Verfahren zur Herstellung von Arylsulfonylthionylamiden
Thionylamine R-N=S=O, wobei R einen aromatischen oder aliphatischen Rest bedeutet, sind bereits bekannt. Insbesondere bei den aromatischen Thionylaminen handelt es sich um interessante Produkte, da ihnen dienophile Eigenschaften zukommen.
So setzt sich beispielsweise Thionylanilin und zahlreiche seiner kernsubstituierten Derivate mit Butadien oder 2, 3-Dimethylbutadien unter 1, 4-Addition der -N=S=-Bindung an das konjugierte System zu Di hydrothiazinverbindungen um. Es ist aber erforderlich, längere Zeit unter Rückfluss zu kochen.
Verbindungen vom Typ der Alkyl-bzw. Aryl sulfonylthionylamide R-SO2-N=S=O sind bisher noch nicht bekannt.
Es wurde nun gefunden, dass man Arylsulfonyl- thionylamide durch Umsetzung von Sulfonamiden mit Thionylierungsmitteln, wie Thionylchlorid, zweckmässig in Gegenwart eines inerten Verdünnungsmit- tels, z. B. wasserfreiem Benzol, herstellen kann. Die Umsetzung erfolgt nach der Gleichung R-S02NH2 + SOC12 + R402NSO + 2HCl
Die Reaktion verläuft wesentlich langsamer als bei den Aminen, liefert aber trotz des mehrtägigen Erhitzens am Rückfluss, das zur vollständigen Umsetzung notwendig ist, gute Ausbeuten. Die entstehenden Sulfonylthionylamide des Benzols und p-Toluols sind thermisch relativ stabile, feste, schwach gelb gefärbte, im Hochvakuum destillier- bare Substanzen.
Letztere Eigenschaft ermöglicht ihre Abtrennung von eventuell nicht umgesetzten Sulfonamidresten. Ihr IR-Spektrum zeigt neben den zu erwartenden SO2-Banden bei 1175 und 1374 cl- zwei weitere starke Banden bei 1090 und 1243 cm-1.
Es war nicht voraussehbar, dass sich Thionyl- chlorid mit Sulfonamiden in analoger Form umsetzen würde, wie mit Aminen, da die NH2-Gruppe in den beiden Verbindungsklassen ganz verschiedenartigen Charakter besitzt (z. B. Säuren-statt Basencharakter).
Die neue Stoffgruppe der Sulfonylthionylamide ist ausserordentlich interessant, da diese Verbindungen zu vielerlei Umsetzungen fähig sind. Sie sollen hauptsächlich als Zwischenprodukte bei der Synthese technisch wichtiger organischer Verbindungen, z. B. auf dem pharmazeutischen Gebiet, Verwendung finden.
Gegenüber den bereits bekannten Thionylaminen zeigen sie eine enorm gesteigerte Reaktionsfähigkeit ihrer Thionylaminogruppe. Dies geht schon aus ihrer sehr heftigen Zersetzung mit Wasser, die unter R ckbildung des Sulfonamids und Entstehung von SO2 erfolgt, sowie aus ihrer Reaktion mit Alkoholen, z. B. nach der Gleichung R-S02-NSO + 2CH30H- R-SO2NH2 + (CH30) 2S0 hervor.
Eine Verwendungsmöglichkeit besteht z. B. als Thionylierungsmittel. Amine, wie z. B. Anilin, setzen sich mit ihnen in verdünnter Lösung in der Kälte glatt und momentan zu Thionylaminen und Sulfonamid um : R-SO2-NSO + C6H5-NH2 + R-S02-NH2 + C6H5-NSO (In Abwesenheit eines Lösungsmittels erfolgt die Reaktion mit äusserster Heftigkeit unter weitgehender Zersetzang der Produkte.) In dieser Reaktion bietet sich eine Methode zur schonenden Darstellung solcher Thionylaniline an, die mit SOC12 wegen starker Nebenreaktionen nur in schlechter Ausbeute erhalten werden können.
