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Verfahren zur Herstellung von quartären Ammoniumverbindungen der polycyclischen
Reihe Der Erfindung liegt die neue und überraschende Erkenntnis zugrunde, daß aromatische
Verbindungen mit mindestens drei kondensierten Ringen, welche quartäre Aminogruppen
in Seitenketten tragen, gut wasserlöslich sind und wertvolle desinfizierende Eigenschaften
entfalten. In vielen Fällen schäumen ihre wäßrigen Lösungen; manche von ihnen gelieren
beim Erkalten. Sie zeigen oft ausgesprochene Fluoreszenzeigenschaften, zumal im
UV-Licht. Die neuen quartären Verbindungen eignen sich als Textilhilfsmittel und
als pharmazeutisch wirksame Körper, vor allem als Bakterien abtötende und das Bakterienwachstum
stark hemmende Verbindungen mit oft stark spezifischen Eigenschaften. Als aromatische
Verbindungen mit mindestens drei kondensierten Ringen seien genannt: Anthrazen,
Fluoren, Phenanthren, Benzophenanthren, Anthrachinon, Benzanthron, Pyren, Benzpyren,
Chrysen, Perylen, Reten und Picen. Diese Ringsysteme können durchAlkylgruppen, Halogene
oder beliebige andere Reste substituiert sein. Die quartäre Aminogruppe sitzt vorzugsweise
in einer aliphatischen Seitenkette, die durch Heteroatome oder Heteroatomgruppen
unterbrochen und mit der polycyclischen Verbindung auf verschiedenste
Weise,
beispielsweise über eine Säureamid-, Urethan= oder eine Hamstoffgruppe, verbunden
sein kann.
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Auf Grund der angegebenen Konstitution ergeben sich ohne weiteres
die verschiedenen für die Herstellung der neuen Verbindungen geeigneten Möglichkeiten.
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Zunächst kann man von solchen aromatischen Verbindungen mit mindestens
drei kondensierten Ringen ausgehen, welche bereits tertiäre Aminogruppen tragen,
und diese in quartäre Ammoniumverbindungen überführen. Die Herstellung der als Ausgangsmaterialien
dienenden polycyclischen Verbindungen mit tertiären Aminogruppen kann beispielsweise
in der Art erfolgen, daß man Carbonsäuren oder Sulfosäuren der polycyclischen Verbindungen
als Ester oder Säurechloride mit Diaminoverbindungen umsetzt, deren eine Aminogruppe
primär oder sekundär ist, während die andere Aminogruppe tertiär ist. Geeignete
Diaminoverbindungen sind beispielsweise 3-Aminodimethylanilin, 4-Aminodiäthylanilin,
i-Amino-3-dimethylamino-propan, N-(Aminopropyl)-piperidin öder N-(Aminopropyl)-pyrrolidin.
An Stelle von Carbonsäuren oder Sulfosäüren der polycyclischen Verbindungen können
auch Isocyansäureester oder Isothiocyansäureester derselben für die Verknüpfung
mit den Diaminoverbindungen benutzt werden. In diesen Fällen können die Diaminoverbindungen
auch durch Oxyverbindungen tertiärer Aminoverbindungen ersetzt werden, da Isocyansäure-
und Isothiocyansäureester auch mit Oxygruppen leicht reagieren. Eine andere Möglichkeit
zur Herstellung der für diese Ausführungsform benötigten Ausgangsmaterialien besteht
darin, daß man Aminogruppen- oder evtl. hydroxylgruppenhaltige polycyclische Verbindungen
mit Verbindungen umsetzt, welche neben Säurechlorid-, Säureanhydrid-, Isocyanat-
oder Isothiocyanatgruppen noch Halogenatome enthalten. Wenn dann Umsetzung zwischen
der Amino- bzw. Oxygruppe und den stark reaktionsfähigen Säurechlorid-, Isocyanat-
u. dgl. Gruppen unter Verknüpfung eingetreten ist, kann das verbliebene bewegliche
Halogenatom gegen eine sekundäre Base ausgetauscht werden. Für die Überführung der
tertiären Aminogruppen in quartäre Ammoniumgruppen können die üblichen Mittel, beispielsweise
Chlormethyl, Bromäthyl, Jodäthyl, Benzylcblorid, Allylbromid, Dimethylsulfat u.
dgl., benutzt werden.
