PL104272B1 - Sposob wytwarzania 5-amino-1,2,3-tiadiazolu - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15.10,1979 104272 CZYTELNIA T Ujeciu Paletowego Int. Cl.2 C07D 285/06 Twórca wynalazku: Hans Kruger Uprawniony z patentu: Schering Aktiengesellschaft, Bergkamen (Repu* blika Federalna Niemiec) i (Berlin Zachodni) Sposób wytwarzania 5-amino-l, 2, 3-tiadiazolu Przdmiotem wynalazku jest nowy sposób wyt¬ warzania 5-arniino-l,2,3-itiadiiazolu.

Dotychczas znane sa dwa sposoby wytwarzania -amiino-1,2,3-tiadiazolu.

Jeden sposób polega na reakcji dwuazometanu z acylotiocyjanianem allilu (J. Goerdeler i G.

Gnad, Ber. 99, 1618, 1966). Z powodu eksploizyj- nosci i toksycznosci dwuazometanu oraz malych wydajnosci rzedu okolo 32°/o sposób ten' nie na¬ daje sie do technicznego wytwarzania 5-amino- 1,2,3-tiadiazolu.

Drugi sposób w szeregu reakcji w siedmiu eta¬ pach wprowadza grupe. aminowa na drodze tak zwanej syntezy Gabriel'a, to znaczy w postaci za¬ bezpieczonej grupy aminowej (grupa ftalimidowa), do pierscienia tiadiazolu (D. L. Pain i R. Slack, J. Chem. Soc. 5166—76, 1965). Takze ten sposób nie jest odpowiedni do technicznego wytwarzania -amino-1,2,3-tiadiazolu, pomiewaz z powodu nie¬ zbednych siedmiu etapów reakcji jest on bardzo kosztowny i prowadzi tylko do malych wydajnosci rzedu okolo 35°/o, przy czym dalszymi powaznymi wadami tego sposobu sa otrzymywane w tym spo¬ sobie ilosci nlie nadajacego sie do stosowania hy¬ drazydu kwasu ftalowego, zapotrzebowanie na wielkoobjetosciowe urzadzenia i wysokie naklady energetyczne.

Celem wynalazku jest zatem opracowanie takie¬ go sposobu, który umozliwialby bezproblemowe wytwarzanie z wysoka wydajnoscia 5-amino-l,2,3- -tiadiazolu w tylko kilku etapach i bylby odpo¬ wiedni do technicznego wytwarzania tej substan¬ cji. Cel ten osaga sie w sposobie wytwarzania 5- -arnino-l,2,3-tiadiiazolu o wzorze 1, polegajacym wedlug wynalazku na tym, ze aldehydy chlorow- cooctowe o ogólnym wzorze 2, w którym X ozna¬ cza atom chlorowca, lub ich acetale, ewentualnie w obecnosci kwasów nieorganicznych, poddaje sie reakcji z pochodnymi hydrazyny o ogólnym wzorze 3, w którym R oznacza grupe alkoksylowa, zwla¬ szcza grupe alkoksylowa o 1—4 atomach wegla, grupe aminowa lub grupe alkiloaminowa, zwla¬ szcza grupe alkiloaminowa o 1—4 atomach wegla, korzystnie w srodowisku wodnym lub w mieszani¬ nie z rozpuszczalnikami organicznymi, otrzymujac hydrazony acylu o ogólnym wzorze 4, w którym X i R maja wyzej podane znaczeniie, po czym hy¬ drazony te poddaje sie reakcji z chlorkiem t!io- nylu o wzorze 5, otrzymujac 5-chlorowco-l,2,3-tia- diazole o wzorze 6, w którym X ma wyzej podane znaczenie, a tiadiazole te nastepnie w reakcji z amoniakiem, ewentualnie rozpuszczonym w rozpu¬ szczalniku organicznym i w obecnosci katalizatorów korzystnie w obecnosci kwasu nieorganicznego, lub kwasu Lewis*a, przeksztalca sie w zadany 5-amino- -1,2,3-tiadiazol.

