Diese Erfindung betrifft neuartige Verfahren zur Herstellung von Alkylestern bestimmter Benzimidazol-carbaminsäuren, insbesondere Verfahren zur Herstellung solcher Ester aus Cyanamid oder Cyanamidsalzen.
Alkylester von N-(2-Benzimidazolyl)-carbaminsäuren, die durch die Formel
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dargestellt werden, in welcher
R Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und
X Wasserstoff, Halogen, Nitro oder Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, sind als Fungicide nützlich.
Diejenigen Verbindungen, bei denen X Wasserstoff und R Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, sind besonders nützlich. Die oben angegebenen Verbindungen sind auch als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Dialkylestern von l-Carboxy-2-benzimidazol-carbaminsäuren nützlich, die durch die Formel
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dargestellt werden, in welcher
X wie in der oben angegebenen Formel (I) definiert ist und
R und R1, die gleich oder verschieden sein können, Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten.
Diese Verbindungen sind in der USA-Patentschrift 2 933 504 offenbart und sind als Fungicide sehr geeignet.
In der USA-Patentschrift 3 010 968 ist ein Verfahren zur Herstellung der N-(2-Benzimidazolyl-carbaminsäureester der Formel (I) beschrieben, gemäss welchem Thioharnstoff mit Dimethylsulfat zu 2-Methyl-thiopseudoharnstoffsulfat umgesetzt wird. Dieses Reaktionsprodukt wird dann mit einem Alkylchlorformiat und einer Base zu einem acylierten 2 Methyl-thiopseudoharnstoff umgesetzt, welcher dann weiter mit einem o-Phenylendiamin in Gegenwart einer protonischen Säure zu dem gewünschten Produkt umgesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von N (2-Benzimidazolyl)-carbaminsäureestern der Formel
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in welcher
R Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und
X Wasserstoff, Halogen. Nitro oder Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, dass man a) Cyanamid und eine Base oder b) ein Cyanamidsalz mit einem entsprechenden Chlorameisensäurealkylester oder einem entsprechenden Alkylcarbonat umsetzt, und das so erhaltene Alkyl-N-cynao-carbamat-Salz in einem Medium mit einem pH-Wert zwischen 1 und 5 mit einem ortho-Phenylendiamin der Formel
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umsetzt.
Das Erfindungsgemässe Verfahren weist gegenüber dem in der oben angegebenen Patentschrift beschriebenen Verfahren verschiedene Vorteile auf. Ein besonderer Vorteil ist der, dass anstelle der verhältnismässig teueren Thioharnstoff-Materialien im Handel erhältliche, wohlfeile, technische Cynamid Salze oder Cyanamid-Lösungen verwendet werden können.
Weiterhin verlangt das erfindungsgemässe Verfahren nicht die Handhabung oder die Beseitigung lästiger Methylmercaptan Materialien, die bei dem zum Stand der Technik gehörenden Verfahren als Nebenprodukte auftreten. Das erfindungsgemässe Verfahren kann ausserdem mit üblichen Reaktionsgefässen in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise durchgeführt werden.
Anhand einer bevorzugten Ausführungsform nämlich der Durchführung in wässriger Lösung soll das erfindungsgemässe Verfahren durch die nachfolgenden Gleichungen des Verfahrens in wässriger Lösung zusammenfassend dargestellt werden:
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Cyanamid- Alkyl- Alkyl Salz chlor- cyanocarbamat formiat Salz oder
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Cyanamid- Alkyl- Alkyl Salz carbo- cyanocarbamat nat Salz
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Alkylester der 2-Benzimidazol carbaminsäure
Hierbei bedeuten
R Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
X Wasserstoff, Halogen, Nitro oder Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
M ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall und m die Wertigkeit von M, und
H+ kann von irgendeiner Säure herstammen.
In der oben angegebenen Stufe 1 ist, da ein Cyanamid-Salz verwendet wird, das Cyanamid in der wässrigen Lösung in Anionen-Form vorhanden. Diese Ionisierung ist von sich aus gewöhnlich hinreichend stark, un den gewünschten pH-Wert zu erzeugen. Aber auch Cyanamid kann in der Stufe 1 als wässrige Lösung verwendet werden, wenn der Lösung zur Aufrechterhaltung des gewünschten pH-Wertes eine Base zugesetzt wird. Die Stufe 1 wird bei dieser Ausführungsform durch die nachfolgende Gleichung veranschaulicht:
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Cyanamid Alkyl- Base chlor formiat
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Alkyl-cyanocarbamat-Salz
Jede beliebige basische Alkalimetall- oder Erdalkalimetall Verbindung kann bei dieser Reaktion als Base verwendet werden. Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Hydroxide werden bevorzugt, obgleich auch Oxide und Carbonate verwendet werden können.
Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten 2-Benzimidazol-carbaminsäurealkylester können in die durch die Formel (II) dargestellten Ester umgewandelt werden. Diese Umwandlungsreaktion wird durch die nachfolgende Gleichung zusammenfassend dargestellt:
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Dabei haben
X, R und Rl die früher angegebenen Bedeutungen.