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Eine andere Möglichkeit zur Herstellung der neuen Verbindungen mit
den obengenannten Eigenschaften besteht darin, daß man tertiäre Basen mit solchen
aromatischen Verbindungen mit mindestens drei kondensierten Ringen umsetzt, welche
in Seitenketten wenigstens ein bewegliches Halogenatom enthalten. In diesem Fall
dienen also die halogenhaltigen polycyclischen Verbindungen dazu, die tertiäre Aminogruppe
quartär zu machen. Halogenhaltige Derivate der genannten polycyclischen Verbindungen,
welche für diese Zwecke geeignet sind, können beispielsweise gemäß den Ausführungen
des vorstehenden Absatzes durch Einwirkung von halogenhaltigen aliphatischen Verbindungen
mit Säurechlorid-, Säureanhydrid-, Isocyanat- oder Isothiocyanatgruppen auf Amino-oder
Oxyderivate der genannten polycyclischen Verbindungen hergestellt werden.- In den
vorstehend genannten Verbindungen können die Halogenatome durch eine Hydroxylgruppe
ersetzt sein, die mit Schwefelsäure oder einer organischen Sulfonsäure, z. B. Benzolsulfonsäure
oder Toluolsulfonsäure, verestert ist. Als tertiäre Basen, welche für diese Ausführungsform
geeignet sind, seien beispielsweise Trimethylamin, Triäthylamin, Triäthanolamin,
Dimethylanilin, Pyridin, Chinolin und deren Homologen genannt.
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Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und insbesondere
die an erster Stelle erwähnte verlaufen besonders glatt, wenn man als Medium für
die Umsetzung einen Ester eines Glykolmonoalkyläthers verwendet, z. B. das Qlykolmonomethyläther-acetat,
da sich die gebildeten quartären Verbindungen aus diesem Medium gut kristallin abscheiden.
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Als dritte Möglichkeit zur Herstellung der neuen Verbindungen sei
die Ausführungsform genannt, daß man aromatische Verbindungen mit mindestens drei
kondensierten Ringen mit Verbindungen umsetzt, die quartäre Aminogruppen enthalten,
wobei beide Ausgangsmaterialien Substituenten enthalten, die sie zu einer doppelten
Umsetzung befähigen, z. B. Halogenatome im einen Fall und primäre oder sekundäre
Aminogruppen im anderen Fall. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Verknüpfung
durch Zwischenglieder beispielsweise mit Hilfe von Cyanurchlorid oder Phosgen erfolgen.
Beispiel i Das i-(3'-Pyrenoyl)-amino-3-dimethylamino-propan vom Schmelzpunkt
103 bis io6° (sintert bei g5°), hergestellt aus 3-Pyrencarbonsäurechlorid
und i-Amino-3-dimethylamino-propan, wird quartär gemacht: a) durch Jodäthyl: 4,o
Gewichtsteile i-(3'-Pyrenoyl)-amino-3-dimethylamino-propan werden bei 40° in wenig
Glykolmonomethyläther-acetat gelöst. Man erhitzt die Lösung mit 1,9 Gewichtsteilen
Äthyljodid 15 Minuten im Bombenrohr auf i3o bis 14o°, dekantiert vom ausgeschiedenen
Öl ab, löst letzteres in wenig heißem Alkohol, filtriert und läßt auskristallisieren;
gelbe, gut wasserlösliche Kristalle vom F. 16o°. Ausbeute 4,8 Gewichtsteile.
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b) durch Benzylchlorid: io,o Gewichtsteile i-(3'-Pyrenoyl)-amino-3-dimethylamino-propan
werden in 5o Teilen Benzylchlorid 24 Stunden auf iio° erhitzt. Das Reaktionsprodukt
wird in Zoo Teile Wasser gegossen und durch Wasserdampf das überschüssige Benzylchlorid
abgeblasen; dann klärt man die wäßrige Lösung mit Tierkohle und dampft sie im Vakuum
ein; gelbes, gut wasserlösliches Öl, das nach einiger Zeit kristallin wird. F. 213°,
Ausbeute 12,7 Gewichtsteile. Beispiel 2 6 Gewichtsteile des i-(3'-Pyrenoyl)-aminopropyl-(3)-pyrrolidins
werden in 4o Gewichtsteilen Glykolmonomethyläther-acetat gelöst und mit 3 Gewichtsteilen
frisch destilliertem Dimethylsulfat versetzt. Die Anlagerung des Dimethylsulfats
erfolgt spontan
unter Erwärmung; es bilden sich zwei Schichten.
Man beendet die Reaktion durch istündiges Erwärmen auf dem Wasserbad. Das harzige
Reaktionsprodukt wird von der Mutterlauge durch Dekantieren getrennt. Man erhält
das quarternäre Ammoniumsalz als helles, gut wasserlösliches Harz in einer Ausbeute
von 9 5 Gewichtsteilen. Ersetzt man unter sonst gleichen Bedingungen die 3 Gewichtsteile
Dimethylsulfat durch 4 Gewichtsteile 4-Chlorbenzylchlorid und erhitzt die Komponenten
i Stunde zum Sieden, so erhält man das Chlorid der analogen 4-Chlorbenzylverbindung
als zähes Harz, das sich leicht in Wasser löst. Die wäßrigen Lösungen fluoreszieren,
namentlich im Ultraviolett, stark violett. Man kann die Umsetzung mit 4-Chlorbenzylchlorid
auch in Toluol vornehmen.
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Das i-(,'-Pyrenoyl)-aminopropyl-(3)-pyrrolidinwird erhalten durch
Kondensation von i-Aminopropyl-(3)-pyrrolidin mit Pyren-3-carbonsäurechlorid; F.
des Hydrochlorids 247 bis 248°. Beispiel 3 40,3 Gewichtsteile i-(3'-Pyrensulfonyl)-amino-3-dimethylamino-propan
werden in 25o Gewichtsteilen Glykolmonomethyläther-acetat mit 2o Gewichtsteilen
4-Chlorbenzylchlorid 2 Stunden auf dem Wasserbad unter Rühren auf 8o bis 9o° erwärmt;
das gelbliche Anlagerungsprodukt scheidet sich reichlich kristallin aus, F. 2o6
bis 207°. Es ist klar löslich in Wasser. Die Lösung fluoresziert gelbgrün; die wäßrige
Lösung wird durch Elektrolyte sehr leicht gefällt.
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Das i-(3'-Pyrensulfonyl)-amino-3-dimethylaminopropan wird erhalten
durch Acylierung von 1 Amino-3-dimethylamino-propan mit Pyren-3-sulfochlorid (F.
167'); das Kondensationsprodukt schmilzt bei 165°. Beispiel 4 9,2 Gewichtsteile
i-(y-Pyrenyl-3'-butyryl)-amino-3-dimethylamino-propan werden in Zoo Gewichtsteilen
Glykolmonomethyläther-acetat mit 5 Ge«,dchtsteilen 4-Chlorbenzylchlorid auf dem
Wasserbad i Stunde auf 9o- erwärmt, wobei sich eine viskose Ölschicht des quarternären
Salzes abscheidet. Dieses Salz ist trotz mehrfachen Umlösens aus Wasser nicht zur
Kristallisation zu bringen. Es ist in Wasser klar löslich, die Lösung wird durch
Elektrolyte sehr leicht gefärbt.
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Das i-(y-Pyrenyl-3'-butyryl)-amino-3-dimethylamino-propan bildet sich
bei der Acylierung von i-Amino-3-dimethylamino-propan mit dem aus y-Pyrenyl-3'-buttersäure
(s. Look u. Hevett, Journal of the Chemical Society 1933 402) mit Phosphorpentachlorid
leicht erhältlichen Carbonsäurechlorid vom Sdp. 151 bis 153°. Beispiel 5 =o Gewichtsteile
des N-(3'-Pyrenyl)-N'-(3-dimethylamino-propyl)-harnstoffs vom F. = 283° werden in
15o Teilen Glykolmonomethyläther-acetat heiß gelöst. Man fügt 8 Gewichtsteile Benzylchlorid
hinzu und erwärmt etwa 1/2 Stunde zum Sieden. Die zunächst klare Lösung scheidet
ein Öl aus, das beim Animpfen in der Kälte kristallin erstarrt. Zur Reinigung der
neuen quartären Verbindung wird aus Methylalkohol umkristallisiert. Man erhält grünlichgelbe,
leicht wasserlösliche Kristalle vom F. 16o° (nach vorherigem Sintern). Die wäßrigen
Lösungen leuchten im UV-Licht stark- auf. Verwendet man an Stelle von 8 'Teilen
Benzylchlorid io Teile 4-Chlorbenzylchlorid, so bekommt man eine Verbindung, die
sich sogleich in wohlausgebildeten Kristallen ausscheidet und bei 224° schmilzt.
