DE1670087A1

DE1670087A1 - Verfahren zur Herstellung von 4-Hydroxy-hexahydropyrimidinen

Info

Publication number: DE1670087A1
Application number: DE19661670087
Authority: DE
Inventors: Petersen Dr Harro
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1965-07-22
Filing date: 1966-05-27
Publication date: 1970-10-29
Also published as: US3450703A; DE1670086C3; NL6610242A; BE684497A; DE1545601A1; DE1670093C3; DE1670086A1; CH473128A; DE1670093B2; AT265280B; DE1670086B2; GB1148102A; DE1670093A1

Description

Unser Zeichen: O.Z. 24 258 Sm/Mü Ludwigshafen am Rhein, den 25.5.1966

Verfahren zur Herstellung von 4-Hydroxy-hexahydropyrimidinen

Es wurde gefunden, daß man 4-Hydroxy-hexahydropyrimidine der Formel

	X Il	N-R₁
R₂-N		HC-OH S
R,-HC 3 ν	C^	\

, ι

worin R. und Rp Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlerstoffatomen, R, Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen, R, und R₅ Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und X Sauerstoff oder Schwefel bedeuten, auf sehr einfache Weise und in guten Ausbeuten erhält, wenn man a) Kondensationsprodukte, die durch Kondensation eines Harnstoffes der Formel

R₀NH-C-NH-R₁

*- Il '

worin R,, Rp und X die zuvorgenannte Bedeutung haben, mit einem Allehyd der Formel

CH -CHO^

/2

Q098U/1865

- 2 - . O.Z. 24 258

worin R, und Er die zuvorgenannte Bedeutung haben, im Mo!.verhältnis von etwa 1 : 2 oder

b) Kondensationsprodukte, die durch Kondensation eines zuvor- . genannten Harnstoffes mit einem zuvorgenannten Aldehyd und einen anderen Aldehyd der Formel· .

R₃CHO ,,

in der R, die angegebene Bedeutung hat, im Molverhältnis von fe etwa 1:1:1 erhalten wurden, in Gegenwart von Säuren und gegebenenfalls in Gegenwart inerter Lösungsmittel auf Temperaturen zwischen 30 und 100⁰G erhitzt oder

c) c^-Alkyliden-bis-harnstoffe der Formel

R₁NH-C-N-CH-N-C-NHR₁ ,11

¹ Il I Il '

X CH X

V ^R5

worin R₁ , Rp, B.. ,R₅ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben, mit einem Aldehyd der Formel

CH-CHO

*5 ·

worin R, und Rc die zuvorgenannte Bedeutung haben, im Molver- ₌ hältnis von etwa 1 :_t3 in Gegenwart von Säuren bei Temperaturen zwischen 30. und 10O⁰C und gegebenenfalls in Gegenwart inerter Lösungsmittel umsetzt, oder

0 0 9 8 4 4/18 6 5

CZ. 24 258

d) Hethylenharnstoffe der Formel

R₁ Ro
-N-C-N-CH,

Il ^c

N-C-NHR₉ III

11 ^

Z^ X

oder der Formel

-N-C-N-CH,

Il ^c

OH

worin R₁, R₂ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben? und Z eine ganae Zahl zwischen 1 und. 10 und Y eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 bedeuten, mit etwa Z bzw. Y Molen eines Aldehyds der Formel

4 CH-CHO

worin Ua und R_c die zuvorgenannte Bedeutung haben, in Gegenwart von Säuren bei Temperaturen zwischen 30 und 100⁰C und ge-* gebenehfalls in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels umsetzt, öde*¹

•Älkylidenharhstoffe der Formel

R,

C
f

CH

It J

00 98 44/1865

4 ■	Y	O.Z.	24	1670087 258
μ - ■	-OH	»	VI
?1 ?2 N-C-N-GH !I I X CH

R₄ R₅ _

worin R₁, R₂, R^, R^ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben und Z eine ganze Zahl zwischen 1 und 10 und Y eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 bedeuten mit etwa Z bzw. Y Molen eines Aldehyds der Formel · -

GH-CHO

^l5 ·

oder mit etwa Z bzw. Y Molen eines Aldehyds der Formel

R,-CHO

in Gegenwart von Säuren bei Temperaturen zwischen 30 und 10O⁰C und gegebenenfalls' in Gegenwart inerterlösungsmittel umsetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise mit der Herstellung der Ausgangsstoffe verbinden, indem man zunächst im schwach sauren Medium, ζ_CB. bei einem pH-Wert zwischen 4 UWd 6_f Qf etwa ein Mol des Harnstoffes mit etwa 2 Molen eines Aldehyds der allgemeinen Formel

