DE19958030A1 - Diureide - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Diureide der allgemeinen Formel I DOLLAR F1 in der DOLLAR I2 Ammonium, Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Kupfer, Silber, 0,5 Eisen, 0,5 Calcium, 0,5 Magnesium, 0,5 Mangan, 0,5 Zink oder 0,5 Cobalt und DOLLAR A n 1, 2, 3 oder 4 DOLLAR A bedeuten, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Diureide, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung als Düngemittel mit Langzeitwirkung in Landwirtschaft und Gartenbau.

Aus der DD-A-264 372 und der WO-A-87/05781 sind ähnliche Malonsäurederivate zur Verzögerung des Pflanzenwachstums, aus der WO-A-87/05897 ähnliche Malonsäurederivate zur Steigerung des Ernteertrags bekannt. Die dort beschriebenen Verbindungen werden nur in relativ niedrigen Aufwandmengen eingesetzt und beziehen ihre Wirkung aus ihrer Eigenschaft als Wachstumsregulatoren, die das Pflanzenwachstum zu reduzieren.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue chemische Verbindungen zu finden, die als Langzeitdünger geeignet und den bekannten Substanzen im Bereich Pflanzenverträglichkeit und Wirkungsdauer überlegen sind. Ferner sollte es möglich sein, daß mehrere Pflanzennährstoffe in den Langzeitdüngern enthalten sind und verzögert freigesetzt werden.

Demgemäß wurden neue Diureide der allgemeinen Formal I

in der
M^⊕ Ammonium, Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Kupfer, Silber, 0,5 Eisen, 0,5 Calcium, 0,5 Magnesium, 0,5 Mangan, 0,5 Zink oder 0,5 Cobalt und
n 1, 2, 3 oder 4
bedeuten, gefunden sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen I lassen sich wie folgt her­ stellen:
Man kann zu Malonsäurediamid in einem geeigneten Lösungsmittel mit Chlorsulfonylisocyanat bei einer Temperatur von (-20) bis +190°C, bevorzugt (-15) bis + 50°C, besonders bevorzugt (-10) bis 0°C, versetzen. Die entstehende Mischung kann auf Eis gegossen werden und anschließend mit einer M^⊕ ₂-Carbonatlösung, bevorzugt mit einer konzentrierten wäßrigen M^⊕ ₂-Carbonatlösung bei einer Temperatur von (-10) bis +50°C, bevorzugt 0 bis 30°C, besonders bevorzugt bei Raumtemperatur (18 bis 28°C) versetzt werden.

Als geeignete Lösungsmittel können übliche aprotische Lösungsmittel, beispielsweise Ether wie Diethylether, Methyl-tert.-butylether oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und die Xylole, oder Nitrile wie Acetonitril und Propionitril, oder Ketone wie Aceton, Ethylmethylketon und Diethylketon, Ester wie Ameisensäuremethylester, Ameisensäureethylester, Essigsäuremethylester und Essigsäureethylester, Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid oder Formamide wie Dimethylformamid, Ethylmethylformamid und Diethylformamid oder deren Gemische verwendet werden, bevorzugt werden aprotische Lösungsmittel, die sich mit Wasser mischen, besonders bevorzugt sind Acetonitril, Aceton, Essigmethylester und Dimethylformamid.

Das Herstellverfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen.

Die Verbindungen sind überraschend schwerlöslich in Wasser und eignen sich daher als Quelle für Pflanzennährstoffe mit Langzeitwirkung. Im Boden unterliegen sie einer langsamen Mineralisation (s.u.), wobei nach und nach alle enthaltenen Nährstoffe pflanzenverfügbar werden. Im Gegensatz zu den o.b. üblichen Langzeitdüngemitteln sind dies bei den erfindungsgemäßen Verbindungen neben Stickstoff auch Schwefel und (je nach Gegenion M^⊕) Kalium, Calzium, Magnesium, Eisen, Kupfer, Zink oder Mangan. Insbesondere der mögliche Einsatz der Verbindungen als kombinierte Nährstoffquelle mit slow release-Eigenschaften für Hauptnährstoffe wie N und K, Sekundärnährstoffe wie Schwefel, Magnesium und Calcium sowie Spurennährstoffe wie Eisen, Kupfer, Mangan, Zink macht die Verbindungen interessant.

