CH439303A - New process for the production of xanthine derivatives - Google Patents

New process for the production of xanthine derivatives

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CH439303A
CH439303A CH362862A CH362862A CH439303A CH 439303 A CH439303 A CH 439303A CH 362862 A CH362862 A CH 362862A CH 362862 A CH362862 A CH 362862A CH 439303 A CH439303 A CH 439303A
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CH
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sep
xanthine
substituted
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amino
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CH362862A
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German (de)
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Herbert Dr Goldner
Guenther Dr Dietz
Ernst Dr Carstens
Original Assignee
Dresden Arzneimittel
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  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Description

  

  Neues Verfahren zur Herstellung von     Xanthinderivaten       Die Erfindung beschreibt ein neues Verfahren zur  Herstellung von     Xanthinderivaten    der Struktur  
EMI0001.0003     
    wobei     R,    und R2 Wasserstoff oder     Alkylgruppen    dar  stellen, die     geradkettig    oder verzweigt sein können und  deren Kette durch     Heteroatorne    unterbrochen sein kann.  



       R3    bezeichnet ein Wasserstoffatom, eine gegebenen  falls durch weitere Gruppen<B>-</B> wie z. B. Halogen,     Fly-          droxy-    oder     Aminogruppen   <B>-</B> substituierte     Alkyl-,        Cyclo-          alkyl-,        Aryl-,        Aralkyl-,        I-lydroxyalkyl-,        Dialkylamino-          alkylgruppe,    wobei die     Alkylreste    der     Dialkylamino-          gruppe    auch mit dem Stickstoffatom einen Ring bilden  können,

   der gegebenenfalls ein weiteres     Heteroatom     enthalten kann, eine     Carbalkoxy-,        Alkylearbalkoxy-,          Carbamyl-    oder     Alkylearbamylgrtippe.     



       Xanthinderivate    obiger Struktur sind bislang nach  der     Traube-Synthese    über das     4,5-Dianünouracil    herge  stellt worden, das mit entsprechenden Säurederivaten       acyliert    und anschliessend     cyclisiert    wurde. Teilweise  sind diese Verbindungen auch über     8-Halogenxanthin-          derivate,    die gleichfalls nach der     Traube-Synthese    mit  anschliessender     Halogenierung    hergestellt werden, zu  gänglich.  



  Dieser Syntheseweg besitzt mehrere     Nach-teile.    Ein  mal sind eine relativ grosse Zahl von Verfahrensstufen  erforderlich, die sich sowohl auf die Ausbeuten als auch    auf die Kapazität einer gegebenen Anlage negativ aus  wirken.  



  So     muss    das aus dem     4-Aminouracil    durch,     Nitro-          sierung    hergestellte     4-Amino-5-nitroso-uracü    reduziert  werden. Das geschieht im technischen Massstab mit       Ammoniumsulfid    oder mit Eisen und Salzsäure, wobei  entweder grosse Mengen     Schwefelwasserstoff    oder Was  serstoff auf treten.  



  Darüber hinaus sind die     4,5-Diamino-uracile    sehr  leicht     oxydierbar    und neigen unter Verfärbungen zur  Bildung von Nebenprodukten. Die Verfärbungen gehen  bis in die Endprodukte und lassen sich schwer entfernen.  Man     muss    die, Diamine daher stets schnell verarbeiten  und darf sie nie längere Zeit in einem alkalischen Milieu  lassen.<B>[E.

   C.</B>     Taylor,        Jr.,        Harvey,    M.     Loux,        Elvira   <B>A.</B>       Falco    und     George    H.     Ihtehings,   <B>L A.</B>     Chem.        Soc.   <B>77,</B>  2243     (1955)1.     



  Daran schliesst sich die     Acylierung    mit zum Teil  schwer zugänglichen Säuren an und anschliessend noch  die     Cyclisierung.    Bei der Herstellung einiger in     8-Stel-          Jung    mit komplizierteren Gruppen substituierter     Xanthin-          derivat6    wird der Syntheseweg noch länger, da erst das  in     8-Stellung        unsubstituierte        Xanthinderivat    hergestellt  werden     muss,    das     halogeniert    und anschliessend mit einer  weiteren Komponente zur Reaktion gebracht werden       muss.     



  Die     Xanthinsynthesen    sind sehr ausgiebig bearbeitet  worden, einerseits um neue Derivate herzustellen, ander  seits um die Verfahren zur Herstellung von     Coffein,          Theophyllin    und     Theobromin,    die in tausenden von  Tonnen jährlich produziert werden, zu verbessern. Es  war deshalb anzunehmen,     dass    alle neuen Möglichkeiten  der Synthese erschöpft sind.  



  überraschenderweise wurde nun gefunden,     dass    man  zu den Verbindungen der eingangs beschriebenen Struk  tur auf einem wesentlich kürzeren und einfacheren Weg  gelangen kann, wenn man die entsprechenden substi  tuierten     4-Amino-5-nitroso-uracile    der Struktur    
EMI0002.0001     
    wobei     RI,    R2 und R3 die obige Bedeutung besitzen, in  Abwesenheit oder in Gegenwart von organischen Lö  sungsmitteln durch Wasserabspaltung zu den jeweiligen         Xanthin        cyclisiert.    Es ergibt sich folgende Reaktions  gleichung.  
EMI0002.0005     
    Die Reaktion kann sowohl durch trockenes Erhit  zen, als auch durch Erhitzen. in Lösungsmitteln durch  geführt werden.

   Beim trockenen Erhitzen variieren die  Temperaturen<B>je</B> nach der Verbindung. In der Regel  werden hierzu Temperaturen zwischen<B>50</B> und 200'<B>C</B>  benötigt.  