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Der als Ausgangsmaterial verwendete N-(3'-Pyrenyl)-N'-(3-dimethylamino-propyl)-harnstoff
ist aus Pyren-3-isocyanat und 3-Dimethylamino-propylamin erhältlich. Beispiel 6
io Gewichtsteile des im vorigen Beispiel angeführten N-(3'-Pyrenyl)-N'-(3-dimethylamino-propyl)-harnstoffs
werden mit ioo Teilen Glykolmonomethyläther-acetat und 15 Teilen jodmethyl 11'2
Stunde im Autoklav auf 14o° erwärmt. Nach dem Abkühlen und Öffnen des Autoklavs
erhält man eine halbfeste Masse, die durch 1Jmkristallisieren aus Methanol gereinigt
werden kann. Die reine Verbindung ist gelblichweiß, leicht wasserlöslich und schmilzt
bei. 144° nach vorherigem Sintern. Beispiel ; 4o Gewichtsteile des Einwirkungsproduktes
von Pyren-3-isocyanat auf N-(3-Aminopropyl)-pyrrolidin werden in 3oo Teilen Glykolmonomethyläther-acetat
suspendiert und 35 Teile 4-Chlorbenzylehlorid zugegeben. Beim Erwärmen auf Siedetemperatur
geht zunächst alles in Lösung.
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Nach io Minuten scheidet sich ein Öl ab, das bei weiterem Erhitzen
auf dem Wasserbade langsam kristallisiert. Durch Umkristallisieren aus verdünntem
Alkohol wird die Verbindung in wohlausgebildeten grüngelben Kristallen vom F. 229°
erhalten. Ausbeute an reinem Material 22 Gewichtsteile.
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Geht man von dem Einwirkungsprodukt des Pyren-3-isocyanates auf N-(3-
Aminopropyl)-piperidin aus, so erhält man mit 4-Chlorbenzylchlorid eine quartäre
Verbindung vom F. --- 21o bis 212°. Beispiel 8 Zoo Gewichtsteile N-(2'-Chrysenyl)-N'-(3-dimethylamino-propyl)-harnstoff
werden in iooo Teilen Glykolmonomethyläther-acetat mit 17o Teilen 4-Chlorbenzylchlorid
zum Sieden erhitzt. Sobald sich die entsprechende quartäre Verbindung als Öl abgeschieden
hat, erniedrigt man die Temperatur auf 9o° und heizt 5 Stunden weiter. Man trennt
das Lösungsmittel von dem darunter schwimmenden Öl und kocht mit 75o Teilen Dioxan
auf. Die Masse kristallisiert dabei und wird nach dem Absaugen in heißem Alkohol
gelöst. Nach Zugabe von Dioxan erhält man 259 Teile des quartären Salzes, das Lösungsmittel
gebunden enthält. Es wird bei 138° weich und zersetzt sich bei 143 bis 145°. Die
Verbindung löst sich in heißem Wasser. Ihre Lösungen gelieren beim Abkühlen sehr
stark. Durch Salzzusatz wird der Körper aus seinen Lösungen ausgefällt.
Der
N-(2'-Chrysenyl)-N'-(3-dimethylamino-propyl)-harnstoff wird aus Chrysen-2-isocyanat
und 3-Dimethylamino-propyIamin gewonnen.
