Verfahren zur Herstellung von Aminoisoxazolen Die Erfindung betrifft ein neues, technisch vor- teilhaftes Verfahren zur Herstellung von 3-Amino- isoxazolen der Formel
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worin R1 und R2 je ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Aralkyl- oder Arylgruppe bedeuten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein a,ss-Dihalogen-carbon- säurenitrü der Formel
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oder ein a,ss-ungesättigtes a-Halogencarbonsäurenitril der Formel
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in welchen Formeln X1 und X2 Halogenatome bedeu ten, in alkalischem Medium mit Hydroxylamin oder einem in;
der Aminogruppe geschnitzten Hydroxyl- amin zu einem 3 Aminio-isoxazol der Formel I cycli- siert.
Als R1- bzw. R2-Substituenten kommen bei spielsweise niedere Alkylgruppen mit 1-6 Kohlen stoffatomen, insbesondere Methyl, ferner Benzyl, Phenäthyl und Phenyl in Betracht. Die beiden Sym bole R1 und R2 können gleiche oder verschiedene Bedeutung besitzen.
Sie können beispielsweise beide je ein Wasserstoffatom oder beide je eine Alkyl-, Aralkyl- oder Arylgruppe, die unter sich gleich oder verschieden sein können, bedeuten oder es kann das eine Symbol ein Wasserstoffatom und das andere eine Alkyl-, Aralkyl- oder Arylgruppe darstellen. X1 und X2 sind vorzugsweise zwei gleichartige Halogen atome, insbesondere Brom- oder Chloratome.
Beispiele von Ausgangsstoffen der Formeln Ha und Ilb, die bei der erfindungsgemässen Cyclisie- rungsreaktion dasselbe 3-Amino-isoxazol (Formel I) ergeben sind a) das a,ss-Dibrom-buttersäurenitril und b) das a-Brom-crotonsäurenitril. Bei Verwendung von Monohalogencarbonsäurenitrilen der Formel IIb resultieren als Cyclisierungsprodukte ausschliesslich solche 3-Amino-isoxazole der Formel I,
worin R1 ein Wasserstoffatom bedeutet.
Die als Ausgangsstoffe bevorzugten a,ss-Dihalo- gencarbonsäurenitrile der Formel IIa können leicht aus den entsprechenden a,ss-ungesättigten Carbon- säurenitrilen durch Halogenanlagerung erhalten wer den, so z. B. das a,ss-Dibrom-isobuttersäurenitril aus dem Methacrylsäurenitril. Die a,ss-ungesättigten a-Monohalogenverbindungen der Formel IIb können z.
B. aus den eben genannten a,ss-Dihalogenverbin- dungen der Formel Ha durch Entzug eines Moleküls Halogenwasserstoffs gewonnen werden.
Eine Isolierung der auf diese Weise hergestellten Dihalogen- bzw. Monohalogenverbindungen der For meln Ha bzw. IIib vor :der Umsetzung mit .der Hydr- roxylaminkomponente ist nicht nötig und, zumindest bei den labileren Vertretern dieser Verbindungs- gruppe, auch nicht von Vorteil.
In der Regel wird man vielmehr die rohen Lösungen, wie sie bei der Herstellung der halogenierten Carbonsäurenitrile an fallen, direkt für die Cyclisierungsreaktion verwen den.
Verwendet man bei der erfindungsgemässen Cyclisierung freies Hydroxylamin, so können sich unter Umständen (am ehesten bei Verwendung von Verbindungen der Formel IIa mit R1 = Wasserstoff) neben den 3-Aminoverbindungen der Formel I in untergeordneter Menge auch die entsprechenden 5-Aminoisomeren bilden.
Die Bildung dieser Neben produkte unterbleibt praktisch völlig; wenn man mit N-geschütztem Hydroxylamin, insbesondere mit einem N-Acyl-hydroxylamin, arbeitet.