Die erfindungsgemäßen neuen Diureide I lassen sich in relativ hohen Mengen pro Hektar einsetzen und führen zu Ertragsverbesserungen durch Steigerung des Pflanzenwachstums. Die in den Substanzen enthaltenen Pflanzennährstoffe werden mit der Zeit pflanzenverfügbar und entfalten daher eine Wirkung als Langzeitdüngemittel.

Düngemittel mit Langzeitwirkung bieten gegenüber konventionellen mineralischen oder organischen Düngemitteln viele Vorteile. Sie bieten eine bedarfsgerechtere Anlieferung der Nährstoffe an die Pflanze und verbessern dadurch die Nährstoffausnutzung. Dies führt zu einer Verringerung von Nährstoffverlusten, wodurch die Umweltbelastung reduziert und die Effizienz der Düngung gesteigert wird. Außerdem erlauben sie es Arbeitsgänge und Betriebsmittel und somit agrarwirtschaftliche Kosten einzusparen.

Eine Langzeitwirkung von Düngemitteln kann auf unterschiedlichen Wegen erreicht werden. Eine Möglichkeit ist in Wasser leichtlösliche granulierte Düngemittel mit einer wasserunlöslichen Hülle zu umgeben. Die Nährstofffreisetzung aus solchen umhüllten Düngemitteln erfolgt verzögert, da die Nährstoffe erst durch die Hüllschicht hindurchdiffundieren müssen bevor sie von den Wurzeln aufgenommen werden können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Nährstoffe in Form von chemischen Verbindungen auszubringen, in der sie zunächst nicht pflanzenverfügbar sind. Erst nach Ablauf eines vorgelagerten Freisetzungsschrittes, z. B. einer chemischen Hydrolyse, einer enzymatischen Spaltung und/oder einer mikrobiellen Umsetzung, liegen die Nährstoffe in einer für die Pflanzen verwertbaren Form vor. Die hier beschriebene Erfindung zählt zu dieser zweiten Gruppe von Düngemitteln, den chemischen Langzeitdüngern. Beispiele für solche chemischen Langzeitdünger sind Harnstoff-Aldehayd-Kondensate wie Isodur (DE-A-32 41 445) oder Ureaform (WO-A-97/05084).

Die erfindungsgemäßen Verbindungen I können für sich allein oder als Mischungen bzw. in Kombination mit anderen üblichen Düngemitteln oder Zusätzen als Langzeitdünger eingesetzt werden. Sie lassen sich z. B. mit üblichen Kalidüngemitteln (K-Düngemitteln) wie Kaliumchlorid, Kaliumsulfat und Kaliumnitrat, Stickstoffdüngemitteln (N-Düngemitteln) wie Kalkammonsalpeter, Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammonsulfatsalpeter und Harnstoff, Stickstoffphosphordüngemitteln (NP-Düngemitteln) wie Ammoniumphosphate, Stickstoffkaliumdüngemitteln (NK-Düngemitteln) wie Kaliumammoniumsulfat, Phosphorkaliumdüngemitteln (PK-Düngemitteln) wie Kaliumphosphat oder Stickstoffphosphorkaliumdüngemitteln (NPK-Düngemitteln) wie Kaliumammoniumphosphat, die gegebenenfalls Langzeitwirkung haben können, zusammen formulieren.

Neben den genannten Hauptbestandteilen kann ein erfindungsgemäßes Düngemittel noch Sekundärnährstoffe wie Calcium, Schwefel und/oder Magnesium und Spurenelemente wie Bor, Eisen, Mangan, Kupfer, Zink und/oder Molybdän in untergeordneten Mengen, d. h. üblicherweise in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-% sowie weitere Zusatzstoffe wie Pflanzenschutzmittel, z. B. Insektizide, Herbizide oder Fungizide, Wachstumsregulatoren oder Nitrifikationsinhibitoren enthalten.

Sie können zur Anwendung in bekannter Weise, z. B. durch Granulieren oder Kompaktieren, auf eine gewünschte Korngröße gebracht werden. Derartig formulierte Düngemittel weisen im allgemeinen einen längsten mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 bis 10 mm, bevorzugt 0,7 bis 5 mm auf. Ihr Schüttgewicht liegt üblicherweise bei 0,5 bis 1,3 kg/l.

