WO2008006812A1 - Verfahren zur gewinnung symmetrischer n,n'-disubstituierter harnstoffe - Google Patents

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WO2008006812A1
WO2008006812A1 PCT/EP2007/057000 EP2007057000W WO2008006812A1 WO 2008006812 A1 WO2008006812 A1 WO 2008006812A1 EP 2007057000 W EP2007057000 W EP 2007057000W WO 2008006812 A1 WO2008006812 A1 WO 2008006812A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reaction
aqueous phase
phosgene
phase
primary amine
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/057000
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniela Mirk
Jochem Henkelmann
Hubertus Peter Bell
Torsten Freund
Original Assignee
Basf Se
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Filing date
Publication date
Application filed by Basf Se filed Critical Basf Se
Publication of WO2008006812A1 publication Critical patent/WO2008006812A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/18—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of substituted ureas

Definitions

  • the present invention relates to a process for obtaining symmetrical N 1 N'-disubstituted ureas.
  • Urea and its derivatives are used, inter alia, for the production of plastics, pharmaceuticals, dyes, glues, cosmetics, textile auxiliaries, herbicides and as stabilizers.
  • US-A 2,444,023 describes the preparation in an aqueous medium.
  • An object of the present invention is thus to provide such methods.
  • the object is achieved by a method for obtaining a symmetric N 1 N'-disubstituted urea comprising the step of
  • reaction of a reaction mixture comprising a primary amine and phosgene corresponding to the substituent of the urea in an at least two-phase system comprising an aqueous phase wherein the temperature in the reaction is more than 20 ° C and the pH of at least the aqueous phase is greater than 7 ,
  • the primary amine may preferably be a monoalkylamine, monoalkenylamine, monoalkynylamine or a monoarylamine. Particularly preferred are monoalkenylamines or monoalkynylamine. In particular, monoalkenyl amines are preferred.
  • the primary amine may be an amine of the general formula R-NH 2 , where R is preferably an alkyl, alkenyl, alkynyl or aryl group.
  • the alkyl group is preferably an unbranched or branched, acyclic or cyclic, unsubstituted or substituted alkyl radical having 1 to 30 aliphatic carbon atoms, in which a CH 2 group or more of the CH 2 groups is also replaced by heteroatoms, such as -O- or -S-, or heteroatom-containing groups, such as -CO- or -NR'-, and in which one or more of the hydrogen atoms may be replaced by substituents, such as aryl groups or functional groups.
  • R ' is hereby preferably H or an alkyl having 1 to 6 carbon atoms.
  • aryl groups which may be substituents are radicals having from 3 to 30 carbon atoms and one ring, two or three rings which may be fused, in which one or more ring atoms may be substituted by heteroatoms, such as nitrogen.
  • substituents are phenyl, biphenyl, 2-methylphenyl, 3-methylphenyl, 4-methylphenyl, 2,6-dimethylphenyl, 2,4-dimethylphenyl, 2,4,6-trimethylphenyl, naphthyl.
  • Suitable protecting groups are known to the person skilled in the art.
  • Exemplary groups R in this context are methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methyl-1-propyl, 2-methyl-2-propyl, 1-pentyl, 2-pentyl , 3-pentyl, 2-methyl-2-butyl, 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 2-methyl-2-pentyl, 3-methyl-3-pentyl, benzyl, cyclopentyl, cyclohexyl or cyclooctyl.
  • alkenyl groups are vinyl, allyl, but-2-en-1-yl, propen-2-yl, but-2-en-2-yl or styryl.
  • AIIyI is particularly preferred.
  • Preferred monoalkynylamines are amines of the general formula R-NH 2 , in which R has the abovementioned meaning for an alkyl group, but two adjacent CH 2 groups have been replaced by -C ⁇ C-.
  • R has the abovementioned meaning for an alkyl group, but two adjacent CH 2 groups have been replaced by -C ⁇ C-.
  • ethinyl may be mentioned.
  • Preferred monoarylamines are those of the formula R-NH 2 in which R is an unsubstituted or substituted aromatic radical having 3 to 30 carbon atoms and one ring or two or three fused rings in which one or more ring atoms are substituted by heteroatoms, such as nitrogen, and one or more of the hydrogen atoms may be replaced by substituents such as alkyl, aryl or functional groups.
