EP1218362A1 - Method for producing 3-alkyl-n-nitro-4h-1,3,5-oxadiazine-4-imines - Google Patents

Method for producing 3-alkyl-n-nitro-4h-1,3,5-oxadiazine-4-imines

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Publication number
EP1218362A1
EP1218362A1 EP00967772A EP00967772A EP1218362A1 EP 1218362 A1 EP1218362 A1 EP 1218362A1 EP 00967772 A EP00967772 A EP 00967772A EP 00967772 A EP00967772 A EP 00967772A EP 1218362 A1 EP1218362 A1 EP 1218362A1
Authority
EP
European Patent Office
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nitric acid
stage
acid
alkyl
nitro
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Withdrawn
Application number
EP00967772A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Kern
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Nigu Chemie GmbH
Original Assignee
Nigu Chemie GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Nigu Chemie GmbH filed Critical Nigu Chemie GmbH
Publication of EP1218362A1 publication Critical patent/EP1218362A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D273/00—Heterocyclic compounds containing rings having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D261/00 - C07D271/00
    • C07D273/02—Heterocyclic compounds containing rings having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D261/00 - C07D271/00 having two nitrogen atoms and only one oxygen atom
    • C07D273/04—Six-membered rings

Definitions

  • the present invention relates to a multistage process for the preparation of 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines.
  • 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines are valuable intermediates for the production of biologically active compounds, in particular insecticides (cf. EP-A 580 533, WO 97/40 692 and WO 98/06 710).
  • these oxazine derivatives are produced by reacting formaldehyde with the corresponding alkyl nitroguanidines in organic solvents (cf. EP-A 850 553).
  • the alkyl nitroguanidines used as starting compounds are by the previously known production methods
  • Precipitation in the aqueous phase which must be filtered and washed and then contains 30 to 50% by weight of water.
  • R is a linear or branched alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, which enables high yields and purities of the desired end product in a particularly environmentally friendly and technically simple manner.
  • Cyanamide can react in the presence of an organic solvent in the temperature range from 80 to 180 ° C and pressure range from 2 to 20 bar and
  • step b) then the alkylguanidine nitrate formed in step b) is dehydrated with 92 to 98% nitric acid at 20 to 70 ° C. after removal of the solvent,
  • stage e) thereupon the anhydrous alkylnitroguanidine remaining in stage d) acid-catalyzed with formaldehyde in at least 95% formic acid and / or acetic acid in the temperature range from 30 to 100 ° C. and f) finally the 3-alkyl-N-nitro-4H-1, 3, 5-oxadiazin-4-imine formed in stage e) is isolated.
  • the process according to the present invention comprises at least six stages.
  • nitric acid is neutralized with an alkylamine R-NH 2 in aqueous solution in the temperature range from -10 to + 50 ° C.
  • concentration of the nitric acid is preferably 30 to 70%.
  • An alkyl amine R-NH 2 is an amine whose organic radical R is a linear or branched lower alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl or t-butyl.
  • the alkylamine in stage a) is preferably used in the form of a 30 to 40% strength aqueous methylamine solution.
  • the reactants can easily be used in excess, but preference is given to using approximately eguimolar amounts, ie in a molar ratio of nitric acid: alkylamine R-NH 2 between
  • the water introduced in step a) is removed after the neutralization by the customary methods (preferably in vacuo).
  • the alkylammonium nitrate formed in step a) is preferably in reaction step b) without further working up with cyanamide in an inert organic solvent in the temperature range from 80 to 180 ° C., in particular between 100 and 150 ° C. and in
  • reaction step b) is carried out with the exclusion of oxygen.
  • the inert organic solvent by known methods, such as. B. distillation, separated and then the alkylguanidine nitrate formed in step b) in reaction step c) with 92 to 98% nitric acid at temperatures of 20 to 70 ° C, in particular at 40 to 60 ° C, preferably with a 2- up to 10-fold excess of nitric acid works.
  • the nitric acid is then distilled off in vacuo at 30 to 70 ° C., a vacuum of 20 to 500 mbar preferably being set.
  • the resulting nitric acid is either reused or used in other processes in which a low concentration of nitric acid is required, such as. B. in the production of fertilizers.
  • Nitric acid present in the reaction solution is neutralized with bases.
  • bases preferably sodium hydroxide, soda, lime or ammonia solutions are used as bases. Possibly. Any water carried along is removed in vacuo after neutralization.
  • Alkali (sodium, potassium) or alkaline earth (calcium, magnesium) salts of acids with a lower pKa than are also bases Suitable for nitric acid.
  • Sodium acetate or formate have proven to be particularly advantageous. In the context of the present invention, it is also possible to add these salts as a solution in formic acid and / or acetic acid only in reaction step e).