Die erfindungsgemäßen Düngemittel werden üblicherweise nach den allgemein bekannten Verfahren auf landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzte Flächen aufgebracht (vgl. Ullmann's Encyclopädie of Industrial Chemistry, 5. Auflage 1987, Band A 10, Seiten 398 bis 401) oder in Topf- oder Containerkulturen bzw. Pflanzsubstrate eingemischt. Wegen ihrer hohen Pflanzenverträglichkeit eigenen sich die erfindungsgemäßen Granulatmischungen nicht nur für Düngeverfahren, bei denen der Dünger annähernd gleichmäßig auf die Agrarfläche verteilt wird, sondern für die gezielte Ablage in der Nähe der Pflanzenwurzel. Die Aufwandmengen liegen im allgemeinen zwischen 1 und 5000 kg/ha, besonders günstig zwischen 20 und 1800 kg/ha.

Die erfindungsgemäßen Düngemittel können grundsätzlich in allen Bereichen des Pflanzenbaus wie der Landwirtschaft und dem Gartenbau eingesetzt werden, vor allem dem Obst- und Gemüsebau. Kulturen, deren Wachstum mit dem erfindungsgemäßen Düngemittel darüber hinaus effizient gefördert werden können, sind zum Beispiel Mais, Baumwolle, Süßkartoffeln, Weißkartoffeln, Luzerne, Weizen, Roggen, Reis, Gerste, Hafer, Hirse, Trockenbohnen, Sojabohnen, Zuckerrüben, Sonnenblumen, Tabak, Hopfen, Tomaten, Canola, abfallende Früchte, Zitrusfrüchte, Tee, Kaffee, Oliven, Ananas, Kakao, Bananen, Zuckerrohr, Ölpalmen, krautartige Freilandpflanzen, holzige Sträucher, Rasengräser, Zierpflanzen, immergrüne Pflanzen, Bäume, Blumen und dergleichen.

Die erfindungsgemäßen Düngemittel zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine besonders wirtschaftliche intensive Nutzung von landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Flächen ermöglichen, wobei eine Belastung der Umwelt weitgehend vermieden wird.

Für einen optimale Wachstumsförderung der Pflanzen reicht es im allgemeinen aus, die erfindungsgemäßen Düngemittel einmal pro Wachstumsperiode (bevorzugt zu deren Beginn) auf die Agrarfläche aufzubringen, weil der Nährstoffbedarfsverlauf der Pflanzen und der Freisetzungsverlauf der Düngemittelwirkstoffe weitgehend übereinstimmen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel I Herstellung von Bis-(N-Kaliumsulfomat)-malonsäurediureid

51 g (0,5 mol) Malondiamid wurden bei 70°C i. Vak. 30 min getrocknet, mit 100 ml abs. Acetonitril (getrocknet über Molekularsieb) aufgeschlämmt, auf (-10°C) gekühlt, 149 g (1,05 mol) Chlorsulfonylisocyanat bei einer Temperatur zwischen (-3) und (-10°C) zugetropft und 2 h bei Raumtemperatur nachgerührt. Der weiße Kristallbrei wurde auf 2 kg Eis gegossen, 138,2 g (1 mol) Kaliumcarbonat als konzentrierte Wasserlösung zugegeben und der entstehende weiße Niederschlag abgesaugt, mit 0,5 l Wasser und dann 0,5 l Aceton gewaschen und getrocknet. Man erhielt 157 g (74%) Bis-(N⁺-Kaliumsulfamat)malonsäurediureid;
Zersp.: 210°C, weißes Pulver.

Herstellung von Bis-(N'-Kaliumsulfamat)-succindiureid

5 g (43 mmol) Succindiamid wurden bei 70°C i. Vak. 30 min getrocknet, mit 100 ml abs. Acetonitril (getrocknet über Molekularsieb) aufgeschlämmt, auf (-10°C) abgekühlt, 12,4 g (88 mmol) Chlorsulfonylisocyanat bei einer Temperatur zwischen (-3) und (-10°C) zugetropft und 2 h bei Raumtemperatur nachgerührt. Der weiße Kristallbrei wurde auf ca. 2 kg Eis gegossen, 12,2 (88 mmol) Kaliumcarbonat als konzentrierte Wasserlösung zugegeben und der entstehende weiße Niederschlag abgesaugt, mit 0,5 l Wasser, dann mit 0,5 l Aceton gewaschen und getrocknet. Man erhielt 50,3 g (99%)
Bis-(N'-Kaliumsulfamat)succindiureid; Schmp.: 250°C, weißes Pulver.

