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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-4-amino-5-formylaminouracil (I) bzw. 1,3-Dimet hyl-4-amino-5-formylaminouracil (II) aus Reaktionsgemi schen, die neben 3-Methyl-4,5-diaminouracil (III) bzw. 1,3-Dimethyl-4,5-diaminouracil (IV) abzutrennende Neben produkte des vorangegangenen Reduktionsprozesses enthal ten.The invention relates to a method for producing 3-methyl-4-amino-5-formylaminouracil (I) or 1,3-dimet hyl-4-amino-5-formylaminouracil (II) from Reaction mixture which in addition to 3-methyl-4,5-diaminouracil (III) or 1,3-Dimethyl-4,5-diaminouracil (IV) to be separated products from the previous reduction process ten.
Die Verbindungen I bis IV sind wichtige Zwischenprodukte der Theobromin-, Theophyllin- und Coffeinsynthese.The compounds I to IV are important intermediates theobromine, theophylline and caffeine synthesis.
Die Reduktion von 3-Methyl- bzw. 1,3-Dimethyl-4-amino-5- nitrosouracil mit Ammoniumhydrogensulfid oder nach Bechamp führt zu den Reaktionsprodukten III bzw. IV, die im Ge misch mit Nebenprodukten des jeweiligen Reduktionsmittels vorliegen. Für die Weiterverarbeitung der Verbindungen III bzw. IV zu den entsprechenden Formylaminouracilen der Formeln I bzw. II ist das Abtrennen der Nebenprodukte erforderlich. Dabei handelt es sich beim Einsatz von Ammoniumhydrogensulfid als Reduktionsmittel um Schwefel, bei der Bechamp-Reduktion um Eisenoxide sowie um Katalysa torrückstände.The reduction of 3-methyl- or 1,3-dimethyl-4-amino-5- nitrosouracil with ammonium hydrogen sulfide or according to Bechamp leads to the reaction products III and IV, which in Ge mixed with by-products of the respective reducing agent available. For the further processing of the compounds III and IV to the corresponding formylaminouracils Formulas I and II is the separation of the by-products required. This is when using Ammonium hydrogen sulfide as a reducing agent for sulfur, in the Bechamp reduction for iron oxides and for catalysis gate residues.
Während die Verbindung IV aufgrund ihrer besseren Löslich keit in Wasser oder verdünnter wäßriger Ameisensäure bei ausreichender Verdünnung vom Schwefel abgetrennt werden kann, ist dieses Verfahren zur Abtrennung von III aus einem schwefelhaltigen Reaktionsgemisch nicht möglich.While the compound IV is soluble due to its better speed in water or dilute aqueous formic acid sufficient dilution to be separated from the sulfur can, this process is for the separation of III a sulfur-containing reaction mixture is not possible.
Auf diese Tatsache wurde bereits in der DD-Patentschrift Nr. 13 192 hingewiesen.This fact was already mentioned in the DD patent No. 13 192.
Verfahrenstechnisch ungelöst ist auch die Abtrennung der Verbindung III aus dem Reaktionsgemisch der Bechamp- Reduktion infolge des gleichzeitigen Lösens der Verbindung III und Eisenoxid bei der Einwirkung von Säure.The separation of the is also technically unsolved Compound III from the reaction mixture of the Bechamp Reduction due to simultaneous disconnection III and iron oxide when exposed to acid.
Bekanntlich unterliegen orthoständige Diaminouracile unter Verfärbung der Autoxidation in wäßrigen Lösungen oder Suspensionen, bedingt durch die Reaktionsfähigkeit der 4,5-Diaminouracile gegenüber Sauerstoff. So entstehen beim Durchleiten eines Luftstromes durch eine Lösung von 4,5- Diaminouracil in Wasser oder 15% Natronlauge braune Lösungen und Fällungsprodukte, die nach Taylor (E.C. Taylor jr. u. a.J. Am. Chem. Soc. 77 () und ) aus einem Gemisch von 2,4,6,8-Tetrahydroxipyrimido-/5,4- g/-pteridin und 2,4,5,7-Tetrahydroxipyrimido-/5,4-g/- pteridin besteht. Diese Oxidationsreaktionen führen neben der Verfärbung zu erheblichen Substanzverlusten, die die Qualität und Ausbeute der Folgeprodukte sehr nachtei lig beeinflussen und aufwendige Reinigungsverfahren erfor dern.As is known, ortho-permanent diaminouraciles are subject to Discoloration of the autoxidation in aqueous solutions or Suspensions due to the reactivity of the 4,5-Diaminouracile versus oxygen. This is how the Passing an air stream through a solution of 4.5 Diaminouracil in water or 15% sodium hydroxide brown Solutions and precipitation products, which according to Taylor (E.C. Taylor Jr. u. a.J. At the. Chem. Soc. 77 () and ) from a mixture of 2,4,6,8-tetrahydroxipyrimido / 5.4- g / -pteridine and 2,4,5,7-tetrahydroxipyrimido / / 5,4-g / - pteridine exists. These oxidation reactions lead alongside the discoloration to substantial loss of substance, the the quality and yield of the subsequent products are very disadvantageous influence and require complex cleaning procedures other.
In der DD-Patentschrift Nr. 23 399 wird auf die Problema tik der Verfärbung und Zersetzung der Verbindung IV hinge wiesen. Zur Reduzierung dieser Nebenreaktionen wird die Bildung und teilweise Abscheidung des IV-sulfates sowie seine nachfolgende Umsetzung mit Natriumformiat vorge schlagen.DD Patent No. 23,399 addresses the problema tics of discoloration and decomposition of the compound IV grasslands. To reduce these side reactions, the Formation and partial separation of the IV sulfate as well its subsequent implementation featured with sodium formate beat.
Dabei wird erneut ein Neutralsalz (Natriumsulfat) gebil det, welches das Reaktionsabwasser zusätzlich belastet. Außerdem müssen die jeweiligen Mutterlaugen aufgrund der relativ hohen Löslichkeit des Sulfates in einem zweiten Arbeitsschritt aufgearbeitet werden (Beispiele 1 und 2).A neutral salt (sodium sulfate) is formed again det, which additionally pollutes the reaction waste water. In addition, the respective mother liquors due to the relatively high solubility of the sulfate in a second Work step be worked up (Examples 1 and 2).
Noch wesentlich schwieriger ist die Abtrennung der Verbin dung III aus den schwefelhaltigen Reaktionsgemischen, da die Lösung des Chlorides als das noch am besten lösliche Salz der Verbindung III schon erhebliche Wassermengen erfordert. Das Sulfat der Verbindung III ist bereits so schwer löslich, daß auf diese Weise die technische ver wertbare Abtrennung der Verbindung III vom Schwefel ausge schlossen werden muß.It is even more difficult to separate the connection dung III from the sulfur-containing reaction mixtures, because the solution of the chloride as the most soluble Salt of compound III already has a considerable amount of water required. The sulfate of compound III is already so hardly soluble that in this way the technical ver valuable separation of the compound III from the sulfur must be closed.
Unabhängig von den Verdünnungsverhältnissen entsteht in jedem Fall durch die Neutralisation der mineralsauren Salze der Verbindung III eine zusätzliche Salzlast für das Abwasser.Regardless of the dilution ratio, in in any case by neutralizing the mineral acids Salts of compound III an additional salt load for that Sewage.
Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis, ein handhabba res und umweltgerechtes Verfahren zur Herstellung von reinem 3-Methyl- bzw. 1,3-Dimethyl-4-amino-5-formylaminou racil der Formeln I bzw. II aus Reaktionsgemischen, die neben 4,5-Diaminouracilen der Formel III bzw. IV noch Nebenprodukte des vorangegangenen Reduktionsprozesses enthalten, zu finden. There is therefore an urgent need to handle it res and environmentally friendly process for the production of pure 3-methyl or 1,3-dimethyl-4-amino-5-formylaminou racil of the formulas I and II from reaction mixtures which in addition to 4,5-diaminouracils of the formula III or IV By-products of the previous reduction process included to find.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein großtech nisch anwendbares Verfahren zu entwickeln, welches die 4,5-Diaminouracile der Formeln III bzw. IV aus Reakti onsgemischen, die außer diesen Verbindungen noch Neben produkte des vorangegangenen Reduktionsprozesses ent halten, herauslöst und diese ohne zusätzliche Salzbela stung für das Abwasser in reine Formylaminouracile der Formel I bzw. II überführt.The invention has for its object a large tech to develop a technically applicable process which 4,5-Diaminouracile of the formulas III and IV from Reakti onsgemischen, which besides these connections still secondary products of the previous reduction process ent hold, detaches and this without additional salt bela for wastewater in pure formylaminouracile Formula I and II transferred.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß man in das Reaktionsgemisch, bestehend aus den Verbindungen III bzw. IV sowie Nebenprodukten des vorangegangenen Reduktionsprozesses bei Temperaturen unter 30°C solange Schwefeldioxid einleitet, bis die Diaminouracile der Formeln III bzw. IV gelöst sind, danach den ungelösten Rückstand abtrennt, die erhaltene sulfithaltige Lösung unter Erwärmung bei gleichzeitigem Austreiben des Schwefeldioxides mit Ameisensäure versetzt und das sich abscheidende Formylaminouracil der Formel I bzw. II in an sich bekannter Weise isoliert.According to the invention this is achieved in that the reaction mixture consisting of the compounds III or IV and by-products of the previous one Reduction process at temperatures below 30 ° C as long Sulfur dioxide discharges until the diaminouracile Formulas III and IV are solved, then the unsolved Separates the residue, the sulfite-containing solution obtained with warming while expelling the Sulfur dioxide mixed with formic acid and that depositing formylaminouracil of formula I or II in isolated in a manner known per se.