  • the anhydrous alkyl nitroguanidine obtained in stage d) is then acid-catalyzed in reaction stage e) with formaldehyde in at least 95% formic acid and / or acetic acid in the temperature range from 30 to 100.degree.
  • Formaldehyde can be used in polymer form (paraformaldehyde) or cyclic form (trioxane).
  • catalyst used in condensation reactions preferably sulfonic acids, especially methanesulfonic acid.
  • the amount of catalyst used can be between 0.5 and 10 mol%, preferably amounts of 2 to 6 mol% of catalyst are used.
  • the desired end product is isolated. This can be done by cooling the obtained in step e) and, if necessary. be carried out in a concentrated solution or by vacuum Addition of water and neutralization, the product precipitating and then being able to be separated off, for example, by filtration.
  • Soda is added to the crystal slurry obtained until a sample dissolved in water has a neutral reaction. Then 200 g of concentrated acetic acid (glacial acetic acid), 45.0 g (1.5 mol) of paraformaldehyde and 2.5 g (26 mmol) of methanesulfonic acid are added. The mixture is then stirred at 70 ° C for 16 h. The solution is then concentrated to half the volume in vacuo at a maximum of 50 ° C. and then 60 ml of water and as much 30% sodium hydroxide solution are added with cooling. until pH 5.5 is reached. The resulting suspension is filtered, the precipitate is washed with a little cold water and dried. 65.0 g (81.2% of theory) of 3-methyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imine with a melting point of 155-157 ° C. are obtained. The purity (HPLC) is> 98%.
  • Methanesulfonic acid added. The mixture is then stirred at 60 ° C for 14 h. The solution is then concentrated in vacuo to a maximum of 40% of the volume at 50 ° C. and then 60 ml of water and as much 30% sodium hydroxide solution are added with cooling until pH 5.5 is reached. The resulting suspension is filtered, the precipitate is washed with a little cold water and dried. 64.1 g (80.0% of theory) of 3-methyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imine with a melting point of 155 ° C. are obtained. The purity (HPLC) is 98%.

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Abstract

The invention relates to a method for producing 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazine-4-imines; whereby a) nitric acid is neutralised using an alkyl amine R-NH2 in an aqueous solution at a temperature of between - 10 and + 50 DEG C and the water is optionally removed; b) the alkyl ammonium nitrate formed in step a) is reacted with cyanamide in the presence of an organic solvent at a temperature of between 80 and 180 DEG C and at a pressure of between 2 and 20 bar and c) the alkyl guanidine nitrate formed in step b) is subsequently dehydrated after the removal of the solvent using 92 to 98 % concentrated nitric acid, at a temperature of between 20 and 70 DEG C; d) the nitric acid is subsequently distilled in a vacuum at a temperature of between 30 and 70 DEG C; e) the alkyl nitroguanidine remaining after step d) which contains no water is reacted with formaldehyde using acid catalysis in at least 95 % concentrated formic acid and/or acetic acid at a temperature of between 30 and 100 DEG C and f) finally, the 3-alkyl-N-nitro-4h-1,3,5-oxadiazine-4-imine formed in step e) is isolated. The method thus produces the desired end-product with yields of at least 80 % and purities of >/= 98 % in a particularly environmentally friendly and technically simple manner.

Description

Verfahren zur Herstellung von 3-Alkyl-N-nitro-4H-l, 3 , 5- oxadiazin-4-iminen Process for the preparation of 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von 3 -Alkyl-N-nitro-4H-l , 3 , 5-oxadiazin-4- iminen.The present invention relates to a multistage process for the preparation of 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines.
3-Alkyl-N-nitro-4H-l, 3 , 5-oxadiazin-4-imine stellen wertvolle Zwischenprodukte zur Herstellung von biologisch aktiven Verbindungen, insbesondere von Insektiziden dar (vgl. EP-A 580 533, WO 97/40 692 bzw. WO 98/06 710) .3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines are valuable intermediates for the production of biologically active compounds, in particular insecticides (cf. EP-A 580 533, WO 97/40 692 and WO 98/06 710).
