JPH041741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は第２級アミン、二硫化炭素及び硫黄か
ら酸化剤の存在においてチウラムポリスルフイド
を製造するための方法に関する。 従来技術 チウラムポリスルフイドはゴムの硫化の際に特
に硫黄供与体及び促進剤として使用される。これ
らの物質は例えばチウラムテトラスルフイド（テ
トラメチルチウラムテトラスルフイド又はジペン
タメチレンチウラムテトラスルフイド）又はチウ
ラムヘキサスルフイド（ジペンタメチレンチウラ
ムヘキサスルフイド）という名前で市販されてい
る。これらの製品の化学的構造は、従来異なるポ
リスルフイドの混合物とポリスルフイド及び硫黄
の混合物とを見分けるための分析法がなかつたた
めに正確に公知ではない。更にチウラムポリスル
フイドとは、特に溶解した状態で硫黄を脱離する
傾向がある分解しやすい物質である。 この問題は例えば西ドイツ国特許公開第
2725166号公報中で、テトラムチルチウラムテト
ラスルフイドとして記載されている材料の例に関
して詳説されている。例えば高圧液体クロマトグ
ラフイー（HPLC）及びゲル透過クロマトグラフ
イー（GPC）のような最新の分析法を使用する
ことにより、前記の市販製品は単一の化合物では
なく、それぞれの製造法で変化する量の組成を有
する多くのポリスルフイドと遊離硫黄からの混合
物であるということを品質において示した。 一般に、チウラムポリスルフイドの製法は相応
するジチオカルバメートから出発し、このジチオ
カルバメートは通常第２級アミン、二硫化炭素及
びアルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水
酸化物から製造される。 こうして、米国特許第1681717号明細書及び同
第1780545号明細書は次の反応式 によりジチオカルバメートと塩化硫黄とを反応さ
せることによるチウラムポリスルフイドの製法を
記載している。 しかしながら、この際非常にわずかな収量が達
せられる。前記反応式をベースに一塩化硫黄を使
用したチウラムテトラスルフイド、特にジペンタ
メチレンチウラムテトラスルフイドの改良された
製法が米国特許第2414014号明細書中に記載され
ている。この方法で収率は95％まで達せられた。 しかしながら、これらすべての方法は、腐蝕性
で、不快臭を有する塩化硫黄を用いて作業しなけ
ればならず、かつ付加的に多量の利用不可能な塩
が問題になる副生成物として生じるという欠点を
有している。 塩化ナトリウムの付加的な形成を排除した方法
が西ドイツ国特許公開第2725166号公報中に記載
されている。この方法によればジメチルアンモニ
ウムジメチルジチオカルバメートを二硫化炭素及
び硫黄の存在で過酸化水素と反応させて、テトラ
メチルチウラムテトラスルフイドにする。 西ドイツ国特許公開第2725166号公報によるこ
の方法の変法においては、反応させるべきジチオ
カルバメート塩を前反応工程において水中でジメ
チルアミン及び二硫化炭素から形成し、かつ引き
続きこの際得られたジメチルアンモニウムジメチ
ルジチオカルバメートの水溶液を同じ反応容器中
で硫黄及び過酸化水素と更に反応させてテトラメ
チルチウラムテトラスルフイドにする。こうして
西ドイツ国特許公開第2725166号公報の例１によ
り、反応容器を水、ジメチルアミン及び非イオン
系界面活性剤２滴で満たし、この溶液を25℃で撹
拌し、これに14分間かけて二硫化炭を添加し、こ
の際温度は35℃に上昇する。硫黄を少量添加し、
次いで水を添加する。次に、得られた懸濁液に二
硫化炭素を60分かけて過酸化水素と同時に添加す
るが、この際過酸化水素の添加を二硫化炭素の添
加開始２分後に行なう。最後に最終生成物は濾過
により収率90％で生じる。 該方法は確かに冒頭に記載した方法に対して改
良されているが、その使用はテトラメチルチウラ
ムテトラスルフイドの製造に限定されている。そ
の他の欠点は比較的高く、かつあまり選択的でな
い酸化剤（過酸化水素）、非イオン系界面活性剤
の必要性及び非定量的な収率である。 チウラムジスルフイドの製造のために最近、酸
化剤の存在で第２級アミン及び二硫化炭素の反応
によるあまり費用のかからない方法が西ドイツ国
特許出願P3105622.9号明細書に記載されている。
酸化剤として金属含有触媒及び酸素を用いるこの
方法は高い収率でチウラムジスルフイドに導び
く。 発明が解決しようとする問題点 更に、高い収率で安い出発物質からチウラムポ
リスルフイドを製造するための容易な方法への要
求がある。 問題点を解決するための手段 このような課題は、脂肪族、芳香族脂肪族及
び／又は脂環式炭化水素で置換されたチウラムポ
リスルフイドを、相当して置換された第２級アミ
ンと二硫化炭素及び硫黄とを溶剤中で酸化剤の存
在下に反応させることにより製造するために、こ
の反応をpKa値≧８の第２級アミンを用いて０〜
150℃の温度で実施し、酸化剤として酸素又は酸
素含有ガス及び金属含有触媒を使用することを特
徴とする置換チウラムポリスルフイドの製法によ
り解決する。 本発明による方法は、多数の異なる硫黄含量の
著しく異なつて置換されたチウラムポリスルフイ
ドの製造に好適である。 反応成分として唯一の第２級アミンを使用する
と、両方の窒素原子に同じ置換分を有するチウラ
ムポリスルフイドが得られる。反応成分として二
種の異なる第２級アミンを使用すると、それぞれ
の方法条件（アミンの塩基度差、モル比等）によ
り２つの異なつて置換された窒素原子を有するチ
ウラムポリスルフイドが得られ；この際副生成物
として両方が対称に置換されたチウラムポリスル
フイドがやや多量に生じる。チウラムポリスルフ
イド中の硫黄橋の長さは使用した硫黄量により決
定される。例えば第２級アミン１モルに対して硫
黄１グラム原子を使用する場合、平均して硫黄原
子４個からなる硫黄橋を有する生成物（テトラス
ルフイド）が得られる。アミン１モルに対して硫
黄２グラム原子を使用すると、平均してヘキサス
ルフイドが得られる。 この方法のためにはpKa≧８のすべての第２級
アミンが好適である。この種の第２級アミンは式 〔ここで、R₁及びR₂は同一又は異なつていて
よく、それぞれC₁〜C₁₈−アルキル基、例えばメ
チル、エチル、プロピル、ｎ−ブチル、ｔ−ブチ
ル、ヘキシル、ドデシル及びオクタデシル、シク
ロアルキル基、例えばシクロペンチル−及びシク
ロヘキシル基及びアルキル基により置換されたシ
クロペンチル−及びシクロヘキシル基並びにアリ
ール基、例えばフエニル及びナフチル基により置
換されたC₁〜C₁₈−アルキル基を表わす〕により
表わされる。第２級アミンの置換分は共有の橋構
成員を介して相互に結合していてもよい。この種
のアミンの例はピペリジン、ピロリジン及びその
誘導体並びに他の窒素−複素環である。 酸化剤としては本発明による方法においては酸
素又は酸素含有ガス、特に空気である。 硫黄は固体、液体又は例えば二硫化炭素中に溶
かして添加することができる。ここで本発明方法
が完全に新しい種類の反応であるということが判
明した。すなわち、硫黄を添加しない単純なチウ
ラムジスルフイドに導びく相応する反応における
より、この反応において著しく高い酸化速度が達
せられたということは驚異的なことであつた；す
なわちこのことは硫黄が酸化に対して強い促進効
果を及ぼすことを意味するのである。 本発明方法において溶剤はあまり厳密ではな
く、種々の物質群、例えば芳香族炭化水素、例え
ばベンゾール、トルオール、キシロール、ニトロ
ベンゾール、脂肪族エステル、アルキルエーテ
ル、低級アルコール、例えばメタノール、エタノ
ール、イソプロパノール、ｎ−プロパノール、ｎ
−ブタノール、ｔ−ブタノール及びアミルアルコ
ール、更にクロル炭化水素、例えばジクロルメタ
ン、クロロホルム、ジクロルエタン、トリクロル
エタン、更に非プロトン溶剤、例えばジメチルホ
ルムアミド、アセトニトリル、ジメチルアセトア
ミド、ジメチルスルホキシド及びヘキサメチル燐
酸トリアミド並びに水又は前記溶剤の混合物を挙
げることができる。 使用した第２級アミンにより純粋な水中で、い
くつかの場合高い収率及び選択性が達せられる。
しかしながら、一般に水中での反応速度は前記の
非水性溶液中でより低い。溶剤として、芳香族炭
化水素、炭素原子数６までの低級アルコール、こ
れらの溶剤の混合物又はこれら低級アルコールと
水との混合物を使用するのが有利である。 金属含有触媒としては容易にその原子にその原
子価変換可能である副族のすべての金属及びその
誘導体が好適である。金属含有触媒としてはセリ
ウム、マンガン、銅、鉄、コバルト、モリブデン
又はバナジウムを元素の形で、又は塩、酸化物、
錯体又はその有機化合物の形で使用するのが有利
である。有利な金属もしくはその誘導体のうちで
も銅、マンガン及びセリウムが鉄、コバルト、モ
リブデン及びバナジウムと比較して、より高い触
媒作用を有するが、後者の金属群及びこれらの誘
導体も酸化のための優れた触媒である。 銅元素は銅粉末として使用するのが有利であ
る。銅化合物としてはすべての１価又は２価の無
機、有機、単純又は錯銅塩を挙げることができ
る。例えば好適な１価の銅塩は塩化銅（）、臭
化銅（）及び沃化銅（）、これらハロゲン化
銅（）と一酸化炭素との付加生成物、錯銅
（）塩、例えばアルカリ金属クロロ銅酸塩、シ
アン化銅（）のアンモニア錯化合物、例えばシ
アノ銅酸塩、例えばカリウム−トリシアノ銅酸塩
−（）、ロダン酸銅（）、酢酸銅（）及び硫
化銅（）との複塩及び硫化銅（）及びアルカ
リポリスルフイドからの複硫化物である。例えば
好適な銅（）塩は塩化銅（）、臭化銅（）、
硫化銅（）、硫酸銅（）、硝酸銅（）、亜硝
酸銅（）、ロダン酸銅（）、シアン化銅（）、
カルボン酸の銅（）塩、例えば酢酸銅（）、
ジチオカルバミン酸銅並びに銅−（）−塩のアン
モニア錯化合物である。酸化銅（）も触媒とし
て非常に好適である。 例えば好適なマンガン含有触媒はマンガン粉
末、二酸化マンガン、過マンガン酸カリウム、酢
酸マンガン及びジチオカルバミン酸マンガン並び
に前記銅化合物に相当するその他のマンガン誘導
体である。好適なセリウム触媒の例としては金属
セリウム、二酸化セリウム、塩化セリウム（）、
塩化セリウム（）及びセリウム・クロロ錯塩、
硝酸セリウム及びセリウムニトラト塩、硫酸セリ
ウム、炭酸セリウム、蓚酸セリウム及び硫化セリ
ウムを挙げることができる。 鉄触媒の例は公知の酸化鉄、鉄（）塩及び鉄
（）塩並びに錯塩である。 好適なバナジウム触媒の例は酸化バナジウム、
塩化バナジウム及び硫酸バナジウム並びに公知の
複塩及び錯塩である。 好適なコバルト触媒は公知酸化コバルト、コバ
ルト（）塩及び錯塩である。 最後に、好適なモリブデン触媒の例としては酸
化物、塩化物、硫化物及び弗化物、更にモリブデ
ン酸塩並びに公知の錯アシド塩をあげることがで
きる。 もちろん、前記触媒多数からなる混合物も使用
することができる。 金属含有触媒の必要量は驚異的に少量である。
