Menge des Lösungsmittels zum
Dithiocarbamatsalz 1 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 55 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht des verwendeten Lösungsmittels und des Dithiocarbamatsalzes.
Im Hinblick auf die Produktivität
ist es besser, wenn die Lösungsmittelmenge
so gering wie möglich
ist, und 30 bis 55 Gew.-%. Die Temperatur, bei der man das Dithiocarbamatsalz
zu der Chloracetaldehyd-Lösung
in der Gegenwart der Säure gibt,
ist vorzugsweise 0°C
bis etwa 50°C,
stärker
bevorzugt etwa 20 bis 35°C.
Das Molverhältnis
Dithiocarbamatsalz zu Chloracetaldehyd, das man einsetzen sollte,
beträgt
vorzugsweise 0,7 bis 5,0, stärker bevorzugt
0,9 bis 3,0 im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit.
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Man
kann das 2-Mercaptothiazol herstellen, indem man die Reaktion der
obigen Mischlösung
bei der gleichen Temperatur (20–35°C) fortsetzt.
Im Hinblick auf einer Verkürzung
der Herstellungszeit und Erhöhung
der Ausbeute beträgt
die Reaktionstemperatur jedoch vorzugsweise etwa 40 bis 90°C, stärker bevorzugt
50 bis 80°C.
Obwohl die Reaktionstemperatur nicht erhöht werden sollte, wenn man
eine Überschußmenge an
Dithiocarbaminsäure
einsetzt, da Kohlenstoffdisulfid sich über die säurebedingte Zersetzung bildet,
kann man im übrigen
die Reaktionstemperatur erhöhen,
wenn man die Reaktion unter gleichzeitigem Entfernen von Kohlenstoffdisulfid aus
dem System durch Destillation durchführt. Die Reaktionszeit zur
Herstellung von 2-Mercaptothiazol beträgt üblicherweise 2 bis 10 Stunden
nach der Zugabe des Dithiocarbamatsalzes. Ein Verfahren zum Isolieren
und Reinigen des hergestellten 2-Mercaptothiazols aus dem Reaktionssystem
unterliegt keinen Beschränkungen.
wenn man beispielsweise ein organisches Lösungsmittel, wie Alkohol, Acetonitril
und Tetrahydrofuran als Lösungsmittel
einsetzt, kann man es zum Extrahieren selbst verwenden mit einem wasserunlöslichen
Lösungsmittel
oder das organische Lösungsmittel
in einem Schritt entfernen, gefolgt von der Extraktion der wäßrigen Mischung
mit einem wasserunlöslichen
Lösungsmittel;
und wenn man solch ein organisches Lösungsmittel nicht einsetzt,
kann man direkt mit einem wasserunlöslichen Lösungsmittel extrahieren. Nach
der Konzentration kann man eine weitere Reinigung durch Säulenreinigung
oder ein Rekristallisationsverfahren durchführen.
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Im übrigen wurde
in der vorliegenden Erfindung durch NMR oder Elementaranalyse bestätigt, daß die Möglichkeit
besteht, daß eine
andere Vorstufe als 2-Mercapto-4-hydroxythiazolin auftritt.
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Beispiele
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung konkreter anhand von Beispielen
und Vergleichsbeispielen erläutert.
Im übrigen
ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele
begrenzt.
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Beispiel 1
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10,14
g (100 mmol) einer konzentrierten Salzsäure wurden zu 17,44 g (100
mmol) einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45%
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
12,12 g (110 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das in 12,12 g Wasser
gelöst
wurde, zu der Mischung unter Kühlung
mit einem Wasserbad bei Raumtemperatur über 50 Minuten. Nach beendigtem
Zutropfen wurde die Mischung bei der gleichen Temperatur weitere
60 Minuten gerührt.
Nach dem Ende des Rührens
erhöhte
man die Reaktionstemperatur der Mischung auf 74°C und rührte danach bei der gleichen
Temperatur 2,5 Stunden unter Erwärmen.
Dann wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 50 ml Ethylacetat
dreimal extrahiert. Nach Trocknem über wasserfreiem Magnesiumsulfat
konzentrierte man und quantifizierte den erhaltenen Feststoff durch
Säulenchromatographie.
- – Menge:
10,58 g
- – Reinheit:
98,4%
- – Ausbeute:
88,8%
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Beispiel 2
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Man
führte
das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 durch, abgesehen davon,
daß man
die Menge des einzusetzenden Ammoniumdicarbamats auf 11,02 g (100
mmol) und die Wassermenge zum Lösen
des Ammoniumdithiocarbamats auf 11,02 g änderte, worauf man durch Flüssigchromatographie quantifizierte.
- – Menge:
9,58 g
- – Reinheit:
95,7%
- – Ausbeute:
78,2%
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Beispiel 3
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Man
gab 8,11 g (80 mmol) einer konzentrierten Säure zu 13,96 g (80 mmol) einer
wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von 13,22
g (120 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 13,22 g Wasser gelöst hatte, über 50 Minuten bei
Raumtemperatur unter Kühlung
mit einem Wasserbad zu der Mischung. Nach dem Beendigen des Zutropfens
wurde bei der gleichen Temperatur weitergerührt. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man
die Reaktionstemperatur der Mischung auf 74°C, um die Reaktion zu vervollständigen.
Dann kühlte
man auf Raumtemperatur und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal.
Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte danach den
erhaltenen Feststoff durch Flüssigchromatographie.