Entsprechend dem Stand der Technik werden diese Oxazin- Derivate durch Umsetzung von Formaldehyd mit den entsprechenden Alkylnitroguanidinen in organischen Lösemitteln hergestellt (vgl. EP-A 850 553). Die als Ausgangsverbindungen eingesetzten Alkylnitroguanidine sind nach den bisher bekannten Herstellungsmethoden durchAccording to the prior art, these oxazine derivatives are produced by reacting formaldehyde with the corresponding alkyl nitroguanidines in organic solvents (cf. EP-A 850 553). The alkyl nitroguanidines used as starting compounds are by the previously known production methods
Dehydratisierung der entsprechenden Alkylguanidinnitrat-Salze mittels Schwefelsäure (vgl. WO 98/43 951) oder durch Umsetzung von Nitroguanidin mit wäßrigen Alkylamin- , insbesondere Methylaminlösung zugänglich (vgl. WO 98/42 690) . In beiden Fällen fällt das Alkylnitroguanidin alsDehydration of the corresponding alkylguanidine nitrate salts using sulfuric acid (cf. WO 98/43 951) or by reacting nitroguanidine with aqueous alkylamine, especially methylamine, solution (cf. WO 98/42 690). In both cases the alkyl nitroguanidine falls as
Niederschlag in wäßriger Phase an, der filtriert und gewaschen werden muß und danach noch 30 bis 50 Gew.-% Wasser enthält .Precipitation in the aqueous phase, which must be filtered and washed and then contains 30 to 50% by weight of water.
Als besonders nachteilig bei diesen Verfahren ist dieThe is particularly disadvantageous in these processes
Tatsache anzusehen, daß sich im technischen Maßstab auf diese Weise kein ökonomisch und ökologisch sinnvolles Verfahren realisieren läßt. Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von 3-Alkyl-N-nitro-4H-l, 3 , 5- oxadiazin-4-iminen der allgemeinen Formel (I)Consider the fact that no economically and ecologically sensible process can be realized in this way on an industrial scale. The present invention was therefore based on the object of a process for the preparation of 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines of the general formula (I)
N02 N0 2
Rv ji 0R v ji 0
zu entwickeln, wobei R ein linearer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen ist, welche auf besonders umweitschonende und technisch einfache Weise hohe Ausbeuten und Reinheiten des gewünschten Endproduktes ermöglicht .to develop, where R is a linear or branched alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, which enables high yields and purities of the desired end product in a particularly environmentally friendly and technically simple manner.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß manThis object was achieved in that
a) Salpetersäure mit einem Alkylamin R-NH2 in wäßriger Lösung im Temperaturbereich von - 10 bis + 50 °C neutralisiert und ggf. das Wasser entfernt,a) neutralizing nitric acid with an alkylamine R-NH 2 in aqueous solution in the temperature range from -10 to + 50 ° C. and, if appropriate, removing the water,
b) das in Stufe a) gebildete Alkylammoniumnitrat mitb) the alkylammonium nitrate formed in step a)
Cyanamid in Gegenwart eines organischen Lösemittels im Temperaturbereich von 80 bis 180 °C und Druckbereich von 2 bis 20 bar reagieren läßt undCyanamide can react in the presence of an organic solvent in the temperature range from 80 to 180 ° C and pressure range from 2 to 20 bar and
c) danach das in Stufe b) gebildete Alkylguanidinnitrat nach Entfernen des Lösemittels mit 92 bis 98 %iger Salpetersäure bei 20 bis 70 °C dehydratisiert ,c) then the alkylguanidine nitrate formed in step b) is dehydrated with 92 to 98% nitric acid at 20 to 70 ° C. after removal of the solvent,
d) anschließend die Salpetersäure bei 30 bis 70 °C im Vakuum abdestilliert,d) the nitric acid is then distilled off in vacuo at 30 to 70 ° C.,
e) daraufhin das in Stufe d) zurückbleibende wasserfreie Alkylnitroguanidin säurekatalysiert mit Formaldehyd in mindestens 95 %iger Ameisensäure und/oder Essigsäure im Temperaturbereich von 30 bis 100 °C umsetzt und f) schließlich das in Stufe e) gebildete 3-Alkyl-N-nitro-4H- 1 , 3 , 5-oxadiazin-4-imin isoliert.e) thereupon the anhydrous alkylnitroguanidine remaining in stage d) acid-catalyzed with formaldehyde in at least 95% formic acid and / or acetic acid in the temperature range from 30 to 100 ° C. and f) finally the 3-alkyl-N-nitro-4H-1, 3, 5-oxadiazin-4-imine formed in stage e) is isolated.
Es hat sich hierbei überraschenderweise gezeigt, daß dieses Verfahren besondere ökonomische und ökologische Vorteile aufweist, da gute Ausbeuten sowie hohe Reinheiten erzielt werden und die eingesetzten Ameisensäure bzw. Essigsäure sowie Salpetersäure wiederverwertet werden können.It has surprisingly been found here that this process has particular economic and ecological advantages, since good yields and high purities are achieved and the formic acid or acetic acid and nitric acid used can be recycled.
Das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt mindestens sechs Stufen. In der ersten Reaktionsstufe a) wird Salpetersäure mit einem Alkylamin R-NH2 in wäßriger Lösung im Temperaturbereich von - 10 bis + 50 °C neutralisiert. Die Konzentration der Salpetersäure beträgt vorzugsweise 30 bis 70 %. Als Alkylamin R-NH2 wird ein Amin verwendet, dessen organischer Rest R für einen linearen oder verzweigten niederen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, s-Butyl, i-Butyl oder t-Butyl steht. Im Falle von R = CH3 wird das Alkylamin in Stufe a) vorzugsweise in Form einer 30 bis 40 %igen wäßrigen Methylaminlösung verwendet. Die Reaktionspartner können ohne Weiteres im Überschuß eingesetzt werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung annähernd eguimolarer Mengen, d.h. in einem molaren Verhältnis Salpetersäure : Alkylamin R-NH2 zwischenThe process according to the present invention comprises at least six stages. In the first reaction stage a), nitric acid is neutralized with an alkylamine R-NH 2 in aqueous solution in the temperature range from -10 to + 50 ° C. The concentration of the nitric acid is preferably 30 to 70%. An alkyl amine R-NH 2 is an amine whose organic radical R is a linear or branched lower alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl or t-butyl. In the case of R = CH 3 , the alkylamine in stage a) is preferably used in the form of a 30 to 40% strength aqueous methylamine solution. The reactants can easily be used in excess, but preference is given to using approximately eguimolar amounts, ie in a molar ratio of nitric acid: alkylamine R-NH 2 between
0,9:1 und 1,1:1. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das in Stufe a) eingeführte Wasser im Anschluß an die Neutralisation nach den üblichen Methoden (vorzugsweise im Vakuum) entfernt.0.9: 1 and 1.1: 1. According to a preferred embodiment, the water introduced in step a) is removed after the neutralization by the customary methods (preferably in vacuo).
Im Anschluß an die Reaktionsstufe a) wird das in Stufe a) gebildete Alkylammoniumnitrat in der Reaktionsstufe b) vorzugsweise ohne weitere Aufarbeitung mit Cyanamid in einem inerten organischen Lösemittel im Temperaturbereich von 80 bis 180 °C, insbesondere zwischen 100 und 150 °C und imFollowing reaction step a), the alkylammonium nitrate formed in step a) is preferably in reaction step b) without further working up with cyanamide in an inert organic solvent in the temperature range from 80 to 180 ° C., in particular between 100 and 150 ° C. and in
Druckbereich zwischen 1 und 20 bar, insbesondere zwischen 4 und 20 bar, umgesetzt. Als organische Lösemittel kommen alle gegenüber den Reaktanden inerten Lösemittel in Frage. Vorzugsweise werden Alkohole wie Methanol, Ethanol oder n-Butanol sowie Ether, wie Tetrahydrofuran, Ethylenglykoldimethyl-ether oder tert . Butylmethylether, eingesetzt.Pressure range between 1 and 20 bar, in particular between 4 and 20 bar, implemented. All solvents which are inert to the reactants are suitable as organic solvents. Alcohols such as methanol, ethanol or n-butanol and ethers such as tetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether or tert are preferred. Butyl methyl ether used.
Das Molverhältnis von Cyanamid zu Alkylammoniumnitrat kann in weiten Grenzen variiert werden, doch hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dieses Molverhältnis von Cyanamid zu Alkylammoniumnitrat auf 1,2 : 1 bis 1 : 1,2 einzustellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktionsstufe b) unter Sauerstoffausschluß durchgeführt.The molar ratio of cyanamide to alkylammonium nitrate can be varied within wide limits, but it has proven to be particularly advantageous to set this molar ratio of cyanamide to alkylammonium nitrate to 1.2: 1 to 1: 1.2. According to a preferred embodiment, reaction step b) is carried out with the exclusion of oxygen.
Im Anschluß an die Reaktionsstufe b) wird das inerte organische Lösemittel nach bekannten Methoden, wie z. B. Destillation, abgetrennt und danach das in Stufe b) gebildete Alkylguanidinnitrat in Reaktionsstufe c) mit 92 bis 98 %iger Salpetersäure bei Temperaturen von 20 bis 70 °C, insbesondere bei 40 bis 60 °C dehydratisiert , wobei man vorzugsweise mit einem 2- bis 10-fachen Überschuß an Salpetersäure arbeitet.Following the reaction step b), the inert organic solvent by known methods, such as. B. distillation, separated and then the alkylguanidine nitrate formed in step b) in reaction step c) with 92 to 98% nitric acid at temperatures of 20 to 70 ° C, in particular at 40 to 60 ° C, preferably with a 2- up to 10-fold excess of nitric acid works.
