Verfahren zur Herstellung von neuen Mono- und Dialkoholen N-heterocyclischer Verbindungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen Mono- und Dialkoholen der allgemeinen Formel
EMI1.1
worin YX und Y2 je ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeuten und Z einen stickstoff-freien, zweiwertigen Rest, der zur Vervollständigung eines fünfoder sechsgliedrigen, gegebenenfalls weitersubstituierten, heterocyclischen Ringes notwendig ist, bedeutet und m und n je für eine ganze Zahl im Wert von 0 bis 1 stehen, wobei die Summe aus m und n mindestens 1 betragen muss, dadurch gekennzeichnet, dass man einkernige Nheterocyclische Verbindungen der allgemeinen Formel
EMI1.2
worin Z die gleiche Bedeutung wie in Formel (I) hat, mit (Äthylenoxid) Äthenoxid oder (Propylenoxid)
Propenoxid und vorzugsweise in Gegenwart eines geeigneten Katalysators umsetzt.
Der Rest Z in der Formel (I) besteht vorzugsweise nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Er kann z.B. ein Rest der Formeln
EMI1.3
sein, wobei R', R", R''' und R"" unabhängig voneinander je ein Wasserstoffatom oder z.B. einen Alkylrest, einen Alkenylrest, einen Cycloalkylrest oder einen gegebenenfalls substituierten Phenylrest bedeuten können.
Die Anlagerung eines Alkenoxides an eine bzw.
beide NH-Gruppen der N-heterocyclischen Verbindungen der Formel (II) kann sowohl in Gegenwart von sauren als auch alkalischen Katalysatoren vorgenommen werden, wobei man zweckmässig pro Äquivalent NH Gruppe der N-heterocyclischen Verbindung der Formel (II) einen geringen Überschuss an Äquivalent Epoxidgruppen des Alkenoxides einsetzt.
Vorzugsweise verwendet man aber bei der Herstellung von Mono- und Dialkoholen der Formel (I), in denen die Summe aus m und n gleich 1 oder 2 beträgt, alkalische Katalysatoren, wie Tetraäthylammoniumchlorid oder tertiäre Amine. Man kann für diese Anlagerungsreaktion aber auch Alkalihalogenide, wie Lithiumchlorid oder Natriumchlorid, erfolgreich anwenden; sie läuft auch ohne Katalysatoren ab.
Die zur Herstellung der neuen Alkenoxidanlagerungsprodukte der Formel (I) verwendeten einkernigen N-heterocyclischen Verbindungen der Formel aI) sind vor allem Hydantoin, Hydantoinderivate, Barbitursäure, Barbitursäurederivate, Uracil, Uracilderivate, Dihydrouracil und Dihydrouracilderivate, ferner Parabansäure.
Das Hydantoin und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel
EMI2.1
wobei R1 und R2 je ein Wasserstoffatom oder einen niederen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder wobei R1 und R2 zusammen einen Tetramethylen- oder Pentamethylenrest bilden. Genannt seien Hydantoin, 5-Methyl-hydantoin, 5-Methyl-5-äthylhyd- antoin, 5-n-Propylhydantoin, 5-Isopropyl-hydantoin, 1,3 -Diaza - spiro(4.5) - decan-2,4-dion, 1,3- Diaza-spiro(4.4) -nonan-2,4-dion und vorzugsweise 5,5-Dimethyl-hydantoin.
Die Barbitursäure und ihre bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel
EMI2.2
worin R8 und R4 unabhängig voneinander je ein Was' serstoffatom, einen Alkylrest, einen Alkenylrest, einen Cycloalkyl- oder -alkenylrest oder eineR substituierten oder unsubstituierten Phenylrest bedeuten.
Genannt seien: Barbitursäure, 5-Äthylbarbitursäure, 5,5- Diäthylbarbitursäure, 5- Äthyl-5-butylbarbitursäure, 5- Äthyl -5- sec.butylbarbitursäure, 5 Äthyl-5-isopentylbarbitursäure, 5,5-Diallylbarbitursäure, 5-Allyl-5-isopropylbarbitursäure, 5 - Allyl -5- sec.butylbarbitursäure, 5 -Äthyl-5(1 '-methylbutyl)barbitursäure, 5- Allyl - 5(1 '-me- thylbutyl)barbitursäure, 5-Äthyl -5- phenylbarbitursäure, 5-Äthyl-5(1 '-cyclohexen- 1 -yl)barbitursäure.
Uracil und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel
EMI2.3
worin R5 und R6 beide Wasserstoff oder einer der beiden Reste ein Wasserstoffatom und der andere Rest eine Methylgruppe bedeuten.
Uracile der Formel (V) sind Uracil selbst; ferner 6-Methyl-uracil und Thymin (= 5-Methyl-uracil).
Das Dihydrouracil (= 2,4-Dioxo-hexahydropyrimidin) und seine bevorzugten Derivate entsprechen der allgemeinen Formel
EMI2.4
worin R7 und R8 beide ein Wasserstoffatom oder gleiche oder verschiedene Alkylreste, vorzugsweise Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und R9 und R1o unabhängig voneinander je ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest bedeuten.
Vorzugsweise bedeuten in obiger Formel die beiden Reste RT und R8 Methylgruppen, R9 ein WasserstoffS atom oder einen niedrigen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlen- stoffatomen und Rlo ein Wasserstoffatom. Genannt seien: 5,6-Dihydrouracil, 5,5-Dimethyl-5,6-dihydrouracil (2,4-Dioxo-5,5-dimethylhexahydropyrimidin) und 5,5 -Dimethyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil (2,4 - Dioxo-5,5 -dimethyl- 6-isopropylhexahydropyrimidin).
Beispiel I I ,3-Di(D-hydroxy-n-propyl)-5,5-dimethylhydaffloin
Eine Mischung aus 217 g 5,5-Dimethylhydantoin (1,695 Mol), 3,61 g Lithiumchlorid (5 Molprozent) und 560ml Dimethylformamid wird bei 500C gerührt. Zu der klaren Lösung werden innerhalb von 4 Stunden bei 50- 55 C 230 g Propenoxid (Propylenoxid) (3,955 Mol) zugetropft. Die Reaktion ist schwach exotherm. Nach dem Zutropfen wird die Temperatur langsam auf 900C gesteigert. Nach 5 Stunden bei 900C wird das Dimethylformamid am Wasserstrahlvakuum abdestilliert, anschliessend wird das Produkt bei 1000C und 0,1 Torr bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Man erhält 415 g eines blassgelben, hochviskosen Öls (100% der Theorie).
Das Rohprodukt wird bei 0,1 bis 0,2 Torr und 170 bis
172 C destilliert: 386,0 g Reinausbeute (93,5% der Theorie). Beim Abkühlen erstarrt das 1,3-Di(,B-hydroxy-n- propyl)-5,5-dimethyl-hydantoin zu weissen Kristallen vom Schmelzpunkt 65 - 670C. Die Elementaranalyse ergibt 11,81% N (berechnet 11,47% N), das Molekulargewicht wurde dampfdruckkosmometrisch zu 247 be- stimmt (Theorie 244). Das Infrarotspektrum zeigt die Abwesenheit von N-H-Amidfrequenzen bei 3,1 bis 3,2 lR und die Anwesenheit von C-OH-Frequenzen bei 2,90 .
