CN1495176A - 4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用工业上有利的方法、以高收率、高纯度得到4－甲基－5－甲酰噻唑的方法。本发明提供的方法用于制造由通式(2)表示的4－甲基－5－甲酰噻唑，其特征在于：在酸的存在下，在由水和有机溶剂构成的2相系中，使由通式(1)表示的1，4－甲基－5－(2－羟乙基)噻唑和选自氧化铬(CrO3)或无机重铬酸盐的至少一种或一种以上的氧化剂反应。
Description
技术领域
本发明属于有机化合物的合成领域，本发明涉及4-甲基-5-甲酰噻唑的新型制造方法。
背景技术
用下述通式(2)
表示的4-甲基-5-甲酰噻唑是一种重要的合成子，用于合成现代药剂头孢菌素(例如参照专利文献1)和神经保护剂(neuroprotector)(例如参照专利文献2)。但是，到目前为止它的合成非常困难。
4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法可由主要文献中得知。
该4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法使用两种起始原料：即，
1)1，4-甲基-5-甲氧羰基噻唑(下述通式(3)，以下简记为“MT-COOMe”)以及
2)1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑(下述通式(2)，以下简记为“MT-CH2CH2OH”)
4-甲基-5-甲酰噻唑(以下简记为“MT-CHO”)的最初合成是在1939年由MT-COOMe合成的(例如参照非专利文献1)，它包括下面的步骤。
在该条件下的MT-CHO的总收率为23％。
以MT-COOMe为起始原料在特殊的催化剂的存在下，通过分子状氢进行气相氢化反应而直接制造MT-CHO的方法在1989年已有专利申请(参照专利文献3)。
该反应在严格的温度条件下(315℃)进行，这时，由MT-COOMe向MT-CHO的转化率为74％，对醛(MT-CHO)的选择性约为80％。
另外，已知：用NaHSO3分解维生素B1可得到大致定量的1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑(MT-CH2CH2OH)(参照非专利文献2)。由该1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑(MT-CH2CH2OH)合成4-甲基-5-甲酰噻唑(MT-CHO)的尝试从1982年开始进行(例如参照非专利文献3)，本发明人等尝试使用了该非专利文献3的合成方法，但只得到几毫克的目的物4-甲基-5-甲酰噻唑(MT-CHO)。
(52％)
因为起始原料MT-CH2CH2OH易于由维生素B1合成，所以上述方法是非常有吸引力的方法。但是，非专利文献3所述的方法，即，使用吡啶鎓·重铬酸盐作为氧化剂的方法在工业化中有以下一系列缺点。
1)反应复杂，需要特殊设备，且需要使用高价氧化剂的问题。
2)因使用过量氧化剂(相对于1摩尔基质，氧化剂为6摩尔)而产生大量固体废弃物等的环境污染问题。
3)反应结束时从生成的焦油状混合物中难以分离回收目的化合物的问题。
(专利文献1)
欧洲专利申请公开EP236231号公报；
(专利文献2)
国际公开第WO 95/01979号公报；
(非专利文献1)
E.R.Buchman，et al.“Thiamin analogs，I，B-(4-Methylthiazolyl-5)-alanine.”J.Am.Chem.Soc.1939，Vol.61，P.891-893；
(专利文献3)
欧洲专利申请公开EP343640号公报；
(非专利文献2)
Robert L.White and Ian D.Spenser，“Thiamin Biosynthesis inSaccharomycescerevisiae”，Biochem.J.，1979，Vol.179，P.315-325；
(非专利文献3)
R.L.White，et al.“Thiamin biosynthesis in yeast.Origin of thefive-carbon unit of the thiazole moiety.”，J.Am.Chem.Soc.1982，Vol.104，No.18，P.4934-4943；
发明内容
本发明人等鉴于相关实际情况，以有利于产业应用的方法，反复深入研究以高收率得到4-甲基-5-甲酰噻唑(MT-CHO)的方法后，结果发现，当用1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑(MT-CH2CH2OH)作为起始原料、用氧化铬(CrO3)或无机重铬酸盐作为氧化剂、在酸存在的情况下、在由水和有机溶剂构成的2相系多相溶剂中进行该1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑(MT-CH2CH2OH)的氧化反应时，能以很好收率得到目的生成物4-甲基-5-甲酰噻唑(MT-CHO)。
另外，本发明人等人发现，在上述反应中，将各原料的摩尔比以及反应温度设定在特定范围内时，没有副反应，并能以高纯度、高收率得到目的生成物4-甲基-5-甲酰噻唑(MT-CHO)，从而完成本发明。