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Beispiel 9 Man stellt aus dem Isocyanat der Formel °
durch Umsetzung mit 3-Dimethylamino-propylamin den entsprechenden Harnstoff vom
F. 103 bis iog° her. Erhitzt man diesen Harnstoff mit der gleichen Menge 4-Chlorbenzylchlorid
in einem indifferenten Lösungsmittel, so scheidet sich die quartäre Verbindung nach
kurzer Zeit aus. Sie wird durch Verreiben mit Äther fest, aber nicht kristallin.
Ihre wäßrigen Lösungen fluoreszieren .bläulich. Das obenerwähnte Isocyanat wird
hergestellt durch eine Diensynthese aus Anthracen und Acrylnitril, nachträgliche
Reduktion zum Amin und Phosgenierung. Beispiel io Aus dem in Beispiel g erwähnten
Isocyanat und 3-Amino-N-dimethylanihn wird in üblicher Weise der entsprechende Harnstoff
vom F. = 186 bis z88° gewonnen. 4o Teile dieses Harnstoffes werden mit ioo Teilen
Glykolmonomethyläther-acetatund15 Teilen Allylbromid 5 'Stunden im Autoklav auf
14o° erwärmt. Nach dem Abkühlen und Öffnen hat sich die quartäre Verbindung als
grünlichgelb fluoreszierendes wasserlösliches Öl im unteren Teil des Reaktionsgefäßes
abgeschieden. Beispiel ii 2i,gGewichtsteilePhenanthren-3-isocyanat(F.=48°; KP, =
198 bis 2o4°) werden in ioo Teilen Toluol gelöst und mit io,2 Teilen i-Amino-3-dimethylaminopropan
versetzt. Die Temperatur steigt auf 75° und wird i Stunde bei 75 bis 8o° gehalten.
Man erhält eine in der Wärme vollkommen klare Lösung, die beim Erkalten gallertartig
erstarrt. Ohne abzukühlen, läßt man 18 Teile geschmolzenes p-Chlorbenzylchlorid
zufließen. Die Temperatur steigt weiter auf 82°, und ein Öl scheidet sich aus, das
nach etwa i Stunde zu einem festen weißen Kristallbrei erstarrt. Man saugt ab,..wäscht
mit Äther und trocknet. Ausbeute: 43 g einer- weißen wasserlöslichen Verbindung
vom F. = 189 bis 193°. Beispiel 12 6,6 Gewichtsteile 3-Diäthylaminoacetylamino-pyren
werden in 4o Gewichtsteilen Glykolmonomethyläther-acetat mit 4 Gewichtsteilen Diäthylsulfat
2 Stunden auf go° erwärmt. Es scheidet sich ein viskoses Öl ab, das nicht kristallisiert;
das Öl ist in Wasser klar löslich, die wäßrige Lösung fluoresziert nicht. Die Ausbeute
beträgt 9 Teile. . Ersetzt man in diesem Beispiel das Diäthylsulfat durch
eine entsprechende Menge Allylbromid, so erhält man das zugehörige Bromid nach 6stündigem
Kochen in fast quantitativer Ausbeute. Es ist ein grünliches Kristallpulver, das
in warmem Wasser klar löslich ist. Die wäßrige Lösung fluoresziert nicht.
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Das 3-Diäthylaminoacetylamino-pyren wird erhalten aus dem 3-Chloracetylaminopyren
vom F. 24o° durch Umsetzung mit Diäthylamin. Es schmilzt bei 115° und ist in verdünnter
Essigsäure leicht löslich. Beispiel 13 1o5 Gewichtsteile 3-Chloracetylaminopyren
werden in 7oo Gewichtsteilen Pyridin rasch eingetragen. Die Lösung wird unter Rühren
rasch auf 95° erwärmt; aus der bei 75° vorübergehend klaren Lösung scheidet sich
das quaternäre Salz als grünlicher Kristallbrei reichlich aus. Man erhält 112 Gewichtsteile
des Ammoniumsalzes, das sich klar in Wasser löst; die wäßrige Lösung ist mit Chlornatrium
leicht aussalzbar. Der Schmelzpunkt des Chlorids ist > 25o°.
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Das 3-Chloracetylaminopyren entsteht durch Einwirkung von Chloressigsäureanhydrid
auf 3-Aminopyren in Eisessiglösung. Die Verbindung schmilzt bei 24o°.
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Auch Chlormethyl-pyren kann in ähnlicher Weise mit Pyridin zur entsprechenden
quartären Verbindung umgesetzt werden. Beispiel 14 87 Gewichtsteile 2-Chloracetylaminochrysen
in 5oo Gewichtsteilen Pyridin werden binnen 1/2 Stunde auf 75° erwärmt. Das quaternäre
Pyridiniumchlorid kristallisiert dabei reichlich aus. Zur völligen Reinigung wird
es in 3ooo Gewichtsteilen kochendem Wasser gelöst und aus der heißen filtrierten
Lösung mit Natriumchloridlösung abgeschieden. Man erhält etwa ioo Teile fast farbloser
Kristalle vom Zersetzungspunkt 242 bis 245°. Die Verbindung ist in heißem Wasser
leicht löslich, die Lösung fluoresziert nicht. Das 2-Chloracetylaminochrysen entsteht
aus 2-Aminochrysen in Eisessiglösung mit der berechneten Menge Chloressigsäureanhydrid.
Es hat den Schmelzpunkt 238 bis 239°. Beispiel 15 6 Gewichtsteile 3-Chloracetylaminopyren
werden 2 Stunden in 5o Gewichtsteilen Glykolmonomethyläther-acetat mit 6 Gewichtsteilen
Triäthylamin am Rückfluß gekocht. Die klare Lösung trübt sich, und es scheiden sich
grünliche Kristalle des Triäthylammoniumchlorids ab. Die Ausbeute beträgt 7,5 Gewichtsteile.
Das Salz ist in warmem Wasser klar löslich. Beispiel 16 2o Gewichtsteile des N-(3'-Pyrenyl)-N'-(6-chlorhexyl)-harnstoffs
werden in i5o Teilen Pyridin 8 Stunden lang gekocht. Die zunächst klare Lösung scheidet
später 22 Teile grünlicher Kristalle aus, die abgesaugt und aus ziemlich viel Methanol
umkristallisiert werden. Man erhält glänzende gelbe Nädelchen
vom
F. Too bis z03°, die beim Trocknen Kristallmethanol verlieren und dann bei 288°
schmelzen. Die Verbindung ist in heißem Wasser löslich.
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N-(3'-Pyrenyl)-N'-(6-chlorhexyl)-harnstoff wird aus 6-Chlorhexyhsocyanat
und 3-Aminopyren in Aceton hergestellt. Beispiel 17 18,4 Gewichtsteile Cyanurchlorid,
gelöst in ioo Gewichtsteilen Aceton, werden auf etwa qoo Gewichtsteile Eis getropft
und somit fein ausgefällt. Sodann stellt man sich aus 35 Teilen des Chlorzinkdoppelsalzes
von z-Aminophenyl-3-trimethylammoniumchlorid eine wäßrige Lösung her, aus der man
mit Natriumcarbonat das Zink ausfällt und abfiltriert. Diese Lösung wird zu dem
feinverteilten Cyanurchlorid langsam zugetropft. Bei 15° erhält man einen dicken
Niederschlag, der beim Aufheizen auf q0° klar in Lösung geht. Bei dieser Temperatur
fügt man 22 Teile 3-Aminopyren, gelöst in Zoo Teilen Aceton, hinzu und heizt unter
Rühren weitere 2 Stunden auf 6o°. Man filtriert heiß von unlöslichen Bestandteilen
ab. Aus dem Filtrat scheidet sich die gewünschte quartäre Pyrenverbindung beim Abkühlen
aus. Man erhält etwa 3o Teile einer in heißem Wasser gut löslichen, fluoreszierenden
Substanz. Beispiel 18 z2,5 g 3-Chlormethyl-pyren vom Schmelzpunkt 15o°, erhalten
aus 3-Pyrenyl-carbinol (Schmelzpunkt z23°) mit Thionylchlorid in Gegenwart von Diäthylanilin,
werden in 50 9 Pyridin bei 6o° gelöst. Binnen kurzer Zeit kristallisiert
das quaiternäre Pyridiniumsalz in glänzenden Kristallen vom Schmelzpunkt 21q.° aus.
Die Verbindung ist klar löslich in Wasser; die wäßrige Lösung fluoresziert nicht,
sie wird leicht durch Elektrolyte gefällt.