Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Umsetzung geeigneter Nitril-Vorstufen mit Stickstoffverbindungen zu den gewünschten substituierten Pyridinen. Die Herstellung der Ausgangprodukte erfolgt dabei im allgemeinen durch Addition eines alpha-metallierten Nitrils an eine Carbonylverbindung.
Pyridine sind wichtige Strukturelemente in einer Vielzahl von Produkten der chemischen und pharmazeutischen Industrie und es sind in der Literatur sehr viele verschiedene Verfahren zur Herstellung beschrieben. Diese können grob unterteilt werden in Verfahren, bei denen der Pyridinring aufgebaut wird und solche, bei denen Substituenten eingeführt (z. B. durch elektrophile oder nucleophile Substituion am Aromaten) oder modifiziert werden.
Werden 2-Aminopyridinderivate benötigt, so erfolgt die Herstellung meistens durch Einführung des Amin-Substituenten in einen bereits vorhandenen Pyridinring. Beispiele für solche Reaktionen sind die Tschitschibabin-Reaktion (siehe z. B.
DE-B-37 42 91), also die Umsetzung von Pyridinen mit Natriumamid unter Eliminierung von Natriumhydrid oder die Umsetzung von 2-Halogenpyridinen mit Stickstoffverbindungen (siehe z. B. Chem. Ber. 1936, 69, 2593 für die Umsetzung von 3-Amino-2-chlorpyridin zu 2,3-Diaminopyridin).
Diese Reaktionen haben jedoch den Nachteil, daß entweder recht drastische Bedingungen nötig sind (Tschitschibabin-Reaktion, Reaktion von 2-Halogenpyridinen mit wäßrigem Ammoniak) oder daß bei den neueren katalytischen Varianten zur Umsetzung teure Edelmetalle und Liganden benötigt werden (z. B. Org. Lett. 2001, 3, 3417).
Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Reaktionen ist die Tatsache, daß zur Synthese von schwierig substituierten Pyridinen die entsprechenden Vorstufen verfügbar sein müssen, was oft nicht der Fall ist. Außerdem muß für das Einführen des gewünschten Substituenten in die gewünschte Position ein technisch durchführbares Verfahren zur Verfügung stehen, das die Umwandlung der Vorstufe auch jenseits des Labormaßstabs erlaubt.
Dies ist insbesondere oft dann nicht der Fall, wenn Perfluoralkylgruppen (meist Trifluormethylgruppen) in den Pyridin-Ring eingeführt werden sollen. Zwar sind hier einige Reaktionen in der Literatur beschrieben, wie die Umsetzung von lodpyridinen mit (Trifluormethyl)trimethylsilanoder die Umwandlung von Methylgruppen in Trifluormethylgruppen durch Einwirkung von Chlor und Flußsäure.
Alle bisher bekannten Verfahren haben aber Nachteile, die die Verwendung für die Herstellung der gesuchten Aminopyridine unattraktiv macht bzw. ausschließt. So sind die Aminopyridine unter den drastischen Bedingungen der Umwandlung von Methyl- in Trifluormethylgruppen nicht stabil. Es müßten also zunächst andere Pyridinderivate, z. B. Halogenpyridine herstellt werden und in einem gesonderten Schritt die Umwandlung von Halogen in Amin durchgeführt werden, was in aufwendigen und teueren Verfahren resultiert. Die Einführung einer Trifluormethylgruppe durch Umwandlung eines lodpyridins mit Hilfe von (Trifluormethyl)trimethylsilan ist für den technischen Maßstab wegen der hohen Preise der Startmaterialien ebenfall kaum attraktiv.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe die gewünschten 2-Aminopyridin-Derivate mit hoher Flexibilität bezüglich des Substitutionsmusters hergestellt werden können und mit dem insbesondere perfluoralkylsubstituierte, bevorzugt trifluormethylsubstituierte 2-Aminopyridine hergestellt werden können.
Ein ähnliches Verfahren wurde bereits für 2-Halogenpyridine beschrieben (
WO2007/000249). Bei diesem Verfahren wird ein Nitril zunächst metalliert und dann mit einer geeigneten Carbonylverbindung zum Hydroxynitril umgesetzt. Der finale Ringschluß erfolgt dann unter stark sauren Bedingungen mit HX (HCl, HBr, HI) oder anorganischen Estern dieser Substanzen (z. B. SOCl2, POCl3, PCl5, PBr3 etc.) unter sehr stark sauren Bedingungen. Beispielhaft ist diese Reaktion für die Synthese von 4-Trifluormethyl-2-chlorpyridin erläutert.