Es werden dabei 103-110 Mol% Ameisensäure bezogen auf die Verbindungen III bzw. IV eingesetzt. Die Ameisen säure kann 10-85%-ig sein, vorzugsweise wird die han delsübliche Konzentration von 85% eingesetzt.There are 103-110 mol% formic acid based on the compounds III and IV used. The ants Acid can be 10-85%, preferably the han usual concentration of 85% used.
Bei Erwärmung der sulfithaltigen Lösung auf 35-40°C beginnt die Entwicklung des SO2, welches in geeigneten Lösungsmitteln absorbiert wird. Zur Absorption eignen sich beispielsweise Diethanolamin oder ähnliche Verbin dungen, welche ein temperaturabhängiges Absorptions- und Desorptionsverhalten für SO2 aufweisen. When the sulfite-containing solution is heated to 35-40 ° C., the development of SO 2 begins, which is absorbed in suitable solvents. For absorption, for example, diethanolamine or similar compounds are suitable which have a temperature-dependent absorption and desorption behavior for SO 2 .
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht darin, daß das aus dem Formylierungsprozeß entweichende SO2 sofort in einen zweiten Reaktor, der ein Reaktionsgemisch der Verbindungen III bzw. IV enthält, eingeleitet wird.A special embodiment of the process according to the invention is that the SO 2 escaping from the formylation process is immediately introduced into a second reactor which contains a reaction mixture of the compounds III or IV.
Als vorteilhaft erweist sich dabei die Einleitung des SO2 in die Suspension von III bzw. IV unter leichtem Über druck. Dadurch wird eine Verkürzung der Lösezeit der Verbindungen III bzw. IV erreicht.The introduction of SO 2 into the suspension of III or IV under slight pressure proves to be advantageous. This reduces the dissolving time of compounds III and IV.
Bei weiterer Erwärmung der sulfithaltigen Lösung erfolgt bei etwa 95°C die Abscheidung der Formylaminouracile der Formeln I bzw. II.When the sulfite-containing solution is heated further at about 95 ° C the deposition of the Formylaminouracile Formulas I and II.
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Infolge der ständig reduzierenden Atmosphäre (entweder SO2 oder Ameisensäure) fällt weißes 3-Methyl-4-amino-5- formylaminouracil (I) bzw. 1,3-Dimethyl-4-amino-5- formylaminouracil (II) in hoher Reinheit an.As a result of the constantly reducing atmosphere (either SO 2 or formic acid), white 3-methyl-4-amino-5-formylaminouracil (I) or 1,3-dimethyl-4-amino-5-formylaminouracil (II) is obtained in high purity .
Diese Verbindungen werden in bekannter Weise isoliert oder z. B. zu 3-Methylxanthin bzw. 1,3-Dimethylxanthin umge setzt.These compounds are isolated in a known manner or e.g. B. to 3-methylxanthine or 1,3-dimethylxanthine puts.
Bei Temperaturen unterhalb 30°C bleiben die wäßrigen sulfithaltigen Lösungen der Verbindungen III bzw. IV klar.At temperatures below 30 ° C, the aqueous ones remain sulfite-containing solutions of compounds III and IV clear.
