DE2708973C2 - Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Aethyl-isoharnstoff-hydrogensulfat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Aethyl-isoharnstoff-hydrogensulfat

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DE2708973C2
DE2708973C2 DE19772708973 DE2708973A DE2708973C2 DE 2708973 C2 DE2708973 C2 DE 2708973C2 DE 19772708973 DE19772708973 DE 19772708973 DE 2708973 A DE2708973 A DE 2708973A DE 2708973 C2 DE2708973 C2 DE 2708973C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Aethyl-isohamstoff-hydrogensuIfat.
O-Alkyi-isoharnstoff-salze und deren Derivate finden als wichtige Synthesereagenzien Verwendung, da sie z. B. mit Aminen unter Bildung von Guanidinen reagieren [1], welche in großen Mengen, beispielsweise zur Herstellung von Pflanzenschutz-, SchädUngsbekSmpfungs- und Arzneimitteln benötigt werden. O-Alkyl-Isohamstoffe sind ferner als Zwischenprodukte für die Synthese von Heterocyclen interessant, zum Beispiel von 2-Alkoxy-pyrimidinen [2].
O-Äthyl-isoharnstoff-hydrochlorid ist bereits bekannt [3]. Diese Verbindung 1st jedoch Instabil una spaltet leicht Äthylchlorid ab. Außerdem ist deren Darstellung aus Cyanamld, Äthanol und überschüssigem wasserfreien Chlorwasserstoff, wegen des Arbeitens mit dem äußerst korrosiven Chlorwasserstoff unter technischen
DwilfWiiiiMin (wtkwiArtn ttnri Wahep fiW Ala l.**!.».·»!*»!!.. UA***«11..M«. „..»«i«. ««1.»»» UMIIIIQWUBVII OTIlI T, l*rl IQ MI*«· MMIIWI IUI MIW IIIUUdillMIV K 1VIMW1IU Ug TTWUtQ JJIlWIgISVl.
Es erscheint somit naheliegend, statt des O-Äthyl-isoharnstoff-hydrogenchlorids das stabilere Hydrogensulfat zu verwenden, vor allem wenn man es In analoger Welse aus Cyanamld, Äthanol und Schwefelsaure synthetisieren kann.
Ein Reaktionsprodukt von Cyanamld, Äthanol und Schwefelsaure wird bislang nur in der DE-OS 20 06 693 beschrieben. Darin ist das in harzartiger Form anfallende Produkt (Beispiel 3) jedoch weder durch physikalische Daten noch durch seine chemische Zusammensetzung charakterisiert.
{11 St. Weiss und H. Krommer, Chemiker-Zeitung 98 (1974), 617
[2] A. Kreuzberger und U. Tesch, Chem. Ber. 109 (1976) 3255
[3] Beilsteln's Handbuch der Organischen Chemie, 4. Aufl., Berlin 1972 H3, 74
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher ein unter technischen. Ökologischen und wirtschaftlichen Aspekten befriedigendes Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Äthyl-isoharnstoff-hydrogensulfat zu erarbeiten.
Überraschend konnte nur kristallines O-Äthyl-Lsaharnstaff-hydrogensulfat dadurch hergestellt werden, daß die an sich bekannte Umsetzung von Cyanamld mit Äthanol und Schwefelsaure entsprechend den Angaben des Anspruches durchgeführt wird.