  Für die Umsetzung in Lösung sind z. B. folgende  Lösungsmittel geeignet:     Dimethylformamid,    Benzol,     To-          luol,        Xylol,    Alkohole, wie Äthanol,     Propanol,        Butanol.     



  Die Umsetzung in. Lösung ist leicht und einfach  durchzuführen und gleicht technologisch einer Umkri  stallisation der     Nitrosoverbindungen,    wobei jedoch       Xanthinderivate    entstehen. Hier zeigt sich deutlich die  Vereinfachung gegenüber den bisherigen     Xanthinsyn-          thesen.     



  Das Ende der Umsetzung ist leicht an der vollstän  digen     Entfärbung    des Reaktionsgutes zu erkennen, da  die eingesetzten     Nitrosoderivate    gefärbt,     die    Endpro  dukte, dagegen ungefärbt sind. Die Reaktionszeit ist von  der     gewähltenReaktionstemperatur    abhängig, mit stei  gender Temperatur wird sie stark verkürzt, so     dass    nur  ein Erhitzen von wenigen Sekunden oder Minuten er  forderlich ist. Da die Endprodukte sich nicht weiter  umsetzen, wirkt sich eine zu lange Reaktionszeit nicht  nachteilig aus.  



  Diese Reaktion weicht von allen anderen Synthese  wegen grundsätzlich ab und benötigt nur einen Reak  tionsschritt von der     Nitrosoverbindung    bis zum     Xanthin,     während die     Traubesche    Synthese hierfür<B>3</B> Stufen be  nötigt, nämlich Reduktion,     Acylierung    und     Ringschluss.     



  Die Ausgangsprodukte lassen sich nach bekannten  Methoden in einfacher Weise bequem herstellen:  <B>1.</B> Durch Umsetzung von gegebenenfalls in<B>1-</B> und/  oder     3-Stellung    entsprechend substituierten     4-Chlor-          uracilen    mit den entsprechenden     Aminen    der Struktur       H2N-CH2-R3     wobei     R3    die oben genannte; Bedeutung besitzt.  [W.     Pfleiderer    und K.

   H.     Schündehütte,   <B>A.<I>612, 158</I></B>  <B>(1958)]</B> und anschliessende     Nitrosierung.    Die benötigten       4-Chloruraeile    sind leicht zugänglich und teilweise in  einer Reaktionsstufe zu erhalten.<B>[G.</B> Strauss,<B>A.<I>638,</I></B>  <B>205</B>     (1960)1.       2. Durch     Umaminierung    von gegebenenfalls in     1-          Stellung        und/oder        3-Stellung    entsprechend substituierten       4-Anuno-uraeilen    mit den entsprechenden     Amin-hydro-          chloriden.     



       H2N-CH2-R3   <B>-</B>     HCI     <B>[C.</B> W.     V#hitehead    und<B>J. J.</B>     Traverso,   <B>J.</B> Am.     Chem.        Soc.     <B>82, 3971 (1960)]</B> und anschliessende     Nitrosierung.     



  Die     Nitrosierungen    können nach den üblichen  Methoden, z. B. in Wasser mit     Natriumnitrit    oder in  Alkohol mit     Amylnitrit   <B>je</B> nach den Eigenschaften der       Nitrosoderivate,    ausgeführt werden.  



  Voraussetzung für den in dieser Erfindung beschrie  benen     Ringschluss    zu     Xanthinderivaten    ist das Vorhan  densein einer     Methyl-        bzw.        Methylengruppen    in     a-Stel-          lung    zur     4-Aminogruppe.     



  Wenn die in     a-Stellung    zur     4-Aminogruppe    stehende       Methylengruppe,    durch andere, zusätzlich im Rest R3  stehende Gruppen aktiviert wird, tritt<B>je</B> nach Stärke     der     Aktivierung der     Ringschluss    zum     Xanthinderivat    in sol  chen Fällen bereits während der     Nitrosierung    in statu  nascendi,<B>d.</B> h. bei<U>Zimmert</U>     mperatur    oder darunter ein.  So tritt z.

   B. bei der     Nitrosierung    des     1,3-Dimethyl-          uracüyl-4-anünoessigsäureät'hylesters    zuerst eine     Violett-          färbung    auf (Bildung des     Nitrosoderivates),    die im wei  teren Verlauf immer heller wird und schliesslich zur       Abscheidung    des weissen     8-Carbäthoxytheophyllins    führt.  Dasselbe kann bei der     Nitrosierung    des     1,3-Dimethyl-4-          benzylaminouracils    beobachtet werden, wo das     8-Phe-          nyltheophyllin    erhalten wird.  



  In einigen Fällen, z. B. bei der     Nitrosierung    von     1,3-          Dimethyl-4-isobtitylamino-uraeil,    erhält man ein Ge  misch von roten und fast weissen Kristallen. Es ist hier  ebenfalls schon in der     Nitrosierungslösung    eine teilweise  Wasserabspaltung unter     Xanthinbildung    eingetreten.  



  Sofern die     Nitrosierung    in alkoholischer Lösung  durchgeführt wurde, kann leicht durch Erhitzen und  Einengen der     Nitrosierungslösung    unter anderem im  Vakuum die Umsetzung zum     Xanthinderivat    vollendet  werden. Man kann aber auch das erhaltene Gemisch,  bestehend aus dem     5-Nitrosoderivat    und dem gewünsch  ten     Xanthinderivat,    isolieren und anschliessend trocken  erhitzen oder durch Erhitzen in einem organischen Lö-           sungsmittel    die Umsetzung zum     Xanthinderivat    zu Ende  führen.  



  Man kann ferner die     ausgegebenenfalls    in<B>1-</B> und/  oder     3-Stellung    entsprechend substituierten     4-Amino-5-          nitroso-uracilen    durch     Umaminierung    analog der von  <B>C.</B> W.     Whitehead    und<B>J.