Anschließend wird in Stufe d) die Salpetersäure bei 30 bis 70 °C im Vakuum abdestilliert, wobei vorzugsweise ein Vakuum von 20 bis 500 mbar eingestellt wird. Die hierbei anfallende Salpetersäure wird entweder wiederverwendet bzw. in anderen Prozessen eingesetzt, in denen eine geringe Konzentration an Salpetersäure erforderlich ist, wie z. B. bei der Herstellung von Düngemitteln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden im Anschluß an die Reaktionsstufe d) Reste vonIn stage d), the nitric acid is then distilled off in vacuo at 30 to 70 ° C., a vacuum of 20 to 500 mbar preferably being set. The resulting nitric acid is either reused or used in other processes in which a low concentration of nitric acid is required, such as. B. in the production of fertilizers. According to a preferred embodiment, residues of
Salpetersäure, die in der Reaktionslösung vorhanden sind, mit Basen neutralisiert. Als Basen werden aus ökonomischen Gründen vorzugsweise Natronlauge, Soda, Kalk oder Ammoniaklösungen) eingesetzt. Evtl. mitgeführtes Wasser wird nach der Neutralisation ggf. im Vakuum entfernt. Als Basen sind auch Alkali- (Natrium, Kalium) oder Erdalkalisalze (Calcium, Magnesium) von Säuren mit einem niedrigeren pKs-Wert als Salpetersäure geeignet. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Natriumacetat oder -formiat erwiesen. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, diese Salze erst in Reaktionsstufe e) als Lösung in Ameisensäure und/oder Essigsäure zuzugeben.Nitric acid present in the reaction solution is neutralized with bases. For economic reasons, preferably sodium hydroxide, soda, lime or ammonia solutions are used as bases. Possibly. Any water carried along is removed in vacuo after neutralization. Alkali (sodium, potassium) or alkaline earth (calcium, magnesium) salts of acids with a lower pKa than are also bases Suitable for nitric acid. Sodium acetate or formate have proven to be particularly advantageous. In the context of the present invention, it is also possible to add these salts as a solution in formic acid and / or acetic acid only in reaction step e).
Danach wird das in Stufe d) erhaltene wasserfreie Alkylnitroguanidin in Reaktionsstufe e) säurekatalysiert mit Formaldehyd in mindestens 95 %iger Ameisensäure und/oder Essigsäure im Temperaturbereich von 30 bis 100 °C umgesetzt. Formaldehyd kann hierbei sowohl in polymerer Form (Paraformaldehyd) oder cyclischer Form (Trioxan) verwendet werden .The anhydrous alkyl nitroguanidine obtained in stage d) is then acid-catalyzed in reaction stage e) with formaldehyde in at least 95% formic acid and / or acetic acid in the temperature range from 30 to 100.degree. Formaldehyde can be used in polymer form (paraformaldehyde) or cyclic form (trioxane).
Als Säurekatalysator kommen die üblicherweise fürAs an acid catalyst they usually come for
Kondensationsreaktionen verwendeten Verbindungen in Frage, vorzugsweise werden Sulfonsäuren, insbesondere Methansulfonsäure eingesetzt. Die Menge an eingesetztem Katalysator kann zwischen 0,5 und 10 Mol-% betragen, vorzugsweise werden Mengen von 2 bis 6 Mol-% an Katalysator verwendet .Compounds used in condensation reactions, preferably sulfonic acids, especially methanesulfonic acid. The amount of catalyst used can be between 0.5 and 10 mol%, preferably amounts of 2 to 6 mol% of catalyst are used.
Das Arbeiten mit wasserfreiem Alkylnitroguanidin in Stufe e) ist sowohl mit ökonomischen als auch ökologischen Vorteilen verbunden, da dadurch weniger Ameisensäure bzw. Essigsäure eingesetzt werden muß und zudem ein großer Teil der verwendeten Ameisensäure durch einfache Destillation zurückgewonnen und in den Prozeß zurückgeführt werden kann. Nach den bisher bekannten Verfahren fallen auf dieser Stufe ansonsten sehr hohe Entsorgungskosten an, da die abdestillierte und wasserhaltige Ameisensäure oder Essigsäure nicht wiederverwertet werden kann.Working with anhydrous alkyl nitroguanidine in stage e) is associated with both economic and ecological advantages, since less formic acid or acetic acid has to be used as a result and, in addition, a large part of the formic acid used can be recovered by simple distillation and returned to the process. According to the previously known methods, very high disposal costs are incurred at this stage, since the distilled and water-containing formic acid or acetic acid cannot be recycled.
