Verfahren zur Herstellung von Phosphonsäureestern und Thionophosphonsäureester
Eine Anzahl von Alkyl-thionophosphonsäure- estern zeichnet sich durch gute insektizide Wirkungen aus (vergleiche z. B. deutsche Auslegeschrift Num- mer 1032 247). Oft jedoch wird diese gute insekti- zide Wirkung dadurch beeinträchtigt, dass die wirksamsten Vertreter gleichzeitig auch bei Warmblütern besonders toxisch sind.
Es wurde die überraschende Beobachtung gemacht, dass solche niederen Alkan-thionophosphonsäureester [B. A. Arbusow und N. P. Bogonowceva, Z. obsc. Chim. 27 (1957) 2360] weitgehend entgiftet sind, in denen die Alkylgruppe eine Substitution durch einen Alkylmercaptorest erfahren hat.
Folgende Gegenüberstellung möge dies erläutern :
EMI1.1
R und Ri stehen in diesen Formeln für Alkylreste, R2 fiir beliebige Alkyl-, Aryl-, Aralkyl-oder hetero- cyclische Reste.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Phosphonsäureestern oder von Thionophosphonsäureestern, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Alkylmercapto-alkan-phosphonsäure- bzw.-thionophosphonsäuredihalogenide mit Alkoholen in die entsprechenden Alkylmercapto-alkan- phosphon-bzw. thionophosphonsäure-O-alkylesterhalogenide übergeführt und diese Alkylmercapto alkan-phosphon-bzw.-thionophosphonsäureesterhalo- genide mit OH-bzw. SH-gruppenhaltigen Verbindungen zur Umsetzung gebracht werden.
Einfache Alkylmercapto-alkan-phosphonsäureester, das heisst Verbindungen der Formel II entsprechende Stoffe mit einer P = O-anstelle einer P = S Gruppierung, in welchen R. und R2 einfache Alkylreste sind, sind in der Literatur teilweise beschrieben. Man kann diese Verbindungen leicht durch Umsetzung von a-Chlormethyl-phosphonsäureestern mit beliebigen Mercaptanen herstellen [siehe B. A.
Arbusow und N. P. Bogonowceva, Z. obsc. Chim. 27 (1957) 2360] wie an folgendem Formelschema ersichtlich ist.
EMI1.2
Man kann aber auch-nach an sich bekannten Methoden-a-Chlormethyl-thioäther oder Alkyl mercapto-alkylchloride mit Triäthy] phosphit zur Umsetzung bringen (Arbusowsche Reaktion) oder die genannten Alkylchloride mit Natriumdialkylphosphiten umsetzen (Michaelis-Becker-Reaktion). Folgende Formelschemen mögen dies erläutern :
EMI2.1
(Arbusow-Reaktion)
EMI2.2
(Michaelis-Becker-Reaktion)
Die nach den genannten Methoden leicht herstellbaren Alkylmercapto-alkan-phosphonsäureester können nach bekannten Verfahren mit Salzsäure in die entsprechenden freien Säuren übergeführt werden. Diese können dann ohne besondere Isolierung mit chlorierenden Mitteln, wie z. B.
Phosphorpentachlorid oder Thionylchlorid in die noch nicht be schriebenen Alkylmercapto-alkan-phosphonsäuredichloride übergeführt werden :
EMI2.3
Mit der berechneten Menge eines beliebigen Alkoholes in Gegenwart z. B. einer tertiären Base, können diese PhosphonsäurePdihalogenide in die entsprechenden Halbesterchloride folgender Zusammensetzung :
EMI2.4
übergeführt werden. In allen Formelschemen werden namentlich definierte chemische Verbindungen angeführt. Ebenso hätten, wie weiter oben, allgemeine Formeln verwendet werden können.
Die Alkylmercapto-alkan-phosphonsäure-dichlor- ide, z. B. (III), können auch mit Phosphorpentasulfid so umgesetzt werden, dass die entsprechenden Alkylmercapto-alkan-thionophosphonsäure-dichloride entstehen. [M. I. Kabachnik und N. M. Godovikow, Ber. d. Akad. d. Wiss. d. UdSSR 110, 217-219 (1956)]. Diese werden dann ebenfalls in die Halbesterhalogenide übergeführt :
EMI2.5
Die Halbesterchloride (z. B. IV) können nun ebenfalls in bekannter Weise mit Alkoholen oder Phenolen oder Mercaptanen in Gegenwart von Säurebindemitteln zur Umsetzung gebracht werden.
