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Verfahren zur Herstellung von N-(l-Formylamido-2,2,2-
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-trichloräthyl)-morpholin Unter den bisher beschriebenen Verbindungen
der allgemeinen Formel
befinden sich zwei, die fungizide Wirkstoffe sind, nämlich Triforine
(DE-OS 19 01 421) und Trimorfamid
(DE-OS 24 39 610) Die Herstellung von Verbindungen der Formel I hat erstmals F.
Feist in Chem. Ber. 47, 1173 (1914) beschrieben.
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Eine weitere Reihe von Beispielen lieferte H. Böhme u.a.
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in Arch. d. Pharm. 66, 307 (1961).
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Beide Autoren verwendeten als Ausgangsmaterial 1,2,2,2--Tetrachloräthylformamid,
das in allen Fällen in wasser-
freiem Medium mit dem entsprechenden
Amin umgesetzt wurde.
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In weiterer Literatur (DE-OS 19 01 421 und 19 46 112) wird die Umsetzung
vorwiegend in organischem Medium beschrieben.
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Es wurde nun gefunden, daß man Trimorfamid mit verbesserter Ausbeute
erhält, wenn man Tetrachloräthylformamid mit Morpholin bei Temperaturen von -2 bis
etwa 600C im pH-Bereich 3 bis 14 in einem Zweiphasensystem umsetzt, von dem die
eine Phase Wasser ist.
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Dieses Ergebnis ist überraschend und war nicht vorauszusehen, weil
die erwähnten Autoren das Ausgangsmaterial Tetrachloräthylformamid als eine sehr
unbeständige und leicht hydrolisierbare Verbindung beschreiben.
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So nennt F. Feist auf S. 1177 loc.cit. Tetrachloräthylformamid sehr
unbeständig und nach kurzer Zeit vollkommen zersetzt, auf S. 1180 überaus zersetzlich.
-auf der gleichen Seite wird erwähnt, daß sich das eine Chloratom (in 1-Stellung)
mit n/10 Kalilauge "scharf" titrieren läßt, was für den Fachmann bedeutet, daß es
leicht hydrolysierbar ist.
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H. Böhme berichtet auf S. 307 loc.cit., daß Tetrachloräthylformamid
durch das reaktionsfähige Chloratom in erstellung charakterisiert ist, welches leicht
der Hydrolyse unterliegt. Auch die homologe Verbindung mit einer CH2-Gruppe mehr
im Molekül, das 1,2,2,3-Tetrachlorpropylformamid der nachstehenden Formel
wird im Journ. f. prakt. Chemie Bd. 316, S. 63 (1974) von H. Zimmer u.a. beschrieben,
und zwar soll das Chlor in 1-Stellung sehr reaktionsfähig und besonders empfindsich
gegen
Wasser sein, so daß z.B. die Luftfeuchtigkeit ausreicht, um eine Hydrolyse zu verursachen.
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Bei dieser Empfindlichkeit des Tetrachloräthylformamid gegenüber Wasser
war es nicht zu erwarten, daß die Umsetzung mit Morpholin in einem Zweiphasensystem
ohne merkliche Hydrolyse möglich sein würde und dabei die Ausbeute gegenüber Literaturangaben
noch erheblich gesteigert wird, mit 96 bis 97 % d.Th. praktisch quantitativ. Zudem
ist die Reinheit der so erhaltenen Verbindung sehr hoch.
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Als organische Phase in dem Zweiphasensystem eignen sich praktisch
alle Lösungsmittel, die in Wasser nicht oder nur wenig löslich sind und die eine
gewisse Löslichkeit für Tetrachloräthylformamid besitzen, z.B. aromatische Kohlenwasserstoffe
und chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Cumol,
Chlorbenzol, Dichlorbenzol, oder Nitrobenzol, außerdem aliphatische Verbindungen,
wie Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Essigester, Isobutylacetat,
Diäthyläther, Anisol, Acetophenon, Cyclohexan. Auch Gemische solcher Lösungsmittel
können verwendet werden.
