CN1222505A - 在三烷基胺或三烷基膦存在下对烷基或苄基氰衍生物烷基化的方法 - Google Patents

在三烷基胺或三烷基膦存在下对烷基或苄基氰衍生物烷基化的方法 Download PDF

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CN1222505A CN98125573A CN98125573A CN1222505A CN 1222505 A CN1222505 A CN 1222505A CN 98125573 A CN98125573 A CN 98125573A CN 98125573 A CN98125573 A CN 98125573A CN 1222505 A CN1222505 A CN 1222505A
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    • C07C253/30—Preparation of carboxylic acid nitriles by reactions not involving the formation of cyano groups

Abstract

本发明涉及一种使式Ⅱ化合物烷基化的方法,其中与烷基化剂的反应在碱和三烷基胺和/或三烷基膦的存在下进行。

Description

在三烷基胺或三烷基膦存在下对烷基 或苄基氰衍生物烷基化的方法
欧洲专利申请EP0671379描述了一种在三烷基胺和碳酸二甲酯存在下有机化合物甲基化的方法。α,α-二甲基苄基氰的产率是29％。此外，在强碱例如氢化钠、氨基钠或醇钠的存在下使用烷基化剂如甲基碘或甲基氯进行苄基氰的烷基化也是已知的(Smith等，《有机化学杂志》(J.Org.Chem)36(1971),15，第2132-2137页；Trivedi等《药物化学杂志》(J.Med.Chem.),EN,36,22,(1993)，第3300-3307页)。该反应的缺陷在于，醚产物的形成增多，形成并且与烷基化剂一起逸出氢气和氨气。加之，不得不以生态学上和经济上复杂的方式制备强碱。
本发明的目的是发现一种以高产率和纯度使式Ⅱ化合物烷基化的方法。
因此，本发明涉及得到式Ⅰ化合物的方法，
Figure A9812557300091
在式Ⅰ中R1是1、(C1-C20)-烷基，
2、被
2.1、(C3-C6)-环烷基，
2.2、-OH，
2.3、(C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.4、(C1-C6)-烷基-O-，
2.5、(C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-O-，
2.6、卤素，
2.7、-CF3，
2.8、    -CN，
2.9、    -NO2，
2.10、   HO-C(O)-，
2.11、   (C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.12、   亚甲基二氧基(Methylendioxo)，
2.13、   R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6
         是相同的或不同的，并且是氢原子或
         (C1-C6)-烷基，
2.14、   R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同的
         或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-
         烷基，或
2.15、   未取代的或相互独立地被(C1-C6)-烷
         基单取代、双取代或三取代的苯基，或
         者是相互独立地通过2.1至2.15单取
         代、双取代或三取代的苯基，
单取代、双取代或三取代的(C1-C20)-烷基，
3、(C2-C20)-链烯基，
4、相互独立地被2.1至2.15单取代、双取代或三取代
   的(C2-C20)-链烯基。R2与R1的定义相同或
是    1、苯基或
      2、被
2.1、    (C1-C6)-烷基，其中烷基链是直链或
         支链，
2.2、    (C3-C6)-环烷基，
2.3、    -OH，
2.4、    (C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.5、    (C1-C6)-烷基-O-，
2.6、    (C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-O-，
2.7、    卤素，
2.8、    -CF3，
2.9、    -CN，
2.10、   -NO2，
2.11、   HO-C(O)-,
2.12、   (C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.13、   亚甲基二氧基，
2.14、   R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6
         是相同的或不同的，并且是氢原子或