Um hiervon ausgehend das entsprechende 2-Aminopyridin herstellen zu können, ist jedoch eine weitere Umsetzung mit Ammoniak nötig, die nur unter drastischen Bedingungen abläuft (siehe
EP-B-0 228 846 oder Dunn et al. in J. Fluor. Chem 1999, Seite 153) und hohe Temperaturen und hohen Druck erfordert.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe darin, ein ökonomisches und technisch einfach durchführbares Verfahren für die Herstellung von 2-Amino-4-(fluoralkyl)pyridin-Derivaten zu entwickeln.
Es wurde nun gefunden, daß sich diese Aufgabe durch direkte Umsetzung der in
W02007/000249 beschriebenen Nitrilvorstufen mit Ammoniak oder anderen geeigneten Stickstoffverbindungen lösen läßt.
Dies ist überraschend, weil das Arbeiten unter stark sauren Bedingungen in der oben beschriebenen Umsetzung zum Halogenpyridin als entscheidend für den Erfolg angesehen wurde.
Es resultiert so ein allgemeines und flexibles Verfahren, mit dem substituierte 2-Aminopyridine, insbesondere 2-Aminopyridine mit Halogen substituierten Alkylsubstituenten durch Aufbau des Pyridinringes hergestellt werden können:
Bei den verschiedenen Resten im obigen Schema handelt es sich um folgende Substituenten:Rf:CnH(2n+1-m)XmX:F, Cl, Br, wobei für m 1 X identisch oder verschieden istn:positive ganze Zahl zwischen 1 und 8m:positive ganze Zahl zwischen 1 und 2n+1R1:Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C6-C14-Aryl, C1-C13-Heteroaryl, COOR, CN, SO2R, SOR, PO(OR)2, wobei diese Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl-, - COOR, -CN, -SO2R, -SOR und -PO(OR)2-Reste unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sind,R2:Wasserstoff oder eine Schutzgruppe für AlkoholeR3, R6:C1-C8-Alkyl, C1-C8-Acyl, C6-C14-Aryl, R3Silyl, wobei die Alkyl-, Acyl- und -Aryl-Reste unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sind,R4, R5:Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C6-C14-Aryl, C1-C13-Heteroaryl, C1-C8- Acyl, -CONR2, wobei diese Alkyl-, Aryl-, Heteroaryl-, Acyl- und - CONR2-Reste unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sind, oder R4 und R5 bilden zusammen eine C4-C8-Alkylenkette, wobei auch eine CH2-Gruppe durch NH oder O ersetzt sein kann und wobei diese C4-C8-Kette unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert istR:C1-C8-Alkyl, C6-C14-Aryl, C1-C13-Heteroaryl
Unter \"Alkyl\" im Sinne der Erfindung wird - sofern nicht anders angegeben - ein verzweigter oder unverzweigter C1- bis C20-, bevorzugt ein C1- bis C10-Alkylrest verstanden, insbesondere Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Tertiärbutyl, Pentyl oder Hexyl, besonders bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl.
Sofern nicht anders angegeben, handelt es sich bei \"Aryl\" (oder einem \"aromatischen\" Rest) um einen C6- bis C14-Arylrest, insbesondere um Phenyl, Naphthyl, Diphenyl. Diese aromatischen Substituenten können dabei ihrerseits zusätzlich Alkyl- oder andere Aryl-Substitutenten tragen.
Sofern nicht anders angegeben, handelt es sich bei \"Heteroaryl\" (oder einem \"heteroaromatischen\" Rest) um einen C5- bis C13-Arylrest, worin 1, 2 oder mehr Kohlenstoffatome unabhängig voneinander durch O, S, N, N-Alkyl ersetzt sein können, insbesondere um Furyl, Thiophenyl, Oxazolyl, Thiazolyl, Pyridyl, Pyrimidyl, Indolyl, Chinoxalinyl oder Pyrrolyl.
Unter \"Halogen\" oder \"Halogenid\" wird, sofern nichts anderes angegeben ist, ein Fluor-, Chlor-, Brom- oder lodrest verstanden, vorzugsweise ein Brom- oder Chlorrest.
Typische \"Schutzgruppen für Alkohole\" sind z. B. Acyl, Alkyl, 2-tetrahydropyranyl oder R3Silyl (mit R= Methyl, Ethyl, Propyl, tert-Butyl). Die jeweiligen Reste R können dabei entweder alle gleich oder auch unterschiedlich sein.