  • aryl groups and functional groups examples are those given above.
  • Alkyl groups are, for example, unbranched or branched, acyclic or cyclic alkyl radicals having 1 to 30 aliphatic carbon atoms, in which a CH 2 group or more CH 2 groups also by heteroatoms, such as -O- or -S- or heteroatom-containing groups, such as -CO- or -NR'-, where R 'may have the meaning given above.
  • Exemplary of such groups are phenyl, 2-methylphenyl, 3-methylphenyl, A-methylphenyl, 2,6-dimethylphenyl, 2,4-dimethylphenyl, 2,4,6-trimethylphenyl, 2-methoxyphenyl, 3-methoxyphenyl, 4-methoxyphenyl , 2-pyridyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl, 3-pyridazinyl, 4-pyridazinyl, 5-pyridazinyl, 2-pyrimidinyl, 4-pyrimidinyl, 5-pyrimidinyl, 2-pyrazinyl, 2- (1, 3,5-) Triazine) yl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 2-quinolyl, 8-quinonyl, 1-isoquinonyl or 8-isoquinonyl.
  • the primary amine is a monoalkenylamine, especially monoallylamine.
  • reaction of a primary amine with phosgene as described above thus gives a symmetrical N, N'-disubstituted urea in which both amino groups of the urea carry the same substituent.
  • they are preferably ureas of the general formula RNH-C (O) -NHR, wherein R has the abovementioned meaning.
  • the primary amine and phosgene are fed as such or in a suitable solution as reaction mixture to a reactor.
  • a thorough mixing of the reaction mixture should take place.
  • devices should be present which allow temperature and pH control.
  • the reaction in the process according to the invention for obtaining a symmetrical N, N'-disubstituted urea takes place in an at least two-phase system comprising an aqueous phase.
  • at least one further organic phase is present. This can be formed by the amine. Typically, however, an organic solvent is used.
  • this is a system of only one aqueous phase and only one at least not completely water-miscible organic solvent.
  • the at least two-phase system may also be a 3-phase or higher-phase system.
  • the aqueous phase consists of water or contains at least water, preferably more than 50 wt .-%.
  • the organic solvent may be a solvent capable of forming a phase-segregatable at least biphasic system with the aqueous phase.
  • Preferred organic solvents in this context are solvents of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons, such as, for example, chlorinated, brominated hydrogens or a mixture of such hydrocarbons.
  • benzene bromobenzene, chlorobenzene, chloroform, cyclohexane, dichlorobenzenes, ethylene dichloride, hexane, methylene chloride, tetrachloroethene, carbon tetrachloride, toluene, 1,1-trichloroethane, trichlorethylene and naphthalene.
  • the temperature in the reaction in the process according to the invention for obtaining a symmetrical N, N'-disubstituted urea is more than 20 ° C.
  • the temperature in the reaction is preferably more than room temperature. More preferably, the temperature in the reaction is in the range between 20 and 150 ° C, more preferably from 25 to 120 ° C, even more preferably from 30 to 100 ° C, even more preferably from 35 to 80 ° C and especially from 40 to 60 ° C.
  • reaction in the process according to the invention for obtaining a symmetrical N, N'-disubstituted urea takes place in such a way that the pH is greater than 7 during the reaction, at least in the aqueous phase.
  • the pH of at least the aqueous phase is 8 to 14, more preferably 9 to 13, and especially from 10.5 to 11.5.
  • the pH can be adjusted accordingly such that a base, preferably an inorganic base, is added to the reaction mixture before, during and / or after the reaction.
  • a base preferably an inorganic base
  • Suitable inorganic bases are, for example, NaOH or KOH.
  • the base if it is not liquid, can be added as an aqueous solution.
  • suitable solutions are caustic soda or caustic potash.
  • the pH is kept constant during the reaction. Since hydrogen chloride is present or formed in the form of hydrochloric acid in the at least aqueous phase during the reaction, the pH constancy can be achieved by continuously feeding the base to the reaction mixture.