         (C1-C6)-烷基，或
2.15、    R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同的
          或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-
          烷基，
单取代、双取代或三取代的苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳ的化合物，
Figure A9812557300111
其中Z    是N、O或S原子，和n是1或2，或当Z是N
     或S原子时，Z是未取代的或被R取代的，这里
     R是(C1-C6)-烷基、苄基或苯基，R3是    1、苯基或
    2、被
2.1、    (C1-C6)-烷基，其中烷基链是直链或
         支链，
2.2、    (C3-C6)-环烷基，
2.3、    -OH，
2.4、    (C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.5、    (C1-C6)-烷基-O-，
2.6、    (C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-
         O-,
2.7、    卤素，
2.8、    -CF3，
2.9、    -CN，
2.10、   -NO2，
2.11、   HO-C(O)-,
2.12、   (C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.13、   亚甲基二氧基，
2.14、   R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6
        是相同的或不同的，并且是氢原子或
        (C1-C6)-烷基，或
2.15、  R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同
        的或不同的，并且是氢原子或(C1-
        C6)-烷基，
单取代、双取代或三取代的苯基，该方法包括在碱和至少一种式Ⅴ和/或式Ⅵ的化合物存在下，使式Ⅱ的化合物，如果需要首先被溶解在有机溶剂中或者在无溶剂条件下，与式Ⅲ的烷基化剂或式Ⅲa的烷基化剂反应，
Figure A9812557300121
其中R3的含义与式中定义的相同，和
R4是氢原子或与式Ⅰ中定义的R2的含义相同，
R1-X        (Ⅲ)这里R1的含义与式Ⅰ中定义的相同，X是卤素或者2个R1基团键合到SO4基团上，
Figure A9812557300131
这里Z、X、R和n的含义同上，
Figure A9812557300132
这里R7、R8、R9、R10、R11和R12相互独立地是相同的或不同的，并且是(C1-C30)-烷基或苯基。
优选地，制备其中R1是1、(C1-C6)-烷基，
2、(C1-C6)-烷基，被-O-CH3双取代或
3、(C1-C6)-烷基，被R5-(R6)-N-单取代，其
   中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或
   (C1-C3)-烷基，R2的含义与R1的相同或是苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳa的化合物，
这里R是(C1-C6)-烷基、苄基或苯基，和R3是苯基，其是未取代或被(C1-C3)-烷基-O-单取代的式Ⅰ化合物。
有利地，制备式Ⅰ化合物，其中R1是(C1-C3)-烷基，被-O-CH3或-CH(CH3)-CH2-N-(CH3)-CH3双取代的(C1-C3)-烷基，R2的含义与R1的相同或是苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳa的基团，其中R是-CH3和R3是未取代的或被-O-CH3单取代的苯基。
优选地，采用本发明的方法制备其中R1和R2是(C1-C6)-烷基，和R3是苯基的式Ⅰ化合物。
特别优选的是制备二甲基苄基氰或1-甲基-4-苯基哌啶-4-腈。
式Ⅰ化合物是如下制备的，首先在搅拌下加入碱和式Ⅴ和/或式Ⅵ的化合物，然后加入式Ⅱ的化合物，如果需要该化合物事先溶解在有机溶剂中，和烷基化剂，通过它们反应得到式Ⅰ的化合物。
每摩尔式Ⅱ化合物，优选使用2.1摩尔至2.4摩尔，特别是2.15摩尔至2.25摩尔的式Ⅲ烷基化剂，并且每摩尔式Ⅱ化合物，优选使用2.5摩尔至4摩尔，特别是2.8摩尔至3.2摩尔的碱。
每100重量％的式Ⅱ化合物，优选使用0.5重量％至5重量％，特别是1重量％至2重量％的式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物。
反应温度是20～100℃，优选是30～40℃。反应时间通常是2～10小时。
如果烷基化剂是气体，例如在氯代甲烷的情况下，也可以在直至5巴的过压下进行该反应。在使用硫酸二烷基酯的烷基化反应中，如果需要，可以通过进一步加入碱金属氢氧化物来结合在反应期间形成的O-甲基硫酸。反应结束后，分离式Ⅰ化合物。为此，在混合物中加入水，然后分离因此形成的相。然后从有机相中获得式Ⅰ化合物。如果需要，可以对有机相进行纯化，例如在减压下蒸馏，或者从溶剂中结晶出。