Zur Demonstration der allmählichen Mineralisation der neuen Verbindungen und damit der Freisetzung der in ihnen enthaltenen Nährstoffe wurden die nachfolgenden Untersuchungen durchgeführt. Die gute Pflanzenverträglichkeit auch bei hohen Aufwandmengen wurden in pflanzenbaulichen Versuchen untersucht. Hierzu wurden Versuche mit Senfkeimlingen als Prüfkultur angelegt, wobei je­ weils 20 Senfkörner (Sinapis alba, 'Maxi') in Plastiktöpfchen mit einem Fassungsvermögen von 660 g Limburgerhofboden (Humusboden der in Limburgerhof vorkommt) angesät wurden. Vor der Saat er­ folgte eine Düngung der einzelnen Töpfchen mit steigenden Mengen der stickstoffhaltigen Prüfsubstanz. Der Boden wurde während des Versuches täglich durch Wiegen auf 60% seiner maximalen Wasser­ kapazität angefeuchtet. Erfaßt wurde zu den Versuchen das Keim­ verhalten und während des Wachstumsverlaufes Bonituren auf Wüch­ sigkeit, Ausmaß von N-Mangelsymptomen ("Grünheit") und Phytotoxi­ tät vorgenommen. Ein Senf-Versuch zur Pflanzenverträglichkeit wurde je nach Wachstumsbedingungen nach 20 bis 30 Tagen beendet. Im Bedarfsfall wurde noch eine Gewichtsermittlung des Pflanzen­ materials vorgenommen, um graduelle Unterschiede zwischen den Be­ handlungen zu quantifizieren. Als Vergleichsbeispiele wurden ana­ loge Versuche ohne Stickstoff, mit Harnstoff als sofort verfügba­ rem Stickstoff-Dünger und mit Isodur®, einem handelsüblichen Langzeitdünger, durchgeführt. Man erkennt, daß bei der höchsten Aufwandmenge von 400 mg N/Gefäß die erfindungsgemäßen Substanzen bessere Ergebnisse liefern als die Vergleichsbeispiel, ins­ besondere bei den Parametern Wüchsigkeit und Frischmasseertrag (FM-Ertrag).

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Claims (9)

1. Diureide der allgemeinen Formal I
in der
M^⊕ Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Ammonium, Kupfer, Sil­ ber, 0,5 Eisen, 0,5 Calcium, 0,5 Magnesium, 0,5 Mangan, 0,5 Zink oder 0,5 Cobalt
n 1, 2, 3 oder 4
bedeuten.

2. Diureide I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M^⊕ für Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium oder Ammonium steht.

3. Diureide I nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß n für 1 oder 2 steht.

4. Diureide I nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß M^⊕ für Natrium oder Kalium steht.

5. Diureide I nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß M^⊕ für Kalium steht.

6. Verfahren zur Herstellung von Diureide I nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Carbonsäuredi­ amide der allgemeinen Formel II
in der n für 1, 2, 3 oder 4 steht, mit Chlorsulfonylisocyanat der Formel III
bei einer Temperatur von (-20) bis +20°C und anschließend mit wäßriger M₂CO₃-Lösung bei einer Temperatur von (-10) bis (0°C) einsetzt.

7. Verwendung der Diureide der allgemeinen Formel I nach einen der Ansprüche 1 bis 5 als Dünger mit Langzeitwirkung.

8. Verwendung der Diureide der allgemeinen Formel I nach einen der Ansprüche 1 bis 5 als Dünger mit Langzeitwirkung in Kom­ bination mit anderen üblichen Düngemitteln oder Zusätzen.

9. Verwendung der Diureide der allgemeinen Formel I nach einen der Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als üblichen Düngemittel oder Zusätze Harnstoff, Ammoniumnitrat, Ammonium­ sulfat, ein Ammoniumphosphat, Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Kaliumnitrat oder deren Gemische einsetzt.