Die auf diese Weise entstehenden neuen Ester zeichnen sich durch hervorragende insektizide Wirkungen aus. Hinsichtlich der Warmblüter-Toxizität sind sie gegenüber den vergleichbaren Methyl-phosphonsäureestern wesentlich günstiger, wie beispielsweise aus folgender Tabelle hervorgeht :
EMI3.1
<tb> <SEP> S <SEP> OC2Hs
<tb> <SEP> CH3-P <SEP> Ratte <SEP> per <SEP> os
<tb> <SEP> DL95 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> mg/kg
<tb> <SEP> S <SEP> OC2Hs
<tb> <SEP> S <SEP> OCijHs
<tb> C2H5-S. <SEP> CH2 <SEP> P <SEP>
<tb> <SEP> DLg5 <SEP> 250 <SEP> mg/kg
<tb> <SEP> S <SEP> CH2-CH2-SC2H5
<tb> <SEP> S <SEP> OCH3
<tb> <SEP> CH3P
<tb> <SEP> CH3-P <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> mg/kg
<tb> <SEP> 0-\-SCHg
<tb> <SEP> S <SEP> OCH3
<tb> <SEP> S <SEP> OCH3
<tb> C2H5S <SEP> CH2P
<tb> <SEP> 0--SCHa
<tb> <SEP> O <SEP> SCH3
<tb>
Die folgenden Beispiele erläutern die mannigfachen Möglichkeiten des neuen Verfahrens.
Beispiel 1 a) Herstellung des Ausgangsmaterials :
213 g Athylmercapto-methan-phosphonsäure-di- äthylester (Kp. 187 ) werden mit 500 ml konzentrierter Salzsäure 15 Stunden unter Rückfluss zum Sieden erhitzt. Die Lösung wird im Vakuum eingedampft. Man erhält auf diese Weise 152 g Athyl mercapto-methan-phosphonsäure. 78 g (0, 5 Mol) Athylmercapto-methan-phosphonsäure werden in 300 ml Tetrachlorkohlenstoff angeschlämmt und unter Rühren bei 35 nach und nach mit 218 g Phosphorpentachlorid versetzt. Das Reaktionsprodukt wird eine Stunde zum Sieden erwärmt und anschlie ssend fraktioniert. Man erhält auf diese Weise 73 g Athylmercapto-methan-phosphonsäure-dichlorid vom Kp.1 85¯.
Ausbeute 76% der Theorie. 386 g (2 Mole) Athylmercapto-methan-phosphonsäure-dichlorid werden mit 94 g Phosphorpentasulfid 2 Stunden unter Ruhren auf 120 erwärmt. Dann destilliert man aus dem Reaktionsprodukt unter Vakuum das gebildete ¯thylmercapto-methan-thionophosphonsÏure-dichlorid ab. Man erhält 255 g vom Kp. 1 85-88¯. Ausbeute 61 % der Theorie. b) 209 g (1 Mol) Athylmercapto-methan-thiono phosphonsäure-dichlorid werden in 1000 ml Benzol gelöst. Unter starkem Rühren gibt man bei gleichzeitiger Aussenkiihlung bei 0 eine Natriumäthylat- lösung hinzu, die 1 Mol Natrium gelöst enthält.
Das Reaktionsprodukt wird anschliessend noch so lange bei Zimmertemperatur nachgerührt, bis es neutral reagiert. Anschliessend gibt man das Reaktionsprodukt in Eiswasser und trennt die benzolische Lösung ab. Die Benzollösung wird mit Natriumsulfat getrocknet und fraktioniert. Man erhält auf diese Weise 190 g Athylmercapto-methan-thionophosphonsäure- O-äthylesterchlorid vom Kp. 192-93 . Ausbeute 87 % der Theorie. c) 23 g (0, 15 Mol) 3-Methyl-4-methylmercaptophenol werden in 150 ml Benzol gelöst. Anschlie ¯end gibt man zu dieser Lösung eine Natriumäthylat- lösung, die 0, 15 Mol Natrium gelöst enthält.
Bei 60 gibt man dann unter gutem Rühren 33 g Athyl- mercapto-methan-thiono-phosphonsäure-O-äthylester- chlorid hinzu. Man lϯt noch 2 Stunden bei 60 riihren. Anschliessend gibt man das Reaktionsprodukt in Eiswasser. Das ausgeschiedene Íl wird in Benzol aufgenommen. Die Benzollösung wird getrennt, mit Wasser gewaschen und mit Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Abdestillieren des Lösemittels im Vakuum erhält man 49 g des neuen Esters folgender Konstitution :
EMI3.2
als schwachbraunes 01. Ausbeute 98 % der Theorie.
