CZ2011847A3 - Zpusob prímé mono-N-substituce piperazinu - Google Patents

Zpusob prímé mono-N-substituce piperazinu Download PDF

Info

Publication number
CZ2011847A3
CZ2011847A3 CZ20110847A CZ2011847A CZ2011847A3 CZ 2011847 A3 CZ2011847 A3 CZ 2011847A3 CZ 20110847 A CZ20110847 A CZ 20110847A CZ 2011847 A CZ2011847 A CZ 2011847A CZ 2011847 A3 CZ2011847 A3 CZ 2011847A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
piperazine
chloride
cation
group
vinyl ketone
Prior art date
Application number
CZ20110847A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ305317B6 (cs
Inventor
Pazdera@Pavel
Zberovská@Barbora
Nemecková@Dana
Original Assignee
Masarykova Univerzita
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Masarykova Univerzita filed Critical Masarykova Univerzita
Priority to CZ2011-847A priority Critical patent/CZ305317B6/cs
Publication of CZ2011847A3 publication Critical patent/CZ2011847A3/cs
Publication of CZ305317B6 publication Critical patent/CZ305317B6/cs

Links

Landscapes

  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

Resení poskytuje zpusob prímé mono-N-substituce piperazinu v synteticky významných výtezcích v jednoduchém provedení, pri nemz se pripraví piperazin-1-iový kation, a následne za katalýzy slouceninou d-kovu reaguje piperazin-1-iový kation s elektrofilním cinidlem, s výhodou v molárním pomeru piperazin-1-iového kationtu k elektrofilnímu cinidlu v rozmezí 1:1 az 1:1,4.

Description

Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu
Oblast techniky:
Vynález se týká způsobu přímé mono-N-substituce piperazinu, při které vznikají mono-Nsubstituované piperazinové stavební bloky pro farmaceutický výzkum a průmysl léčiv.
Dosavadní stav techniky
Piperazin a jeho deriváty jsou součástí mnoha významných léčiv se širokým spektrem léčebných účinků (Vieth, M., Siegel, M.G., Higgs, R.E., Watson, I.A., Robertson, D.H., Savin, K.A., Durst, G.L., Hipskind, P.A.: J. Med. Chem. 2004, 47, 224.), jako jsou např. psychofarmaka Amoxapin a Clozapin, Sildenafíl (Viagra, původně léčivo pro kardiovaskulární choroby), Imatinib - lék na leukémii, a Buclizin - antihistaminikum, antiemetikum a anticholinergikum.
Základními mono-N-substituovanými stavebními bloky pro celou oblast chemie piperazinu jsou 1-benzyl-, Ι-terc.-butyloxykarbonyl-, 1-methoxykarbonyl-, resp. 1-ethoxykarbonylpiperazin, které obsahují chemicky odbouratelné chránící skupiny. Reakcí uvedených monoN-derivátů piperazinu s dalšími elektrofílními činidly, jako jsou alkylační, acylační a další podobná činidla, na dusíkovém atomu N-4 piperazinové molekuly, je pak možné piperazin dále derivatizovat a v následném kroku pak z atomu dusíku N-l chránící benzylovou, terc.butyloxykarbonylovou, methoxykarbonylovou nebo ethoxykarbonylovou skupinu vhodným reagentem odstranit a uvolnit tak dusík N-l pro další reakce. Tento proces je/byl nezbytný zejména z toho důvodu, že piperazin reaguje, i když až v trojnásobném molárním přebytku, s elektrofily na obou svých dusíkových atomech za vzniku di-1,4-symetricky substituovaného piperazinu, a kdy v reakční směsi jsou zastoupeny jak nežádoucí di-l,4-symetricky substituovaný, tak i požadovaný 1-monosubstituovaný piperazin, ale také nezreagovaný piperazin. Následkem je pak nutnost separace požadovaného 1-monosubstituováného produktu od ostatních dvou, což často nebývá jednoduché, a 1-monosubstituovaný piperazin je pak velmi často získán ve výtěžcích pod 50 %, tedy v synteticky málo významných nebo dokonce chabých výtěžcích (terminologie převzata z Vogel, A.I., Tatchell, A.R., Furnis, B.S., Hannaford, A.J. and P.W.G. Smith: Vogel's textbook of practical organic Chemistry, 5. vydání, Longman Group 1989, str. 33). To přináší celkově nepříznivou ekonomickou bilanci syntézy 1-substituovaných piperazinů, vznik odpadů a tím také negativní environmentální dopady, což se odráží i ve vysoké ceně piperazinových derivátů v komerční nabídce, např. (Sigma-Aldrich ChemFiles, 2005, 5.).
Propracovaná ověřená syntéza 1-benzylpiperazinu poskytující produkt v excelentních výtěžcích je popsána v Organic Syntheses (Org. Synth. 1973, Coll. Vol. 5, 88), podle které reagují hexahydrát piperazinů, dihydrát piperazin-l,4-diium dichloridu a benzyl chlorid v ekvimolárním poměrech v bezvodém ethanolu při teplotě 65 °C, celkově tedy piperazinová sloučenina reaguje ve 100 % molárním přebytku, po dobu celkově 30 min, po ochlazení reakční směsi je odděleno 97-99 % dihydrátu piperazin-l,4-diium dichloridu, vloženého do reakce. Produkt je pak ve filtrátu převeden jeho nasycením chlorovodíkem na 1benzylpiperazin-l,4-diium dichlorid a po přečištění izolován ve výtěžku 93-95 %.
Nevýhodou uvedeného postupu je používání bezvodého ethanolu a především skutečnost, že dihydrát piperazin-l,4-diium dichloridu zpětně izolovaný z reakční směsi s 97-99 % výtěžkem je odpadem, i když recyklovatelným. Uvedený postup s obdobnými výsledky pak byl použit vpracech (Okamura, N., Habay, S. A., Zeng, Joanne, Chamberlin, A. R., Reinscheid, R. K.: Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 2008, 325, 893; Zlatoidsky, P., Maliar, T.: European Journal of Medicinal Chemistry, 1996,31, 669.).
Peterson a spolupracovníci (Peterson, Q. P., Novotný, C. J., Hergenrother, P. J., Hsu, D. C., Goode, D. R., Totten, R. K.: Journal of Medicinal Chemistry, 2009, 52, 5721; a
W02010/91382 (2010).) tvrdí, že 2,5 h varem piperazinů a benzylchloridu v tetrahydrofuranu, přítomnost báze, jiných aditiv ani žádné další podrobnosti neuvádějí, připravili 1-benzylpiperazin jako volnou bázi ve výtěžku 91, resp. 90 %. Tuto informaci je ale potřeba brát s rezervou, protože při reakci vzniká chlorovodík, který jak s piperazinem, tak i produktem, vytvářejí v dioxanu nerozpustné hydrochloridy, kdy by nebyla bez přítomnosti báze možná plná konverze piperazinů na produkt a výsledek by se měl v ideálním případě pohybovat do 50 %.