即，本发明的目的是用有利于产业化的方法提供收率良好、纯度高的4-甲基-5-甲酰噻唑的方法。
本发明所提供的由下述通式(2)表示的4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法，其特征在于：在由水和有机溶剂构成的2相系中，在酸的存在下，使由下述通式(1)表示的1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑和选自氧化铬(CrO3)或无机重铬酸盐的至少一种或一种以上的氧化剂反应。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。
可用于本发明的氧化剂是氧化铬(CrO3)或无机重铬酸盐，作为无机重铬酸盐例如可使用重铬酸钠(Na2Cr2O7)、重铬酸钾(K2Cr2O7)等。这些氧化剂可使用一种或两种以上，另外，这些氧化剂既可以是含水物也可以是无水物。
氧化剂的使用量根据所用的氧化剂的种类而有所不同，使用氧化铬(CrO3)时，相对于MT-CH2CH2OH为1.2～2.5倍摩尔，优选为1.8～2.2倍摩尔；另一方面，在使用无机重铬酸盐的情况下，相对于MT-CH2CH2OH为0.6～1.2倍摩尔，优选为0.9～1.1倍摩尔。
作为可使用的酸，可以举出例如硝酸、盐酸等一价酸，硫酸等二价酸，可使用其中的一种或两种以上。
酸的使用量根据所用的酸的种类而有所不同，在使用硝酸、盐酸等一价酸的情况下，相对于MT-CH2CH2OH为5.0～7.0倍摩尔，优选5.4～6.6倍摩尔；另一方面，在使用硫酸等二价酸的情况下，相对于MT-CH2CH2OH为2.0～4.0倍摩尔，优选为2.7～3.3倍摩尔。
在本发明的MT-CHO的制造方法中，通过使氧化剂和酸的用量在该范围内，能高纯度且高收率地得到目的生成物MT-CHO。另一方面，当氧化剂以及酸的使用量超过上述范围时，将发生进一步的氧化并生成副产物MT-COOH，而当氧化剂以及酸的使用量低于上述范围时，因为反应必需的氧化剂量不足，所以目的生成物的收率降低。
本发明的反应使用上述原料，而且重要的是使用由水和有机溶剂的两相系组成的多相溶剂作为反应溶剂。
作为可使用的有机溶剂，可以使用例如在反应条件下不与水相混合的任意有机溶剂。作为这样的有机溶剂，可以举出例如脂肪族或芳香族烃、卤代烃或脂肪族醚等。作为脂肪族烃，可以举出例如戊烷、己烷、庚烷、辛烷等。作为芳香族烃，可以举出例如苯、甲苯、二甲苯等。作为卤代烃，可以举出例如三氯甲烷、三溴甲烷、二氯甲烷、氯乙烷、二氯乙烷、氯苯等。作为脂肪族醚，可以举出例如二乙醚、二丙醚、二丁醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚等。这些有机溶剂既可以单独使用，也可以使用两种以上的混合物。
有机溶剂和水的配合比率没有特别的限制，但在多数情况下，相对于有机溶剂100重量份，优选为30～100重量份。
反应温度为20～50℃、优选为25～30℃。其理由是：当反应温度超过50℃时，会生成副产物4-甲基噻唑-5-羧酸(MT-COOH)，而另一方面，当不足20℃时，反应速度有可能减慢，不利于工业应用。
反应结束后，可根据期望，使用有机溶剂从水相中回收残存于水相中的MT-CHO。作为此时可用的有机溶剂，可以举出例如上述的芳香族烃、卤代烃或脂肪族醚等，其中，在本发明中，优选使用三氯甲烷或二氯甲烷，这是因为其从酸性水溶液中萃取的目的生成物的比率高。
本发明使用氧化铬(CrO3)或无机重铬酸盐作为氧化剂，而且使用两相系的多相反应溶剂，由4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑氧化得到4-甲基-5-甲酰噻唑。在该反应中，起始原料MT-CH2CH2OH含于酸性水相中，生成的目的物MT-CHO在反应过程中依次向有机相移动，所以能防止目的生成物的进一步氧化。因此，如果利用本发明的制造方法就能以高收率得到目的物MT-CHO。
(实施例)
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明并不局限于此。
实施例1
将10ml水中含有1.60g(16毫摩尔)CrO3以及1.77g(18毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边添加到30ml苯中溶有1.15g(8毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂全部添加到反应混合物中后，在温度35℃下混合4小时。1小时后分离有机相，加入与此相同容量的苯。有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，在真空下除去溶剂。得到0.69g的MT-CHO。收率为68％。用柱色谱法精制生成物。得到0.55g的MT-CHO。收率为54％。
熔点为73～74℃，1H-NMR光谱(δ，m.d.)：2.82s(Me，3H)，9.02s(CHO，1H)，10.15s(CHN，1H)。13C-NMR光谱(δ，m.d.)：16.15(CH3)，132.74(CS)，158.89(NCS)，161.80(CN)，182.44(CHO)。通过高能液相色谱的数据可知：MT-CHO的纯度为99.7％。
