DE1808104A1

DE1808104A1 - Verfahren zur Herstellung von 2-Alkyl-4-nitroimidazolen

Info

Publication number: DE1808104A1
Application number: DE19681808104
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Spaenig; Dr Anna Steimmig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-11-09
Filing date: 1968-11-09
Publication date: 1970-06-11
Also published as: GB1278679A; DE1808104C3; DE1808104B2; CH508631A; NL6916538A; FR2022956A1

Description

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Badische Anilin- & Soda-Pabrik AG

Unser Zeichen: O.Z. 25 865 WB/IB

6700 Ludwigshafen, den 7.11 »19-68 Verfahren zur Herstellung von 2-Alkyl-4-nitroimidazolen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Alkyl-4-nitroimidazolen durch Nitrierung von 2-Alkylimidazolen mit Salpetersäure in Gegenwart von Harnstoff.

Die Nitrierung von 2-Methylimidazol mit konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter.Salpetersäure als Nitrierungsagens ist aus Journal Chemical Society, Band 115, Seite 234 (1919) bekannt, liefert aber den Endstoff 2-Methyl-4-nitroimidazol bzw. die tautomere 5-Nitroverbindung nicht in befriedigender Ausbeute und Reinheit. Bei den hohen Reaktionstemperaturen, die zur Nitrierung von 2-Alkylimidazolen erforderlich sind, treten Zersetzungen ein, die zu spontanen Explosionen führen können. Die industrielle Herstellung solcher Stoffe wird dadurch gefährdet.

Eine Verfahrensvariante wird in "Arzneimittelforschung" 1966, Seite 23 bis 29 geschildert. Durch Eindampfen der schwefelsauren Lösung von 2-Methylimidazol wird das Sulfat in Substanz hergestellt; dieses wird dann unter vorsichtiger Kühlung in Salpetersäure (Dichte 1,38) eingetragen, und schließlich werden Salpetersäure (Dichte 1,49) und anschließend Schwefelsäure (Dichte 1,83) zugesetzt. Die Nitrierung findet bei l40°C statt. Die Ausbeuten an Endstoff sind unbefriedigend,das Verfahren ist für eine industrielle Produktion nicht genügend wirtschaftlich und betriebssicher.

Es wurde nun gefunden, daß man 2-Alkyl-4-nitroimidazole durch Nitrierung von 2-Alkylimidazolen mit Salpetersäure in Gegenwart von Schwefelsäure bei höherer Temperatur vorteilhaft herstellt, wenn die Umsetzung in Gegenwart'von Harnstoff durchgeführt wird.

Die Umsetzung läßt sich für den Fall der Verwendung von 2-Äthylimidazol durch folgende Formeln wiedergeben:

433/68 -2-

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- 2 - O.Z. 25 865

M H

HC N ' HC N ^

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C - C₀H₁- + HNO, ϊ Η C-C_OH_C +

^{5 3} 1 / ²⁵

HC ν O₂N-C N

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung überraschend 2-Alkyl-¹J-nitroimidazole in besserer Ausbeute und Reinheit und auf einfachem, in industriellem Maßstab wirtschaftlicherem und betriebssichererem Wege. Nebenreaktionen, insbesondere eine Zersetzung von Ausgangs- oder Endstoff, treten nicht in wesentlichem Maße auf. Der ruhige und betriebssichere Reaktionsverlauf bei dem Verfahren nach der Erfindung erlaubt insbesondere auch eine kontinuierliche Durchführung der Nitrierung.

Als Ausgangsstoffe werden 2-Alkylimidazole verwendet. Bevorzugte Ausgangsstoffe und dementsprechend bevorzugte Endstoffe sind solche, bei denen in 2-Stellung ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 1 bis 4.Kohlenstoffatomen das Molekül substituiert. Geeignete Ausgangsstoffe sind z. B. 2-Methyl-, 2-Äthyl-, 2-n-Propyl-, 2-Iso-propyl-, 2-n-Butyl-imidazol.

Die Nitrierung der 2-Alicylimidazole wird mit Salpetersäure, in der Regel konzentrierter oder rauchender Salpetersäure, in Gegenwart von Schwefelsäure, in der Regel hochkonzentrierter oder rauchender Schwefelsäure, durchgeführt. Im allgemeinen verwendet man eine Salpetersäure von der Dichte zwischen 1,37 und 1,52 vorzugsweise der Dichte 1,52, und eine Schwefelsäure von der Dichte zwischen 1,82 und 1,87, vorzugsweise der Dichte 1,84. Zweckmäßig wählt man in dem Gemisch von Salpetersäure und Schwefelsäure, der -Nitriersäure, ein Verhältnis von 0,2 bis 2 Mol Salpetersäure je Mol Schwefelsäure. In der Regel verwendet man von 1 bis 5 Mol, vorzugsweise von 2 bis 3,5 Mol Salpetersäure je Mol Ausgangsstoff. Anstelle von Salpetersäure können auch diese im Reaktionsgemisch bildende Stoffe, z. B. anorganische Nitrate wie Natrium- oder Kaliumnitrat, in entsprechenden Mengen zur Anwendung gelangen.

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Man verwendet den Harnstoff im allgemeinen in einer Menge von 10 bis 100, vorzugsweise von k5 bis 55 Gew. %, bezogen auf das 2-Alkylimidazol. Die Umsetzung wird im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen kO und 200, vorzugsweise zwischen 120 und 150⁰C, drucklos oder unter Druck, diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.

Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von 2-Alkylimidazol, Harnstoff und Schwefelsäure wird auf die Reaktionstemperatur erhitzt und dann unter Rühren langsam, z. B-. während 15 bis 30 Minuten mit Salpetersäure versetzt. Nun wird das Reaktionsgemisch auf Eis gegeben. Man stumpft dann im Gemisch die Säure mit Alkali, vorzugsweise Ammoniak, auf p„ 3 bis H ab, filtriert dabei den sich ausscheidenden Endstoff ab und kristalisiert ihn aus Wasser um.

In entsprechender Weise kann die Reaktion auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem man z. B. einem beheizten Reaktionsrohr getrennt das vorgenannte schwefelsaure Gemisch und die Salpetersäure zufühyt und beide Komponenten dort in dünnem Strahl miteinander gut vermischt. Zweckmäßig beläßt man das Reaktionsgenisch ca. 5 bis 30 Minuten im Rohr bei der Reaktionstemperatur und führt dann die Aufarbeitung in der geschilderten Weise durch. Gegebenenfalls kann man inerte Gase, ζ. B. Stickstoff, durch den Reaktionsraum leiten, um gebildete nitrose Gase zu entfernen.

Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Farbstoffen.

Die in den folgenden Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile. Sie verhalten sich zu den Volunenteilen wie kg zu I.

Beispiel 1

32 Teile 2-Methylimidazol und 16 Teile Harnstoff werden in 125 Teilen Schwefelsäure der Dichte 1,84 unter Kühlung gelöst. In die auf 135 bis 110⁰C aufgeheizte Lösung werden dann unter ständigem Rühren 75 Teile 100 gew. JSige Salpetersäure langsam

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zugegeben. Nun wird das Reaktionsgemisch auf Eis gegeben und die Säure mit Ammoniaklösung auf pH 3 - 4 abgestumpft. Das. sich ausscheidende 2-Methyl-4-Nitroimidazol wird abgesaugt, mit Wasser gewaschen und kann aus Wasser umkristallisiert werden. Man erhält 36 Teile (68 % der Theorie) Endstoff vom Pp. 256°C.

Beispiel 2

75 Teile 2-Äthylimidazol werden im Gemisch mit 32 Teilen Harnstoff in 235 Teilen konzentrierter Schwefelsäure (Dichte 1,8*1.) gelöst. Die Lösung wird in einer Rührapparatur auf 135 bis l40°C erhitzt, und bei dieser Temperatur werden 151 Teile rauchende Salpetersäure (Dichte 1,51) langsam zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird auf Eis gegeben und mit Ammoniak-Lösung auf pH 3-4 gestellt. Der gebildete Niederschlag wird abgesaugt und aus Wasser umkristallisiert. Man erhält 72 Teile 2-Äthyl-4-nitroimidazol vom "Schmelzpunkt 159°C. Das entspricht einer Ausbeute von 65 % der Theorie.

Beispiel 3

Als Reaktionsraum dient ein senkrecht stehendes Rohr mit Heizeinrichtung (z. B. durch eine im Rohrmantel umgepumpte Flüssigkeit) . Im Innern des Rohres wird eine Reaktionstemperatur von ca. 100 - l60°C, vorzugsweise 135 - l40°C, aufrecht erhalten. Im oberen Ende des Reaktionsrohres, direkt oberhalb der Heizzone, werden durch zwei (a und b) getrennte Dosiervorrichtungen die beiden Reaktionspartner im dünnen Strahl unter guter, sofortiger Durchmischung zusammengegeben. Auf 1 Volumenteil 100 J5ige Salpetersäure der Dichte 1,51 (a) gibt man (b) ca. 1 - 3 Volumenteile, vorzugsweise 1,8-2 Volumenteile einer Lösung, bestehend aus 320 Teilen 2-Methylimidazol, l60 Teilen Harnstoff und 1 Teilen Schwefelsäure der Dichte 1,84. Die Verweilzeit des Gemische im Reaktionsrohr beträgt ca. 3 - 10 Minuten. Das austretende.

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- 5 - Ο.Ζ. 25 865

Reaktionsgemisch wird analog Beispiel 1 aufgearbeitet. Aus 82 Teilen 2-Methylimidazol werden 89 Teile 2-Methyl-4-nitroimidazol erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von ca. 70 JS.

Beispiel 4

45 Teile 2-Isopropylimidazol und 16 Teile Harnstoff werden in 128 Teilen Schwefelsäure (Dichte 1,84) gelöst, die Mischung wird auf 135°C erhitzt, und bei dieser Temperatur werden nun 50 Teile rauchende Salpetersäure der Dichte 1,52 so zugegeben, daß sich die Reaktionstemperatur zwischen 135 - l40°C hält. Das Reaktionsgemisch wird dann auf Eis gegeben und mit Ammoniaklösung auf pH 3 - 4 eingestellt. Der gebildete Niederschlag wird abgesaugt und mit Wasser gewaschen. Nach dem Umkristallisieren aus Wasser werden 35 Teile 2~Isopropyl~4-nitroimidazol vom Schmelzpunkt 185°C erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 55 % der Theorie.

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Claims

- 6 - O.Z. 25

180.fi

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von 2-Alkyl-4-nitroimidazolen durch Nitrierung von 2-Alkylimidazolen mit Salpetersäure in Gegewart von Schwefelsäure bei höherer Temperatur_s dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart von Harnstoff durchgeführt wird.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik

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