Werden sie ohne Zugabe von Ameisensäure erwärmt, beginnt unter SO2-Entwicklung die Abscheidung der Verbindung III bzw. IV. Vom sehr schwer löslichen III werden 97-98% der Einsatzmenge als gelbliches Kristallpulver wieder erhal ten. Die Verbindung IV fällt aufgrund ihrer besseren Wasserlöslichkeit zu 85% als gelbliches Kristallpulver an.If they are heated without the addition of formic acid, the deposition of compound III or IV begins with the development of SO 2. 97-98% of the amount which is very poorly soluble is recovered as a yellowish crystal powder. Compound IV falls due to its better solubility in water 85% as a yellowish crystal powder.
Überraschender Weise wurde festgestellt, daß bei Zugabe von Ameisensäure schon vor dem Erhitzen zur thermischen Zerlegung der III- bzw. IV-sulfitlösung das zwischenzeit liche Vorliegen der freien Diaminoverbindungen der Formeln III bzw. IV vermieden wird. Es bildet sich sofort das Formiat der Verbindungen III bzw. IV. Diese Salze werden beim weiteren Erhitzen in bekannter Weise in die beständi gen Verbindungen der Formeln I bzw. II überführt.Surprisingly, it was found that when adding from formic acid even before heating to thermal Disassembly of the III or IV sulfite solution in the meantime availability of the free diamino compounds of the formulas III or IV is avoided. That immediately forms Formate of the compounds III and IV. These salts are upon further heating in the known manner in the permanent gene compounds of formulas I and II transferred.
Damit sind praktisch die unerwünschten Oxidationsreaktio nen der orthoständigen Diaminogruppen der Verbindungen III bzw. IV ausgeschlossen. This is practically the undesirable oxidation reaction NEN of the ortho-standing diamino groups of the compounds III or IV excluded.
Ausführungsbeispiele
Embodiments
Beispiel 1
example 1Eine Suspension von 312 kg der Verbindung III und 80 kg Schwefel in l Wasser befinden sich nach vorange gangener Abtrennung der ammoniumhydrogensulfithaltigen Mutterlauge in einer Rührwerksnutsche. Diese ist über ein Entlüftungssystem mit einer Absorptionsanlage für das SO2 verbunden. Aus einer alkalischen Absorptionslö sung für das SO2 (wäßrige Diethanolaminlösung) wird durch Erwärmen in bekannter Weise das Gas ausgetrieben und in die vorliegende Suspension eingeleitet. Nach 45 Minuten ist die Verbindung III vollständig in Lösung gegangen. Die Temperatur der Suspension wird bei 20 bis 25°C gehalten. Nach Unterbrechung der Einleitung erfolgt die Abtrennung der sulfithaltigen Lösung der Verbindung III vom ungelösten Schwefel. Die klare Lösung befindet sich nunmehr in einem Rührreaktor. Der auf der Rührwerksdrucknutsche zurückbleibende Schwefel wird 2 mal mit je 100 Liter Wasser nachgewaschen und anschließend ausgetragen. Das Waschwasser wird mit der Lösung vereinigt. Danach werden 100 l 85%-ige Ameisen säure bei gleichzeitiger Erwärmung der Reaktionslösung zugegeben. Bei 35 bis 40°C beginnt die Entwicklung von SO2, welches in die eingangs beschriebene Absorptions anlage eingeleitet wird. Die Erwärmung der Reaktionslö sung wird so fortgesetzt, daß ein gleichmäßiger Gas strom entsteht. Nach 45-60 Minuten erfolgt bei 95°C die Abscheidung der Verbindung I. A suspension of 312 kg of compound III and 80 kg of sulfur in l of water are in a stirrer filter after the previous removal of the mother liquor containing ammonium bisulfite. This is connected to an absorption system for the SO 2 via a ventilation system. From an alkaline absorption solution for the SO 2 (aqueous diethanolamine solution), the gas is expelled in a known manner by heating and introduced into the present suspension. After 45 minutes, compound III has completely dissolved. The temperature of the suspension is kept at 20 to 25 ° C. After the introduction has been interrupted, the sulfite-containing solution of compound III is separated from the undissolved sulfur. The clear solution is now in a stirred reactor. The sulfur remaining on the agitator pressure filter is washed twice with 100 liters of water and then discharged. The wash water is combined with the solution. Then 100 l of 85% formic acid are added while heating the reaction solution. The development of SO 2 begins at 35 to 40 ° C., which is introduced into the absorption system described at the beginning. The heating of the reaction solution is continued so that a uniform gas flow is produced. After 45-60 minutes, compound I is deposited at 95 ° C.