Berechnet für Mol 336, 5 : S 28, 6 % P 9, 2 %
Gefunden : S 28, 7% P 9, 2%
Die mittlere Toxizität an der Ratte per os betrÏgt 100 mg/kg. Blattläuse und Spinnmilben werden mit 0, 01 % igen Lösungen 100 % ig abgetötet.
Beispiel 2
EMI4.1
a) Man stellt Äthylmercapto-methan-thiono- phosphonsäure-O-äthylesterchlorid nach der Vorschrift von Beispiel 1 b) her. b) 21 g (0, 15 Mol) p-Methylmercapto-phenol werden in 150 ml Benzol gelöst. Zu der Benzolsung gibt man eine Natrium-äthylatlösung, die 0, 15 Mol Natrium entspricht. Anschliessend gibt man unter weiterem gutem Rühren bei 60 33 g Athyl mercapto-methan-thionophosphonsäure-O-äthylester- chlorid hinzu. Man hält das Reaktionsprodukt noch eine Stunde bei 60 und arbeitet dann wie im vorhergehenden Beispiel auf.
Es werden auf diese Weise 39, 6 g des neuen Esters als schwachbraunes, was serunlösliches Ö1 erhalten. Aubeute 82% der Theorie.
Berechnet für Mol 322 : S 29, 8% P 9, 6 %
Gefunden : S 28, 4% P 9, 6%
Die mittlere Toxizität an der Ratte per os beträgt 50 mg/kg.
Spinnmilben werden mit 0, 01 % igen Lösungen zu 100% abgetötet. 0, 1% ige Lösungen haben eine 100 % ige systemische Wirkung bei Blattläusen.
Beispiel 3
EMI4.2
a) Man stellt Äthylmercapto-methan-thiono phosphonsäure-O-äthylesterchlorid nach der Vorschrift von Beispiel 1 b) her. b) 21 g (0, 15 Mol) p-Nitrophenol werden in 250 ml Benzol gelöst. Anschliessend gibt man eine Natriumäthylatlösung hinzu, die 0, 15 Mol Natrium gelöst enthalt. Bei 60 tropft man dann unter gutem Rühren 33 g Äthylmercapto-methan-thionophosphon säure-O-äthylesterchlorid hinzu. Man erwärmt noch eine Stunde auf 60 und arbeitet dann wie in Beispiel 1 auf. Auf diese Weise werden 43, 5 g des neuen Esters als schwachbraunes, wasserunlösliches 01 erhalten. Ausbeute 90% der Theorie.
Berechnetfür Mol 321 : N 4, 4% S 19, 9% P 9, 4% Gefunden : N 4, 5% S 18, 9% P 9, 3%
Mittlere Toxizität Ratte per os 50 mg/kg.
Spinnmilben werden mit 0, 01 % igen Lösungen sicher abgetötet. Raupen werden mit 0, 1 % igen Lösungen zu 100% getötet.
Beispiel 4
EMI4.3
a) Man stellt Athylmercapto-methan-thiono-phos- phonsäure-O-äthylesterchlorid nach der Vorschrift von Beispiel 1 b) her. b) 29 g (0, 2 Mol) p-Chlorthiophenol werden in 200 ml Benzol gelöst Zu der Lösung gibt man eine Natriumäthylatlösung, die 0, 2 Mol Natrium gelöst enthält. Anschliessend lässt man bei 60 44 g Athyl- mercapto-methan-thionophosphonsäure-O-äthylester- chlorid zutropfen. Man erwÏrmt das Reaktionspro- dukt noch eine Stunde auf 60 und arbeitet dann wie in Beispiel 1 auf.
Man erhält auf diese Weise 61 g des neuen Esters als gelbliches, wasserunlösliches 01.
Ausbeute 93 % der Theorie.
Berechnet fiir Mol 327 : Cl 10, 8% S 29, 4% P 9, 5% Gefunden : Cl 11, 5% S 27, 7% P 8, 3%
Mittlere Toxizität Ratte per os 100 mg/kg.
Spinnmilben werden mit 0, 01 % igen Lösungen 100 % ig abgetötet.
Beispiel 5 Äthylmercapto-methan-thionophosphonsäure methylester-chlorid a) In die Lösung von 293 g Äthylmercapto- methan-thionophosphonsäuredichlorid (1, 4 Mol) in 1, 5 1 Benzol wird bei 0 unter Rühren eine Natriummethylatlösung eingetropft, die 1, 4 Mol Natrium gelöst enthält. Man lässt das Gemisch 3 Stunden bei Raumtemperatur nachreagieren und verrührt es dann mit 1, 5 1 Wasser. Die Benzolphase wird abgetrennt, mit Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand ergibt nach Vakuum-Destillation 246 g einer fast farblosen Flüs- sigkeit vom Kp. 194 . Ausbeute 86 % der Theorie.