CH-GHO ,
4
vorjzugsweiee mit Isobutyraldehyd, oder mit etwa einem Mol ein^s

Aldehyds der allgemeinen Formel

09844/

	- 5 -	0.	Z.	1670087
	"" CH-CHO,			24 258.
V
V

vorzugsweise des Isobutyraldehyds und etwa einem Mol eines anderen Aldehyds der allgemeinen Formel

R₃-CHO,

vorzugsweise des Formaldehyde., umsetzt, wobei man in "bekannter Weise so verfährt, daß sich die als Ausgangsprodukte verwendbaren ■ höhermolekularen Kondensationsprodukte, z.B. Alkylidenharnstoffe, bilden, und anschließend im stärker sauren Medium, z.B. bei einem pH-Wert zwischen 0 und 4* gegebenenfalls unter Erwärmung, diese Kondensate in die 4-Hydroxy-2-oxo-(thiono)-hexahydropyrimidine überführt. Bei den unter a) und e) aufgeführten Varianten des Verfahrens bedeutet R, in den Endprodukten den Rest

■·■■ /^E4
-OH

In völlig entsprechender Weise kann man aucho^-Alkylidenbiaharnstoffe der allgemeinen Formel II zunächst aus den entsprechenden Harnatoffen und Aldehyden im schwach sauren Medium, z.B. bei einem pH-Wert zwischen 3 und 6,8, herstellen und diese Kondensationsprodukte ohne Abtrennung direkt mit einem der genannten Aldehyde in den angegebenen Molverhältnissen im stärker sauren Medium, z.B. bei pH-Werten zwischen 0 und 4 und gegebenenfalls unter Erwärmung, au 4-Hydroxy-2-oxo-(thiono)-hexahydropyrimidinen um- . setzen. , /6

009844/1865

- 6 - O.Z. 24 258

Ferner ist es möglich, ^-Alkyliden-bis-harnstoffe der allgemeinen Formel II, in denen mindestens einer der Reste R₁ oder Rg ein Η-Atom bedeutet, zunächst mit etwa 3 Mol eines Aldehyds der allgemeinen Formel

CH-CHO

bis zu einem Gleichgewichtszustand in die Tri-oi"-alkylolverbindung überzuführen und anschließend in Gegenwart von Säuren bei erhöhter Temperatur zu den 4-Hydroxy-2-oxo-(thiono)-hexahydropyrimidinen umzusetzen.

Das Verfahren kann in Gegenwart von inerten Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln durchgeführt werden, z.B. in Gegenwart von Dioxan oder Wasser.

ö(-Alkyliden-bis-harnstoffe der allgemeinen Formel II sind z;B. o(-Isobutylidendiharnstoff, o(-Isobutyliden-N,N'-dimethylharnstoff und oi-Isobutylidendithioharnstoff. Weitere geeignete Ausgangsstoffe sind Methylendiharnstoff, Dimethylen-triharnstoff, Methylendithioharnstoff, Monomethylolmethylendiharnstoff bzw. -thioharnstoff oder Methylol-O^-isobutylidendiharnstoff.

Als Aldehyde, die der allgemeinen Formel

CH-CHO

009844/1865

.... Μ¹«⁰⁰⁸⁷

entsprechen, lassen eich z.B. 2-Methyl-butyraldehyd, 2-Xthylbutyraldehyd, 2-Propyl-pentanal-(1) oder 2-Äthyl-hexanal-(i) verwenden. Bevorzugt verwendet man den Isobutyraldehyd.

Andere Aldehyde, die der allgemeinen Formel

R₅-CHO

nicht aber der allgemeinen Formel

CH-CHO ä

entsprechen, sind z.B. Formaldehyd und Acetaldehyd.

Als Säuren lassen sich z.B. trockener Chlorwasserstoff oder wässrige Salzsäure, Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure verwenden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um eine Cyclisierungsreaktion, bei der eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff -Verknüpfung unter gleichzeitigem Ringschluß stattfindet. Diese Cyclisierung kann durch hohen Säurezusatz, gegebenenfalls zusammen mit einer Erhöhung der Reaktionstemperatur, beschleunigt werden. In vielen Fällen gelingt es bereits bei niedriger Temperatur in Gegenwart großer Säuremengen, die 4-Hydroxy-2-OXO-(thiono)-hexahydropyrimidine zu erhalten. Andererseits ist ee aber möglich, die Umsetzung bei höherer Temperatur in Gegenwart von weniger Säure durchzuführen. Die Wahl der Temperatur

/8

009844/ 1865

- 8 - O.Z. 24 258

richtet sich nach den Jeweiligen Ausgangsstoffen und kann bei Erhöhung des Säurezusatzes erniedrigt werden und umgekehrt.

