JPH0720942B2 - 環状ウレア類の製造方法 - Google Patents

環状ウレア類の製造方法

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JPH0720942B2
JPH0720942B2 JP14805686A JP14805686A JPH0720942B2 JP H0720942 B2 JPH0720942 B2 JP H0720942B2 JP 14805686 A JP14805686 A JP 14805686A JP 14805686 A JP14805686 A JP 14805686A JP H0720942 B2 JPH0720942 B2 JP H0720942B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は式(I) R-NH-R1‐NH-R (式中、Rは低級アルキル基、R1はトリメチレン基、低
級アルキル基で置換されたトリメチレン基、テトラメチ
レン基または低級アルキル基で置換されたテトラメチレ
ン基である。)で示されるジアミン類とウレアとの反応
により、式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
る環状ウレア類を製造する方法に関する。
上記式(II)で示される環状ウレア類は、非プロトン性
極性溶媒や、医薬、農薬の中間体として有用な物質であ
る。特にポリアミド類、ポリ塩化ビニル、ポリビニルア
ルコール、ポリスチレン、ポリウレタン、フェノール樹
脂などの高分子化合物に優れた溶媒であり、また多くの
有機化合物を容易に溶解し、各種の特徴ある有機反応の
溶媒として用いられる。
〔従来の技術〕
上記式(II)で示される環状ウレア類の製造方法はいく
つか提案されている。例えば、テトラヒドロ−2(1H)
−ピリミジノン(6員環ウレア)及びヘキサヒドロ−2H
−1,3−ジアゼピン−2−オン(7員環ウレア)をジオ
キサン中で水素化ナトリウムとヨウ化アルキルを用い
て、N,N′−ジアルキル化をしてN,N′−ジアルキル置換
環状ウレア類を得る方法〔ジャーナル オブ メデシナ
ル ケミストリ(J.Med.Chem.)、1981年、24巻、1090
頁〕、テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジンチオン(6
員環チオウレア)及びヘキサヒドロ−2H−1,3−ジアゼ
ピン−2−チオン(7員環チオウレア)をヨウ化アルキ
ルと水酸化ナトリウムで、N,N′−ジアルキル化及び加
水分解してN,N′−ジアルキル置換環状ウレア類を得る
方法〔シンセシス(Synthesis)、1982年、465頁〕、N,
N′−ジメチル−1,3−プロパンジアミンをトルエン中で
ホスゲンと反応させテトラハイドロ−1,3−ジメチル−
2(1H)−ピリミジノンを得る方法〔ジャーナル オブ
ケミカル ソサイアティ(J.Chem.Soc.)、1947年、3
15頁〕、N−(2−ホルミル−2−メチルプロピル)−
N,N′,N′−トリメチルウレアをメチルアミンで処理
し、ラネーニッケルで水素添加してテトラハイドロ−1,
3,5,5−テトラメチル−2H(1H)−ピリミジノンを得る
方法〔英国特許1226623号〕などが知られている。
また、上記式(I)で示されるジアミン類とウレアで上
記式(II)で示される環状ウレア類を得る方法も知られ
ており、例えばN,N′−ジエチル−1,3−プロパンジアミ
ンまたはN,N′−ジプロピル−1,3−プロパンジアミンと
ウレアで1,3−ジエチルテトラヒドロ−2(1H)−ピリ
ミジノンまたテトラヒドロ−1,3−ジプロピル−2(1
H)ピリミジノンをそれぞれ収率64.0%、21.5%で得た
方法〔ジャーナル オブ メデシナル ケミストリー
(J.Med.Chem.)、1971年、14巻、140頁〕が知られてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これらの製造方法のうち、多くの方法は原料費が高く、
工業的製法としては成立しがたい。また本発明と同様な
ジアミン類とウレアで環状ウレア類を得る方法も既に公
知であるが、収率がなお低く満足のいく方法ではなかっ
た。
本発明は上記式(I)で示されるジアミン類とウレアを
反応させ、上記式(II)で示される環状ウレア類を得る