Die N Acyl- Schutzgruppe kann sich beispielsweise von aliphati- schen oder aromatischen Carbonsäuren, wie der Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Ben- zoesäure, ableiten. Dementsprechend kann man bei spielsweise N-Formyl-, N-Acetyl- oder N-Benzoyl hydroxylamin als Hydroxylaminkomponente einset zen.
Ein besonders bevorzugtes N-Acylderivat von Hydroxylamin ist das N-Carbamoyl-hydroxylamin (Hydroxyhamstoff). Dieses Hydroxylaminderivat verbürgt einen besonders einheitlichen, spezifisch und in. hoher Ausbeute zu den 3-Amino-Verbindun- gen der Formel I führenden Reaktionsverlauf.
Ebenso wie die Halogenkomponente braucht auch die Hydroxylaminkomponente nicht in reiner Form eingesetzt zu werden. Anstelle von kristallisier- tem, reinem N-Carbamoyl-hydroxylamin kann man ohne weiteres auch rohe Lösungen desselben ver wenden, wie sie bei Darstellung dieser Verbindungen, z. B. aus Hydroxylaminsalzlösungen, Carbaminsäu- reäthylester und Alkalihydroxyden, erhalten werden.
Die Cyclisierungsoperation kann z. B. in wässri- ger, Wässrig-alkoholischer (z. B. wässrig-methanoli- scher) oder alkoholischer Lösung durchgeführt wer den. Die erforderliche Alkalinität des Reaktionsme diums kann durch Zusatz von Alkalien, wie Alkali- metallhydroxyden, -carbonaten oder -alkoholaten .(z. B.
Natrium- oder Kaliumhydroxydoder Natriusn- .äthylat) erhalten werden. Vorzugsweise verwendet man pro Mol Dihalogencarbonsäurenitril (Formel Ha) rund 3 Mol Alkali und pro Mol Monohalogen- carbonsäurenitril (Formel <B>Hb)</B> rund 2 Mol Alkali.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Cyclisierungsoperation gibt man, zweckmässig unter Kühlung, die Halogenkomponente (Formel IIa bzw.
IIb) zu einer wässerig-,alkalischen Lösung der Hydr- oxylaminkomponente. Das :Reaktionsgemisch wind hierauf, gegebenenfalls unter Zusatz eines Alkanols, wie Methanol, zunächst bei ungefähr Raumtempera tur gehalten, vorzugsweise unter Durchmischen, und anschliessend kurz erwärmt, zweckmässig auf eine Temperatur von etwa 80-100 C.
Die resultierenden basischen Cyclisierungsprodukte können auf übliche Art von neutralen Begleitstoffen abgetrennt werden, beispielsweise durch Extraktion der wässerigen Phase mit Essigester oder einem anderen organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel (wie Benzol, Äther etc.), Behandlung des Essigester-Exträktes mit einer Mineralsäure (z.
B. 2n Salzsäure, wodurch dem Extrakt die basischen Anteile entzogen werden), Sät tigung der sauren wässerigen Lösung mit Kaliumcar- bonat und erneute Extraktion mit Essigester: Das als Hauptprodukt der Cyclisierungsreaktion erhaltene 3-Amino-isoxazol der Formel I kann ge ringe Mengen eines noch halogenhaltigen Cyclisie- rungsprodukts als Nebenprodukt enthalten.
Bei die sem Nebenprodukt handelt es sich vermutlich um ein 4,5-Dihydro-4-hälogen-isoxazol der Formel
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worin RI, R2 und X1 die obige Bedeutung besitzen.
Die 3-Amino-isoxazole der Formel 1, insbeson- dere das 3-Amino-5-methyl-isoxazol, das 3-Amino- 4-anethyl-isoxazol, das 3-@#A -4,.5-dimethyl-isox- azol !oder das 3,Amno-isoxazol, können als Zwi schenprodukte zur Herstellung von entsprechenden, chemotherapeutisch ,aktiven 3-;
SuIfanilamido- 4-R1-5-R2-isioxazolen verwendet werden, in die sie auf an sich bekannte Art durch Kupplung mit einem Benzolsulfohalogenid übergeführt werden können. Die 3-Amino-isoxazole der Formel I brau chen für die nachfolgende Kupplung nicht isoliert zu werden. Sie können auch in Lösung, z. B. in benzoli- scher Lösung, wie sie nach der Cyclisierungsstufe er halten wird, eingesetzt werden.