Proto také byl 1-benzylpiperazin připraven podle patentu (Li, J., Gao, K., Lu, N. (CSPC Zhongqi Pharmaceutical Technology a Shanghai Institute of Pharmaceutical Industry): EP 2311828 (2011).) ve dvoufázovém systému voda-benzen v přítomnosti hydroxidu draselného a hexadecyltrimethyl-amonium bromidu jako katalyzátoru fázového přenosu reakcí hexahydrátu piperazinů s benzyl-chloridem v molárním poměru 3:1 tříhodinovým varem ve finálním výtěžku kolem 80 %. Nevýhodou postupu je používání vysoce toxického benzenu.
e a «
• · • ·
Příprava l-terc.-butyloxykarbonylpiperazinu, dále jen 1-Boc-pip, nejčastěji laboratorně a také průmyslově využívaného stavebního bloku pro chemii piperazinu, je popsána ve více než 63 literárních sděleních a patentech. Pokud vezmeme v úvahu přímé zavedení pouze jedné Bocskupiny do molekuly piperazinu s výtěžky 1-Boc-pip nad 50 %, při zavedení dvou Bocskupin je pak z 1,4-di-Boc-pip potřeba selektivně odbourat jednu ze dvou Boc-skupin na 1Boc-pip, což je nevýhodné, můžeme uvést přípravu 1-Boc-pip v iontové kapalině reakcí piperazinu s di-terc.-butyl-dikarbonátem, (Boc)2O, v ekvimolárním poměru při teplotě cca 30 °C ve výtěžku 98 % (Sunitha, S., Kanjilal, S., Reddy, P. S., Prasad, R. B. N.: Tetrahedron Letters, 2008, 49, 2527.), dále reakcí obou komponent s 10 % molárním přebytkem (Boc)2O v dichlormethanu v přítomnosti silikagelu funkcionalizovaného 3-sulfonylpropylovou skupinou ve výtěžku 94 % (Das, B., Venkateswarlu, K., Krishnaiah, M., Holla, H.: Tetrahedron Letters, 2006, 47, 7551.), reakcí obou komponent v poměru cca 2,5:1 ve směsi voda-terc.-butylalkohol v přítomnosti hydroxidu sodného s výtěžkem 86,5 % (Sundaresan, K., Raikar S. N., Sammeta S. R., Prabhu G., Subramanya H. S., Bischoff A. (Forest Laboratories Holdings): US2009/239848 (2009).), v dioxanu nebo v dichlormethanu ve výtěžcích 83-50 % (Boschi, D., Stilo, A. D., Fruttero, Roberta, Medana, C., Sorba, G., Gasco, A.: Archiv der Pharmazie (Weinheim, Germany), 1994, 661; Loewik, D. W. P. M., Lowe, C. R.: European Joumal of Organic Chemistry, 2001, 2825; Moussa, I. A., Banister, S. D., Beinat, C., Reynolds, A. J.; Kassiou, M., Giboureau, N.: Journal of Medicinal Chemistry, 2010, 53, 6228; Varala, R., Nuvula, S., Adapa, S. R., Journal of Organic Chemistry, 2006, 71, 8283; Tahtaoui, C., Parrot, Isabelle, Klotz, P., Guillier, F., Galzi, J.-L., Hibert, M., Ilien, Brigitte: Joumal of Medicinal Chemistry, 2004, 47, 4300; a další citace v odkazech uvedené). Nevýhodou uvedených postupů je buď použití tetrahydrofuranu, který vytváří na vzduchu vlivem světla vysoce explozivní peroxidy, nebo dichlormethanu, který je jak silně těkavý, tak i silně ekotoxický, a proto se výhledově uvažuje o jeho vyřazení jako rozpouštědla zejména pro průmyslové použití.
Přímé zavedení methoxykarbonylové nebo ethoxykarbonylové funkční skupiny na jeden dusíkový atom piperazinu ve výtěžku 37 %, resp. 47 % reakcí piperazinu s příslušným alkyl chlorformiátem ve vodě při pH 3 je popsáno v (Stewart, H. W., Turner, R. J., Denton, J. J., Kushner, S., Brancone, L. M., McEwen, W. L., Hewitt, R. I., Subbarow, Y.: Joumal of Organic Chemistry, 1948, 13, 134), vyšších výtěžků bylo dosaženo postupem uvedeným v patentech (Taveras, A. G., Cynthia J. Aki, Bond, R. W., Chao, J., Dwyer, M., Ferreira, J. A., Chao, J., Yu, Y., J. Baldwin, J. J., Kaiser, B., Li, G., Merritt, J. R., Biju, P. J., Nelson Jr., K.
* * * · *«· · ♦ · · ···· ·« · • · · · * · «·*· ·· ······· ··· ···
H., Laura L. Rokosz, Jakway, J. P., Lai, G., Wu, M., Hecker, E. A., Lundell, D., Fine, J. S. (Schering Corporation a Pharmacopeia, lne.): US 2004/0147559 (2004); Taveras, A. G.; Chao, I, Buu, P., Yu, Y., Fine, J. S., Hipkin, W., Aki, Cynthia, Merritt, J. R., Li, G., Baldwin,
J. J., Lai, G., Wu, M., Hecker, E. A. (Pharmacopeia, lne.): WO 2004/033440 (2004); Taveras, A. G., Cynthia J. Aki, Bond, R. W., Chao, J., Dwyer, M., Ferreira, J. A., Chao, J., Yu, Y., J. Baldwin, J. J., Kaiser, B., Li, G., Merritt, J. R., Biju, P. J., Nelson Jr., K. H., Laura L. Rokosz, Jakway, J. P., Lai, G., Wu, M., Hecker, E. A., Lundell, D., Fine, J. S. (Schering Corporation) US 2004/0106794 (2004).), kdy reagoval methyl-, n-propyl- a isopropyl-chlorformiát s piperazinem v molárním poměru cca 1:5 v dichlormethanu při teplotě místnosti po dobu cca 30 min. a po zpracování reakční směsi byl připraven 1-alkoxykarbonylpiperazin ve výtěžcích: methyl - 54 %, n-propyl - 17%, isopropyl - 69 %. Shodně reagoval piperazin s N,N-dimethylkarbamoyl chloridem, kdy l-(N,N-dimethylkarbamoyl)piperazin byl připraven ve špatném výtěžku 13 %. Za stejných podmínek je v uvedených patentech popsána také syntéza 1-methansulfonylpiperazinu ve výtěžku pouhých 11 procent, kdy reagoval methansulfonyl chlorid s piperazinem rovněž v molárním poměru cca 1:5 v dichlormethanu. 1Benzensulfonylpiperazin byl připraven reakcí benzensulfonyl chloridu s piperazinem v molárním poměru cca 1:3 ve vodném roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 1 M v přítomnosti acetonitrilu ve výtěžku pouhých 9,4 %, shodně také 1fenyloxykarbonylpiperazin ve výtěžku 18 %, použit byl fenyl-chlorformiát.
V patentu (Société Orsymonde: FR 2134218 (1972).) je popsána mono-N-substituce piperazinu 2-N,N-diethylaminoethylchloridem v dioxanu při teplotě 60 až 70 °C po dobu 4 h, kdy se produkt l-(2-N,N-diethylaminoethyl)piperazin jako nerozpustný hydrochlorid vylučoval z roztoku a nemohl reagovat do druhého stupně. Výtěžky nejsou uvedeny. Nevýhodou tohoto řešení je použití hepatotoxického a vysoce výbušné peroxidy tvořícího dioxanu.
V patentu Akihiro, Y., Nobuhisa, F., Tetsuyuki, U. (Otsuka Pharma Co.): WO 2006137335 (2006) použili výše uvedenou metodu popsanou v Organic Syntheses k přípravě mono-Nsubstituovaných piperazinů nesoucích delší alkan-alfa,omega-diylovou skupinu zakončenou Ν,Ν-diisopropylaminovou skupinou a to reakcí soli piperazin-1-ia s N,Ndiisopropylaminoalkyl chloridem, bromidem apod. varem v nižším alkoholu, výtěžky nejsou uvedeny. Zlatoidský a Maliar (Zlatoidsky, P., Maliar, T.: European Joumal of Medicinal Chemistry, 1996, 31, 669) použili tuto metodu u mono-N-substituce piperazinu v sérii alkylačních reakcí, kdy izolovali 1-alkylsubstituované piperaziny jako volné báze ve výtěžcích 53 až 78 %.