に際し、工業的に満足のいく製法を提供すことを目的と
するものである。
〔問題を解決するための手段〕
本発明者等は、上記式(I)で示されるジアミン類とウ
レアとを反応させ、上記式(II)で示される環状ウレア
類を得るにあたり、安価で収率が高く、操作性も良好な
工業的製法を鋭意検討し、以下のうような知見を得、本
発明に達した。
(1)極性溶媒の存在下180℃以上で反応させると、高
収率で環状ウレア類が得られることをみいだした。
通常、ジアミン類とウレアとの反応では、環状ウレア類
が生成する前に、シアミンのウレア中間体が生成する。
この中間体は多くの場合、非極性溶媒に対して溶解度が
小さく、系外へ析出する。しかし、この中間体は溶解状
態でしかも180℃以上でないと環状ウレア類への閉環反
応は極めて遅い。
この理由よりウレア中間体の溶解度の大きい極性溶媒
下、180度以上でジアミン類とウレアを反応させると、
環状ウレア類が高収率で得られることがわかった。
(2)さらに、ジアミン類とウレアとの極性溶媒下の反
応においては、ジアミン類とウレア中間体が生成するま
では140℃以下で反応させ、その後180℃以上で反応させ
れば、さらに収率の上がることを見出した。
ジアミン類とウレアとの極性溶媒下での反応では、ウレ
ア中間体が生成するまでの初期反応は特に180℃以上の
温度は必要としない。100℃以下では反応は遅くなる
が、100℃付近から140℃以下で十分に反応は進行する。
180℃以上ではウレア自体の熱分解のため、ウレアのロ
スが生じる。このため、2段上昇反応法の方がウレアが
無駄なく反応に供されることがわかった。
ジアミン類からウレア中間体への反応の終点はアンモニ
ア発生の終了で容易に判断できる。この2段昇温法で
は、ジアミン類及びウレアがともに無駄なく使用される
ので、ジアミン類及びウレアとも特に過剰に用いる必要
はなく、ジアミン類/ウレアの仕込モル比は0.6〜1.2に
なるようにすればよい。好ましくは、ほぼ等モルになる
ように仕込めばよい。ジアミン類を過剰に仕込めば、高
価なジアミンを回収する操作が追加され、また、ウレア
を過剰に仕込めばウレアの熱分解物であるシアヌル酸等
の固体不純物が反応系に残り、煩雑な固液分離操作が追
加されるが、このような問題が解決された。
(3)また、本発明者らはさらに工業的製法として検討
を深め、以下の発明も見出した。
上記2段昇温法を採用すると、140℃以下の初期反応は
問題ないものの、おおくの場合ジアミン類の沸点が180
℃以下であるので、昇温して180℃以上の反応を行う場
合、未反応ジアミン類が残存するため、常圧で180℃以
上で反応することが困難であり、オートクレーブ使用等
の加圧下で反応しなければならない。
これを避けるため本発明者らは、反応当初に極性溶媒存
在下にジアミン類/ウレアの仕込モル比がほぼ1/2にな
るように仕込み、初期反応のウレア中間体の生成が完結
するまでは140℃以下で反応させ、引続き180℃以上で、
全体のジアミン類/ウレアのモル比が2/2になるように
ジアミン類を添加しながら反応させることによって、常
圧でも高収率で環状ウレア類が得られることを見出し
た。
この理由は、反応当初にジアミン類に対してウレアを約
2倍モル仕込んで反応させるので、初期反応で生成する
ウレア中間体は、ほぼ完全に不揮発性のジアミン類のジ
ウレア化物になっており、原料ジアミン類が残存しない
ので、常圧でも180℃以上の昇温が可能となるからであ
る。したがってこの方法によれば、溶媒の沸点が180℃
以上であれば全反応を通じて常圧下で反応できる。ま
た、180℃以上で添加されるジアミン類は有効に反応に
供され、一括仕込で2段昇温法で反応させる方法にくら
べて、収率的にも何ら遜色はないこともわかった。
本発明方法において使用される溶媒としては、炭化水素
及びハロゲン化炭化水素は適さず、極性溶媒を使用す
る。好ましい溶媒としては、N,N′−ジメチルホルムア
ミド、N,N′−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿
素、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミ
ド、スルホラン、メチルイソブチルケトン、ニトロベン
ゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、等の非プロト
ン性極性溶媒が良い。また、沸点が低い場合、過大な耐