  • pH constancy is preferably ensured when the actual pH value fluctuates around an average value by means of a suitable control technique, the fluctuations being smaller than 0.5 pH units, preferably smaller than 0.3 pH units, in particular smaller 0.2 pH units are.
  • an object of the present invention is the addition of a particular inorganic base in the form of an aqueous solution to the reaction mixture for keeping the pH constant.
  • the molar ratio of phosgene used to primary amine in the range of 1 to 0.25. Particularly preferred is the ratio ⁇ 0.5. According to the present invention, it is advantageous if the specified range for the ratio of phosgene to primary amine in the course of the addition of these starting materials and in the subsequent reaction is maintained.
  • a partial stream can be taken from the continuous stream, which yields the desired N, N'-disubstituted urea product after further work-up. If appropriate, the educts used can be recovered and recycled to the continuous process. This has a positive influence on the overall yield in particular.
  • a work-up of the reaction mixture can be carried out by methods known in the art. Preferably, this is done by separating the at least two phases after reaction of the reaction mixture and extraction of the aqueous phase with an organic solvent.
  • an organic solvent may be used, which may also be a phase of the at least two-phase system with the reaction mixture.
  • another solvent can be used which allows phase separation with the aqueous phase and by concentrating the desired N, N'-disubstituted urea product.
  • Suitable solvents are the abovementioned organic solvents.
  • Another object of the present invention is therefore a method according to the invention, in which the aqueous phase is extracted only once after separation.
  • the reaction is carried out at different temperatures and reactant ratios.
  • the reaction mixtures are listed in Table 1.
  • the yield refers to the component present in each case in the deficit, that is to say in Vers. 1, 2 and 3 allylamine, in verse. 4 to phosgene
  • the reaction is carried out at a temperature of 70 ° C and a phosgene excess of 40% (verse 1).
  • the desired product is produced in a selectivity of 95.2% (area percent in the gas chromatogram) with complete conversion of allylamine.
  • Allyl isocyanate is obtained as a by-product at 0.9%. Additional peaks in the GC can be assigned to higher condensation products by GC-MS analysis.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N,N'- disubstituierten Harnstoffs den Schritt enthaltend Umsetzung eines Reaktionsgemisches enthaltend ein den Substituenten des Harnstoffs entsprechendes primäres Amin und Phosgen in einem zumindest zweiphasigen System enthaltend eine wässrige Phase, wobei die Temperatur bei der Umsetzung mehr als 20°C beträgt und der pH-Wert zumindest der wässrigen Phase größer 7 ist.

Description

Verfahren zur Gewinnung symmetrischer N,N'-disubstituierter Harnstoffe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung symmetrischer N1N'- disubstituierter Harnstoffe.
Harnstoff sowie dessen Derivate werden unter anderem für die Herstellung von Kunststoffen, Arzneimitteln, Farbstoffen, Leimen, Kosmetika, Textilhilfsmitteln, Herbiziden und als Stabilisatoren eingesetzt.
Eine interessante Gruppe solcher Verbindungen stellen symmetrische N,N'-disubstituierte Harnstoffe dar. Dabei sind beide Aminofunktionen des Harnstoffs durch jeweils einen gleichen Substituenten derivatisiert.
Hierbei stellt die Herstellung solcher Harnstoffe ein besonderes Problem beispielsweise im Vergleich zu den tetrasubstituierten Analoga dar, da aufgrund des noch freien Wasserstoffs an jeder Aminofunktion Nebenreaktionen auftreten können, die dann zu entsprechenden Nebenprodukten führen.
Dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Substituenten darüber hinaus reaktive Zentren besitzen, durch die weitere Nebenprodukte gebildet werden können. Ein Beispiel hierfür sind Alkenylgruppen, die aufgrund der Reaktivität der C-C-Doppelbindung zur Bildung von Nebenprodukten wie Oligomeren oder Polymeren neigen können.
Aus diesem Grund ist die Herstellung symmetrischer N,N'-disubstituierter Harnstoffe mit Hilfe des sehr reaktiven Phosgens sowie den entsprechenden primären Aminen wenig in der Literatur beschrieben, obwohl prinzipiell die Umsetzung von Phosgen mit Aminen bestens bekannt ist.