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Die Reaktionstemperatur liegt zwischen -2 und etwa 600C, vorteilhaft
zwischen 0 und 300C, bevorzugt zwischen 20 und 0 25 C. Da die Reaktion exotherm
ist, ist es zweckmäßig, durch Kühlung für die Einhaltung der vorgesehenen Temperatur
zu sorgen.
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Vorteilhaft innerhalb des gekennzeichneten pH-Bereiches von 3 bis
14 ist der neutrale bis alkalische pH-Bereich, insbesondere der zwischen 8 und 10,
bevorzugt zwischen 8,5 und 9. Wenn man das Morpholin vorlegt, genügt es, den pH-Bereich
gewünschtenfalls erst zu regeln, wenn etwa die Hälfte des Morpholins durch Umsetzung
verbraucht ist. Bis
dahin stellt sich der pH-Wert durch das freie
Morpholin ein. Zur Regelung kann man alkalische Verbindungen benutzen, z.B. Natronlauge,
Natriumcarbonat, Natriumacetat, Kalilauge, Kaliumcarbonat. Es ist zweckmäßig, auf
diese Weise den pH-Bereich im Verlauf der Umsetzung auf höher als pH 7 einzustellen
und zu halten.
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Für eine wirtschaftliche Ausnutzung der Reaktionspartner ist es zweckmäßig,
das Molverhältnis von Tetrachloråthylformamid : Morpholin zwischen 0,5 : 1 und 2
: 1 zu wählen, vorteilhaft zwischen 0,8 : 1 rund 1,2 : 1, bevorzugt bei 0,95 : 1
bis 0,98 : 1.
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Das Tetrachloräthylformamid kann dem Reaktionsansatz in fester Form
als Suspension oder, wegen der leichteren Handhabung, als Lösung zugesetzt werden.
Wenn man ein Lösungsmittel verwendet, in dem sich Tetrachloräthylformamid schwer
oder nicht vollständig löst, kann es vorteilhaft sein, die Lösung auf erhöhter Temperatur
zu halten.
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Es ist nicht erforderlich, reine Ausgangsstoffe zu benutzen. Man kann
auch z.B. ein ungereinigtes Tetrachloräthylformamid einsetzen, das man durch Chlorierung
von Chloralformamid mit Thionylchlorid erhalten hat, ohne daß Ausbeute oder Reinheit
der erhaltenen Verbindung merklich sinken.
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Die Ausbeute liegt normalerweise bei 90 %, kann Jedoch mit Hilfe eines
Phasentransferkatalysators bis auf 97 % gesteigert werden. Geeignete Katalysatoren
sind die gebräuchlichen Oniumverbindungen, bevorzugt quaternäre Ammoniumverbindungen,
wie Tetraäthylammoniumbromid, Triäthylbenzylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat.
Man verwendet sie im allgemeinen in üblichen Mengen, nämlich 0,1 bis 50 Molprozent,
bezogen auf Morpholin.
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Die Reaktionszeit ist verhältnismäßig kurz, da die Umsetzung glatt
und rasch verläuft. Sie liegt im Bereich vom 5 bis 180 Minuten, im allgemeinen bei
30 Minuten.
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Das Ende der Umsetzung kann man leicht daran erkennen, daß der pH-Wert
im gewünschten Bereich ohne Zugabe weiterer Base konstant bleibt.