\"Ein- oder mehrfach substituiert\" oder \"substituiert\" im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der jeweilige Rest ein- oder sofern möglich, zwei-, drei- oder mehrfach durch Halogen, bevorzugt Chlor oder Brom, und/oder durch Nitro, Cyano, Hydroxy, Alkyl, Alkyloxy, Aryl, Aryloxy, Arylalkyl, Aryloxyalkyl, Arylalkyloxy, Amino, Monoalkylamino, Dialkylamino, Monoarylamino, Diarylamino, Alkylthio, Arylthio, Carboxy, Alkylcarbonyl und/oder Alkyloxycarbonyl substituiert ist.
Die Herstellung der benötigten Nitrilvorstufen kann dabei nach dem Fachmann geläufigen Verfahren erfolgen. Meist dürfte aber die Herstellung nach einem der beiden folgenden Schemata ausgehend vom ungesättigten Keton IV oder vom Acetal V besonders ökonomisch sein:
Die Bedeutung der Reste R ist dabei die gleiche, wie oben erläutert. Zusätzlich steht M für die folgenden Metalle:M:Li, Na, K, MgY, Mg0,5, CaY, Ca0,5, ZnY, Zn0,5, CdY, Cd0,5, Cu, TiY3Y:X (wie oben definiert), I, OR, O-CO-R (mit R wie oben definiert)
Zur Synthese der zur Cyclisierung benötigten Nitrile ist, wie oben in den Formelschemata beschrieben, im allgemeinen der Zugang aus den Ketonen IV oder V und einem Salz eines Acetonitril-Derivates der günstigste Weg. Dazu wird zunächst Acetonitril oder ein substituiertes Derivat in einem geeigneten Lösungsmittel metalliert und das entstandene Salz dann mit einem Keton der allgemeinen Formel IV oder V umgesetzt.
Für diese Reaktion sind alle Lösungsmittel geeignet, die für Metallierungsreaktionen eingesetzt werden können. Dies sind insbesondere Ether wie Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, Diethylether, Diisopropylether, Di-n-butylether, Dioxan, 1,2-Dimethoxyethan, Diethylengylcoldimethylether, Diethylenglcoldi-n-butylether, Tetraethylenglycoldimethylether oder Mischungen dieser Lösungsmittel untereinander oder mit einem inerten anderen Lösungsmittel wie Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan oder Petrolethern (Kohlenwasserstoffgemische). In besonderen Fällen können aber auch reine Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan oder Petrolether geeignet sein oder im Falle von stark aciden Acetonitril-Derivaten (R\' starker Akzeptor-Substituent) sogar Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol oder Butanole.
Als Metallierungsreagenzien kommen alle Basen in Frage, die ausreichend basisch sind, um ein Wasserstoffatom von dem gegebenenfalls substituierten Acetonitril zu abstrahieren. Bei Acetonitril selbst oder Alkyl-substituierten Acetonitrilen kommen dafür hauptsächlich sehr starke Basen wie n-Butyllithium, sec-Butyllithium, t-Butyllithium, n-Hexyllithium, Lithium-N,N-diisopropylamid (LDA), Lithium-2,2,6,6-tetramethylpiperidid (Li-TMP), Lithiumhexamethyldisilazan (LiHMDS), Natriumhexamethyldisilazan (NaHMDS) oder Kaliumhexamethyldisilazan (KHMDS) in Frage. Bei etwas acideren Acetonitril-Derviaten wie beispielsweise Arylsubstituierten (R\' = Aryl) sind Basen wie Natriumamid, Lithiumhydrid, Natriumhydrid oder Kaliumhydrid zusätzlich zu den oben genannten geeignet. Bei den am stärksten aciden Acetonitril-Derivaten (R\' = COOR, CN, SO2R, SOR, PO(OR)2) sind zusätzlich zu den bereits genannten starken Basen auch Alkoxide wie die Lithium- Natrium-, oder Kaliumsalze von Methanol, Ethanol oder t-Butanol als Basen geeignet.
Die Reaktionsbedingungen, die bei der Metallierung zweckmäßigerweise einzuhalten sind, hängen wiederum von den verwendeten Acetonitril-Derivaten ab. So wird bei den am wenigsten aciden Acetonitril-Derivaten (R1 = Alkyl oder Wasserstoff) bevorzugt bei Temperaturen unter - 25 °C gearbeitet und besonders bevorzugt unter -45 °C, um die Zersetzung der gebildeten Salze zu vermeiden. Die acideren Acetonitril-Derivate können wegen der größeren Stabilität der gebildeten Salze auch bei höheren Temperaturen metalliert werden (für R1 = Aryl bis zu ca. 0 °C; für R1 = CN, COOR, SO2R, SOR auch bei Raumtemperatur oder sogar darüber).