Přímé mono-N-acylační reakce poskytující pouze 1-acylpiperaziny ve výtěžcích nad 50 % a využívající běžné průmyslově dostupné acylační reagenty, tj. chloridy nebo anhydridy karboxylových kyselin, nejsou příliš známé. Bud’ jsou popsány acylace 1-substituovaných piperazinů s chránící benzylovou nebo Boc-skupinou, nebo se používají acylační činidla typu O-acylovaných fenolů, Ν,Ν'-diacylimidazolonů, N-acylimidazolů, N-acylovaného dinitrilu imidooctové kyseliny apod., s nevýhodou provádění reakcí v dichlormethanu nebo jiných chlorovaných uhlovodících. Excelentně dosahované výtěžky v těchto případech ale nemohou ostatní negativa předčít. V patentu (Baitzly, R., Lorz, E. (Burroughs Wellcome Co.): US2436685 (1948).) se uvádí příklady mono-N-acylací piperazinů různými acylačními činidly v různých typech rozpouštědel, jako jsou směsi alkohol-voda, dioxan-voda, kyselina octová, bližší podrobnosti, jako je identita produktů a jejich výtěžky, ale patent neuvádí. V práci (Li, A., Wang, X., Yue, C.-Q., Ye, J., Li, C.-L., Li, R.-T.: Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 2007, 17, 5078) bez podrobností autoři uvádějí mono-N-benzoylaci piperazinů benzoylchloridem v kyselině octové ve výtěžku 56 %. Acetylace aminů včetně piperazinů iniciovaná mikrovlnami na bazické alumině dopované pyridinem bez rozpouštědla je uvedena v práci (Paul, S., Nanda, P., Gupta, R., Loupy, A.: Tetrahedron Letters, 2002, 43, 4261.) se 75 % výtěžkem 1-acetyl-piperazinů. Pro průmyslové využití ale takový přístup není v současnosti výhodný.
Důležitými produkty v piperazinové chemii jsou mono-N-substituované piperaziny nesoucí na atomu dusíku ethan-1,2-diylovou, 2-methylpropan-l,2-diylovou nebo ethen-l,2-diylovou skupinu apod. zakončenou silně elektronakceptorním substituentem, jako je nitril, alkoxykarbonyl, formyl, oxoalkyl apod., které jsou v principu připravitelné azaMichaelovými adičními reakcemi piperazinů na aktivovanou násobnou C-C vazbu (nitril, estery, amidy akrylové kyseliny, akrolein, vinylketony, alkynkarboxyláty apod.). Stávající řešení spočívají v tom, že se mono-N-produkty aza-Michaelových adičních reakcí na dusíku piperazinů získávají více stupňovými syntetickými procesy, tedy přes 1-benzylpiprazin nebo 1-Boc-piperazin, které reagují se sloučeninami s aktivovanou násobnou C-C vazbou, kdy v dalším syntetickém stupni je chránící benzylová nebo Bocskupina z meziproduktu odstraněna vhodným činidlem. Tento postup je nutný proto, že přímou reakcí piperazinů se sloučeninami s aktivovanou násobnou C-C vazbou vznikala • ·
neselektivně směs mono- a disubstituovaného piperazinu a požadovaný monosubstituovaný produkt byl izolován ve špatných výtěžcích.
Jak vyplývá z uvedeného přehledu, jedinými produkty přímé mono-N-substituce piperazinu poskytující produkty ve vysokých až excelentních výtěžcích, jsou reakce poskytující 1-benzyl a 1-Boc-piperazin, jejichž nevýhody jsou uvedeny výše, a oba tyto mono-N-substituované deriváty piperazinu nejsou do řešení podle vynálezu zahrnuty.
Podstata vynálezu
Předmětem předkládaného vynálezu je způsob přímé mono-N-substituce piperazinu, jehož podstata spočívá v tom, že se připraví piperazin-l-iový kation, a následně se za katalýzy sloučeninou d-kovu ponechá reagovat piperazin-l-iový kation
- ve formě soli vybrané ze skupiny zahrnující chlorid, bromid, jodid, 4-toluensulfonan, benzensulfonan, s výhodou chlorid, v roztoku C1-C3 alkoholu (C1-C3 alkoholem může být methanol, ethanol, n-propanol nebo isopropylalkohol), za podmínek aza-Michaelovy adice s elektrofilním činidlem, kterým je aktivovaný alken nebo alkyn vybraný ze skupiny zahrnující (Ci-C2)alkyl-akrylát, (C]-C2)alkyl-methakrylát, (Ci-C2)alkyl-propynoát, di(CjC2)alkyl-l,4-butynoát, (Ci-C2)alkyl-(2E)-3-fenylenylprop-2-enoát, propennitril, akrylamid, propenal, methyl-vinylketon, ethyl-vinylketon, n-propyl-vinylketon, isopropyl-vinylketon, nbutyl-vinylketon, isobutyl-vinylketon, terc.-butyl-vinylketon, benzyl-vinylketon, cyklopent-2en-l-on, cyklohex-2-en-l-on, nebo
- ve formě soli C2-C3 karboxylové kyseliny (která vznikne rozpuštěním piperazinu v takové kyselině) v C2-C3 karboxylové kyselině, s výhodou ethanové kyseliny, s elektrofilním činidlem vybraným ze skupiny zahrnující alifatické (C2-Cig)acylchloridy, sukcinanhydrid, maleinanhydrid, Ci-Cis alkansulfonyl chloridy, benzensulfonyl chlorid, naftalensulfonyl chlorid, (Ci-C4)alkyl-chlorformiáty, benzyl-chlorformiát, fenyl-chlorformiát, N,N-di(CiC^alkylkarbamoyl chloridy, a aromatické a heteroaromatické acylchloridy, kde aryl nebo heteroaryl je vybraný ze skupiny zahrnující naft-1 -yl, naft-2-yl, pyrid-2-yl, pyrid-3-yl, pyrid4-yl, thien-2-yl, thien-3-yl a fenyl, případně dále substituovaný dalším jedním až dvěma substituenty vybranými ze skupiny Ci-Cjg alkylů, Ci-C4alkoxylů, di(Ci-C4)alkylaminoskupin, C1-C4 alkylsulfanylů, halogenů ze skupiny chlor, fluor, bróm, jód, Ci-C41-oxoalkylů, formyl, nitril, C]-C4alkoxykarbonylů, nebo • · · · · ·* « • · · · · · · ·· ·
- s elektrofilním činidlem nitromočovinou v roztoku C1-C3 alkoholu (C1-C3 alkoholem může být methanol, ethanol, n-propanol nebo isopropylalkohol).
Ve výhodném provedení vynálezu je molární poměr piperazin-l-iového kationtu k elektrofilnímu činidlu 1:1 až 1:1,4, výhodněji 1:1,1 až 1:1,4.
Piperazin-l-iovou sůl lze připravit známými způsoby, například smícháním piperazinu se silnou kyselinou v molárním poměru blízkém 1:1, rozpuštěním piperazinu v nižší karboxylové kyselině, jako je ethanová nebo propanová kyselina, nebo smícháním piperazinu s piperazin-l,4-diovou solí silné kyseliny v ekvimolárním poměru v roztoku polárního rozpouštědla, nejlépe v roztoku protického rozpouštědla. Snadno vzniká monoprotonovaný kation, neboť u piperazinu je pKbi=4.18 (monoprotonace), pKb2 8.32 (diprotonace) (Bjerrum, J.: Stability Constants, Chemical Society, London 1958).