圧装置が必要となるため、180℃以上の沸点を有する溶
媒が好ましく、特に溶媒分離の煩雑性を避ける目的から
反応で生成する環状ウレア類が最も良い。
本発明に用いられる上記式(I)で示される原料ジアミ
ンは、N,N′−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、N,
N′−ジエチル−1,3−プロパンジアミン、N,N′−ジプ
ロピル−1,3−プロパンジアミン、N,N′−ジブチル−1,
3−プロパンジアミン、N,N′,2−トリメチル−1,3−プ
ロパンジアミン、N,N′,2,2−テトラメチル−1,3−プロ
パンジアミン、N,N′−ジメチル−1,4−ブタンジアミ
ン、N,N′−ジエチル−1,4−ブタンジアミン、N,N′−
ジプロピル−1,4−ブタンジアミン、N,N′−ジブチル−
1,4−ブタンジアミン、などである。
本発明で得られる上記式(II)で示される環状ウレア類
は、上述のジアミン類を用いて得られる相応する環状ウ
レア類であり、テトラヒドロ−1,3−ジメチル−2(1
H)−ピリミジノン、1,3−ジエチルテトラヒドロ−2
(1H)−ピリミジノン、テトラヒドロ−1,3−ジプロピ
ル−2(1H)−ピリミジノン、1,3−ジブチルテトラヒ
ドロ−2(1H)−ピリミジノン、テトラヒドロ−1,3,5
−トリメチル−2(1H)−ピリミジノン、テトラヒドロ
−1,3,5,5−テトラメチル−2(H)−ピリミジノン、
ヘキサヒドロ−1,3−ジメチル−2H−1,3−ジアゼピン−
2−オン、1,3−ジエチルヘキサヒドロ−2H−1,3−ジア
ゼピンン−2−オン、ヘキサヒドロ−1,3−ジプロピル
−2H−1,3−ジアゼピン−2−オン、1,3−ジブチルヘキ
サヒドロ−2H−1,3−ジアゼピン−2−オンなどであ
る。
本発明方法の好ましい通常の態様を述べれば、加圧下の
場合、温度計及び機械的撹拌機を備えたオートクレーブ
に、原料ジアミン類、ウレア、極性溶媒を仕込み、180
℃以上に昇温して反応させる。2段昇温反応をする時
は、予め140℃以下で反応後、再昇温して180℃以上で反
応させる。常圧でジアミン類を添加する方法では、還流
冷却器、温度計、滴下ロート及び機械的撹拌機を備えた
反応器中に、ジアミン類、ウレア、極性溶媒を仕込、14
0℃以下でアンモニアの発生が終了するまで反応させ、
その後、180℃以上に昇温して滴下ロートよりジアミン
類を添加させながら反応させる。反応終了液は、蒸留等
により環状ウレア類を取り出すことができる。特に反応
で生成する環状ウレア類を溶媒とした場合、蒸留時に溶
媒との分離の必要がなく、極めて簡素化されたプロセス
となる。
〔発明の効果〕
本発明のジアミン類とウレアとの反応で環状ウレア類を
得るに際し、極性溶媒の存在下に180℃以上の温度で反
応させることにより、従来法に比べて高価なジアミン類
を過剰に用いることなく、操作性良好で、高収率で目的
物が得られる。特に反応を2段階の温度勾配を設けて実
施すれば収率が向上し、しかもその際初期反応時に仕込
まれるジアミン類をウレアに対してほぼ1/2モルにし
て、後段反応でほぼ当モルとなるよう累積添加して反応
させれば常圧下で実施できる。
〔実施例〕
以下に実施例を挙げさらに詳細に説明する。
実施例1 500mlのステンレス製オートクレーブ内に、N,N′−ジメ
チル−1,3−プロパンジアミン102.2g(1.00モル)、ウ
レア60.1g(1.00モル)及びテトラヒドロ−1,3−ジメチ
ル−2(1H)−ピリミジノン100gを仕込んだ。
反応温度210℃まで約30分で昇温し、同210℃で3時間反
応させた。
反応終了後ガスクロマトグラフィーにより、テトラヒド
ロ−1,3−ジメチル−2(1H)−ピリミジノンを定量し
た。生成収率は86.1%であった。この反応マスを減圧蒸
留して、テトラヒドロ−1,3−ジメチル−2(1H)−ピ
ロミジノン(沸点93〜94℃/5torrの留分)203.5gを得
た。
実施例2〜13 原料ジアミン類と溶媒をそれぞれ変えた以外は実施例1
と同様に反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで
定量した。使用した原料ジアミン類、溶媒、生成物及び
生成収率を実施例1も含めて表に示した。
実施例14 500mlのステンレス製オートクレーブにN,N′−ジメチル
−1,3−プロパンジアミン102.2g(1.00モル)、尿素60.