In anderer Hinsicht betrifft diese Erfindung die neuartigen Verbindungen-Methylcyanocarbamat und die Salze der Alkylcyanocarbamate mit o-Phenylendiamin.
In der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird das geeignete Alkylchlorformiat oder Alkylcarbonat entweder mit Cyanamid oder einem Cyanamid-Salz in praktisch neutralem bis basischem, vorzugsweise wässrigem Medium zu einem Salz eines Alkylcyano-carbamats umgesetzt. Leicht erhältliche, technische Salze sind für dieses Verfahren geeignet. Geeignete Ausgangsstoffe sind Cynamid-Erdalkali - oder -Alkalimetallsalze, insbesondere die Magnesium-, Kalium-, Natrium- und Calcium-Salze. Im Handel erhältliches Calciumcyanamid ist der bevorzugte Ausgangsstoff. Auch Cyanamid selbst in wässriger Lösung ist ein bevorzugter Ausgangsstoff.
Wenn in der ersten Stufe das Alkylchlorformiat oder Alkylcarbonat mit einem Cyanamid-Salz umgesetzt werden, kann entweder ein einfaches Salz, das heisst M(HNCN),, oder ein Doppelsalz, das heisst M2XmNCN, verwendet werden; das Cyanamid-Doppelsalz wird jedoch für die Umsetzung mit dem Alkylchlorformiat bevorzugt.
Die erste Stufe wird vorzugsweise in Wasser durchgeführt.
Die Konzentrationen der Ausgangsstoffe in dem Reaktionsgemisch sind nicht kritisch; aus wirtschaftlichen Gründen werden jedoch gewöhnlich hohe Konzentrationen gewählt. Die Konzentration des Cyanamids in wässriger Lösung kann von 5 bis 50% betragen, und, da Cyanamid derzeit im Handel als 50%ige, wässrige Lösung zu beziehen ist, werden solche Lösungen bevorzugt. Mit bezug auf die Aufschlämmung oder Lösung der Cyanamid-Salze wird die Konzentration nur durch die Handhabungsmerkmale der Aufschlämmung begrenzt.
Wenn ein Cyanamid-Salz verwendet wird, wird vorzugsweise das Alkylchlorformiat oder Alkylcarbonat unter Mischen zu einer wässrigen Aufschlämmung oder zu einer Lösung, welche das Cyanamid-Salz enthält, gegeben. Der Alkylchlorformiat Verbrauch wird erniedrigt, wenn der pH-Wert der Cyanamid Salz-Aufschlämmung in Wasser vor der Alkylchlorformiat-Zugabe durch zugesetzte Mineralsäure zunächst von etwa 12 bis auf 8-10 herabgesetzt wird. Wenn eine wässrige Cyanamid Lösung verwendet wird, können das Alkylchlorformiat und die Base gleichzeitig zu der Cyanamidlösung gegeben werden.
Während dieser gleichzeitigen Zugabe sollte die molare Menge der zugesetzten Base zu jedem Zeitpunkt der molaren Menge des Chlorformiats vorzugsweise äquivalent sein oder in geringfügigem Überschuss vorliegen.
Während der ersten Stufe sollte der pH-Wert in praktisch neutralem bis basischem Bereich gehalten werden, das heisst im Bereich von 6 bis 13. Wie vorher angegeben, kann dieser pH Bereich, wenn freies Cyanamid verwendet wird, durch Zugabe der benötigten Base eingehalten werden. Wenn eine wässrige Cyanamid-Lösung verwendet wird, liegt der bevorzugte pH Wert-Bereich zwischen 7 und 9. Jedoch ist es im Falle von Cyanamid-Salzen bevorzugt, den pH-Wert-Bereich zwischen 8 und 10 zu halten.
Die Temperatur dieser ersten Reaktionsstufe ist bei der Durchführung in wässrigem Medium innerhalb des Bereichs von 0 bis 105 C nicht kritisch. Im allgemeinen wird der Bereich von 25 bis 60 < Cbevorzugt. Wenn gewünscht, kann diese Stufe bei höheren Temperaturen unter Druck ausgeführt werden.
Die Reaktion ist schnell, und das Produkt ist in dem Reaktionsmedium stabil. Die Reaktionsdauer ist somit nicht kritisch, und das Produkt kann unmittelbar in der zweiten Stufe eingesetzt oder eine Zeitlang aufgehoben werde, je nachdem, was unter dem apparativen Gesichtspunkt wünschenswert ist.
Im allgemeinen hängt die Reaktionsdauer vom Grad der Wärmeübertragung ab und kann von 5 Minuten bis 2 Stunden betragen.
Wenn in der ersten Stufe Cyanamid-Salze technischer Qualität verwendet worden sind, bleiben bisweilen unlösliche Verunreinigungen und Salze, beispielsweise Calcium-Salze, im Reaktionsgemisch eingeschlossen. Diese Verunreinigungen werden vorzugsweise abfiltriert, bevor zur zweiten Stufe übergegangen wird.
