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Neues Verfahren zur Herstellung von Isothiazolderivaten Isothiazol-Verbindungen
finden Anwendung im Pflanzensohuts, insbesondere als insektizide und herbizide Wirkstoffe.
Sehr gut wirksam ist vor allem 3-Halogen-4-cyano-5-amino-isothiazol und dessen Derivate.
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Es ist bekannt, diese Verbindungen durch Umsetzung von 3,5-Dtchlor-
bzw. 5-Dibrom-4-eyano-isothiazol mit Ammoniak bzw. Aminen herzustellen (J. Org.
Chem., Band 29, Seite 660 - 665 (1964)).
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Dieses Verfahren hat Jedoch erhebliche Nachteile. So sind die als
Ausgangsprodukte eingesetzten Dihalogenisothiazole nur in mäßigen Ausbeuten aus
dem sehr giftigen und teuren Malodinitril erhältlich.
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Die Dihalogenisothiazole wirken ferner stark hautreizend, haben einen
relativ hohen Dampfdruck und sind wasserdampfflüchtig. Diese Eigenschaften erschweren
das Arbeiten mit diesen Substanzen vor allem im technischen Maßstab ganz beträchtlich.
Ferner ist nachteilig, daß ein nach dem obigen Verfahren hergestelltes 3-Halogen-4-cyano-5-amino-isothiazol
mit dem Ausgangsprodukt zu einem unerwUnschten Bis-isothiazolyl-amin weiterreagiert,
das sich nur schwer von dem erwünschten Isothiazol abtrennen läßt. Daher besteht
ein großes Interesse an einem einfach und gefahrlos durchzuführenden Verfahren zur
Herstellung dieser Isothiazol-derivate.
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Es wurde nun gefunden, daß Isothiazolderivate der allgemeinen Formel
I
worin Ri H oder niederes Alkyl und R2 Cl oder Br bedeuten, nach einem neuen einfachen
Dalogenierungsverfahren erhalten werden können.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur
Herstellung der Isothiazolverbindungen der obigen Formel I, das darin besteht, daß
man eine 1,1-Dicyano-2-amino-2-thio-äthenverbindung der allgemeinen Formel II
worin X H, Aequivalent eines Metall-, bevorzugt eines Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-kations,
N114+ oder
bedeutet und R1 die in Formel I angegebene Bedeutung hat, mit einem Chlorierungs-bzw.
Bromierungsmittel umsetzt. Ferner sind Isothiazolderivate der obigen Formel I, hergestellt
nach dem vorstehend angegebenen Verfahren und Pflanzenschutzmittel, die diese Verbindungen
enthalten, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Mit dem neuen Verfahren erhält man die Isothiazolderivate I in guten
Ausbeuten, unter Vermeidung einer gesundheitlichen Gefährdung des Arbeitspersonals,
ohne großen apparativen Aufwand und ohne besondere Schutzvorrichtungen. Der glatte
Verlauf des Verfahrens war nicht vorauszusehen, da bekannt ist, daß analog strukturierte
Aethene mit Chlorierungsmitteln wie Chlor bzw. Sulfurylchlorid selbst bei tiefen
Temperaturen (ca. O°C) unter Spaltung der Kohlenstoff-Schwefel-Bindung reagieren
und gleichzeitig auch Chlor an die Doppelbindung addieren. Hierbei werden immer
Gemische aus Jeweils mehreren Chlorierungsprodukten. erhalten, z. B. nach folgendem
Schema:
(Vgl. Chem. Ber. 99, Seite 2900 - 2904 (1966)).
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Im Gegensatz hierzu erhält man nach dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung das Jeweilige Endprodukt in guter Ausbeute ohne wesentliche Beimengung
von Nebenprodukten.
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Im folgenden wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung im einzelnen
beschrieben: In den Verbindungen I kann der Substituent R1 neben H die Bedeutung
von niederem Alkyl haben. Ein niederer Alkylrest R kann bis zu 6 C-Atomen enthalten.
Z. Bo kommen hierftir Methyl, Aethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl und Isobutyl in
Frage. Bevorzugt sind Alkylreste mit bis zu 4 C-Atomen, insbesondere Methyl oder
Ethyl. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können z. B. die folgenden Verbindungen
hergestellt werden: 3-Chlor-4-cyano-5-amino-isothiazol, 3-Chlor-4-cyano-5-methylamino-isothiazol,
3-Chlor-4-cyano-5-äthylamino-isothiazol, 3-Chlor-4-cyano-5-n-propylamino-isothiazol,
8-Chlor-4-cyano
-5-i-propylamino-isothiazol, 3-Chlor-4-cyano-5-n-butylaminoisothiazol,
3-Chlor-4-cyano-5-i-butylamino-isothiazol, 3-Chlor-4-cyano-5-n-amylamino-isothiazol,
3-Chlor-4-cyano-5-n-hexylaminoisothiazol, 3-Brom-4-cyano-5-amino-isothiazol, 3-Brom-4-cyano-5-methylamino-isothiazol.
