DE2206365B2

DE2206365B2 - Verfahren zur Herstellung von N,Ndisubstituierten Carbaminsäurechloriden

Info

Publication number: DE2206365B2
Application number: DE2206365A
Authority: DE
Inventors: Tibor Dr. Birsfelden Somlo (Schweiz)
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1971-02-16
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DE2206365A1; CH547779A; BE779368A; NL7201971A; ES399787A1; US3870707A; GB1363569A; FR2125883A5

Description

durch Reaktion eines sekundären Amins der allgemeinen Formel

R,

N-H

(2)

oder dessen Hydrochlorid mit Phosgen in einem Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen, worin Ri und R₂ je einen Alkylrest bedeutet oder Ri und Ri zusammen mit dem Stickstoffatom einen heterocyclischen Ring b'lden können, der gegebenenfalls weitere Heteroatome enthält dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in dem herzustellenden Carbaminsäurechlorid selbst als Lösungsmitte! bei Temperaturen von etwa 60-160⁰C durchführt

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei Temperaturen von 30-95° C durchführt

3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß man das Verfahren kontinuierlich ausführt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ν,Ν-disubstituierten Carbaminsäurechloriden.

N,N-disubstituierte Carbaminsäurehalogenide können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden.

Die allgemein verwendete Methode ist die Umsetzung von sekundären Aminen mit Phosgen nach der Gleichung

2(R'R")NH + COCl₂

(R'R")NH₂Cl^e (R'R")NCOC1

Dabei wird neben dem gewünschten Carbaminsäurechlorid 1 Mol des Aminhydrochiorids gebildet. Die Reaktion wird in apolaren Lösungsmitteln, wie z. B. Benzol, bei tiefen Temperaturen (unter 10°C) durchgeführt. Anschließend wird das Aminhydrochlorid unter Ausschluß der Luftfeuchtigkeit filtriert und das Carbaminsäurechlorid durch fraktionierte Destillation vom Lösungsmittel getrennt. Die Nachteile dieser Methode sind, daß für ein Mol Carbaminsäurechlorid zwei Mol Amin benöUgt werden, daß die starke Wärmetönung der Reaktion technisch schwer zu beherrschen ist, daß wegen der entstehenden voluminösen Salzkristallmasse in großer Verdünnung gearbeitet werden muß und daß schließlich die Aufarbeitung des Reaktionsgutes umständlich ist.

Weitere bekannte Methoden haben ähnliche Nachteile. So ist z. B. die Durchführung der oben beschriebenen Reaktion mit 1 Mol Amin und 1 Mol Pyridin statt 2 Mol Amin teuer und umständlich, und die bekannte Umsetzung von Triniethylamin mit Phosgen, die zu dem entsprechenden Dimethylcarbaminsäurechlorid und Methylchlorid führt, ist zu speziell, außerdem sind ihrer Anwendbarkeit preisliche Grenzen gesetzt, da andere Trialkylamine, wie ?.. B. das Triäthylamin, zu teuer sind.

Da die Herstellung der Ν,Ν-disubstituierten Carbaminsäurechloride nach den bekannten Methoden aufwendig oder ihre Durchführung umständlich oder mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist, bestand somit das Bedürfnis, eine Herstellungsmethode zu finden, welche die Nachteile der bekannten Methoden nicht aufweist.

Es wurde nun gefunden, daß man N,N-disubstituierte Carbaminsäurechloride unter Vermeidung der Nachteile, die den bekannten Methoden anhaften, ohne weitere Hilfsmittel mit sehr guter Ausbeute (90—100% der Theorie) und in guter Reinheit (über 95%) herstellen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ν,Ν-disubstituierten Carbaminsäurechloriden der allgemeinen Formel

R,

N —CO —Cl

(D

durch Reaktion eines sekundären Amins der allgemeinen Formel

R,

Ν —Η

(2)

oder dessen Hydrochlorid mit Phosgen in einem Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen, worin R] und R₂ je einen Alkylrest bedeutet oder Ri und R₂ zusammen mit c>m Stickstoffatom einen heterocyclischen Ring bilden können, der gegebenenfalls weitere Heteroatome enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in dem herzustellenden Carbaminsäurechlorid selbst als Lösungsmittel bei Temperaturen von etwa 60— IbO⁰C durchführt.

Als Heteroatome kommen Sauerstoff-, Schwefeloder Stickstoffatome in Betracht.

Die Alkylreste Ri und R₂ können eine niedere oder höhere Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen, sie können geradkettig oder verzweigt sein. Sie können ferner auch Arylreste enthalten, wit ζ. B. im Benzylrest. Von Interesse sind vor allem solche Verbindungen der Formel (1), in denen Ri und R₂ Alkylreste mit 1 bis 18

Kohlenstoffatomen sind. Sofern Ri und R₂ mit dem Stickstoffatom des Carbaminrestes einen heterocyclischen Ring bilden, sind Verbindungen der Formel

(CH₂).

N — CC — Cl

(3)

bevorzugt, worin η eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist Verbindungen der durch Formel (3) gekennzeichneten Art sind z. B. solche, in welchen ein Aziridin-, Pyrrolidin-, Piperidin- oder Hexamethyleniminrest an den Carbonsäurechloridrest gebunden ist Wenn der von Ri, Ri und dem Stickstoffatom gebildete heterocyclische Ring außer dem Stickstoifatom ein weiteres Heteroatom enthält, kommen Verbindungen der Formel

(CH₂),

X, N —CO-Cl

(CH₂),,,

(4)

in Betracht, worin Xj ein Sauerstoff- oder Schwefelatom oder eine —NR-Gruppe ist, wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest ist, und η und m positive ganze Zahlen bedeuten, die vorzugsweise klein und gleich sind. Wichtige Verbindungen dieser Art sind solche der Formel

CH₂CH₂

X₁ N —CO —Cl

CH₂CH₂

(5)

worin Xi die bei der Erläuterung der Formel (4) angegebene Bedeutung hat. Als Beispiel für eine Verbindung der Formel (5) sei die betreffende Morpholinverbindung genannt.

Die erfindungsgemäße Umsetzung wird vorzugsweise bei 80-95⁰C durchgeführt.

Das Amin und das Phosgen werden vorteilhaft gleichzeitig und kontinuierlich zusammengegeben, wobei das Phosgen in einem durch technisch-apparative Faktoren bedingten Überschuß von 5 bis 10% vorhanden sein soll.

Die Reaktion verläuft nach der Bruttogleichung

(R₁R₂)NH + COCl₂ -

(R₁R₂)NH₂Cl + COCl₂

(RiR₂)NCOCl + HCl >(R,R₂)NCOC1 + 2HC1

so daß statt eines Alkylchlorids wie in der obenerwähnten Reaktion, Chlorwasserstoff entsteht und pro Mol Amin 1 Mol des gewünschten Endproduktes erhalten wird. Das Verfahren kann in einzelnen Ansätzen oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Reaktionsführung wird in einem Reaktionsgefäß mit Rührer, in welchem sich ein Lösungsmittel oder vorzugsweise das gewünschte Carbaminsäurechlorid von einem früheren Ansatz als Lösungsmittel befindet, gearbeitet Bei gleichzeitigem Zulauf des Amins und Einleiten von Phosgen läuft die Reaktion bei entsprechender Temperatur .«eibständig ab. Das gebildete Carbaminsäurechlorid kann von Zeit ; zu Zeit in einzelnen Portionen oder kontinuierlich in ein zweites Gefäß abgelassen werden. Aus diesem wird durch Einleiten trockener Luft der gebildete Chlorwasserstoff und überschüssiges Phosgen entfernt

Das erhaltene Rohprodukt ist genügend rein, so daß ίο es für die meisten Zwecke ohne weitere Aufarbeitung verwendet werden kann.

Als Ausgangsstoffe kann man technisches Phosgen und ein sekundäres Amin, ebenfalls von technischem Reinheitsgrad, verwenden. Als Amine, die hier in Betracht kommen, seien genannt:

Dimethylamin, Diäthylamin, Dibutylamin,
Diisobutylamin, Methyl-äthylamin, Diisoamylamin, Diisoheptylamin, Pyrrolidin, Piperidin, Morpholin, Dibenzylamin, Methyl-cyclohexylamin,
Hexamethylenimin und N-Methylpiperazin.

Ν,Ν-Disubstituierte Carbaminsäurechloride sind technische wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung verschiedener Produkte. So können aus ihnen z. B. durch Umsetzung mit Alkoholen, sekundären Aminen 2^r) oder aromatischen Verbindungen (nach der Friedel-Crafts'schen Reaktion) Carbamate, substituierte Harnstoffe bzw. Arylcarbonsäureamide erhalten werden. Der verbesserten Methode zur Herstellung von N,N-disubstituienen Carbaminsäurechloriden gemäß der vorliejo genden Erfindung kommt daher eine erhebliche technische Bedeutung zu.