Nach Ablauf der Reaktionsdauer, die in der Regel zwischen 2 und 30 Stunden beträgt, wird das gewünschte Endprodukt isoliert. Dies kann durch Abkühlen der in Stufe e) gewonnenen und ggf . im Vakuum eingeengten Lösung erfolgen oder durch Zugabe von Wasser und Neutralisation, wobei das Produkt ausfällt und anschließend bspw. durch Filtration abgetrennt werden kann.After the reaction period, which is generally between 2 and 30 hours, the desired end product is isolated. This can be done by cooling the obtained in step e) and, if necessary. be carried out in a concentrated solution or by vacuum Addition of water and neutralization, the product precipitating and then being able to be separated off, for example, by filtration.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es noch möglich, das Endprodukt mit etwas kaltem Wasser nachzuwaschen und ggf . zu trocknen .In the context of the present invention, it is still possible to wash the end product with a little cold water and, if necessary. to dry.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, 3- Alkyl-N-nitro-4H-l, 3 , 5-oxadiazin-4-imine in Ausbeuten von mindestens 80 % und Reinheiten von > 98 % auf besonders umweltschonende und technisch einfache Weise zu erhalten.With the aid of the process according to the invention, it is possible to add 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines in yields of at least 80% and purities of> 98% in a particularly environmentally friendly and technically simple manner receive.
Die nach folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.The following examples are intended to illustrate the invention in more detail.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
56,9 g (0,55 mol) 30 % Methylamin-Lösung werden unter Eiskühlung zu 45,7 g (0,5 mol) 69 % Salpetersäure getropft. Wasser wird anschließend im Vakuum entfernt. Danach wird 21,0 g (0,5 mol) Cyanamid und 140 ml n-Butanol zugegeben und das Gemisch im Autoklaven 8 h auf 130 °C erhitzt, wobei sich ein Druck von 3 bis 4 bar einstellt. Nach Entfernung des Lösemittels im Vakuum wird 200 g 97 % Salpetersäure zugegeben und 2 h bei 60 °C gerührt. Anschließend wird Salpetersäure bei einer maximalen Sumpftemperatur von 60 °C fraktioniert destilliert. Zu dem erhaltenen Kristallbrei wird Soda gegeben, bis eine in Wasser gelöste Probe neutral reagiert. Danach wird 200 g konzentrierte Essigsäure (Eisessig), 45,0 g (1,5 mol) Paraformaldehyd und 2,5 g (26 mmol) Methansulfonsäure zugegeben. Anschließend wird 16 h bei 70 °C gerührt. Danach wird die Lösung im Vakuum bei maximal 50 °C auf die Hälfte des Volumens eingeengt und anschließend unter Kühlung 60 ml Wasser und soviel 30 % Natronlauge zugegeben, bis pH 5,5 erreicht ist. Die entstandene Suspension wird filtriert, der Niederschlag wird mit wenig kaltem Wasser nachgewaschen und getrocknet. Man erhält 65,0 g (81,2 % der Theorie) 3 -Methyl-N-nitro-4H-l , 3 , 5-oxadiazin-4-imin vom Schmelzpunkt 155 - 157 °C. Die Reinheit (HPLC) ist > 98 % .56.9 g (0.55 mol) of 30% methylamine solution are added dropwise to 45.7 g (0.5 mol) of 69% nitric acid while cooling with ice. Water is then removed in vacuo. Then 21.0 g (0.5 mol) of cyanamide and 140 ml of n-butanol are added and the mixture is heated in an autoclave at 130 ° C. for 8 hours, a pressure of 3 to 4 bar being established. After removal of the solvent in vacuo, 200 g of 97% nitric acid are added and the mixture is stirred at 60 ° C. for 2 h. Subsequently, nitric acid is fractionally distilled at a maximum bottom temperature of 60 ° C. Soda is added to the crystal slurry obtained until a sample dissolved in water has a neutral reaction. Then 200 g of concentrated acetic acid (glacial acetic acid), 45.0 g (1.5 mol) of paraformaldehyde and 2.5 g (26 mmol) of methanesulfonic acid are added. The mixture is then stirred at 70 ° C for 16 h. The solution is then concentrated to half the volume in vacuo at a maximum of 50 ° C. and then 60 ml of water and as much 30% sodium hydroxide solution are added with cooling. until pH 5.5 is reached. The resulting suspension is filtered, the precipitate is washed with a little cold water and dried. 65.0 g (81.2% of theory) of 3-methyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imine with a melting point of 155-157 ° C. are obtained. The purity (HPLC) is> 98%.
Beispiel 2Example 2
56,9 g (0,55 mol) 30 % Methylamin-Lösung werden unter Eiskühlung zu 45,7 g (0,5 mol) 69 % Salpetersäure getropft.56.9 g (0.55 mol) of 30% methylamine solution are added dropwise to 45.7 g (0.5 mol) of 69% nitric acid while cooling with ice.
Wasser wird anschließend im Vakuum entfernt. Danach wird 21,0 g (0,5 mol) Cyanamid und 140 ml n-Butanol zugegeben und das Gemisch im Autoklaven 2 h auf 150 °C erhitzt, wobei sich ein Druck von 4 bis 5 bar einstellt. Nach Entfernung des Lösemittels im Vakuum wird 200 g 97 % Salpetersäure zugegeben und 3 h bei 60 °C gerührt. Anschließend wird Salpetersäure bei einer maximalen Sumpftemperatur von 70 °C fraktioniert destilliert. Danach wird 160 g konzentrierte Ameisensäure (98 %ig) , die mit 20 g Calciumcarbonat vermischt wurde, 45,0 g (1,5 mol) Paraformaldehyd und 2,5 g (26 mmol)Water is then removed in vacuo. Then 21.0 g (0.5 mol) of cyanamide and 140 ml of n-butanol are added and the mixture is heated in an autoclave at 150 ° C. for 2 hours, a pressure of 4 to 5 bar being established. After removal of the solvent in vacuo, 200 g of 97% nitric acid are added and the mixture is stirred at 60 ° C. for 3 h. Then nitric acid is fractionally distilled at a maximum bottom temperature of 70 ° C. Then 160 g of concentrated formic acid (98%), which was mixed with 20 g of calcium carbonate, 45.0 g (1.5 mol) of paraformaldehyde and 2.5 g (26 mmol)
Methansulfonsäure zugegeben. Anschließend wird 14 h bei 60 °C gerührt. Danach wird die Lösung im Vakuum bei maximal 50 °C auf 40 % des Volumens eingeengt und anschließend unter Kühlung 60 ml Wasser und soviel 30 % Natronlauge zugegeben, bis pH 5,5 erreicht ist. Die entstandene Suspension wird filtriert, der Niederschlag wird mit wenig kaltem Wasser nachgewaschen und getrocknet. Man erhält 64,1 g (80,0 % der Theorie) 3-Methyl-N-nitro-4H-l, 3 , 5-oxadiazin-4-imin vom Schmelzpunkt 155 °C. Die Reinheit (HPLC) ist 98 %. Methanesulfonic acid added. The mixture is then stirred at 60 ° C for 14 h. The solution is then concentrated in vacuo to a maximum of 40% of the volume at 50 ° C. and then 60 ml of water and as much 30% sodium hydroxide solution are added with cooling until pH 5.5 is reached. The resulting suspension is filtered, the precipitate is washed with a little cold water and dried. 64.1 g (80.0% of theory) of 3-methyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imine with a melting point of 155 ° C. are obtained. The purity (HPLC) is 98%.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung von 3 -Alkyl -N-nitro-4H- l , 3 , 5 - oxadiazin-4 - iminen der allgemeinen Formel ( I )Process for the preparation of 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imines of the general formula (I)
O' wobei R ein linearer oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen ist, dadurch gekennzeichnet, daß manO ' where R is a linear or branched alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, characterized in that
a) Salpetersäure mit einem Alkylamin R-NH2 in wäßriger Lösung im Temperaturbereich von - 10 bis + 50 °C neutralisiert und ggf. das Wasser entfernt,a) neutralizing nitric acid with an alkylamine R-NH 2 in aqueous solution in the temperature range from -10 to + 50 ° C. and, if appropriate, removing the water,
b) das in Stufe a) gebildete Alkylammoniumnitrat mit Cyanamid in Gegenwart eines organischen Lösemittels im Temperaturbereich von 80 bis 180 °C und Druckbereich von 2 bis 20 bar reagieren läßt undb) the alkylammonium nitrate formed in step a) can react with cyanamide in the presence of an organic solvent in the temperature range from 80 to 180 ° C. and pressure range from 2 to 20 bar and
c) danach das in Stufe b) gebildete Alkylguanidinnitrat nach Entfernen des Lösemittels mit 92 bis 98 %iger Salpetersäure bei 20 bis 70 °C dehydratisiert ,c) then the alkylguanidine nitrate formed in step b) is dehydrated with 92 to 98% nitric acid at 20 to 70 ° C. after removal of the solvent,
d) anschließend die Salpetersäure bei 30 bis 70 °C im Vakuum abdestilliert,d) the nitric acid is then distilled off in vacuo at 30 to 70 ° C.,
e) daraufhin das in Stufe d) zurückbleibende wasserfreie Alkylnitroguanidin säurekatalysiert mite) then the anhydrous alkyl nitroguanidine remaining in stage d) is catalyzed with acid
Formaldehyd in mindestens 95 %iger Ameisensäure und/oder Essigsäure im Temperaturbereich von 30 bis 100 °C umsetzt und f) schließlich das in Stufe e) gebildete 3-Alkyl-N- nitro-4H-l,3, 5-oxadiazin-4-imin isoliert .Formaldehyde in at least 95% formic acid and / or acetic acid in the temperature range from 30 to 100 ° C and f) finally the 3-alkyl-N-nitro-4H-1,3,5-oxadiazin-4-imine formed in step e) is isolated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Salpetersäure in Stufe a) 30 bis2. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of nitric acid in step a) 30 to
70 % beträgt.Is 70%.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß man das Alkylamin in Stufe a) im Falle von R = CH3 in Form einer 30 bis 40 %igen wäßrigen Methylamin-Lösung verwendet.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that the alkylamine is used in stage a) in the case of R = CH 3 in the form of a 30 to 40% aqueous methylamine solution.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäure und das Alkylamin in Stufe a) in annähernd equimolarem Verhältnis eingesetzt werden.4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the nitric acid and the alkylamine in stage a) are used in an approximately equimolar ratio.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe b) im Temperaturbereich von 100 bis 150 °C und im5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that stage b) in the temperature range from 100 to 150 ° C and in