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Als Ausgangsprodukte können Verbindungen der obigen Formel II eingesetzt
werden, in denen ein Rest X = II oder ein Aequivalent eines Metall-, bevorzugt eines
Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkations oder NH4+, insbesondere Na+ oder Kl enthalten
sind.
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Man kann auch Verbindungen der obigen Formel II als Ausgangsprodukte
einsetzen, in denen X den Rest
bedeutet.
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Diese Disulfide entstehen z. B. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
in situ im Reaktionsgemisch, wenn man von Verbindungen II, in denen X = H oder ein
Aequivalent Metall-, insbesondere eines Alkalimetall-oder Erdalkalimetall-kations
oder NH4+ bedeutet, ausgeht. Die Disulfide können hierbei gegebenenfalls während
des Verfahrens als Zwischenprodukte isoliert werden. Vorzugsweise arbeitet man jedoch
in einem kontinuierlichen Verfahren ohne Isolierung von Zwischenprodukten.
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Die Ausgangsprodukte II, in denen X = H oder NH4 oder ein Aequivalent
eines Metall-, insbesondere eines Alkali-oder Erdalkalimetallkations bedeutet, sind
beispielsweise zugänglich durch Umsetzung einer Verbindung der Formel
worin R1 die angegebene Bedeutung hat und R3 Halogen, bevorzugt Cl, Br oder J oder
niederes Alkylthio bedeutet, mit Metall-, insbesondere Alkalimetall-, Erdalkalimetall-
oder Ammoniumsulfiden bzw. -hydrogensulfiden in einem inerten LUsungsmittel.
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Die Ausgangsprodukte II, in denen
bedeutet, sind z. B. aus den entsprechenden Verbindungen II, in denen X = H oder
Alkalimetallkation ist, durch Oxydation mit Wasserstoffperoxid zugänglich.
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Im Verfahren nach der Erfindung können als Halogenierungsmittel neben
den freien Halogenen (Chlor bzw. Brom) auch andere Chlor bzw, Brom abspaltende Verbindungen
verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise anorganische Säurechloride wie Thionylchlorid,
Thionylbromid, Sulfurylchlorid, Sulfurylbromid, Phosgen oder N-Bromsuccinimid oder
Phosphorpentachlorid oder Antimon- oder Arsenpentachlorid oder Zinn- oder Bleitetrachlorid
oder gegebenenfalls auch andere Chlor bzw. Brom ab spaltende Verbindungen wie Phosphortrichlorid,
Phosphortribromid oder auch Phosphoroxychlorid in Gegenwart von freiem Chlor oder
Brom.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird zweckmä#igerweise in
Gegenwart von inerten organischen Lösungsmitteln durchgeführt.
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Vor allem sind stark polare Lösungsmittel wie halogenierte, insbesondere
aromatische oder niedere aliphatische, Kohlenwasserstoffe, z. B. Dichlormethan,
Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, 1£2-Dichlorathan, Trichloräthylen, Chlorbenzol,
oder Nitrile niederer Carbonsäuren, wie Acetonitril, Propionitril oder Benzonitril,
oder Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid oder acyclische oder cyclische, insbesondere
niedere Aether wie 1,2-Dimethoxyäthan, Di-n-butyläther oder Tetrahydrofuran oder
Dioxan, geeignet.
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Gegebenenfalls können auch Gemische dieser Lösungsmittel verwendet
werden. Zweckmäßigerweise wird ein Lösungsmittel gewNhlt-in dem das End- und gegebenenfalls
auch das Ausgangsprodukt merklich löslich ist.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird im allgemeinen das Ausgangsprodukt
in dem Lösungsmittel gelöst bzw. suspendiert. Anschließend wird das Chlorierungs-
bzw. Bromierungsmittel zugegeben.