另外，1H和13CNMR光谱是在CDCl3以及DMSO-D6中，内部标准使用TMS的情况下，用NMR分光计DPX-200(BRUKER)记录的。熔融温度用装置BOETIUS PHMK-05测定。高能液相色谱的结果是在检测仪使用UF放射254nm、洗提剂使用30％甲醇+70％水以及70％甲醇+30％水的情况下，由色谱HP-1100(惠普Hewlett-Packard)得到的。反应过程控制，当然，是采用将硅胶60F254(Merck)载于5×10cm的铝板上、以三氯甲烷-甲醇(10∶1)为洗提剂的薄层色谱法进行。柱色谱法的谱柱使用Wakogel C-200，75-150mm，洗提剂使用三氯甲烷以及三氯甲烷-甲醇(10∶1)。氧化剂使用相当于一级试剂的物质。所使用的所有溶剂采用经浓硫酸和水洗净、用氯化钙干燥、然后蒸馏而得到的物质。
实施例2
将5ml水中含有0.55g(5.5毫摩尔)CrO3以及0.65g(6.6毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边滴加到15ml苯中溶有0.36g(2.5毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂全部添加到反应混合物中后，在温度45～50℃下混合20分钟。分离水相，接着用三氯甲烷(2×10ml)萃取。有机相合并为一相，用水洗净，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.19gMT-CHO。收率为58％。
实施例3
在40～45℃下，将20ml水中含有1.60g(16毫摩尔)CrO3以及2.35g(24毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边滴加到30ml苯中溶有0.86g(6毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂全部添加到反应混合物中后，在同温度下混合2小时。分离水相，接着用三氯甲烷(2×15ml)萃取。有机相合并为一相，用水洗净，用硫酸钠干燥，在真空下除去溶剂。以使用硅胶的柱色谱法精制生成物，得到0.50g的MT-CHO，收率为66％，并得到0.05gMT-CHOH，收率为6％。
实施例4
将10ml水中含有2.00g(20毫摩尔)CrO3以及1.96g(20毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边每次4ml地滴加到苯中溶有1.43g(10毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。将氧化剂每次定量地添加到反应混合物中后，在温度20℃下混合1小时。分离有机相，重新加入一定量的苯。反应结束后，有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.80gMT-CHO，收率为63％。再用1M的KOH中和水相，然后用三氯甲烷(2×10ml)萃取，回收得到0.30g(21％)的MT-CH2CH2OH。
实施例5
将10ml水中含有1.00g(10毫摩尔)CrO3以及1.47g(15毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边添加到二氯甲烷中溶有0.72g(5毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂添加到反应混合物中后，在温度20℃下混合3小时。分离有机相，用水洗净，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.37g的MT-CHO，收率为58％。用1M的KOH中和水相，然后用三氯甲烷(2×10ml)萃取，回收得到0.07g(10％)的MT-CH2CH2OH。
实施例6
将3ml水中含有1.50g(15毫摩尔)CrO3的溶液添加到20ml二乙基醚中溶有1.08g(7.5毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中，在温度20℃下混合3小时。在此期间将10ml水中的2.21g(22.5毫摩尔)硫酸分为3等份添加到反应混合物中。分离有机相，添加硫酸前加入新的醚。反应结束后，有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.59g的MT-CHO，收率为63％。用1M的KOH中和水相，然后用三氯甲烷(2×10ml)萃取，回收得到0.29g(27％)MT-CH2CH2OH。
实施例7
将18ml水中含有1.77g(6毫摩尔)K2Cr2O7以及2.36g(24毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边在20℃下滴加到30ml二氯甲烷中溶有0.86g(6毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。然后在同一温度下混合20小时。分离有机相，用水洗净，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.45g的MT-CHO、收率为59％。