Desgleichen brauchen auch die allfällig vorhandenen Dihydrohalogenbasen der Formel III nicht entfernt zu werden, da unter den Bedingungen der Kupplungsreaktion ohnehin und sogar besonders leicht Dehydrohalogenierung erfolgt, so dass als Kupplungsprodukte ausschliesslich halo genfreie 3-Sulfanüanlldo-4-Rl-5-R2-isoxazole resul tieren.
Die Begleitstoffe der Formel<B>111</B> können aber erwünschtenfalls auch auf an sich bekannte Art durch Alkalieinwirkung, gegebenenfalls unter Erhit zen, zu den Isoxazolen der Formel I dehydrohaloge- niert werden.
<I>Beispiel 1</I> 5 g (0,075 M01) frisch destilliertes Crotonsäureni- tril werden mit 6 ml absolutem Methanol gemischt und unter Rühren und Eiskühlung tropfenweise mit 12 g (0,075 Mol) Brom versetzt. Das Gemisch wird 12 Stunden bei 0 C und weitere 24 Stunden bei 20 C im Dunkeln aufbewahrt.
Dann wird die rot braune Lösung, die kein Brom mehr enthält, im Ver laufe von 5 Minuten unter Rühren in eine Lösung von 9 g (0,225 Mol) Natriumhydroxyd und 5,7 g (0,075 Mol) N-Carbamoyl-hydroxylamin in 50 ml Wasser eingetropft, wobei die Innentemperatur auf 8 C gehalten wird. Dann wird das Gemisch 45 Stun den bei 20 C geschüttelt, hierauf unter Rückfluss 3 Stunden im Wasserbad erwärmt und anschliessend unter reduziertem Druck zur Trockene eingedampft.
Die letzten Reste Wasser werden mit Benzol azeotrop abdestilliert. Hierauf wird derTrockenrückstand zwei mal mit je 50 ml heissem Benzol extrahiert, worauf die vereinigten Benzolextrakte .auf ca. 40 .ml ein geengt werden.
Man erhält so eine rohe benzolische Lösung von rohem 3-Amino-5-methyl-isoxazol. Aus dem so erhaltenen rohen 3-Amino-5-methyl-isoxazol lassen sich durch Umsetzung der benzolischen Lösung mit p-Acetamino-benzolsulfochlorid (in Ge genwart von Pyridin) und anschliessender Hydrolyse der p-Acetaminogruppe <B>10,8</B> g reines 3-Sulfanilami- do-5-methyl-isoxazol gewinnen.
<I>Beispiel 2</I> ,Eine Lösung des Natriumsalzes von N-Carb- amoyl-hydroxylamin [hergestellt .aus Äthyllumethan .ge- mäss Org. Syntheses 40, Seite 60; berechneter Gehalt 11,4 g N-Carbamoyl-hydroxylamin] wird unter Küh lung mit 12 g (0,3 Mol) Natriumhydroxyd in 20 ml Wasser versetzt.
Bei 8 C tropft man eine methanoli- sche Lösung von rohem a,ss-Dibrom-buttersäurenitril [hergestellt aus 10 g (0,15 Mol) Crotonsäurenitril, 12 ml absolutem Methanol und 24 g (0,15 Mol) Brom] zu der N-Carbamoyl-hydroxylamin-Lösung; worauf das Gemisch 40 Stunden bei 20 C geschüt telt und dann noch 3 Stunden auf 90 C erwärmt wird. Der nach Eindampfen unter reduziertem Druck erhaltene Trockenrückstand wird zweimal mit je 100 ml Benzol extrahiert. Die vereinigten Benzolex- trakte werden auf 80 ml eingeengt.