In der zweiten Reaktionsstufe wird p-Phenylendiamin dem Reaktionsprodukt aus der ersten Stufe oder, wenn Cyanamid Salze verwendet worden sind, dem gefilterten Reaktionsprodukt in vorzugsweise saurem, wässrigem Medium zugesetzt, um den Alkylester der 2-Benzimidazol-carbaminsäure herzustellen. Das o-Phenylendiamin kann dem Reaktionsprodukt zugegeben werden, während dieses die gleiche Temperatur wie während der ersten Stufe hat, nämlich 0 bis 105 < Cbei Verwendung von Wasser als Reaktionsmedium.
Um die Kondensation und den damit verbundenen Ringschluss durchzuführen, sollte während derzweiten Reaktion der pH-Wert durch Zugabe der notwendigen Säure im Bereich von 1 bis 5, vorzugsweise von 2,5 bis 4,5, gehalten werden. Der pH Wert kann bei dem gewünschten Wert gehalten werden, indem eine beliebige Säure, beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Hydroxyessigsäure, Sulfaminsäure und dergleichen, zugegeben wird.
Das o-Phenylendiamin kann wahlweise in Form eines Mineralsäuresalzes oder als wässrige Lösung zugegeben werden. Wenn o-Phenylendiaminsalze verwendet werden, ist die zur Erzielung des gewünschten pH-Wertes erforderliche Säuremenge entsprechend kleiner.
Die zweite Reaktion tritt bei Temperaturen oberhalb 40 "C ein; vorzugsweise wird während dieser Stufe erhitzt, um die Reaktion beschleunigt zu Ende zu führen. Die Wärmezufuhr ist deshalb wichtig, weil die Reaktion der zweiten Stufe bei niedrigen Temperaturen zu langsam sein würde. Das Reaktionsgemisch sollte im Temperaturbereich von 40 < Cbis Rückflusstemperatur, vorzugsweise von 60 bis 105 QC, gehalten werden. Die zweite Raktionsstufe kann auch, wenn dies gewünscht ist, unter Druck duchgeführt werden. Wenn dies geschieht, kann die Temperatur z.B. in wässrigem Milieu bis auf 130 qC steigen.
Während der Erhitzungsstufe fällt das gewünschte Produkt aus. Die Beendigung des Ausfallens ist somit ein Anzeichen dafür, dass das Reaktionsgemisch ausreichend lange erhitzt worden ist, um die Reaktion zu Ende zu führen. Die Zeitdauer ist nicht kritisch und hängt von der Temperatur und dem pH Wert ab. So kann die Reaktionsdauer bei einem pH-Wert von
2,5 bis 4,5 und einer Temperatur zwischen 70 und 105 < C5 bis
30 Minuten betragen. Wenn niedrigere Temperaturen ange wandt werden, ist die Reaktionsdauer länger, und wenn der pH-Wert nicht in Bereich von 1 bis 5 gehalten wird, verläuft die
Reaktion sehr langsam oder findet überhaupt nicht statt.
Das gewünschte Produkt kann dann nach irgendeiner der herkömmlichen Methoden, beispielsweise durch Sprüh trocknung, Filtration oder Zentrifugierung, gewonnen werden, oder es kann durch Destillation des Wassers in irgendein anderes flüssiges Medium übergeführt werden.
In der Gesamtreaktion können die Reaktanten in den in der nachfolgenden Tabelle angezeigten Moläquivalent-Ver hältnissen verwendet werden:
Reaktanten Moläquivalente bevorzugte Mol äquivalente
Cyanamid oder 1 bis 3 1 bis 2,2
Cyanamid-Salze
Alkylchlorformiat 1 bis 3 1 bis 1,8 oder Alkylcarbonat o-Phenylendiamin 1 1 oder Derivate davon
Es versteht sich, dass die molaren Konzentrationen an der oberen Grenze nicht kritisch sind; jedoch ist das Verfahren bei den höheren Konzentrationen unzweckmässig oder unwirt schaftlich. Es ist naheliegend, dass die Konzentration in der zweiten Stufe von der Konzentration in der ersten Stufe abhängt.
Es wurde auch gefunden, dass die erste Stufe dieser
Reaktion eine neue Verbindung, Methylcyanocarbamat, erzeugt. Diese Verbindung kann hergestellt werden, indem
Methylchlorformiat oder Dimethylcarbonat mit einem Cyana mid-Salz umgesetzt und die entstandene Lösung dann ange säuert wird oder indem das Methylchlorformiat in Gegenwart einer Base, wie Natriumhydroxid, mit Cyanamid umgesetzt und die erhaltene Lösung dann angesäuert wird. Diese Reaktion wird durch die nachfolgenden Gleichungen erläutert:
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Das so hergestellte Methylcyanocarbamat kann, wenn gewünscht, durch Extraktion mit organischen Lösungsmitteln isoliert werden; die oben beschriebene, das Methylcyanocarbamat enthaltende Lösung kann jedoch für die zweite Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden.
Das Produkt, Methylcyanocarbamat, ist daher insofern eine nützliche Verbindung, als es mit o-Phenylendiamin zu dem Methylester der 2-Benzimidazolcarbaminsäure umgesetzt werden kann.