碱优选是碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂，特别优选氢氧化钠。
优选的溶剂例如是：
(C5-C7)-脂族和(C6-C8)-环脂族烃，例如戊烷、2-甲基丁烷、己烷、2,2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、庚烷、环己烷、甲基环己烷、1,2-二甲基环己烷和1,3-二甲基环己烷；芳族烃，例如甲苯、二甲苯、乙苯和异丙基苯；芳族和脂族卤代烃，例如氯苯、二氯甲烷、二氯丙烷和1,2-二氯乙烷；聚醚，例如乙二醇二丁醚、二甘醇乙基叔丁醚、聚乙二醇二丁醚、聚丙二醇二丁醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二乙醚、聚丙二醇二乙醚和聚丙二醇甲醚；杂环烃，例如N-甲基吡咯烷酮和吡啶；醚，例如四氢呋喃、二丁基醚、甲基叔丁醚，以及碳酸二甲酯和二甲基亚砜。
合适的式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物如下：-三甲胺、二甲基乙胺、三乙胺、三正丙胺、三异丙胺、三丁胺、三辛胺、三环己胺、三十六胺、二苯基甲胺、二甲基苄胺、二苄基甲胺、三苄胺、三苯胺，-三甲基膦、三乙基膦、三正丙基膦、三丁基膦、三异丙基膦、三辛基磷和三苯基膦。
同样可以使用式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物的混合物。优选的式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物是(C3-C24)-三辛胺或(C3-C24)-三辛基膦。特别优选的式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物是三辛胺、三辛基膦和三乙胺。
优选的烷基化剂是(C1-C6)-烷基卤，例如烷基氯、烷基溴、烷基氟或烷基碘，特别是甲基氯、乙基氯或丙基氯；硫酸(C1-C6)-二烷基酯，例如硫酸二甲基、二乙基、二丙基、二丁基、二戊基或二己基酯或二-(2-氯乙基)甲胺。
术语“卤素”被认为是氟、氯、溴或碘。术语“烷基”或“链烯基”被认为是其中碳链是直链或支链的烃基。环烷基例如是3-至6-元单环，如环丙基、环丁基、环戊基或环己基。此外，链烯基可以包括一个以上的双键，即2、3或4个双键。
此外，有时证明有利地是，在反应混合物中额外地加入至少一种式Ⅶ和Ⅷ的季铵化合物和/或鏻化合物，
Figure A9812557300151
这里，R13至R20是相同的或不同的，并且各自独立地是
a)直链或支链的(C1-C20)-烷基，
b)苄基或
c)苯基，以及X-是阴离子。
同样可以附加地使用式Ⅶ和Ⅷ化合物的混合物。优选的式Ⅶ和Ⅷ季铵或鏻化合物是氯化甲基三辛铵、氢氧化甲基三辛铵、氯化甲基三辛酰(capryl)铵、氢氧化甲基三辛酰铵、氯化乙基三辛铵、氯化乙基三辛基鏻和溴化十六烷基三丁基鏻，特别是氯化甲基三辛基铵。
每100摩尔式Ⅱ化合物，优选使用10摩尔至300摩尔，特别是100摩尔至300摩尔式Ⅶ和/或Ⅷ化合物。
例如，在式Ⅱ化合物之前加入式Ⅶ和Ⅷ化合物。
用于本发明烷基化反应的原材料可以通过文献公开的方法制备，例如通过相应卤素化合物的氰解(cyanolyse)来制备。
通过该方法得到的产物是用于制备许多后续产物，例如用于制备有效抗变态反应的药物例如4-[4-[4-(羟基二苯基)-1-哌啶基]-1-羟基丁基]-α,α-二甲基苯基乙酸(US4254129)所希望的产物。
有利的特征是所制备的产物具有高的产率和高的纯度。
实施例1
制备二甲基苄基氰
在反应器中装入1416克氢氧化钠溶液(33％)和425克苛性钠。然后在该溶液中加入6克三辛胺，然后，在超计大气压下，在搅拌下，在20℃至40℃下，在该混合物中使400克的苄基氰与380克的氯甲烷反应。在内部压力降低至0.5巴以下之后，释放残余压力。然后，加入2000毫升水，并短时地搅拌该混合物，使之沉降，然后分离各相。在减压下蒸馏有机相，获得485.5克纯的二甲基苄基氰，其含量大于99％(根据气相色谱分析法(GC)测定)。根据所使用的苄基氰计算，是理论值的98％。一甲基苄基氰和未反应的苄基氰的含量分别低于0.1％。水解产物例如苯乙酸的含量低于探测极限。GC：分离柱：          HP1,25米长注射块的温度：      250℃起始温度            50℃加热速度            10℃/分钟最终温度            250℃载气                氦或氮气分流比              1∶100检测器              FID注射量              3μl(5％的甲苯溶液)保留时间：
苄基氰          约6.9分钟
一甲基苄基氰    约7.5分钟
二甲基苄基氰    约8.0分钟实施例2
制备1-甲基-4-苯基哌啶-4-腈(Dolantinnitril)
