DE720206C - Verfahren zur Herstellung von am Stickstoff chlorierten Harnstoffen bzw. Harnstoffderivaten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von am Stickstoff chlorierten Harnstoffen bzw. Harnstoffderivaten Die allgemeine Annahme, daß am Stickstoff chlorierte Harnstoffe infolge einer als unvermeidlich angesehenen Neigung zur Abspaltung von Chlorstickstoff nicht beständig sein könnten, und daß die Herstellung und Aufbewahrung derselben daher sehr gefährlich Sei, hat dazu geführt, daß über derartige Verbindungen nur sehr wenig veröffentlicht worden ist..
• Einige Chlorverbindungen des Harnstoffs oder solcher Harnstoffderivate, in denen beide Stickstoffatome erhalten geblieben sind, tverden im Compt. rend. 153 (igii) S. 681 und Journ. of the Chem. Soc. of London 95 (igog) S. 131 und S. 464 (mehrfach zitiert in Chemical News, Journ. Americ. Chem. Soc.t Chem. Zentralblatt u. a.) beschrieben. Hiernach ist ganz allgemein die Herstellung derartiger Chlorverbindungen nur unter ganz bestimmten Vorsichtsmaßregeln bei tiefen Temperaturen möglich, und die erhaltenen Produkte zerfallen in allerküriester Zeit unter Abgabe von Chlorstickstoff, Stickstoff, Kohlendioxyd usw.
• Bei der in der obengenannten Literatur beschriebenen Herstellungsweise des Dichlorharnstoffes, ausgehend von in Wasser gelöstem Harnstoff, bilden sich nebeneinander die symmetrische und asymmetrische Form, deren Trennung voneinander infolge der Gefahr der Chlorstickstoffentwicklung nicht möglich ist. Tri- und Tetrachlorharnstoff sind nach dieser Arbeitsweise überhaupt nicht herzustellen; es heißt ausdrücklich, daß bei der Zuführung von mehr Chlor ausschließlich Stickstofftrichlorid gebildet wird. .
• Es wurde nun gefunden, daß man am Stickstoff chlorierte Verbindungen der Harnstoffgruppe herstellen kann, wenn das Harnstoffmolekül bei der Umsetzung durch.eine weitere Molekülgruppe gewissermaßen abgeschirmt wird. Man geht daher erfmdungs= gemäß aus von Salzen des Harnstoffes oder von an einem Stickstoffatom substituierten Derivaten, nämlich Monoacyl-, Monoalkyl-oder Monoarylharnstoffen, und behandelt diese Verbindungen in gelöster Form bei Zimmertemperatur oder bei erhöhter Temperatur mit berechneten Mengen Chlor. Im Interesse der Ausbeute sind Temperaturen über 20° vorzuziehen; im allgemeinen soll die Temperatur jedoch nicht über etwa 70° ge-,steigert werden. Beim Arbeiten mit Salzen des Harnstoffs haben sich Temperaturen zwischen etwa 2o und 40°, beim Chlorieren der Substitutionsprodukte solche von etwa 5o bis 70° als am besten geeignet erwiesen.
• Von den theoretisch fünf verschiedenen Chlorharnstoffen lassen sich nach dem vorliegenden Verfahren ohne Explosionsgefahr alle mit Ausnahme des sehr leicht zersetzlichen Trichlorharnstoffes herstellen. Der Monochlorharnstoff und die asymmetrische Form des Dichlorharnstoffes sind jedoch nur kurze Zeit haltbar. Das macht zwar ihre Aufbewahrung für längere Zeit unmöglich, verhindert aber nicht ihre Verwendung = zu chemischen Umsetzungen, durch die sie in haltbare l'ro<lul<te übergeführt werden können. Der symmetrische Dichlorharnstoff und der symmetrische Tetrachlorharnstoff werden in reinem Zustande als haltbare Körper in guter Ausbeute erhalten.