Berechnet für Mol 204, 68 :
P 15, 14 S 31, 33 Cl 17, 32 Gefunden : P 15, 43 S 31, 00 Cl 17, 76
EMI4.4
b) 20, 9 g p-Nitrophenol (0, 15 Mol) wurden in 250 cm3 Benzol angeschlämmt und durch Zutropfen von 34, 5 g Natriummethylatlösung (= 0, 15 Mol Na) in das Salz übergeführt. Bei 60 wurden unter Rühren 30, 8 g Athylmercapto-methan-thionophosphon- säuremethylesterchlorid (0, 15 Mol) zugetropft. Nach zweistündigem Rühren bei 60 und Abkühlung wurden 8 cm3 Wasser zugesetzt und das Salz abfiltriert.
Das Filtrat wurde mit Bicarbonatlösung und zweimal mit Wasser gewaschen, getrocknet und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Als Rückstand hinterblieben 37, 0 g eines gelblichen bles, welches beim längeren Stehen langsam durchkristallisierte. Ausbeute 80% der Theorie.
BerechnetfiirMol307, 32 : P 10, 08 S20, 86 N4, 56 Gefunden : P 10, 05 S 20, 50 N 4, 34
Beispiel 6
EMI5.1
a) Man stellt Äthylmercapto-methan-thionophos- phonsäure-methylester-chlorid nach der Vorschrift von Beispiel 5 a) her. b) 21 g (0, 15 Mol) p-Methylmercapto-phenol werden in 150 ml Benzol gelöst. Dazu gibt man eine Natriummethylatlösung, die 0, 15 Mol Natrium gelöst enthält. Bei 60 tropft man unter R hren 30, 7 g Athylmercapto-methan-thionophosphonsäure-O- methylesterchlorid (Kp. 1,5 100¯) hinzu. Man hält eine Stunde bei 60 und arbeitet dann wie in Beispiel 1 auf.
Auf diese Weise erhält man 40 g des neuen Esters als bräunliches, wasserunlösliches Öl. Ausbeute 86 % der Theorie.
Berechnet für Mol 308 : S 31, 2% P 10, 0%
Gefunden : S 30, 9 % P 9, 7 %
Mittlere Toxizität Ratte per os 250 mg/kg.
Blattläuse und Spinnmilben werden mit 0, 1 % igen Lösungen zu 100% abgetötet.
Beispiel 7
EMI5.2
a) Man stellt Athylmercapto-methan-thionophos phonsäure-methylester-chlorid nach der Vorschrift von Beispiel 5 a) her. b) 19, 3 g p-Chlorphenol (0, 15 Mol) wurden in 250 cm3 Benzol gelöst und im übrigen weiterbehandelt wie in Beispiel 5 für p-Nitrophenol beschrieben.
Ausbeute : 42, 0 g schwach gelbliche Flüssigkeit (= 94, 5 % der Theorie).
Berechnet für Mol 296, 77 :
P 10, 44 S 21, 61 Cl 11, 95 Gefunden : P 10, 15 S 20, 96 Cl 11, 91
Beispiel 8
EMI5.3
a) Man stellt Athylmercapto-methan-thionophos- phonsäure-methylester-chlorid nach der Vorschrift von Beispiel 5 a) her. b) 24, 4 g 2, 4-Dichlorphenol wurden in 250 cm3 Benzol gelöst. Die weitere Behandlung erfolgte in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 für p-Nitrophenol beschrieben.
Ausbeute : 43, 0 g schwach gelbliche Flüssigkeit (= 86 % der Theorie).
Berechnet für Mol 331, 21 :
P 9, 35 S 19, 36 Cl 21, 41 Gefunden : P 9, 40 S 19, 61 Cl 20, 95
Beispiel 9
EMI5.4
a) Man stellt Athylmercapto-methan-thionophos phonsäure-methylester-chlorid nach der Vorschrift von Beispiel 5 a) her. b) 29, 6 g 2, 4, 5-Trichlorphenol (0, 15 Mol) wurden in 250 cm3 Benzol gelöst und im übrigen weiterbehandelt wie in Beispiel 6 für p-Nitrophenol beschrieben.
Ausbeute : 52, 6 g schwach gelbliches 01 (= 96 % der Theorie).
