DE2716897B2 - Verfahren zur Herstellung aromatischer Thioharnstoffe - Google Patents

Description

NH,

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von symmetrischen N .N'-Diphenyl thioharnstoffen durch Umsetzung von Anilinen mit Schwefelkohlenstoff.

Es ist bekannt, daß durch Einwirkung von Schwefelkohlenstoff auf aromatische Amine symmetrische N.N'-disubstituierte Thioharnstoffe entstehen.

Zum Beispiel erhält man N.N'-Diphenylthioharnstoff,

wenn man Anilin in Alkohol mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart einer geringen Menge Schwefel 5 bis 6 Stunden unter Rückfluß zum Sieden erhitzt.

Die Abspaltung von Schwefelwasserstoff nach der

Gleichung

in der

R¹, R², rund «die angegebene Bedeutung haben,

in einem Lösungsmittel mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart geringer Mengen Schwefel, Alkalicarbonat, Alkalihydrogencarbonat, Erdalkalicarbonat Alkaliborat und/oder Alkali- oder Erdalkalisalze schwacher organischer Säuren mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen umsetzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei 45 bis 100° C durchführt

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung anstelle von Alkalicarbonat mit Ammoniumcarbonat durchführt

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes Anilin, Alkalicarbonat Alkalibicarbonat, Erdalkalicarbonat, Alkaliborat und/oder Alkali- oder Erdalkalisalz schwacher organischer Säuren durchführt

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß man die Umsetzung in Gegenwart von Wasser als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel durchführt

NH₂ + CS₂

>-NH— C— NH

+ H₂S

wird durch geringe Mengen Schwefel katalysiert (Houben -Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band IX [1955], Seite 885).

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die lange Reaktionszeit die im technischen Betrieb /u langen Verweilzeiten und damit zu geringen Raum/Zeit-Ausbeuten führt

Weiterhin ist bekannt die Reaktion durch Zugabe von Natronlauge (Journal of the Society of Chemical Industries, Transactions, Band 44, Seite 486 T [1925]) oder Natriumnitrit (Chemical Abstrans. Band 76 [1972],

153303) zu beschleunigen.

Es hat sich aber gezeigt daß dann ein Verfahrensprodukt erhalten wird, das farblich von der Reinsubstanz abweicht und durch einfaches Waschen auch nicht weiter zu reinigen ist

jo Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von N₁N'-Diphenyl thioharnstoffen der allgemeinen Formel

in der

R¹ und R² gleich oder verschieden sind und Halogen, die Nitrogruppe, Alkyl-, Alkoxy-, Phenyl- oder Phenoxy-Reste bedeuten, die in o-, m- oder p-Stellung zueinander und zur Aminogruppe stehen können, und

^4> r und 5 gleich oder verschieden sind und eine der Zahlen 0 oder 1 bedeuten,

durch Umsetzung der entsprechenden Aniline mit Schwefelkohlenstoff gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist daß man Aniline der allgemeinen Formel

NH₂

in der

R¹, R^::, rund .«die angegebene Bedeutung besitzen,

in einem (lösungsmittel mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart geringer Mengen Schwefel, Alkalicarbonat, Alkalihydrogencarbonat Erdalkalicarbonat Alkaliborat und/oder Alkali- oder Erdalkalisalze schwacher organischer Säuren mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen umsetzt

Ais Halogen seien Fluor, Chlor, Brom und Iod genannt, bevorzugt Chlor.

Als Alkylreste seien geradkettige und verzweigte Alkylreste genannt, bevorzugt mit bis zu 12 Kohlen-

Stoffatomen, insbesondere mit 1 bis 8 und ganz besonders mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.

Ab Alkoxyreste kommen solche in Frage, die dem vorstehenden Bedeutungsumfang der Alkylreste entsprechen.

Selbstverständlich können die vorgenannten Alkyl-, Alkoxy-, Phenyl· und Phenoxyreste gegebenenfalls durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen substituiert sein.

Die Aniline der allgemeinen Formel (II) sind bekannt, z. B. können als Ausgangsverbindungen Verwendung finden Anilin, o-, m- und p-Toluidin, o-, m- und p-Äthylanflln, o-, m- und p-Isopropylanilin, p-tert-Butylanilin, 2,4-Dimethylanilin, 2-MethyI-6-älhyIaniIin.

Fener seien beispielsweise genannt o-, m- und p-Methoxyaniliit, o-, m- und p-Chloranilin, p-Nitroanilin, p-Phenylaniiin, 4-Aminodiphenyläther.