So wird in US-A 2,444,023 die Herstellung in wässrigem Medium beschrieben.
V. Papesch et al., J. Org. Chem. 16 (1951 ), 1879-1890 beschreiben die Herstellung symmetrischer N.N'disubstituierter Harnstoffe mit Hilfe von Phosgen, wobei diese vorschlagen, die Umsetzung in der Kälte durchzuführen.
Zur Herstellung symmetrischer N,N'-disubstituierter Harnstoffe aus reaktiven Aminen, wie Allylamin wird auf Phosgen verzichtet. So verwenden S. Parveen et al., Synth. Commun. 35 (2005), 1663-1674 entsprechende Isocyanate zur Herstellung symmetrischer N,N'-disubstituierter Harnstoffe, insbesondere N.N'-Diallylharnstoff.
R. Nomura et al., J.Org. Chem. 57 (1992), 7339-7842 setzen zur Herstellung von N1N'- Diallylharnstoff sowie anderer Harnstoffe Kohlendioxid anstelle des Phosgens ein.
Als weitere Alternative werden von M. Leung et al., J. Org. Chem. 61 (1996), 4175-4179 Dithiocarbonate vorgeschlagen.
Trotz der in der Literatur beschriebenen Verfahren besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren, die insbesondere im Hinblick auf die Ausbeute sowie die Selektivität der Umsetzung bessere Ergebnisse im Vergleich zum Stand der Technik liefern. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Verfahren, die auch in technischem Maßstab, beispielsweise unter kon- tinuierlicher oder diskontinuierlicher Fahrweise, durchgeführt werden können. Zudem besteht ein Bedarf an Verfahren, die neben einer vergleichsweise einfachen Reaktionsführung bei der Umsetzung auch eine vergleichsweise einfache Aufarbeitung des Reaktionsgemisches ermöglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, solche Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N1N'- disubstituierten Harnstoffs den Schritt enthaltend
Umsetzung eines Reaktionsgemisches enthaltend ein den Substituenten des Harnstoffs entsprechendes primäres Amin und Phosgen in einem zumindest zweiphasi- gen System enthaltend eine wässrige Phase, wobei die Temperatur bei der Umsetzung mehr als 20°C beträgt und der pH-Wert zumindest der wässrigen Phase größer 7 ist.
Es wurde insbesondere gefunden, dass durch die Umsetzung eines Reaktionsgemisches, welches ein entsprechendes primäres Amin und Phosgen enthält, unter den oben angegebenen Bedingungen zu überraschend guten Ausbeuten und Selektivitäten führt. Bei dem primären Amin kann es sich vorzugsweise um ein Monoalkylamin, Monoalkenyla- min, Monoalkinylamin oder ein Monoarylamin handeln. Besonders bevorzugt sind Monoal- kenylamine oder Monoalkinylamin. Insbesondere sind Monoalkenylamine bevorzugt.
Demzufolge kann das primäre Amin ein Amin der allgemeinen Formel R-NH2 sein, wobei R vorzugsweise eine Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- oder Arylgruppe ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Alkylgruppe um einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cyclischen, unsubstituierten oder substituierten Alkylrest mit 1 bis 30 aliphatischen Kohlenstoffatomen, bei dem eine CH2-Gruppe oder mehrere der CH2- Gruppen auch durch Heteroatome, wie -O- oder -S-, oder durch Heteroatom enthaltende Gruppen, wie -CO- oder -NR'-, ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Arylgruppen oder funktionelle Gruppen ersetzt sein können.
R' ist hierbei vorzugsweise H oder ein Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Beispiele für Arylgruppen, die Substituenten sein können, sind Reste mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen und einem Ring, zwei oder drei Ringen, die kondensiert sein können, bei dem ein oder mehrere Ringatome durch Heteroatome, wie beispielsweise Stickstoff, substituiert sein können. Beispiele solcher Substituenten sind Phenyl, Biphenyl, 2-Methylphenyl, 3- Methylphenyl, 4-Methylphenyl, 2,6-Dimethylphenyl, 2,4-Dimethylphenyl, 2,4,6- Trimethylphenyl, Naphthyl.