在反应器中装入1160克氢氧化钠溶液(33％)和184克苛性钠。然后在该溶液中加入5克三辛胺和15克氯化甲基三辛铵。，然后，在充分搅拌下，在60℃至80℃下，同时计量加入117克苄基氰和163.8克二-(2-氯乙基)甲胺于820克甲苯中的溶液。然后，进一步搅拌该混合物2至4小时。然后，加入2000毫升水，并短时地搅拌该混合物，使所形成的相相互分离。首先通过酸萃取，随后通过碱萃取从催化剂(三辛胺、氯化甲基三辛铵)和有机杂质中分离出产物。然后，在减压下从有机相中蒸馏掉甲苯。然后，在压力低于1毫巴的高真空下通过蒸馏进一步纯化蒸馏残渣。获得的馏出液是含量高于99％(根据气相色谱分析法(GC)测定)的180g1-甲基-4-苯基哌啶-4-腈。根据所使用的苄基氰计算，这是理论值的90％。GC：分离柱：            DB17,30米长注射块的温度：          250℃起始温度                  100℃加热速度                  10℃/分钟最终温度                  250℃载气                      氦气分流比                    1∶100检测器                    FID注射量                    3μl(5％的甲苯溶液)保留时间：
苄基氰                   约9分钟
1-甲基-4-苯基哌啶-4-腈   约18分钟

Claims (14)

1、制备式Ⅰ化合物的方法，
Figure A9812557300021
在式Ⅰ中R1是1、(C1-C20)-烷基，
2、被
2.1、(C3-C6)-环烷基，
2.2、-OH，
2.3、(C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.4、(C1-C6)-烷基-O-，
2.5、(C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-O-，
2.6、卤素，
2.7、-CF3，
2.8、-CN，
2.9、-NO2，
2.10、HO-C(O)-，
2.11、(C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.12、亚甲基二氧基，
2.13、R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-烷基，
2.14、R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-烷基，或
2.15、未取代的或相互独立地被(C1-C6)-烷基单取代、双取代或三取代的苯基，或者是相互独立地通过2.1至2.15单取代、双取代或三取代的苯基，单取代、双取代或三取代的(C1-C20)-烷基，
3、(C2-C20)-链烯基或
4、相互独立地被2.1至2.15单取代、双取代或三取代的
(C2-C20)-链烯基。R2与R1的定义相同或是  1、苯基或
2、被
2.1、(C1-C6)-烷基，其中烷基链是直链或支链，
2.2、(C3-C6)-环烷基，
2.3、-OH，
2.4、(C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.5、(C1-C6)-烷基-O-，
2.6、(C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-O-,
2.7、卤素，
2.8、-CF3，
2.9、-CN，
2.10、-NO2，
2.11、HO-C(O)-,
2.12、(C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.13、亚甲基二氧基，
2.14、R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-烷基，或
2.15、R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-烷基，单取代、双取代或三取代的苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳ的化合物，
Figure A9812557300041
其中Z    是N、O或S原子，和n是1或2，或当Z是N或S原子时，Z是未取代的或被R取代的，这里R是(C1-C6)-烷基、苄基或苯基，R3是     1、苯基或
     2、被
2.1、(C1-C6)-烷基，其中烷基链是直链或支链，
2.2、(C3-C6)-环烷基，
2.3、-OH，
2.4、(C1-C6)-烷基-C(O)-O-，
2.5、(C1-C6)-烷基-O-，
2.6、(C1-C6)-烷基-O-(C1-C4)-烷基-O-，
2.7、卤素，
2.8、-CF3，
2.9、-CN，
2.10、-NO2，
2.11、HO-C(O)-，
2.12、(C1-C6)-烷基-O-C(O)-，
2.13、亚甲基二氧基，
2.14、R5-(R6)N-C(O)-，其中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-烷基，或2.15、
R5-(R6)N-，其中R5和R6是相同的
或不同的，并且是氢原子或(C1-C6)-
烷基，