Man erhält so eine wasserfreie Benzollösung von rohem 3-Amino- 5,mmethyl-isoxazol, aus dem sich 20 g rohes 3-Sulf- annlamido-5-methyl-isoxazol gewinnen lassen.
<I>Beispiel 3</I> ,Zu einer Lösung von 7 .g <B>(0., 175</B> Mol) Natrium- hydnoxyd, in 40 ml Wasser wenden bei -110 C portio- nenweise 5,:2 g (0,075 Mol) Hydroxylamin-hydro- chlenüd gegeben. Dazu fügt man 1r1,35 g (0;
05 Mol) rohes a,ss-Dibrom-buttersäurenitrü. Das Gemisch wird 48 Stunden bei 20 C geschüttelt. Anschliessend bringt man ungelöste, ölige Anteile mit Äthanol in Lösung und erhitzt die Lösung 3 Stunden im Wasser bad. Darauf sättigt man die Lösung mit Kaliumcar- bonat und isoliert die basischen Anteile. Man erhält 2,9 g einer teilweise kristallinen Rohbasenfraktion [Beilsteintest negativ].
Aus 500 mg dieser Rohbasen fraktion erhält man bei der Destillation unter redu ziertem Druck [0,2 mm, Badtemperatur 70 C] 430 mg eines Destillats, das beim Anreiben kristalli- siert und einen Schmelzpunkt bis zu 65 C aufweist. Auf Grund des Dünnschichtchromatogramms enthält ,das Destillat ein, Gemisch- von 3 Amino-5-inethyl- isoxazol und 5-Amino-3 inethyl,-is:oxazol.
<I>Beispiel 4</I> a) Zu einer Lösung von 16 g (0,4 Mol) Natrium hydroxyd in 100 ml. Wasser gibt man 15,2 g (0,2 Mol) kristallisiertes N-Carbamoyl-hydroxylamin und sät- tigt das Gemisch mit Kaliumcarbonat. Diese Lösung wird mit 45,5 g (0,2 Mol) a,ss-Dibrom-buttersäureni- tril versetzt und 45 Stunden bei 20 C geschüttelt.
Die ausgeschiedenen, anorganischen Salze werden abfiltdert. Das Filtrat wird .mit Äthanol homogeni- siert und: in, zwei gleiche Teile ,geteilt.
b) die erste Hälfte wird unter reduziertem Druck ohne Temperaturerhöhung vom: Äthanol befreit. Nach Abtrennung der nichtbasischen Anteile erhält man eine bromhaltige Basenfraktion von 8,40 g [Beilstein- und Ehrlichreaktion positiv], die neben 3-Arnino-5-methyl-isox,azol noch etwas A,mino- methyldihydrobramisoxazol [sehr ,wahrscheinlich 3- Amin!o-5 methyl 4,5,
dihydro-4-brom-isoxazol] ent- hält. Diese Besenfraktion .enthält 17 %. des für dias Aminomethyldihydrobromisoxazol berechneten Broms.
Aus dem .so erhaltenen Rohbiasengemisch lassen sich 1,3,5 g kristallines 3-Sufanilamido-5- methyl-is,oxazol gewinnen.
c) Um eine bromfreie Rohbasenfraktion zu erhal ten, wird die zweite Hälfte des gern. Absatz a) erhal tenen Filtrates 3 Stunden auf dem Wasserbad erhitzt. Dabei dampft das Äthanol und ein Teil des Wassers ab. Nach üblicher Aufarbeitung erhält man 7,6 g einer Basenfraktion [aus Essigester] mit einem Brom gehalt von nurmehr <B>1,8</B> % des für das Aminomethyl- dihydrobromisoxazol berechneten Bromgehaltes. Nach Umkristallisation aus Benzol ist die Base brom frei.