Die nach dem Verfahren herstellbaren neuen Verbindungen sind wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von Leder- und Lackhilfsstoffen sowie für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln. Sie sind außerdem langsam wirkende Düngemittel.

Die in den folgenden Beispielen genannten Teile bedeuten Gewichtsteile.

Beispiel 1

120 Teile Harnstoff werden in 1500 Teilen Wasser gelöst und mit 288 Teilen Isobutyraldehyd versetzt. Unter starkem Rühren werden zu dieser Mischung 5 Teile einer 10bigen Salzsäure hinzugegeben*

Durch Kühlen wird die Reaktionstemperatur zwischen 30 und 40⁰C gehalten. Bereits nach kurzer Zeit fällt ein Polykondensat aus, das nach Neutralisation mit verdünnter Natronlauge abfiltriert " und getrocknet wird.

200 Teile des getrockneten Polykondensates werden unter Rühren in 800 Teilen Wasser suspendiert, mit 60 Teilen konzentrierter Salzsäure versetzt und 2 Stunden bei 90⁰C erwärmt. Bei 70 bis 80⁰C tritt zunächst eine Lösung des Polykondensates ein. Nach kurzer Zeit beginnt beim weiteren Erwärmen das 2-0xo-4-hydroxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-hexahydropyrimidin auszufallen. Danach

/9

009844/186 5

- 9 - O.Z. 24

^70087

wird das Reaktionsgemisch mit Natronlauge neutralisiert und das ausgefallene Reaktionsprodukt abfiltriert. Es werden 160 Teile Rohprodukt erhalten« Die Verbindung läßt sich aus heißem Wasser Umkristallisieren., Der Schmelzpunkt beträgt 221 C.

Analyse: CgH^gOpNp

gefunden: C 58,5 $ H 9,8 $ 0 17,1% N 14,8 $ berechnet: C 58,0 % H 9,7 $ 0 17,2 % N 15,05$.

Beispiel 2 .

Eine Lösung von 60 Teilen Harnstoff in 300 Teilen Wasser wird mit 72 Teilen Isobutyraldehyd versetzt. Unter Rühren werden zu diesem Reaktiönsgemisch 2 Teile 10biger Salzsäure hinzugegeben. Nach kurzer Zeit tritt unter Erwärmung ein unlösliches PoIykondensationsprodukt auf, das Harnstoff und Isobutyraldehyd in einem Molverhältnis von 1:1 gebunden enthält.

Zur wässrigen Aufschlämmung dieses Kondensationsproduktes werden unter Rühren 72 Teile Isobutyraldehyd hinzugegeben. Nach Zusatz von 50 Teilen konzentrierter Salzsäure tritt beim Erwärmen auf 70 bis 80⁰C eine Lösung dea Polykondensationsproduktes ein. Beim weiteren Erwärmen auf 90⁰C beginnt dann das Cyclisierungsprodukt auszufallen. Nach Neutralisation mit Natronlauge wird das Produkt abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es werden 130 Teile Rohprodukt erhalten. Dieses läßt sich aus heißem Wasser Umkristallisieren und zeigt einen Schmelzpunkt von 220⁰C

009844/1885

- 10 - O.Z.

Das Infrarotapektrum ist mit dem IR-Spektrum eines auf anderem Wege hergestellten 2-0xo-4-hydroxy-5,S-dimethyl-ö-isopropylhexahydropyrimidins identisch.

Beispiel 3

In eine Mischung aus 87 Teilen Isobutylidendiharnstoff und Teilen Isobutyraldehyd werden bei Raumtemperatur 15 bis 20 Teile Chlorwasserstoff eingeleitet. Hierbei tritt eine Erwärmung auf Rückflußtemperatur (ca.£0 bis 65⁰C) ein, wobei allmähfc lieh eine klare Lösung entsteht. Beim weiteren Erwärmen steigt die Rückflußtemperatur allmählich auf ca. 80 bis 85⁰C an, wobei das Cyclisierungsprodukt auszufallen beginnt. Insgesamt wird das Reaktionsgemisch 3 Stunden bei 80 bis 85⁰C gerührt. Anschließend wird mit Natronlauge neutralisiert und das 2-0xo-4-hydroxy-5,S-dimethyl-ö-isopropyl-hexahydropyrimidin abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Es werden 148 Teile Rohprodukt erhalten. Das entspricht einer Ausbeute von 79,6 $ der Theorie. Der Schmelzpunkt des aus Wasser umkristallisierten Produktes liegt bei 220 bis 222⁰C.