Diese Reaktionen verlaufen schnell und quantitativ und bringen damit die stark erhöhte Reaktionsfähigkeit der Thionylaminogruppe in diesen Verbindungen gegenüber den Thionylanilinen zum Ausdruck, bei denen sich nur Gleichgewichte zwischen Thionylanilin und Anilin ausbil- den und die viel langsamer hydrolysiert und nur schwer vollständig alkoholysiert werden.
Ebenso wie mit Aminen reagieren die erfindungsgemässen Arylsulfonylthionylamide mit Sulfenamiden und Sulfinamiden unter Bildung der entsprechenden Sulfenylthionylamide und Sulfinylthionylamide : RSO2NSO + R'SNH2 + RSO2NH2 + R'SNSO RS02NSO + R'SONH2 RS02NH2 + R'SONSO
Der dienophile Charakter der NS-Bindung zeigt sich in den Sulfonylthionylamiden gegenüber den Thionylanilinen ganz erheblich verstärkt.
Sowohl
Benzol-wie auch p-Toluolsulfonylthionylamid, p-Chlorbenzolsulfonylthionylamid, p-Brombenzolsulfonylthionylamid, p-Nitrobenzolsulfonylthionylamid reagieren mit 2, 3-Dimethylbutadien ohne Lösungs- mittel lebhaft unter Erwärmung, wobei sich in kurzer Zeit fast quantitativ die entsprechenden Addukte bilden. Beim Thionylanilin ist dagegen 6-bis 8stün- diges Erhitzen unter Rückfluss erforderlich.
EMI2.1
A: R = C6H5
B: R = CH3-C6H4
C : R = C6H4C1
D : R = C6H4Br
E : R = C6H4NO2
Auch in Verdünnung lässt sich die Reaktion durch 3-bis 4stündiges Erwärmen auf dem Wasserbad quantitativ durchfiihren. Die entstehenden Addukte sind farblose, kristalline Substanzen, die sich in ihren IR-Spektren ebenso wie die Addukte der Thionyl- aniline durch die Bande der SO-Valenzschwingung bei 1080 cm-1 zu erkennen geben. Ferner sind die neuen Verbindungen als Kondensationsmittel wertvoll.
Beispiel 1
Darstellung von Benzolsulfonylthionylamid, C6HS-SO2-NSO
39 g trockenes Benzolsulfonamid wurden in 50 ml absolutem Benzol mit einem tXberschuss von Thionylchlorid unter Feuchtigkeitsausschluss zu lebhaftem Kochen unter Rückfluss erhitzt. Unter schwacher Chlorwasserstoffentwicklung ging das Sulfonamid sehr langsam in Lösung. Nach 4tägigem Kochen am Rückfluss war alles gelöst.
Immer unter Feuchtigkeitsausschluss wurden nun das Lösungsmit- tel und überschüssiges Thionylchlorid im Vakuum abdestilliert und der braune sirupöse Rückstand, der bei Abkühlen erstarrte, im Vakuum destilliert : Kp. 0l 115 bis 118 . Das Benzolsulfonylthionylamid ging al's schwach gelbes bl über, das in der Vorlage zu einer festen, ebenfalls schwach gelben Masse erstarrte : F. 70 bis 71 . Ausbeute 35 g (70%).
Bei einem Ansatz, der mit 15 g Benzolsulfon- amid unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurde, betrug die Ausbeute 15, 5 g (80%), die Reaktionszeit zwei Tage.
Addition von Benzolsulfonylthionylamid an
2, 3-Dimethylbutadien :
Zu 5 g (0, 025 Mol) festem Thionylamid wurden 4 g Dimethylbutadien gegeben. Es trat eine mässige Erwärmung auf, und das Thionylamid ging langsam in Lösung. Durch 2stündiges Erhitzen auf dem Wasserbad wurde die Reaktion zu Ende geführt.
Beim Erkalten der Reaktionsmischung schied sich das Addukt als feste, schwach gelbe Masse aus.
Das überschüssige Dien wurde abgesaugt und als Rückstand 7, 0 g rohes Addukt erhalten, was einem quantitativen Umsatz entspricht. Durch Umkristalli sieren aus Benzol/Petroläther (1 : 1) und Tetrachlorkohlenstoff wurde das reine Addukt in Form farbloser Kristalle erhalten, die einen Schmelzpunkt von 112 zeigten. Das IR-Spektrum zeigt neben den Banden der SO2-Gruppe die starke SO-Bande bei 1080 cm-l, die als typisch für diese Art von Dihydrothiazinoxyden angesehen werden kann.