In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die Teile, sofern nichts anderes angegeben ist, Gewichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente, und die Temperaturen sind > in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1
Dimethylcarbaminsäurechlorid

H₃C

N —C —Cl

H₃C

In einem 1 Ui L Kolben, der an eine Chlorwasserstoff-Absorptionsanlage angeschlossen ist, werden 400 Teile Dimethylcarbaminsäurechlorid aus einer vorhergehenden Fabrikation vorgelegt und hierauf unter Rühren bei 60—65° 30 Teile Phosgen unter Niveau eingeleitet. Dann werden gleichzeitig und regelmäßig 45 Teile Dimethylamingas und 110—119 Teile Phosgen pro Stunde unter Niveau eingeleitet. Die Temperatur wird während der ersten halben Stunde der Dimethylamin- und Phosgen-Zufuhr durch schwache Heizung auf 85° erhöht und dann durch leichte Kühlung bei 85—90° gehalten.

Das gebildete Dimethylcarbaminsäurechlorid kann

bo kontinuierlich abgelassen werden, oder es wird nach Einleitung von 450 Teilen Dimethylamin und 1100 Teilen Phosgen ansatzweise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung erfolgt durch Ausblasen des Chlorwasserstoffgases und Phosgenüberschusses mit getrockneter

bi Druckluft bei 60—65°. Bei der kontinuierlichen Variante wird das Ausblasen in einer mit Füllkörpern gefüllten Kolonne im Gegenstromprinzip durchgeführt.
Ausbeute: 90 — 95% der Theorie. Das erhaltene rohe

Dimethylcarbaminsäurechlorid ist 98—99%ig und für lie meisten Zwecke verwendbar, kann jedoch auch im /akuum destilliert werden.

Kp. 21 Pa: 59° MikroSchmelzpunkt:-34° bis -35,4° 7?: 1,4535-1,4560.

Werden im Beispiel 1 die 45 Teile Dimethylamin iurch

73 Teile Diäthylamin, 129 Teile Dibutylamin,

129 Teile Diisobutylamin,
157 Teile Diisoamylamin,
213 Teile Diisoheptylamin,

71 Teile Pyrrolidin,

85 Teile Piperidin,

87 Teile Morpholin oder
197 Teile Dibenzylamin

ersetzt, dann werden folgenden Carbaminsäurechloride ίο erhalten:

Beispiel	Ausgangsamin	Carbaminsäurechlorid	Siedepunkt bei Pa
2	H₅C₂ NH	CH₃CH₂ O \ I! N — C — Cl	1,4 : 60-62°
	H₅C₂	CH₃CII₂
	CH₃CH₂CH₂CH₂ \	CH₃CH₂CH₂CH₂ O \
3	\ NH /	\ N —C —Cl /	0.7 : 100-101°
	CH₃CH₂CH₂CH₂	CH₃CH₂CH₂CH₂
4	(CHj)₂CH-CH₂ \ NH	(CHO₂CH-CH₂ O \ Il N —C—Cl	26,2 : 115°
	(CH₃J₂CH-CH₂	(CHO₂CH-CH₂
5	(C₅Hn)₂NH	(C₅H₁₁J₂N-CO-Cl	26,2 : 136-140°
	(Diisoamylamin)
6	(C₇H₁₅J₂NH	(C₇H₁₅)₂N —CO —Cl	0,35 : 140-142°
	(Diisoheptylamin)
7	C^nh	( N —CO —Cl	30 : 124-25°
8	ζ NH	<N — CO-Cl	22,7 : 112°

NH

O N —CO —Cl

1,4 : 103°

CH₂

-CH₂

NH

CH₂

N —CO —Cl

CH₂

0,0175 : 150-152°

Teile Phosgen eingeleitet. Darauf werden bei 0 bis -5° (starke Kühlung) 870 Teile Morpholin zutropfen gelassen. Die Kristallsuspension wird anschließend auf 90° erwärmt und bei 90—95° werden weitere 550 Teile Phosgen eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wird anschließend bei 60—65° mit getrockneter Druckluft ausgeblasen, bis es praktisch phosgenfrei ist. Auf diese Weise erhält man insgesamt 1760 Teile rohes Morpholi-

Im 1V₂ L Kolben werden 400 Teile Morpholinocarb- nocarbaminsäurechlorid, was nach Abzug der vorgelegiminsäurechlorid vorgelegt, dazu bei —5 bis +5° 550 ten Menge einer Ausbeute von 91% der Theorie