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So kann man z. B. zur Herstellung eines Isothiazols mit dem Substituenten
R2 = Cl in das vorgelegte Ausgangsprodukt Chlor einleiten bzw. zur Herstellung eines
Isothiazols mit dem Substituenten R2 = Br in die Lösung oder Suspension des Ausgangsprodukts
Brom eintropfen0 Das Halogen kann auch in Form einer Lösung zu dem vorgelegten Ausgangsprodukt
gegeben werden. Hierbei wird das Halogen in einem inerten Lösungsmittel, beispielsweise
in einem der vorstehend für die Lösung des Ausgangsprodukts angegebenen Lösungsmittel
aufgelöst. Das Halogen wird zweckmäßigerweise in einer Menge von etwa 1 - 3 Mol/Mol
Ausgangsprodukt II angewandt. Es ist hierbei vorteilhaft, bei Temperaturen zwischen
etwa -200C und +1000C, vorzugsweise zwischen etwa OOC und etwa +600C, zu arbeiten.
Gegebenenfalls wird das Reaktionsgemisch während der Halogenierung gekühlt und gerührt.
Es ist empfehlenswert, die Halogenierung unter Feuchtigkeitsausschluß durchzuführen.
Die Reaktionszeit für die Bildung der Verbindungen I aus dem Ausgangsprodukt II
ist abhängig von der Größe des Ansatzes. Im allgemeinen Jedoch ist die Umsetzung
schon nach kurzer Zeit, z. B. nach wenigen Sekunden, beendet.
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In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die Reaktion in Gegenwart eines
für die Halogenierung üblichen Katalysators durchzuführen.
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Als Katalysatoren sind beispielsweise die in Houben-Weyl, Methoden
der organischen Chemie, Band 5/4, Seiten 106 - 108, 125 und 525 -526 aufgeführten
Verbindungen, insbesondere Dimethylformamid, Jod, BortriSluorid, Aluminiumtrichlorid
oder -bromid oder Eisen(III)-chlorid geeignet.
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Sofern man von einem Ausgangsprodukt II ausgeht, in dem X = H oder
ein Aequivalent eines Alkali- oder Erdalkalikations oder NE4+ + bedeutet, scheidet
sich bei der Reaktion das als Nebenprodukt entstehende Metall- bzw. Ammoniumhalogenid,
z. B. das Natriumchlorid,
ab. Geht man von einem Ausgangsprodukt
II aus, in dem
bedeutet, so erhält man nach der Halogenierung im allgemeinen eine klare Lösung.
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches wird in üblicher Weise durchgeführt. Z.
B. kann man das Gemisch nach der Halogenierung in Wasser einrühren oder das Lösungsmittel,
gegebenenfalls unter vermindertem Druck, entfernen und den Rückstand mit Eiswasser
verrühren, Zur weiteren Reinigung der so erhaltenen Produkte kann gegebenenfalls
umkristallisiert bzw. chromatographisch gereinigt werden.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isothiazolderivate
sind als Wirkstoffe in Schädlingsbekämpfungsmitteln, insbesondere als Insektizide
und Herbizide zu verwenden. Ferner sind sie wertvolle Zwischenprodukte zur Herstellung
anderer Schädlingsbekämpfungsmittel, beispielsweise von 3-Chlor-4-cyan-5-acylaminoisothiazolen,
die insbesondere herbizide, insektizide bzw. nematozide Wirkung aufweisen.
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Die Isothiazolderivate I können hierbei zu den üblichen Zubereitungsformen,
gegebenenfalls auch zusammen mit anderen bekannten, insbesondere insektiziden bzw.
herbiziden1 Wirkstoffen verarbeitet werden. In herbizid wirksamen Verbindungspräparaten
werden die Verbindungen I bevorzugt zusammen mit anderen bekannten Wuchsstofiherbiziden
aus der Gruppe der substituierten Phenoxyalkancarbonsäuren bzw. deren Derivate und/oder
ein oder mehrere Morphoregulatoren aus der Gruppe der Fluoren-9-carbonsäure bzw.
ihrer Derivate und/oder ein oder mehrere Phenole und/oder ein oder mehrere Triazine
und/oder mehrere Harnstoffe verwendet.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isothiazolderivate
werden z. B. unter Zusatz der üblichen TrWger-und/oder Zusatzstoffe zu Spritz- oder
StWubemitteln, ferner auch zu Beizmitteln für die Konservierung von Saatgut, die
gegebenenfalls weitere Zusätze wie Dispergier-oder Netzmittel enthalten können,
verarbeitet.
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Auch die Verarbeitung zu Lösungen oder Emulsionen, die z,'B, auch
als Aerosole versprüht werden können, gelingt unter Anwendung entsprechender Zusktzé.