   J.</B>     Traverso,   <B>J.</B> Am.     Chem.        Soe.     <B>82, 3971 (1960)</B> beschriebenen Arbeitsweise erhält  lichen     4-Amino-5-nitroso-uracilderivate    der Struktur     11     in statu     naseendi    durch Wasserabspaltung zu den ent  sprechenden     Xanthinderivaten    der Struktur<B>1</B>     cyclisieren.     



  Durch das erfindungsgemässe Verfahren lassen sich  nicht nur komplizierte in     8-Stellung    substituierte Deri  vate herstellen, sondern auch die in     8-Stellung        unsub-          stituierten    Grundkörper. Wird auf diese Weise z. B.       Theophyllin    hergestellt, so kann man daraus in an sich  bekannter Weise sehr vorteilhaft     Coffein    gewinnen.  



  Die Struktur dieser Verbindungen wurde durch die  Elementaranalyse und die<B>-</B> UV-Spektren festgelegt.  Ausserdem ist ein grosser Teil der Verbindungen auf  anderem Wege über die klassische     Traubesche    Synthese  zugänglich und in der Literatur beschrieben, so.     dass    auch  die Schmelzpunkte zur Identifizierung herangezogen  werden konnten. Der Strukturbeweis ist wichtig, da der  Reaktionsverlauf nicht vorauszusehen war und auch  andere Umsetzungssetzungen möglich erschienen.  



  <I>Beispiel<B>1</B></I>  4,2<B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-methylaminouracil    werden in  <B>25</B>     cm3    Äthanol gelöst und langsam mit 12     cm3        Iso-          amylnitrit    versetzt. Zur vollständigen     Nitrosierung    wer  den<B>3</B> Tropfen konzentrierte     HCI    zugegeben. Man     lässt     nach etwa<B>30</B> Minuten lang rühren und kühlt die Mi  schung dann in Eis. Die rote     5-Nitrosoverbindung    wird  abgesaugt, mit Alkohol ausgewaschen und getrocknet.

         Smp.        260-2621   <B>C.</B>     (Entfärbung    bei<B>153' C</B> und Um  wandlung in das     Xanthinderivat.)    Die rote     Nitrosover-          bindung    wird mit etwa<B>50</B>     cm3        Xylol    bis zur     Entfärbung     unter     Rückfluss    gekocht     (l/4    Stunde). Nach dem<B>Abküh-</B>  len wird das     Theophyllin    abgesaugt und getrocknet.  Ausbeute:<B>95-98 %,</B>     Smp.   <B>273-274' C.</B> (Nach<B>J.</B> H.

    Speer,<B>A.</B>     L.    Raymond,<B>J.</B> Am.     Chem.        Soc.   <B><I>75,</I></B> 114  <B>[19531</B>     Smp.:        269-2701'   <B>C).</B>  



  <I>Beispiel 2</I>  4,5<B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-äthylaminouracil    werden in  <B>35</B>     em#    Äthanol gelöst und langsam 12     cm3        Isoamyl-          nitrit        zugetropft.    Zur vollständigen     Nitrosierung    werden  <B>3</B> Tropfen konzentrierte     HCI    zugegeben. Man     lässt    noch  etwa<B>30</B> Minuten lang rühren und stellt über Nacht in  den Kühlschrank.

   Der hellrote und mit weissen Kristal  len durchsetzte Niederschlag wird abgesaugt und mit  Alkohol ausgewaschen.     Smp.:        270-315'   <B>C,</B>     Entfärbung     bei<B>135' C</B> und Umwandlung in     Xanthinderivat.    Die  Rohsubstanz     (Nitrosoverbindung    und     Xanthinderivat)     wird wenige Minuten bis zur vollständigen     Entfärbung     in     Butanol    (20     cm3)    erhitzt. Ausbeute: 94<B>%,</B>     1,3,8-Tri-          methylxanthin.    Nach Umkristallisation aus Wasser       Smp.:   <B>3290 C.</B> (Nach<B>J.</B> H.

   Speer,<B>A.</B>     L.    Raymond,<B>J.</B>       AnL        Chem.        Soc.   <B><I>75,</I></B> 114<B>[1953]</B>     Smp.:        32511   <B>C).</B>  



  <I>Beispiel<B>3</B></I>  <B><I>5 g</I></B>     1,3-Dimethyl-4-ss-hydroxyäthylaminouracil    wer  den in analoger Weise     nitrosiert.    Rote     S-Nitrosoverbin-          dung,        Smp.        225-2301   <B>C,</B>     Entfärbung    bei<B>152' C.</B>  



  Die     Nitrosoverbindung    wird in     Butanol    erhitzt, wo  bei sie sich entfärbt und     8-Hydroxymethyltheophyllin       liefert. Ausbeute-<B>92</B>     Smp.:    243-244<B>- ' C</B> aus Alkohol/  Wasser.     ffleilsteins    Handbuch der     organ.'        Cheini#,          Bd.   <B>26, S. 550;</B>     Smp.:    etwa 240'<B>C</B> [Z]).