Umsetzung von Benzolsulfonylthionylamid mit Anilin :
Zu 4, 5 g (0, 022 Mol) des Thionylamids, gelöst in 10 ml trockenem Benzol, wurden langsam 1, 8 g (0, 0195 Mol) frisch destilliertes und wasserfreies Anilin in 5 ml trockenem Benzol getropft. Vom ausgefallenen Sulfonamid wurde unter Ausschluss von Feuchtigkeit abfiltriert und das Benzol im Vakuum abgesaugt. Rohprodukt : 2, 8 g ; nach der Destillation wurden 2, 5 g Thionylanilin erhalten (93 %), das sich im IR-Spektrum bei hoher Schichtdicke als frei von Anilin erwies. Auf gleiche Weise, aber ohne Aus beutebestimmung, wurden m-Thionylanisidin und p-Dimethylaminothionylamlin dargestellt.
Beispiel 2
Darstellung von p-Toluolsulfonylthionylamid, CHCsH4-SO2-NSO
Die Darstellung erfolgte wie beim Benzolsulfonyl- thionylamid. Aus 12 g p-Toluolsulfonamid wurden 14, 2 g (93S) destilliertes Produkt erhalten : Kpeooot 108 bis 110 , F. 53 , schwach gelb. Reaktionsdauer : 36 Stunden.
Addition des p-Toluolsulfonylthionylamids an Dimethylbutadien :
4, 2 g des Thionylamids wurden in 5 ml Benzol mit 2 g Dimethylbutadien versetzt und die Lösung 3 Stunden auf dem Wasserbad erhitzt. Die weitere Aufarbeitung erfolgte wie beim vorangegangenen Ansatz. Es wurden 5, 8 g Rohprodukt erhalten, was wiederum einem quantitativen Umsatz entspricht.
Aus Benzol/Petroläther umkristallisiert, fiel das Addukt in Form farbloser Kristalle vom Schmelzpunkt 133 an.
Beispiel 3
Darstellung von p-Chlorbenzolsulfonylthionylamid
Die Darstellung erfolgte wie beim Benzolsulfonylthionylamid. Aus 23 g p-Chlorbenzolsulfonamid wurden 28 g Rohprodukt erhalten.
Addition von p-Chlorbenzolsulfonylthionylamid an Butadien :
28 g p-Chlorbenzolsulfonylthionylamid wurden in 30 ml Benzol mit einem tYberschuss Butadien in einer Druckflasche umgesetzt. Ausbeute 26 g, F. 149 bis 151 (Zers.).
Beispiel 4
Darstellung von p-Brombenzolsulfonylthionylamid
Die Darstellung erfolgte wie beim Benzolsulfonylthionylamid, indem 20 g p-Brombenzolsulfonamid mit 12 g Thionylchlorid in 30 ml Benzol umgesetzt wurden.
Addition des p-Brombenzolsulfonylthionylamids an Butadien :
13 g p-Brombenzolsulfonylthionylamid wurden wie in Beispiel 3 mit Butadien umgesetzt. F. des Reaktionsproduktes 113 .
Beispiel 5
Darstellung des p-Nitrobenzolsulfonylthionylamids
Die Darstell'ung erfolgte wie beim Benzolsulfonylthionylamid, indem 25 g p-Nitrobenzolsulfonamid mit einem geringen Uberschuss Thionylchlorid umgesetzt wurden.
Addition von p-Nitrobenzolsulfonylthionylamid an Butadien :
25 g p Nitrobenzolsulfonylthionylamid wurden wie in Beispiel 3 mit Butadien umgesetzt. F. 160 bis 161 (Zers. ; aus Alkohol).
Addition von p-Nitrobenzolsulfonylthionylamid an Dimethylbutadien : p-Nitrobenzolsulfonylthionylamid wurde wie in Beispiel 1 mit Dimethylbutadien umgesetzt. F. 127 (aus Alkohol).