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Verfahren zur Herstellung von (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinen.
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Die allergischen Eigenschaften von Phenylhydrazin und anderer Hydrazine
sind bekannt. Bei der Photographie ist die Verwendung der Hydrazine durch die Tatsache
auf einen gewissen Umfang beschränkt, daB es praktisch unmöglich ist, den Benutzer
davor zu schützen, mit den Hydrazinen in Berührung zukommen und sich dabei eine
Überempfindlichkeit in bezug auf die Substanzen zuzuziehen, die im wesentlichen
durch Hautentzündungen zum Ausdruck kommt. Neueste Fortschritte in der Photographie,
die im nachstehenden im einzelnen beschrieben sind, lassen die Wichtigkeit der Hydrazine
erkennen und rufen gleichzeitig Bestrebungen hervor, die allergischen Eigenschaften
der Hydrazine zu mildern.
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Es wurden nun Verfahren zur Herstellung von (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinen
gefunden, die solche (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazine ergaben, welche bedeutend
geringere allergische Eigenschaften besitzen.
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(Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazine können durch folgende allgemeine
Formel dargestellt werden HZNHN-D- Q-NHSO,R, in der D. eine Arylengruppe der Benzolreihe
bedeutet, z.B. durch Alkyl, Halogen usw. substituiertes oder nichtsubstituiertes
Phenylen, Q eine Alkylengruppe, z. B. Methylen, Äthylen, Propylen, Trimethylen,
Tetramethylen
usw., und. R eine Alkylgruppe,. z.. B. Methyl, Äthyl,
n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl usw.
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Eine besonders wirksame Gruppe dieser neuen Verbindungen kann durch
folgende allgemeine Formel dargestellt werden: H.NHN-D-(CH2)n-NHS02R, in der D die
obenerwähnte Bedeutung hat, n eine positive ganze Zahl von z bis 4 und R eine Alkylgruppe
mit r bis 4 Kohlenstoffatomen, z. B. Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl,
Isobutyl usw., darstellen.
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Die wasserlöslichen Salze der (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazine
bilden einen Teil der vorliegenden Erfindung. (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinsalze,
die zu erwähnen sind, sind die (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinchloride, -bromide,
-sulfate, -nitrate, -acetate, -phosphate, -citrate, -borate usw.
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(Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazine sind z. B. folgende mit den
allgemeinen Formeln p-(Methylsulfonamidomethyl)-phenylhydrazin
m-(Methylsulfonamidomethyl)-phenylhydrazin
o-(Methylsulfonamidomethyl)-phenylhydrazin
p-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-phenylhydrazin
ni-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-phenylhydrazin
o-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-phenylhydrazin
Gemäß der Erfindung werden (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazine durch Diazotieren
und Reduktion von (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylaminen hergestellt. Das geschieht
in der Weise, daß man ein (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylamin, z. B. ein m-(Alkylsulfonamidoalkyl)-anilin,
in ein Hydrochlorid umwandelt, indem man das Anilin in einer verdünnten Salzsäurelösung
löst (Verfahren, bei denen andere Mineralsäuren, wie Phosphorsäure, Salpetersäure
und Schwefelsäure verwendet werden, können angewandt werden, sind aber nicht erforderlich),
wobei die Salzkonzentration sowohl in diesem Stadium als auch bei den weiteren Schritten
so hoch wie möglich gehalten wird wegen der hohen Löslichkeit des Endproduktes und
wegen der Schwierigkeit, das Produkt von verdünnten Lösungen zu trennen. Wenn Schwierigkeiten
bei der Lösung der Anilinverbindung in der Säure auftreten, kann das System erwärmt
werden, bis vollständige Lösung eintritt. Die sich ergebende Lösung des (Alkylsulfonamidoalliyl)-anilinsalzes
wird dann auf etwa -5 bis --zo° abgekühlt, und eine wäßrige Lösung mit einem Überschuß
an Natriumnitrit wird nach und nach während einer Zeitdauer von ungefähr =o Minuten
zugesetzt. Wenn die erforderliche Menge an Natriumnitritlösung zugegeben worden
ist und unverbrauchtes (All"ylsulfonamidoalkyl)-anilin zu verbleiben scheint, was
durch eine Prüfung mit salpetriger Säure festzustellen ist, kann die Mischung auf
etwa =5 bis 2o° erwärmt werden, bis sich die unverbrauchte Substanz löst und die
Reaktion eintritt. Andererseits sollte, wenn unverbrauchtes (Alkylsulfonamidoalkyl)-anilinsalz
nach der Zugabe der Nitritlösung festgestellt wird, eine weitere Menge Nitritlösung
zugegeben werden, um die Diazotierung zu vollenden. Das Ergebnis ist die Bildung
eines Diazoniumsalzes, das durch folgende allgemeine Formel dargestellt werden kann
X-N =N-D- 0-NHS02R, in der D, 0 und R Arylen-, Alkylen- und Alkylgruppen, wie oben
erwähnt, und X ein Anion, insbesondere das einer Mineralsäure, z. B. Chlorid, Phosphat,
Sulfat, Nitrat usw., bedeuten.
