DE1202281B

DE1202281B - Verfahren zur Herstellung von N-(5-Nitro-2-furfuryliden)-1-aminohydantoinen

Info

Publication number: DE1202281B
Application number: DEK42206A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Josef Klosa
Original assignee: JOSEF KLOSA DIPL CHEM DR
Current assignee: JOSEF KLOSA DIPL CHEM DR
Priority date: 1960-11-21
Filing date: 1960-11-21
Publication date: 1965-10-07

Description

Verfahren zur Herstellung von N45-Nitro-2-furfuryliden)-1 -aminohydantoinen Verfahren zur Herstellung von Ng5-Nitro-2-furfuryliden)-l -aminohydantoinen sind bereits bekannt.
So wird in der USA.-Patentschrift 2610181 ein Verfahren beschrieben, bei dem entsprechendeAminohydantoine mit 5-Nitrofurfurol oder seinen Derivaten, die 5-Nitrofurfurol abzuspalten vermögen, umgesetzt werden. Die hierzu benötigten l-Aminb hydantoine werden auf recht komplizierten und langwierigen Wegen gewonnen. So muß z. B. die erforderliche 2-Semicarbazidoessigsäure nach der USA.-Patentschrift 2 779 786 aus Chloressigsäure und Hydrazin unter Einhaltung peinlich genauer Vorschriften hergestellt werden. Die Ausbeuten sind gering (etwa 35 bis 41)%). Andererseits ist auch die Isolierung von als Zwischenprodukten anfallenden Hydrazinoessigsäureestern nicht nur sehr schwierig und langwierig, sondern auch mit schlechten Ausbeuten verbunden. Die Ausbeuten an diesen betragen etwa 30 bis 400/0.
Weiterhin sind bereits verschiedene Verfahren, die die Herstellung von N45-Nitro-2-furfuryliden)-I - aminohydantoin vereinfachen sollen, bekanntgeworden. So wird nach dem in der österreichischen Patentschrift 211 325 beschriebenen Verfahren zunächst N-Benzaldehyd-l-aminohydantoin hergestellt und dann die Benzaldehydgruppe durch Behandlung mit verdünnten Säuren abgespalten und das erhaltene Aminohydantoin mit 5-Nitrofurfurol kondensiert.
Es ist auch bekannt, die erforderlichen Zwischenprodukte, wie den 2-Hydrazinoessigsäurealkylester und die ß - Semicarbazidoessigsäure, nach vereinfachten Verfahren herzustellen (österreichische Patentschrift 211 325, britische Patentschrift 757 822, Chemisches Zentralblatt 1959, S. 6127).
Bei allen diesen Verfahren ist es jedoch notwendig, die anfallenden Zwischenprodukte zu isolieren, da sonst die Bildung von N-(5-Nitro-2-furfuryliden)-I-aminohydantoin durch unliebsame Nebenreaktionen gestört wird, wie sich bei der Nacharbeitung der genannten Verfahren jedoch ohne Isolierung der Zwischenprodukte gezeigt hat.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von N45-Nitro-2-furfuryliden)-1-aminohydantoinen der allgemeinen Formel in der R und R1 Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, durch Umsetzung von a-Halogenfettsäuren und Hydrazin bzw. seinen Salzen, Behandlung der erhaltenen Hydrazinofettsäurealkylester mit Alkalicyanaten, Behandlung der erhaltenen 2-Semicarbazidofettsäurealkylester mit Säuren und Umsetzung der erhaltenen 1-Aminohydantoine mit 5-Nitrofurfurol oder seinem Diacetat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die a-Halogenfettsäuren mit dem Hydrazin bzw. seinen Salzen, gegebenenfalls nach Zugabe von Alkali, in Gegenwart von Wasser und/oder Alkoholen umsetzt, das erhaltene Reaktionsgemisch mit Mineralsäure behandelt, vom erhaltenen Hydrazinsalz abfiltriert, das Filtrat zunächst mit Natriumcarbonat neutralisiert und anschließend mit Alkalicyanaten behandelt, die erhaltene Lösung der 2-Semicarbazidofettsäurealkylester mit wäßriger Schwefelsäurelösung ansäuert und anschließend mit konzentrierter Schwefelsäure bei Temperaturen bis 85° C behandelt, das erhaltene Gemisch zum Sieden erhitzt und die erhaltene, I-Aminohydantoine enthaltende Lösung mit dem 5-Nitrofurfurol bzw. seinem Diacetat umsetzt.
In einer einzigen Verfahrensstufe werden Ausbeuten von 75 bis 80%, bezogen auf das umgesetzte 5-Nitrofurfurol, erhalten. Zum Beispiel werden a-Halogenessigsäuren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hydrazinhydrat, welches auch aus seinen Salzen durch den Zusatz der berechneten Menge Alkalien in Wasser, Alkoholen oder deren Gemischen in Freiheit gesetzt werden kann, zu Hydrazinoessigsäurealkylestern umgesetzt. Die erhaltenen Hydrazinoessigsäurealkylester brauchen nicht isoliert zu werden, sondern das überschüssige Hydrazin wird durch den Zusatz einer Mineralsäure, wie Salzsäure oder vorteilhafter Schwefelsäure, aus dem Reaktionsgut nach Möglichkeit vollständig als Salz entfernt und kann wiederum für neue Ansätze Verwendung finden.
Die alkoholischen Mutterlaugen werden zweckmäßig auf ein Drittel des Volumens eingedampft und neutralisiert. Sodann werden durch den Zusatz von Alkalicyanat innerhalb einer Stunde die entsprechenden Semicarbazidofettsäurealkylester erhalten, deren Lösung mit so viel konzentrierter Schwefelsäure versetzt wird, daß die Temperatur 85"C nicht übersteigt und die Konzentration der Schwefelsäure 25 bis 35°/o beträgt.
Nun erwärmt man noch 15 bis 30 Minuten auf 75 bis 85"C, bringt anschließend 25 Minuten zum Sieden und tropft daraufhin die 5-Nitro-furfurollösung oder die eines Derivates des 5-Nitrofurfurols, wie des Diacetats, die leicht 5-Nitrofurfurol abzuspalten vermögen, bei 60 bis 65"C hinzu. Die N-(5-Nitro-2-furfuryliden)-1 -aminohydantoine bilden sich in großer Reinheit und fallen aus.
Bei der Umsetzung zwischen Halogenessigsãuren und Hydrazin hat sich die Verwendung höherer Alkohole, wie Propanol, Butanol oder Äthanol, vorzüglich bewährt. Verwendet man niedere Alkohole, wie Methanol oder Athanol allein als Lösungsmittel, wird die Entfernung des überschüssigen Hydrazins als Sulfat wegen der Löslichkeit des letzteren in niederen Alkoholen erschwert. Uberraschend zeigte es sich nun, daß bei Anwendung von Alkoholgemischen, vorzüglich des Butanols mit Methanol, eine sehr einfache und vollständige Abtrennung des Hydrazins möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt außerordentlich reine N-(5-Nitro-2-furfuryliden)- 1 aminohydantoine und ermöglicht eine vorzügliche Wiedergewinnung des nicht umgesetzten Hydrazins.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der N-(5-Nitro-2-fur furyliden)-l-aminohydantoine wird eine erheblich kürzere Zeit als bei den bekannten Verfahren benötigt.
So benötigt man insgesamt nur 6 bis 8 Stunden, um von den Halogenessigsäuren und Hydrazin aus N-(5-Nitro-2-furfuryliden)- 1 -aminohydantoin zu erhalten, während nach den bekannten Verfahren allein die Herstellung der Semicarbazidoessigsäuren oder ihrer Ester mindestens 8 bis 10 Stunden, in technischem Maßstab 1 bis 11/2 Tage, in Anspruch nimmt. und die weitere Verarbeitung zu den entsprechenden Hydantoinen in mehreren Tagen erfolgt.