Beispiel 2
1 3-Di(ss-hydroxy-n-propyl)-5,5-diäthylburbitursäure
Zu einer Mischung aus 55,3 g 5,5-Diäthylbarbitursäure (0,3 Mol), 2,77g Tetraäthylammoniumchlorid (5 Molprozent) und 400ml Dimethylformamid werden bei 350C unter Rühren 40,7 g (0,7 Mol) Propenoxid inner- halb 1 Stunde zugetropft. Anschliessend wird allmählich auf 1000C erhitzt. Nach 7 Stunden Rühren bei
100 C wird gemäss Beispiel A aufgearbeitet. Man erhält 92,5 g rohe 1,3-Di(,8-hydroxy-n-propyl)-5,5-diäthyl- barbitursäure (99,5% der Theorie). Das Produkt siedet unter 0,08 Torr bei 138 - 1480C: man erhält 75,2 g Reinprodukt (80% der Theorie).
Elementaranalyse: gefunden: berechnet:
55,54% C 55,98% C
8,03% H 8,05% H
9,44% N 9,32% N
IR (Infrarot)- und H-NMR (kernmagnetische Resonanz)-Spektrum sind mit folgender Struktur vereinbar:
EMI3.1
Beispiel 3 1 ,3-oi(P-hydroxyatiryr)-5,5-dimethylltyda
Zu einer Mischung aus 64,2 g 5,5-Dimethylhydantoin (0,5 Mol), 4,15g Tetraäthylammoniumchlorid und 100 ml Dimethylformamid wird bei Raumtemperatur eine auf etwa 5 C gekühlte Lösung von 48,5g Äthenoxid (Äthylenoxid) (1,1 Mol) in 200 ml Dimethylformamid fliessen gelassen. Es wird allmählich auf 50 bis 600C erhitzt, wobei die Reaktion unter Wärmeabgabe eintritt.
Nach der Exothermie wird noch 3 Stunden bei 900C gerührt. Die Aufarbeitung erfolgt wie im Beispiel 1.
Man erhält 108,0g eines zähen Öls (99,7% der Theorie). Die Reinigung erfolgt durch Vakuumdestillation (Kpo,s = 185-186 C), man erhält das reine 1,3-Di(p -hydroxyäthyl)-5,5-dimethylhydantoin in 86,8%iger Ausbeute. Das Produkt erstarrt zu farblosen Kriställchen, die um 400C schmelzen.
Analytische Daten: gefunden: berechnet: 49,54 jZo C 49,99% C
7,39% H 7,460/, H
212 (Mosmometrisah) 216 (Theorie)
Beispiel 4 1,3-Di(f3- hydroxyäthyl)-5-phenyl-5-äthylbarbitursdure
Gemäss Beispiel 3 wurden 116,2g 5-Phenyl-5-äthylbarbitursäure (0,5 Mol) und 4,14 g Tetraäthylammoniumchlorid (5 Molprozent) in 300 ml Dimethylformamid mit 54,9 g Äthenoxid in 250 ml Dimethylformamid umgesetzt.
Man erhält 160,0 g rohe 1 ,3-Di(p-hydroxyäthyl)-5- -phenyl-5-äthylbarbitursäure (100% der Theorie). Das Produkt wird destillativ gereinigt (Kp"3 = 220 - 221 oC); man erhält 139 g (entsprechend 86,8% der Theorie) Reinsubstanz. Beim Abkühlen kristallisiert die Substanz; Fp = 107 - 1090C.
Analytische Daten: gefunden: berechnet:
59,72% C 59,99% C
6,41% H 6,29% H
9,03% N 8,75% N
Beispiel S
3-(p-Hydroxyäthyl)-6-methyluracil
Nach Beispiel 3 werden 31,9 g Äthylenoxid in 200 ml Dimethylformamid mit 37,8 g 6-Methyluracil (0,3 Mol) und 2,77 g Tetraäthylammoniumchlorid in 100 ml Dimethylformamid umgesetzt. Nach Aufarbeitung gemäss Beispiel 1 erhält man 57,6g rohes kristallines 3-(3-Hy- droxyäthyl)-6-methyluracil (100% der Theorie). Das Produkt wird durch Umkristallisieren aus Methanol/ H2O (1:1) gereinigt. Man erhält farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 216 - 2180C.
Analytische Daten: gefunden: berechnet: 49,24% C 49,40% C
5,98% H 5,92% H
17,14% N 16,46% N
Beispiel 6
I ,3-Di(p -hydroxyäthyl)-S ,5-:limethyl-6- -zsopropyl-5 ,6-dihydro uracil
Zu einer Suspension aus 548 g 2,4-Dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropylhexahydropyrimidin (= 5,5-Dimethyl-6 -isopropyl-5,6-dihydrouracil) (3 Mol), 3 Liter technischem Dimethylformamid und 20,0 g Lithiumchlorid gibt man bei 1 00C unter Rühren eine Lösung von 440,5 g Äthenoxid (10 Mol) in 500 ml Dimethylformamid. Dieses Gemisch wird unter Rühren langsam und stetig innerhalb von 4,5 Stunden auf 900C erhitzt, wobei eine schwachtrübe dunkelgelbe Lösung entsteht. Nun wird noch 12 Stunden bei 900C gerührt und anschliessend abgekühlt: der pH-Wert der Lösung beträgt 8. Dann wird mit 25%iger Schwefelsäure neutralisiert und filtriert.
Die klare, dunkel gefärbte Lösung wird am Rotationsverdampfer bei 800C unter Wasserstrahlvakuum eingeengt; anschliessend werden bei 800C unter 0,1 Torr Spuren leichtflüchtiger Anteile entfernt.
Man erhält 810g eines dunklen, hochviskosen Stoffes (10% der Theorie). Zur Reinigung unterzieht man die Substanz einer Hochvakuumdestillation. Man erhält 630,4g Destillat (77,8% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Dihydrouracilderivat) vom Siedepunkt 183 bis 1 880C bei 0,25 - 0,30 Torr.
Die Elementaranalyse, die Infrarot- und die Kernresonanzspektroskopie zeigen, dass die so hergestellte Substanz das gewünschte 1,3-Di(ss-hydroxyäthyl)-5,5-di- methyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil ist.
Elementaranalyse gefunden: berechnet:
57,45% C 57,33% C 8,85% H 8,88wo H
10,32% N 10,29% N
Das Infrarotspektrum zeigt durch Abwesenheit der NH-Frequenzen und durch die Anwesenheit unter anderem folgender Absorptionen, dass die Reaktion wie gewünscht abläuft: 2,92 (OH), 5,86,u + 6,04 > (C=O), 9,50 CL (C-O).