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Die Wirkstoffe können z. B. in fester oder flüssiger Form unter Zusatz
der üblichen Träger-, Füll- und/oder Hilfsstoffe als Spritz- und/oder Stäubemittel,
Lösungen oder Emulsionen, die z. B. auch als Aerosole versprüht werden können, Dispersionen
oder Granulate verwendet werden. Für insektizide Mittel kommen z. B. insbesondere
Spritzpulver, Köderformulierungen, Emulsionen und Granulate in Betracht. Im einzelnen
werden als Zusatzstoffe z. B. verwendet: Träger-bzv. Füllstoffe wie Bolus, Kaolin,
Kieselkreide (natürlich vorkommendes Mineral, bestehend aus Kaolinit und Quarz),
Bentonit, Schiefermehl, Pyrophyllit, Talkum, Montmorillonit, Kreide, Dolomit, Glimmer,
Kieselsäure, Aluminium- oder Calciumsilicat, Kieselgur oder Walnußschalenmehl; Netzmittel,
wofür je nach Verwendungszweck anionische oder kationische oder auch nicht-ionogene
oberflächenaktive Mittel geeignet sind, im einzelnen Seifen wie Natriumlaurinat;
Alkylsulfate oder -sulfonate wie Natriumdodecylsulfat bzw. -sulfonat;' ; sulfonierte
und sulfatierte Aether; sulfonierte Alkylfettsäureester; sulfonierte Glykolfettsäureester;
ferner quartäre Ammoniumsalze wie Trimethylammoniumjodid; Amine und Amide mit längerer
aliphatischer Kette; Monoäther von Polyglykolen mit langkettigen aliphatischen Alkoholen
wie die Reaktionsprodukte von Aethylenoxid oder Polyäthylenglykol mit höheren aliphatischen
Alkoholen; Monoester von Polyglykolen mit Fettsäuren, z. B. Ölsäure; Monoäther von
Polyglykolen mit alkylierten Phenolen; teilweise veresterte mehrwertige Alkohole
wie Sorbitantrioleat; teilweise oder vollständig veresterte Polyglykoläther von
mehrwertigen Alkoholen wie der Tristearinsäureester des Polyglykoläthers von Sorbitan;
Haft- und Dispergiermittel wie Cellulose und deren Derivate, z. B. Methyl-, Aethyl-,
Hydroxypropyl-oder Carboxymethylcellulose, Traganth, Pektine, Gummi arabicum; Lösungsmittel,
z. B. Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan, Xylol, Solvent-Naphtha (aromatische Kohlenwasserstoffgemische
mit Siedepunkten zwischen 150 - 1800), Petroleum, insbesondere Petroleumfraktionen
mit Siedepunkten zwischen 80 und 2000, Tetrahydronaphthalin, Dekahydronaphthalin;
aliphatische Alkohole wie Methanol, Aethanol,
Isopropanol, Isobutanol,
n-Butanol oder Hexanol; Glykoläther wie Methylglykol, Aethylglykol; Ketone wie Aceton,
Methyläthylketon, Diäthylketon, Methylisobutylketon, Isophoron, Cyolohexanon, Methylcyclohexanon;
Dioxan; Dimethylformamid; N-Methyl-pyrrolidon; Dimethylsulfoxid; Acetonitril.
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Auch Gemische der genannten Lösungsmittel können verwendet werden.
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Emulsionskonzentrate können als solche in den handel gebracht werden;
vor Gebrauch werden die Emulsionskonzentrate in üblicher Weise mit Wasser verdünnt.
Falls man Mittel verwendet, die als Wirkstoffkomponenten eine oder mehrere in Wasser
lösliche Substanzen enthalten, kann man selbstverständlich als Lösungs- bzw.
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Verdünnungsmittel zur Herstellung des Konzentrats ebenfalls nasser
verwenden0 Der Gesamtwirkstoffgehalt in diesen Zubereitungen liegt im allgemeinen
zwischen i und 95 %, vorzugsweise zwischen 20 und 80 5'.
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In den Köderzubereitungen und Granulaten liegt der Wirkstoffgehalt
im allgemeinen zwischen 5 und 10 5'. In Kombinationspräparaten liegt der Anteil
der Verfahrensprodukte im Gesamtwirkstoffanteil normalerweise zwischen 0,5 und 90
%, vorzugsweise zwischen 10 und 60 5'.
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Die anzuwendende Menge beträgt - in Abhängigkeit von der erwünschten
Wirkung, den klimatischen Bedingungen und der Art und Deschaffenheit der zu behandelnden
Pflanzen - zwischen 1 und 100 kg/ha, vorzugsweise zwischen 3 und 20 kg/ha.