1g(1.00モル)及びテトラヒドロ−1,3−ジメチル−2
(1H)−ピリミジノン100gを仕込んだ。昇温して、反応
温度120℃で8時間反応させた。引続き210℃まで昇温し
て、3時間反応させた。
反応終了後、ガスクトマトグラフィーによりテトラヒド
ロ−1,3−ジメチル−2(1H)−ピリミジノンを定量し
た。テトラヒドロ−1,3−ジメチル−2(1H)−ピリミ
ジノンの生成収率は96.3%であった。
実施例15〜20 原料ジアミン類と溶媒をそれぞれ変えた以外は実施例14
と同様に反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで
定量した。使用した原料ジアミン類、溶媒、生成物及び
生成収率を表に示した。
実施例21 還流冷却器、温度計、滴下ロート及び撹拌機を備えた50
0mlのガラス製フラスコ中に、N,N′−ジメチル−1,3−
プロパンジアミン51.1g(0.50モル)、尿素60.1g(1.00
モル)及びテトラヒドロ−1,3−ジメチル−2(1H)−
ピリミジノン100gを仕込んだ。滴下ロートには、N,N′
−ジメチル−1,3−プロパンジアミン51.1g(0.50モル)
を用意した。120℃に昇温し、反応させた。反応の進行
とともにNH3ガスが発生し、約2時間後NH3ガスの発生が
停止した。引続き210℃まで昇温した。20℃付近から滴
下ロートより、N,N′−ジメチル−1,3−プロパンジアミ
ンを約2時間かけて滴下した。その後1時間210℃で反
応させた。反応終了マスをガスクロマトフラフィーによ
りテトラヒドロ−1,3−ジメチル−2(1H)−ピリミジ
ノンを定量した。その結果、生成収率は96.0%であっ
た。
この反応マスを減圧蒸留してテトラヒドロ−1,3−ジメ
チル−2(1H)−ピリミジノン(沸点93〜94℃/5torrの
留分)215.0gを得た。
実施例22〜31 原料ジアミン類と溶媒をそれぞれ変えた以外は実施例21
と同様に反応し、生成物をガスクロマトグラフィーで定
量した。使用した原料ジアミン類、溶媒、生成物及び生
成収率を表に示した。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) R-HN-R1‐NH-R (I) (式中、Rは低級アルキル基、R1はトリメチレン基、低
    級アルキル基で置換されたトリメチレン基、テトラメチ
    レン基または低級アルキル基で置換されたテトラメチレ
    ン基である。)で示されるジアミン類とウレアとの反応
    により、式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類を得るに際し、極性溶媒の存在下180℃
    以上で反応させることを特徴とする環状ウレア類の製造
    方法。
  2. 【請求項2】極性溶媒が、反応で生成する式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類である特許請求の範囲第(1)項記載の
    方法。
  3. 【請求項3】式(I) R-NH-R1‐NH-R (I) (式中、Rは低級アルキル基、R1はトリメチレン基、低
    級アルキル基で置換されたトリメチレン基、テトラメチ
    レン基または低級アルキル基で置換されたテトラメチレ
    ン基である。)で示されるジアミン類とウレアとの反応
    により、式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類を得るに際し、極性溶媒の存在下に、ジ
    アミン類/ウレアの仕込モル比が0.6〜1.2になるように
    仕込み、初期反応のウレア中間体の生成が完結するまで
    は140℃以下で反応させ、引続き180℃以上に昇温して反
    応させることを特徴とする環状ウレア類の製造方法。
  4. 【請求項4】極性溶媒が、反応で生成する式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類である特許請求の範囲第(3)項記載の
    方法。
  5. 【請求項5】式(I) R-NH-R1‐NH-R (I) (式中、Rは低級アルキル基、R1はトリメチレン基、低
    級アルキル基で置換されたトリメチレン基、テトラメチ
    レン基または低級アルキル基で置換されたテトラメチレ
    ン基である。)で示されるジアミン類とウレアとの反応
    により、式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類を得るに際し、極性溶媒の存在下にジア
    ミン類/ウレアの仕込モル比がほぼ1/2になるように仕
    込、初期反応のウレア中間体の生成が完結するまでは14
    0℃以下で反応させ、引続き180℃以上で、全体のジアミ
    ン類/ウレアのモル比がほぼ2/2になるようにジアミン
    類を添加しながら反応させることを特徴とする環状ウレ
    ア類の製造方法。
  6. 【請求項6】極性溶媒が、反応で生成する式(II) (式中、R、R1は式(I)のR、R1と同じ。)で示され
    る環状ウレア類である特許請求の範囲第(5)項記載の
    方法。
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