Das kernmagnetische Resonanzspektrum (60 Mc H NMR, aufgenommen in Deuterochloroform) zeigt keine Signale für die CO-NH-Gruppierung mehr, und es zeigt durch ein Quartett bei 8 = 0,75: 0,85; 0,99; 1,11 (CH CH), durch ein Dublett bei 8 = 1,26 und 1,33 ([CH=
C), durch ein Septett bei 8 = 1,73 - 2,32.
EMI4.1
und durch weitere 11 Protonen bei 8 = 3,0 - 4,4, dass untenstehende Struktur zutrifft:
EMI4.2
Beispiel 7
I ,3-Di(p-Aydroxypropyl)-5,5-dimerftry!-6* -isopropyl-5, 6-dihydrouracil
Aus 548 g 2,4-Dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropyl-5,6-di- hydrouracil, 3,5 Liter technischem Dimethylformamid und 20,0 g Lithiumchlorid wird eine Suspension hergestellt. Man erwärmt auf 400C und tropft innerhalb von 3 Stunden 581,0g Propenoxid (10 Mol) unter gutem Rühren gleichmässig zu. Diese Mischung wird dann innerhalb einer Stunde auf 800C erwärmt und 6 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wird anschliessend abgekühlt und filtriert. Das klare, blassgelbe Filtrat wird bei 1000C am Wasserstrahlvakuum eingeengt und anschliessend bei 1000C unter 0,07 Torr bis zur Gewichtskonstanz behandelt.
Man erhält 742 g einer schwach orange-gefärbten, hochviskosen Substanz (82,7% der Theorie).
Das kernmagnetische Resonanzspektrum (60 Mc H NMR, aufgenommen in Deuterochloroform) zeigt durch Signale bei 8 = 0,70; 0,81 (beide aufgespalten) und 8 = 0,95; 1,07; 1,14; 1,25 und 1,38; ferner durch Multi- plett bei 8 = 1,60-2,20; bei 8 = 2,80-3,20 und bei 8 = 3,20-4,20, dass die gewünschte Reaktion einge- treten ist.
Ebenso zeigt das Infrarotspektrum durch Abwesenheit von NH-Frequenzen und durch Erscheinen der OH-Frequenzen bei 2,97 u, dass das neue Diol im wesentliclzen folgende Struktur aufweist:
EMI4.3
Beispiel 8 1, 3-D P - hydroxy-n-propyl) -5-isopropylhydantoin
Eine Mischung aus 995,0 g 5-Isopropylhydantoin (7 Mol), 2000ml Dimethylformamid und 14,8 g Lithiumchlorid wird bei 500C gerührt. Innerhalb von 6 Stunden werden 1220g Propenoxid (21 Mol) langsam zugetropft.
Anschliessend wird die Temperatur allmählich auf 700C gesteigert und nach insgesamt 15 Stunden lässt man das Reaktionsgemisch abkühlen. Mit wenigen Tropfen 2n HSO4 stellt man auf pH = 7 ein und filtriert die schwach gelbe Lösung. Die Lösung wird bei 900C Badtemperatur am Rotationsverdampfer unter Wasserstrahlvakuum vollständig eingeengt, anschliessend wird bis zur Gewichtskonstanz bei 90aC/0, 1 Torr behandelt.
Man erhält 1654,5 g eines schwach gelben hochviskosen Produktes (91,7% der Theorie).
Das Produkt kann durch Vakuumdestillation gereinigt werden, bei 1580C destillieren unter 0,08 - 0,1 Torr 76% des eingesetzten Materials als farbloses Öl, das langsam kristallisiert.
Das Infrarotspektrum zeigt durch die Abwesenheit von NH-Absorptionen und durch die Anwesenheit sehr starker OH-Absorptionen bei 2,93Wu, dass das gewünschte Diol entstanden ist.
Aus das protonenmagnetische Resonanzspektrum zeigt, dass das entstandene Produkt zur Hauptsache aus 1,3-Di(ss-hydroxy-n-propyl)-5-isopropylhydantoin besteht.
Beispiel 9
1 ,3-Di'p-hydroxy-n-propyl)-5,5-dirnethylhydantoin
Ein Gemisch aus 128,1 g 5,5-Dimethylhydantoin (1 Mol), 1,0g Lithiumchlorid und 224 g 1,3 -Di(p-hydroxy- -n-propyl)-5,5-dimethylhydantoin (hergestellt nach Beispiel 1) wird bei 120aC gerührt. Dabei entsteht eine klare Lösung. Innerhalb von 1 Stunde werden 133,9 g Propenoxid (2,3 Mol) langsam unter gutem Rühren zugetropft. Die Temperatur sinkt dabei bis auf 600C.
Nach dem Zutropfen wird noch 6 Stunden bei 700C gerührt. Man erhält insgesamt 461,1 g rohes 1,3-Di(p-hy- droxy-n-propyl)-5,5-dimethylhydantoin (98,3So der Theorie), das in seinen Eigenschaften mit dem im Beispiel 1 beschriebenen Produkt übereinstimmt.
Beispiel 10 1,3-Di(-hydroxyäthyl)-5,5-diwtethylhydantoin
Eine Mischung von 128,12 g 5,5-Dimethylhydantoin, 1,06 g Lithiumchlorid und 193,73 g Äthylenglykolcarbonat wird unter Rühren innerhalb von 5 Stdn. von 1180C auf 1900C erhitzt. Die Reaktion ist leicht exotherm und ab etwa 1300C setzt eine kräftige CO2-Entwicklung ein.
Man rührt noch 1,1 Stunden bei 1900C, dann ist die CO2-Entwicklung und damit die Reaktion beendet. In quantitativer Ausbeute entsteht das 1,3-Di(,3-hydroxy- äthyl)-5,5-dimethylhydantoin, das dieselben Eigenschaften wie das im Beispiel 3 beschriebene Produkt besitzt: Kp.1 = 174 - 1770C. Das Kernresonanzspektrum ist mit der Struktur vereinbar und zeigt keine Signale für die NH-Gruppen mehr.
Beispiel 11 1 ,3-Di'p-hydroxy-n-prnpyl)-5.5-diäthylhydantoin
Eine Lösung aus 125,0 g 5,5-Diäthyl-hydantoin (0,8 Mol), 300,0 g Dimethylformamid und 2,00 g Lithiumchlorid wird bei 52 C gerührt. Innerhalb von 21/2 Stunden werden 128,0 g Propenoxid (2,2 Mol) zugetropft. Dann wird noch 5 Stunden bei 85- 900C gerührt.
Das Reaktionsgemisch wird mit 2 - 3 Tropfen 25%iger Schwefelsäure auf pH = 7 eingestellt und filtriert. Die klare Lösung wird am Rotationsverdampfer am Wasserstrahlvakuum bei 800C Badtemperatur eingeengt und anschliessend unter Hochvakuum (0,1 Torr) bis zur Gewichtskonstanz bei 800C behandelt.