Die sich anschließende Umsetzung mit geeigneten Ketonen mit den allgemeinen Formeln IV oder V wird am besten bei der gleichen Temperatur durchgeführt wie die Metallierung und erfolgt im allgemeinen durch Zugabe der Ketone zum metallierten Acetonitril oder Acetonitril-Derivat. Die Zugabe-Reihenfolge kann jedoch auch vertauscht sein. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches schließlich erfolgt meist durch Neutralisieren der enthaltenen Base mit einer geeigneten Säure (z. B. Schwefelsäure, Essigsäure, Zitronensäure, Salzsäure) und Entfernen des gebildeten Salzes mit Wasser. Das so entstandene Produkt wird mit üblichen Techniken wie Destillation oder Kristallisation gereinigt oder kann oft auch roh in die Folgestufe eingesetzt werden. In manchen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, nicht mit einer Protonenquelle zu quenchen, sondern mit anderen Elektrophilen. Es entstehen dann nicht die Alkohole (R2 = H), sondern entsprechende Derivate (R2 = Alkyl, Acyl, 2-Tetrahydropyranyl, R3Silyl) als Ausgangsmaterialien für die Cyclisierung.
Die Cyclisierung der Vorstufen I oder III zu den gewünschten Aminopyridinderivaten II kann mit allen geeigneten Stickstoffverbindungen erfolgen, d. h. mit solchen, bei denen R4 und R5 wie oben angegeben unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Heteroaryl, Acyl, oder -CONR2 sind. Beide Substituenten können dabei auch Teil eines Ringsystems sein. Die Cyclisierungsreaktion wird im allgemeinen in einem geeigneten Lösungsmittel durchgeführt. Dies ist im einfachsten Fall die Stickstoffverbindung selbst oder eine Mischung der Stickstoffverbindung mit anderen Lösemitteln oder Lösemittelgemischen. Geeignete Lösemittel sind alle, die die Reaktion nicht behindern also z. B. Ether (Dioxan, THF, MTBE, Diisopropylether, Din-butylether), Aromaten (Toluol, Xylol, Benzol, Chlorbenzol, Anisol), Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol) oder Wasser.
Die Reaktion wird durchgeführt durch einfaches Erwärmen der Vorstufen I oder III mit den Stickstoff-Verbindungen in einem optional zu verwendenden Lösemittel. Typische Temperaturen sind dabei 40 °C bis 250 °C, bevorzugt 60 °C bis 200 °C und besonders bevorzugt 80 °C bis 150 °C. Der Zusatz eines Katalysators ist zur Erzielung der Cyclisierung normalerweise nicht nötig, es können aber bei Bedarf saure oder alkalische Additive zugesetzt werden, um die Cyclisierungsreaktion zu beschleunigen. Als saure Additive werden bevorzugt Salze der verwendeten Stickstoffverbindungen eingesetzt, besonders bevorzugt Salze von Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, p-Toluolsulfonsäure, Essigsäure oder Zitronensäure. Als basische Additive eignen sich Hydroxide, Carbonate, Oxide, Alkoholate und andere stark basische Verbindungen, bevorzugt solche, die stärker basisch sind, als die verwendeten Stickstoffverbindungen.
Die Aufarbeitung erfolgt in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Produktes durch Destillation oder Kristallisation.
Beispiel 1: Herstellung von 5-Ethoxy-3-hydroxy-3-(trifluormethyl)-pent-4-ennitril als Cyclisierungsvorstufe500 ml 1,2-Dimethoxyethan wurden auf -72 °C gekühlt und bei dieser Temperatur zunächst mit 126 ml n-BuLi (2,5 molar in Hexan) und dann innerhalb von 2 h ebenfalls bei -72 °C mit 12,8 g Acetonitril versetzt. Das Gemisch wurde nun 90 min nachrühren gelassen, um die Bildung des Anions zu vervollständigen. Anschließend wurde bei -72 °C innerhalb von 2 h mit einer Lösung von 50 g 1,1,1-Trifluoro-but-3-en-2-one (Herstellung gemäß Chem. Ber. 1989, 122, 1179 - 1186) in 100 ml 1,2-Dimethoxyethan versetzt und dann 1 h bei dieser Temperatur nachrühren gelassen. Anschließend wurde das Gemisch auf 0 °C erwärmt und zum Neutralisieren mit einer Lösung von 16,1 g Schwefelsäure (96%ig) in 50 ml Wasser versetzt.