Als Einstufenverfahren weist das erfindungsgemäße Verfahren auch erhebliche Einsparungen in appara- tiver Hinsicht auf. Ebenso ist es nach dem bekannten Verfahren unbedingt notwendig, stets die Semicarbazidoessigsäure oder ihre Ester rein abzuscheiden, bevor diese zu Aminohydantoinen cyclisiert werden. Nach dem erfindungsgemaßen Verfahren ist dieses nicht notwendig, wobei die Ausbeuten des erfindungsgemäßen Verfahrens in bezug auf die umgesetzte Halogenessigsäure und Hydrazin um etwa 20 bis 250/o höher - in bezug auf Nitrofurfuroldiacetat etwa gleich bzw. maximal 4°/o höher -liegen als nach dem bekannten Verfahren.
Den bekannten Verfahren gegenüber stellt das erfindungsgemäße Verfahren einen Weg dar, auf dem das N-(5-Nitro-2-furfuryliden)- 1 -aminohydantoin aus einfachen und billigen Ausgangsmaterialien in einer einzigen Stufe, ohne die kostspielige und zeitraubende Isolierung der Zwischenprodukte in erheblich kürzerer Zeit als nach den bekannten Verfahren hergestellt wird.
Im einzelnen liegen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens noch darin, daß keine wasserfreien organischen Lösungsmittel benötigt werden, Wasserdampfdestillationen oder ähnliche apparativ schwierige Verfahrensweisen vermieden werden und auch die Aufarbeitung des Endproduktes nicht durch die Verwendung von Alkalialkoholaten erschwert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert: Beispiel 1 5210 g Hydrazinsulfät werden in 11 Wasser suspendiert. Unter Rühren werden in diese Suspension 3 1 420/obige technische Natronlauge eingeleitet. Unter Wärmeentwicklung setzt eine lebhafte Reaktion ein.
Wenn diese nachgelassen hat, werden 1500 ml Methanol zugesetzt. Nun wird unter Rückfluß auf 82 bis 85"C erhitzt und weitere 2150 ml 420/0ige Natronlauge innerhalb 15 bis 20 Minuten zufließen gelassen. Man kocht noch 15 Minuten, setzt jetzt 3500ml Methanol in der Siedehitze hinzu, kocht noch 10 Minuten und erhält einen dicken Kristallbrei von Natriumsulfat. Man kühlt das Reaktionsgefäß auf 15 bis 20"C ab und saugt vom Natriumsulfat ab. Aus der erhaltenen Hydrazinhydratlösung werden bei 95"C Innentemperatur 5200 ml Flüssigkeit abdestilliert. In den Destillationsrückstand werden 845 g Chloressigsäure in 1500ml n-Butanol eingeleitet. Die Reaktionsmischung kommt innerhalb kurzer Zeit zum Sieden. Die Temperatur bleibt hierbei zwischen 85 und 88"C (azeotropes Methanol-Butanol-Wassergemisch). Die Dauer des Zutropfens der Chloressigsäure-Butanol-Lösung beträgt 30 bis 40Minuten. Daraufhin kocht man noch 45 bis 60 Minuten unter Rückfluß. Dann wird die Lösung unter Rühren auf etwa 15"C oder auf Zimmertemperatur abgekühlt und unter Rühren und gegebenenfalls Kühlen eine erkaltete Mischung von 2000 ml konzentrierte Schwefelsäure (rein, 900/oig) und 2500 ml Butanol langsam innerhalb 20 bis 30 Minuten zufließen gelassen. Das überschüssige Hydrazin fällt als Sulfat aus. Man saugt dieses ab, wäscht mit Butanol und dann nochmals mit etwa 2500 ml Eiswasser nach. Es werden 2410 g Hydrazinsulfat als erste Fraktion erhalten. Das Filtrat wird nun bei Wasserstrahlvakuum und einer Temperatur von 60 bis 85"C eingedampft. Man erhält etwa 5525 ml Destillat, aus.welchem 2620 mol Rohbutanol abgetrennt werden. Der Destillationsrückstand wird auf 15 bis 20"C abgekühlt, wobei noch etwa 800 g Hydrazinsulfat durch Absaugen zurückgewonnen werden. Das viskose, rötlichgelbe Filtrat wird mit 500 ml Wasser verdünnt und mit Soda neutralisiert (pH 7,0 bis 7,2).