Analyse: CgH₁₈O₂Ii₂

gefunden: C 58,4 # H 10,1 $ 0 17,3 $ N 14,9 $ berechnet: C 58,0 96 H 9,7 % 0 17,2 # N 15,05$.

/11

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- 11 - O.Z. 24 258

Beispiel 4

114 Teile eines nach dem im ersten Abschnitt des Beispiels 2 aus Harnstoff und Isobutyraldehyd im Molverhältnis 1 : 1 hergestellen Polykondensates werden in einer Rührapparatur mit 500 Teilen Wasser und 72 Teilen Isobutyraldehyd versetzt. Der pH-Wert der Mischung wird mit verdünnter Natronlauge auf bis 7,5 eingestellt. Nach einstündigem Erwärmen bei 45 bis 50 C ist der zugesetzte Isobutyraldehyd weitgehend an das Polykondensat gebunden. Danach werden 100 Teile konzentrierte Salzsäure a zugesetzt und das Reaktionsgemisch langsam auf 85 bis 90⁰C erwärmt. Hierbei tritt vorübergehend eine klare Lösung auf. Mit fortschreitender Reaktionszeit fällt das gebildete 2-0xo-4-hydroxy-5,5-dimethyl-6-isopropyl-hexahydropyrimidin aus. Nach zweistündigem Erwärmen auf 85 bis 90⁰C wird das Reaktionsgemisch mit Natronlauge neutralisiert. Nach Abfiltrieren, Waschen mit Wasser und Trocknen werden 130 Teile Rohprodukt erhalten.

Das IR-Spektrum des aus Wasser umkristallisierten Produktes ist mit dem IR-Spektrum eines auf anderem Wege hergestellten ' 2-0xo-4-hydroxy-5,S-dimethyl-e-isopropyl-hexahydropyrimidins identisch.

Beispiel 5

300 Teile einer 10bigen, wässrigen Formaldehydlösung werden mit 60 Teilen Harnstoff und 30 Teilen konzentrierter Salzsäure versetzt. Unter Erwärmung fällt der Polymethylenharnstoff aus.

Ohne Abtrennung des Kondensationsproduktes werden hierzu 72

/12

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- 12 - O.Z. 24 258

Teile Isobutyraldehyd zugesetzt. Nach kurzer Zeit geht der Niederschlag bei einer anfänglichen Rückflußtemperatür von 60 bis 65⁰C in Lösung. Unter ständigein Rühren wird das Reaktionsgemisch auf ca. 8O⁰C erwärmt. Nach vierstündigem Erwärmen wird das Gemisch neutralisiert und auf ein Gewicht von ca» 200 bis 220 Teile unter vermindertem Druck eingedampft. Nach eintägigem Stehen bei Raumtemperatur fällt das 2-0xo-4-hydroxy-5,5-dimethyl-hexahydropyrimidin aus. Ausbeute; 91 Teile. Es wird abfiltriert und aus Wasser umkristallisiert« Schmelzpunkts P 245⁰C unter Zersetzung.

Analyse: C₆H₁₂O₂N₂ (144)

gefunden: C 50,5 f> H 8,2 $ 0 22,6 # N 19,0 ⁰A berechnet: C 5Q^o # H 8,4 $ 0 22,2 # N 19,4 .#.

Beispiel 6

Die Mischung von 120 Teilen Harnstoff, 200 Teilen 3Obiger Formaldehydlösung, 500 Teilen Wasser und 144 Teilen Isobutyraldehyd wird mit 50 Teilen einer 50$igen Schwefelsäure unter Rühren versetzt. Unmittelbar nach der Säurezugabe fällt das Polykondensationsprodukt der gemischten Polyalkylenharnstoffe aus. Ohne Abtrennung des ausgefallenen Niederschlages wird das Reaktionsgemisch auf Rückflußtemperatür erhitzt.'Unter ständiger Rückflußkühlung steigt die Rückflußtemperatur langsam auf ca. 80 bis 85⁰C an. Bei dieser Temperatur wird die Mischung noch ? Stunden erwärmt, wobei der Niederschlag nach kurzer Zeit völlig

00 9 8 A4 /1865

- 13 - O.Z. 24 258

in Lösung geht. Anschließend wird mit Natronlauge neutralisiert, gegebenenfalls filtriert und das Filtrat auf ein Gewicht von 500 Teilen unter vermindertem Druck eingedampft. Nach eintägigem Stehen wird das ausgefallene 2-0xo-4-hydroxy-5,5-dimethylhexahydropyrimidin abfiltriert und getrocknet. Bs werden 150 Teile Rohprodukt erhalten. Die reine Verbindung wild durch Umkristallisieren aus Wasser erhalten. Schmelzpunkt; 245 bis 246 C unter Zersetzung.