• Das geeignete Ausgangsmaterial zur Herstellung der Chlorharnstoffe ist das salzsaure Salz des Harnstoffs. Wenn man eine wäßrige Lösung dieses Salzes bei Temperaturen über Zimmertemperatur, zweckmäßig bei 2o bis 35#", mit den berechneten Mengen Chlor behandelt, so erhält man zunächst den Monochlorharnstoff. Dieser stellt eine weiße, kristalline Masse dar; er ist jedoch nur kurze Zeit haltbar. Der durch Einleiten der doppelten Chlormenge unter gleichen Temperaturbedingungen erhältlicheDichlorhar nstoffbesteht zu 95 0/0 aus der symmetrischen Modifikation, die bei 92` schmilzt, und zu 5 0,'o aus der asymmetrischen Form, die sich mit Chloroform herauswaschen läßt und bei 8o° schmilzt. Die letztere zerfällt sehr schnell. T richlorharnstoff läßt sich nicht isolieren. Leitet man mehr Chlor ein, als zur Bildung des Dichlorharnstoffes notwendig ist, so tritt eine sehr lebhafte Gasentwicklung ein, die auch bei längerem Stehen nicht aufhört. Kristalle scheiden sich überhaupt nicht ab, auch nicht bei starkem Abkühlen. Vermehrt man aber die Chlorzufuhr über die zur Bildung des Trichlorharnstoffes notwendige Menge hinaus, so hört die Gasbildung sehr schnell auf. Der dann gebildete Tetrachlorharnstoff scheidet sich-nicht freiwillig aus der Lösung des Reaktionsgemisches-ab. Beim vorsichtigen Verdampfen schießen wohl nach Fortgang des Wassers Kristalle an, aber sie lassen sich in fester Form nicht halten, sondern zerfließen an der Luft sehr schnell. In wäßriger Lösung sind sie jedoch unverändert haltbar.
• An Stelle von gasförmigem Chlor können bei der Chlorierung der Harnstoffsalze, z. B. des salzsauren Harnstoffs, auch Calciumhypochlorit oder andere chlorabgehende Verbindungen verwendet werden. Es wird dann mit einer wäßrigen Calciumhypochloritlösung gearbeitet. deren Gehalt an wirksamem Chlor vorher bestimmt wird. Vor oder nach dein Zusetzen der berechneten Menge des Chlo rierungsmittels wird die Lösung des Harr, stoffsalzes zwecks Erzielung der oben be schriebenen günstigsten Temperaturbedin gungen erwärmt. Alkalihypochlorite sind zu Herstellung der Chlorharnsto -ffe als Chlorie rungsmittel nicht geeignet.
• Werden am Stickstoff substituierte Harn stoffe als Ausgangsmaterial verwendet, s( lassen sich in ähnlicher Weise haltbare Chlorverbindungen herstellen. Aus den Harnstoffderivaten vom Typ wo X eine Acyl-, Alkyl- oderArylgruppe sein kann, lassen sich z. B. unbeschränkt haltbare Chlorverbindungen mit i, 2 oder 3 Chloratomen am Stickstoff erhalten. Zur Herstellung dieser Produkte wird .das Harnstoffderivat ebenfalls in Lösung mit den berechneten Mengen Chlor behandelt. Zweckmäßig arbeitet man bei erhöhter Temperatur, wobei gute Ausbeuten beim Arbeiten im wäßrigen :Medium und bei Temperaturen von ;o bis 7& erhalten werden. Es empfiehlt sich, zur Neutralisation der entstehenden Reaktionssalzsäure ein Metalloxyd, wie Zinkoxyd oder Magnesiumoxyd, zuzusetzen, und zwar vorzugsweise in der auf die gebildete Salzsäure berechneten Menge. Die Chlorierung erfolgt zweckmäßig unter Einhaltung der oben angegebenen Temperaturen durch Einleiten der jeweils berechneten Menge Chlorgas in raschem Strom. Die so beispielsweise aus Acetylharnstoff erhaltenen Chlorv erbindungen mit 2 bzw. 3 Chloratomen stellen feste, gut kristallisierende Körper dar. Durch Chlorieren von Alkylharnstoffen erhält-man teilweise Sirupöse, in der Kälte gelatinöse Massen. Bei der Chlorierung kann eine Beschleunigung der Reaktion durch Katalysatoren oder Chlorüberträger in an sich bekannter Weise erzielt werden.