Beispiele für funktionelle Gruppen sind Halogene, wie F, Cl, Br, I, NH2, OH, CN oder NO2. Gegebenenfalls müssen die funktionellen Gruppen, die nicht an der Umsetzung beteiligt sind, durch entsprechende Schutzgruppen maskiert werden. Geeignete Schutzgruppen sind dem Fachmann bekannt.
Beispielhafte Gruppen R in diesem Zusammenhang sind Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-1-propyl, 2-Methyl-2-propyl, 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2- Methyl-2-butyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Methyl-2-pentyl, 3-Methyl-3-pentyl, Benzyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cyclooctyl.
Bevorzugte Monoalkenylamine sind Amine der allgemeinen Formel R-NH2, bei denen R die oben genannte Bedeutung für eine Alkylgruppe aufweist, wobei jedoch mindestens zwei CH2-Gruppen durch -CH=CH- ersetzt sind. - A -
Beispiele solcher Alkenylgruppen sind Vinyl, AIIyI, But-2-en-1-yl, Propen-2-yl, But-2-en-2-yl oder Styryl. Besonders bevorzugt ist AIIyI.
Bevorzugte Monoalkinylamine sind Amine der allgemeinen Formel R-NH2, bei denen R die oben genannte Bedeutung für eine Alkylgruppe aufweist, wobei jedoch zwei benachbarte CH2-Gruppen durch -C≡C- ersetzt sind. Beispielhaft sei Ethinyl genannt.
Bevorzugte Monoarylamine sind solche der Formel R-NH2, bei denen R ein unsubstituierter oder substituierter aromatischer Rest mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen und einem Ring oder zwei oder drei kondensierten Ringen, bei dem ein oder mehrere Ringatome durch Hetero- atome, wie beispielsweise Stickstoff, substituiert sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl-, Arylgruppen oder funktionelle Gruppen ersetzt sein können.
Beispiele für Arylgruppen und funktionelle Gruppen sind solche, die oben angegeben sind.
Alkylgruppen sind beispielsweise unverzweigte oder verzweigte, acyclische oder cyclische Alkylreste mit 1 bis 30 aliphatischen Kohlenstoffatomen, bei denen eine CH2-Gruppe oder mehrere CH2-Gruppen auch durch Heteroatome, wie -O- oder -S- oder durch Heteroatome enthaltende Gruppen, wie -CO- oder -NR'-, ersetzt sein können, wobei R' die oben genannte Bedeutung haben kann.
Beispielhaft für solche Gruppen seien Phenyl, 2-Methylphenyl, 3-Methylphenyl, A- Methylphenyl, 2,6-Dimethylphenyl, 2,4-Dimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2- Methoxyphenyl, 3-Methoxyphenyl, 4-Methoxyphenyl, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, 3- Pyridazinyl, 4-Pyridazinyl, 5-Pyridazinyl, 2-Pyrimidinyl, 4-Pyrimidinyl, 5-Pyrimidinyl, 2- Pyrazinyl, 2-(1 ,3,5-Triazin)yl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl, 2-Chinolyl, 8-Chinonyl, 1-lsochinonyl oder 8-lsochinonyl genannt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem primären Amin um ein Monoalkenylamin, insbesondere Monoallylamin.
Die Umsetzung eines wie oben beschriebenen primären Amins mit Phosgen ergibt somit einen symmetrischen N,N'-disubstituierten Harnstoff, bei dem beide Aminogruppen des Harnstoffs denselben Substituenten tragen. Bevorzugt handelt es sich somit um Harnstoffe der allgemeinen Formel RNH-C(O)-NHR, wobei R die oben genannte Bedeutung besitzt. Typischerweise werden vor oder zu Beginn der Umsetzung das primäre Amin und Phosgen als solche oder in einer geeigneten Lösung als Reaktionsgemisch einem Reaktor zugeführt. Es kann jedoch auch einer der Reaktanden vorgelegt werden. Geeigneterweise sollte eine gute Durchmischung des Reaktionsgemischs erfolgen. Ebenso sollen Vorrich- tungen vorhanden sein, die eine Temperatur- und pH-Kontrolle ermöglichen.
