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Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von chiralen a-Aminoalkoholen durch Reduktion von chiralen Cyanhydrinen unter Verwendung von Borhydriden in Gegenwart einer Säure.
Aminoalkohole sind wertvolle Zwischenprodukte bei der Herstellung von Pharmazeutika, Leistungsförderer für Tiere oder Insektiziden.
In DE 39 05 028 A1 ist beispielsweise die Herstellung von racemischen 2,4-Dihalogen-6pyridyl-2-aminoethanolen aus den korrespondierenden Cyanhydrinen beschrieben. Dabei wird eine siedende Lösung von Boran in THF mit dem Cyanhydrin versetzt. Anschliessend erfolgt die Zugabe von Salzsäure und Einstellung eines pH-Wertes von 5 durch Zugabe von NaOH. Nach erfolgter Extraktion wird der gewünschte racemische 2,4-Dihalogen-6-pyridyl-2-aminoethanol in einer Ausbeute von 70% erhalten.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Verwendung von Boran in siedender Lösung, da Boran ein sehr giftiges Gas ist.
Gemäss US 5,106,867 A werden racemische Hydroxyethylamine aus den korrespondierenden Nitrilen hergestellt, wobei die OH-Gruppe der eingesetzten Nitrile durch eine Trimethylsilylgruppe geschützt wurde. Die Umsetzung von O-trimethyl-silyl-3-chlormandelonitril erfolgte dabei über Nacht in THF in Gegenwart von Natriumborhydrid und Trifluoressigsäure.
Die Herstellung von optisch aktiven 1-Amino-2-Alkoholen ist beispielsweise in Revista de la Sociedad Quimica de Mexico, Vol. 45, Num. 1 (2001),S. 21-24 beschrieben.
Dabei wird (R)-(+)-2-Hydroxy-2-(4-methoxyphenyl)acetonitril (95%ee) in einem Ether in Gegen- wart von BH3 :SMe2 Nacht zu dem korrespondierenden chiralen Aminoalkohol in 74%iger Ausbeute umgesetzt. Angaben über die Enantiomerenreinheit des Aminoalkohols sind nicht vorhanden.
Das eingesetzte Reduktionsmittel weist dabei den Nachteil auf, dass sich ein toxisches Nebenprodukt bei der Zersetzung desselben bildet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von chiralen Aminoalkoholen aus den korrespondierenden chiralen Cyanhydrinen zu finden, das die gewünschten Aminoalkohole unter Verwendung von sichereren und umweltfreundlicheren Reduktionsmitteln liefert, bei welchem gewährleistet ist, dass die optische Reinheit der Reaktionsprodukte der optischen Reinheit des Ausgangsproduktes entspricht, auch wenn diese nicht O-geschützt sind.
Unerwarteterweise konnte diese Aufgabe durch die Verwendung von Borhydriden in Kombination mit einer Säure gelöst werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von chiralen Aminoalkoholen der Formel
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in der R1 und R2 unabhängig voneinander einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituierten C1-C2o-Alkyl-, C5-C2o-Aryl-, C5-C2o-Heterocyclusrest mit mindestens einem S-, 0- oder N-Atom im Ring, C7-C2o-Alkylaryl-, C5-C20-Aralkyl- oder C5-C20-Alkylheterocyclus mit mindestens einem S-, 0oder N-Atom im Ring oder gemeinsam einen gegebenenfalls substituierten C4-C20-Alkylenrest, der ein oder mehrere Heteroatome aus der Gruppe 0, N oder S oder eine NR5R6-Gruppe, wobei R5 und R6 unabhängig voneinander H oder C1-C6-Alkyl sein können, in der Kette enthalten kann, bedeuten, oder einer der Reste Wasserstoff bedeutet, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass ein chirales Cyanhydrin der Formel
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in der R1 und R2 wie oben definiert sind, mit einer Borhydridverbindung der Formel
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M-(BH4)n (III) in der M ein Atom aus der Gruppe Na, K, Ca, Li, AI oder Zn ist und n in Abhängigkeit von der Wertigkeit von M eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist, in Gegenwart einer Lewissäure oder einer organischen Säure, in einem organischen Lösungsmittel, bei 0 bis 60 C zu dem korrespondierenden chiralen Aminoalkohol der Formel (I) reduziert wird, der nach Zugabe von Wasser aus dem Reaktionsgemisch isoliert wird.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden chirale Cyanhydrine der Formel (II) zu den entsprechenden chiralen Aminoalkoholen der Formel (I) reduziert.