    
EMI0003.0095     
  
    Ber.:- <SEP> <B>C <SEP> .</B> <SEP> 45,7 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> 4,8 <SEP> <B>%</B>
<tb>  Gef.: <SEP> <B>C</B> <SEP> 45,48 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> 4,92 <SEP> <B>%</B>       <I>Beispiel 4</I>       .5,6   <B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-n-butylaminouracil        werd8n    in  analoger Weise     nitrosiert.    Da aus der tief violetten     Lö-          gutig    kein     5-Nitrosoderivat    auskristallisiert, wird sie im  Vakuum bei<B>50' C</B> fast bis zur Trockene eingeengt.<B>Es</B>  bleibt eine gelbe     KristalImasse,    zurück, die mit wenig  Alkohol aufgenommen und abgesaugt wird,<B>-</B>     Smp.:

     <B>223</B>  bis<B>250' C.</B> Das rohe     8-n-Propyltheopliyllin    wird aus       Butanol    unikristallisiert,     Si#ip.   <B>- : 263' C,</B> Ausbeute:<B>78 %</B>  (Nach<B>J.</B> H. Speer,<B>A.</B>     L.    Raymond,<B>J.</B> Am-     Chem.        Soc.     <B><I>-75</I> ,</B> 114     -[19531"Smp.:   <B>256' C).</B>  
EMI0003.0112     
  
    Ber.: <SEP> <B>C</B> <SEP> 54,00% <SEP> H <SEP> <B>6,35%</B>
<tb>  Gef.:

   <SEP> <B>C</B> <SEP> 54,18 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> 6,46 <SEP> <B>%</B>       <I>Beispiel<B>5</B></I>  <B><I>5</I> g</B>     1,3-Dünethyl-4-isobutylaminouracil    werden, wie  in Beispiel<B>1</B> beschrieben,     nitro.siert.    Es werden rote und  farblose Kristalle abgesaugt,     Smp.:        270-272'   <B>C,</B>     Ent-          färbung    bei     132-133'   <B>C,</B> Die violette Mutterlauge wird  im Vakuum     abdestilliert.    Man erhält gelbbraune Kri  stalle     Smp.:   <B>275-276' C.</B> Beide Teile werden zusammen  aus     Butanol    umkristallisiert.  



       Smp.:   <B>279' C,</B> Ausbeute:<B>76,5 %</B>     8-Isopropyltheo-          phyllin.    (Nach<B>J.</B> H. Speer,<B>A.</B> L. Raymond,<B>J.</B> Am.       Chem.        Soc.        75-,    114<B>[1953],</B>     Smp.:   <B>2711 C.)</B>  
EMI0003.0130     
  
    Ber.: <SEP> <B>C</B> <SEP> 54,00% <SEP> H <SEP> <B>6,35%</B>
<tb>  Gef.:

   <SEP> <B>C</B> <SEP> 54,24 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> <B>6,56 <SEP> %</B>       <I>Beispiel<B>6</B></I>  <B>8 g</B>     1,3-Dimethyl-4-ss-diäthylaminoäthylaminouracil     werden, wie in Beispiel<B>1</B> beschrieben,     nitrosiert.    Da sich  kein     Nitrosoderivat    abscheidet, wird die Lösung im  Vakuum bei<B>50' C</B> fast zur Trockene     abdestilliert    und  die erhaltenen gelben Kristalle mit wenig Alkohol auf  genommen und-     abgAauigt,        Smp..    224-2281<B>C.</B> Zur  Reinigung     wird'aus-    Alkohol umkristallisiert,     Smp.:    249  bis<B>250'C,</B> Ausbeute:

  - 7i,5%     8-Diä-thylaminomethyl-          theophyllinhydrochlorid.     
EMI0003.0141     
  
    Ber.. <SEP> <B>C <SEP> 47,7 <SEP> %</B> <SEP> H-2 <SEP> <B>6,68 <SEP> % <SEP> N <SEP> 23,2 <SEP> %</B>
<tb>  Gef.: <SEP> <B>C</B> <SEP> 48,0 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> <B>7,1 <SEP> % <SEP> N <SEP> 23,06 <SEP> %</B>       <I>Beispiel<B>7</B></I>  <B>5 g</B>     1,3-Dimethyl-4-benzylaminouracü    werden wie  oben     nitrosiert.    Dabei fallen farblose Kristalle aus, und  die violette     Nitrosierungslösung    entfärbt sich.

   Die weisse  Substanz wird abgesaugt, mit<B>Alkohol</B> gewaschen und  getrocknet,     Smp.:   <B>> 360' C,</B> Ausbeute: 74<B>%</B>     8-Phe-          nyltheophyllin.    (Beilsteins Handbuch der     organ.    Chemie,       Bd.   <B>26, S.</B> 499<B>,</B>     Smp.:   <B>> 3001 C.)</B>  
EMI0003.0151     
  
    Ber.: <SEP> <B>C <SEP> 61,0 <SEP> % <SEP> 1-1</B> <SEP> 4,70 <SEP> <B>%</B>
<tb>  Gef.:

   <SEP> <B>C <SEP> 61,2%</B> <SEP> H <SEP> 4,81%       <I>Beispiel<B>8</B></I>  <B>5 g</B>     1,3-Dimethyl-uracilyl-4-aminoessigsäureäthyl-          ester    werden nach Beispiel<B>1</B>     nitrosiert.    Die violette  Lösung wird während des     Rührens.    immer heller, und  .schwach rosa gefärbte Kristalle scheiden sich ab.     Smp.:              276-277'   <B>C.</B> Nach dem     Umkristallisieren    aus Alkohol,       Smp.:   <B>277-279' C,</B> Ausbeute:

  <B>78,5 %</B>     8-Carbäthoxy-          theophyllin.     
EMI0004.0006     
  
    Ber..- <SEP> <B>C <SEP> 47,7 <SEP> % <SEP> 1-1</B> <SEP> 4,8 <SEP> <B>% <SEP> N</B> <SEP> 22,2 <SEP> <B>%</B>
<tb>  Gef.: <SEP> <B>C</B> <SEP> 48,0 <SEP> <B>%</B> <SEP> H <SEP> 4,9 <SEP> <B>% <SEP> N <SEP> 22,26 <SEP> %</B>       <I>Beispiel<B>9</B></I>  4,6<B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-amino-5-nitrosouracil    werden  mit 2<B>g</B>     Methylaminhydrochlorid    in<B>25</B>     cm3        Dimethyl-          formamid   <B>3</B> Stunden lang unter     Rückfluss    zum Sieden  erhitzt.