Die andere Ausgangsverbindung, Schwefelkohlenstoff, sollte wenigstens in der stöchiometrisch erforderlichen Menge von 0.5 MoI je Mol Anilin der Formel (II) eingesetzt werdet im allgemeinen verwendet man 0.5 bis 5,0, bevorzugt 0,6 bis 2,0, insbesondere 0,75 bis 1,25 Mol Schwefelkohlenstoff je Mol Anilin der Formel (II).

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Umsetzung in einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel bei erhöhter Temperatur durchgeführt

Als Lösungs- oder Verdünnungsmittel können Wasser und/oder niedere aliphatische Alkohole, bevorzugt mit bis zu 3 Kohlenstoffatomen, Venyendung finden.

Als solche seien beispielsweise genannt: Methanol, Äthanol, Propanol und Isopropanol; jedoch wird Wasser als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel bevorzugt

Es ist auch möglich, atdere bekannte inerte organische Lösungs- und Verdünnung mittel, gegebenenfalls im Gemisch mit Wasser zu verwenden, z. B. höhere Alkohole wie Amylalkohol, offene und cyclische aliphatische Äther wie Tetrahydrofuran oder niedere aliphatische Säureamide wie Dimethylformamid; jedoch ist ihre Verwendung aus wirtschaftlichen Erwägungen oder wegen größeren Aufwandes zur Isolierung des Reaktionsproduktes im allgemeinen weniger zweckmäßig.

Im allgemeinen wird die Umsetzung bei 45 bis 100° C durchgeführt, obwohl auch außerhalb dieses Temperaturbereichs gearbeitet werden kann.

Jedoch nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit mit tieferen Temperaturen ab, während bei höheren Temperaturen die Gefahr besteht, daß der Zündpunkt des Schwefelkohlenstoffs erreicht wird.

Bevorzugt wird die Reaktionstemperatur im Bereich von 70 bis 90° C gewählt f

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Normaldruck als auch bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Für das Arbeiten bei erhöhtem Druck kommt der Druckbereich bis etwa 10 bar, bevorzugt bis 43 bar, in Frage.

Die Menge Schwefel, die dem Reaktionsgemisch zugesetzt wird, beträgt 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Anilin der Formel (U)L

Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Zusatz von Alkalicarbonat, Alkaiihydrogencarbonat, Erdalkalicarbonat, Alkaliborat und/oder Alkali- oder Erdalkalisalze schwacher organischer Säuren mit bis zu 20, bevorzugt bis zu 6, besonders bevorzugt bis zu 3, Kohlenstoffatomen im Reaktionsgemicrh.

Als Alkalicarbonate, Alkalihydrogencarboiiate, Alkaliborate und Erdalkalicarbonate seien bevorzugt genannt: Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat und Natriumborat, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat und Kaliumborat, Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat Selbstverständlich können auch die Carbonate, Hydrogencarbonate und Borate der weiteren Alkalimetalle Lithium, Rubidium und Cäsium sowie die Carbonate der Erdalkalimetalle Beryllium, Su ;>ntium und Barium verwendet werden.

Besonders sei noch darauf hingewiesen, daß auch Ammoniumcarbonat verwendet werden kann, das strenggenommen nicht zu den Alkalicarbonaten gehört Bevorzugt wird zweckmäßigerweise Soda eingesetzt Als Alkali- oder Erdalkalisalze schwacher organischer Säuren seien bevorzugt genannt: Natriumformiat Natriumacetat, Natriumpropionat, Natriumbutylat, Natriumcapronat, Natriumpalmitat Natriumstearat sowie die entsprechenden Lithium-. Kalium-, Rubidium-,

Cäsium-, Magnesium-, Strontium- und Bariumsalze.

Die Menge an Hydrogencarbonat Carbonat, Borat und/oder den Salzen schwacher organischer Säuren beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 und insbesondere 0,5 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Anilin der Formel (H).