Das so erhaltene 3-Amino-5-methyl-isoxazol ist frei vom 5-Amino-3-methyl-Isomeren. Ausbeute 67 0/0 (bezogen auf N-Carbamoyl-hydroxylamin).
<I>Beispiel 5</I> Zu einer Lösung von 4<B>g</B> (0,1 Mol) Natriumhydr- oxyd in 25 ,ml Wasser gibt man 6,9 !g (0,t15 Mol) N-Benzoyl-hydroxylamin und 11,4 g (0,05 Mol) <I>a,ss-</I> Dibrom-buttersäurenitril und schüttelt das Gemisch bei 20 C. Nach 5 Tagen erhitzt man das mit 50 ml Äthanol versetzte Gemisch 2 Stunden auf dem Was serbad.
Man erhält nach Abtrennung der nichtbasi schen Anteile 1,5 g einer Rohbasenfraktion, die zu etwa 30<B>%</B> destillierbar ist und auf Grund des Dünn- -schichtchromatogramm:s neben ,dem 3rAmino-5- imethyl-isoxazol kein 5 Amino-3-methylJ-isoxazol :ent- h'ält.
<I>Beispiel 6</I> Eine Lösung von 8 g (0,2 Mol) Natriumhydroxyd und 7,6 g (0,1 Mol) N-Carbamoyl-hydroxylamin in 50 ml Wasser wird mit Kaliumcarbonat gesättigt. Nach Zugabe von<B>13,8</B> g (0,1 Mol) a,ss-Dichlor-but- tersäurenitril wird das Gemisch drei Tage bei 20 C geschüttelt. Anschliessend wird das vorhandene Öl durch Zugabe von Äthanol in Lösung gebracht und die Lösung 3 Stunden auf dem Wasserbad [ohne Rückflusskühlung] erhitzt.
Nach üblicher Aufarbei tung erhält man 5,1 g einer Basenfraktion, die neben 3-Amino-5-methyl-isoxazol noch etwas chlorhaltige Dihydrobase [3 Amino-5 methyl.-4,5,dihydno-4-chlor- isoxazol] enthält. Aus 0,98 g des @so erhaltenen rohen 3-Amino-5-m.ethyl-isoxazols lassen sich 1,93 g rohes, halogenfreies 3 Sulfanil'amido-5-methyl-isox- azo,1 erhalten.
<I>Beispiel 7</I> Aus 5 g (0,075 Mol) Crotonsäurenitril, 6 ml abso lutem Methanol und 12 g (0,075 Mol) Brom stellt man eine Lösung von rohem a,ss-Dibrom-buttersäu- renitril her. Zur Abspaltung von einem Molekül Bromwasserstoff versetzt man diese Lösung unter Kühlung mit einer Lösung von 3 g (0,075 Mol) Natri umhydroxyd in 20 ml Wasser.
Nach einer Stunde fügt man die so erhaltene Lösung von rohem a-Brom-ero- tonsäurenitril zu einer Lösung von 6 g (0,15 Mol) Natniumhydroxyd und. 5,7 g (0,075 Mol) N-Carb- amoyl-hydroxylamin in: 6'.0 m!1 Wasser.
Das Gemisch wird 40 Stunden bei 20 C geschüttelt, dann 2 Stun den im siedenden Wasserbad erwärmt und schliess- lich werden wie üblich die basischen Anteile isoliert. Man erhält 5,5 g kristallisiertes, halogen- und isome- renfreies 3-Amino-5-methyl-isoxazol.
<I>Beispiel 8</I> Zu einer Lösung von 8 g (0,2 Mol), Natriumhydr- oxyd in 5.0 ml Wasser ,gibt man;
8,3 g (0,1 Mal) N-Acetyl-hydroxylamin (CHsCONHOH # 1/2H20). Die erhaltene Lösung wird mit 22,7 g (0,1 Mol) <I>a,ss-</I> Dibrom-buttersäurenitril in 50 ml Methanol und dann zusätzlich noch mit 50 ml Methanol versetzt.