Uvedené reakce s výhodou probíhají při teplotách v rozmezí 10 °C až teplota varu použitého rozpouštědla.
Sloučenina d kovu, která katalyzuje mono-N-substituci piperazinu, je s výhodou vybrána ze skupiny zahrnující síran měďnatý, chlorid měďnatý, octan měďnatý, bis-acetylacetonát měďnatý, jodid měďný, kyanid měďný, chlorid železitý, síran železnatoamonný, síran železnatý, chlorid čeřitý, síran čeřitý, síran hlinitý, a d-kov, vybraný ze skupiny měď, železo, cer, hliník, v kladném oxidačním stavu vázaný na organickém katexu s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou, případně v přítomnosti koordinovaného aniontového a/nebo neutrálního a/nebo smíšeného ligandu.
Vhodné d-kovy a vhodné ligandy pro kladně nabité komplexy, i jejich příprava, jsou popsány v PV 2011-799 (Pazdera, P., Zberovská, B., Němečková, D., Datinská, V., Šimbera, J. (Masarykova univerzita): Katalyzátor pro chemické syntézy na bázi komplexu d-kovu a způsob jeho přípravy, datum podání 8. 12. 2011).
S výhodou je organickým katexem s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou pro imobilizaci d-kovu polyakrylátový nebo polymethakrylátový katex makroporézního nebo gelového typu, s výhodou o minimální celkové kapacitě 3,0 až 4,5 mol/litr, a sulfonátový • · · · ··· · • · · ··«· ·· · katex kopolymeru styren-divinylbenzen makroporézního nebo gelového typu, s výhodou o minimální celkové kapacitě 1,5 až 2,0 mol/litr.
Katalyzátor se s výhodou použije v množství do 20 mol% vzhledem k piperazin-l-iovému kationtu.
Ve výhodném provedení vynálezu je d-kov, vybraný ze skupiny měď, železo, cer, hliník, v kladném oxidačním stavu, vázaný na organickém katexu s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou v přítomnosti koordinovaného aniontového a/nebo neutrálního a/nebo smíšeného ligandu, vybraného ze skupiny zahrnující fluorid, chlorid, bromid, jodid, kyanid, kyanát, thiokyanát, hydroxid, acetát, triíluoracetát, formiát, methansulfonát, trifluormethansulfonát, vodu, methanol, amoniak, 1,2-ethylendiamin, 1,3-propylendiamin, Ν,Ν,Ν ',N '-tetramethyl-1,2-ethylen-diamin, Ν,Ν,Ν' ,N '-tetramethyl-1,3 -propylendiamin, pyridin, 2,2'-bipyridin, 1,10-fenanthrolin, trifenyl-fosfin, tri(n-butyl)fosfm, trifenylfosfít, trimethylfosfít, triethylfosfít, glycinát, alfa-alaninát, beta-alaninát, prolinát, salicylát, diacetylglyoximát, l-nitroso-2-naftolát, acetylacetonát, 1,1,1,5,5,5-hexafluoracetylacetonát, dipivaloylmethanoát, dibenzoylmethanoát, monokarbanion methyl-acetoacetátu, monokarbanion ethyl-acetoacetátu.
Aniontový a/nebo neutrální a/nebo smíšený ligand se s výhodou použije v množství do 10 mol % vzhledem k množství použitého kovu.
Předmětem předkládaného vynálezu je tedy způsob přímé mono-N-substituce piperazinu, jehož podstata spočívá vtom, že se připraví piperazin-l-iový kation, a následně za katalýzy sloučeninou d-kovu reaguje piperazin-l-iový kation s elektrofilním činidlem, s výhodou v molárním poměru piperazin-l-iového kationtu k elektrofilnímu činidlu 1:1 až 1:1,4, výhodněji 1:1,1 až 1:1,4. Za uvedených podmínek podle vynálezu vznikají velmi výhodně mono-Nsubstituované deriváty piperazinu s vysokou regioselektivitou a tím také s vysokým výtěžkem, zejména proto, že vstupující elektrofilní reagent snižuje reaktivitu druhého atomu dusíku v mono-N-substituovaném piperazinovém produktu, případně vreakčním prostředí protonováném, pro reakci s další molekulou elektrofilního činidla, nebo je následná reakce potlačena vyloučením mono-N-substituovaného piperazinového produktu, případně vreakčním prostředí protonováného, zreakční směsi. Úlohou sloučeniny d-kovu je • · • · · < · · « · · ··«· ·· · » · · · · · · • · · · ·· ·····«· · · · · · · katalyticky aktivovat elektrofilní reagent buď jako Lewisova kyselina nebo mechanismem oxidativní adice/ reduktivní eliminace. Piperazin-l-iový kation je výrazně méně reaktivní vzhledem k používaným elektrofílním činidlům (ale i protonu), než je samotný piperazin, proto je velmi výhodná pro zkrácení reakční doby katalýza sloučeninou d-kovu podle vynálezu. Na druhé straně, v případě reakce piperazin-1-iového kationtu na rozdíl od piperazinu, nevznikají za podmínek dle vynálezu nežádoucí symetricky 1,4-disubstituované piperazinové produkty.
Dalšími výhodami jsou nízké náklady na použitý průmyslový organický katex, což jsou pryskyřice na průmyslové změkčování vody a dále skutečnost, že imobilizovaný katalyzátor lze snadno separovat z reakčních směsí a opakovaně použít pro daný účel bez výrazné ztráty jeho aktivity, což při použití v syntézách dále snižuje ekonomické náklady a environmentální zátěž. Podobné postupy pro mono-N-substituci piperazinu jako jsou podle řešení uvedené, nejsou podle provedené rešerše v odborných časopisech a patentech známy.
Způsob uvedený dle vynálezu dále výhodně s nízkými výrobními náklady umožňuje jednak jednoduché provedení shora uvedených syntéz v jednoduchých technologických zařízeních, kterými mohou být např. míchaný vyhřívaný kotel z PE, PP apod. nebo smaltovaný železný kotel a to při konvenčních teplotách a tlacích, s minimalizací environmentální zátěže oproti stávajícím známým metodám.
Předmět vynálezu je objasněn následujícími příklady provedení, aniž by tím byl rozsah vynálezu omezen.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Silně kyselý sulfonovaný poly(styrenový-divinylbenzenový) katex makroporézního typu v ionizované Na+ formě, o minimální celkové kapacitě 1,8 mol/litr a sypné hmotnosti 780 g/litr, byl v množství 78 g míchán ve 300 ml vody, do které bylo během 20 min přisypáváno 133,3 g (200 mmol) oktahydrátu síranu hlinitého. Pak bylo v míchání pokračováno dalších 30 min. Pak byla vodná fáze slita a tuhá rozmíchána dvakrát ve 100 ml vody. Pak byl přidán k pryskyřici jodid sodný (2,25 g, 15 mmol) rozpuštěný ve 200 ml vody a směs míchána po dobu 1 h. Vodná fáze byla slita, tuhá rozmíchána dvakrát ve 100 ml vody, následně dvakrát ve 150 ml methanolu, vysušena ve vakuu při teplotě místnosti do konstantní hmotnosti a • * e · · · · • ··· »« ······· ·· · ··· katalyzátor použit do reakce. Obsah hliníku stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 1,2 mmol Al/1 g katalyzátoru, obsah jódu stanovený jodometrickou potenciometrickou titrací byl cca 0,10 mmol jódu/1 g katalyzátoru.
