DE907413C

DE907413C - Verfahren zur Herstellung gemischt substituierter wasserloeslicher Harnstoffderivate

Info

Publication number: DE907413C
Application number: DEF8431A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfons Dorlars; Dr Siegfried Petersen
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1952-02-26
Filing date: 1952-02-26
Publication date: 1954-03-25

Description

Verfahren zur Herstellung gemischt substituierter wasserlöslicher Harnstoffderivate Es ist bekannt (s. z. B. J. L. McVeigh und J. D. Rose, J. Chem. Soc., London, 1945, 62I), daß aromatische Nitroharnstoffe mit Aminen gemäß der Gleichung

R-NH-CO-NH-N02 - H,N-R' > R-NH-CO-NH-R' + H20 -- N20

zu den entsprechenden disubstituierten Harnstoffderivaten umgesetzt werden können. Die Reaktion wurde bisher meist in alkoholischer Lösung ausgeführt.

Die Umsetzung aromatischer Nitroharnstoffe mit Aminocarbonsäuren und Aminosulfonsäuren ist bisher noch nicht beschrieben worden. Es wurde nun gefunden, daß sich diese Reaktion bemerkenswert leicht und mit nahezu quantitativer Ausbeute vollziehen läßt, wenn man die aromatischen Nitroharnstoffe mit den Salzen der genannten Aminosäuren in wäßrigem oder überwiegend wäßrigem Medium umsetzt. Dieser glatte Verlauf der Reaktion war nicht zu erwarten, da sich die Nitroharnstoffe beim Erhitzen in Wasser allein leicht unter Bildung der Zugrunde liegenden Amine zersetzen (s. J. F. L. Reudler, Receuil des Traveaux Chimiques des Pays-Bas 33, 35 1I914))-Die als Ausgangsmaterial für das beanspruchte Verfahren dienenden Nitroharnstoffe werden üblicherweise durch Nitrierung von aromatischen monosubstituierten Harnstoffen gewonnen. Nitriert man z. B. Phenylharnstoff unter energischen Bedingungen, so treten zwei Nitrogruppen in den Kern und eine in die Harnstoffgruppe ein. Analog verhalten sich zahlreiche andere Monoarylharnstoffe. In der nachstehenden Tabelle sind einige Vertreter der für das Verfahren geeigneten Nitroharnstoffe angeführt. Viele der dort verzeichneten Körper wurden nach an sich bekannten Methoden erstmalig hergestellt.

Zahl der

Nitrogruppen Zersetzungs- Wahrscheinliche Konstitution Literatur

Ausgangsmaterial in der punkt*)

im Kern 11 arnstaH-

#PI#

N 02

Phen-#Tlharnstoff ...... 2 1 15o bis i55° 02N -< >- N H - CO- N H - NO, Receuil des

Traveaux

r Chimiques

N02 C H3 des Pays-

2, 4 6-Trimethyl- I Bas 33, 35

phenylharnstoff . . . . 2 1 17o bis 18o° CH, \- N H - C O - N H - NO, (19I4)

Y

N03 CH,

NO,

2, 4-Dichlorphenyl- # N H.C 0 N H N 0

harnstoff .......... 1 1 134 bis 136° C1 - - 2

Cl

3, 4-Dichlorphenyl- -

harnstoff . . . . . . . . . . 2 1 16o bis 162° Cl -Il- %- N H - C O - N H . N 02

f1

Cl (N02)2

C1

2-Chlor-5-methyl- --

phenylharnstoff .... 2 1 145 bis 15o° 02N N H - C 0 # N H - NO,

CH3 `N02

Cl

2-Chlor-6-methyl- 'r

phenylharnstoff .... 2 1 z43° N H # C O - N H - N02

(02N)2

CH.

CH3

4-Chlor-2-methyl-

phenylharnstoff .... I 1 164 bis 165' Cl --@ - N H - C 0 - N H - N 02

NO,

C H3

desgl. (stärker nitriert) 2 1 I58° Cl - 17- 11 \ -N H - C O - N H - NO 2

(N 02) 2

*) Zersetzungspunkte hängen stark von der Art des Erhitsens ab und sind daher ungenau.

Zahl der

Nitrogruppen Zersetzungs-

Ausgangsmaterial Wahrscheinliche in der punkt*) Wahrscheinliche Konstitution Literatur

im Kern liarnstoif-

9ruppe

OCH3

2-Methoxy-5-methyl- 1 -

phenylharnstoff .... 2 1 135 bis Z37° 02N 7>NH-CO-NH-NO,

CH, NO,

NO,

4-Carboxyphenyl- ,

harnstoff . . . . . . . . . . 1 I ab igo° H O O C j - N H C O N H N 02 Berichte

5, 855,

Annalen

COOH 29Z, 32o

2-Carboxyphenyl-

harnstoff . . . . . . . . . . I I 02N - \ j- N H - C O - N H - N 02 Berichte

11, 1730,

Annalen

OCH3 294 320

2-Methoxy-5-carboxy- -

phenylharnstoff .... 2 1 16o bis 162° 02N <- N H - C O - N H - NO,

COOH N02

2-Nitro-3-carboxy- -

phenylharnstoff I N H - C O - N H - NO, Berichte

511971

Annalen

N02 291,320

2-Nitro-5-carboxy- ---

phenylharnstoff . . . . - 1 - N H - C O - N H - N 02 Berichte

Z=, 1734,

Annalen

C 0 O H 291,325

# NH-CO-NH-N02

Phenylen-

1, 4-diharnstoff ..... 2 2 I73° @@- N 02

(je i) O2N - 1 y

NH-CO-NH-N02

2-Chlorphenylen-

I, 4-diharnstoff .... 1 2 188 bis 195° Cl

Ale i) 02N-', y

NH-CO-NH-N02

*) 7ersetzungspunkte hängen stark von der Art des Erhitzens ab und sind daher ungenau.

Außer Nitroharnstoffen der Benzolreihe kann man auch solche anderer aromatischer Ringsysteme anwenden. Jedoch sind die Verhältnisse bei der Nitrierung hier unübersichtlich.

Als Aminocarbon- und -sulfonsäuren, die für das beanspruchte Verfahren in Frage kommen, seien beispielsweise die folgenden genannt: Glycin, Alanin, Leucin, Valin und die anderen natürlichen Aminosäuren, ß-Alanin, e-Aminocapronsäure, Sarkosin, die Aminobenzoesäuren, Aminonaphtholcarbonsäuren, Aminosalicylsäuren, sodann Taurin, Methyltaurin, Sulfanilsäuren und ihre im Benzolkern substituierten Derivate, Benzylaminsulfonsäuren, Naphthylaminmono- und -polysulfosäuren. Wichtig sind ferner die Aminonaphtholsulfosäuren, wie 2-Amino-5-naphthol-7-sulfOsäure, 2-Alkylamino-5-naphthol-7-sulfosäure, 2-Amino-8-naphthol-6-sulfosäure, 2-Amino-6-naphthol-8-sulfosäure. Auch Aminoazofarbstoffe mit löslich machenden Gruppen sind zu der Umsetzung befähigt. Natürlich müssen die genannten Produkte wenigstens ein freies Wasserstoffatom am Stickstoff tragen. Verbindungen mit mehreren Aminogruppen sind ebenfalls geeignet.
Das erfindungsgernäße Verfahren gestattet es, eine große Anzahl wasserlöslicher Harnstoffderivate bequem und einfach herzustellen. Praktisch kann man z. B. in der Weise vorgehen, daß man die aromatischen Nitroharnstoffe mit den Salzen der Aminocarbonsäuren bzw. Aminosulfonsäuren in Wasser von schwach alkalischem, neutralem oder schwach saurem pg erwärmt. Hierbei tritt zunächst Lösung der Komponenten ein, und dann erfolgt eine starke Gasentwicklung unter Abscheidung des Reaktionsproduktes. Man kann den Reaktionsansätzen auch organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Aceton, Dioxan, Tetrahydrofuran, Glykolmonomethylätheracetat u. a. zusetzen. Jedoch kommt man meist mit Wasser allein aus.
Die neuen disubstituierten Harnstoffderivate können als Zwischenprodukte für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden, ist es doch bekannt, daß wasserlösliche Harnstoffe im großen Umfang, z. B. in der pharmazeutischen Chemie und der Farbstoffchemie, Verwendung finden. Die aromatisch gebundenen Nitrogruppen der erfindungsgemäß erhältlichen Harnstoffderivate lassen sich in mannigfacher Weise verändern, so daß aus ihnen eine große Anzahl von Abkömmlingen gewonnen werden kann.
Gegenüber anderen Methoden zur Herstellung gemischter Harnstoffe, z. B. durch Umsetzung von löslichen Aminen mit Isocyanaten oder mit Phenolchlorkohlensäureestern und weiteren Aminen, bietet das neue Verfahren dann besondere Vorteile, wenn man lösliche Harnstoffderivate mit mehreren INTitrogruppen herstellen will.
Beispiel i Eine technische Lösung, welche i Mol Methyltaurinnatrium in Wasser gelöst enthält, wird auf etwa 2 1 verdünnt und mit Essigsäure ungefähr neutralisiert. Man gibt 250 g 2, 4, (o-Trinitrophenylharnstoff hinzu, erwärmt auf 8o° und beläßt 2o Minuten bei dieser Temperatur. Die abgekühlte Lösung wird filtriert und mit Kochsalz ausgesalzen. Der neue gemischte Harnstoff der Formel ist leicht wasserlöslich mit gelber Farbe. Ein entsprechend mit Taurin bereitetes Produkt ist schwerer wasserlöslich. Beispiel a 25 Teile des Natriumsalzes von 4-Amino-2-oxybenzoesäure, welches mit 2 Mol Kristallwasser kristallisiert, werden in 5oo Teilen Wasser von 5o° gelöst. Man trägt unter Rühren 27 Teile fein gepulverten 2, 4, co-Trinitrophenylharnstoff ein und erwärmt langsam auf go°, wobei starke Gasentwicklung auftritt. Man läßt auf 6o° abkühlen, filtriert von wenig Verunreinigung ab und kühlt das Filtrat mit Eis. Die neue Verbindung der Formel kristallisiert in gelben Nadeln, die aus Methanol umkristallisiert werden können. Beispiel 3 1111o Mol des Natriumsalzes von 4, 4'-Dichlor-2-aminodiphenyläther-2'-sulfonsäure werden in 6oo ccmWasser gelöst und mit 6o ccm einer 3oo/oigen Natriumacetatlösung versetzt. Man fügt 27 g 2, 4, a)-Trinitrophenylharnstoff hinzu und erhitzt langsam auf 8o°. Unter Gasentwicklung erhält man eine klare Lösung, die beim Abkühlen grünlichgelbe verfilzte Nadeln abscheidet. Man kann den neuen gemischten Harnstoff der Formel aus verdünntem Alkohol umkristallisieren. Beispiel i Mol 2-Amino-8-naphthol-6-sulfonsäure wird in etwa 4,5 1 Wasser mit der eben ausreichenden Menge Soda gelöst, so daß die Lösung nur schwach alkalisch reagiert. Man gibt bei 40° 271 g 2, 4, co-Trinitrophenylharnstoff zu und erwärmt langsam unter Rühren in einem weiten Gefäß. Bei etwa 6o° ist alles gelöst. Es setzt dann langsam eine heftige Gasentwicklung ein, und nach einiger Zeit fällt der neue gemischte Harnstoff in schönen gelben Kristallen aus. Man erwärmt einige Zeit auf 8o° und saugt bei etwa 6o° ab. Ausbeute: 35o bis 38o g. Das Filtrat scheidet beim Abkühlen weitere Mengen der gleichen Verbindung ab, doch neigt sie dazu, Gallerten zu bilden. Sie besitzt die Zusammensetzung Sie ist nicht mehr diazotierbar. Beispiel 5 x Mol des Natriumsalzes der 2-Amino-5-naphtbol-7-sulfonsäure und 250 g kristallisiertes Natriumacetat werden in 5 1 Wasser bei 40° gelöst. Man fügt unter langsamem Erwärmen 2,71 g 2, 4, co-Trinitrophenylharnstoff hinzu. Bei 6o° erhält man eine klare Lösung. Es entwickelt sich Stickoxydul, und die neue Verbindung fällt bei 8o° ziemlich plötzlich voluminös aus. Man erwärmt I;2 Stunde auf 8o°. Das Absaugen ist etwas schwierig. Deswegen verdünnt man mit heißem Wasser und setzt Kaliumchlorid zu. Der neue Harnstoff kann mit heißem Wasser und etwas Pyridin gelöst werden und kommt dann beim Abkühlen in schimmernden Blättchen heraus.
Das Natriumsalz der 2-Methylamino-5-naphthol-7-sulfonsäure setzt sich in genau der gleichen Weise mit 2, 4, o-Trinitrophenylharnstoff um und bildet einen gemischten Harnstoff der Formel der in grünlichgelben Kristallen anfällt. Beispiel 6 Eine gesättigte wäßrige Lösung von 55 Teilen 2-Amino-5-naphthol-7-sulfosäure, 24,5 Teilen wasserfreiem Natriumcarbonat und 25 Teilen kristallisiertem Natriumacetat wird unter Rühren mit 8o Teilen des Nitrierungsproduktes von 2-MethOxy-5-carboxyphenylharnstoff, welches drei Nitrogruppen aufgenommen hat, versetzt, die Mischung auf 70° erwärmt und bis zur Beendigung der Reaktion, erkenntlich am Nachlassen der Gasentwicklung, bei dieser Temperatur belassen. Der entstandene gemischte Harnstoff wird ausgesalzen und abgesaugt. Verwendet man statt 8o Teilen Trinitro-2-methoxyphenylharnstOff 73 Teile 4, 6, co-Trinitro-2-methoxy-5-methylphenylharnstoff, so gelangt man zu dem entsprechenden gemischten Harnstoff. Beispiel 7 7o Teile 2-Amino-5-naphthol-7-sulfosäure werden mit 31 Teilen wasserfreiem Natriumcarbonat und der zur Lösung notwendigen Menge Wasser versetzt. Bei Raumtemperatur rührt man 8o Teile x, co-Dinitro-4-chlor-2-methylphenylharnstoff ein und erwärmt die Mischung unter Rühren auf 7o°. Nach kurzer Zeit tritt vollständige Lösung ein, und mit abnehmender Gasentwicklung beginnt die Ausscheidung des neuen Harnstoffderivates der Zusammensetzung in Form goldgelber Nadeln, die nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung abfiltriert werden. Die Verbindung kann in essigsaurer Lösung mit Eisen reduziert werden.
An Stelle der 2-Amino-5-naphthol-7-sulfosäure läßt sich ebensogut 2-Amino-8-naphthol-6-sulfosäure zur Reaktion bringen, wobei das der obigen Formel analoge Harnstoffderivat entsteht.
Beispiel 8 Eine warm gesättigte Lösung von 5o Teilen 2-Amino-8-naphthol-7-sulfOsäure wird unter Rühren mit 7o Teilen gesättigter N atriumacetatlösung und 65 Teilen 3, 5, c»-Trinitro-2, 4, 6-trimethylphenylharnstoff versetzt. Die Mischung wird allmählich auf go' erwärmt und bis zum Aufhören der Gasentwicklung bei dieser Temperatur belassen. Dann kühlt man ab und filtriert das ausgefallene Harnstoffderivat ab.
In gleicher Weise lassen sich an Stelle der 2-Amino-8-naphthol-7-sulfosäure auch 2Amino-5-naphthal-7-sulfOsäure und 2Amino-6-naphthol-8-sulfosäure zu den entsprechenden Harnstoffen umsetzen.
Beispiel g 128 Teile :2Amino-5-naphthol-7-sulfosäure «-erden mit iooo Teilen warmen Wassers aufgeschlämmt, mit i8o Teilen gesättigter Natriumacetatlösung versetzt und unter Rühren eine Suspension von ioo Teilen 2, 5, (o, co'-Tetranitro-i, 4-phenylendiharnstoff in 25o Teilen kalten Wassers zufließen gelassen. Es wird langsam auf 65° erwärmt und diese Temperatur bis zur Beendigung der einsetzenden Gasentwicklung gehalten, wozu etwa i Stunde erforderlich ist. Man gibt Zoo Teile Kochsalz hinzu, läßt unter Rühren erkalten und saugt das auskristallisierte neue Harnstoffderivat ab, das gegebenenfalls aus heißemWasser umgelöst wird, bis eine Probe frei von diazotierbaren Verunreinigungen ist. Setzt man an Stelle von ioo Teilen 2, 5, o, co'-Tetranitro-i, 4-phenylendiharnstOff 97 Teile 2, co, co'-Trinitro-5-chlor-i, :1-phenylendiharnstoff ein, so erhält man das entsprechende chlorhaltige Harnstoffderidat der wahrscheinlichen Formel Beispiel io Zu einer gesättigten wäßrigen Lösung von ioo Teilen des 'Natriumsalzes der 4., 4'-Diaminostilben-2, 2'-disulfosäure werden ioo Teile gesättigte N atriumacetatlösung gegeben und 131 Teile 2, 4, c,)-Trinitrophenylharnstoff eingerührt. Man erwärmt i Stunde auf 7o°, läßt nach Beendigung der Gasentwicklung abkühlen und saugt das neue Harnstoffderivat der Formel ab, das in orangefarbenen Nadeln auskristallisiert. Beispiel ii Eine Lösung von o,5 Mol des Nitrierungsproduktes von 5-Chlor-2-methylphenylharnstoff, welches drei Nitrogruppen aufgenommen hat (s. oben), in 400 ccm Aceton wird portionsweise zu einer Lösung von o,i Mol des Natriumsalzes der q., 4'-Diaminostilben-2, a'-disulfosäure in 6oo ccm Wasser bei 55° zugegeben. Man erhitzt i Stunde auf 7o°, wobei die Reaktion unter Gasentwicklung abläuft. Die neue Verbindung der Formel scheidet sich beim Abkühlen ab. Durch Vertreiben des Acetons erhält man sie in größerer Menge.
Beispiel 12 1/1o Mol 4-Aminoazobenzo1-q.'-sulfonsäure wird als Natriumsalz in 50o ccm Wasser gelöst und 279 2, q., o)-Trinitrophenylharnstoff kalt zugegeben. Man kocht kurz auf, wobei sich Stickoxydul entwickelt. Bei 8o° fällt die neue Verbindung zeitweise kurz aus, geht beim Kochen in Lösung und kommt beim Erkalten wieder. Der entstandene gelbbraune Farbstoff wird abgesaugt; er ist nicht mehr diazotierbar.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung gemischt substituierter wasserlöslicher Harnstoffderivate, dadurch gekennzeichnet, daß man Nitroharnstoffe der allgemeinen Formel R-(NH#CO-NH-N02)x in der R einen aromatischen, gegebenenfalls substituierten Rest und x eine niedrige ganze Zahl bedeuten, mit den Salzen von Aminocarbonsäuren oder Aminosulfonsäuren in wäßriger oder vorwiegend wäßriger Lösung umsetzt.