その量は第２級アミン１モルに対して0.01〜５ミ
リモルの範囲が有利である。より少量の触媒を使
用することもできるが、この場合にはより長い反
応時間を甘受しなければならない。より多量の触
媒の使用は、触媒が沈殿し、反応生成物を不純に
する危険性があるので、勧められない。 本発明による方法は０〜150℃の範囲の温度、
有利に20〜90℃で実施される。90℃を越える温度
は空／時−収率を高めるが、安全という面からは
あまり有利ではない。 本発明方法を少なくとも0.1バールの酸素圧も
しくは酸素分圧で実施するのが有利である。予期
されるように、上昇する圧力と共に反応速度は上
昇する。技術上の安全性から、１〜10バールの圧
力範囲が有利である。 該方法の実施のためには、反応成分、触媒及び
溶剤をそれぞれ任意の順序で一緒にする。この
際、第２級アミン及び二硫化炭素を一般にほぼ化
学量論比で使用する（１：１）；有利には二硫化
炭素をわずかに過剰（0.01〜0.2モルの過剰）で
使用する。使用すべき硫黄量はそれぞれ所望の最
終生成物により広い範囲で変化させることができ
る。硫黄１〜３グラム原子／第２級アミン１モル
の量が有利である。第２級アミン１モルあたり硫
黄１グラム原子で使用すると、主にチウラムテト
ラスルフイドが得られ、硫黄２グラム原子を使用
すると、チウラムヘキサスルフイドが得られ、よ
り多量の硫黄量においては相応して高いチウラム
ポリスルフイドが生じる。第２級アミン１モルあ
たり硫黄１〜２グラム原子を使用するのが特に有
利である。 本発明の実施形によれば、第２級アミン、二硫
化炭素、硫黄及び金属含有触媒を溶剤中に溶かす
か、もしくは懸濁させて、酸素もしくは酸素含有
ガスの存在において、相応するチウラムポリスル
フイドに変換する。先ず二硫化炭素のみを第２級
アミン（モル比0.9〜1.1：2.0〜2.2）と反応させ、
引き続き、得られた反応混合物を硫黄及び二硫化
炭素（1.0〜1.2モル）と、金属含有触媒及び酸素
もしくは酸素含有ガスの存在下に反応させること
も同様に可能である。更に、第２級アミンと二硫
化炭素とから中間生成物として生じたジチオカル
バメートを単離し、引き続きこのジチオカルバメ
ートを二硫化炭素（モル比1.0：1.0〜1.2）及び硫
黄と、酸素もしくは酸素含有ガス及び金属含有触
媒の存在下に反応させることも可能である。更
に、反応成分である第２級アミン、二硫化炭素及
び硫黄を反応の間反応溶液に導入することも可能
である。 反応時間は方法条件並びに使用した第２級アミ
ンにより決まる；一般に、反応時間は数分〜数時
間におよぶ範囲である。温度及び酸素圧に関して
有利な条件下に、反応時間は数分〜１時間であ
る。 本発明による方法の実施は、酸素もしくは酸素
含有ガスを記載した圧力及び温度条件下に反応混
合物に加圧するか、又は反応混合物中もしくは反
応混合物を通して導入する。反応の終わり（完全
な変換）は簡単な方法で、例えば酸素取り込みの
終了でわかる。 多くの場合、例えばテトラメチルチウラムポリ
スルフイド又はジペンタメチレンチウラムポリス
ルフイドにおいて、最終生成物はすぐに反応混合
物から析出し、濾別することができる。他の場合
には、所望の生成物を反応混合物の冷却又は濃縮
により得る。液状生成物は蒸留又は抽出処理によ
り純粋な形で得られる。 本発明による方法の工業的実施の際には母液を
循環に導びくのが有利であり、この際新鮮な金属
含有触媒を常に添加する必要はない。例えば、触
媒反応性の損失を確認することなしに、不変に高
い収率で10反応サイクル以上実施することができ
る。 本発明による方法においては、多くの場合99％
より多量の実質的に定量的な収率及び選択性が達