Die Umsetzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N,N'-disubstituierten Harnstoffs findet in einem zumindest zweiphasigen System enthaltend eine wässrige Phase statt. Neben der wässrigen Phase ist zumindest eine wei- tere organische Phase vorhanden. Diese kann durch das Amin gebildet werden. Typischerweise wird jedoch ein organisches Lösemittel verwendet.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein System aus nur einer wässrigen Phase und nur einem zumindest nicht vollständig mit Wasser mischbaren organischen Lösemittel.
Es kann sich jedoch bei dem zumindest zweiphasigen System auch um ein 3-Phasen- oder höherphasiges System handeln.
Die wässrige Phase besteht aus Wasser oder enthält zumindest Wasser, vorzugsweise mehr als 50 Gew.-%.
Als organisches Lösemittel kann ein Lösemittel dienen, das in der Lage ist, mit der wässrigen Phase ein phasentrennbares mindestens zweiphasiges System zu bilden.
Bevorzugte organische Lösemittel in diesem Zusammenhang sind Lösemittel aus Kohlenwasserstoffen oder halogenierten Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise chlorierten, bromierten Wasserstoffen oder einem Gemisch solcher Kohlenwasserstoffe.
Hierbei sind insbesondere zu nennen Benzol, Brombenzol, Chlorbenzol, Chloroform, Cyc- lohexan, Dichlorbenzole, Ethylendichlorid, Hexan, Methylenchlorid, Tetrachlorethen, Tetrachlorkohlenstoff, Toluol, 1 ,1 ,1-Trichlorethan, Trichlorethylen sowie Naphthalin.
Bei der Umsetzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N,N'-disubstituierten Harnstoffs beträgt die Temperatur mehr als 20 °C. Somit be- trägt die Temperatur bei der Umsetzung vorzugsweise mehr als Raumtemperatur. Weiterhin mehr bevorzugt liegt die Temperatur bei der Umsetzung im Bereich zwischen 20 und 150 °C, mehr bevorzugt von 25 bis 120 °C, weiter mehr bevorzugt von 30 bis 100 °C, weiter mehr bevorzugt von 35 bis 80 °C und insbesondere von 40 bis 60 °C.
Weiterhin erfolgt die Umsetzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N,N'-disubstituierten Harnstoffs dergestalt, dass der pH-Wert während der Umsetzung zumindest in der wässrigen Phase größer 7 ist.
Vorzugsweise beträgt der pH-Wert zumindest der wässrigen Phase 8 bis 14, mehr bevorzugt 9 bis 13 und insbesondere von 10,5 bis 11 ,5.
Der pH-Wert kann dergestalt entsprechend eingestellt werden, dass dem Reaktionsgemisch vor, während und/oder nach der Umsetzung eine Base, vorzugsweise eine anorganische Base zugesetzt wird. Geeignete anorganische Basen sind beispielsweise NaOH oder KOH.
Vorzugsweise kann die Base, sofern diese nicht flüssig ist, als wässrige Lösung zugegeben werden. Dementsprechend sind geeignete Lösungen Natronlauge oder Kalilauge.
Weiterhin ist bevorzugt, dass bei der Umsetzung der pH-Wert konstant gehalten wird. Da während der Reaktion Chlorwasserstoff in Form von Salzsäure in der zumindest wässrigen Phase vorliegt bzw. gebildet wird, kann die pH-Konstanz dadurch erreicht werden, dass die Base kontinuierlich dem Reaktionsgemisch zugeführt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist pH-Konstanz bevorzugt dann gewährleistet, wenn durch eine geeignete Regeltechnik der tatsächliche pH-Wert um einen Mittelwert schwankt, wobei die Schwankungen kleiner 0,5 pH-Einheiten, vorzugsweise kleiner 0,3 pH- Einheiten, insbesondere kleiner 0,2 pH-Einheiten sind.