• Im Journal of the Chemical societv, 123 (19z3), S. 2779ff. wird ein Verfahren beschrieben, nach dem _a, ß-Alkylacetvlcarbamide hergestellt und chloriert werden können, wobei Verbindungen vom Tcp entstehen. Daß die Substitution durch die Acyl- und Alkylgruppe in je einer Aminogruppe des Harnstoffs wesentlich für die Konstitution der dort beschriebenen Harnstoffderivate ist, geht aus ihrer ausdrücklich vorgeschriebenen Herstellung durch die sog. Iloffmannsche Umsetzung aus aliphatischen Aminen mittels Broms und Alkalis hervor. Die Chlorierung erfolgt in. io %iger Natronlauge; die so erhaltenen. Verbindungen, die Chlor an Stickstoff gebunden enthalten, und zwar je neben .einer Acyl- und einex Alkylgruppe, sind also alkalibeständig. .
• Diese Tatsache, die nur auf der bestimmten gekennzeichneten Verteilung von Alkyl-und Acylgruppen beruhen kann, unterscheidet die genannten Verbindungen von den nach dem vorliegenden Verfahren herzustellenden Verbindungen des Typs wo Y eine Alkyl- oder Acyl- oder Arylgruppe bedeutet. Diese Verbindungen werden von Alkali zersetzt, wobei u. a. Stickstoff, CO, und Chlorstickstoff auftreten. Eine Chlorierung in alkalischer Lösung kommt für sie also gar nicht in Frage. Außerdem sind die im Journal of the Chem. Soc. beschriebenen Chlorcarbamidderivate in Chloroform derart leicht löslich, daß sie mit ihm aus der alkalischen Lösung extrahiert werden können, während die nach dem vorliegenden Verfahren herzustellenden monosubstituierten Chlorcarbamide in Chloroform unlöslich sind.
• Die chlorierten Produkte sind als bleichende und baktericide Mittel verwendbar; sie können auch als Ausgangsprodukte zur Herstellung therapeutisch wichtiger, an sich bekannter Harnstoffpräparäte, beispielsweise zur Reaktion mit organischen Säuren und deren Derivaten, vorteilhaft verwendet werden.
• Nachstehend wird das Verfahren noch an Hand einiger Beispiele näher erläutert. Beispiel i ioo g Harnstoff werden in wenig Wasser gelöst und durch Zugabe von 59g H Cl enthaltender Salzsäure in das salzsaure Salz verwandelt. Die so erhaltene wäßrige Lösung des salzsauren Harnstoffs wird auf 30° erwärmt; während der ganzen Reaktion wird die Temperatur auf etwa 2o bis 35° gehalten. In die Lösung werden in gleichmäßig raschem Strom 233 g Chlorgas eingeleitet. Aus der klaren Lösung scheiden sich im Laufe von 24 Stunden etwa 158 g weiße Kristalle in voluminösen Bündeln ab. Sie werden abgesaugt und mit Chloroform gewaschen. Nach dem Trocknen liegen noch 15.4 9 weiße Kristalle (Fp.92°) vor, deren Analyse (aus KJ frei gemachtes Jod) Dichlorharnstoff anzeigt. Die Ausbeute beträgt 7r,6°%- der Theorie. Duich, geeignete Aufarbeitung des Filtrats läßt sie. sich noch erhöhen. -_. .., . Beispiel 2 i-oö g Harnstoff werden wie im Beispiel i in salzsauren Harnstoff verwandelt. In die auf etwa 3o° 'erwärmte Lösung werden 473 g Chlor eingeleitet. Wenn etwa die Hälfte des Chlorgases eingeleitet ist, tritt Gasentwicklung ein, die bei weiterer Chlorzufuhr wieder aufhört. Um jeder-Gefahr einer in diesem Stadium etwa möglichen' Bildung von Chlorstickstoff zu begegnen, gibt man etwas Chloroform zu, das man später wieder ablassen kann. Die wäßrige Lösung scheidet keine Kristalle ab. Nach dem Eindampfen und Wiederlösen des -Verdampfungsrückstandes in destilliertem Wasser zeigt die Bestimmung des aus KJ frei gemachten Jods die Bildung von 2o5 g Tetrachlorharnstoff (621/, der Theorie) an.