Analyse: O₆H₁₂O₂N₂ (144) . |

gefunden: C 50,2 #H8,5$0 22,0#N19,1# berechnet: C 50,0 <fo H 8,4 # 0 22,2 $> N 19,4 #.

/14

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Claims

_ -14 .-ν. 0>Ζο 24 258 Patentanspruch.

Verfahren zur Herstellung von 4-Bydroxy-hexahydropyrimidinen der Formel

Il

R₂-N N-S₁

R,-HC . HC-OH _T

worin R₁ und R₂ Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, R, Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 "bis Kohlenstoffatomen, R/ und R₅ Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlen-. stoffatomen und X Sauerstoff oder Schwefel bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man .

a) Kondensationspfodukte, die durch Kondensation eines Harnstoff es der Formel .

R₉NH-C-NHE₁

^ ■ ir '

worin R₁ , R₂ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben, mit einem Aldehyd der Formel

⁰ CH-CHO ,

worin R^ und Rc die zuvorgenaniite Bedeutung haben, im Holverhältnis von etwa 1 : 2 oder

00 9844/186

- 15 - OoZ- 24 258

b) Kondensationsprodukte₉ die durch Kondensation einea zuvorgenannten Harnstoffes mit einem zuvorgenannten Aldehyd und einem anderen Aldehyd der Formel

R₃CHO j

in der R, die zuvorgenannte Bedeutung hat₉ im Molverhältnis von etwa IsIsI erhalten wurden, in Gegenwart von Säuren und gegebenenfalls in Gegenwart inerter Lösungsmittel auf Temperaturen zwischen 30 und TOO⁰O erhitzt, oder

c) oC-Alkyliden-Ms-harnstoffe der Formel

p p
R₁M-O-I-CH-R-C-NHR₁ , II

¹ ti I It '

X CH X

worin R. ,.Rp, R.,. R^ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben, mit einem Aldehyd der Formel

⁴ CH-CHO ' ,

worin R, und Rf- die zuvorgenannte Bedeutung haben, mit Molverhältnis von etwa 1 s 3 in Gegenwart von Säuren bei Temperaturen zwischen 30 und 100⁰O und gegebenenfalls"in Gegenwart inerter Lösungsmittel umsetzt, oder

d) Methylenharnstoffe der Formel · ' · ■ _; -

00 98 A 4/18 65

- 16 -

-N-C-If-CH₉-

Il ^

o.z-

Κ- C-- NJiI-

oder der Formel

-N-C-N-OHo-

Il ¹^

-OH

worin Ii-, R₀ und X die zuvorgenannte Bedeutung ha: er. uni ,: eine ganze Zahl zwischen 1 und 10 und Y eir.e fai.ze -:-h. ά' sehen 2 und 10 bedeuten, mit etwa Z bzw.Y M:len ein;:.-: Aii^hyi der Formel

CII-CHC

^R4
»

worin R," und Ii₅ die zuvorgenannte Bedeu'ur.t·; h^A-^t:, wart von Säuren bei Temperaturen zwiz^hcw JC υΐι-.i " gebenenfellB in Gegenwart eines inerten Lc-sui;, εη: V

*?) c(~Äikylidenharttetoffe der Formel

u ]»η;μ:

'N-C-N-CH

It ( X CH

U,

oder der Formel

S65

O.Z. 24 258

II

-N-C-N-CH

Il I

X CH

5 J

-OH , VI

worin R., R₂, R₄, R₅ und X die zuvorgenannte Bedeutung haben und Z eine ganze Zahl zwischen 1 und 10 und Y eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 bedeuten mit etwa Z bzw. Y Molen eines Aldehyds der Formel

⁴ CH-CHO j

oder mit etwa Z bzw. Y Molen eines Aldehyds der Formel

R₃-CHO

in Gegenwart von Säuren bei Temperaturen zwischen 30 und 100 C und gegebenenfalls in Gegenwart inerter Lösungsmittel umsetzt.

BADISCHE ANILIN- & SODA-FABRIK AG

009844/1865