Korzystne postacie wykonania sposobu wedlug wynalazku polegaja na tym, a) ze reakcje aldehy¬ dów chlorowcooctowych o wzorze 2 z pochodny¬ mi hydrazyny o wzorze 3 prowadzi sie w tempe- 104 272104 raturze od —20°C do 50°C, korzystnie w tempe¬ raturze 0—20°C; b) ze reakcje hydrazonów acylu o wzorze 4 z chlorkiem tionylu o wzorze 5 pro¬ wadzi sie w temperaturze od —20°C do 100°C, ko¬ rzystnie w temperaturze od —5°C do 50°C; c) ze reakcje 5-chlorowce-l,2,3^tiadiazolu o wzorze 6 z amoniakiem prowadzi sie w temperaturze od ^70°C do 120°C pod cisnieniem 1—10 atmosfer, korzystnie pod cisnieniem 1 atmosfery.

Reakcje zachodzace w sposobie wedlug wynalaz- x ku mozna ujac schematem przedstawionym na ry¬ sunku. Sposób ten jako pierwszy posluguje sie pier¬ wotnym uzyskaniem ukladu 1,2,3-tiadiiazolowego i wprowadzeniem funkcyjnej grupy aminowej za pomoca podstawienia atomu chlorowca przez amo- J Tiiak. > Potrzebnymi do tego sa korzystnie zaledwie trzy etapy syntezy, w których jako wyjsciowe stosuje sie tanie odczynniki podstawowe. Ta mala ilosc etapów, stosowanie zwyklych odczynników pod- : spawowych i gladki przebieg syntezy czynia ze sposobu wedlug wynalazku nowa przelomowa me¬ tode, która tylko z trudem uda sie przewyzszyc.

Do tego wydajnosci sa nieoczekiwanie bardzo wy¬ sokie, gdyz drugi etap zachodzi ze stosunkowo wy- < soka wydajnoscia rzedu 65»/o i wiecej, a pierwszy i trzeci etap przebiegaja nawet z wydajnoscia pra¬ wie ilosciowa, tak wiec laczna wydajnosc calego sposobu wynosi okolo 50—6(l^/o.

Synteze hydrazonów acylu o wzorze 4 prowa¬ dzi sie z wyjsciowych aldehydów Chlorooctowych o wzorze 2 na drodze reakcji z pochodnymi hy¬ drazyny o wzorze 3, korzystnie w srodowisku wod¬ nym. Aldehydy chlorooctowe stosuje sie korzyst¬ nie w postaci ich roztworów wodnych. W prakty¬ ce skladnik hydrazynowy w rozcienczonej postaci lub tez rozcienczony rozpuszczalnikiem, takim jak woda lub alkohol o 1—4 atomach wegla, dodaje sie porcjami do rozcienczonego woda-lub alkoholem roztworu aldehydu.

Dodawanie tych reagentów mozna tez prowadzic w odwrotnej kolejnosci. Reakcja ta zadhodzi w temperaturze od —20°C do 50°C, korzystnie w temperaturze 0—20°C.

Po zaszlej reakcji mozna stale produkty reakcji wyodrebnic w postaci bezbarwnych krysztalów na drodze, saczenia, wymrazanda lub usuwania rozpu¬ szczalnika. Mozna je latwo przekrystalizowac z odpowiednich rozpuszczalników, takich jak ketony, alkohole, nitryle, estry, etery i chlorowane weglo¬ wodory, np. z acetonu, acetonitrylu, metanolu, eta¬ nolu, octanu etylowego, chloroformu i sa one trwa- • le w temperaturze pokojowej. Mozna je jednak na osól niepirzekrystaKzowane stosowac dalej w stanie suchym.

Stopien czystosci tych produktów reakcji mozna podwyzszyc, jesli rozcienczane handlowe roztwory aldehydów chlorowcooctowych przesaczy sie przez celit Hydazony acylu o wzorze 4 mozna takze wyt¬ warzac z odpowiednich acetali aldehydów chloro- wcoooctowych. W tym celu acetal umieszcza sie w srodowisku wodnym, ewentualnie w mieszaninie z rozpuszczalnikami organicznymi, takimi jak al- kohole lub etery, np. metanol, etanol lub cztero- 4 wodorofuran. i dodaje do niego kwasy nieorgani¬ czne, takie jak kwas siarkowy lub solny. Rozsz¬ czepienie acetolu nastepuje po chwili w tempera¬ turze wrzenia rozpuszczalnika. Po 15-minutowym wrzeniu mieszanine reakcyjna chlodzi sie do tem¬ peratury pokojowej i zadaje skladnikiem hydra- zynowym w postaci rozcienczonej rozpuszczalnikiem lub w postaci nierozcienczonej. Dodawanie tych reagentów moze nastepowac tez w odwrotnej ko¬ lejnosci.