In den Formel (I) und (II) können R1 und R2 unabhängig voneinander einen gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituierten C1-C2o-Alkyl-, C5-C20-Aryl-, C5-C20-Heterocyclus-, C7-C20-Alkyl-
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tuierten C4-C20-Alkylenrest, der ein oder mehrere Heteroatome in der Kette enthalten kann, bedeuten, wobei einer der Reste auch Wasserstoff sein kann.
Unter C1-C20-Alkyl sind dabei gesättigte oder ein- oder mehrfach ungesättigte, lineare, verzweigte oder cyclische, polycyclische, überbrückte, primäre, sekundäre oder tertiäre Hydrocarbonreste zu verstehen, wie etwa Methyl, Ethyl, Propyl, i-Propyl, Propenyl, Butyl, i-Butyl, t-Butyl, Butenyl, Butinyl, Pentyl, Cyclopentyl, i-Pentyl, neo-Pentyl, Pentenyl, Hexyl, i-Hexyl, Cyclohexyl, Cyclohexylmethyl, 3-Methylpentyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, Octyl, Cyclooctyl, Decyl, Cyclodecyl, Dodecyl, Cyclododecyl, 4-Isopropyl-1-methyl-cyclohexyl, Norbornyl, Cholestan u.s.w..
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Die Alkylgruppe kann dabei ein- oder mehrere Atome aus der Gruppe N, S oder 0 enthalten.
Bevorzugt enthält die Alkylgruppe höchstens ein Atom aus der Gruppe N, S oder O.
Weiters kann die Alkylgruppe gegebenenfalls ein- oder mehrfach durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen substituiert sein. Geeignete Substituenten sind beispielsweise gegebenenfalls substituierte Aryl- oder Heteroarylgruppen, wie Phenyl-, Phenoxy- oder Indolylgruppen,
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Arylamino-, Ether-, Thioether, Carbonsäureester-, Carbonsäureamid-, Sulfoxid-, Sulfon-, Sulfonsäure, Sulfonsäureester-, Sulfinsäure-, Mercaptan-, Nitro- oder Azidogruppen.
Unter Aryl sind bevorzugt C6-C20-Arylgruppen zu verstehen, wie etwa Phenyl, Biphenyl, Naphthyl, Indenyl, Fluorenyl u. s.w.
Die Arylgruppe kann dabei gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituiert sein. Geeignete Substituenten sind dabei wiederum gegebenenfalls substituierte Aryl- oder Heteroarylgruppen, wie
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Aryloxy-, bevorzugt C6-C20-Aryloxy-, C1-C6- Alkylthio-, Amino-, Alkylamino-, bevorzugt C1-C6-Alkylamino-, Arylamino-, bevorzugt C6-C20-Arylamino-, Ether-, Thioether, Carbonsäureester-, Carbonsäureamid-, Sulfoxid-, Sulfon-, Sulfonsäure, Sulfonsäureester-, Sulfinsäure-, Mercaptan-, Nitrooder Azidogruppen.
Unter Alkylaryl sind Alkylgruppen zu verstehen, die einen Arylsubstituenten aufweisen, wie etwa Benzyl, Phenylethyl, Naphthylethyl oder Phenylpropyl u. s.w..
Aralkyl oder Arylalkyl bezieht sich auf eine Arylgruppe mit einem Alkylsubstituenten, wie etwa Tolyl u. s.w..
Unter Heterocyclus sind cyclische Reste zu verstehen, die mindestens ein S-, 0- oder N-Atom im Ring enthalten. Dies sind beispielsweise Furyl, Pyridyl, Pyrimidyl, Thienyl, Isothiazolyl, Imidazolyl, Tetrazolyl, Pyrazinyl, Benzofuranyl, Benzothiophenyl, Chinolyl, Isochinolyl, Benzothienyl, Isobenzofuryl, Pyrazolyl, Indolyl, Isoindolyl, Benzoimidazolyl, Purinyl, Carbazolyl, Oxazolyl, Thiazolyl, 1,2,4-Thiadiazolyl, Isoxazolyl, Pyrrolyl, Chinazolinyl, Pyridazinyl, Phthalazinyl, Morpholinyl, Triazolyl, Imidazolidinyl, Chinoxalinyl, Piperazinyl, Piperidinyl, u. s.w.