   Danach wird das Lösungsmittel im Vakuum       abdestühert    und der Rückstand aus Wasser umkristalli  siert,     Srap.-   <B>274-275' C.</B> (Nach<B>J.</B> H. Speer,<B>A.</B> L.     Ray-          mond,   <B>J.</B> Am.     Chem.        Soc.   <B><I>75,</I></B> 114<B>[1953],</B>     Smp.:

     <B>269</B>  bis<B>270' C.)</B>  <I>Beispiel<B>10</B></I>  4,6<B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-amino-5-m,*trosouracil    werden  mit 4<B>g</B>     Benzylaminhydrochlorid    in<B>10</B>     cm3        Benzyl   <B>*</B>  <B>3</B> Stunden lang im     ölbad    auf<B>160' C</B> erhitzt.

   Das aus  gefallene     8-Phenyltheophyllin    wird nach dem Abkühlen  abgesaugt und aus Eisessig umkristallisiert     Smp.:   <B>></B>  <B>360' C.</B> (Beilsteins Handbuch der     organ.    Chemie,       Bd.   <B>26, S.</B> 499,     Smp.:   <B>> 3001 C.)</B>  <I>Beispiel<B>11</B></I>  4,2<B>g</B>     1,3-Dimethyl-4-methylaminouracil    werden zu  einer Lösung von 2<B>g</B>     Natriumnität    in 20     cm3    Wasser  gegeben und die Lösung unter Rühren mit     HCI   <B>(1: 1)</B>  angesäuert.

   Die, ausgeschiedene rote     Nitrosoverbindung     wird anschliessend mit etwa<B>50</B>     cm3        Xylol    bis zur     Ent-          färbung    gekocht     (l/4    Stunde). Nach dem Abkühlen wird  das     Theophyllin    abgesaugt und getrocknet. Ausbeute:  <B>93 %,</B>     Srap.:   <B>273-274' C.</B> (Nach<B>J.</B> H. Speer,<B>A.</B>     L.        Ray-          mond,   <B>J.</B> Am.     Chem-        Soc.   <B>75.</B> 114<B>[1953],</B>     Smp.:   <B>269</B>  bis<B>270' C.)</B>



  New Process for Preparing Xanthine Derivatives The invention describes a new process for preparing xanthine derivatives of the structure
EMI0001.0003
    where R 1 and R 2 represent hydrogen or alkyl groups which can be straight-chain or branched and whose chain can be interrupted by hetero atoms.



       R3 denotes a hydrogen atom, if necessary by further groups <B> - </B> such as. B. halogen, fly droxy or amino groups <B> - </B> substituted alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, I-hydroxyalkyl, dialkylaminoalkyl groups, the alkyl radicals of the dialkylamino group also can form a ring with the nitrogen atom,

   which may optionally contain a further heteroatom, a carbalkoxy, alkylene alkoxy, carbamyl or alkylearbamyl group.



       Xanthine derivatives of the above structure have so far been produced after the grape synthesis via 4,5-dianünouracil, which has been acylated with corresponding acid derivatives and then cyclized. Some of these compounds are also accessible via 8-haloxanthine derivatives, which are also produced after the grape synthesis with subsequent halogenation.



  This synthetic route has several disadvantages. Once a relatively large number of process steps are required, which have a negative effect on both the yields and the capacity of a given plant.



  For example, the 4-amino-5-nitroso-uracil produced from 4-aminouracil by nitro- sation must be reduced. This is done on an industrial scale with ammonium sulfide or with iron and hydrochloric acid, with either large amounts of hydrogen sulfide or hydrogen occurring.



  In addition, the 4,5-diamino-uracils are very easily oxidized and tend to discolour and form by-products. The discoloration extends into the end products and is difficult to remove. The diamines must therefore always be processed quickly and must never be left in an alkaline environment for a long time. <B> [E.

   C. Taylor, Jr., Harvey, M. Loux, Elvira A. Falco, and George H. Ihtehings, L A. Chem. Soc. <B> 77, </B> 2243 (1955) 1.



  This is followed by acylation with acids, some of which are difficult to access, and then cyclization. In the manufacture of some xanthine derivatives6 substituted in the 8th position with complex groups, the synthetic route becomes even longer, since the xanthine derivative unsubstituted in the 8th position has to be manufactured, which has to be halogenated and then reacted with a further component.



  The xanthine syntheses have been worked on very extensively, on the one hand to produce new derivatives, on the other hand to improve the processes for the production of caffeine, theophylline and theobromine, which are produced in thousands of tons annually. It was therefore to be assumed that all new possibilities of synthesis have been exhausted.



  Surprisingly, it has now been found that the compounds of the struc ture described at the outset can be obtained in a much shorter and simpler way if the corresponding substituted 4-amino-5-nitroso-uracils of the structure are used
EMI0002.0001
    where RI, R2 and R3 have the above meaning, cyclized in the absence or in the presence of organic solvents by dehydration to the respective xanthine. The following reaction equation results.
EMI0002.0005
    The reaction can zen by dry heating as well as by heating. be carried out in solvents.

   With dry heating, the temperatures vary <B> depending </B> on the connection. As a rule, temperatures between <B> 50 </B> and 200 '<B> C </B> are required for this.



  For the implementation in solution z. B. the following solvents are suitable: dimethylformamide, benzene, toluene, xylene, alcohols such as ethanol, propanol, butanol.



  The implementation in. Solution is easy and simple to carry out and technologically resembles a recrystallization of the nitroso compounds, but xanthine derivatives are formed. This clearly shows the simplification compared to the previous xanthine syntheses.