Die Suspension der Verbindung I wird in bekannter Weise zu 3-Methylxanthin umgesetzt.The suspension of compound I is known converted to 3-methylxanthine.
Es werden 285 kg 3-Methylxanthin, das entspricht 85% der Theorle bezogen auf die Verbindung III erhalten.There are 285 kg of 3-methylxanthine, which corresponds to 85% of Theories obtained based on compound III.
Beispiel 2
Example 2Eine Suspension von 156 kg der Verbindung III und 110 bis 130 kg Eisenoxid (Fe2O3/Fe3O4) sowie nicht umgesetztem Eisen in Liter Wasser befindet sich nach beendeter Bechamp-Reduktion von 3-Methyl-4-amino-5-nitrosouracil in einem Rührreaktor. Wie Beispiel 1 wird eine vollständige Lösung der Verbindung III herbeigeführt und über eine Drucknutsche vom Eisen/Eisenoxid abgetrennt. Alle weiteren Verfahrensschritte entsprechen dem Beispiel 1, wobei hier nur 50 Liter Ameisensäure eingesetzt werden.A suspension of 156 kg of compound III and 110 to 130 kg of iron oxide (Fe 2 O 3 / Fe 3 O 4 ) and unreacted iron in liters of water is found after the Bechamp reduction of 3-methyl-4-amino-5 -nitrosouracil in a stirred reactor. As in Example 1, a complete solution of compound III is brought about and separated from the iron / iron oxide via a pressure filter. All other process steps correspond to Example 1, only 50 liters of formic acid being used here.
Die Ausbeute an 3-Methylxanthin beträgt 138 kg, das ent spricht 83% der Theorie bezogen auf die Verbindung III.The yield of 3-methylxanthine is 138 kg, which ent speaks 83% of theory based on compound III.
Beispiel 3
Example 3Eine Suspension von 340 kg der Verbindung IV und 90 bis 100 kg Schwefel in Liter einer 15% wäßrigen Ammoni umsulfatlösung, die außerdem 25 kg Natriumhydrogensulfit enthält und einen pH-wert von 6,8 bis 7,2 aufweist, befin det sich in einem Rührreaktor. Dieser ist gemäß Beispiel 1 mit einer Absorptions- und Desorptionsanlage für das Schwefeldioxid verbunden. Bei einem Behälterinnendruck von 0,5 atü wird SO2 bei einer Temperatur von 15 bis 20°C eingeleitet. Nach 20 bis 30 Minuten hat sich die Verbin dung IV vollständig gelöst. Es wird vom ungelösten Schwefel abgetrennt und die klare Lösung mit 300 l 30%iger Ameisensäure versetzt. Aufgrund der Druckentla stung nach dem Filtrationsprozeß beginnt die Entga sung der Lösung bereits ab 20°C. Die weiteren Schritte erfolgen gemäß dem Beispiel 1. Allerdings erfolgt im Gegensatz dazu bereits die Isolierung der Verbindung II als nahezu weißes Produkt. Die Ausbeute beträgt 345 kg. Die Mutterlauge enthält weitere 30 kg der Verbin dung II. Das entspricht einer Gesamtausbeute von 95% der Theorie bezogen auf die Verbindung IV.A suspension of 340 kg of compound IV and 90 to 100 kg of sulfur in liters of a 15% aqueous ammonium sulfate solution, which also contains 25 kg of sodium bisulfite and has a pH of 6.8 to 7.2, is in one Stirred reactor. According to Example 1, this is connected to an absorption and desorption system for the sulfur dioxide. At an internal pressure of 0.5 atm, SO 2 is introduced at a temperature of 15 to 20 ° C. After 20 to 30 minutes, the compound IV has completely dissolved. It is separated from the undissolved sulfur and 300 l of 30% formic acid are added to the clear solution. Due to the pressure relief after the filtration process, the solution begins to degas from 20 ° C. The further steps are carried out according to example 1. However, in contrast, compound II is already isolated as an almost white product. The yield is 345 kg. The mother liquor contains a further 30 kg of compound II. This corresponds to a total yield of 95% of theory based on compound IV.
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