Zum besseren Verständnis der vorstehend erläuterten Aspekte der Erfindung werden die nachfolgenden Beispiele gebracht:
Beispiel 1 Herstellung von 2-Benzimidazol-carbaminsäuremen < ylester
75,6 Teile Methylchlorformiat werden unter gutem Rühren zu einer Aufschlämmung von 80 Teilen technischem Calciumcyanamid und 300 Teilen Wasser gegeben. Die Temperatur wird durch Kühlung im Eisbad bei 40 bis 50 < Cgehalten. Nach einstündigem Rühren des Reaktionsgemisches wird das Gemisch filtriert, und die unlöslichen Bestandteile werden anteilweise mit 100 Teilen Wasser gewaschen.
Das mit den Waschlösungen vereinigte Filtrat wird mit 43,2 Teilen o-Phenylendiamin versetzt. Der pH-Wert der Mischung wird durch Zugabe konzentrierter Chlorwasserstoffsäure auf 3,5 eingestellt. Die Lösung wird dann rasch auf 90 < Cerhitzt, und die Temperatur wird 30 Minuten lang im Bereich von 90 bis 98 < Cgehalten. Während dieser Zeit wird der pH-Wert durch Zugabe konzentrierter Chlorwasserstoffsäure bei 2,5 bis 3,1 gehalten.
Das Reaktionsgemisch wird dann filtriert, und der Feststoff wird mit Wasser und Aceton gewaschen und dann in einem Vakuumofen bei 120 < Cgetrocknet. Dies ergibt eine Ausbeute von 64 Teilen 2-Benzimidazol-carbaminsäure-methylester oder eine Ausbeute von 83,3%, bezogen auf das o-Phenylendiamin.
Beispiel 2 Herstellung von 2-Benzimidazol-carbaminsäure-methylester
In ein geeignetes Reaktionsgefäss werden 50,4 Teile einer 50%igen Cyanamid-Lösung und 250 Teile Wasser gegeben.
Dann werden gleichzeitig 56,8 Teile Methylchlorformiat und 88 Teile 50%iges Natriumhydroxid zugegeben. Der pH-Wert dieser Mischung wird durch die Geschwindigkeit der Natriumhydroxid-Zugabe auf 8,0 bis 8,5 eingestellt, und die Temperatur wird durch Kühlung im Eisbad in der Nähe von 40 "C gehalten.
Die erhaltene Lösung wird durch Zugabe von 54 Teilen o Phenylendiamin weiter umgesetzt. Die Mischung wird mit Hilfe konzentrierter Chlorwasserstoffsäure auf pH 3,5 gebracht.
Dann wird die Mischung rasch auf 90 < Cerhitzt, und die Temperatur wird 30 Minuten lang auf 91 bis 97 < Ceingestellt.
Währenddessen wird der pH-Wert durch Zugabe konzentrierter Chlorwasserstoffsäure bei 3,0 bis 3,6 gehalten. Die erhaltene Mischung wird dann auf 60 C abgekühlt und filtriert. Das Produkt wird mit Wasser und Aceton gewaschen und in einem Vakuumofen bei 130 < Cgetrocknet. Dies führt zu 78,9 Teilen 2-Benzimidazol-carbaminsäure-methylester beziehungsweise einer Ausbeute von 82,6apo bezogen auf das o-Phenylendiamin.
Beispiel 3 Herstellung von Methylcyanocarbamat
In ein geeignetes Gefäss, das mit einem Rührer und einem Thermometer ausgestattet ist, werden 50,4 Teile einer 50 Wi- gen Cyanamid-Lösung zusammen mit 250 Teilen Wasser gebracht. Zu dieser Lösung werden unter Rühren allmählich und gleichzeitig 57 Teile Methylchlorformiat und 88,2 Teile einer 50%gen Natriumhydroxid-Lösung gegeben. Die Temperatur wird während der Zugabe bei etwa 40 < Cgehal- ten, und die Mischung wird noch 2 Stunde lang weiter gerührt.
Die erhaltene Lösung wird mittels Chlorwasserstoffsäure bis auf pH 1 angesäuert und auf 20 < Cabgekühlt. Sie wird dann sechsmal mit 75 Teilen Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten Methylenchlorid-Lösungen werden über 20 Teilen wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Das erhaltene hellgelbe öl besteht im wesentlichen aus Methylcyanocarbamat.
Beispiel 4 Herstellung von 2-Benzimidazol-carbaminsäure-methylester
In ein ummanteltes Reaktionsgefäss, das mit Einfüll öffnungen, Rührer, Rückflusskühler und pH-Sonde ausgerüstet ist, werden 32 Teile einer 50 wiegen Cyanamid-Lösung und 100 Teile Wasser gegeben. 41,1 Teile Methylchlorformiat und 67 Teile einer 50%igen Natriumhydroxid-Lösung werden gleichzeitig derart eingefüllt, dass der pH-Wert der Lösung bei 7 bis 7,5 und die Reaktionstemperatur bei 40 bis 50 C gehalten werden. Die Lösung wird 45 Minuten lang bei 50 C gehalten und dann mit 36 Teilen o-Phenylendiamin versetzt.