Man erhält 206,0g eines gelben, viskosen Produkts (95,0% der Theorie), das durch Destillation gereinigt werden kann. Bei 179 - 181 C / 0,15 Torr destillieren 80,0% des eingesetzten Rohproduktes als farblose Flüssigkeit. Das Infrarotspektrum zeigt unter anderem durch die Abwesenheit der NH-Absorptionen und durch starke OH-Banden bei 2,89 u, dass die Reaktion wie gewünscht verlaufen ist.
Das protonenmagnetische Resonanzspektrum (60 Mc H-NMR, aufgenommen in Deuterochloroform) zeigt unter anderem durch die Signale für 2 x (CH3-C:H2) (Multiplett bei = 0,68 - 1,02), für 2 x (CH3-CH-OH) (Dublett mit Feinstruktur bei 8 = 1,18 bis 1,33) und für 2 x CHs-CH2 (8 = 2,63- 2,05), dass das Produkt die untenstehende Formel hat:
EMI5.1
Beispiel 12
I ,3-Dif -hydroxy-n- pro pyl)-5-äthyl-5-methylkydantoin
Eine Mischung aus 256,3 g 5-Äthyl-5-methylhydantoin (1,805 Mol), 675 ml Dimethylformamid und 4,51 g Lithiumchlorid wird bei 500C gerührt. Innerhalb von 2 Stunden werden 288,0 g Propenoxid (4.96 Mol) langsam zugetropft.
Anschliessend wird die Temperatur innerhalb von 10 Stunden allmählich bis auf 900C gesteigert. Das Reaktionsgemisch wird mit 4 Tropfen 2n Salzsäure auf pH = 7 gebracht, filtriert und am Rotationsverdampfer bei 90 C Badtemperatur unter Wasserstrahlvakuum eingeengt. Danach wird bei 900C so lange unter 0.1 Torr behandelt, bis das Gewicht konstant bleibt.
Man erhält 465g eines klaren, blassgelben Produktes (99,57, der Theorie).
Die Reinigung erfolgt durch Hochvakuumdestillation. In 78tCiger Reinausbeute, bezogen auf eingesetztes 5-Äthyl-5-methylhydantoin. erhält man eine farblose, hochviskose Substanz, die bei 145 -1480C/0,06 Torr destilliert.
Die Elementaranalyse ergibt folgende Werte: gefunden: berechnet:
55,631, C 55,79% C
8,66% H 8,58% H 10,82 16 N 10.85(r, N
Ferner zeigt das Infrarotspektrum unter anderem durch eine intensive OH-Bande bei 3485 cm-l, dass die Reaktion gelungen ist.
Das kernmagnetische Resonanzspektrum (60 Mc H-NMR, aufgenommen in CDCI3) zeigt ausserdem durch folgende Signale das Vorliegen unten stehender Struktur an: 3 Protonen bei 8 = 0,62 (Triplett) -CH2-CH3
0,77
0,88 6 Protonen bei = 1,15 (Dublett mit
Feinstruktur) 3 Protonen bei 8 = 1,42 (Sinulett)
EMI5.2
2 Protonen bei 8 = 1,52-2.0 (Quartett mit
Fein struktur)
EMI6.1
Restliche Protonen bei 8 = 2,85-4,25
EMI6.2
Beispiel 13 3-(2' -Hydroxy-n-propyll-5,5-dimethylhyduntoin (a) Eine Lösung von 896 g 5,5-Dimethylhydantoin (7 Mol) und 5,92g Lithiumchlorid in 900ml Dimethylformamid wird bei 500C gerührt.
Innerhalb von einer Stunde werden unter schwachem Rühren 458 g Propenoxid zugetropft (7,7 Mol). Nach dem Zutropfen wird 3 Stunden bei 550C gerührt. Dann wird das Heizbad auf 100 C gebracht. Die Reaktion ist leicht exotherm, der Kolbeninhalt erhitzt sich bis auf 1 120C. Nach einer Stunde ist die Exothermie abgeklungen und damit die Reaktion beendet. Man filtriert die Lösung ab. Nachdem auf Raumtemperatur gekühlt wurde, wird der Ansatz mit etwa 15 ml 20 jSiger Schwefelsäure auf pH = 7 gebracht. Das Dimethylformamid wird durch Abdestillieren unter Wasserstrahlvakuum zurückgewonnen und anschliessend wird das Produkt durch Trocknen bei 950C unter 0,1 Torr isoliert. Man erhält 1305 g einer eierschalenfarbenen Kristallmasse (100% der Theorie).
Zur Reinigung kann das Produkt aus Aceton umkristallisiert werden. In etwa 80%iger Reinausbeute erhält man farbloses, kristallines Produkt vom Schmelzpunkt 83 - 84,50C.
Die Elementaranalyse ergibt: gefunden: berechnet: 14,93% N 15,04% N
7,59% H 7.58% H
Das Molekulargewicht wird osmometrisch zu M = 186 bestimmt. Aus dem Massenspektrum folgt ebenfalls M = 186. Theoretisches Molekulargewicht ist 186,21.
Das Infrarotspektrum zeigt neben den für das Dimethylhydantoin bekannten Absorptionen vor allem folgende Banden: 3495 cm-l (S): O-H, 3250 cm-1 (S): N-H.
Das Protonenresonanzspektrum (60 Mc H-NMR, aufgenommen in CDC13 bei 350C mit Tetramethylsilan als innerem Standard) zeigt ferner durch das Vorliegen folgender Signale, dass untenstehende Struktur für die neue Verbindung zutrifft: 3 Protonen: = 1,17 und 1,17 und 1,28 (Dublett):
EMI6.3
6 Protonen: = 1,50 (Singulett):
EMI6.4
4 Protonen: = 3,55 und 3,56 (Duplett):
EMI6.5
und = 4,0-4,2 (Multiplett):
EMI6.6
1 Proton: = 7,15
EMI6.7
Theoretische Protonenzahl: 14 Struktur demnach:
EMI6.8
(b) Eine Mischung aus 320 g des nach Beispiel 13a) hergestellten 3 - (2'- Hydroxy-n-propyl)-5,5-dimethylhydantoins (Fp = 86 - 870C), 1281 g 5,5-Dimethylhydantoin (10 Mol) und 20g Lithiumchlorid wird bei 1650C zu einer klaren, homogenen Schmelze verrührt.
Innerhalb von 70 Minuten werden dazu unter leichtem Rühren 640g Propenoxid (11 Mol) zugetropft. Dabei wird die Temperatur allmählich auf 1500C abgesenkt. 10 Minuten später wird kein Propenoxid mehr im Rückflusskühler festgestellt. Die Reaktion ist im wesentlichen beendet; man lässt noch 15 Minuten nachreagieren bei 1500C. Anschliessend werden Spuren leichtflüchtiger Nebenprodukte und der Propenoxidüberschuss durch Rühren bei 1450C unter 30 Torr abgezogen. Dann wird das fertige Produkt als Schmelze auf Bleche zum Abkühlen ausgeladen.