Beispiel

Morpholinocarbaminsäurechlorid O

-s Il

N —C —Cl

entspricht. Als einzige Verunreinigung enthält das Produkt einige Prozente Dimorpholinocarbamidchlorid, was bei den meisten Verwendungen nicht stört. Das Rohprodukt kann in Hochvakuum destilliert werden. Kp. 0,008 Pa = 50°, es werden ca. 1500 Teile reines Morpholincarbamidsäurechlorid destilliert erhalten.
/J= 1,4981

Beispiel 12
Pyrrolidinocarbaminsäurechlorid

N —C —Cl

Im IV2L Kolben werden 800 Teile Chlorbenzol vorgelegt und darin werden 430 Teile Pyrrolidinhydrochlorid suspendiert. Die Kristallsuspension wird auf 90° erwärmt und bei 90—95° werden innerhalb von ca. 4 Stunden 480 Teile Phosgen eingeleitet. Gegen Ende der Phosgeneinleitung gehen die Pyrrolidinhydrochlorid-Kristalle in Lösung, wobei eine klare, hellgelbe Lösung entsteht. Nach beendeter Phosgeneinleitung wird noch eine halbe Stunde bei 90-95° gerührt und anschließend wird das Reaktionsgemisch bei 60—65° mit getrockneter Druckluft ausgeblasen, bis es praktisch phosgenfrei ist. Darauf wird das Chlorbenzol bei ca. 17,5 Pa abdestilliert. Als Rückstand bleiben 500 g technisch reines Pyrrolidincarbaminsäurechlorid zurück, was einer Ausbeute von 94% der Theorie entspricht. Das Produkt kann bei Kp. 1,4 Pa = 93—95° in Vakuum destilliert werden.

Das Pyrrolidinhydrochlorid kann direkt im Ansatzkolben im vorgelegten Chlorbenzol aus Pyrrolidin und Chlorwasserstoffgas hergestellt werden. Wird statt Chlorbenzol Pyrrolidincarbaminsäurechlorid als Lösungsmittel vorgelegt, so entfällt die destillative Trennung des Chlorbenzols am Ende der Reaktion. Reaktionsbedingungen und Ausbeute bleiben jedoch unverändert.

(CHj)₂CH
\

Beispiel 13
Diisopropylcarbaminsäurechlorid

N —C —Cl

(CHj)₂CH

In einem IV2 L Kolben, der an eine Chlorwasserstoff-Absorptionsanlage angeschlossen ist, werden 400 Teile Chlorbenzol vorgelegt und hierauf werden unter Rühren bei 120° 29 Teile Phosgen eingeleitet. Dann werden gleichzeitig und regelmäßig 101 Teile Diisopropylamin und 55—60 Teile Phosgen pro Stunde eingeleitet. Die Temperatur wird während der ganzen Reaktion durch schwache Heizung bei 120—125° gehalten. Nach 4 Stunden, wenn insgesamt 404 Teile Diisopropylamin und ca. 240 Teile Phosgen eingelaufen sind und eine dicke Kristallsuspension im Reaktionskolben entstanden ist, wird die Diisopropylaminzufuhr abgestellt und bei gleichbleibender Reaktionstemperatur innerhalb 20 Stunden werden weitere 240 Teile Phosgen eingeleitet. Die Phosgenzufuhr muß so geregelt werden, daß nur Chlorwasserstoffgas, jedoch kein Phosgen aus dem Reaktionskolben entweicht. Die Reaktion ist beendet wenn alle Kristalle in Lösung gegangen sind und eine klare hellgelbe Lösung

Jü entstanden ist. Darauf wird das Reaktionsgemisch auf 65° gekühlt und bei 60—65° mit getrockneter Druckluft ausgeblasen, bis es phosgenfrei ist. Beim weiteren Abkühlen kristallisiert das Diisopropylcarbaminsäurechlorid aus dem Chlorbenzol in großen Rhomben aus.

Es kann abfiltriert und getrocknet werden, wobei analytisch reines Diisopropylcarbaminsäurechlorid mit einem Schmelzpunkt von 56° erhalten wird. Eine andere Aufarbeitungsmöglichkeit besteht darin, daß man das Chlorbenzol abdestilliert und darauf das Produkt im Vakuum (Kp. 1,4 Pa = 80°) destilliert. Dabei werden 620 g analytisch reines Diisopropylcarbaminsäurechlorid mit einem Schmelzpunkt von 56° erhalten, was einer Ausbeute von 95° der Theorie entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von N,N-disubstituierten Carbaminsäurechloriden der allgemeinen Formel

Ri

N —CO —Cl

(1) ίο