Der pH-Wert der Lösung wird durch allmähliche Zugabe von 65 Teilen 37%iger HCI bei 3,9 bis 4,1 gehalten. Die Lösung wird auf 105 > C erhitzt und bei dieser Temperatur 30 Minuten lang gehalten. Während dieses Zeitraumes beginnt das Produkt zu kristallisieren. Die Reaktionsmasse wird auf 25 bis 30 C abgekühlt, und das feste Produkt wird filtriert, mit Wasser und Aceton gewaschen und im Vakuumofen bei 80 < Cgetrocknet. Man erhält 59,6 Teile 2-Benzimidazol-carbaminsäure-methylester. Dies bedeutet eine Produktausbeute von 93,5%, bezogen auf o-Phenylendiamin.
Beispiel 5
Die nachfolgenden Produkte werden nach der Arbeitsweise des Bespiels 1 hergestellt. Die verwendeten Ausgangsstoffe und die erhaltenen Produkte dieses Beispiels sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Mengen der Ausgangsstoffe sind denjenigen des Beispiels 1 auf molekularer Grundlage gleichwertig.
Tabelle A Ausgangsstoffe Cyanamid Alkylchlorformiat o-Phenylendiamin Produkt Natriumcyanamid Methylchlorformiat 3-Methyl-o-phenylendi- 4-Methyl-2-benzimidazol-carbamin- amin säure-methylester Kaliumcyanamid Propylchlorformiat 3-Chlor-o-phenylendiamin 4-Chlor-2-benzimidazol-carbamin v säure-propylester Calciumcyanamid Isopropylchlorformiat o-Phenylendiamin 2-Benzimidazol-carbaminsäure isopropylester Calciumcyanamid Äthylchlorformiat 4-Brom-o-phenylendiamin 5-Brom-2-benzimidazol-carbamin säure-äthylester Magnesiumcyanamid Isobutyl-chlorformiat 3-Nitro-o-phenylendiamin 4-Nitro-2-benzimidazol-carbamin- säure-isobutylester
Beispiel 6 Herstellung von 2-Benzimielazol-carbaminsäureäthylester
In ein ummanteltes Reaktionsgefäss, das mit Einfüll öffnungen, Rührer, Rückflusskühler,
einer Anzapfstelle und Einspritzpumpen und einer pH-Sonde ausgestattet ist, werden 32 Teile einer 506Scigen Cyanamid-Lösung und 100 Teile Wasser gebracht. Zu dieser Lösung werden unter Rühren gleichzeitig 47,5 Teile Äthylchlorformiat und 67 Teile einer 50 cXcigen Natriumhydroxid-Lösung hinzugefügt. Der pH-Wert wird bei 7 bis 7,5 und die Reaktionstemperatur bei 40 bis 50 "C gehalten. Die Lösung wird zusätzlich 45 Minuten lang bei 50 C gerührt.
Die so erhaltene Lösung, die das Zwischenprodukt, das Natriumsalz des Äthylcyanocarbamats, enthält, wird mit 36 Teilen o-Phenylendiamin versetzt. Das Gefäss wird so verschlossen, dass es Drücke der Grössenordnung von 2 bis 3 Atmosphären aushält. Insgesamt werden 65 Teile 37 /Oige Chlorwasserstoffsäure allmählich eingepumpt, um den pH Wert bei 3,9 bis 4,1 zu halten, während die Lösung erhitzt und dann 20 Minuten lang bei 130 "C gehalten wird. Das Reaktionsgemisch wird auf Raumtemperatur abgekühlt, filtriert, und der Feststoff wird zunächst mit Wasser und dann mit Aceton gewaschen. Der Filterkuchen wird in einem Vakuumofen bei 8() t getrocknet und stellt eine vortreffliche Ausbeute an 2 Benzimidazol-carbaminsäure-äthylester dar.
This invention relates to novel processes for the preparation of alkyl esters of certain benzimidazole carbamic acids, in particular processes for preparing such esters from cyanamide or cyanamide salts.
Alkyl esters of N- (2-benzimidazolyl) carbamic acids represented by the formula
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be shown in which
R is alkyl of 1 to 4 carbon atoms and
X represents hydrogen, halogen, nitro, or alkyl of 1 to 4 carbon atoms are useful as fungicides.
Those compounds in which X is hydrogen and R is alkyl of 1 to 4 carbon atoms are particularly useful. The above compounds are also useful as intermediates in the preparation of dialkyl esters of 1-carboxy-2-benzimidazole-carbamic acids represented by the formula
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be shown in which
X is as defined in the above formula (I) and
R and R1, which can be identical or different, denote alkyl having 1 to 4 carbon atoms.
These compounds are disclosed in U.S. Patent 2,933,504 and are very useful as fungicides.