In 1 00%iger Ausbeute (2,187 kg) erhält man ein schwach gelb gefärbtes, langsam kristallisierendes Produkt, dessen protonenmagnetisches Resonanzspektrum identisch ist mit dem, welches von dem nach Beispiel 13a) hergestellten Produkt aufgenommen wurde.
1 kg des rohen 3-(2'-Hydroxy-n-propyl)-5,5-dimethylhydantoins wird aus 1000 ml Aceton umkristallisiert.
Man erhält - ohne Aufarbeitung der Mutterlauge 798 g (entsprechend 79,8% der Theorie) eines farblosen Kristallisates, das bei 84 860C schmilzt. Das Produkt ist reines 3- (2'-Hydroxy-n-propyl)-5,5-dimethylhydantoin.
(c) Ein Gemisch aus 256,2 g 5,5-Dimethylhydantoin (2 Mol) und 3 g Kaliumchlorid wird bei 1950C gerührt.
In diese Schmelze tropft man 128 g Propenoxid (2,2 Mol) innerhalb von 40 Minuten zu. Dabei fällt die Reaktionstemperatur auf 750C bei einer Badtemperatur von 1700C. Innerhalb von 120 Minuten wird anschliessend die Temperatur auf 1500C angehoben, dann hat der grösste Teil des Propenoxids wegreagiert. Die Nachreaktion und die Aufarbeitung des Produktes erfolgen nach Beispiel 13a). Man erhält 368,5 g 3-(2'-Hydroxy -n-propyl)-5,5 dimethylhydantoin-Rohschmelze (98,9% der Theorie).
Beispiel 14
Herstellung von 3-(2'-Hydrolxy-äthyl)-5.5- -dimethylhydantoin
Zu einer Lösung von 1281 g 5,5-Dimethylhydantoin (10 Mol) und 20 g Lithiumchlorid in 1200 ml Dimethylformamid wird bei 50C eine Lösung von 529 g Äthylenoxid (12 Mol) in 750 ml Dimethylformamid gegeben. Diese Mischung wird innerhalb von einer Stunde auf 45 - 50 C erwärmt. Man rührt 2 Stunden bei etwa 50ob.
Anschliessend steigert man die Temperatur noch für 10 Stunden auf 60"C. Nach Beendigung der Reaktion wird, wie in Beispiel 13a) beschrieben, behandelt und aufgearbeitet. Man erhält 1688 g einer weissen Kristallmasse (entsprechend 98,0% der Theorie).
Zur Reinigung kann aus Aceton umkristallisiert werden. Die gereinigte Substanz schmilzt bei 70- 72oC.
Die Elementaranalyse ergibt: gefunden: berechnet:
48,4% C 48,8% C
7,0% H 7,0% H
16,1% N 16,3% N
Das Infrarotspektrum zeigt die OH-Absorption bei 3390cm-1, die N-H Gruppe absorbiert bei 3200cm-1; weitere wichtige Banden sind bei 1695 und 1770 cm-1 (Carbonyl) und bei 1047 und 1059 cm-1.
Das protonenmagnetische Resonanzspektrum zeigt durch die Übereinstimmung der Integration mit der theoretisch vorhandenen Protonenzahl ebenfalls an, dass die neue Substanz die untenstehende Struktur hat:
EMI7.1
Process for the preparation of new mono- and dialcohols N-heterocyclic compounds
The present invention relates to a process for the preparation of new mono- and dialcohols of the general formula
EMI1.1
where YX and Y2 each denote a hydrogen atom or a methyl group and Z denotes a nitrogen-free, divalent radical which is necessary to complete a five or six-membered, optionally further substituted, heterocyclic ring, and m and n each denote an integer of 0 to 1, where the sum of m and n must be at least 1, characterized in that mononuclear heterocyclic compounds of the general formula
EMI1.2
where Z has the same meaning as in formula (I), with (ethylene oxide) ethene oxide or (propylene oxide)
Reacts propene oxide and preferably in the presence of a suitable catalyst.
The radical Z in formula (I) consists preferably only of carbon and hydrogen or of carbon, hydrogen and oxygen. He can e.g. a remainder of the formulas
EMI1.3
where R ', R ", R"' and R "" can each independently represent a hydrogen atom or, for example, an alkyl radical, an alkenyl radical, a cycloalkyl radical or an optionally substituted phenyl radical.
The addition of an alkene oxide to a resp.
Both NH groups of the N-heterocyclic compounds of the formula (II) can be carried out either in the presence of acidic or alkaline catalysts, a slight excess of equivalent epoxide groups being expediently per equivalent of NH group of the N-heterocyclic compound of the formula (II) of the alkene oxide begins.
However, alkaline catalysts, such as tetraethylammonium chloride or tertiary amines, are preferably used in the preparation of mono- and dialcohols of the formula (I) in which the sum of m and n is 1 or 2. However, alkali halides such as lithium chloride or sodium chloride can also be used successfully for this addition reaction; it also takes place without catalysts.
The mononuclear N-heterocyclic compounds of the formula aI) used to prepare the new alkene oxide addition products of the formula (I) are above all hydantoin, hydantoin derivatives, barbituric acid, barbituric acid derivatives, uracil, uracil derivatives, dihydrouracil and dihydrouracil derivatives, and also parabanic acid.
The hydantoin and its preferred derivatives correspond to the general formula
EMI2.1
where R1 and R2 each represent a hydrogen atom or a lower alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, or where R1 and R2 together form a tetramethylene or pentamethylene radical. Hydantoin, 5-methylhydantoin, 5-methyl-5-ethylhydantoin, 5-n-propylhydantoin, 5-isopropylhydantoin, 1,3-diaza-spiro (4.5) -decane-2,4-dione may be mentioned , 1,3-diaza-spiro (4.4) -nonane-2,4-dione and preferably 5,5-dimethylhydantoin.
The barbituric acid and its preferred derivatives correspond to the general formula
EMI2.2
in which R8 and R4, independently of one another, each represent a hydrogen atom, an alkyl radical, an alkenyl radical, a cycloalkyl or alkenyl radical or a substituted or unsubstituted phenyl radical.
The following may be mentioned: barbituric acid, 5-ethylbarbituric acid, 5,5-diethylbarbituric acid, 5-ethyl-5-butylbarbituric acid, 5-ethyl -5- sec.butylbarbituric acid, 5-ethyl-5-isopentylbarbituric acid, 5,5-diallylbarbituric acid, 5-allyl- 5-isopropylbarbituric acid, 5 - allyl -5- sec.butylbarbituric acid, 5-ethyl-5 (1'-methylbutyl) barbituric acid, 5- allyl - 5 (1'-methylbutyl) barbituric acid, 5-ethyl -5- phenylbarbituric acid, 5-Ethyl-5 (1'-cyclohexen-1 -yl) barbituric acid.
Uracil and its preferred derivatives correspond to the general formula
EMI2.3
wherein R5 and R6 are both hydrogen or one of the two radicals is a hydrogen atom and the other radical is a methyl group.