实施例8
将18ml水中含有1.77g(6毫摩尔)K2Cr2O7以及2.36g(24毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边在50℃下滴加到30ml苯中溶有0.86g(6毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。接着在同一温度下混合1小时。用三氯甲烷(2×10ml)萃取水相。合并有机相，用水洗净，用硫酸钠干燥，然后在真空下除去溶剂。得到0.40g的MT-CHO，收率为53％。
实施例9
使溶剂微沸，将18ml水中含有1.77g(6毫摩尔)K2Cr2O7以及2.36g(24毫摩尔)硫酸的溶液一边混合一边滴加到30ml二丁醚中溶有0.86g(6毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。然后在同一温度下混合2小时。用三氯甲烷(2×10ml)萃取水相，合并有机相，用水洗净，用硫酸钠干燥，接着在真空下除去溶剂。得到0.44g的MT-CHO，收率为58％。
实施例10
将18ml水中含有1.77g(6毫摩尔)K2Cr2O7以及1.18g(12毫摩尔)硫酸的溶液在38℃下一边混合一边每次3ml地滴加到30ml二氯甲烷中溶有0.86g(6毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。将氧化剂添加到反应混合物中后，混合30分钟，分离有机相，再重新加入新的溶剂。反应结束后，有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，接着在真空下除去溶剂。得到0.42g的MT-CHO，收率为54％。用1M的KOH中和水相，再用三氯甲烷(2×10ml)萃取，回收得到0.31g(36％)MT-CH2CH2OH。
实施例11
将10ml水中含有1.60g(16毫摩尔)CrO3以及3.02g(48毫摩尔)硝酸的溶液一边混合一边添加到30ml三氯甲烷中溶有1.15g(8毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂全部添加到反应混合物中后，在温度35℃下混合4小时。每隔1小时分离一次有机相，加入与此相同容量的三氯甲烷。有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，接着在真空下除去溶剂。得到0.65g的MT-CHO，收率为64％。
实施例12
将10ml水中含有1.60g(16毫摩尔)CrO3以及1.70g(48毫摩尔)盐酸的溶液一边混合一边添加到30ml三氯甲烷中溶有1.15g(8毫摩尔)MT-CH2CH2OH的溶液中。氧化剂全部添加到反应混合物中后，在温度35℃下混合4小时。每隔1小时分离一次有机相，加入与此相同容量的三氯甲烷。有机相合并为一相，用硫酸钠干燥，接着在真空下除去溶剂。得到0.63g的MT-CHO，收率为62％。
发明效果
如上所述，根据本发明，用有利于工业化的方法由1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑能以高收率、高纯度制造4-甲基-5-甲酰噻唑。
Claims (4)
1.一种由通式(2)表示的4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法，其特征在于：在酸的存在下，在由水和有机溶剂构成的2相系中，使由通式(1)表示的1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑和选自氧化铬或无机重铬酸盐的至少一种或一种以上的氧化剂反应。
2.如权利要求1所述的4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法，其特征在于：反应在温度20～50℃下进行。
3.如权利要求1或2所述的4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法，其特征在于：氧化剂的用量，在使用氧化铬(CrO3)的情况下，相对于1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑为1.2～2.5倍摩尔；在使用无机重铬酸盐的情况下，相对于1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑为0.6～1.2倍摩尔。
4.如权利要求3所述的4-甲基-5-甲酰噻唑的制造方法，其特征在于：酸的使用量，在使用一价酸的情况下，相对于1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑为5.0～7.0倍摩尔；在使用二价酸的情况下，相对于1，4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑为2.0～4.0倍摩尔。
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