  The end of the reaction can easily be recognized by the complete discoloration of the reaction mixture, since the nitroso derivatives used are colored, whereas the end products are uncolored. The reaction time depends on the selected reaction temperature; as the temperature rises, it is greatly reduced, so that only a few seconds or minutes of heating is required. Since the end products do not react further, too long a reaction time does not have a disadvantageous effect.



  This reaction differs fundamentally from all other syntheses and requires only one reaction step from the nitroso compound to the xanthine, while the Traubean synthesis requires <B> 3 </B> steps for this, namely reduction, acylation and ring closure.



  The starting products can be conveniently prepared in a simple manner by known methods: 1. By reacting with 4-chlorouracils which are optionally substituted in the 1- and / or 3-position with the corresponding amines of the structure H2N-CH2-R3 where R3 is the above; Has meaning. [W. Pfleiderer and K.

   H. Schündehütte, <B> A. <I> 612, 158 </I> </B> <B> (1958)] </B> and subsequent nitrosation. The required 4-chlorine components are easily accessible and some of them can be obtained in one reaction step. <B> [G. </B> Strauss, <B> A. <I> 638, </I> </B> <B> 205 </B> (1960) 1. 2. By transaminating 4-anomalic acids, which are optionally substituted in the 1-position and / or 3-position, with the corresponding amine hydrochlorides.



       H2N-CH2-R3 <B> - </B> HCI <B> [C. </B> W. V # hitehead and <B> J. J. Traverso, J. Am. Chem. Soc. <B> 82, 3971 (1960)] </B> and subsequent nitrosation.



  The nitrosation can be carried out by the usual methods, e.g. B. in water with sodium nitrite or in alcohol with amyl nitrite <B> each </B> according to the properties of the nitroso derivatives.



  The prerequisite for the ring closure to xanthine derivatives described in this invention is the presence of a methyl or methylene group in a position to the 4-amino group.



  If the methylene group in a position to the 4-amino group is activated by other groups in the R3 radical, the ring closure to the xanthine derivative occurs in such cases already during the nitrosation, depending on the strength of the activation in statu nascendi, <B> d. </B> h. at <U> room </U> temperature or below. So z.

   B. in the nitrosation of 1,3-dimethyl uracüyl-4-anünoessigsäureät'hylesters first a violet color (formation of the nitroso derivative), which becomes lighter and lighter in the further course and finally leads to the separation of the white 8-carbethoxytheophylline. The same can be observed in the nitrosation of 1,3-dimethyl-4-benzylaminouracil, where the 8-phenyltheophylline is obtained.



  In some cases, e.g. B. in the nitrosation of 1,3-dimethyl-4-isobtitylamino-uraeil, you get a mixture of red and almost white crystals. Here, too, a partial elimination of water with xanthine formation has already occurred in the nitrosation solution.



  If the nitrosation was carried out in an alcoholic solution, the conversion to the xanthine derivative can easily be completed by heating and concentrating the nitrosation solution in vacuo, among other things. However, the resulting mixture, consisting of the 5-nitroso derivative and the desired xanthine derivative, can also be isolated and then heated dry or the conversion to the xanthine derivative can be completed by heating in an organic solvent.



  The 4-amino-5-nitroso-uracils, which are appropriately substituted in the 1- and / or 3-position, can also be obtained by transaminating analogously to that of C. W. Whitehead and <B> J.

   J. Traverso, J. Am. Chem. Soe. <B> 82, 3971 (1960) </B>, the 4-amino-5-nitroso-uracil derivatives of structure 11 obtainable in statu naseendi cyclize to the corresponding xanthine derivatives of structure <B> 1 </B> by splitting off water .



  The process according to the invention not only makes it possible to produce complicated derivatives substituted in the 8-position, but also the basic bodies which are unsubstituted in the 8-position. If in this way z. B. Theophylline produced, caffeine can be obtained from it in a manner known per se very advantageously.



  The structure of these compounds was determined by the elemental analysis and the <B> - </B> UV spectra. In addition, a large part of the compounds is accessible in other ways via the classic Traubean synthesis and is described in the literature, see above. that the melting points could also be used for identification. The structural evidence is important because the course of the reaction could not be foreseen and other implementations also appeared possible.



  <I>Example<B>1</B> </I> 4.2 <B> g </B> 1,3-dimethyl-4-methylaminouracil are dissolved in <B> 25 </B> cm3 of ethanol and slowly mixed with 12 cm3 iso-amyl nitrite. For complete nitrosation, <B> 3 </B> drops of concentrated HCl are added. After about <B> 30 </B> minutes, the mixture is stirred and then cooled in ice. The red 5-nitroso compound is filtered off with suction, washed out with alcohol and dried.

         260-2621 <B> C. </B> (discoloration at <B> 153 'C </B> and conversion into the xanthine derivative.) The red nitroso compound is about <B> 50 </ B > cm3 xylene boiled under reflux until decolorization (l / 4 hour). After <B> cooling </B> the theophylline is suctioned off and dried. Yield: <B> 95-98%, </B> m.p. <B> 273-274 'C. </B> (According to <B> J. </B> H.

    Speer, A. L. Raymond, J. Am. Chem. Soc. <B><I>75,</I> </B> 114 <B> [19531 </B> Smp .: 269-2701 '<B> C). </B>



  <I> Example 2 </I> 4.5 <B> g </B> 1,3-dimethyl-4-ethylaminouracil are dissolved in <B> 35 </B> em ethanol and slowly 12 cm3 isoamyl nitrite added dropwise. For complete nitrosation, <B> 3 </B> drops of concentrated HCl are added. The mixture is left to stir for about 30 minutes and then placed in the refrigerator overnight.