Uracils of the formula (V) are uracils themselves; also 6-methyl-uracil and thymine (= 5-methyl-uracil).
The dihydrouracil (= 2,4-dioxo-hexahydropyrimidine) and its preferred derivatives correspond to the general formula
EMI2.4
wherein R7 and R8 both represent a hydrogen atom or identical or different alkyl radicals, preferably alkyl radicals having 1 to 4 carbon atoms, and R9 and R1o each independently represent a hydrogen atom or an alkyl radical.
In the above formula, the two radicals RT and R8 are preferably methyl groups, R9 is a hydrogen atom or a lower alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms and Rlo is a hydrogen atom. The following may be mentioned: 5,6-dihydrouracil, 5,5-dimethyl-5,6-dihydrouracil (2,4-dioxo-5,5-dimethylhexahydropyrimidine) and 5,5-dimethyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil ( 2,4-Dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropylhexahydropyrimidine).
Example I I, 3-Di (D-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethylhydaffloin
A mixture of 217 g of 5,5-dimethylhydantoin (1.695 mol), 3.61 g of lithium chloride (5 mol percent) and 560 ml of dimethylformamide is stirred at 50.degree. 230 g of propene oxide (propylene oxide) (3.955 mol) are added dropwise to the clear solution over a period of 4 hours at 50-55 ° C. The reaction is slightly exothermic. After the dropping, the temperature is slowly increased to 90 ° C. After 5 hours at 90 ° C., the dimethylformamide is distilled off in a water-jet vacuum, and the product is then dried to constant weight at 100 ° C. and 0.1 Torr. 415 g of a pale yellow, highly viscous oil (100% of theory) are obtained.
The crude product is at 0.1 to 0.2 Torr and 170 to
Distilled at 172 ° C.: 386.0 g pure yield (93.5% of theory). On cooling, the 1,3-di (, B-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethyl-hydantoin solidifies to form white crystals with a melting point of 65-670C. The elemental analysis gives 11.81% N (calculated 11.47% N), the molecular weight was determined by vapor pressure cosmometry to be 247 (theory 244). The infrared spectrum shows the absence of N-H amide frequencies at 3.1-3.2 IR and the presence of C-OH frequencies at 2.90.
Example 2
1 3-Di (ss-hydroxy-n-propyl) -5,5-diethylburbituric acid
To a mixture of 55.3 g of 5,5-diethylbarbituric acid (0.3 mol), 2.77 g of tetraethylammonium chloride (5 mol percent) and 400 ml of dimethylformamide, 40.7 g (0.7 mol) of propene oxide are added at 350 ° C. with stirring Added dropwise for 1 hour. It is then gradually heated to 1000C. After stirring for 7 hours at
100 C is worked up according to Example A. 92.5 g of crude 1,3-di (, 8-hydroxy-n-propyl) -5,5-diethyl barbituric acid (99.5% of theory) are obtained. The product boils below 0.08 torr at 138-1480 ° C.: 75.2 g of pure product (80% of theory) are obtained.
Elemental analysis: found: calculated:
55.54% C 55.98% C
8.03% H 8.05% H.
9.44% N 9.32% N
IR (infrared) and H-NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum are compatible with the following structure:
EMI3.1
Example 3 1,3-oi (P-hydroxyatiryr) -5,5-dimethylltyda
To a mixture of 64.2 g of 5,5-dimethylhydantoin (0.5 mol), 4.15g of tetraethylammonium chloride and 100 ml of dimethylformamide, a solution of 48.5g of ethene oxide (ethylene oxide) (1.1 Mol) allowed to flow in 200 ml of dimethylformamide. It is gradually heated to 50 to 60 ° C., during which the reaction occurs with the release of heat.
After the exotherm, the mixture is stirred at 90 ° C. for a further 3 hours. The work-up is carried out as in Example 1.
108.0 g of a viscous oil (99.7% of theory) are obtained. The purification takes place by vacuum distillation (Kpo, s = 185-186 C), the pure 1,3-di (p -hydroxyethyl) -5,5-dimethylhydantoin is obtained in 86.8% yield. The product solidifies into colorless crystals that melt around 400C.
Analytical data: found: calculated: 49.54% C 49.99% C
7.39% H 7.460 /, H.
212 (Mosmometrisah) 216 (Theory)
Example 4 1,3-Di (f3-hydroxyethyl) -5-phenyl-5-ethylbarbituric acid
According to Example 3, 116.2 g of 5-phenyl-5-ethylbarbituric acid (0.5 mol) and 4.14 g of tetraethylammonium chloride (5 mol percent) in 300 ml of dimethylformamide were reacted with 54.9 g of ethene oxide in 250 ml of dimethylformamide.
160.0 g of crude 1,3-di (p-hydroxyethyl) -5- -phenyl-5-ethylbarbituric acid (100% of theory) are obtained. The product is purified by distillation (boiling point 3 = 220-221 ° C.); 139 g (corresponding to 86.8% of theory) of pure substance are obtained. The substance crystallizes on cooling; mp = 107-1090 ° C.
Analytical data: found: calculated:
59.72% C 59.99% C
6.41% H 6.29% H.
9.03% N 8.75% N
Example p
3- (p-hydroxyethyl) -6-methyluracil
According to Example 3, 31.9 g of ethylene oxide in 200 ml of dimethylformamide are reacted with 37.8 g of 6-methyluracil (0.3 mol) and 2.77 g of tetraethylammonium chloride in 100 ml of dimethylformamide. After working up as in Example 1, 57.6 g of crude crystalline 3- (3-hydroxyethyl) -6-methyluracil (100% of theory) are obtained. The product is purified by recrystallization from methanol / H2O (1: 1). Colorless crystals with a melting point of 216-2180 ° C. are obtained.
Analytical data: found: calculated: 49.24% C 49.40% C
5.98% H 5.92% H.
17.14% N 16.46% N
Example 6
I, 3-di (p -hydroxyethyl) -S, 5-: limethyl-6- -zsopropyl-5, 6-dihydro uracil
To a suspension of 548 g of 2,4-dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropylhexahydropyrimidine (= 5,5-dimethyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil) (3 mol), 3 liters of technical dimethylformamide and 20 , 0 g of lithium chloride is added at 100 ° C. with stirring to a solution of 440.5 g of ethene oxide (10 mol) in 500 ml of dimethylformamide. This mixture is heated slowly and steadily to 90 ° C. over a period of 4.5 hours with stirring, a slightly cloudy, dark yellow solution being formed. The mixture is then stirred for a further 12 hours at 90 ° C. and then cooled: the pH of the solution is 8. It is then neutralized with 25% strength sulfuric acid and filtered.
The clear, dark-colored solution is concentrated on a rotary evaporator at 80 ° C. under a water-jet vacuum; traces of volatile components are then removed at 80 ° C. below 0.1 torr.
810 g of a dark, highly viscous substance (10% of theory) are obtained. For purification, the substance is subjected to a high vacuum distillation. 630.4 g of distillate are obtained (77.8% of theory, based on the dihydrouracil derivative used) with a boiling point of 183 to 1880 ° C. at 0.25-0.30 torr.