Anschließend wurden 500 ml Toluol zugegeben, die Phasen getrennt und die wäßrige Phase zweimal mit weiteren 100 ml Toluol gegenextrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Natriumsulfat getrocknet und dann am Rotationsverdampfer konzentriert. Schließlich wurde das Produkt im vollen Ölpumpenvakuum (ca. 0,2 mbar) destilliert. Es konnten so 48,5 g Produkt (78 %) vom Siedepunkt 95 bis 110 °C gewonnen werden. Dieses wurde anhand seines Massenspektrums identifiziert (M+ = 209, weitere Fragmente bei m/e= 169, 141 und 71).
Beispiel 2: Herstellung von 2-Amino-4-(trifluormethyl)pyridin aus 5-Ethoxy-3-hydroxy-3-(trifluormethyl)-pent-4-ennitril mit wäßrigem AmmoniakEs wurden 50 g 5-Ethoxy-3-hydroxy-3-(trifluormethyl)-pent-4-en-nitril mit 600 g wäßrigem Ammoniak (25%ig) gemischt und die resultierende Mischung wurde 24 h in einem Autoklaven auf 125 °C erhitzt, wobei sich ein Druck von ca. 14 bar aufbaute. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch abgekühlt und das resultierende zweiphasige Gemisch mehrmals mit Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden vorsichtig einrotiert und das Produkt anschließend aus Cyclohexan umkristallisiert. Es konnten so 26,3 g 2-Amino-4-(trifluormethyl)pyridin (68 %) als gelblichbrauner Feststoff gewonnen werden. Die spektroskopischen Daten stimmten mit den in der Literatur angegebenen überein (A. D. Dunn et al. in J. Fluorine Chem. 1999, 93, 153-157).
Beispiel 3: Herstellung von Dimethyl-(4-trifluormethyl-pyridin-2-yl)-amin aus 5-Ethoxy-3-hydroxy-3-(trifluormethyl)-pent-4-ennitril mit wäßriger Dimethylamin-LösungEs wurde analog zu Beispiel 2 gearbeitet, aber statt 600 g wäßrigem Ammoniak wurden 600 g wäßrige Dimethylamin-Lösung (40%ig) eingesetzt. Es konnten so 28,1 g (62 %) Produkt isoliert werden.
Beispiel 4: Herstellung von 5-Ethoxy-3-hydroxy-2-phenyl-3-trifluormethyl-pent-4-enenitril als Cyclisierungsvorstufe500 ml THF wurden auf -72 °C gekühlt und bei dieser Temperatur zunächst mit 31,9 g Diisopropylamin und dann bei derselben Temperatur mit 126 ml n-BuLi (2,5 molar in Hexan) versetzt. Anschließend wurden 35,1 g Benzylcyanid gelöst in weiteren 250 ml THF innerhalb von 1 h zugetropft. Es wurde weitere 2 h nachrühren gelassen, um die Bildung des Anions zu vervollständigen. Anschließend wurde bei -72 °C innerhalb von 2 h mit einer Lösung von 50 g 1,1,1-Trifluoro-but-3-en-2-one versetzt und dann 1 h bei dieser Temperatur nachrühren gelassen. Anschließend wurde das Gemisch auf 0 °C erwärmt und zum Neutralisieren mit einer Lösung von 16,1 g Schwefelsäure (96%ig) in 50 ml Wasser versetzt. Anschließend wurden 500 ml Toluol zugegeben, die Phasen getrennt und die wäßrige Phase zweimal mit weiteren 100 ml Toluol gegenextrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Natriumsulfat getrocknet und dann am Rotationsverdampfer konzentriert. Es wurden so ca. 77 g eines Rohproduktes gewonnen, das so in der Folgestufe eingesetzt wurde.
Beispiel 5: Herstellung von 3-Phenyl-4-trifluormethyl-pyridin-2-ylamin durch Cyclisierung von 5-Ethoxy-3-hydroxy-2-phenyl-3-trifluormethyl-pent-4-enenitril mit AmmoniakwasserEs wurden 50 g 5-Ethoxy-3-hydroxy-2-phenyl-3-trifluoromethyl-pent-4-enenitrile mit 600 g wäßrigem Ammoniak (25%ig) gemischt und die resultierende Mischung wurde 24 h in einem Autoklaven auf 125 °C erhitzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch abgekühlt und das resultierende zweiphasige Gemisch mehrmals mit Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden einrotiert und das Produkt anschließend aus Heptan umkristallisiert. Es konnten so 24,1 g 3-Phenyl-4-trifluoromethyl-pyridin-2-ylamin (52 % über beide Stufen) isoliert werden.
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