Die vorliegende Losung der gestellten Aufgabe Ist um so überraschender, als sich zeigte, daß O-Äthylisoharnstoff-hydrogensulfat nur geringe Neigung zur Kristallisation besitzt und damit die Kristallabscheidung aus dem Reaktionsgemisch von Cyanamid, Schwefelsaure und Äthanol verzögert erfolgt oder sogar vollständig gehemmt Ist. Die stark herabgesetzte Kristalilsationsbereitschaft beruht offenbar auf dem niedrigen Schmelzpunkt von O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat. Auch die Anlagerung des Äthanols an Cyanamld erfolgt im Vergleich zu dem reaktionsfähigeren Methanol sehr viel langsamer und erfordert die genaue Einhaltung definierter Reaktionsbedingungen.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung des kristallinen O-Äthyl-isoharnstoff-hydrogensulfats setzt man Cyanamld mit Äthanol und Schwefelsaure im Molverhältnis Cyanamid: Schwefelsaure wie 1:1 bis 1:1.5 unter Rohren bei Temperaturen von etwa -10 bis 20° C um, wobei man kristallines Cyanamid zu dem Gemisch von Äthanol und konzentrierter Schwefelsaure, das je 100 Gew.-Teile Schwefelsaure 50 bis 200 Gew. Teile Äthanol enthalt, zugibt. Durch Regulierung der Eintragsgeschwindigkeit des Cyanamids kann man die exotherme Reaktion nach Gleichung (1), die aus den beiden Schritten (1 a) u?d (1 b) zusammengesetzt Ist, unter Ausschaltung von Zersetzungsreaktionen steuern und gegebenenfalls die Zudosierung des Cyanamids Ober die Temperaturmessung automatisieren. Zur Vermeidung von Nebenreaktionen, die zu einer betrachtlichen Ausbeuteminderung fQhren, halt man die Temperatur unter 20° C.
H3N-C = N-I- H2SO4 + C2H5OH
OC2H5
H2N-C
NH2
HSO4
-C=N + H2SO4
[~h2n=c=ch1 :
HSO4
(la)
Fh2N=C=NH * > H2N—C=NhI Hear+ C2HsOH ► G) (Ib)
Das Zusammenmischen von Schwefelsäure und Äthanol kann in einem mit Kühlmantel ausgestatteten Rohrkessel erfolgen, wobei die Schwefelsäure unter Rohren und Kohlen zu dem vorgelegten Äthanol zugegeben wird. Eine sehr schnelle und sehr schonende Vereinigung der beiden Komponenten erreicht man, wenn man das vorgelegte Äthanol, bzw. Äthanol-Schwefelsäure-Gemisch zur Abführung der Mischungswärme Ober einen Wärmeaustauscher, der an eine Kälteanlage angeschlossen 1st, im Kreis umpumpt.
Wesentlich for die Erzielung hoher Ausbeuten Ist, daß nach Beendigung der Cyanamld-Zugabe das Reak- i< > tlonsgemlsch zur Vervollständigung der Umsetzung noch 2 bis 48 Stunden im Temperaturintervall von 0 bis 20° C, in der Regel 40 Stunden bei 0 bis 10° C, weite:gerührt wird, da die Addition von Äthanol im Vergleich zu Methanol as Cyanamld beträchtlich langsamer verläuft und mit zunehmendem Verbrauch an Schwefelsäure die Bildungsgeschwindigkeit von 0-Äthyl-isoharnstoff-hydrogensulfat abnimmt.
Im Vergleich mit der entsprechenden O-Methylverblndung überrascht bei 0-Äthyl-isoharnstoff-hydrogensulfat die stark herabgesetzte Kristallisationsbereitschaft. Mitunter bilden sich bei der Umsetzung von Cyanamld mit Äthanol und Schwefelsäure unter dem Einfluß von Verunreinigungen, Reaktionstemperatur, Eintragsgeschwindigkeit des Cyanamide Rührgeschwindigkeit und Dimensionierung des Reaktionsgefäßes nicht kristallisierende Losungen. Durch das erfindungsgemäße Einbringen geringer Mengen von O-Methyl- oder O-Äthyl-isoharnstoffhydrogensulfat aij »Impfkristalle« kann jedoch die Kristallfällung aus der Reaktionslösung erzwungen werden. Die durch sAnimpfcns ausgelöste Kristallisation verursacht einen Temperaturanstieg des Reakiicnsgernisches, so daß die u. U. spontan auftretende Kristalllsationswärme durch Kühlung abzufangen 1st.
Diese Tatsache der verminderten Kristallisationsneigung von O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat kann jedoch verfahrenstechnisch genutzt werden und erlaubt die Herstellung des Produkts in Kreislaufreaktoren oder Rührkesseln mit Wärmeaustauschern, Ober die das Reaktionsgemisch zur raschen Abführung der Reaktlonswärme Im Kreis umgepumpt wird, wenn man die Reaktionsbedingungen variiert, daß während der exothermen Zugabe des Cyanamide die Kristallisation von O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfb unterbleibt, und man erst nach beendeter Cyanamld-Zugabe und Abklingen der Reaktion die Kristallabscheidung einleitet.
Es 1st für das erfindungsgemäße Verfahren wichtig, daß die Umsetzung gemäß Gleichung (1) in konzentrierter Losung von Schwefelsäure In Äthanol ohne inertes organisches Losungsmittel durchgeführt wird. »
Das Arbeiten Ir* konzentrierter äthanolischer Phase gestattet es, das gebildete O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat In wirtschaftlicher Ausbeute nach Beendigung der Umsetzung und gegebenenfalls »Animpfen« in einfacher Weise durch Filtrieren oder Zentrifugieren direkt zu Isolieren. Die Fällung mit Äther bzw. einem nicht polaren organischen Lösungsmittel oder das Abziehen des Äthanols im Vakuum erübrigt sich.
Grundsätzlich können die Reaktionskomponenten Cyanamld und Schwefelsäure In äqulmolaren Mengen 3S eingesetzt werden, Zur Erzielung optimaler Ausbeuten wird jedoch in einer bevorzugten Ausfuhningsform ein Molverhältnls Cyanamld: Schwefelsäure= 1:1,1 bis 1:1,4 angewendet.
Durch Wiederverwendung des äthanollschen Flitrats, das in der Regel jeweils erst nach dem 5. Ansatz ausgeschleust werden muß, kann man die Ausbeute an technisch reinem Produkt auf etwc 95-Lrf'Ss steigern. Außerdem entfällt die Aufarbeitung der Mutterlaugen und die Rückgewinnung des als Losungsmittel und Reaktionsmedium eingesetzten Äthanols durch Destillation.
Der Herstellungsprozeß kann chargenweise halbr.ontlnvlerlich oder kontinuierlich geführt werden. Beispiel 1
235,3 g (5,48 mol) technisches Cyanamld, 9896Ig
600,8 g (6,00 mol) 98%lge Schwefelsäure
728 g (15,8 mol) technisch absolutes Äthanol
600,8 g 98%lge Schwefelsäure wurden unter Rühren und äußerer Kühlung In 728 g techn. abs. Äthanol während 55 Minuten In dem Maße eingetragen, daß die Innentemperatur nicht über 0° C anstieg. Dann wurden 235,3 g kristallines Cyanamid (98%lg) unter Intensivem Rühren und Kühlung wahrend 150 Minuten so zugegeben, daß die Innentemperatur +80C nicht überschritt. Nach Beendigung der Cyanamldzugabe wurde noch 44 Stunden bei 0° C gerührt. Anschließend wurde abgesaugt und das kristalline Reaktionsprodukt Im Wasserstrahlvakuum bei 50° C getrocknet. Ausbeute 753 g (73,8% d. Th.) O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat mit dem Schmp. 74-83° C.
CjH10N2O5S (186,19)
Ber.: C 19,35 H 5,41 N 15,05 SO4 51,59
Gef.: C 19,40 H 5,80 N 14,57 SO4 52,60 ω
100 g des O-Äthyl-lsohamstoff-hydrogensuifats vom Schmp. 74-83° C wurden in 50 ml techn. abs. Äthanol suspendiert. Es wurde abgesaugt und zweimal mit je 20 ml techn. abs. Äthanol gewaschen. Nach Trocknen Im Vakuum bei 50° C wurden 40 g (40% d. Th.) O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat mit dem Schmp. 86-9Γ C erhalten.