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Die Anwendung kann erfolgen durch Bodenbehandlung im Vorsaat-oder
Vorauflaufverfahren oder durch Pflanzenbehandlung im Nachauflaufverfahren, und zwar
durch Sprühen, Spritzen, Gießen, Streuen, Stäuben, ferner auch durch Einreiben,
Pudern, InJizieren, Infiltrieren oder Einquellen von Pflanzen oder Pflanzenteilen,
wie Knollen, Zwiebeln oder Samen sowie durch Einarbeiten in das Kultursubetrat.
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Die nachstehenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung:
A) Beispiele für die Durchführung der erfindungsgemäßen Substanzen Beispiel 1 147
g Na-Salz des 1,1-Dicyano-2-amino-2-mercapto-äthens werden in 1470 ml Acetonitril
und 73 ml Dimethylformamid suspendiert und unter Rühren auf 500C erwärmt. Innerhalb
von 30 Minuten werden 95 bis 100 g Chlor eingeleitet, wobei die Temperatur durch
gelegentliches Kühlen auf + 500C bis + 55 0C gehalten wird.
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Nach Abkühlen auf 200C wird das abgeschiedene Natriumchlorid abfiltriert
und das Filtrat unter vermindertem Druck unterhalb 50°C eingedampft. Der Rückstand
wird mit ca. 500 ml Eiswasser versetzt. Das abgeschiedene Produkt wird abgesaugt
und getrocknet.
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Man erhält so ca. 130 g 3-Chlor-4-cyano-5-amino-isothiazol vom F.
2080C - 2100C.
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Beispiel 2 In 1 l Acetonitril werden bei 10°C unter schwachem Rühren
160 g Chlor eingeleitet. Dann werden zur Lösung 100 ml Dimethylformamid zugegeben.
Anschließend werden nach 5 Minuten innerhalb einer Minute 200 g Dis-(1-amino-2,2-dicyano-vinyl)-disulfid
in Pulverform eingetragen. Unter Temperatüranstieg auf ca. 700 C erhält man in 2
bis 3 Minuten eine klare, dunkelbraune Lösung, die sofort in 4 1 Eiswasser eingerührt
wird, wobei sich hellgelbe Kristalle abscheiden. Diese werden abgesaugt, mit 2 1
Eiswasser gewaschen und getrocknet. Man erhält so 212 g 3-Chlor-4-cyano-5-amino-isothiazol
vom F. 2080C - 2100C.
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Beispiel 3 276 g Bis-(1-methylamino-2,2-dicyano-vinyl)-disulfid werden
in 2760 ml Acetonitril und 138 ml Dimethylformamid suspendiert.
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Dann werden bei O bis 5°C unter Kühlung mit Eiswasser ca.
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185 g SO2Cl2 eingetropft. Die nun klare Lösung wird' wie in Beispiel
1 aufgearbeitet. Man erhält 272 g 3-Chlor-4-cyano-5-methylamino-isothiazol vom F.
198 - 200°C.
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Analog Beispiel 1, 2 und 3 wurden hergestellt: 3-Chlor-4-cyano-5-methylamino-isothiazol,
Fp. 198 - 200°C 3-Chlor-4-cyano-5- äthylamino-isothiazol, Fp. 130 - 1320C' 3-Chlor-4-cyano-5-n-propylamino-isothiazol,
Fp. 113 - 1140C 3-Chlor-4-cyano-5-i-propylamino-isothiazol, Fp. 135 - 137 0C 3-Chlor-4-cyano-5-n-butylamino-isothiazol,
Fp. 105 - 1060C 3-Chlor-4-cyano-5-i-butylamino-isothiazol, Fp. 102 -104°C 3-Chlor-4-cyano-5-n-amylamino-isothiazol,
Fp. 83 - 84°C 3-Chlor-4-cyano-5-n-hexylamino-isothiazol, Fp. 90 - 91°C.
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B) Beispiele für Schädlingsbekämpfungsmittel mit den nach der Erfindung
hergestellten - Verbindungen Beispiel 1 Spritzpulver 70 % Kupferoxychlorid 10 %
3-Chlor-4-cyano-5-amino-isothiazol 5 510 Ölsäure-N-methyltaurid 15 % Kreide Beispiel
2 Stäubemittel 15 % % 3-Chlor-4-cyano-5-methylamino-is othiazol 25 5' Schwefelpuder
15 % Kaolin 42 % Pyrophyllit 3 % Kolophonium
Beispiel 3 Spritzpulver
10 % 3-Chlor-4-cyano-5-äthylamino-isothiazol 40 % N-Trichlormethylthiophthalimid
15 % Sulfitablaugenpulver 2 % Na-Isobutylnaphthalinsulfonat 33 % Kreide Die Zubereitungen
der vorstehenden Beispiele werden in an sich bekannter Weise im Pflanzenschutz eingesetzt.