Funktionelle 0- oder N-Gruppen können dabei nötigenfalls geschützt werden.
Die Heteroarylgruppe bzw. der Heterocyclus können dabei gegebenenfalls ein- oder mehrfach durch die bereits oben angeführten Substituenten substituiert sein.
Unter Alkylheterocyclus sind dabei Alkylgruppen zu verstehen, die durch einen Heterocyclus substituiert sind.
Bevorzugt bedeuten R1 und R2 einen gesättigten oder ungesättigten, linearen oder verzweig-
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oder Nitro substituiert sein können.
R1 und R2 können aber auch gemeinsam einen gegebenenfalls substituierten C4-C2o- Alkylenrest, der ein oder mehrere Heteroatome aus der Gruppe 0, N oder S oder eine NR5R6Gruppe, wobei R5 und R6 unabhängig voneinander H oder C1-C6-Alkyl sein können, in der Kette enthalten kann, bedeuten.
Bevorzugt sind C4-C7-Alkylenreste, die in Abhängigkeit von der Ringgrösse des cyclischen Ketons höchstens zwei Heteroatome in der Alkylkette aufweisen. Der Alkylenrest kann weiters noch, wiederum in Abhängigkeit von der Ringgrösse, ein oder zwei Doppelbindungen aufweisen. Der Alkylenrest kann zudem ein oder mehrfach durch die oben angeführten Reste substituiert sein.
Bei den eingesetzten Edukten kann jedoch auch einer der Reste R1 und R2 Wasserstoff bedeuten.
Gegebenenfalls kann bei den eingesetzten Cyanhydrinen die OH-Gruppe durch übliche Schutzgruppen, wie etwa durch substituierte Silane, Tetrahydropyron u. s.w., geschützt werden.
Die chiralen Cyanhydrine können bei dem erfindungsgemässen Verfahren sowohl als (S) - als auch als (R)-Enantiomeres eingesetzt werden.
Geeignete (S) - oder (R)-Cyanhydrine sind kommerziell erhältlich oder können durch beispielsweise aus EP 0 951 561 B1, EP 0 927766 A1, EP 0 632 130 B1, EP 0 547 655 A1, EP 0 326 063 B1, EP 1 223 220 A1 u.s.w. bekannte Verfahren hergestellt werden.
Bevorzugt werden für das erfindungsgemässe Verfahren (S) - oder (R)-Cyanhydrine eingesetzt, die eine optische Reinheit über 90%ee, besonders bevorzugt über 96%ee aufweisen.
Die chiralen Cyanhydrine der Formel (II) werden erfindungsgemäss mit einer Borhydridverbindung der Formel (III) M-(BH4)n zu den korrespondierenden, chiralen Aminoalkoholen der Formel (II) reduziert.
In der Formel (III) bedeutet M ein Atom aus der Gruppe Na, K, Ca, Li, AI, oder Zn. n ist in Abhängigkeit von der Wertigkeit von M eine ganze Zahl von 1 bis 3.
Bevorzugt wird als Borhydridverbindung der Formel (III) NaBH4 eingesetzt.
Das Cyanhydrin und die Borhydridverbindung werden dabei in einem Molverhältnis von 1 :1 bis1:3, bevorzugt von 1:1,5 bis 1:2,5 eingesetzt.
Die erfindungsgemässe Reduktion findet in Gegenwart einer Lewissäure oder einer organischen Säure statt.
Als Lewissäuren kommen beispielsweise Aluminiumchlorid, BF3, Ti(OR)4, Al(OR)3, CIAI(OR)2 u.s.w. in Frage.
Geeignete organische Säuren sind aliphatische oder aromatische C2-C2o-Carbonsäuren, die gegebenenfalls ein oder mehrfach durch Halogen substituiert sind.
Beispiele dafür sind Essigsäure, Trifluoressigsäure, Trichloressigsäure, Oxalsäure, Anthracen- 9-carbonsäure.
Bevorzugt werden aliphatische C2-C14-Carbonsäuren eingesetzt, die gegebenenfalls ein- oder mehrfach durch Halogen substituiert sind.
Besonders bevorzugt sind durch Halogen substituierte Essigsäuren.
Die Säure wird dabei in einer äquivalenten Menge bezogen auf die Borhydridverbindung eingesetzt. Gegebenenfalls kann aber auch ein bis zu 50%iger molarer Überschuss zugesetzt werden.
Die Reduktion kann gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt werden.