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Das Verfahren dieser Verbindung kann z.B. folgendermaßen ausgeführt
werden: Morpholin, gegebenenfalls ein Teil des Lösungsmittels und Wasser, gegebenenfalls
zusätzlich ein Phasentransferkatalysator, werden vorgelegt und das Tetrachloräthylformamid
in fester Form, als Suspension in einem Lösungsmittel oder gelöst in einem Lösungsmittel
zugegeben. Durch Zugabe einer Base, am wirtschaftlichsten Natronlauge, wird der
pH-Wert während der Reaktion im leicht alkalischen Bereich gehalten, wobei der pH-Wert
am einfachsten mit einer pH-Elektrode kontrolliert werden kann. Nach dem Ende der
Reaktion werden bei Verwendung eines Lösungsmlttels, das Trimorfamid unter den Reaktionsbedingungen
vollständig löst, die Phasen getrennt und das Lösungsmittel durch Destillation von
Trimorfamid abgetrennt. Bei Verwendung eines Lösungsmittels, welches das entstandene
Trimorfamid nur teilweise gelöst hat, wird die entstandene Suspension mit einer
der üblichen Isolierungsvorrichtungen, wie Filter oder Schleuder, in Feststoff und
Filtrat getrennt.
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Im Filtrat werden die Phasen getrennt, und die organische Phase wird
gegebenenfalls ebenfalls zur Isolierung aufgearbeitet. Eine zusätzliche Extraktion
der wässrigen Phase erübrigt sich in der Regel, da Trimorfamid in Wasser sehr schwer
löslich ist.
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In einer bevorzugten Form des Verfahrens, die besonders wirtschaftlich
ist, rührt man zunächst Chloral und Formamid
mehrere Stunden in
Toluol bei erhöhter Temperatur und setzt ohne Isolierung des entstandenen Chloralformamids
Thionylchlorid zu. Man rührt wieder einige Stunden bei erhöhter Temperatur und erhitzt
zur Entfernung von überschüssigem Thionylchlorid die Reaktionslösung unter vermindertem
Druck, bis etwa ein zwanzigstel des Volumens abdestilliert ist.
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Die so erhaltene Lösung läßt man in eine wäßrige Lösung von Morpholin
einlaufen, wobei durch Zugabe von Natronlauge dafür gesorgt wird, daß der anfangs
bei 11,4 gelegene pH-Wert nicht unter 8,5 fällt. Man erhält so mit hoher Wirtschaftlichkeit
Trimorfamid mit einer Gesamtausbeute, bezogen auf eingesetztes Formamid, von 88
%.
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In den folgenden Beispielen verhalten sich Volumenteile zu Gewichtsteilen
wie Liter zu Kilogramm.
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Beispiel 1 In einem Rührbehälter, der mit einer pH-Elektrode ausgerüstet
ist, werden 90 Gewichtsteile Morpholin, 3 Gewichtsteile Tetraäthylammoniumbromid
50 Volumenteile Toluol und 1000 Volumenteile Wasser vorgelegt.
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Aus einer Vorlage lßt man im Laufe von 30 Minuten eine auf 0 50 C
gehaltene Lösung von 211 Gewichtsteilen Tetrachloräthylformamid in 350 Volumenteilen
Toluol zulaufen, wobei man durch Kühlung die Temperatur bei 20 bis 25 0C und durch
Zugabe von Natronlauge (25 Zig) den pH-Wert bei 8,5 hält.
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'Nach 30 Minuten Nachrührzeit saugt man die erhaltene Suspension ab,
wäscht mit Wasser chloridfrei und erhält nach dem Trocknen 254 Gewichtsteile Trimorfamid,
das dünnschichtchromatographisch einheitlich ist und einen Schmelzpunkt von 113,50C
besitzt. Das entspricht einer Ausbeute von 97 % der Theorie, bezogen auf Tetrachloräthylformamid.
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Beispiel 2 Führt man die Umsetzung von Beispiel 1 ohne den Zusatz
von Phasentransferkatalysatoren aus, beträgt die Ausbeute 88 %.
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Beispiel 3 Führt man die Umsetzung von Beispiel 1 in der Form aus,
daß man auf das Toluol verzichtet, d.h. kein Toluol mit vorlegt, und das Tetrachloräthylformamid
als Pulver einträgt, beträgt die Ausbeute 55 %. Damit wird der Vorteil des Zweiphasensystems
besonders deutlich.