Die erhaltene homogene Lösung wird bei 20 C ste hen gelassen, dann 2 Stunden im siedenden Wasser bad erwärmt und hierauf abgekühlt. Das in der resul tierenden Lösung enthaltene Basengemisch wird durch Essigesterextraktion ds.oliert. Aus dem: Essig- esterextrakt erhält ;
man 4 g eines Basiengemisches, das zur Hauptsache 3-Amino-5-methyl-isoxazol neben b#romha-ltüuger Base, jedoch kein 5-Amino-3-,
m!ethyl- isoxazol enthält. Dieses Basengemisch ist zu etwa 75% im Kugelrohr destillierbar. Das als Destillat erhaltene gelbe Öl kristallisiert zum Teil. Die Reak tion nach Beilstein auf Halogen ist noch positiv.
Aus 0,98 g der destillierten Base lassen sich durch Umset zung mit p-Acetamino-benzolsulfochlorid und Be handlung des Kupplungsproduktes mit Natronlauge 1,15 g halogenfreies 3-Sulfanilamido-5-methyl-isoxa- zol gewinnen. 3-Sulfanüamido-5-methyl-isoxazol wird aus der alkalischen Lösung durch Ansäuern ausgefällt. Ausbeute: 1,15 g; Schmelzpunkt: 164-170 C. Das Produkt ist halogenfrei.
<I>Beispiel 9</I> Zu einer Lösung von 66 g Natriumhydroxyd in 320 ml Wasser werden bei 10 40 g N-Carbamoyl- hydroxylamin gegeben. Dann werden unter Rühren und Kühlen 112 g a,.ss-Dibrom-propionsäurenitril in nerhalb etwa 30 Minuten zugetropft, wobei die Reak tionstemperatur auf 15 C gehalten wird.
Darauf wird das Gemisch 3 Stunden bei 20 C weitergerührt, dann 48 Stunden bei 20 C belassen, sodann mit C02 auf pH 8 abgestumpft und schliesslich mit 60 ml Essigester extrahiert.
Die vereinigten getrockneten Essigesterextrakte hinterlassen beim Abdestillieren 33 g Öl, welches vakuumdestilliert wird;
Siedepunkt 101 I10 mm, nblo = 1,,,509:0 (Beillskeiuprobe posi- itv); Schmelzpunkt etwa 20 C. 12,0 g des erhaltenen Destillates werden 21/2 Stunden mit 10 ml trockenem Pyridin unter Rückfluss erhitzt. Dann wird bei 10 mm Hg fraktioniert.
Man erhält so 11,4 g farblo ses 3-Aminoisoxazol vom Siedepunkt 101 /10 mm; Q20 = 1,5,0,90. <I>Beispiel 10</I> 48 g (1,2 Mol) Natriumhydroxyd und 30,4 g (0,4 Mol) N-Carbamoyl-hydroxylamin werden in 40 ml Wasser gelöst. Die Lösung wird auf 0 C abgekühlt und mit 90,8 g a,ss-Dibrom-isobuttersäurenitrü (er halten durch Bromierung von Methacrylsäurenitril) versetzt.
Das Nitril mischt sich nicht mit der wässeri gen Phase. Auch durch Zugabe von 400 ml Methanol wird das Gemisch nicht homogen. Nach 1 Stunde wird die Aussenkühlung entfernt, worauf sich das Gemisch ein wenig erwärmt und schliesslich homo gen wird. Gleichzeitig tritt Gelbfärbung ein. Man lässt die alkalische Lösung 5 Tage bei 20 C stehen und erwärmt sie dann 2 Stunden auf 90 C.
Nach Extraktion der basischen Anteile mit Essigester er hält man 22 ,g rohes, bromfreies 3-Amino-4-m@ethyl- isoxazol. Durch Umkristallisation laus Benzol und aus Äther erhält man diese Substanz in kristallisierter, chromätographisch einheitlicher Form vom Schmelz punkt 45-50 C.