US Pat. No. 3,010,968 describes a process for preparing the N- (2-benzimidazolylcarbamic acid esters of the formula (I), according to which thiourea is reacted with dimethyl sulfate to form 2-methylthiopseudourea sulfate and a base converted to an acylated 2-methyl-thiopseudourea, which is then further reacted with an o-phenylenediamine in the presence of a protonic acid to give the desired product.
The process according to the invention for the preparation of N (2-benzimidazolyl) carbamic acid esters of the formula
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in which
R is alkyl of 1 to 4 carbon atoms and
X hydrogen, halogen. Nitro or alkyl with 1 to 4 carbon atoms, characterized in that a) cyanamide and a base or b) a cyanamide salt is reacted with a corresponding alkyl chloroformate or a corresponding alkyl carbonate, and the resulting alkyl N-cynao-carbamate salt is converted into a medium with a pH between 1 and 5 with an ortho-phenylenediamine of the formula
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implements.
The method according to the invention has various advantages over the method described in the patent specified above. A particular advantage is that, instead of the relatively expensive thiourea materials, inexpensive, commercial, technical-grade cynamide salts or cyanamide solutions can be used.
Furthermore, the method according to the invention does not require the handling or the removal of troublesome methyl mercaptan materials which occur as by-products in the method belonging to the prior art. The process according to the invention can also be carried out continuously or discontinuously using customary reaction vessels.
On the basis of a preferred embodiment, namely the implementation in aqueous solution, the method according to the invention is to be summarized by the following equations of the method in aqueous solution:
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Cyanamide alkyl alkyl salt chlorocyanocarbamate formate salt or
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Cyanamide- alkyl- alkyl salt, carbocyanocarbamate nat salt
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Alkyl ester of 2-benzimidazole carbamic acid
Here mean
R alkyl with 1 to 4 carbon atoms,
X hydrogen, halogen, nitro or alkyl with 1 to 4 carbon atoms,
M is an alkali metal or an alkaline earth metal and m is the valence of M, and
H + can come from any acid.
In the above step 1, since a cyanamide salt is used, the cyanamide is present in the aqueous solution in an anion form. This ionization is usually strong enough by itself to produce the desired pH. However, cyanamide can also be used as an aqueous solution in stage 1 if a base is added to the solution to maintain the desired pH. Stage 1 in this embodiment is illustrated by the following equation:
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Cyanamide alkyl base chloroformate
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Alkyl cyanocarbamate salt
Any basic alkali metal or alkaline earth metal compound can be used as the base in this reaction. Alkali metal and alkaline earth metal hydroxides are preferred, although oxides and carbonates can also be used.
The 2-benzimidazole-carbamic acid alkyl esters prepared by the method described above can be converted into the esters represented by the formula (II). This conversion reaction is summarized by the following equation:
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Have along
X, R and Rl have the meanings given earlier.
In other respects, this invention relates to the novel compounds methyl cyanocarbamate and the salts of alkyl cyanocarbamates with o-phenylenediamine.
In the first stage of the process according to the invention, the suitable alkyl chloroformate or alkyl carbonate is reacted with either cyanamide or a cyanamide salt in a practically neutral to basic, preferably aqueous, medium to give a salt of an alkyl cyanocarbamate. Easily available, technical salts are suitable for this process. Suitable starting materials are dynamide alkaline earth metal or alkali metal salts, especially the magnesium, potassium, sodium and calcium salts. Commercially available calcium cyanamide is the preferred starting material. Cyanamide itself is also a preferred starting material in aqueous solution.
If the alkyl chloroformate or alkyl carbonate are reacted with a cyanamide salt in the first stage, either a simple salt, that is to say M (HNCN), or a double salt, that is to say M2XmNCN, can be used; however, the cyanamide double salt is preferred for the reaction with the alkyl chloroformate.
The first stage is preferably carried out in water.
The concentrations of the starting materials in the reaction mixture are not critical; however, high concentrations are usually chosen for economic reasons. The concentration of the cyanamide in aqueous solution can be from 5 to 50% and, since cyanamide is currently commercially available as a 50% aqueous solution, such solutions are preferred. With respect to the slurry or solution of the cyanamide salts, the concentration is limited only by the handling characteristics of the slurry.
If a cyanamide salt is used, preferably the alkyl chloroformate or alkyl carbonate is added to an aqueous slurry or to a solution containing the cyanamide salt with mixing. The consumption of alkyl chloroformate is reduced if the pH of the cyanamide salt slurry in water is initially reduced from about 12 to 8-10 by adding mineral acid before the addition of the alkyl chloroformate. If an aqueous cyanamide solution is used, the alkyl chloroformate and the base can be added to the cyanamide solution at the same time.
During this simultaneous addition, the molar amount of the base added should preferably be equivalent to the molar amount of the chloroformate at any point in time or be present in a slight excess.
During the first stage, the pH should be kept in a practically neutral to basic range, i.e. in the range from 6 to 13. As indicated above, this pH range can be maintained by adding the required base if free cyanamide is used. If an aqueous cyanamide solution is used, the preferred pH range is between 7 and 9. However, in the case of cyanamide salts, it is preferred to keep the pH range between 8 and 10.