Hierbei ist es im allgemeinen weniger entscheidend, wieviel Carbonat Bicarbonat, Borat und/oder den Salzen schwacher organischer Säuren zugegeben wird, sondern die Menge sollte so bemessen werden, daß der

jo pH-Wert des Reaktionsgemisches etwa beim Neutralpunkt oder im schwach sauren Bereich etwa zwischen 5,0 und 8,0, bevorzugt zwischen 6,0 und 7,5, liegt

Dabei ist es überraschend, daß es gerade nicht zweckmäßig oder notwendig ist, die Reaktion im stark

)5 alkalischen Bereich durchzuführen, wie dies nach dem Stand der Technik durch Zugabe von Natronlauge üblich ist Im Gegenteil hat sich gezeigt daß im stark alkalischen Bereich die Reaktionsgeschwindigkeit wieder abnimmt und man farblich verunreinigte Verfahrensprodukte erhält

Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß man Lösungsmittel, bevorzugt Wasser, das Anilin der Formel (II), Schwefel und das Carbonat Bicarbonat, Borat und/oder die Salze schwacher organischer Säuren vorlegt das Gemisch auf die gewählte Reaktionstemperatur erhitzt und Schwefelkohlenstoff so zugibt daß der im Reaktionsgemisch befindliche Schwefelkohlenstoff stets unter leichtem Rückfluß siedet Nach Zusatz des Schwefelkohlenstoffs läßt man bei gleicher Temperatur nachreagieren, bis alles Anilin umgesetzt ist

Anschließend wird das Reaktionsgemisch in üblicher Weise aufgearbeitet Zum Beispiel kann man nach dem Abkühlen den ausgefallenen Thioharnstoff abfiltrieren und zur Reinigung mit Wasser waschen.

Selbstverständlich ist es möglich, den erhaltenen Thioharnstoff in üblicher Weise, z. B. durch Umkristallisieren, weiter zu reinigen, jedoch ist dies im allgemeinen nicht notwendig, da man ein Produkt hoher Reinheit erhält, das auch farblich nicht verunreinigt ist.

Die nach dem Abfiltrieren des Thioharnstoffs erhaltene Mutterlauge kann in einem weiteren Ansatz als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel verwendet werden. Dadurch wird eine Belastung des Abwassers vermieden und gegebenenfalls nicht vollständig umgesetztes Anilin und Schwefelkohlenstoff zurückgewonnen.

DementsDrechend läßt sich das erfinduneseemäße

Verfahren auch vorteilhaft kontinuierlich durchführen, wobei man entsprechend der zugeführten Menge Anilin und Schwefelkohlenstoff einen Teil des Reaktionsmediums abzieht, den gebildeten Thioharnstoff abscheidet und isoliert und das restliche Reaktionsmedium nach Zusatz der verbrauchten Menge Schwefel, Carbonat, Bicarbonat, Borat und/oder Salz schwacher organischer Säuren in den Reaktions^raum zurückführt

Die symmetrischen aromatischen Thioharnstoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können, sind wertvolle organische Zwischenprodukte. Sie finden unter anderem Verwendung als Stabilisatoren für Polyäthylen und als Beschleuniger für Chloroprenkautschuk (Bayer, Handbuch für die Gummiindustrie [1970], Seite 340 - 344).

Beispiel 1

Zu einem Gemisch aus 500 ml Wasser, 93 g (1 Mol) Anilin, 1 g Schwefel und 1 g Soda werden bei 80° C in 1,5 Stunden 60 ml (76 g, IMoI) Schwefelkohlenstoff zugegeben. Anschließend wurde noch 3,5 Stunden bei gleicher Temperatur unter Rückfluß nach-jerühru

Der pH-Wert des Reaktionsgemisches betrug zwischen 7,4 zu Beginn und 6,8 am Ende der Reaktion.

Anschließend wurde das Reaktionsgemisch abgekühlt, der ausgefallene Thioharnstoff abgesaugt und 3mal mit je 100 ml Wasser gewaschen und anschließend im Vakuum bei 80⁰C getrocknet.

Die Ausbeute betrug 113,2 g (99,4% der Theorie) Diphenylthioharnstoff von rein weißer Farbe; Schmelzpunkt 154 bis 156° C.

Beispiel 2
(Vergleichsbeispiel)

Es wurde in gleicher Weise gearbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch keine Soda zugesetzt.

Der pH-Wert des Reaktionsgemisches lag zu Beginn bei 53 und am Ende der Reaktionszeit bei 6,4. Nach Aufarbeitung wie im Beispiel 1 beschrieben wurden nur 105,7 g (92,7% der Theorie) Diphenylthioharnstoff vom gleichen Schmelzpunkt erhalten.

Beispiel 3
(Vergleichsbeispiel)

Zu 500 ml Wasser, 93 g Anilin und 1 g Schwefel wurden bei 80⁰C in 1,5 Stunden 60 ml Schwefelkohlenstoff eingetragen. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches wurde durch Zugabe von Natronlauge zwischen 6,8 und 7,2 gehalten.