Demzufolge ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Zugabe einer insbesondere anorganischen Base in Form einer wässrigen Lösung zu dem Reaktionsgemisch zur Konstanthaltung des pH-Wertes.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das molare Mengenverhältnis von eingesetztem Phosgen zu primärem Amin im Bereich von 1 bis 0,25 liegt. Besonders be- vorzugt ist das Mengenverhältnis < 0,5. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der angegebene Bereich für das Mengenverhältnis von Phosgen zu primärem Amin im Laufe der Zugabe dieser Edukte sowie bei der anschließenden Umsetzung eingehalten wird.
Es hat sich als besonders nützlich erwiesen, die Umsetzung in kontinuierlicher Fahrweise durchzuführen. Hierbei kann dem kontinuierlichen Strom ein Teilstrom entnommen werden, der nach weiterer Aufarbeitung das gewünschte N,N'-disubstituierte Harnstoffprodukt ergibt. Hierbei können die eingesetzten Edukte gegebenenfalls zurückgewonnen und dem kontinuierlichen Prozess wieder zugeführt werden. Dies hat insbesondere auf die Gesamt- ausbeute einen positiven Einfluss.
Eine Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann nach im Stand der Technik bekannten Methoden erfolgen. Vorzugsweise erfolgt diese durch Trennung der zumindest zwei Phasen nach Umsetzung des Reaktionsgemisches sowie Extraktion der wässrigen Phase mit einem organischen Lösemittel.
Bei der Extraktion kann ein organisches Lösemittel verwendet werden, das ebenfalls eine Phase des mindestens zweiphasigen Systems mit dem Reaktionsgemisch sein kann. Es kann jedoch auch ein anderes Lösemittel verwendet werden, das mit der wässrigen Phase eine Phasentrennung ermöglicht und indem das gewünschte N,N'-disubstituierte Harnstoffprodukt konzentriert werden kann. Geeignete Lösemittel sind die oben genannten organischen Lösemittel.
Für das Verfahren hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt, dass bereits eine einfache Extraktion der wässrigen Phase ausreicht, um das gewünschte N,N'-disubstituierte Harnstoffprodukt nahezu vollständig aus der wässrigen Phase zu entfernen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein erfindungsgemäßes Verfahren, in dem die wässrige Phase nach Trennung nur noch einmal extrahiert wird.
Beispiele
In einem Rührkolben mit Gaseinleitungsrohr und pH-gesteuerte Dosierpumpe (ProMinent- Dulcometer® PHD) werden 100 mL VE-Wasser sowie 100 ml Toluol bei Raumtemperatur vorgelegt und mittels 15%iger wässriger Natronlauge pH 1 1 eingestellt. Anschließend werden 57 g (1.00 mol; 2.13 Äquiv.) Allylamin und wie in Tabelle 1 angegeben, Phosgen während einer Stunde in das zweiphasige Gemisch eingeleitet, wobei die Temperatur durch Wasserkühlung bei 50°C und pH 11 mittels 15%iger Natronlauge gehalten wird. Insgesamt werden 280 g NaOH (15%ig) zugegeben. Nach 1 h Nachrühren bei 50°C werden die Phasen getrennt, wobei die Phasentrennung sehr schnell erreicht wird (30°C). Anschließend wird die wässrige Phase mit 100 ml_ Toluol extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit 50 ml_ VE-Wasser gewaschen und am Rotationsverdampfer eingeengt. Der erhaltene farblose Rückstand wird über Nacht im Trockenschrank getrocknet. Es werden 53 g (0.38 mol; 80% bezüglich Phosgen) eines farblosen, kristallinen Feststoffes erhalten.