Elemental analysis, infrared and nuclear magnetic resonance spectroscopy show that the substance produced in this way is the desired 1,3-di (ss-hydroxyethyl) -5,5-dimethyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil.
Elemental analysis found: calculated:
57.45% C 57.33% C 8.85% H 8.88 where H.
10.32% N 10.29% N
The infrared spectrum shows through the absence of the NH frequencies and the presence of the following absorptions, among others, that the reaction is proceeding as desired: 2.92 (OH), 5.86, u + 6.04> (C = O), 9, 50 CL (CO).
The nuclear magnetic resonance spectrum (60 Mc H NMR, recorded in deuterochloroform) no longer shows any signals for the CO — NH group, and it shows by a quartet at 8 = 0.75: 0.85; 0.99; 1.11 (CH CH), by a doublet at 8 = 1.26 and 1.33 ([CH =
C), by a septet at 8 = 1.73 - 2.32.
EMI4.1
and by another 11 protons at 8 = 3.0 - 4.4 that the following structure applies:
EMI4.2
Example 7
1,3-Di (p-hydroxypropyl) -5,5-dimerftry! -6 * -isopropyl-5,6-dihydrouracil
A suspension is prepared from 548 g of 2,4-dioxo-5,5-dimethyl-6-isopropyl-5,6-dihydrouracil, 3.5 liters of technical dimethylformamide and 20.0 g of lithium chloride. The mixture is heated to 40 ° C. and 581.0 g of propene oxide (10 mol) are evenly added dropwise with thorough stirring over the course of 3 hours. This mixture is then heated to 80 ° C. within one hour and stirred at this temperature for 6 hours. The reaction mixture is then cooled and filtered. The clear, pale yellow filtrate is concentrated at 1000 ° C. in a water jet vacuum and then treated at 1000 ° C. under 0.07 Torr until the weight is constant.
742 g of a pale orange-colored, highly viscous substance are obtained (82.7% of theory).
The nuclear magnetic resonance spectrum (60 Mc H NMR, recorded in deuterochloroform) shows by signals at 8 = 0.70; 0.81 (both split) and 8 = 0.95; 1.07; 1.14; 1.25 and 1.38; furthermore by multiples at 8 = 1.60-2.20; at 8 = 2.80-3.20 and at 8 = 3.20-4.20, that the desired reaction has occurred.
The infrared spectrum also shows through the absence of NH frequencies and the appearance of the OH frequencies at 2.97 u that the new diol essentially has the following structure:
EMI4.3
Example 8 1,3-D P - hydroxy-n-propyl) -5-isopropylhydantoin
A mixture of 995.0 g of 5-isopropylhydantoin (7 mol), 2000 ml of dimethylformamide and 14.8 g of lithium chloride is stirred at 50.degree. 1220 g propene oxide (21 mol) are slowly added dropwise over the course of 6 hours.
The temperature is then gradually increased to 70 ° C. and after a total of 15 hours the reaction mixture is allowed to cool. With a few drops of 2N HSO4, the pH is adjusted to 7 and the pale yellow solution is filtered. The solution is completely concentrated at a bath temperature of 900C on a rotary evaporator under a water jet vacuum, then treated at 90aC / 0.1 Torr until the weight is constant.
1654.5 g of a pale yellow, highly viscous product (91.7% of theory) are obtained.
The product can be purified by vacuum distillation, 76% of the material used distill at 1580C under 0.08-0.1 torr as a colorless oil which slowly crystallizes.
The infrared spectrum shows through the absence of NH absorptions and the presence of very strong OH absorptions at 2.93 Wu that the desired diol has formed.
The proton magnetic resonance spectrum shows that the product formed consists mainly of 1,3-di (ss-hydroxy-n-propyl) -5-isopropylhydantoin.
Example 9
1,3-Di'p-hydroxy-n-propyl) -5,5-dirnethylhydantoin
A mixture of 128.1 g of 5,5-dimethylhydantoin (1 mol), 1.0 g of lithium chloride and 224 g of 1,3-di (p-hydroxy- -n-propyl) -5,5-dimethylhydantoin (prepared according to Example 1 ) is stirred at 120aC. This creates a clear solution. 133.9 g of propene oxide (2.3 mol) are slowly added dropwise with thorough stirring over the course of 1 hour. The temperature drops to 600C.
After the dropwise addition, the mixture is stirred at 70 ° C. for a further 6 hours. A total of 461.1 g of crude 1,3-di (p-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethylhydantoin (98.3% theoretical), which has the same properties as the product described in Example 1, is obtained .
Example 10 1,3-Di (-hydroxyethyl) -5,5-diwtethylhydantoin
A mixture of 128.12 g of 5,5-dimethylhydantoin, 1.06 g of lithium chloride and 193.73 g of ethylene glycol carbonate is heated from 1180 ° C. to 1900 ° C. within 5 hours while stirring. The reaction is slightly exothermic and from around 1300C a strong evolution of CO2 begins.
The mixture is stirred for a further 1.1 hours at 1900C, then the evolution of CO 2 and thus the reaction has ended. The 1,3-di (, 3-hydroxy-ethyl) -5,5-dimethylhydantoin, which has the same properties as the product described in Example 3, is obtained in quantitative yield: bp.1 = 174-1770C. The nuclear magnetic resonance spectrum is compatible with the structure and no longer shows any signals for the NH groups.
Example 11 1,3-Di'p-hydroxy-n-prnpyl) -5,5-diethylhydantoin
A solution of 125.0 g of 5,5-diethylhydantoin (0.8 mol), 300.0 g of dimethylformamide and 2.00 g of lithium chloride is stirred at 52.degree. 128.0 g of propene oxide (2.2 mol) are added dropwise over the course of 21/2 hours. The mixture is then stirred for a further 5 hours at 85-900C.
The reaction mixture is adjusted to pH = 7 with 2-3 drops of 25% sulfuric acid and filtered. The clear solution is concentrated on a rotary evaporator under a water jet vacuum at a bath temperature of 800 ° C. and then treated under a high vacuum (0.1 Torr) to constant weight at 80 ° C.
206.0 g of a yellow, viscous product (95.0% of theory) which can be purified by distillation are obtained. At 179-181 ° C./0.15 torr, 80.0% of the crude product used distills as a colorless liquid. The infrared spectrum shows, among other things, through the absence of NH absorptions and through strong OH bands at 2.89 u, that the reaction proceeded as desired.
The proton magnetic resonance spectrum (60 Mc H-NMR, recorded in deuterochloroform) shows among other things by the signals for 2 x (CH3-C: H2) (multiplet at = 0.68 - 1.02), for 2 x (CH3-CH -OH) (doublet with fine structure at 8 = 1.18 to 1.33) and for 2 x CHs-CH2 (8 = 2.63-2.05) that the product has the formula below:
EMI5.1
Example 12
1,3-dif-hydroxy-n-propyl) -5-ethyl-5-methylkydantoin
A mixture of 256.3 g of 5-ethyl-5-methylhydantoin (1.805 mol), 675 ml of dimethylformamide and 4.51 g of lithium chloride is stirred at 50.degree. 288.0 g of propene oxide (4.96 mol) are slowly added dropwise over the course of 2 hours.