Utworzone hydrazony acylu o ogólnym wzorze 4 mozna nastepnie poddawac reakcji z chlorkiem tionylu, otrzymujac 5-chlorowco-l,2,3-tiadiazole o wzorze 6. Reakcja ta zachodzi w temperaturze od —20°C do 100°C, korzystnie w temperaturze od —5°C do50°C. V Reakcje te w zaleznosci od temperatury prowa¬ dzi sie w ciagu 1—20 godzin.

Do syntezy 5-chlorowco-l,2,3-tiadiazoli mozna stosowac reagenty w ilosciach prawie równomolo- wych. Chlorek tionylu mozna jednak stosowac w duzym nadmiarze jako quasi rozpuszczalnik.

Hydrazon acylu i chlorek tionylu stosuje sie celowo w stosunku molowym 1:3. Reakcja ta mo¬ ze przebiegac tez w obecnosci rozpuszczalników obojetnych wzgledem reagentów. Do takich roz¬ puszczalników zaliczaja sie chlorowcowane weglo¬ wodory, takie jak chlorek metylenu, chloroform i czterochlorek wegla, alifatyczne i aromatyczne we¬ glowodory, -takie jak eter naftowy, pentan, cyklo¬ heksan, benzen, toluen i ksylen, etery, takie jak eter dwuetylowy, czterowodorofuran, dioksan, ¦dwuetylowy eter glikolu etylenowego i dwuetylowy eter glikolu dwuetylenowego, oraz estry, takie jak octan etylowy, Z reguly hydrazon acylu, ewentualnie tez roz¬ puszczony lub rozprowadzony w postaci zawiesiny w odpowiednim rozpuszczalniku, dodaje sie porc¬ jami do ewentualnie rozcienczonego rozpuszczalni¬ kami chlorku tionylu, jednakze dodawanie tych reagentów mozna prowadzic równiez w odwrotnej kolejnosci.

Chlorowodór, tworzacy sie podczas tej reakcji, mozna metoda ciagla usuwac w strumieniu gazu obojetnego z naczynia reakcyjnego.

Po zaszlej reakcji mieszanine reakcyjna poddaje sie dalszej obróbce w znany sposób.

Po oddestylowaniu rozpuszczalnika i nadmiaru chlorku tionylu mozna pozostalosc poddac destyla¬ cji frakcjonowanej; albo tez rozklada sie nadmiar chlorku tionyli nasyconym roztworem sody, roz¬ tworem wodoroweglanu sodowego lub potasowego, roztworem octanu sodowego lub lugiem sodowym i potasowym albo bezposrednio woda i nastepnie roztwór reakcyjny poddaje sie destylacji z para wodna.

TM wzgledu na ich duza gestosc mozna 5-chloro- wco-l,2,3-tiadiazole latwo usuwac ze skroplin pa¬ ry wodnej. Te warstwe wodna mozna nadto eks¬ trahowac pentanem, eterem lub chlorkiem mety¬ lenu.

Produkty reakcji otrzymuje sie w przypadku destylacji z para wodna jako lekko zóltawe, w przypadku destylacji frakcjonowanej jako bezbar¬ wne^ latwo lotne ciecze, które maja sklonnosc do104 i krystalicznego krzepniecia w chlodziarce, Te pro¬ dukty reakcji sa swietnie rozpuszczalne w rozpu¬ szczalnikach organicznych, takich jak weglowodo¬ ry, chlorowcowane weglowodory, etery, ketony, al¬ kohole, estry, karbonamidy i nitryle kwasów kar- j« boksylowych. Ich rozpuszczalnosc w wodzie jest nieznaczna.

Do dalszej reakcji nie jest potrzebny sam po¬ nowny zabieg oczyszczania surowego produktu, o- trzymanego po destylacji z para wodna. Tak otrzy- ' 10 mane produkty reakcji maja w zaleznosci od stop¬ nia czystosci, zwlaszcza wobec dzialania swiatla, sklonnosc do ciemnienia, jednakze nawet przy dluz¬ szym skladowaniu nie wykazuja ubytku zawarto¬ sci. Te 5-chlorowco-l,2,3-tiadiazole przeprowadza 15 Sie nastepnie z amoniakiem w 5-amino-l,2,3-tia- diazol o wzorze 1.

Amoniak mozna stosowac w postaci zawieraja¬ cych amoniak rozpuszczalników organicznych, ta¬ kich jak metanol, etanol, benzen, toluen, ksylen, czterowodorofuran lub dioksan, jednak praktycz¬ nie w stanie cieklym. Reakcje te prowadzi sie w temperaturze od —70°C do 120°C, korzystnie w temepraturze wrzenia mieszaniny reakcyjnej pod m chlodnica zwrotna. Utrzymuje sie cisnienie 1—10 atmosfer, korzystnie cisnienie 1 atmosfery. Sklad¬ niki i^eakeji mozna stasowac w ilosciach molo¬ wych, celowo stosuje sie amoniak w nadmiarze korzystnie 1—20 równowazników. Reakcja ta w mysl reakcji przylaczania-eliminacji moze tez przebiegac katalizowana kwasami lub kwasami Le¬ wis^. Do kwasów Lewina zaliczaja sie np. HgCl2> (NH4)2S04, NH4C1, NH4Br, (CHg^SiOSC^CFg, SnCl4 BF3 i wodzian kwasu p-toluen©sulfonowego.

Celowo postepuje sie tak, ze skladnik chlorow¬ cowy w temperaturze od —60°C do —35°C pod cisnieniem normalnym wkrapla sie do cieklego a- moniaku i poddaje reakcji w ciagu 1—8 godzin w temepraturze wrzenia pod chlodnica zwrotna. 40 Sole amonowe, powstajace podczas reakcji, na ogól katalizuja wymiane chloru. Po zakonczonej reakcja nadmiar amoniaku odparowuje sie a pow¬ staly 5-amino-l,2,3-tiadiazol oddziela sie od soli amonowych na drodze wyczerpujacej ekstrakcji 45 odpowiednim rozpuszczalnikiem organicznym, ta¬ kim jak octan etylowy, chlorek metylenu, aceton, metanol lub etanol, albo bezposrednio przekrysta- lizowuje z wody. Ta droga otrzymuje sie 5-amino- -1,2,3-tiadiazol w nadzwyczaj czystej postaci i z 50 prawie ilosciowa wydajnoscia, przy czym do dal¬ szych reakcji nie sa potrzebne zadne dalsze zabie¬ gi oczyszczania.

Podane nizej przyklady objasniaja blizej sposób wedlugwynalazku. fes Przyklady. la. Wytwarzanie 2-chloroetyli- denoaiminokarbaminianu etylowego. 550 g (3,5 mola) 50% wodnego roztworu alde¬ hydu chlorooctowego rozciencza sie 3000 ml wody, zadaje 10 g srodka o nazwie CeHte 545 dla zwia- *o zania wydzielajacej sie zywicy i przesacza przez karbowany saczek do trójszyjnej kolby o pojem¬ nosci 6 litrów zaopatrzonej w termometr i mie¬ szadlo. Chlodzac w lodzie rozprowadza sie mie¬ szajac w ciagu 15 minut roztwór 364 g (3,5 mola) w 6 hydrazynomrówczanu etylowego w 360 ml wody.

Wewnatrz kolby utrzymuje sie temperature 0—5°C.

Niezwlocznie tworzy sie gesta brzeczka bialych krysztalów. Nadal miesza sie calosc w ciagu 30 minut w temperaturze pokojowej, krysztaly odsa¬ cza sie pod zmniejszonym cisnieniem, przemywa okolo 6 litrami wody do odczynu obojetnego i su¬ szy pod próznia w temperaturze 30°C do stalej wagi. Wydajnosc 525,98 g odpowiada 91,3% wy¬ dajnosci teoretycznej. Produkt ten wykazuje tem¬ perature topnienia 120—121°C. Zwiazek mozna przekrystalizowac z etanolu.