Berechnet für Mol 365, 67 :
P 8, 47 S 17, 53 Cl 29, 09 Gefunden : P 8, 23 S 16, 96 Cl 28, 63
Beispiel 10
EMI5.5
a) Man stellt Athylmercapto-methan-thionophosphonsäure-methylester-chlorid nach der Vorschrift von Beispiel 5 a) her. b) 23, 2 g 3-Methyl-4-mercaptophenol (0, 15 Mol) wurde in 250 cm3 Benzol gelöst. Die Weiterbehandlung erfolgte wie in Beispiel 5 für p-Nitrophenol beschrieben.
Ausbeute : 32, 5 g bräunliches Íl (= 69 % der Theorie).
Berechnet für Mol 322, 43 : P 9, 61 S 29, 83
Gefunden : P 9, 50 S 28, 43 Beispiel 11
EMI6.1
21, 7 g p-Chlorthiophenol wurden in 250 cm 3 Benzol gelöst und im übrigen weiterbehandelt wie in Beispiel 6 f r p-Nitrophenol beschrieben.
Ausbeute : 42, 0 g schwach gelbliches O1 (= 89 % der Theorie).
Berechnet f r Mol 312, 83 : P 9, 90 S 30, 75 Cl 11, 33
Bedspiel 12
EMI6.2
a) 35, 7 g (0, 16 Mol) Athylmercapto-äthyl-thiono- phosphonsäure-dichlorid werden in 150 cm3 Benzol gelöst. Unter Kühlen und Riihren wird bei 5 eine Natriummethylatlösung zugetropft, die 0, 16 Mol Natrium gelöst enthält. Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur wird das Gemisch mit 150 cm3 Wasser verrührt. Die organische Phase wird abgetrennt, getrocknet und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit.
Der Rückstand ergibt nach Destillation im Vakuum 23, 5 g Athylmercapto-äthyl-thiono- phosphonsäure-methylester-chlorid als farblose Flüssigkeit vom Kp. 1112' (67 % der Theorie). b) 15, 5 g 3-Methyl-4-methylmercaptophenol (0, 1 Mol) werden in 200 cm3 Benzol gelöst und durch Zutropfen der äquimolaren Menge Natriummethylatl¯sung in das Salz überfuhrt. Bei 60 werden dann unter Rühren 22, 0 g des obigen Methylester-chlorids zugetropft. Nach zweistündigem Rühren bei 60 wird abgekühlt und filtriert. Das Filtrat wird mit Bicarbonatlösung und Wasser gewaschen und getrocknet.
Nach restloser Entfernung des Lösungs- mittels im Vakuum erhält man 31, 0 g des neuen Esters als gelbliches Íl (92% der Theorie).
Beispiel 13
EMI6.3
a) 91, 5 g Äthylmercapto-methyl-phosphonsäuredichlorid werden, gelöst in 500 cm3 Petroläther, unter heftigem Rühren bei 0 tropfenweise mit einer Mischung aus 23, 0 g ¯thanol, 75, 0 g Diäthylanilin und 200 cms Petroläther versetzt. Nach der Zugabe lässt man die Mischung noch 3-4 Stunden bei Raumtemperatur rühren. Nach Filtration wird das Lösungs- mittel im Vakuum abdestilliert und der Rückstand im Vakuum destilliert. Man erhÏlt auf diese Weise 60, 4 g ¯thylmercapto - methyl-phosphonsÏure-Ïthylester-chlorid als farblose Flüssigkeit vom Kp. 1 92¯ (60% der Theorie).
b) 24, 1 g p-Chlorthiophenol-natrium werden in 100 cm3 ¯thanol gelöst und bei 25 unter Rühren tropfenweise mit 29, 5 g des obigen Äthylesterchlorids versetzt. Nach einstündigem Rühren bei Raumtemperatur wird das Salz durch Zusatz von 100 cm3 Wasser in Lösung gebracht und das Reaktionsprodukt mit 100 cm3 Chloroform ausgeschüt- telt. Die organische Phase wird gewaschen, getrocknet und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Man erhält auf diese Weise 38, 5 g des neuen Esters als gelbliches Íl (85 % der Theorie).
PATENTANSPRtJCHE I. Verfahren zur Herstellung von Phosphonsäure- estern oder von Thionophosphonsäureestern, dadurch gekennzeichnet, dass Alkylmercapto-alkan-phosphon- säure-bzw.-thionophosphonsäure-dihalogenide mit Alkoholen in die entsprechenden Alkylmercapto- alkan-phosphon-bzw.-thionophosphonsäure-O-alkyl- esterhalogenide übergeführt und diese Alkylmercapto- alkan-phosphon-bzw.-thionophosphonsäureester- halogenide mit OH-bzw. SH-gruppenhaltigen Verbindungen zur Umsetzung gebracht werden.