   The light red precipitate interspersed with white crystals is filtered off with suction and washed out with alcohol. M.p .: 270-315 'C, discoloration at 135' C and conversion to a xanthine derivative. The raw substance (nitroso compound and xanthine derivative) is heated in butanol (20 cm3) for a few minutes until it is completely discolored. Yield: 94%, 1,3,8-trimethylxanthine. After recrystallization from water, melting point: <B> 3290 C. </B> (According to <B> J. </B> H.

   Speer, A. L. Raymond, J. AnL Chem. Soc. <B><I>75,</I> </B> 114 <B> [1953] </B> Smp .: 32511 <B> C). </B>



  <I> Example <B>3</B> </I> <B> <I> 5 g </I> </B> 1,3-dimethyl-4-ss-hydroxyethylaminouracil who are nitrosated in an analogous manner. Red S-nitroso compound, m.p. 225-2301 <B> C, </B> discoloration at <B> 152 'C. </B>



  The nitroso compound is heated in butanol, where it discolors and yields 8-hydroxymethyltheophylline. Yield- <B> 92 </B> m.p .: 243-244 <B> - 'C </B> from alcohol / water. ffleilstein's manual of the organ. ' Cheini #, Vol. <B> 26, p. 550; </B> Mpt .: about 240 '<B> C </B> [Z]).

    
EMI0003.0095
  
    Ber.:- <SEP> <B> C <SEP>. </B> <SEP> 45.7 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> 4.8 <SEP> < B>% </B>
<tb> Found: <SEP> <B> C </B> <SEP> 45.48 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> 4.92 <SEP> <B> % </B> <I> Example 4 </I> .5.6 <B> g </B> 1,3-dimethyl-4-n-butylaminouracil are nitrosated in an analogous manner. Since no 5-nitroso derivative crystallizes out of the deep violet solvent, it is concentrated almost to dryness in a vacuum at <B> 50 'C </B>. <B> It </B> remains a yellow crystal mass. which is absorbed and suctioned off with little alcohol, <B> - </B> Smp .:

     <B> 223 </B> to <B> 250 'C. </B> The crude 8-n-propyltheopliylline is unicrystallized from butanol, Si # ip. <B> -: 263 'C, </B> Yield: <B> 78% </B> (According to <B> J. </B> H. Speer, <B> A. </B> L. Raymond, J. Am- Chem. Soc. 114- [19531 "m.p .: 256'C). </B>
EMI0003.0112
  
    Ber .: <SEP> <B> C </B> <SEP> 54.00% <SEP> H <SEP> <B> 6.35% </B>
<tb> Gef .:

   <SEP> <B> C </B> <SEP> 54.18 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> 6.46 <SEP> <B>% </B> < I> Example <B> 5 </B> </I> <B> <I> 5 </I> g </B> 1,3-thinethyl-4-isobutylaminouracil, as in example <B> 1 < / B> described, nitrousized. Red and colorless crystals are filtered off with suction, m.p .: 270-272 'C, discoloration at 132-133' C, The violet mother liquor is distilled off in vacuo. Yellow-brown crystals are obtained, mp: 275-276 ° C. Both parts are recrystallized together from butanol.



       M.p .: 279 ° C, yield: 76.5% 8-isopropyl theophylline. (Adapted from <B> J. </B> H. Speer, <B> A. </B> L. Raymond, <B> J. </B> Am. Chem. Soc. 75-, 114 <B> [1953], Smp .: 2711 C.)
EMI0003.0130
  
    Ber .: <SEP> <B> C </B> <SEP> 54.00% <SEP> H <SEP> <B> 6.35% </B>
<tb> Gef .:

   <SEP> <B> C </B> <SEP> 54.24 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> <B> 6.56 <SEP>% </B> < I> Example <B> 6 </B> </I> <B> 8 g </B> 1,3-dimethyl-4-ss-diethylaminoethylaminouracil are, as described in Example <B> 1 </B>, nitrosated. Since no nitroso derivative separates, the solution is distilled off to almost dryness in vacuo at 50.degree. C. and the yellow crystals obtained are taken up and digested with a little alcohol, melting point 224-2281.degree . </B> For purification, it is recrystallized from alcohol, m.p .: 249 to <B> 250'C, </B> Yield:

  - 7i, 5% 8-diethylaminomethyl-theophylline hydrochloride.
EMI0003.0141
  
    Ber .. <SEP> <B> C <SEP> 47.7 <SEP>% </B> <SEP> H-2 <SEP> <B> 6.68 <SEP>% <SEP> N <SEP> 23.2 <SEP>% </B>
<tb> Found: <SEP> <B> C </B> <SEP> 48.0 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> <B> 7.1 <SEP> % <SEP> N <SEP> 23.06 <SEP>% </B> <I> Example<B>7</B> </I> <B> 5 g </B> 1,3-dimethyl 4-benzylaminouracü are nitrosated as above. Colorless crystals precipitate and the violet nitrosating solution becomes discolored.