Analiza elementarna wykazuje: obliczono: C 36,48% H 5,51% Cl 21,54% N 17,02% znaleziono: C 36,91% H 5,46% Cl 21,37% N 16,93% Ib. Wytwarzanie 2-chloroetylidenoaminokarba- minianu etylowego.

W trójszyjnej kolbie kulistej o pojemnosci 250 ml, zaopatrzonej w mieszadlo, termometr i chlod¬ nice zwrotna ogrzewa sie 60 ml wody i 0,8 ml stezonego kwasu solnego do temperatury 90°C, za¬ daje 15,2 g dwuetylowego acetylu aldehydu chlo¬ rooctowego i miesza w ciagu 15 minut w tempe¬ raturze 90—100°C. Calosc chlodzi sie do tempera¬ tury 30°C, po czym w ciagu 10 minut wkrapla sie roztwór 12,5 g hydrazonomrówczanu etylowego w 40 ml wody. Tworzy sie biale brzeczka krysztalów.

Po dalszym lS^minutowym mieszaniu calosc od¬ sacza sie pod zmniejszonym cisnienem, przemywa ml wody z lodem i suszy pod próznia w tem¬ peraturze pokojowej do stalej wagi. Otrzymuje sie biale krysztalki o tempraturze topnienia 120— 121°C z wydajnoscia 14,4 g (87,5% wydajnosci teo¬ retycznej). Analogicznie wytwarza sie nastepujace zwiazki: 2-bromoetylidenoarninokairbaminian ety¬ lowy o temperaturze topniena 126—127°C, 2-chlo- roetylidenoaminotoarbaminian metylowy o tempe¬ raturze topnienia 129—130°C i semikarbazon alde¬ hydu chlorooctowego o temperaturze topnienia 132—133°C.

II. Wytwarzanie 5-chloro-l,2,3-tiadiazolu.

W trójszyjnej kolbie kulistej o pojemnosci 2 li¬ trów, zaopatrzonej w mieszadlo^ termometr, chlod¬ nice zwrotna i doprowadzenie gazu chlodzi sie 110 ml chlorku tionylu (1,5 mola) do temperatury 5°C i w ciagu 5 minut zadaje sie 82,3 g 2-chloroetyli- denoaminokarbaminiainu etylowego. Temperatura w kolbie wzrasta do 20°C. Calosc miesza sie w ciagu 2 godzin w temperaturze pokojowej.

Wraz z wywiazujacym sie gazem tworzy sie ciem- nozielono zabarwiony roztwór reakcyjny. Po 15- godziiinym pozostawieniu w temperaturze pokojo¬ wej obecnie brunatny roztwór reakcyjny rozklada sie w temperaturze wewnetrznej 5—20°C powoli roztworem nasyconym wodoroweglanu sodowego a pózniej destyluje z para wodna. Odbiera sie 1 litr destylatu. Chlorotiadiazol wydziela sie w postaci zólto zabarwionej cieczy. Oddziela sie ja a destylat ekstrahuje sie dwukrotnie porcjami po 200 ml pen¬ tanu. Surowy produkt razem z ekstraktami pen- tanowymi suszy sie nad MgS04 i odparowuje pod cisnieniem 200 inm'Hg w temperaturze 40°C. Otrzy¬ muje sie 46,0 w postaci surowego produktu, który bez destylacji mozna stosowac w nastepnym etapie.

Po destylacji surowego produktu otrzymuje sie 39,1104 272 g (65,;l0/o wydajnosci teoretycznej) 5-ohloirotiadia- zolu o temperaturze wrzenia 58—62°C pod cis¬ nieniem 30 mm Hg (o temperaturze topnienia o- kolo 20°C).

Analiza elementarna wykazuje: obliczono: C 19,92Vo H 0,84% Cl 29,41»/o N 23,24% znaleziono: C 20,14% H 1,01% Cl 31,00% N 23,22% Analogicznie wytwarza sie 5-bromo-l,2,3-tiadia- zol o temperaturze wrzenia 61—64°C pod cisnie¬ niem 30 mm Hg.