The temperature of this first reaction stage is not critical when it is carried out in an aqueous medium within the range from 0 to 105.degree. In general, the range of 25 to 60 <C is preferred. If desired, this step can be carried out at higher temperatures under pressure.
The reaction is rapid and the product is stable in the reaction medium. The reaction time is therefore not critical and the product can be used immediately in the second stage or stored for a while, depending on what is desirable from the point of view of apparatus.
In general, the reaction time depends on the degree of heat transfer and can range from 5 minutes to 2 hours.
If technical grade cyanamide salts have been used in the first stage, insoluble impurities and salts, for example calcium salts, sometimes remain trapped in the reaction mixture. These impurities are preferably filtered off before proceeding to the second stage.
In the second reaction stage, p-phenylenediamine is added to the reaction product from the first stage or, if cyanamide salts have been used, to the filtered reaction product in a preferably acidic, aqueous medium, in order to produce the alkyl ester of 2-benzimidazole-carbamic acid. The o-phenylenediamine can be added to the reaction product while it is at the same temperature as during the first stage, namely from 0 to 105 ° C. when using water as the reaction medium.
In order to carry out the condensation and the associated ring closure, the pH should be kept in the range from 1 to 5, preferably from 2.5 to 4.5, during the second reaction by adding the necessary acid. The pH can be maintained at the desired value by adding any acid such as formic acid, acetic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydroxyacetic acid, sulfamic acid and the like.
The o-phenylenediamine can optionally be added in the form of a mineral acid salt or as an aqueous solution. If o-phenylenediamine salts are used, the amount of acid required to achieve the desired pH is correspondingly smaller.
The second reaction occurs at temperatures above 40 "C; heating is preferred during this stage in order to accelerate the reaction to completion. The supply of heat is important because the reaction of the second stage would be too slow at low temperatures. The reaction mixture should be kept in the temperature range from 40 ° C. to the reflux temperature, preferably from 60 to 105 ° C. The second reaction stage can also, if desired, be carried out under pressure. If this happens, the temperature can, for example, in an aqueous medium up to 130 ° C. climb.
The desired product precipitates during the heating stage. The completion of the precipitation is therefore an indication that the reaction mixture has been heated for a sufficient time to complete the reaction. The length of time is not critical and depends on the temperature and the pH value. The reaction time at a pH of
2.5 to 4.5 and a temperature between 70 and 105 <C5 to
30 minutes. If lower temperatures are used, the reaction time is longer, and if the pH is not kept in the range of 1 to 5, the reaction proceeds
Reaction very slowly or not at all.
The desired product can then be obtained by any of the conventional methods, for example by spray drying, filtration or centrifugation, or it can be converted into some other liquid medium by distillation of the water.
In the overall reaction, the reactants can be used in the molar equivalent ratios shown in the table below:
Reactants molar equivalents preferred molar equivalents
Cyanamide or 1 to 3 1 to 2.2
Cyanamide salts
Alkyl chloroformate 1 to 3 1 to 1.8 or alkyl carbonate o-phenylenediamine 11 or derivatives thereof
It will be understood that the upper limit molar concentrations are not critical; however, the process is inexpedient or inefficient at the higher concentrations. It is obvious that the concentration in the second stage depends on the concentration in the first stage.
It was also found that the first stage of this
Reaction creates a new compound, methyl cyanocarbamate. This connection can be made by
Methyl chloroformate or dimethyl carbonate reacted with a cyana mid salt and the resulting solution is then acidified or by the methyl chloroformate in the presence of a base such as sodium hydroxide, reacted with cyanamide and the resulting solution is then acidified. This reaction is explained by the following equations:
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The methyl cyanocarbamate thus prepared can, if desired, be isolated by extraction with organic solvents; however, the solution containing the methyl cyanocarbamate described above can be used for the second stage of the process according to the invention.
The product, methyl cyanocarbamate, is therefore a useful compound in that it can be reacted with o-phenylenediamine to form the methyl ester of 2-benzimidazole carbamic acid.
For a better understanding of the aspects of the invention explained above, the following examples are given:
Example 1 Preparation of 2-benzimidazole-carbamic acid men-yl ester
75.6 parts of methyl chloroformate are added to a slurry of 80 parts of technical grade calcium cyanamide and 300 parts of water with thorough stirring. The temperature is kept at 40 to 50 ° C. by cooling in an ice bath. After stirring the reaction mixture for one hour, the mixture is filtered and the insolubles are partially washed with 100 parts of water.
43.2 parts of o-phenylenediamine are added to the filtrate combined with the washing solutions. The pH of the mixture is adjusted to 3.5 by adding concentrated hydrochloric acid. The solution is then quickly heated to 90 ° C and the temperature is held in the range of 90 to 98 ° C for 30 minutes. During this time the pH is maintained at 2.5-3.1 by adding concentrated hydrochloric acid.
The reaction mixture is then filtered and the solid is washed with water and acetone and then dried in a vacuum oven at 120 ° C. This gives a yield of 64 parts of 2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester or a yield of 83.3%, based on the o-phenylenediamine.