• Beispiel 3 Von einem Calciumhypochlorit wurde der Gehalt an wirksamem Chlor mit :28,50/, festgestellt. 4009 dieses Hypochlorids werden in Wasser aufgeschwemmt; sodann werden 5o g Harnstoff, mit 29,5 g H Cl enthaltender Salzsäure versetzt, hinzugegeben. Die bald klar werdende Lösung wird einige Stunden auf 35° erwärmt. Nach 24stündigem Stehen haben sich 52 g Dichlorharnstoff (Fp. 91;5o) ausgeschieden, das sind 48,5 °% der Theorie. Durch geeignete Aufarbeitung des Filtrats läßt sich die Ausbeute noch verbessern.
• Beispiel 4 ioo g Acetylharnstoff werden in 5oo ccm Wasser von 65° gelöst; zu dieser Lösung werden 1o8 g Zinkoxyd gegeben. Unter ständigem Umrühren werden sodann bei Erhaltung der Temperatur auf 6o bis 95' i 86 g Chlorgas in raschem Strom eingeleitet; allmählich geht das Zinkoxyd ganz in Lösung. Nach 24stündigem Stehen haben sich aus der Lösung 123 g weiße Kristalle ausgeschieden. Die Chlorbestimmung zeigt, daß es sich hierbei um Trichloracetylharnstoff handelt. Ausbeute: 610/, der Theorie. Durch Verdunstenlassen des Filtrats im Vakuum ist die Ausbeute zu erhöhen. Der genaue Schmelzpunkt der Verbindung ist nicht zu bestimmen. Bei 172° tritt ohne Schmelzen Fortgang sehr stechend riechender Gase ein. In Alkohol, Äther, Chloroform, Benzin und Benzol ist der Körper so gut wie unlöslich, in heißem Wasser, ebenso in heißem Eisessig löst er sich; es tritt aber auch in diesen Lösungsmitteln bei Temperaturen über etwa 8o° Zersetzung ein. Beispiel ioo g Methylharnstoff werden in 30o ccm Wasser von etwa 6o0 gelöst; zu-dieser Lösung werden i 6o g Zinkoxyd gegeben. -Unter ständigem Umrühren bei Einhaltung einer Temperatur von 6ö bis 70° läßt man 287 g Chlorgas in so raschem Strom in die Lösung eintreten, daß keine Chlorbasen unwirksam aus der Reaktionslösung heraustreten. Das Zinkoxyd geht völlig in Lösung, und es scheidet sich der Trichlormethylharnstoff als klebrige, zähe :Masse aus, die, im Vakuumexsikkator getrocknet, als dickflüssiges, farbloses Öl vorliegt. Bei Abkühlung unter + 5° wird dieses 151 gelatinös; über 9o° erhitzt, zersetzt es sich unter explosiven Erscheinungen. Die Bestimmung des Chlors ergibt, daß 59,90/0 an N gebunden sind (theoretisch: 6o0/,); die Ausbeute beträgt etwa 70% der Theorie.
• Beispiel -6 ioo g Phenylharnstoff werden in 5oo ccm Wasser unter Zusatz von etwas Alkohol bei 70° gelöst. mit 37,9 g Zinkoxyd versetzt und mit 104 g Chlorgas chloriert. Aus dem Wasser scheiden sich in weichen, ganz schwach rosa gefärbten Blättchen 118,5 g Dichlorphenylharnstoff aus, was einer Ausbeute von 79% der Theorie entspricht. Der Gehalt an Chlor wurde zu 34,48% gefunden (theoretisch 3q,6111,), Fp. 116'.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von am Stickstoff chlorierten Harnstoffen bzw. Harnstoffderivaten, dadurch gekennzeichnet, daß man Salze des Harnstoffs oder Monoacetyl, Monoalkyl- oder Monoarylharnstoffe in wäßriger Lösung bei Zimmertemperatur oder bei erhöhter Temperatur (jedoch nicht über 70°) mit berechneten Mengen Chlor behandelt. -. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Reaktionssalzsäure durch Zusetzen eines Metalloxydes, wie Zinkoxyd oder Magnesiumoxyd, neutralisiert.