Als Lösungsmittel eignen sich dabei alle organischen Lösungsmittel, in denen die Borhydridverbindung und das Produkt stabil sind.
Bevorzugte Lösungsmittel sind gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie etwa Toluol, Dichlormethan, u.s.w., C1-C5-Alkohole, wie etwa Methanol, Ethanol, Amylalkohol, sowie Ether, wie etwa Tetrahydrofuran (THF),
Besonders bevorzugt werden Ether eingesetzt.
Die Reduktion kann aber auch, in Abhängigkeit vom eingesetzten Cyanhydrin, ohne Lösungsmittel in-situ durchgeführt werden.
Die Reaktionstemperatur liegt bei dem erfindungsgemässen Verfahren bei 0 bis 60 C, bevorzugt bei 5 bis 40 C und besonders bevorzugt bei 10 bis 35 C.
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Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird entweder zuerst die Borhydridverbindung in dem organischen Lösungsmittel vorgelegt und dann unter Kühlung die Säure zugesetzt oder es wird die Säure, gegebenenfalls in einem Lösungsmittel, vorgelegt und dann die Borhydridverbindung zugegeben.
Als letzte Substanz wird das chirale Cyanhydrin, gegebenenfalls in einem Lösungsmittel, zugesetzt.
Die Reduktion erfolgt dabei bevorzugt in einer inertisierten Reaktionsapparatur.
Nach erfolgter Reduktion, d. h. nach 1 bis 20h, bevorzugt nach 1,5 bis 15h, wird dem Reaktionsgemisch zur Zerstörung der gebildeten Boranate Wasser, bevorzugt destilliertes Wasser, zugesetzt.
Das Reaktionsgemisch wird sodann so lange gerührt, bis keine Wasserstoffentwicklung mehr auftritt. Anschliessend wird der entstandene Niederschlag abfiltriert und vom Filtrat das gegebenenfalls verwendete Lösungsmittel, beispielsweise durch Destillation, abgetrennt. Die wässrige Lösung wird sodann mit einer organischen oder anorganischen Säure, beispielsweise mit HCI, auf einen pH-Wert von 1 bis 7, bevorzugt von 1,5-4 und besonders bevorzugt von 1,8 bis 3 angesäuert, oder und anschliessend mit einem üblichen mit Wasser nicht mischbaren Extraktionsmittel, wie etwa Dichlormethan, u.s.w., extrahiert.
Danach wird die Reaktionslösung durch Zugabe einer geeigneten organischen oder anorganischen Base, wie etwa NaOH, KOH, Triethylamin, u.s.w., auf einen pH-Wert von 10 bis 14, bevorzugt von 12-14, eingestellt und erneut extrahiert. Nach Trocknung und Abtrennen des Extraktionsmittels wird der gewonnene chirale Aminoalkohol gegebenenfalls noch aus tert-Butylmethylether, Ethylacetat oder Butyroacetat umkristallisiert.
Dem Reaktionsgemisch kann jedoch auch gleich mit dem Wasser eine geeignete organische oder anorganische Base, wie etwa NaOH, KOH, Triethylamin, u.s.w., zugesetzt werden. Anschlie- #end wird das Reaktionsgemisch für wenige Minuten bis zu mehreren Stunden auf Rückfluss erwärmt. Nach dem Abkühlen werden sodann die Phasen getrennt, von der organischen Phase das Lösungsmittel abgetrennt und der gewonnene chirale Aminoalkohol gegebenenfalls noch aus tert-Butylmethylether, Ethylacetat oder Butyroacetat umkristallisiert.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden die gewünschten chiralen Aminoalkohole der Formel (II) in einer optischen Reinheit erhalten, die der optischen Reinheit des Ausgangsproduktes entspricht.
Weiters ist es durch das erfindungsgemässe Verfahren möglich, die chiralen Aminoalkohole in im Vergleich zum Stand der Technik kürzerer Zeit und mit Reduktionsmittel, die sicherer und umweltfreundlicher sind, zu erhalten.
Beispiel 1:
Es wurden 900 mL Tetrahydrofuran in einen inertisierten Reaktionskolben gegeben und 55,26 g (1,46 mol) Natriumborhydrid zugesetzt. Unter Kühlung wurden anschliessend 166,5 g (1,46 mol) Trifluoressigsäure bei ca. 15 C zugetropft. Danach wurde auf Raumtemperatur erwärmt und 15 Minuten lang gerührt. In der Folge wurden 90 g (0,73 mol) (R)-2-Furfuryl-2- hydroxyacetonitril (99%ee) in 100 mL Tetrahydrofuran gelöst und bei Raumtemperatur zugetropft. Nach einer Reaktionszeit von 12 Stunden bei ca. 25 C wurden 500 mL destilliertes Wasser zugegeben und so lange gerührt, bis keine Wasserstoffentwicklung mehr beobachtet wurde.