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In einem Verfahren, das im nachstehenden eingehender beschrieben wird,
in dem nach Bildung des Diazoniumsalzes dieses zu (Alliylsulfonamidoalkyl)-aryldiazosulfonat
umgewandelt wird, ist X in der allgemeinen Formel das Anion -S 03M, in dem Mein
Alkalimetall ist, z. B. Natrium oder Kalium.
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Eine ganz besonders wirksame Gruppe dieser Diazoniumsalze kann durch
folgende allgemeine Formel dargestellt werden: CI-N=N-D-(CH2)n-NHS02R, in der D
die gleiche Bedeutung wie oben hat, x eine positive ganze Zahl von z bis 4 und R
eine Alkylgruppe mit z bis 4 Kohlenstoffatomen ist.
Nach der Diazotierung
kann das Diazoniumsalz durch eins von mehreren Verfahren reduziert werden, indem
man geeignete Vorsichtsmaßregeln ergreift. Wie in den Beispielen eingehender beschrieben
ist, kann die Lösung des Diazoniumsalzes einer kalten Alkalimetallsulfitlösung,
z. B. Natriumsulfitlösung, zugesetzt werden, um das Diazoniumsalz zu dem entsprechenden
Hydrazinhydrochlorid zu reduzieren. Wenn letzteres in Lösung bleibt, kann die Lösung
durch Zusatz einer kleinen Menge Zinkstaub entfärbt werden, und nach der Filtration
kann das Hydrazinsalz durch Konzentration auf einem Dampfbad von der Lösung getrennt
werden, wobei man das Konzentrat abkühlt, um das Hydrazinsalz auskilstallisieren
zu lassen.
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Man kann auch nach der Diazotierung des (Alkylsulfonamidoalkyl)-anüins
die Lösung einer Lösung eines Alkalimetallsulfits, z. B. Natriumsulfit, zusetzen,
die eine ungenügende Menge Natriumsulfit (i Moläquivalent) enthält, um das Diazoniumsalz
zu reduzieren und das in der Lösung suspendierte (Alkylsulfonamidoalkyl)-aryldiazosulfonat
zu bilden, das dann abfiltriert, in wäßriger Essigsäurelösung gelöst und mit Zinkstaub
und Säure, z. B. Essigsäure, zu Hydrazinsulfonat reduziert wird, das sich als eine
weiße kristallinische Masse abscheidet. Nach Abfiltrieren des Hydrazinsulfonats
wird dieses in wäßriger Salzsäurelösung gelöst, wodurch das Hydrazinsulfonat zu
Hydrazinhydrochlorid hydrolysiert wird und aus der Lösung mit einem hohen Reinheitsgrad
leicht zurückgewonnen werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann das (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazin
durch Umwandlung eines (Alkylsulfonamidoalkyl)-anilins zu Hydrazinsulfonat, wie
zuvor beschrieben, hergestellt werden, worauf man dasselbe in absolutem Alkohol
suspendiert, ungefähr 1/2 bis i Stunde erhitzt und zugleich gasförmigen Chlorwasserstoff
einleitet. Während dieser Zeit tritt keine merklich sichtbare Änderung in dem System
ein, und die Suspension des (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinsulfonats wird dabei
in eine Suspension des entsprechenden (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazinhydrochlorids
umgewandelt, aus der dasselbe durch Filtration mit einem hohen Reinheitsgrad erhalten
werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann das (Alkylsulfonamido)-arylhydrazin hergestellt
werden, indem man zuerst eine Lösung des Diazoniumchlorids eines (Alkylsulfonamidoalkyl)-anilins,
wie oben beschrieben, bereitet und dann dieser auf ungefähr o bis i5° abgekühlten
Lösung eine saure Zinnchloridlösung (2 Moläquivalente -f- io °/o) zusetzt, um das
Diazoniumsalz zu dem entsprechendenArylhydrazinsalz zu reduzieren. Falls das Arylhydrazin
als Hydrochlorid ausfällt, kann es sofort abfiltriert und mit verdünnter Salzsäure
umgefällt werden, um eine ganz reine Verbindung zu erhalten. Wenn das Hydrochlorid
zu leicht löslich ist, um gewaschen zu werden, kann es in Wasser gelöst und vom
Zinnsalz befreit werden, indem man Schwefelwasserstoff in die Lösung leitet, filtriert
und das Arylhydrazinhydrochlorid aus dem Filtrat auskristallisiert.
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Man kann auch nach Reduktion des Aryldiazoniumchlorids mit Zinnchloridlösung
und nachdem das Zinndoppelsalz des (Alkylsulfonamidoalkyl)-arylhydrazins ausgefallen
ist, was sich durch Lösung einer Probe des Niederschlags in Wasser und durch Einleiten
von Schwefelwasserstoff zeigt, das . Zinndoppelsalz in Wasser lösen, mit Schwefelwasserstoff
behandeln, das Zinnsulfid abfiltrieren, das Filtrat konzentrieren und das Hydrazinhydrochlorid
auskristallisieren lassen.
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Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Herstellung
der erwähnten Hydrazine und der Zwischenprodukte, die zur Herstellung der Hydrazine
benutzt werden. Beispiel i m-(Methylsulfonamidomethyl)-phenylhydrazin
In einem 5oo ccm fassenden, dreihalsigen Kolben wurden 2o g (o,i Mol) m-(Methylsulfonamidomethyl)-anhin
in einer Lösung von 2o ccm konzentrierter Salzsäure (8,8 g H Cl, 0,24 Mol) in Zoo
ccm . Wasser
gelöst, auf o° abgekühlt und im Verlauf von xo Minuten
mit einer Lösung-von.6,9 g (0,x Mol) Natriumnitrit in 25 ccm Wasser dianotiert.
Man ließ die Lösung vor der Reduktion bei o° 2o Minuten stehen.
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In einem x-1-Becherglas wurden 2o g (o,48 M01) 97%iges Natriumhydroxyd
in 150 ccm Wässer gelöst. Das Becherglas wurde in ein Eisbad gestellt und aus einer
Stahlflasche Schwefeldioxyd eingeleitet bis zum pH-Wert 6. Die Lösung wurde auf
o° abgekühlt, und darauf wurde die Diazoniumchloridlösung eingegossen. Man ließ
die helle, rötlich-orangefarbene Lösung 4 Stunden lang auf einem Dampfbad stehen
(Lösungstemperatur 75°) und filtrierte dann heiß. In dem großen Becherglas war das
Volumen auf ungefähr 225 ccm angewachsen. Becherglas und Filter wurden mit 25 ccm
Wasser gewaschen. Das Filtrat und die Waschlösungen wurden vereinigt und auf o°
gekühlt, worauf 250 ccm kalte konzentrierte Salzsäure hinzugefügt wurde.