せられた。該生成物は高い純度で生じ、一般に精
製なしにその測定に導びくことができる。相応す
る硫黄添加において、得られる生成物はその化学
的組成において市販の生成物（例えばテトラメチ
ルチウラムテトラスルフイド、ジペンタメチレン
チウラムテトラスルフイド又はジペンタメチレン
チウラムヘキサスルフイド）に相当する。 先ずジチオカルバメートを合成する公知の二工
程法に対して、一工程法は全く助剤を使用しない
ので、その経済性及び環境汚染がないことにより
優れている。西ドイツ国特許第2725166号明細書
から公知の一工程ではあるが、テトラメチルチウ
ラムテトラスルフイドの製造にのみ限定されてい
る方法に対して、本発明の方法は簡単な反応方法
において著しく安価な酸化剤を使用することがで
き、かつ実質的に定量的な収率と高い選択性が達
せられるという利点を有する。 実施例 次に実施例につき本発明を詳細に説明する。 例 １ 加熱用液体の循環用二重ジヤケツト、温度計、
圧力測定装置及び撹拌装置をそなえる１−ガラ
スオートクレーブ中でメタノール300ml中のピペ
リジン34.06g（0.4モル）及び酢酸マンガン
（）・四水和物6.1mg（0.025・10^-3モル）の溶液
に硫黄25.64g（0.8グラム原子）及び二硫化炭素
31.2g（0.41モル）を加える。反応混合物を50℃に
加熱し、強力に撹拌し、酸素1.7バールを加えた。
ただちに酸素消費が記録され、ほぼ白く、微細な
沈殿が生じる。30分後に、反応は終了する（酸素
取り込みがもはや行なわれず、反応溶液が褐色か
ら淡黄色に変色する）。ピペリジンは完全に変換
する。生じた沈殿を濾別し、メタノールで洗浄
し、乾燥させる。126〜129℃の融溶範囲の生成物
88.7gが生じる。 生成物はジペンタメチレンチウラムヘキサスル
フイドの組成に相当する。 分析：ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフ
イド C₁₂H₂₀N₂S₈ 計算値：Ｃ32.11％ Ｈ44.9％ Ｎ6.24％ Ｓ57.15％ 実測値：Ｃ32.3 ％ Ｈ 4.5％ Ｎ6.1 ％ Ｓ56.8 ％ 高圧液体クロマトグラフイー分析により、生成
物中の遊離硫黄の含量及びジペンタメチレンチウ
ラムジスルフイドの含量はそれぞれ１％より低い
ということが証明された。 母液は更に生成物0.7gを含有し、この生成物は
濃縮又は強力な冷却により単離することができ
る。これにより全収量は89.4gであり、理論値の
99.5％に相当する。この方法により製造した生成
物は硫黄供与体として市販されている、ジペンタ
メチレンチウラムテトラスルフイドと呼ばれる製
品に相当する。 例２ （比較例） 例１と同様に行なうが、硫黄を添加しない。酸
素吸収は著しくゆつくりとなる。反応時間30分後
に融点132℃のジペンタメチレンチウラムジスル
フイドがわずか16.2g（理論値の25％に相当）生じ
た。この例は、硫黄が反応を強く促進することを
示す。 例 ３ 例１におけると同様に処理するが、硫黄12.82g
（0.4グラム原子）のみを使用する。反応時間はわ
ずか65分間である。融溶範囲124〜127℃の生成物
が得られ、これはジペンタメチレンチウラムテト
ラスルフイドの組成と同じである。 分 析：ジペンタメチレンチウラムテトラスルフ
イド C₁₂H₂₀N₂S₆ 計算値：Ｃ37.46％ Ｈ5.24％ Ｎ7.28％ Ｓ50.1 ％ 実測値：Ｃ37.8 ％ Ｈ5.3 ％ Ｎ7.3 ％ Ｓ49.7 ％ 遊離硫黄の含量は１％より低い（高圧液体クロ
マトグラフイー分析）。収量は88.9g（理論値の
99.0％）である。 例 ４ 例１に記載した方法でメタノール300ml中のピ