Der entstandene Niederschlag wurde abfiltriert und vom Filtrat das Lösungsmittel vollständig abdestilliert. Die wässrige Reaktionslösung wurde mit Salzsäure auf pH 2 angesäuert und über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschliessend wurde zweimal mit Dichlormethan extrahiert und mit 50 %iger Natronlauge auf pH 14 gestellt. Danach wurde mehrmals mit Dichlormethan extrahiert und die vereinten organischen Phasen mit Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wurde abdestilliert und das gewonnene Rohprodukt aus tert-Butylmethylether umkristallisiert.
Es wurden 44,6 g (48 % Ausbeute) (R)-alpha-(Aminomethyl)-2-furanmethanol (>99,8%ee) erhalten. Mittels GC an einer Cyclodextrinsäule konnte enantiomerenreines Produkt analysiert werden.
Beispiel 2:
In einen inertisierten Reaktionskolben wurden 30 mL Tetrahydrofuran und 3,07 g (81 mmol)
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Natriumborhydrid gegeben und dazu eine Lösung von 13,3 g (81 mol) Trichloressigsäure in 5 mL Tetrahydrofuran unter Kühlung bei ca. 15 C zugetropft. Anschliessend wurde 30 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt und danach eine Lösung von 5,0 g (40,6 mmol) (R)-2-Furfuryl-2hydroxyacetonitril (99%ee) bei ca. 25 C zugetropft. Nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden bei Raumtemperatur wurden 10 mL destilliertes Wasser und 25 mL 5 N Natronlauge zugesetzt. Anschliessend wurde 1,5 Stunden lang auf Rückfluss erwärmt und nach dem Abkühlen die Phasen getrennt. Von der organischen Phase wurde das Lösungsmittel vollständig abdestilliert und der Rückstand aus Ethylacetat umkristallisiert.
Es wurden 2,1 g (41 % Ausbeute) reines (R)-alpha-(Aminomethyl)-2-furanmethanol (>99,8%ee) isoliert.
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Entsprechend der Durchführung von Beispiel 1 wurden 10 g (R)-2-(3-Chlorphenyl)-2hydroxyacetonitril (98%ee) mit 4,51 g (0,12 mol) Natriumborhydrid und 13,56 g (0,12 mol) Trifluoressigsäure in 100 mL Tetrahydrofuran umgesetzt. Das so gewonnene Rohprodukt wurde durch Vakuumdestillation gereinigt.
Es wurden 5,9 g (57 % Ausbeute) enantiomerenreines (R)-2-Amino-1-(3-chlorphenyl)-ethanol (>98%ee) erhalten.
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Analog dem Beispiel 1 wurden 5,0 g (24 mmol) (S)-2-Hydroxy-2-methyl-4-phenylthiobutyronitril mit 1,93 g (51 mmol) Natriumborhydrid und 8,3 g (51 mmol) Trichloressigsäure in 40 mL Tetrahydrofuran umgesetzt. Es wurden 3,43 g (67,3 % Ausbeute) (S)-1-Amino-2-methyl-4-phenylthio-2- butanol isoliert.
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2,7 g (19,15 mmol) (R)-2,5-Dimethyl-2-hydroxy-hexannitril wurden mit 1,45 g (38 mmol) Natriumborhydrid und 6,26 g (38 mmol) Trichloressigsäure in 20 mL Tetrahydrofuran innerhalb von 6 Stunden bei Raumtemperatur umgesetzt.
Nach Zugabe von 4,5 mL destilliertem Wasser und 11,3 mL 5 N Natronlauge wurden die Phasen getrennt. Von der organischen Phase wurde das Lösungsmittel vollständig abdestilliert. Der zähflüssige Rückstand wurde in 5 mL Wasser gelöst und viermal mit Dichlormethan extrahiert.
Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat wurde von den vereinten organischen Phasen das Lösungsmittel abdestilliert. Es konnten 1,77 g (R)-1-Amino-2,5-dimethyl-2-hexanol isoliert werden, das sind