单取代、双取代或三取代的苯基，其特征在于在碱和至少一种式Ⅴ和/或式Ⅵ的化合物存在下，将式Ⅱ的化合物，如果需要首先被溶解在有机溶剂中或者在无溶剂条件下，与式Ⅲ的烷基化剂或式Ⅲa的烷基化剂反应，其中R3的含义与式Ⅰ中定义的相同，和
R4是氢原子或与式Ⅰ中定义的R2的含义相同，
R1-X            (Ⅲ)这里R1的含义与式Ⅰ中定义的相同，X是卤素或者2个R1基团键合到基团SO4上，
Figure A9812557300052
这里Z、X、R和n的含义同上，
Figure A9812557300053
这里R7、R8、R9、R10、R11和R12相互独立地是相同的或不同的，并且是(C1-C30)-烷基或苯基。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于制备满足下列条件的式Ⅰ化合物，其中R1是1、(C1-C6)-烷基，
2、(C1-C6)-烷基，被-O-CH3双取代或
3、(C1-C6)-烷基，被R5-(R6)-N-单取代，其
中R5和R6是相同的或不同的，并且是氢原子或
(C1-C3)-烷基，R2的含义与R1的相同或是苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳa的化合物，
Figure A9812557300061
这里R是(C1-C6)-烷基、苄基或苯基，和R3是苯基，其是未取代或被(C1-C3)-烷基-O-单取代。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于制备满足下列条件的式Ⅰ化合物，其中R1是(C1-C3)-烷基，被-O-CH3或-CH(CH3)-CH2-N-(CH3)-CH3双取代的(C1-C3)-烷基，R2的含义与R1的相同或是苯基，或R1和R2与其上键合的碳原子和基团R3和-CN一起形成式Ⅳa的化合物，其中R是-CH3，R3是未取代的或被-O-CH3单取代的苯基。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于制备二甲基苄基氰或1-甲基-4-苯基哌啶-4-腈。
5、根据权利要求1～4之一或多项的方法，其中式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物选自由三甲胺、二甲基乙胺、三乙胺、三正丙胺、三异丙胺、三丁胺、三辛胺、三环己胺、三十六胺、二苯基甲胺、二甲基苄胺、二苄基甲胺、三苄胺、三苯胺、三甲基膦、三乙基膦、三正丙基膦、三丁基膦、三异丙基膦、三辛基膦和三苯基膦组成的该组中，优选三辛胺、三辛基膦和三乙胺。
6、根据权利要求1～5之一或多项的方法，其中碱是氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂，特别是氢氧化钠。
7、根据权利要求1～6之一或多项的方法，其中烷基化剂是(C1-C6)-烷基卤，例如烷基氯、烷基溴、烷基氟或烷基碘，特别是甲基氯、乙基氯或丙基氯；硫酸(C1-C6)-二烷基酯，例如硫酸二甲基、二乙基、二丙基、二丁基、二戊基或二己基酯或二-(2-氯乙基)甲胺。
8、根据权利要求1～7之一或多项的方法，其中，每摩尔式Ⅱ化合物，使用2.1摩尔至2.4摩尔，特别是2.15摩尔至2.25摩尔的式Ⅲ烷基化剂，并且每摩尔式Ⅱ化合物，使用2.5摩尔至4摩尔，特别是2.8摩尔至3.2摩尔的碱。
9、根据权利要求1～8之一或多项的方法，其中，每100重量％的式Ⅱ化合物，使用0.5重量％至5重量％，特别是1重量％至2重量％的式Ⅴ和/或式Ⅵ化合物。
10、根据权利要求1～9之一或多项的方法，其中，烷基化反应在20～100℃，优选是30～40℃的温度下进行。
11、根据权利要求1～10之一或多项的方法，其包括附加地使用一种式Ⅶ和/或Ⅷ的化合物，这里，R13至R20是相同的或不同的，并且各自独立地是
a)直链或支链的(C1-C20)-烷基，
b)苄基或
c)苯基，
以及X-是阴离子。
12、根据权利要求11的方法，其中式Ⅶ和/或Ⅷ的化合物是氯化甲基三辛铵、氢氧化甲基三辛铵、氯化甲基三辛酰铵、氢氧化甲基三辛酰铵、氯化乙基三辛铵、氯化乙基三辛基鏻和溴化十六烷基三丁基鏻，特别是氯化甲基三辛基铵。
13、根据权利要求11或12的方法，其中，每100摩尔式Ⅱ化合物，使用10摩尔至300摩尔，特别是100摩尔至300摩尔式Ⅶ和/或Ⅷ化合物。
14、根据权利要求1～13之一或多项的方法，其中将式Ⅱ化合物溶解在一种溶剂中，该溶剂选自由(C5-C7)-脂族和(C6-C8)-环脂族烃，例如戊烷、2-甲基丁烷、已烷、2,2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、庚烷、环己烷、甲基环己烷、1,2-二甲基环己烷和1,3-二甲基环己烷；芳族烃，例如甲苯、二甲苯、乙苯和异丙基苯；芳族和脂族卤代烃，例如氯苯、二氯甲烷、二氯丙烷和1,2-二氯乙烷；聚醚，例如乙二醇二丁醚、二甘醇乙基叔丁醚、聚乙二醇二丁醚、聚丙二醇二丁醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二乙醚、聚丙二醇二乙醚和聚丙二醇甲醚；杂环烃，例如N-甲基吡咯烷酮和吡啶；醚，例如四氢呋喃、二丁基醚、甲基叔丁醚，以及碳酸二甲酯和二甲基亚砜组成的该组中。
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