Die Mischung wurde wieder auf o° abgekühlt und durch ein Sinterglas filtriert. Der
Rückstand wurde mit wenig Äthanol und mit Äther gewaschen und dann an der. Luft
getrocknet. Er wog 35,9-9-, Die Substanz wurde nochmals mit 300 ccm absolutem
Äthanol gekocht. Der Rückstand wurde entfernt. Das Filtrat wurde gekühlt und durch
Absaugen filtriert. Die Mutterlauge wurde für eine zweite Ausbeute mit Äther verdünnt.
Die vereinigten Erträge wurden mit Äther.gewaschen und an der Luftgetrocknet, was
9,6 g (38 %) rötliches Pulver ergab, das unter Verkohlen und Gasentwicklung bei
175 bis 18o° schmolz.
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Weiteres Umkristallisieren änderte den Schmelzpunkt nicht. .
| C H Cl N 5 |
| Festgestellt........ 38,7 5,9 14,1 16,8 12,4 |
| Errechnet für |
| C$Hi4C1N302S ..... 38,x7 5,61 14,08 16,69 12,74 |
Die freie Base der Verbindung wurde erhalten, indem man das Hydrazinsalz in Wasser
löste und mit Alkali neutralisierte.
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Die bei der obigen Synthese verwendete Ausgangssubstanz erhielt man
durch Umsetzen von m-Nitrobenzylaminhydrochlorid mit Methansulfonylchlorid in Gegenwart
von Allkali, Kristallisieren aus Alkohol (Schmelzpunkt 71 bis 74°) und darauffolgende
Reduktion der Nitrogruppe mit Raneynickel und Wasserstoff und Kristallisation aus
saurer Alkohollösung mit einem Schmelzpunkt von 2,05 bis 215°.
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Beispiel 2 p-(Methylsulfonamidomethyl)-phenylhydrazin Dieses Hydrazin
wurde durch das Verfahren gemäß Beispiel 1 aus p-(Methylsulfonamidomethyl)-anilin
hergestellt, das aus p-Nitrobenzylaminhydrochlorid gewonnen worden war. Das Hydrazinhydrochlorid
verkohlte in einer Kapillarröhre bei 15o° und schmolz unter Gasentwicklung bei 175
bis 18o°.
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Das Orthoisomere des Hydrazins kann in ähnlicher Weise aus isomeren
Ausgangssubstanzen hergestellt werden.
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Beispiel 3 p-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-phenylhydrazin Dieses Hydrazin
wurde nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt wie das nach Beispiel x, und zwar
gemäß einer Reaktion und einem Verfahren wie folgt
Das p-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-anilin, und zwar 214 g (o,x Mol) wurde in einen
5oo-ccm-Erlenmeyer-Kolben gebracht und eine Mischung von 26 ccm konzentrierter Salzsäure
und 25 g Eis hinzugefügt. Der umgerührten Suspension des Aminhydrochlorids wurden
weitere 25 g Eis und dann eine Lösung von 7,25 g (o,1o5 Mol) Natriumnitrit in 15
ccm Wasser während einer Zeitspanne von 5 Minuten zugesetzt.
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Eine Lösung von Natriumsulfit wurde hergestellt durch Verdünnen von
26,3 ccm 5o°/oiger Natronlauge (enthält 2o g = o,5 Mol Na OH) auf 150 ccm und Einleiten
gasförmigen Schwefeldioxyds bis zur sauren Reaktion.
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Die Sulfitlösung wurde auf 5° abgekühlt, und es wurden 25 g Eis zugesetzt.
Die filtrierte Diazoniumlösung wurde auf einmal unter Umrühren zugesetzt. Das hellgelbe
Diazosulfonat schied sich beinahe sofort ab. Dieses Diazosulfonat kann gesammelt
und zum Hydrazinhydrochlorid, wie oben beschrieben, umgewandelt werden, d. h. durch
Reduktion mit Zinkstaub und Essigsäure zu Hydrazinsulfonat und darauffolgende Spaltung
durch alkoholische oder wäßrige Chlorwasserstofflösung zu Hydrazinhydrochlorid.
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Das Umrühren wurde bei gleichzeitigem allmählichem Erwärmen in einem
Wasserbad auf 6o bis 7o° fortgesetzt. Nach x Stunde wurden bei dieser Temperatur
2o ccm konzentrierte Salzsäure zugesetzt. Die Reaktionsmischung wurde dann während
weiteren 2 Stunden bei 6o bis 7o° ohne Umrühren erhitzt. Durch Zusatz von 4 g Zinkstaub
wurde der Rest der gelben Farbe entfernt. Die Reaktionsmischung wurde filtriert,
worauf dem Filtrat xoo ccm konzentrierte Salzsäure zugesetzt wurde. Die Lösung wurde
angeimpft, unter laufendem Wasser auf ?o° und dann auf - 8° in einer Eis-Salz-Mischung
gekühlt. Die weißen Kristalle wurden gesammelt, zweimal mit 50 ccm einer
x : x-Mischung von Wasser und Salzsäure gewaschen und auf o° gekühlt. Das abschließende
Trocknen
in einem Valcuumexsikkator über Schwefelsäure ergab :zi g (79,2 °/a) mit einem Schmelzpunkt
von i95'. Die Umkristallisation durch Auflösen in 126 ccm Wasser unter Zusatz von
42 ccm konzentrierter Salzsäure und Abkühlen auf o= während i Stunde ergab 19,5
g (93 °/o) rein weiße Prismen mit einem Schmelzpunkt von 2o2'.
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Die Ausgangssubstanz zu der oben angegebenen Synthese erhielt man
durch Nitrieren von ß-Phenyläthylamin - 1/2 H2 S 04, was p-Nitro-ß-phenyläthylamin
ergab, und durch darauffolgende Reaktion mit Methansulfonylchlorid und Alkali, was
p-(ß-1VIethylsulfonylamidoäthyl)-nitrobenzol mit einem Schmelzpunkt von i2o bis
121' ergab, und durch darauffolgende Reduktion der Verbindung mit Raneynickel und
Wasserstoff zu dem entsprechenden Amin mit einem Schmelzpunkt von 103 bis i04'.
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Das Metaisomere des zuvor dargestellten Hydrazins kann durch Reduktion
von 3-Aminophenylacetonitril in Methanol und Ammoniak mit einem Nickelkatalysator
hergestellt werden, wodurch ß-(3-Aminophenyl)-äthylamin entsteht, durch darauffolgende
Reaktion mit Phenylmethansulfonat, Abdestillieren des Phenols unter Vakuum und durch
Kristallisieren des sich ergebenden m-(ß-Methylsulfonamidoäthyl)-aniiins aus Alkohol.
Der Schmelzpunkt liegt bei 83 bis 84'. Das Produkt wird dann diazotisiert und zu
dem Hydrazinsalz reduziert, wie dies bei der oben geschilderten Reaktion beschrieben
wurde.
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Das o-Isomere dieser Hydrazine kann in ähnlicher Weise hergestellt
werden. Die Verfahren nach den Beispielen i, 2 und 3 sind in gleicher Weise anwendbar
zur Herstellung der anderen o-, m- und p-(Alkylsulfonamidoalkyl)-phenylhydrazine,
wie sie durch die oben wiedergegebenen allgemeinen Formeln dargestellt wurden. In
diesen Fällen können die entsprechenden Aminophenylalkylamine oder Nitrophenylalkylhalogenide,
die erforderlichenfalls andere Kernsubstituenten haben, wie Halogen oder Alkyl usw.,
als Ausgangssubstanzen für Reaktionen mit dem ausgewählten Phenylalkylsulfonat bzw.
dem Alkyjsulfonylhalögenid gewählt werden, deren Alkylgruppen vorzugsweise x bis
4 Kohlenstoffatome enthalten, z. B. Methyl, Äthyl, Propyl, n-Butyl usw.
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Die Hydrazine gemäß der Erfindung werden vorzugsweise als Zusatz zu
bestimmten photographischen Entwicklern verwendet.