Example 2 Preparation of 2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester
50.4 parts of a 50% strength cyanamide solution and 250 parts of water are placed in a suitable reaction vessel.
Then 56.8 parts of methyl chloroformate and 88 parts of 50% sodium hydroxide are added simultaneously. The pH of this mixture is adjusted to 8.0-8.5 by the rate of sodium hydroxide addition, and the temperature is maintained near 40 "C by cooling in an ice bath.
The solution obtained is reacted further by adding 54 parts of phenylenediamine. The mixture is brought to pH 3.5 with the aid of concentrated hydrochloric acid.
The mixture is then quickly heated to 90 ° C and the temperature is adjusted to 91 to 97 ° C for 30 minutes.
During this time, the pH is maintained at 3.0 to 3.6 by adding concentrated hydrochloric acid. The mixture obtained is then cooled to 60 ° C. and filtered. The product is washed with water and acetone and dried in a vacuum oven at 130 ° C. This leads to 78.9 parts of 2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester or a yield of 82.6 apo based on the o-phenylenediamine.
Example 3 Preparation of methyl cyanocarbamate
In a suitable vessel equipped with a stirrer and a thermometer, 50.4 parts of a 50 Wigen cyanamide solution are placed together with 250 parts of water. 57 parts of methyl chloroformate and 88.2 parts of a 50% sodium hydroxide solution are gradually and simultaneously added to this solution with stirring. The temperature is maintained at about 40 ° C. during the addition, and the mixture is stirred for a further 2 hours.
The solution obtained is acidified to pH 1 using hydrochloric acid and cooled to 20 ° C. It is then extracted six times with 75 parts of methylene chloride. The combined methylene chloride solutions are dried over 20 parts of anhydrous sodium sulfate and concentrated. The light yellow oil obtained consists essentially of methyl cyanocarbamate.
Example 4 Preparation of 2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester
32 parts of a 50-weight cyanamide solution and 100 parts of water are added to a jacketed reaction vessel which is equipped with filling openings, stirrer, reflux condenser and pH probe. 41.1 parts of methyl chloroformate and 67 parts of a 50% sodium hydroxide solution are introduced at the same time in such a way that the pH of the solution is kept at 7 to 7.5 and the reaction temperature at 40 to 50.degree. The solution is kept at 50 ° C. for 45 minutes and then mixed with 36 parts of o-phenylenediamine.
The pH of the solution is maintained at 3.9 to 4.1 by the gradual addition of 65 parts of 37% HCl. The solution is heated to 105 ° C. and held at this temperature for 30 minutes. During this period the product begins to crystallize. The reaction mass is cooled to 25-30 ° C and the solid product is filtered, washed with water and acetone and dried in a vacuum oven at 80 ° C. 59.6 parts of 2-benzimidazole-carbamic acid methyl ester are obtained. This means a product yield of 93.5%, based on o-phenylenediamine.
Example 5
The following products are manufactured according to the method of example 1. The starting materials used and the products obtained in this example are compiled in the table below. The amounts of starting materials are equivalent to those of Example 1 on a molecular basis.
Table A Starting materials cyanamide alkyl chloroformate o-phenylenediamine product sodium cyanamide methyl chloroformate 3-methyl-o-phenylenedi-4-methyl-2-benzimidazole-carbamineamine acid methyl ester potassium cyanamide propyl chloroformate 3-chloro-o-phenylenediamine 4-chloro-2-benzimidazole carbamine v acid propyl ester calcium cyanamide isopropyl chloroformate o-phenylenediamine 2-benzimidazole carbamic acid isopropyl ester calcium cyanamide ethyl chloroformate 4-bromo-o-phenylenediamine 5-bromo-2-benzimidazole carbamine acid ethyl ester magnesium cyanamide 4- isobutylchloramine-o-phenylphenyl Nitro-2-benzimidazole-carbamic acid isobutyl ester
Example 6 Preparation of 2-benzimielazole-carbamic acid ethyl ester
In a jacketed reaction vessel with filling openings, stirrer, reflux condenser,
a tap and injection pumps and a pH probe, 32 parts of a 506Scigen cyanamide solution and 100 parts of water are added. 47.5 parts of ethyl chloroformate and 67 parts of a 50% sodium hydroxide solution are added to this solution while stirring. The pH is kept at 7 to 7.5 and the reaction temperature at 40 to 50 ° C. The solution is stirred at 50 ° C. for an additional 45 minutes.
The solution thus obtained, which contains the intermediate product, the sodium salt of ethyl cyanocarbamate, is mixed with 36 parts of o-phenylenediamine. The vessel is closed so that it can withstand pressures of the order of 2 to 3 atmospheres. A total of 65 parts of 37% hydrochloric acid are gradually pumped in to keep the pH at 3.9 to 4.1 while the solution is heated and then held at 130 ° C. for 20 minutes. The reaction mixture is cooled to room temperature, filtered , and the solid is washed first with water and then with acetone. The filter cake is dried in a vacuum oven at 8 () tons and represents an excellent yield of 2 ethyl benzimidazole carbamate.