Příklad 2
Slabě kyselý polyakrylátový katex makroporézního typu v neionizované formě, o minimální celkové kapacitě 4,5 mol/litr a sypné hmotnosti 750 g/litr, byl v množství 75 g míchán ve 200 ml vody, do které bylo přisypáváno 42,0 g (0,30 mol) hydrogenuhličitanu sodného, celková doba míchání 1 h. Po té byla vodná fáze slita a tuhá promyta dvakrát 100 ml vody, a pak míchána s 200 ml vodného roztoku síranu hlinitého obsahujícího 33,3 g (0,50 mol) oktahydrátu síranu hlinitého, po dobu 50 min. Po té byla vodná fáze slita a tuhá promyta dvakrát 100 ml vody. Pak byl přidán k pryskyřici fluorid sodný (4,2 g, 100 mmol) rozpuštěný ve 200 ml vody a směs míchána po dobu 1 h. Vodná fáze byla slita, tuhá rozmíchána dvakrát ve 100 ml vody, následně dvakrát ve 150 ml methanolu, vysušena ve vakuu při teplotě místnosti do konstantní hmotnosti a katalyzátor použit do reakce. Obsah hliníku stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 2,7 mmol Al/1 g katalyzátoru, obsah fluoru stanovený iontově selektivní elektrodou byl cca 0,15 mmol fluoru/ 1 g katalyzátoru.
Příklad 3
Slabě kyselý polyakrylátový katex makroporézního typu v neionizované formě, o minimální celkové kapacitě 4,5 mol/litr a sypné hmotnosti 750 g/litr, byl v množství 75 g míchán ve 200 ml vody, do které bylo přisypáváno 42,0 g (0,30 mol) hydrogenuhličitanu sodného, celková doba míchání 1 h. Po té byla vodná fáze slita do kolony průměru 5 cm. Sloupec pryskyřice pak byl promýván 500 ml vodného roztoku chloridu čeřitého obsahujícího 122,7 g (0,33 mol) heptahydrátu chloridu čeřitého, rychlostí 2 ml/min. Po té byl katalyzátor vysypán z kolony, promyt dvakrát 100 ml vody, následně rozmíchána dvakrát ve 100 ml methanolu a tuhý zbytek vysušen ve vakuu při teplotě místnosti do konstantní hmotnosti. Obsah ceru stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 2,3 mmol Ce/1 g katalyzátoru.
Příklad 4
Slabě kyselý polyakrylátový katex makroporézního typu v ionizované Na+ formě, o minimální celkové kapacitě 4,5 mol/litr a sypné hmotnosti 750 g/litr, byl v množství 7,5 g míchán ve 30 ml vody, do které bylo přisypáváno 5,0 g (25 mmol) monohydrátu octanu měďnatého, po dobu 30 min. Po té byla vodná fáze slita a tuhá promyta dvakrát 30 ml vody, dvakrát 50 ml methanolu, vysušena do konstantní hmotnosti a adjustována pro další použití. Obsah mědi stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 2,4 mmol Cu/1 g katalyzátoru.
Příklad 5
Slabě kyselý polyakrylátový katex makroporézního typu v ionizované Na+ formě, o minimální celkové kapacitě 4,5 mol/litr a sypné hmotnosti 750 g/litr, byl v množství 7,5 g míchán ve 30 ml vody, do které bylo přisypáváno 5,0 g (25 mmol) monohydrátu octanu měďnatého, po dobu 30 min. Po té byla vodná fáze slita a tuhá promyta dvakrát 30 ml vody. Pak byla pryskyřice míchána 30 min v roztoku 25 ml vody, který obsahoval 3,0 g (43 mmol) hydroxylamonium chloridu při teplotě 50 °C až modrá barva pryskyřice přešla na bílou. Po té byl roztok slit, tuhý zbytek promyt dvakrát 25 ml vody, dvakrát 25 ml methanolu a použit do reakce. Obsah mědi stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 2,2 mmol Cu/1 g katalyzátoru.
Příklad 6
Slabě kyselý polyakrylátový katex makroporézního typu v ionizované Na+ formě, o minimální celkové kapacitě 4,5 mol/litr a sypné hmotnosti 750 g/litr, byl v množství 7,5 g míchán ve 30 ml vody, do které bylo přisypáváno 9,3 g (25 mmol) heptahydrátu chloridu čeřitého, po dobu 30 min. Po té byla vodná fáze slita a tuhá promyta dvakrát 30 ml vody. Po té byla míchána s vodným roztokem (50 ml) jodidu sodného, který obsahoval jodid sodný v množství 225 mg (1,5 mmol) po dobu lh, pak byla vodná fáze slita, tuhá promyta dvakrát 30 ml vody dvakrát 30 ml methanolu, vysušena ve vakuu při teplotě místnosti do konstantní hmotnosti a adjustována. Obsah ceru stanovený plamenovou atomovou absorpční spektrometrií byl cca 2,1 mmol Ce/1 g katalyzátoru, obsah jodidu stanovený jodometrickou titrací činil 0,22 mmol jódu/1 g katalyzátoru.
Příklad 7
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn ve 100 ml methanolu. Do roztoku byl při teplotě 15 °C zaveden suchý chlorovodík (3,6 g, 100 mmol) a vzniklá suspenze za míchání při teplotě 50 °C rozpuštěna. Připravený roztok chloridu piperazin-1-ia byl použit pro další reakce.
• · • ·
Příklad 8
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn ve 100 ml methanolu. Do roztoku byl při teplotě 15 °C zaveden suchý bromovodík (8,1 g, 100 mmol) a vzniklá suspenze za míchání při teplotě 30 °C rozpuštěna. Připravený roztok bromidu piperazin-1-ia byl použit pro další reakce.
Příklad 9
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn v 50 ml methanolu. Do roztoku bylo při teplotě 25 °C přikapáno 50 ml roztoku monohydrátu 4-toluensulfonové kyseliny (19,0 g, 100 mmol) a vzniklá suspenze byla za míchání při teplotě 50 °C rozpuštěna. Připravený roztok 4toluensulfonátu piperazin-1-ia byl použit pro další reakce.
Příklad 10
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn ve 100 ml methanolu, k roztoku byl přisypán monohydrát piperazin- 1,4-diium dichloridu (17,7 g, 100 mmol) a mícháním při teplotě 50 °C byl připraven roztok chloridu piperazin-1-ia, který byl dále použit v syntéze.
Příklad 11
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn v 80 ml bezvodé kyseliny octové při teplotě 40 °C a po té ochlazen na teplotu místnosti. Připravený roztok octanu piperazin-1-ia byl dále použit v syntéze.
Příklad 12
Piperazin (8,61 g, 100 mmol) byl rozpuštěn v 80 ml bezvodé kyseliny propionové při teplotě 40 °C a po té ochlazen na teplotu místnosti. Připravený roztok propionátu piperazin-1-ia byl dále použit v syntéze.
Příklad 13
Methanolový roztok podle příkladu 10 (100 ml) obsahující 12,3 g (100 mmol) chloridu piperazin-1-ia a čeřitý katalyzátor podle příkladu 3 (8,0 g, cca 18 mol% Ce) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán methyl-akrylát (9,5 g, 110 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 7 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím a methanol ve vakuu
odpařen. Výtěžek surového hydrochloridu methyl-3-(piperazin-l-yl)propanoátu 20,0 g (96 %). Odparek byl rekrystalován z isopropylalkoholu, bylo připraveno 19,4 g (93,3 %) hydrochloridu methyl-3-(piperazin-l-yl)propanoátu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 106-107 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,69 (3H, s, OCH3), 3,29-3,27 (4H, m, CH2), 3,14-3,11 (2H, m, CH2), 2,87—2,86 (4H, m, CH2), 2,67-2,64 (2H, m, CH2).