Druckbereich zwischen 4 und 20 bar durchführt.Pressure range between 4 and 20 bar.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Lösemittel in Stufe b) Alkohole wie z. B. Methanol, Ethanol oder n- Butanol und/oder Ether wie Tetrahydrofuran, Ethylenglykoldimethylether oder tert . -Butylmethylether verwendet .6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that alcohols such as, for. B. methanol, ethanol or n-butanol and / or ethers such as tetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether or tert. -Butyl methyl ether used.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Cyanamid : Alkylammoniumnitrat auf 1,2 : 1 bis 1 : 1,2 eingestellt wird.7. Process according to claims 1 to 6, characterized in that the molar ratio of cyanamide: alkylammonium nitrate is adjusted to 1.2: 1 to 1: 1.2.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsstufe b) unter Sauerstoffausschluß durchgeführt wird. 8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that the reaction stage b) is carried out with the exclusion of oxygen.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dehydratisierungsstufe c) mit einem 2 bis 10-fachen Überschuß an Salpetersäure durchführt .9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that one carries out the dehydration step c) with a 2 to 10-fold excess of nitric acid.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dehydratisierungsstufe c) bei Temperaturen zwischen 40 und 60 °C durchführt.10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that one carries out the dehydration step c) at temperatures between 40 and 60 ° C.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Salpetersäure in Stufe d) in einem Vakuum von 20 bis 500 mbar destillativ entfernt .11. The method according to claims 1 to 10, characterized in that the nitric acid in stage d) is removed by distillation in a vacuum of 20 to 500 mbar.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man im Anschluß an die Stufe d) Reste von Salpetersäure mit Basen neutralisiert .12. The method according to claims 1 to 11, characterized in that after step d) residues of nitric acid are neutralized with bases.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Basen Alkali- oder Erdalkalisalze von Säuren mit einem niedrigeren pKs-Wert als Salpetersäure einsetzt.13. The method according to claims 1 to 11, characterized in that alkali or alkaline earth metal salts of acids with a lower pKa value than nitric acid are used as bases.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkali- oder Erdalkalisalze Natriumacetat oder Natriumformiat verwendet .14. The method according to claim 13, characterized in that sodium acetate or sodium formate is used as the alkali or alkaline earth metal salts.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man Formaldehyd in Stufe e) in polymerer Form (Paraformaldehyd) oder cyclischer Form (Trioxan) einsetzt.15. The method according to claims 1 to 14, characterized in that formaldehyde in stage e) is used in polymeric form (paraformaldehyde) or cyclic form (trioxane).
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säurekatalysator in Stufe e) Sulfonsäuren, insbesondere Methansulfonsäure, heranzieht . 16. The method according to claims 1 to 15, characterized in that sulfonic acids, in particular methanesulfonic acid, are used as the acid catalyst in stage e).
17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Säurekatalysators in Stufe e) 0,5 bis 10 Mol-%, vorzugsweise 2 bis 6 Mol-%, beträgt .17. The method according to claims 1 to 16, characterized in that the amount of acid catalyst in stage e) is 0.5 to 10 mol%, preferably 2 to 6 mol%.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man im Anschluß an Stufe e) die Ameisensäure und/oder Essigsäure durch Destillation aufkonzentriert und wiederverwendet.18. The method according to claims 1 to 17, characterized in that after form e) the formic acid and / or acetic acid is concentrated and reused by distillation.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Endprodukt in Stufe f) durch Abkühlen der in Stufe e) gewonnenen eingeengten Lösung oder durch Zugabe von Wasser und Neutralisation ausfällt und anschließend durch Filtration abtrennt .19. The method according to claims 1 to 18, characterized in that the end product in stage f) is precipitated by cooling the concentrated solution obtained in stage e) or by adding water and neutralization and then separated by filtration.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Endprodukt mit kaltem Wasser nachgewaschen und getrocknet wird. 20. The method according to claims 1 to 19, characterized in that the end product is washed with cold water and dried.
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