Nachdem das Reaktionsgemisch anschließend noch 3,5 Stunden unter Rückfluß bei einer Temperatur von 80⁰C gehalten worden war, wurde nach dem Abkühlen der gebildete Diphenylthioharnstoff in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise isoliert.

Die Ausbeute betrug nur 102,2 g (89,3% der Theorie) Diphenylthioharnstoff mit einem Schmelzpunkt von 150 bis 153° C.

Beispiel 4

107 g o-Toluidin, 500 ml Wasser, 1 g Schwefel und 1 g Kaliumcarbonat wurden bei 80° C in 1,5 Stunden mit 60 ml Schwefelkohlenstoff versetzt. Anschließend wurde 3^ Stunden bei 80° C unter Rückfluß gehalten. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches lag zwischen 7,4 zu Beginn und 6,4 am Ende der Reaktionszeit.

Anschließend wurde das Reaktionsgemisch abge

kühlt, der ausgefallene Thioharnstoff abgesaugt und 3mal mit je 200 ml Wasser gewaschen.

Die Ausbeute betrug 126,6 g (98,9% der Theorie) Di-o-tolylthioharnstoff von reinweißer Farbe mit einem Schmelzpunkt von 164 bis 165°C

Beispiel 5
(Vergleichsbeispiel)

ίο 107 g o-Toluidin, 50OmI Wasser und 1 g Schwefel wurden bei 80°C in 13 Stunden mit 60 ml Schwsfelkohlenstoff versetzt, anschließend wurde das Reaktionsgemisch noch 143 Stunden bei 80"C gehalten.

Der pH-Wert des Reaktionsgemisches stieg während der Reaktionszeit von 4,6 auf 5,6 an.

Die Ausbeute betrug 123,4 g (96,4% der Theorie) Di-o-tolylthioharnstoff vom Schmelzpunkt 164 bis 166° C

Beispiel 6

(VergieichsbeispH)

93 g Anilin, 500 ml Wasser, 1 g Schwefel und 10 g Soda wurden bei 80° C in 13 Stunden mit 60 ml Schwefelkohlenstoff versetzt und anschließend noch 33 Stunden bei dieser Temperatur gehalten.

Der ursprüngliche pH-Wert des Reaktionsgemisches betrug 83 und sank während der Reaktionszeit auf 7,4.

Nach beendeter Reaktion und Aufarbeitung des Reaktionsgemisches wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 104,1 g (91,6% der Theorie) Diphenylthioharnstoff von hellbrauner Farbe mit einem Schmelzpunkt von 152 bis 154° C erhalten.

Beispiel 7

93 g Anilin, 500 mi Isopropanol, 1 g Schwefel und 1 g Soda wurden bei 80⁰C in VU Stunden mit 60 ml Schwefelkohlenstoff versetzt und noch 3V< Stunden unter Rückfluß bei gleicher Temperatur gehalten. Der ursprüngliche pH-Wert des Reaktionsgemisches von 8,1 war am Ende der Reaktionszeit auf 6,4 zurückgegangen.

Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wurde

der ausgefallene Thioharnstoff abgesaugt und 3mal mit je 200 ml Wasser gewaschen. Die erhaltenen Filtrate wurden auf ein Volumen von etwa -Ή) ml eingeengt und mit 50 ml Wasser versetzt, wobei weiterer, ursprünglich im Isopropanol gelöst gebliebener Thioharnstoff ausfiel, der ebenfalls abgesaugt und mit Wasser gewaschen wurde.

Die Gesamtausbeute nach dem Trocknen im Vakuum bei 80⁰C betrug 110,2 g (96,7% der Theorie) Diphenylthioharnstoff vom Schmelzpunkt 156 bis 157° C.

Beispiel 8

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet mit dem einzigen Unterschied, daß anstelle von 1 g Soda 1 g Natriumbicarbonat verwendet wurde.

Der pH-Wert des Reaktionsgemisches nahm in der bo Reaktionszeit von 7,4 auf 6,6 ab.

Die Ausbeute betrug 112 g (98,7% der Theorie) Diphenylthioharnstoff.

Beispiel 9

Es wurde w'e im Beispiel 1 gearbeitet, jedoch bei einer Reaktionstemperatur von 70⁰C mit einer Reaktionszeit von 10 Stunden anstelle von 80°C und 5 Stunden.

Die Ausbeute betrug 112,1g (98,4% der Theorie) Diphenyl thioharnstoff.