Ber.: C 19,35 H 5,41 N 15,05
Gef.: C 19,50 H 5,50 N 15,19
Beispiel 2
235,3 g (5,48 mol) 98SSiges Cyanamld
600,8 g (6,00 mol) 98%Ige Schwefelsäure
5 728 g (15,8 mol) techn. abs. Äthanol
In eine Mischung aus 600,8 g 98%lger Schwefelsäure und 728 g techn. abs. Äthanol wurden 235,3 g 98%iges Cyanamld unter kräftigem Rohren und äußerer Kühlung während 130 Min. In dem Maße eingetragen, daß die Reaktlonstemperatur nicht über +9"C anstieg. Nach beendeter Cyanamld-Zugabe wurde noch 2 Stunden bei ίο 0°C und einschließend 41 Stunden bei iO°C gerührt. Nach Abkühlen auf -5° C wurde abgesaugt und das kristalline ReakUonsprodukt bei 50° C im Vakuum getrocknet. Die Ausbeute betrug 715 g (70,1 g % d. Th.) O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat mit dem Schmp. 78-86° C.
C3H10NjOsS (186,19)
15 Ber.: N 15,05
Gef.: N 14,88
Beispiel 3
2" 235,3 g (5,48 mol) techn. Cyanamld, 98%ig
751,0 g (7,50 mol) 98%lge Schwefelsäure
728 g (15,8 moi) techn. absolutes Äthanoi
751,0 98%ige Schwefelsäure wurden in 728 g techn. abs. Äthanol unter Rühren und äußerer Kühlung während 25 95 Minuten so eingetragen, daß die Innentemperatur nicht über +5° C anstieg. Es wurden 235,3 g kristallines Cyanamld (98%lg) während 160 Minuten unter Rühren und Kühlen so zugegeben, daß die Innentemperatur nicht über+8° C anstieg. Anschließend wurde noch 19 Stunden bei 0°C gerührt, auf-5° C abgekühlt und nach Absaugen bei 50° C Im Vakuum einer Wasserstrahlpumpe getrocknet. Ausbeute: 902 g (88,4% d. Th.) O-Äthyl-Isoharnstoff-hydrogensulfat vom Schmp. 45-67° C.
CjH10N2O5S (186,19)
Ber.: N 15,05
Gef.: N 13,20
35 Beispiel 4
fm 235,3 g (5,48 inol) Cyanamid, 98KIg
600,8 g (6,00 mol) Schwefelsäure, 98%lg
■ ■ 728 g (15,8 mol) Äthanol, techn. absolut
0. 600,8 g 98%lge Schwefelsäure und 728 g Äthanol (techn. abs.) wurden Im Temperaturbereich 0 bis +10° C
|| miteinander vermischt. Dann wurden 235,3 g kristallines Cyanamld (98%ig) unter Rühren und äußerer Kühlung
|; wahrend 200 Min. in dem Maße eingetragen, daß die Innentemperatur nicht über +10° C anstieg. Anschließend
& wurde 150 MIn. lang bei 00C gerührt und die nicht kristallisierende Reaktionslösung duich Einbringen von
U 45 0,5 g O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat angeimpft. Hierbei setzte nach 5 Minuten langsam die Krlstaliausfai-
' lung ein, wobei die Temperatur von 0 auf +8° C anstieg.
Es wurde noch 43 Stunden bei 0° C gerührt, auf -5° C abgekühlt und das Reaktionsgemisch abgesaugt.
Vakuumtrocknung bei 50° C lieferte 691 g (67,7% d. Th.) O-Äthyl-lsoharnstoff-hydrogensulfat vom Schmp. u- 78-85° C.
CjH10N2O5S (186,19)
i Ber.: N 15,05
;: Gef.: N 14,55

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Äthyl-isoharnstoff-hydrogensulfat, dadurch gekennzeichnet, daß man die an sich bekannte Umsetzung von Cyanamld mit Äthanol und Schwefelsaurs bei Temperaturen von -10 bis 20° C unter Rohren durchfuhrt, indem man Cyanamld In kristalliner Form in eine Losung von 100 Gew.-Teilen konzentrierter Schwefelsaure in 50 bis 200 Gew.-Teiien Äthanol eintragt und ein Molverhältnis von Cyanamld zu Schwefelsaure wie 1:1 bis 1:1.5 einhalt.
DE19772708973 1977-03-02 1977-03-02 Verfahren zur Herstellung von kristallinem O-Aethyl-isoharnstoff-hydrogensulfat Expired DE2708973C2 (de)

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