DD244552A5 - Verfahren zur herstellung von azetidin-derivaten - Google Patents

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DD244552A5
DD244552A5 DD86289076A DD28907686A DD244552A5 DD 244552 A5 DD244552 A5 DD 244552A5 DD 86289076 A DD86289076 A DD 86289076A DD 28907686 A DD28907686 A DD 28907686A DD 244552 A5 DD244552 A5 DD 244552A5
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Pieter A Verbrugge
Waal Jannetje De
David W Sopher
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D205/00Heterocyclic compounds containing four-membered rings with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D205/02Heterocyclic compounds containing four-membered rings with one nitrogen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D205/04Heterocyclic compounds containing four-membered rings with one nitrogen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members

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Description

R4 - N
CH2OH
worin R4 eine Gruppe der Formel R2SO2 oder Phenyl-CH(R3)- darstellt und R5 ein Wasserstoffatom oder eine Hydroxymethylgruppe oder eine Gruppe der Formel COOH darstellt, oder einem Salz davon in Kontakt gebracht wird, worauf, wenn R5 kein Wasserstoffatom ist, die Decarboxylierung des 3,3-Dicarbonsäure-Zwischenprodukte oder eines Salzes davon folgt, und, wenn die Erzeugung einer Verbindung, in derRi ein Wasserstoffatom darstellt, verlangt wird, die Entfernung des Schutzes von dem N-Atom folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ri eine ToIyI- oder Benzylgruppe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Nickel in dem geforderten Oxydationszustand 3 in Form von Nickelperoxid vorhanden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Nickelperoxid chemisch in situ durch die Reaktion zwischen einem Alkalimetallhypohalit und einem Nickel(ll)-salz erzeugen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Nickel im geforderten Oxydationszustand 3 um eine mit Nickel beschichtete Anode einer elektrochemischen Zelle handelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Anodennickeloberfläche durch Hindurchleiten von elektrischem Strom aktiviert wird, wobei das Nickel mit Nickel(ll)-Ionen und Alkalimetallhydroxid in Berührung steht.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrochemische Zelle eine Elektrodenrolle aufweist, die durch spiraliges Aufwickeln einer flexiblen Sandwichanordnung von Elektrodenschichten und elektrisch isolierenden Zwischenschichten gebildet wird, durch die Elektrolyt fließen kann.
8. Verfahren nach Anspruch 5,6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß die hindurchgehende elektrische Ladung zwischen 8 und 11 Faraday je Mol Reaktionsmittel Il beträgt.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Azetidinderivaten, vor allem von Azetidin-3-carbonsäurederivaten und Salzen davon.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
In der EP-PA 29265 wird erläutert, daß 3-Carboxyazetidin (Azetidin-3-carbonsäure) und verwandte Verbindungen chemische Hybridisierungsmittel sind, deren Wirkungsweise vermutlich auf ihrer Fähigkeit beruht, männliche Sterilität in Pflanzen zu erzeugen. In der Anmeldung wird auch ein Verfahren für ihre Herstellung beschrieben, wobei von 3-Cyano-N-diphenylmethylazetidin ausgegangen wird, dessen Herstellung nach an sich bekannten Verfahren erfolgen kann. Obwohl das beschriebene Verfahren sich gut bewährt hat, ist es nicht ideal für die Massenproduktion geeignet, weil die massige Diphenylmethylgruppe an dem Stickstoffatom erst in der letzten von einer Reihe von Stufen entfernt wird und das bedeutet, daß in allen Stufen, außer der letzten, große Einrichtungen erforderlich sind. Darüber hinaus ist die offensichtliche Ausgangsverbindung (Diphenylmethyl)amin verhältnismäßig teuer.
In der gleichfalls anhängigen UK-PA 841561B wird ein Verfahren zur Herstellung von Azetidin-3-carbonsäure durch Oxydation eines 3,3-Bis(hydroxymethyl)azetidins mit Salpetersäure beschrieben. Man nimmt an, daß die Reaktion über N-Nitrosoazetidin-Zwischenverbindungen abläuft. Unter einigen Umständen mag es sich empfehlen, die Bildung dieser Verbindungen zu vermeiden, und in solchen Fällen ist eine alternative Oxydationstechnik erforderlich. Es wurde jetzt gefunden, daß die betreffende Oxydation mit Hilfe von Nickel in einem oxydierten Zustand ausgeführt werden kann.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel:
COOH
oder eines Salzes davon, worin Ri ein Wasserstoffatom oder eine Gruppe der Formel R2SO2 oder Phenyl-CH(R3)- darstellt, in der R2 für eine Phenyl-, ToIyI- oder C^-Alkylgruppe steht und R3 ein Wasserstoffatom oder eine Phenyl- oder C1^1-Al kylgruppe darstellt.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß Nickel in einem Oxydationszustand von mindestens 3 mit einem 3-Hydroxymethylazetidinderivat der Formel:
(11)
CH2OH
worin R4 eine Gruppe der Formel R2SO2 oder Phenyl-CH(R3)- darstellt und R5 ein Wasserstoffatom oder eine Hydroxymethylgruppe oder eine Gruppe der Formel COOH oder ein Salz davon ist, zusammengebracht wird, worauf, wenn R5 kein Wasserstoffatom ist, die Decarboxylierung des S.S-Dicarbonsäure-Zwischenverbindungsproduktes oder eines Salzes davon folgt, und wenn eine Verbindung erzeugt werden soll, in der R-i ein Wasserstoffatom darstellt, die Schutzentfernung von dem N-Atom folgt. Vorzugsweise ist R1 eine Tosyl- oder Benzylgruppe, weil solche Gruppen das Stickstoffatom dadurch „schützen", daß sie die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten aus konkurrierenden Reaktionen auf ein Mindestmaß beschränken und auch die praktische Manipulation der Reaktionsmittel erleichtern. Praktische Manipulation kann auch durch Umwandlung zwischen Säuren und Salzen erleichtert werden (vor allem Salzen von Alkalimetallen wie Natrium und Kalium, und Erdalkalimetallen wie Calcium, Magnesium und Barium). Salze können zum Beispiel eine leichtere Isolation der Oxydationsprodukte ermöglichen, während Säuren für die Decarboxylierung bevorzugt werden.
Wenn eine Verbindung erzeugt werden soll, in der fti ein Wasserstoffatom darstellt, danrffölgt der Schutzentfernungsschritt vorzugsweise dem Decarboxylierungsschritt. - -,,
Das Nickel kann in den betreffenden Oxydationszustand von mindestens 3 entweder durch chemische oder elektrochemische Maßnahmen gebracht werden. