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Verfahren zur Herstellung von organischen Isothiocyanaten Nach den
bisher bekannten Methoden können aliphatische Isothiocyanate dargestellt werden
durch Umlagerung von Thiocyansäureestern der Formel R 5 C N, aus N-monosubstituierten
Alkyldithiocarbaminaten der Formel
durch Behandlung mit Schwermetallsalzen. Eine andere Darstellungsweise von Isothiocyanaten
benutzt die Einwirkung von Thiophosgen auf Amine.
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Aromatische Isothiocyanate können auch aus Thiocarbaniliden durch
Einwirkung von z. B. konzentrierter Salzsäure gewonnen werden. Ein weiterer Weg
führt über die Isonitrile, aus denen durch Anlagerung von Schwefel Isothiocyanate
entstehen.
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Ferner ist es bekannt, daß Dithiocarbaminate durch Behandlung mit
Oxydationsmitteln in Gegenwart von Schwermetallsalzen in Senföle übergehen. Bei
diesem Verfahren gestaltet sich die Aufarbeitung von Isothiocyanaten schon wegen
der Anwesenheit des Schwermetallsalzes schwierig. Es ist weiterhin bekannt, daß
Senföle unter Verwendung von Dithiocarbaminaten und Chlorcyan hergestellt werden
können. Dieses Verfahren eignet sich wenig für die groß technische Anwendung, da
Chlorcyan außerordentlich giftig ist. Man kann auch Senföle dadurch herstellen,
daß Thioharnstoffe mit Schwefelkohlenstoff unter Druck bei erhöhter Temperatur umgesetzt
werden. Technisch hat dieses Verfahren den Nachteil, daß es sich
nicht
kontinuierlich ausführen läßt, da die Reaktionsbedingungen und die Umsetzungszeiten
dies nicht zulassen.
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Alle diese bekannten Verfahren haben bedeutende Nachteile, sei es
die schwierige Darstellung der Ausgangsstoffe oder die schlechten Ausbeuten der
Umsetzung, so daß sich die Isothiocyanate in der chemischen Technik bisher wenig
eingeführt haben, obwohl sie durch ihre'physiologischen Eigenschaften für pharmazeutische
Zwecke sowie auf Grund des hohen Reaktionsvermögens ihrer kumulierten Doppelbindungen
zur Darstellung von Kunststoffen, Farbstoffen oder Zwischenprodukten von erheblicher
Bedeutung sein könnten.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich sowohl durch seine
Einfachheit, die leichte Zugänglichkeit der Ausgangsstoffe als auch durch die erzielbaren
hohen Ausbeuten aus und macht so die Isothiocyanate für die Groß technik zugänglich.
Das Verfahren besteht darin, daß man N-monosubstituierte Dithiocarbamidsäuren bzw.
deren Salze in Gegenwart eines Lösungsmittels, vorzugsweise eines Halogenkohlenwasserstoffs
mit einer Dichte größer als I, bei Temperaturen unter 70 mit der etwa vierfachen
molaren Menge einer wäßrigen alkalischen Lösung von Hypohalogeniten behandelt. Die
Umsetzung verläuft nach folgendem Schema
Zweckmäßig wird die Umsetzung so ausgeführt, daß man zu einer Lösung oder Emulsion
des Dithiocarbaminates in Wasser in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels,
welches zweckmäßig schwerer als Wasser ist, wie eines chlorierten Kohlenwasserstoffs
von der Art des Methylenchlorids oder des Tetrachlorkohlenstoffs, eine alkalische
Hypohalogenitlösung langsam unter Rühren derart einlaufen läßt, daß die Temperatur
der Reaktionsmischung 70 nicht übersteigt. Das gebildete organische Isothiocyanat
geht dann in die Methylenchloridphase über, aus welcher es nach dem Abtrennen des
Wassers und Abdestillieren des Lösungsmittels aufbereitet werden kann.
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Es ist bemerkenswert, daß die Ausbeuten auch bei großen Ansätzen
unverändert sind. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können neue Isothiocyanate
hergestellt werden, die im organischen Rest Substituenten mit saurer oder basischer
Funktion enthalten. Als Substituenten mit basischer Funktion seien beispielsweise
Dialkylaminalkylreste, als Substituenten mit saurer Funktion, z. B. Sulfonamid-,
Sulfosäure- oder Carboxylgruppen genannt, die sich beispielsweise von der p-Aminobenzoesäure
oder dem Sulfanilamid ableiten.
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Die Isothiocyanate fallen erfindungsgemäß in der Methylenchloridlösung
in so weitgehend reinem Zustand an, daß in vielen Fällen eine Isolierung und Reinigung
nicht notwendig ist. Vielmehr können die Rohlösungen direkt zu weiteren Synthesen,
z. B. zur Umsetzung mit Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, wie
Aminen, Alkoholen usw., verwendet werden.
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Da die Umsetzung der Dithiocarbaminate mit Natriumhypochlorit sehr
schnell und mit hohen Ausbeuten vor sich geht, eignet sich das Verfahren gut zur
kontinuierlichen Durchführung. Dies ist für eine lohnende Darstellung der Isothiocyanate
in der Technik von besonderer Bedeutung.
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Beispiel I I Mol n-Butylamin wird in einem dreifach tubulierten Rundkolben,
der mit einem Tropftrichter, Rührer und Rückflußkühler versehen und mit Eiskochsalzgemisch
gekühlt ist, in die Suspension von I,25 Mol Schwefelkohlenstoff und 2,2I Mol (=
I66 ccm) 250/oigem wäßrigem Ammoniak im Verlauf I Stunde -eingetropft. Nach beendeter
Zugabe des n-Butylamins wird das breiige Reaktionsgemisch noch 4 Stunden gerührt
und alsdann 12 Stunden bei Raumtemperatur aufbewahrt.
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Der Kolbeninhalt wird dann mit 1 1 Wasser in eine Weithalsflasche
von 6 1 Inhalt gespült und nach Zugabe von 600 ccm Methylenchlorid mit Eiskochsalzgemisch
auf oO abgekühlt. Die wäßrige Lösung enthält das Ammoniumsalz der N-Butyldithiocarbamidsäure.
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Darauf werden in die gerührte Suspension 2 1 eisgekühlte wäßrige
Natriumhypochloritlösung, die 297,8 g (4 Mol) Hypochlorit und 4 Mol Natriumhydroxyd
enthält, so langsam eingetropft, daß die Temperatur des Reaktionsgemisches + 70
nicht übersteigt. Hierbei wird alsbald die Abscheidung von Schwefel beobachtet.
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Nach beendeter Zugabe des Hypochlorits wird noch 1/2 Stunde gerührt
und dann die Methylenchloridschicht im Scheidetrichter von der wäßrigen Schicht
getrennt. Die wäßrige Schicht wird dreimal mit 100 ccm Methylenchlorid ausgeschüttelt.
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Die vereinigten Methylenchloridlösungen werden mit 200 ccm Wasser
gewaschen, das Wasser abgetrennt und mit je 50 ccm Methylenchlorid dreimal ausgeschüttelt.
Die vereinigte Methylenchloridlösung wird über frisch geglühtem, gepulvertem Magnesiumsulfat
getrocknet. Zur Isolierung des Butylisothiocyanats wird das Methylenchlorid über
eine kurze Widmerspirale abdestilliert und das zurückbleibende, dunkelgefärbte Isothiocyanat
im Vakuum bei steigender Ölbadtemperatur von einem dunkelgefärbten Rückstand vollständig
in eine eisgekühlte Vorlage abdestilliert. Das gelbgefärbte Butylisothiocyanat siedet
bei nochmaliger Rektifikation einheitlich bei 58 bis 590/9 mm. Es ist farblos. Die
Ausbeute beträgt 9I,3 g = 7g,2°/o der Theorie.
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Beispiel 2 Zur Herstellung des Ammoniumcyclohexyldithiocarbaminates
wird 1 Mol Cyclohexylamin in I66 ccm (= 2,2I Mol) 250/oigem wäßrigem Ammoniak gelöst
und in 95,2 g (= I,25 Mol) mit Sole gekühlten Schwefelkohlenstoff innerhalb 1 Stunde
eingetropft. Das Reaktionsgemisch, welches das
Ammoniumsalz der
Cyclohexyldithiocarbamidsäure enthält, wird, wie im Beispiel I beschrieben, in eine
Weithalsflasche übergeführt und unter Kühlung nach Zugabe von 600 ccm Methylenchlorid
eine Lösung von 4 Mol Natriumhypochlorit und 4 Mol Natriumhydroxyd langsam eintropfen
gelassen. Die Aufarbeitung durch Abtrennung der Methylenchloridphase und Destillation
erfolgt wie im Beispiel I. Es werden II6,3 g (82,40/0 der Theorie) farbloses Cyclohexylisothiocyanat
vom Kp.> 94 bis 950 erhalten.
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Beispiel 3 Aus Ammoniumphenyldithiocarbamat, welches aus 93,1 g (I
Mol) Anilin analog dem Ammoniumbutyldithiocarbamat gemäß Beispiel 1 hergestellt
ist, werden nach der Arbeitsweise der vorhergehenden Beispiele IIgg (88,IO/o'der
Theorie) Phenylisothiocyanat erhalten, welches bei 89 bis goO/g mm als farbloses
Öl destilliert.
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Beispiel 4 Die Lösung von 1 Mol I-Amino-3-dimethylaminopropan in
500 ccm Methylenchlorid wird zu der mechanisch gerührten, mit Eis gekühlten Lösung
von 95,2 g (= I,25 Mol) Schwefelkohlenstoff in 100 ccm Methylenchlorid getropft.
Es scheidet sich alsbald das Ammoniumsalz der 3-Dimethylaminopropancarbamidsäure
aus. Das Reaktionsgemisch wird noch Ist/2 Stunden nachgerührt und, wie in den vorhergehenden
Beispielen beschrieben, bei etwa oO mit einer wäßrigen Lösung von 4 Mol Natriumhypochlorit
und Natriumhydroxyd langsam versetzt.
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Zur Aufarbeitung der Methylenchloridphase wird bis zur Ölbadtemperatur
von 800 unter gewöhnlichem Druck das restliche Methylenchlorid unter vermindertem
Druck abdestilliert. Aus dem dunkelgefärbten Kolbeninhalt wird bei gewöhnlicher
Temperatur dreimal mit je I50 ccm getrocknetem Petroläther das Isothiocyanat gelöst.
Diese Lösungen werden von Ungelöstem abgegossen, da das Ungelöste die Destillation
des Isothiocyanats erschwert und dessen Ausbeute vermindert. Die über geglühtem
Magnesiumsulfat getrocknete Lösung wird dann nach Abtreiben des Petroläthers bei
Io mm Druck bei 91 bis 920 destilliert. Man erhält 103 g (7I,40/o der Theorie) an
Isothiocyanat als farblose, basisch reagierende Verbindung, welche in Wasser wenig
löslich ist und aus ihren Lösungen in verdünnten wäßrigen Säuren.durch Alkalien
abgeschieden wird.
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Das Isothiocyanat bildet mit Picrinsäure in warmem Alkohol ein Pikrat
vom Schmelzpunkt Io8 bis IogO, welches in gelben Blättchen kristallisiert.
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Beispiel 5 Die Lösung von I58,2g (= 1 Mol) I-Diäthylamino-4-aminopentan
in 300 ccm getrocknetem Petroläther wird zu der mechanisch gerührten, eisgekühlten
Lösung von 95,2 g (= 1,25 Mol) Schwefelkohlenstoff in 100 ccm Petroläther innerhalb
2 Stunden getropft. Es scheidet sich alsbald das Ammoniumsalz der N-Diäthylamino-pentan-dithiocarbamidsäure-(4)
ab. Das Reaktionsgemisch wir.d noch I1/2 Stunden gerührt und der Petroläther von
dem feinverteilten gelblichen Dithiocarbaminat abgegossen. Dasselbe wird, ebenso
wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, in eine 6-1-Flasche überspült
und nach Zugabe von 600 ccm Methylenchlorid gekühlt; unter Rühren werden 4 Mol Natriumhypochlorit
und 4 Mol Natriumhydroxyd in wäßriger Lösung langsam zugesetzt. Es werden I58,7
g (79,3 0/o der Theorie) gelbgefärbtes I-Diäthylaminopentan-isothiocyanat-(4) erhalten,
welches, über 0,5 g Natriumhydroxyd 48 Stunden aufbewahrt, bei I24 bis I260 und
g mm Druck destilliert, ein fast farbloses, basisch reagierendes 01 bildet, welches
in Wasser wenig löslich ist. Aus ihren Lösungen in verdünnten wäßrigen Säuren wird
die Base durch Alkalien abgeschieden.
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Beispiel 6 Für die kontinuierliche Durchführung des Verfahrens eignet
sich eine Vorrichtung, wie sie in der deutschen Patentschrift 823 445 beschrieben
ist.
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Für die Darstellung von z. B. Isopropylisothiocyanat wird dabei eine
Lösung von Isopropyldithiocarbaminat in Methylenchlorid im Gegenstrom mit einer
Natriumhypochloritlösung geführt, die zweckmäßig gekühlt ist. Das sich am unteren
Ende des Gegenstromapparates ansammelnde Methylenchlorid enthält das gebildete Isopropylisothiocyanat.