   The white substance is suctioned off, washed with alcohol and dried, mp .: 360 ° C, yield: 74% 8-phenyltheophylline . (Beilstein's Handbook of Organ. Chemistry, Vol. <B> 26, S. </B> 499 <B>, </B> Smp .: <B>> 3001 C.) </B>
EMI0003.0151
  
    Ber .: <SEP> <B> C <SEP> 61.0 <SEP>% <SEP> 1-1 </B> <SEP> 4.70 <SEP> <B>% </B>
<tb> Gef .:

   <SEP> <B> C <SEP> 61.2% </B> <SEP> H <SEP> 4.81% <I> Example<B>8</B> </I> <B> 5 g 1,3-Dimethyl-uracilyl-4-aminoacetic acid ethyl esters are nitrosated according to Example <B> 1 </B>. The purple solution will appear while stirring. always lighter and pale pink colored crystals separate. M.p .: 276-277 '<B> C. </B> After recrystallization from alcohol, m.p .: <B> 277-279' C, </B> Yield:

  78.5% 8-carbethoxy-theophylline.
EMI0004.0006
  
    Ber ..- <SEP> <B> C <SEP> 47.7 <SEP>% <SEP> 1-1 </B> <SEP> 4.8 <SEP> <B>% <SEP> N </ B> <SEP> 22.2 <SEP> <B>% </B>
<tb> Found: <SEP> <B> C </B> <SEP> 48.0 <SEP> <B>% </B> <SEP> H <SEP> 4.9 <SEP> <B> % <SEP> N <SEP> 22.26 <SEP>% </B> <I> Example<B>9</B> </I> 4.6 <B> g </B> 1.3- Dimethyl-4-amino-5-nitrosouracil are refluxed with 2 g methylamine hydrochloride in 25 cm3 dimethylformamide for 3 hours.

   The solvent is then removed by distillation in vacuo and the residue is recrystallized from water, Srap.- <B> 274-275 'C. </B> (According to <B> J. </B> H. Speer, <B> A . </B> L. Raymond, <B> J. </B> Am. Chem. Soc. <B><I>75,</I> </B> 114 <B> [1953], </B> Smp .:

     <B> 269 </B> to <B> 270 'C.) </B> <I> Example<B>10</B> </I> 4,6 <B> g </B> 1, 3-Dimethyl-4-amino-5-m, * trosouracil are mixed with 4 <B> g </B> benzylamine hydrochloride in <B> 10 </B> cm3 benzyl <B> * </B> <B> 3 < Heated in an oil bath to <B> 160 'C </B> for hours.

   The 8-phenyltheophylline which has precipitated is filtered off with suction after cooling and recrystallized from glacial acetic acid. Mp .: <B>> </B> <B> 360 'C. </B> (Beilstein's Handbook of Organ. Chemistry, Vol. <B> 26, p. </B> 499, Smp .: <B>> 3001 C.) </B> <I> Example<B>11</B> </I> 4.2 <B> g </ B> 1,3-Dimethyl-4-methylaminouracil are added to a solution of 2 g sodium in 20 cm3 water and the solution is added with HCl (1: 1) while stirring acidified.

   The separated red nitroso compound is then boiled with about 50 cm3 of xylene until it becomes discolored (1/4 hour). After cooling, the theophylline is filtered off with suction and dried. Yield: <B> 93%, </B> Srap .: <B> 273-274 'C. </B> (According to <B> J. </B> H. Speer, <B> A. </ B> L. Raymond, <B> J. </B> Am. Chem-Soc. <B> 75. </B> 114 <B> [1953], </B> Smp .: <B> 269 </B> to <B> 270 'C.) </B>

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Xanthinderivaten dei allgemeinen Formel EMI0004.0051 worin R, und R2 Wasserstoff oder Alkylgruppen be zeichnen, die geradkettig oder verzweigt sein können und deren Kette durch Heteroatome unterbrochen sein kann, und R3 ein Wasserstoffatom, eine gegebenenfalls durch weitere Gruppen substituierte Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl-, Hydroxyalkyl-, PATENT CLAIM Process for the preparation of xanthine derivatives of the general formula EMI0004.0051 where R, and R2 denote hydrogen or alkyl groups which can be straight-chain or branched and whose chain can be interrupted by heteroatoms, and R3 is a hydrogen atom, an alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl, hydroxyalkyl optionally substituted by further groups -, Dialkylaminoalkylgruppe, wo bei die Alkylreste der Dialkylaminoalkylgruppe auch mit dem Stickstoffatom einen Ring bilden können, der gegebenenfalls ein weiteres Heteroatom enthalten kann, eine Carbalkoxy-, Alkylcar-balkoxy-, Carbamyl- oder Alkylcarbamylgruppe bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass man entsprechend substituierte 4-Amino-5-nitroso- uracile der allgemeinen Formel EMI0004.0073 worin RI, Dialkylaminoalkyl group, where the alkyl radicals of the dialkylaminoalkyl group can also form a ring with the nitrogen atom, which may optionally contain a further heteroatom, means a carbalkoxy, alkylcarbalkoxy, carbamyl or alkylcarbamyl group, characterized in that correspondingly substituted 4-amino -5-nitrosouracils of the general formula EMI0004.0073 where RI, R2 und Rs die oben genannte Bedeutung be sitzen, in Abwesenheit oder in Gegenwart von organi schen Lösungsmitteln durch Wasserabspaltung zu den jeweiligen Xanthinen cyclisiert. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren. nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass R, und R2 eine Carbalkoxy- oder Cyan- gruppe aufweisen. 2. R2 and Rs have the abovementioned meaning, cyclized in the absence or in the presence of organic solvents by elimination of water to give the respective xanthines. <B> SUBClaims </B> <B> 1. </B> Procedure. according to patent claim, characterized in that R, and R2 have a carbalkoxy or cyano group. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass R3 durch Halogenatome, Hydroxyl- oder Aminogruppen substituiert ist. <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass man als organische Lösungsmittel Di- methylformamid, Benzol, Toluol, Xylol oder Alkohole, wie Äthanol, Propanol oder Butanol, verwendet. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Umsetzung unter Erhitzen durchge führt wird. Method according to patent claim, characterized in that R3 is substituted by halogen atoms, hydroxyl or amino groups. <B> 3. </B> Method according to claim, characterized in that the organic solvent used is dimethylformamide, benzene, toluene, xylene or alcohols such as ethanol, propanol or butanol. 4. The method according to claim, characterized in that the reaction is carried out with heating.
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