The temperature is then gradually increased to 90 ° C. over a period of 10 hours. The reaction mixture is brought to pH = 7 with 4 drops of 2N hydrochloric acid, filtered and concentrated on a rotary evaporator at a bath temperature of 90 ° C. under a water jet vacuum. Thereafter, treatment is carried out under 0.1 Torr at 900C until the weight remains constant.
465 g of a clear, pale yellow product (99.57, theoretical) are obtained.
The cleaning is carried out by high vacuum distillation. In 78% pure yield, based on the 5-ethyl-5-methylhydantoin used. a colorless, highly viscous substance is obtained, which distills at 145-1480C / 0.06 Torr.
The elemental analysis gives the following values: found: calculated:
55.631, C 55.79% C
8.66% H 8.58% H 10.82 16 N 10.85 (r, N
Furthermore, the infrared spectrum shows, among other things through an intense OH band at 3485 cm-1, that the reaction was successful.
The nuclear magnetic resonance spectrum (60 Mc H-NMR, recorded in CDCl3) also shows the presence of the structure below by the following signals: 3 protons at 8 = 0.62 (triplet) -CH2-CH3
0.77
0.88 6 protons at = 1.15 (doublet with
Fine structure) 3 protons at 8 = 1.42 (sinlet)
EMI5.2
2 protons at 8 = 1.52-2.0 (quartet with
Fine structure)
EMI6.1
Protons remaining at 8 = 2.85-4.25
EMI6.2
Example 13 3- (2'-Hydroxy-n-propyl-5,5-dimethylhydantoin (a) A solution of 896 g of 5,5-dimethylhydantoin (7 mol) and 5.92 g of lithium chloride in 900 ml of dimethylformamide is stirred at 50.degree.
458 g of propene oxide (7.7 mol) are added dropwise over the course of one hour with gentle stirring. After the dropwise addition, the mixture is stirred at 550 ° C. for 3 hours. Then the heating bath is brought to 100 ° C. The reaction is slightly exothermic, the contents of the flask heat up to 1120C. After one hour, the exotherm has subsided and the reaction has ended. The solution is filtered off. After cooling to room temperature, the batch is brought to pH = 7 with about 15 ml of 20% sulfuric acid. The dimethylformamide is recovered by distilling off under a water jet vacuum and the product is then isolated by drying at 950 ° C. below 0.1 torr. 1305 g of an eggshell-colored crystal mass (100% of theory) are obtained.
For purification, the product can be recrystallized from acetone. A colorless, crystalline product with a melting point of 83-84.50C is obtained in about 80% pure yield.
The elemental analysis gives: found: calculated: 14.93% N 15.04% N
7.59% H 7.58% H.
The molecular weight is determined osmometrically to be M = 186. The mass spectrum also implies M = 186. Theoretical molecular weight is 186.21.
In addition to the absorptions known for dimethylhydantoin, the infrared spectrum shows the following bands in particular: 3495 cm-1 (S): O-H, 3250 cm-1 (S): N-H.
The proton resonance spectrum (60 Mc H-NMR, recorded in CDC13 at 350C with tetramethylsilane as internal standard) also shows, through the presence of the following signals, that the structure below applies to the new compound: 3 protons: = 1.17 and 1.17 and 1 .28 (doublet):
EMI6.3
6 protons: = 1.50 (singlet):
EMI6.4
4 protons: = 3.55 and 3.56 (doublet):
EMI6.5
and = 4.0-4.2 (multiplet):
EMI6.6
1 proton: = 7.15
EMI6.7
Theoretical number of protons: 14 structure accordingly:
EMI6.8
(b) A mixture of 320 g of the 3 - (2'-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethylhydantoin (melting point 86-870C), 1281 g of 5,5-dimethylhydantoin (10 mol ) and 20g lithium chloride is stirred at 1650C to form a clear, homogeneous melt.
To this, 640 g propene oxide (11 mol) are added dropwise over the course of 70 minutes with gentle stirring. The temperature is gradually reduced to 1500C. 10 minutes later, no more propene oxide is found in the reflux condenser. The reaction is essentially complete; it is allowed to react for a further 15 minutes at 1500C. Then traces of volatile by-products and the excess propene oxide are drawn off by stirring at 150 ° C. below 30 torr. Then the finished product is unloaded as a melt onto metal sheets to cool down.
A pale yellow colored, slowly crystallizing product is obtained in 100% yield (2.187 kg), the proton magnetic resonance spectrum of which is identical to that which was recorded from the product prepared according to Example 13a).
1 kg of the crude 3- (2'-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethylhydantoin is recrystallized from 1000 ml of acetone.
Without working up the mother liquor, 798 g (corresponding to 79.8% of theory) of colorless crystals which melt at 84,860 ° C. are obtained. The product is pure 3- (2'-hydroxy-n-propyl) -5,5-dimethylhydantoin.
(c) A mixture of 256.2 g of 5,5-dimethylhydantoin (2 mol) and 3 g of potassium chloride is stirred at 1950C.
128 g of propene oxide (2.2 mol) are added dropwise to this melt over the course of 40 minutes. The reaction temperature drops to 750C with a bath temperature of 1700C. The temperature is then increased to 1500C within 120 minutes, after which most of the propene oxide has reacted away. The post-reaction and the work-up of the product are carried out according to Example 13a). 368.5 g of 3- (2'-hydroxy-n-propyl) -5.5 dimethylhydantoin crude melt (98.9% of theory) are obtained.
Example 14
Production of 3- (2'-hydrolxy-ethyl) -5.5- -dimethylhydantoin
To a solution of 1281 g of 5,5-dimethylhydantoin (10 mol) and 20 g of lithium chloride in 1200 ml of dimethylformamide, a solution of 529 g of ethylene oxide (12 mol) in 750 ml of dimethylformamide is added. This mixture is heated to 45-50 ° C. within one hour. The mixture is stirred for 2 hours at about 50ob.
The temperature is then increased to 60 ° C. for a further 10 hours. After the reaction has ended, the mixture is treated and worked up as described in Example 13a). 1688 g of a white crystal mass (corresponding to 98.0% of theory) are obtained.
For purification, it can be recrystallized from acetone. The purified substance melts at 70-72oC.
The elemental analysis shows: found: calculated:
48.4% C 48.8% C
7.0% H 7.0% H
16.1% N 16.3% N
The infrared spectrum shows the OH absorption at 3390 cm-1, the N-H group absorbs at 3200 cm-1; other important bands are at 1695 and 1770 cm-1 (carbonyl) and at 1047 and 1059 cm-1.
The proton magnetic resonance spectrum also shows through the agreement of the integration with the theoretically available number of protons that the new substance has the structure below:
EMI7.1