III. Wytwarzanie 5-amino-l,2,3-tiadiazolu.

W trójszyjnej kolbie o pojemnosci 1 litra, zao¬ patrzonej w chodnice na suchy lód, mieszadlo ma¬ gnetyczne i laznie chlodzaca suchy lód (metanol o temperaturze —75°C), umieszcza sie 200 ml skro¬ plonego amoniaku i w ciagu 15 minut zadaje sie F50 g {0,415 mola) 5-chIoro-I:,2,3-tiadiiazalu. Naityeh- miast wytracaja sie zólto zabarwione krzysztaly.

Calosc miesza sie w ciagu 3 godzin bez lazni chlodzacej w temperaturze wrzenia pod chlodnica zwrotna. Po uplywie okolo 1 godziny tworzy sie prawe klarowny, zólto zabarwiony roztwór, a wó- czas amoniak odparowuje sie w temperaturze po¬ kojowej w ciagu 2,5 godziny.

Nastepnie calosc suszy sie w ciagu 0,5 godziny pod próznia, wytworzona za pomoca strumienio¬ wej pompki wodnej, w celu calkowitego usuniecia amoniaku. Otrzymana w kolbie pozostalosc mie¬ szajac i gotujac kilkakrotnie z lacznie 900 ml o- ctanu etylowego ekstrahuje sie na cieplo. Wyciagi octanowe odparowuje sie pod próznia w tempe¬ raturze 40°C do sucha. Otrzymuje sie $6,1 g (85,9% wydajnosci teoretycznej) produktu o temperaturze topnienia 137—138°C. Substancja ta klarownie roz¬ puszcza sie w acetonie.

Produkt wytworzony sposobem wedlug wynala¬ zku moze znalezc zastosowanie do wytwarzania srodków ochrony roslin, srodków szkodnikbójczyoh np. do wytwarzania chwastobójczo czynnych 1,2,3- -tiadiazolilomoczników. 8

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe 10 15 20 25 30 35 40

1. Sposób wytwarzania 5-amino-l,2,3-tiadiazolu o wzorze 1, znamienny tym, ze aldehydy chlorowco- octowe o ogólnym wzorze 2, w którym X oznacza atom chlorowca, lub ich acetale, ewentualnie w obecnosci kwasów nieorganicznych, poddaje sie re¬ akcji z pochodnymi hydrazyny b ogólnym wzorze 3, w którym R oznacza grupe *alkoksylowa, zwla¬ szcza alkoksylowa o 1—4 atomach wegla, grupe a- minowa lub grupe alkiloaminowa, zwlaszcza grupe alkiloaminowa o 1—4 atomach wegla, korzystnie w srodowisku wodnym lub w mieszaninie z roz¬ puszczalnikami organicznymi, otrzymujac hydrazo- . ny acylu o ogólnym wzorze 4, w którym X i R maja wyzej podane znaczenie, po czym hydrazony te poddaje sie reakcji z chlorkiem tionylu o wzo¬ rze 5, otrzymujac 5-chlorowoo-l,2,3-tiadiazole o wzorze 6, w którym X ma wyzej podane znacze¬ nie, a tiadiazole te nastepnie w reakcji z amonia¬ kiem, ewentualnie rozpuszczonym w rozpuszczal¬ niku organicznym i w obecnosci katalizatorów, ko¬ rzystnie w obecnosci kwasu nieorganicznego lub kwasu Lewis'a, przeksztalca sie w zadany 5-ami- no-l,2,3-tiadiazol.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze reakcje aldehydów chlorowcooctowych o wzorze 2 z pochodnymi hydrazyny o wzorze 3 prowadzi sie w temperaturze od —20°C do 50°C, korzystnie w temperaturze 0—20°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze reakcje hydrozonów acylu o wzorze 4 z chlorkiem tionylu o wzorze 5 prowadza sie w temperaturze od —20°C do 100°C, korzystnie w temperaturze od —5° do 50°C.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze reakcje 5-chlorowco-l,2,3^tiadiazoli o wzorze 6 z amoniakiem prowadzi sie w temperaturze od —70°C do 120°C pod cisnieniem 1—10 atmosfer korzystnie pod cisnieniem 1 atmosfery. X-CH2-CH=0 NH2 NH COR^ X-CH2-CH=N-NH-C0-R Wzór 2 Wzór 3 Wzór 4 S0C12 Wzór 5 v CH c-x NH, N- N -CH V C-NH, Wzór 6 Schemat Wzór 1 DN-3, zam. 525/79 Cena 45 zl