- – Menge:
8,86 g
- – Reinheit:
91,9%
- – Ausbeute:
86,9%
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Beispiel 4
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15,21
g (150 mmol) konzentrierte Salzsäure wurden
zu 17,44 g (100 mmol) einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung aus
12,12 g (110 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 12,12 g Wasser
gelöst
hatte, 50 Minuten lang bei Raumtemperatur zu der Mischung unter
Kühlung
mit einem Wasserbad. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man
bei der gleichen Temperatur weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die
Reaktionstemperatur auf 74°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur und
extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
11,1 g
- – Reinheit:
98,9%
- – Ausbeute:
93,8%
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Beispiel 5
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30
ml 2 N HCl (60 mmol) wurden zu 10,47 g (60 mmol) einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
9,92 g (90 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 9,92 g Wasser
gelöst
hatte, über
40 Minuten bei Raumtemperatur zu der Mischung unter Kühlung mit
einem Wasserbad. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man bei der gleichen Temperatur
30 Minuten lang weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 60°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
6,31 g
- – Reinheit:
88,5%
- – Ausbeute:
79,4%
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Beispiel 6
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10
ml 6 N HCl (60 mmol) wurden zu 10,47 g (60 mmol) einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
9,92 g (90 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 9,92 g Wasser
gelöst
hatte, über
45 Minuten bei Raumtemperatur zu der Mischung unter Kühlung mit
einem Wasserbad. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man bei der gleichen Temperatur
30 Minuten lang weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 60°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
6,24 g
- – Reinheit:
94,5%
- – Ausbeute:
8,38%
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Beispiel 7
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10,14
g (100 mmol) einer konzentrierten Salzsäure wurden zu 17,44 g (100
mmol) einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
12,12 g (110 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 12,12 g Wasser
gelöst hatte, über 50 Minuten
bei Raumtemperatur zu der Mischung unter Kühlung mit einem Wasserbad.
Nach Beendigen des Zutropfens rührte
man bei 0°C
60 Minuten lang weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 74°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
10,33 g
- – Reinheit:
95,9%
- – Ausbeute:
84,5%
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Beispiel 8
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24,33
g (240 mmol) einer konzentrierten Salzsäure wurden zu 13,96 g (80 mmol)
einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
9,70 g (88 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 9,70 g Wasser
gelöst
hatte, über
50 Minuten bei Raumtemperatur zu der Mischung unter Kühlung mit
einem Wasserbad. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man bei der gleichen Temperatur
60 Minuten lang weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 75°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
7,85 g
- – Reinheit:
87,7%
- – Ausbeute:
73,4%
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Beispiel 9
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7,30
g (72 mmol) einer konzentrierten Salzsäure wurden zu 15,70 g (90 mmol)
einer wäßrigen Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von
10,91 g (99 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 10,91 g Wasser
gelöst
hatte, über
50 Minuten bei Raumtemperatur zu der Mischung unter Kühlung mit
einem Wasserbad. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man bei der gleichen Temperatur
60 Minuten lang weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 75°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
7,29 g
- – Reinheit:
91,6%
- – Ausbeute:
63,3%
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Beispiel 10
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9,13
g (90 mmol) konzentrierte Salzsäure und
eine Lösung
von 10,91 g (99 mmol) Ammoniumdithiocarbamat, das man in 10,91 g
Wasser gelöst hatte,
wurden zu 15,70 g (90 mmol) wäßriger Chloracetaldehyd-Lösung (45%
Gew.-%) über
30 Minuten bei Raumtemperatur in im wesentlichen äquimolaren Mengen
zugetropft. Nach Beendigen des Zutropfens rührte man bei der gleichen Temperatur
60 Minuten weiter. Nach dem Ende des Rührens erhöhte man die Reaktionstemperatur
auf 75°C,
um die Reaktion zu beenden. Dann kühlte man auf Raumtemperatur
und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal. Nach dem Trocknen über wasserfreiem
Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte dann den erhaltenen
Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
9,16 g
- – Reinheit:
93,9%
- – Ausbeute:
81,5%
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Vergleichsbeispiel 1
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5,07
g (50 mmol) konzentrierte Salzsäure wurden
zu 17,44 g (100 mmol) wäßriger Chloracetaldehyd-Lösung (45
Gew.-%) bei Raumtemperatur gegeben. Ferner tropfte man eine wäßrige Lösung von 12,2
g (110 mmol) Ammoniumdithiocarbamat in 12,12 g Wasser über 60 Minuten
bei Raumtemperatur zu der Mischung unter einem Wasserbad. Nach Beendigen
des Zutropfens rührte
man bei der gleichen Temperatur 60 Minuten weiter. Nach dem Ende des
Rührens
erhöhte
man die Reaktionstemperatur auf 75°C, um die Reaktion zu beenden.
Dann kühlte man
auf Raumtemperatur und extrahierte mit 50 ml Ethylacetat dreimal.
Nach dem Trocknen über
wasserfreiem Magnesiumsulfat konzentrierte man und quantifizierte
dann den erhaltenen Feststoff mit Flüssigchromatographie.
- – Menge:
6,75 g
- – Reinheit:
78,1%
- – Ausbeute:
45,0%
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Erfindungsgemäß kann man
2-Mercaptothiazol, das eine nützliche
Zwischenstufe für
Medikamente und Agrochemikalien ist, in hoher Ausbeute herstellen,
während
man das Auftreten von Nebenprodukten unterdrückt.