ペリジン17.03g（0.2モル）、二硫化炭素15.96g
（0.21モル）及び硫黄19.2g（0.6グラム原子）を、
酢酸マンガン（）6.1mg（0.025・10^-3モル）及
び酸素の存在で反応させる。反応温度は50℃であ
り、酸素圧か1.7バールで反応時間は60分である。 このように得られたジペンタメチレンチウラム
ポリスルフイドは112〜120℃の温度範囲で溶融
し、C₁₂H₂₀N₂S₁₀の分子式を有する。 収量は49.83g（理論値の97.2％） 例 ５〜８ 例１におけると同様に処理するが、種々の溶剤
を使用する。結果は第１表中に記載する。

【表】 例 ９〜12 例１と同様に処理するが、他の触媒及び異なる
反応温度を用いる。相応する反応時間並びに生成
物収率は第２表に記載する。

【表】 例 13 次の例は酸素含有ガスとして空気を使用する。
例１中に記載した方法において、メタノール300
ml中のピペリジン34.06g（0.4モル）、二硫化炭素
31.2g（0.41モル）及び硫黄25.64g（0.8グラム原子）
を酢酸マンガン（）12.2mg（0.05ミリモル）及
び空気（全圧は５バールである）の存在で反応さ
せた。反応温度は60℃で、反応時間は40分であ
る。この際、ジペンタメチレンチウラムヘキサス
ルフイド生成物が88.1g（理論値の98.3％）の収率
で得られる。 例 14〜17 次の例においては他の第２級アミンを使用す
る。実験はそれぞれ例１に記載した方法で行な
う。溶剤としてはそれぞれメタノール300mlを使
用し、酸素圧は1.7バールである。 その他の反応条件並びに相応するチウラムポリ
スルフイドの融点を第３表に記載する。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 脂肪族、芳香族脂肪族及び／又は脂環式炭化
   水素で置換されたチウラムポリスルフイドを、相
   応して置換された第２級アミンと二硫化炭素及び
   硫黄とを溶剤中で酸化剤の存在下に反応させるこ
   とにより製造するために、この反応をpKa値≧８
   の第２級アミンを用いて０〜150℃の温度で実施
   し、酸化剤として酸素又は酸素含有ガス及び金属
   含有触媒を使用することを特徴とする置換チウラ
   ムポリスルフイドの製法。 ２ 第２級アミン１モルあたり二硫化炭素１〜
   1.2モルを使用する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ３ 第２級アミン１モルあたり硫黄１〜３グラム
   原子を使用する特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の方法。 ４ 第２級アミン１モルあたり0.01〜５ミリモル
   の量で金属含有触媒を使用する特許請求の範囲第
   １項から第３項までのいずれか１項記載の方法。 ５ 触媒としてセリウム、マンガン、銅、鉄、コ
   バルト、モリブデン又はバナジウムを元素の形
   で、塩、酸化物、錯体又は有機化合物又はこれら
   の混合物として使用する特許請求の範囲第１項か
   ら第４項までのいずれか１項記載の方法。 ６ 溶剤として置換されていてよい芳香族炭化水
   素、炭素原子数６までの低級アルコール、これら
   の溶剤の混合物又は低級アルコールと水との混合
   物を使用する特許請求の範囲第１項から第５項ま
   でのいずれか１項記載の方法。 ７ 反応を20〜90℃の温度で実施する特許請求の
   範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の
   方法。