Rozpouštědla i katalyzátor byly recyklovány pro opětovné použití.
Bez přítomnosti katalyzátoru za jinak shodných podmínek probíhala uvedená reakce po dobu 16 h s prakticky stejným výtěžkem, identita produktu byla shodná.
Příklad 14
Methanolový roztok podle příkladu 7 (100 ml) obsahující 12,3 g (100 mmol) chloridu piperazin-l-ia a měďnatý katalyzátor podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán akrylonitril (5,8 g, 110 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 7 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím, methanol ve vakuu odpařen a odparek rekrystalován z isopropylalkoholu. Bylo připraveno 16,6 g (94,3 %) hydrochloridu
3-piperazin-l-ylpropannitrilu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %. Bílá krystalická látka, teplota tání 182,4-183,2 °C.
'H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,28-3,25 (4H, m, CH2), 3,18-3,15 (2H, m, CH2), 2,88—2,86 (4H, m, CH2), 2,71-2,69 (2H, m, CH2).
Příklad 15
Methanolový roztok podle příkladu 10 (100 ml) obsahující 12,3 g (100 mmol) chloridu piperazin-l-ia a měďnatý katalyzátor podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán akrylamid (8,0 g, 113 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 8,5 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím, methanol ve vakuu odpařen na % původního objemu a roztok ochlazen na teplotu 10 °C. Vyloučený produkt byl odsát a promyt methanolem. Bylo připraveno 17,4 g (90,1 %) hydrochloridu 3-piperazin-1ylpropanamidu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,8 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 208,9-210,0 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,27-3,24 (4H, m, CH2), 3,08-3,06 (2H, m, CH2), 2,88—2,86 (4H, m, CH2), 2,39-2,34 (2H, m, CH2).
Příklad 16
Methanolový roztok podle příkladu 8 (100 ml) obsahující 16,71 g bromidu piperazin- 1-ia, čeřitý katalyzátor podle příkladu 3 (8,0 g, cca 18 mol% Ce) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán methyl-methakrylát (11,0 g, 110 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 12 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím a methanol ve vakuu odpařen. Odparek byl rekrystalován z isopropylalkoholu, bylo připraveno 23,4 g (87,6 %) hydrobromidu (R/S)-methyl-2-methyl-3 -(piperazin-1-yljpropanoátu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,5 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 100-101 °C.
!H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,75 (3H, s, OCH3), 3,33-3,27 (4H, m, CH2), 3,22-3,18 (4H, m, CH2), 2,50—2,36 (3H, m, CH2+CH), 1,20 (3H, d, CH3, J=4,3 Hz).
Příklad 17
Methanolový roztok podle příkladu 8 (100 ml) obsahující 16,71 g bromidu piperazin-1-ia, čeřitý katalyzátor podle příkladu 3 (8,0 g, cca 18 mol% Ce) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán methyl-propynoát (9,24 g, 110 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 7,5 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím a methanol ve vakuu odpařen. Odparek byl rekrystalován z isopropylalkoholu, bylo připraveno 24,0 g (95,6 %) hydrobromidu methyl-(2E)-3-piperazin-1-ylakrylátu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min.
98,8 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 109,8-111,2 °C.
!H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 7,41 (1H, d, =C-H, J=13,2 Hz), 4,78 (1H, d, =CH, >13,2 Hz), 3,67 (3H, s, OCH3), 3,35-3,17 (8H, m, CH2).
Příklad 18
Methanolový roztok podle příkladu 7 (100 ml) obsahující 12,3 g (100 mmol) chloridu piperazin-l-ia a hlinitý katalyzátor podle příkladu 2 (5,0 g, cca 14 mol% Al) byl zahřát k varu a v průběhu 5 min byl přikapán terc.-butyl-vinylketon (12,3 g, 110 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 9,5 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím, methanol ve vakuu odpařen a odparek rekrystalován z isopropylalkoholu. Bylo připraveno 18,6 g (93,4 %) hydrochloridu 4,4-dimethyl-l-(piperazin-l-yl)pentan-3-onu. Čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 142,0-142,9 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,32-3,25 (4H, m, CH2), 3,20-3,17 (2H, m, CH2), 2,98—2,86 (4H, m, CH2), 2,62-2,59 (2H, m, CH2), 1,16 (9H, s, CH3).
Příklad 19
Roztok octanu piperazin-l-ia v kyselině octové podle příkladu 11 reagoval po dobu 2 h při teplotě místnosti s methyl-chlorformiátem (10,0 g, 106 mmol) v přítomnosti měďnatého katalyzátoru podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu). Reakce byla monitorována TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 2 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakční směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na % původního objemu a produkt vysrážen ethyl-acetátem. Bylo získáno 16,8 g (93,3 %) surového 4(methoxykarbonyl)piperazin-l-ium chloridu, který byl překrystalován ze směsi ethanolaceton-diethylether (objemově v poměru 3:1:2). Bylo připraveno 14,6 g (81,1 %) produktu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 99,1 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 171,1-172,1 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,97-3,70 (4H, m, CH2), 3,65 (3H, s, OCH3), 3,56-3,27 (4H, m, CH2).
Bez přítomnosti měďnatého katalyzátoru za jinak stejných podmínek probíhala reakce po dobu 8 h, reakční směs byla zpracována uvedeným způsobem, výtěžek 4(methoxykarbonyl)piperazin-l-ium chloridu po rekrystalizaci 12,7 g (70,6 %).
·♦ · ·· · • · · ···· ·· · • · · · · ·
Příklad 20
Roztok octanu píperazin-l-ia v kyselině octové podle příkladu 11 reagoval po dobu 3 h při teplotě místnosti s Ν,Ν-diethylkarbamoyl chloridem (15,0 g, 101 mmol) v přítomnosti měďnatého katalyzátoru podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu). Reakce byla monitorována TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 2,5 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakční směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na % původního objemu a produkt vysrážen acetonem. Po překrystalování surového produktu ze směsi methanol-aceton (objemově v poměru 3:2) bylo připraveno 18,9 g (85,3 %)
4-(N,N-diethylkarbamoyl)piperazin-l-ium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 184,1-185,2 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,93-3,70 (4H, m, CH2), 3,54-3,29 (4H, m, CH2), 3,18 (4H, q, NCH2, J=7,l Hz), 1,14 (6H, t, CH3, J=7,l Hz).
Příklad 21
Roztok octanu piperazin-l-ia v kyselině octové podle příkladu 11 reagoval po dobu 2,5 h při teplotě místnosti s Ν,Ν-diethylkarbamoyl chloridem (15,0 g, 101 mmol) v přítomnosti měďnatého katalyzátoru podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu). Reakce byla monitorována TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 2,5 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakční směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na % původního objemu a produkt vysrážen acetonem. Po překrystalování surového produktu ze směsi methanol-aceton (objemově v poměru 3:2) bylo připraveno 18,9 g (85,3 %) 4-(N,N-diethylkarbamoyl)piperazin-l-ium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 184,1-185,2 °C.
*H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,93-3,70 (4H, m, CH2), 3,54-3,29 (4H, m, CH2), 3,18 (4H, q, NCH2, J=7,1 Hz), 1,14 (6H, t, CH3, J=7,l Hz).
Příklad 22
Roztok octanu piperazin-l-ia v kyselině octové podle příkladu 11 reagoval po dobu 2 h při teplotě místnosti s methansulfonyl chloridem (12,0 g, 104 mmol) v přítomnosti měďného • · • · • · · ·«
katalyzátoru podle příkladu 5 (8,0 g, cca 11 mol% Cu). Reakce byla monitorována TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 2 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakční směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na % původního objemu a produkt vysrážen acetonem. Po překrystalování surového produktu ze směsi methanol-aceton (objemově v poměru 3:2) bylo připraveno 18,7 g (93,1 %) 4(methylsulfonyl)piperazin-l-ium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,8 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 192,4-193,7 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,91-3,79 (4H, m, CH2), 3,50-3,30 (4H, m, CH2), 2,86 (3H, s, CH3).
Příklad 23
Reakce podle příkladu 21 za jinak stejných podmínek byla provedena s benzensulfonyl chloridem (18,0 g, 102 mmol). Bylo připraveno 24,9 g (94,7 %), 4-(benzensulfonyl)piperazin1-ium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,1 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 176,4-177,7 °C.
‘H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 7,70-7,59 (5H, m, Ar-H), 3,92-3,74 (4H, m, CH2), 3,50-3,33 (4H, m, CH2).
Příklad 24
Roztok propionátu piperazin-l-ia v kyselině propionové podle příkladu 12 reagoval po dobu 3 h při teplotě 30 °C s dodekanoyl chloridem (22,2 g, 101 mmol) v přítomnosti hlinitého katalyzátoru podle příkladu 2 (5,0 g, cca 14 mol% Al). Reakce byla monitorována TLC, eluent ethanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 3 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakční směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na Ά původního objemu a produkt vysrážen ethyl-acetátem. Po překrystalování surového produktu dvakrát opakovaně z isopropylalkoholu bylo připraveno 27,1 g (88,9 %) 4-(dodekanoyl)piperazin-lium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 172,0-173,7 °C.
1 H-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,90-3,72 (4H, m, CH2), 3,49-3,31 (4H, m,
CH2), 2,25 (2H, t, CH2, J=7,2 Hz), 1,61-1,13 (18H, m, CH2), 0,87 (3H, s, CH3).
Příklad 25
Roztok propionátu piperazin-l-ia v kyselině propionové podle příkladu 12 reagoval po dobu 2 h při teplotě 30 °C se sukcinanhydridem (10,1 g, 101 mmol) v přítomnosti čeřitého katalyzátoru podle příkladu 6 (5,0 g, cca 10 mol% Ce). Reakce byla monitorována TLC, eluent ethanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po době reakce 2 h již nebyla prokázána přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu, z reakčni směsi byl oddělen katalyzátor odsátím na fritě, filtrát byl zfiltrován s aktivním uhlím, kyselina ve vakuu odpařena na % původního objemu a produkt vysrážen ethylacetátem. Po překrystalování surového produktu dvakrát opakovaně z isopropylalkoholu bylo připraveno 20,9 g (93,8 %) 4-(3karboxypropanoyl)piperazin-l-ium chloridu, čistota (acidobazická potenciometrická titrace) min. 98,9 %.
Bílá krystalická látka, teplota tání 110,9 - 112,0°C.
’Η-NMR spektrum (300 MHz, D2O) δ/ ppm: 3,82 - 3,52 (8H, m, CH2), 2,75-2,72 (2H, m, CH2), 2,63-2,59 (2H, m, CH2).
Příklad 26
Methanolový roztok piperazin-l-ium 4-toluensulfonátu připravený podle příkladu 9 byl zahříván s nitromočovinou (11,0 g, 105 mmol) v přítomnosti čeřitého katalyzátoru podle příkladu 6 (8,0 g, cca 18 mol%) po dobu 5 h při teplotě 40 °C. Reakce byla monitorována TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem. Po ukončení reakce byla reakčni směs zahřáta na teplotu varu methanolu, katalyzátor odsát, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím a zahuštěn na poloviční objem. Po té byl přidán za míchání jemně rozetřený hydroxid sodný (4,0 g, 100 mmol), směs míchána lh při teplotě místnosti, roztok při teplotě 40 °C zfiltrován pro odstranění 4-toluensulfonátu sodného a přidán 120 ml 1 M roztok chlorovodíku. Směs byla ponechána stát 24 h při teplotě 3 °C a produkt odsát. Rekrystalizace byla provedena ze směsi methanol-aceton (objemově 5:2). Bylo připraveno 12,4 g (74,9 %) 4-karbamoylpiperazin-l-ium chloridu. Bílá krystalická látka, teplota tání 208,0 - 209,2 °C.
’Η-NMR spektrum (500 MHz, DMSO-dé) δ/ ppm: 5.97 (2H, bs, NH2), 3,97-3,02 (8H, m, CH2).
·· ·♦ · ·« ·· * · · · · · · · ··· • · · · · ·· • · · · · ·· ···· ·· ··· ··· ··· ···
Příklad 27
Methanolový roztok podle příkladu 10 (100 ml) obsahující 12,3 g (100 mmol) chloridu piperazin-1-ia a měďnatý katalyzátor podle příkladu 4 (8,0 g, cca 19 mol% Cu) byl zahřát kvaru a v průběhu 5 min byla přikapána nitromočovina (11,0 g, 105 mmol). Po té byla reakční směs refluxována po dobu 4,5 h (kontrola průběhu reakce TLC, eluent methanol, detekce skvrn ninhydrinem), poté již přítomnost výchozí sloučeniny piperazinu nebyla prokázána, reakční směs byla za horka zfiltrována, filtrát zfiltrován s aktivním uhlím, methanol ve vakuu odpařen na % původního objemu a roztok ochlazen na teplotu 10 °C. Vyloučený produkt byl odsát a promyt methanolem. Bylo připraveno 15,4 g (93,0 %) 4karbamoyl-piperazin-1 -ium chloridu.
Průmyslová využitelnost
Využití vynálezu se předpokládá při procesech malotonážních průmyslových výrob chemických specialit s vysokou přidanou hodnotou a celé řady farmaceutických meziproduktů z oblasti chemie piperazinu.

Claims (8)

1. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu, vyznačený tím, že se připraví piperazin-1iový kation, a následně se za katalýzy sloučeninou d-kovu ponechá reagovat piperazin-l-iový kation
- ve formě soli vybrané ze skupiny zahrnující chlorid, bromid, jodid, 4-toluensulfonan, benzensulfonan, v roztoku C1-C3 alkoholu, za podmínek aza-Michaelovy adice s elektrofilním činidlem, kterým je aktivovaný alken nebo alkyn vybraný ze skupiny zahrnující (Ci-C2)alkylakrylát, (Ci-C2)alkyl-methakrylát, (Ci-C2)alkyl-propynoát, di(Ci-C2)alkyl-l,4-butynoát, (CiC2)alkyl-(2E)-3-fenylenylprop-2-enoát, propennitril, akrylamid, propenal, methyl-vinylketon, ethyl-vinylketon, n-propyl-vinylketon, isopropyl-vinylketon, n-butyl-vinylketon, isobutylvinylketon, terc.-butyl-vinylketon, benzyl-vinylketon, cyklopent-2-en-l-on, cyklohex-2-en-lon, nebo
- ve formě piperazin-l-iové soli C2-C3 karboxylové kyseliny, v C2-C3 karboxylové kyselině, s elektrofilním činidlem vybraným ze skupiny zahrnující alifatické (C2-Cig)acylchloridy, sukcinanhydrid, maleinanhydrid, Cj-Cu alkansulfonyl chloridy, benzensulfonyl chlorid, naftalensulfonyl chlorid, (Ci-C4)alkyl-chlorformiáty, benzyl-chlorformiát, fenyl-chlorformiát, N,N-di(Ci-C4)alkylkarbamoyl chloridy, a aromatické a heteroaromatické acylchloridy, kde aryl nebo heteroaryl je vybraný ze skupiny zahrnující naft-l-yl, naft-2-yl, pyrid-2-yl, pyrid-3yl, pyrid-4-yl, thien-2-yl, thien-3-yl a fenyl, případně dále substituovaný dalším jedním až dvěma substituenty vybranými ze skupiny Ci-Cjg alkylů, C1-C4 alkoxylů, di(CjC4)alkylaminoskupin, C1-C4 alkylsulfanylů, halogenů ze skupiny chlor, fluor, bróm, jód, C]C41-oxoalkylů, formyl, nitril, C1-C4 alkoxykarbonylů, nebo
- s elektrofilním činidlem nitromočovinou v roztoku C1-C3 alkoholu.
2. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 1, vyznačený tím, že molární poměr piperazin-l-iového kationtu k elektrofilnímu činidlu je v rozmezí 1:1 až 1:1,4.
3. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 1, vyznačený tím, že reakce se provádí při teplotách v rozmezí 10 °C až teplota varu použitého rozpouštědla.
4. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 1, vyznačený tím, že sloučenina d kovu je vybrána ze skupiny zahrnující síran měďnatý, chlorid měďnatý, octan měďnatý, bis-
·· 99 * ·· 9 « « ♦ · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • 9 • · · 9 • · 9 • · · 9 «4 9 99 9 9
acetylacetonát měďnatý, jodid měďný, kyanid měďný, chlorid železitý, síran železnatoamonný, síran železnatý, chlorid čeřitý, síran čeřitý, síran hlinitý, a d-kov, vybraný ze skupiny měď, železo, cer, hliník, v kladném oxidačním stavu vázaný na organickém katexu s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou.
5. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 4, vyznačený tím, že organickým katexem s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou je polyakrylátový nebo polymethakrylátový katex makroporézního nebo gelového typu, s výhodou o minimální celkové kapacitě 3,0 až 4,5 mol/litr, a sulfonátový katex kopolymeru styren-divinylbenzen makroporézního nebo gelového typu, s výhodou o minimální celkové kapacitě 1,5 až 2,0 mol/litr.
6. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 4 nebo 5, vyznačený tím, že d- kov, vybraný ze skupiny měď, železo, cer, hliník, v kladném oxidačním stavu je vázaný na organickém katexu s karboxylátovou nebo sulfonátovou funkční skupinou v přítomnosti koordinovaného buď aniontového a/nebo neutrálního a/nebo smíšeného ligandu, vybraného ze skupiny zahrnující fluorid, chlorid, bromid, jodid, kyanid, kyanát, thiokyanát, hydroxid, acetát, trifluoracetát, formiát, methansulfonát, trifluormethansulfonát, vodu, methanol, amoniak, 1,2-ethylendiamin, 1,3-propylendiamin, N,N,N',N'-tetramethyl-l,2-ethylen-diamin, N,N,N',N'-tetramethyl-l,3-propylendiamin, pyridin, 2,2'-bipyridin, 1,10-fenanthrolin, trifenylfosfin, tri(n-butyl)fosfin, trifenylfosfit, trimethylfosfit, triethylfosfit, glycinát, alfaalaninát, beta-alaninát, prolinát, salicylát, diacetylglyoximát, 1-nitroso-2-naftolát, acetylacetonát, 1,1,1,5,5,5-hexafluoracetylacetonát, dipivaloylmethanoát, dibenzoylmethanoát, monokarbanion methyl-acetoacetátu, monokarbanion ethyl-acetoacetátu.
7. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle nároku 6, vyznačený tím, že ligand se použije v množství do 10 mol % vzhledem k množství použitého kovu.
8. Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že katalyzátor se použije v množství do 20 mol% vzhledem k piperazin-1iovému kationtu.
CZ2011-847A 2011-12-20 2011-12-20 Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu CZ305317B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-847A CZ305317B6 (cs) 2011-12-20 2011-12-20 Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-847A CZ305317B6 (cs) 2011-12-20 2011-12-20 Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2011847A3 true CZ2011847A3 (cs) 2013-07-03
CZ305317B6 CZ305317B6 (cs) 2015-07-29

Family

ID=48692907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2011-847A CZ305317B6 (cs) 2011-12-20 2011-12-20 Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ305317B6 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116120260A (zh) * 2023-01-06 2023-05-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种哌嗪类单卤素盐的制备方法及应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2436685A (en) * 1944-01-06 1948-02-24 Burroughs Wellcome Co Substituted piperazines
DE19958496A1 (de) * 1999-12-04 2001-06-07 Merck Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung von 5-(1-Piperazinyl)-benzofuran-2-carboxamid durch Übergangsmetallkatalysierte Aminierung
WO2006137335A1 (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. ピペラジン誘導体の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116120260A (zh) * 2023-01-06 2023-05-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种哌嗪类单卤素盐的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CZ305317B6 (cs) 2015-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1854128B (zh) 铜-催化的碳-杂原子键和碳-碳键的形成
CA2735921C (en) Process for the synthesis of halogenated cyclic compounds
CN104011034B (zh) 用于生产1-[2-(2,4-二甲基-苯基硫烷基)-苯基]-哌嗪的方法
RU2620376C2 (ru) Цинкорганические комплексы, способы их получения и применение
DK2970263T3 (en) PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OF AN APOPTOSIS-PRACTICING EFFECT
CN113563275A (zh) 一种选择性靶向cdk9的氨基嘧啶类衍生物的制备及其应用
CA3126738A1 (en) Preparation method for morpholinquinazoline compound and midbody thereof
JP2025016562A (ja) 含窒素ヘテロアリールカルボキサミド酢酸誘導体の製造方法
AU2015250994A1 (en) Novel manufacturing process for triazine, pyrimidine and pyridine derivatives
RU2769693C2 (ru) Новые производные пиколиновой кислоты и их применение в качестве промежуточных соединений
CZ2011847A3 (cs) Zpusob prímé mono-N-substituce piperazinu
JP2018506541A (ja) Nep阻害剤を調製するための方法および中間体
JP2020504184A (ja) チアゾール誘導体およびその使用
JP7703547B2 (ja) 6-メチル-n1-(4-(ピリジン-3-イル)ピリミジン-2-イル)ベンゼン-1,3-ジアミンの合成
JP6378918B2 (ja) チアゾリジン誘導体又はその塩を有効成分とするPim阻害剤
JP2021511325A (ja) スルフェントラゾンの合成のための方法
CZ305854B6 (cs) Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu
CZ2012498A3 (cs) Způsob přímé mono-N-substituce piperazinu
US11098036B2 (en) Catalyst-free and redox-neutral innate trifluoromethylation and alkylation of (hetero)aromatics enabled by light
CN108912098B (zh) 一种嘧啶类化合物及应用
Biaco et al. Lewis acid-catalyzed borono-Minisci reactions of arylboronic acids and heterocycles
US9969735B2 (en) Process for making tricyclic lactam compounds
HRP20000674A2 (en) PROCESS FOR THE PREPARATION OF PYRAZOLO/4,3-d/PYRIMIDIN-7-ONES-3-PYRIDYLSULPHONYL COMPOUNDS AND INTERMEDIATED THEREOF
JPWO2014050613A1 (ja) 含窒素複素環n−オキシド化合物の製造方法
Kumawat et al. Advancing Dearomative Difluoromethylation of N-heterocycles and Pharmaceuticals

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20201220