Die Reaktion wird bei verschiedenen Temperaturen und Eduktverhältnissen durchgeführt. Die Reaktionsansätze sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 : Reaktionsbedingungen zur Darstellung von Diallylharnstoff aus Allylamin und Phosgen
Figure imgf000009_0001
Unter den in Tabelle 1 angegebenen Versuchsbedingungen kann das gewünschte Produkt Diallylharnstoff in Roh-Ausbeuten > 95% und isolierten Ausbeuten von 80% erhalten werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2: Ergebnisse zur Darstellung von Diallylharnstoff (DAU) aus Allylamin und Phosgen
Figure imgf000009_0002
[al Die Ausbeute (isoliertes DAU) bezieht sich auf die jeweils im Unterschuss vorliegende Komponente, also bei Vers. 1 , 2 und 3 auf Allylamin, bei Vers. 4 auf Phosgen
[b] Gemessener Schmelzpunkt einer kommerziellen Probe (Aldrich, 98%): 95-960C
Zunächst wird die Reaktion bei einer Temperatur von 70°C und einem Phosgenüberschuss von 40% durchgeführt (Vers. 1 ). Dabei entsteht das gewünschte Produkt in einer Selektivität von 95.2% (Flächenprozent im Gaschromatogramm) bei vollständiger Umsetzung des Allylamins. Als Nebenprodukt wird Allylisocyanat mit 0.9 % erhalten. Zusätzliche Peaks im GC können mittels GC-MS Analytik höheren Kondensationsprodukten zugeordnet werden.
Bei dieser Umsetzung wird zunächst dreimal mit Toluol (je 100 ml_) extrahiert. Gaschromatographische Untersuchungen belegen jedoch bereits nach der ersten Extraktion eine vollständige Überführung des Wertproduktes in die organische Phase, so dass im Folgenden auf zusätzliche Extraktionen verzichtet wird.
Führt man die Umsetzung bei niedrigerer Temperatur (50°C) und einem geringeren Phosgenüberschuss (10%) aus (Vers.2), kann die Bildung von Nebenprodukten bis auf Allylisocyanat (0.6%) verhindert werden, so dass 57 g (81 %) nahezu reines DAU (99,6%) erhalten werden. Zur Kontrolle werden NMR-Spektren aufgenommen. Eine weitere Verringerung des Phosgenüberschusses auf 6% führt zu vergleichbaren Ergebnissen (Vers. 3).
In einem weiteren Versuch (Vers. 4) wird ein Überschuss an Allylamin (Phosgenunter- schuss von 6%) eingesetzt. Hierbei kann zwar die Bildung von Allylisocyanat (0.6%) nicht vollständig unterdrückt werden, es wird jedoch nach Aufarbeitung reines Produkt (99.9%) in hoher Ausbeute erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung eines symmetrischen N,N'-disubstituierten Harnstoffs den Schritt enthaltend
Umsetzung eines Reaktionsgemisches enthaltend ein den Substituenten des Harnstoffs entsprechendes primäres Amin und Phosgen in einem zumindest zweiphasi- gen System enthaltend eine wässrige Phase, wobei die Temperatur bei der Umsetzung mehr als 20°C beträgt und der pH-Wert zumindest der wässrigen Phase grö- ßer 7 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das primäre Amin ein Monoalkylamin, Monoalkenylamin, Monoalkinylamin oder ein Monoarylamin ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Monoalkenylamin Monoallylamin ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest zweiphasige System ein System aus wässriger Phase und einem zumin- dest nicht vollständig mit Wasser mischbaren organischen Lösemittel ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösemittel ein gegebenenfalls halogenierter Kohlenwasserstoff oder ein Gemisch solcher Kohlenwasserstoffe ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Umsetzung im Bereich zwischen 20°C und 150°C liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der pH- Wert von größer 7 zumindest in der wässrigen Phase mit Hilfe einer anorganischen
Base erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pH- Wert während der Umsetzung konstant gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert durch Zugabe der anorganischen Base in Form einer wässrigen Lösung zu dem Reaktionsgemisch konstant gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Mengenverhältnis von eingesetztem Phosgen zum primären Amin im Bereich von 1 bis 0,25 liegt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Mengen- Verhältnis kleiner 0,5 beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in kontinuierlicher Fahrweise erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die weiteren Schritte enthaltend
Trennung der zumindest zwei Phasen nach Umsetzung des Reaktionsgemisches und Extraktion der wässrigen Phase mit einem organischen Lösemittel.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Phase nur einmal extrahiert wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US1616144A (en) * 1924-07-02 1927-02-01 Chem Fab Auf Actien Pharmaceutical product containing arsenic and process of making same
US4066440A (en) * 1975-10-09 1978-01-03 Ppg Industries, Inc. Symmetrical alkynyl ureas

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