Beispiel 10

Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet, jedoch bei einer Temperatur von 90⁰C mit einer Reaktionszeit von 2,5 Stunden anstelle von 80⁰C und 5 Stunden.

Die Ausbeute betrug 112,5 g (98,7% der Theorie) Diphenylthioharnstoff vom Schmelzpunkt 156 bis 157⁰C.

Beispiel Il

135 g (1 Mol) 2 Athyl-6-methylar.iiin. 500 ml Wasser. I g Schwefel und I g Soda wurden auf 80° C erwärm! und in 2 Stunden mit 60 ml Schwefelkohlenstoff versetzt. Anschließend wurde 8 Stunden unter Rückfluß gehalten, dann abgekühlt, der ausgefallene Thioharn-Stoff sbfi'.tri?!"¹., ^CTCWHSCh^n lind t*plrr»rlcnf»t

Während der Reaktionszeit sank der piH-Wcrt von ursprünglich 7.4 aut 6.4.

Die Ausbeute betrug 153.6 g (98.4% der Theorie) 2.2'- Diä thy I -6.6'-dimethyl-di phenyl thioharnstoff vom Schmelzpunkt 172 bis 174" C.

Beispiel 12

500 ml Wasser. 4 g p-tert.-Butylanilin, I g Schwefel und I g Soda wurden bei 80°C in 2 Stunden mit 60 ml Schwefelkohlenstoff versetzt und 3 Stunden bei dieser Temperatur unter Rückfluß gehalten. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches sank von ursprünglich 7,6 auf 6,4.

Nach dem Abkühlen wurde der ausgefallene Thioharnstoff abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet.

Die Ausbeute betrug 168,2 g (9d,9% der Theorie) 4.4'-Di-tert.-butyl-diphenyIthioharnstoff; Schmelzpunkt 174 bis 176'C.

Beispiel 13

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben verfahren mit der Änderung, daß anstelle von 1 g Soda 1 g Ammoniumcarbonat verwendet wurde.

Der pH-Wert des Reaktionsgemisches sank während der Reaktionszeit von ursprünglich 6,9 auf 6,4.

Die Ausbeute betrug 111,5 g (98,0% der Theorie) D'phenylthiohamstoff.

Beispiel 14

Es wurde wie im Beispiel I verfahren, jedoch mit der Abänderung, daß anstelle von 1 g Soda 1 g Calciumcarbonat verwendet wurde.

Während der Reaktionszeit sank der pH-Wert von

6.6 auf 6,2.

Die Ausbeute betrug 112,3 g (9H,5% der Theorie) Diphenylthioharnstoff.

Beispiel 15

Es wurde wie im Beispiel 1 verfahren, jedoch mit der Abänderung, daß anstelle von I g Soda I g Natriumformiat verwendet wurde.

Während der Reaktionszeit stieg der pH-Wert von 6.5 auf 6.8.

Die Ausbeute betrug 111,6 g (97,9% der Theorie) Diphenylthioharnstoff.

Beispiel 16

Es wurde wie im Beispiel I verfahren, jedoch mit der Abänderung, daß anstelle von I g Soda 1 g Natnumborat verwende! wurde.

Der pH-Wert lag zwischen 5,9 und 6,1.

Die Ausbeute betrug 111,0 g (97,4% der Theorie) Diphenylthioharnstoff.

Beispiel 17

Zu einem Gemisch aus 500 ml Wasser, 141,5 g(1 Mol) 3-Chlor-4-methylanilin. I g Schwefel und 1 g Soda wurden bei 80^rC innerhalb 1,5 Stunden 60 ml Schwefelkohlenstoff zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde 3,5 Stunden rückflußgekocht. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches stieg dabei von 6.4 auf 7,5 an. Nach Aufarbeitung erhielt man 161,7 g (99.5% der Theorie) des entsprechenden Thioharnstoffe. Der Schmelzpunkt betrug 159 bis 16TC.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von N,N'-Diphenylthioharnstoffen der allgemeinen Formel

in der

R¹ und R² gleich oder verschieden sind und Halogen, die Nitrogruppe, Alkyl-, Alkoxy-, Phenyl- oder Phenoxy-Reste bedeuten, die in o-, m- oder p-Stellung zueinander ■ und zur Aminogruppe stehen können, und

r und s gleich oder verschieden sind und eine der Zahlen 0 oder 1 bedeuten,

durch Umsetzung entsprechender Aniline mit Schwefelkohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man Aniline der allgemeinen Formel