Bei Raumtemperatur werden unter Rühren 796 g 81 ,670/oiges Kaliumcyanat innerhalb 30 Minuten eingetragen. Durch abwechselnde Zuführung von 21 ,20/oiger Schwefelsäure wird der pH stets auf 7,0 bis 7,2 gehalten (Verbrauch an Schwefelsäure insgesamt 700 ml). Nach beendeter Zuführung wird noch 30 Minuten gerührt und schließlich wird durch weiteres Zufließenlassen von 21,20/oiger Schwefelsäure (Temperatur 20 bis 30"C) der pH auf 2 eingestellt. Es werden insgesamt 2000 ml verdünnte Schwefelsäure verbraucht, wobei gelegentlich starkes Aufschäumen auftritt. Das Reaktionsgut, welches nun milchig getrübt ist, wird mit 2200ml konzentrierter Schwefelsäure (rein, 90%ig) so versetzt, daß beim Zulaufen der Schwefelsäure die Temperatur nicht über 85"C steigt. Nach der Beendigung der Schwefelsäurezugabe wird noch 20 Minuten bei 78 bis 85"C gerührt, aufgeheizt und 30 Minuten bei 95 bis 96"C gerührt. Anschließend wird unter Rühren auf Zimmertemperatur abgekühlt, wobei sich ein kristalliner Niederschlag (Sulfate) abscheidet. Dieser wird abgesaugt und mit 2500ml Methanol ausgewaschen. Das Filtrat stellt eine hellrotgelbe, ölige, aber klare, aus zwei Schichten bestehende Lösung dar, welche nun mit 750ml Eisessig versetzt und unter Rühren auf 60"C erwärmt wird.
In diese Lösung wird unter Rühren bei 60 bis 65"C eine warme Lösung von 925 g 5-Nitro-furfuroldiacetat in 1800ml Methanol innerhalb 10 Minuten zufließen gelassen. Bereits nach 8 Minuten beginnt sich das N-(5-Nitro-2-furfuryliden)-2-aminohydantoin in schönen gelben mikrokristallinen Nadeln abzuscheiden. Man rührt nach der Beendigung der 5-Nitro-furfuroldiacetatzugabe noch 30 Minuten bei 65"C und kühlt auf 5 bis 15"C ab. Man saugt ab, wäscht die Kristalle zuerst mit Wasser neutral und dann mit etwas kaltem Methanol, bis das Filtrat farblos geworden ist. Die Kristalle werden bei 40 bis 50"C getrocknet.
Ausbeute etwa 760 g, Schmp.: 270"C (unter Zersetzung).
Aus der Mutterlauge lassen sich nach dem Verdünnen mit Wasser und Stehen in der Kälte noch etwa weitere 50 bis 60 g erhalten.
Beispiel 2 62,5 g (= 1 Mol) 800/oiges Hydrazinhydrat werden mit 60 ml Methanol vermischt. Diese Mischung wird zum Sieden erhitzt. Daraufhin wird unter Rühren tropfenweise eine Lösung von 30g (= 0,32Mol) Chloressigsäure in 60 bis 70ml Methanol etwa in 30 bis 45 Minuten zugetropft. Schließlich wird noch 1 Stunde zum Sieden erhitzt. Daraufhin läßt man erkalten, wobei sich zwei Schichten bilden. Nun stellt man den Rührer wieder an und läßt ein Gemisch von 50 ml konzentrierter - Schwefelsäure und 70 ml Methanol oder ein Gemisch von etwa 200 ml konzentrierter Salzsäure und 100 ml Methanol, oder eine mit Salzsäuregas gesättigte Methanollösung, welche pro 100 ml etwa 30 bis 40 g Salzsäure enthält, zutropfen. Es entsteht ein dicker Kristallbrei von Hydrazinsulfat. Man rührt noch 20 Minuten weiter und saugt ab. Der Niederschlag wird mit 50ml Methanol gewaschen. Man erhält etwa 50 gHydrazinsalze. Aus dem Filtrat wird das Methanol bis auf ein Drittel des Volumens durch Abdestillation zurückgewonnen. Der Rückstand von 40 bis 60 ml Volumen, der gegebenenfalls nochmals filtriert wird, wird schließlich mit Wasser auf ein Volumen von 130 bis 150 ml gebracht, mit etwa 15 bis 20 g wasserhaltiger Soda neutralisiert und nun mit 20 bis 25 g gepulvertem Kaliumcyanat unter Rühren innerhalb 30 Minuten versetzt. Dann wird noch 30 Minuten weiter gerührt, wobei gewöhnlich eine milchige Trübung auftritt. Sodann wird tropfenweise mit 200/obiger wäßriger Schwefelsäure angesäuert. Das Gesamtvolumen beträgt nun etwa 160 bis 170 ml. Nun läßt man unter Rühren 70 bis 80 ml konzentrierte Schwefelsäure dergestalt zufließen, daß die Temperatur nicht über 85"C steigt. Nachdem die Zugabe der Schwefelsäure beendet ist, wird 20 bis 30 Minuten weiter auf 70 bis 85"C gehalten, dann 25 Minuten zum Sieden erhitzt und dann portionsweise eine Lösung von 40 g 5-Nitrofurfuroldiacetat in 80 ml Methanol hinzugefügt, noch 20 bis 30 Minuten -auf 80 bis 90"C erhitzt, so daß eine leuchtendrote Farbe des Reaktionsgutes eintritt, sodann mit dem doppelten Volumen Wasser verdünnt und 1 Stunde zur vollkommenen Abscheidung des Reaktionsgutes stehengelassen.
Rohausbeute: etwa 46g vom Schmp.: 220 bis 230"C.
Die Kristalle werden zuerst mit 70 ml Methanol ausgekocht, dann aus Eisessig in Gegenwart von etwas Tierkohle umkristallisiert.
Schmp.: 258 bis 260"C unter Zersetzung.
Gesamtausbeute: etwa 28 g.
In analoger Weise erhält man bei Verwendung von a-Brom- oder a-Chlorpropionsäure das N45-Nitro-2 - furfuryliden) -1- amino - 5 - methylhydantoin vom Schmp.: 218 bis 220"C.
Bei der Verwendung von a-Halogenbuttersäure erhält man das N5-Nitro-2-furfuryliden)- 1 -amino-5-n-butyl-hydantoin vom Schmp.: 174 bis 177"C.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von N45-Nitro-2-furfuryliden)-1 -aminohydantoinen der allgemeinen Formel in der R und R1 Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, durch Umsetzung von a-Halogenfettsäuren mit Hydrazin bzw. seinen Salzen, Behandlung der erhaltenen Hydrainolettsäurealkylester mit Alkalicyanaten, Behandlung der erhaltenen 2-Semicarbazidofettsäurealkylester mit Säuren und Umsetzung der erhaltenen l-Amino-hydantoine mit 5-Nitrofurfurol oder seinem Diacetat, d a -durch gekennzeichnet, daß man die a-Halogenfettsäuren mit dem Hydrazin bzw. seinen Salzen, gegebenenfalls nach Zugabe von Alkali, in Gegenwart von Wasser und/oder Alkoholen umsetzt, das erhaltene Reaktionsgemisch mit Mineralsäure behandelt, vom erhaltenen Hydrazinsalz abfiltriert, das Filtrat zunächst mit Natriumcarbonat neutralisiert und anschließend mit Alkalicyanaten behandelt, die erhaltene Lösung der 2-Semicarbazidofettsäurealkylester mit wäßriger Schwefelsäurelösung ansäuert und anschließend mit konzentrierter Schwefelsäure bei Temperaturen bis 85"C be- handelt, das erhaltene Gemisch zum Sieden erhitzt und die erhaltene, l-Aminohydantoine enthaltende Lösung mit dem 5-Nitrofurfurol bzw. seinem Diacetat umsetzt.

In Betracht gezogene Druckschriften: ;IJsterreichische Patentschrift Nr. 211 325; britische Patentschrift Nr. 757822; belgische Patentschrift Nr. 528 168; Chemisches Zentralblatt 1959, S. 6127.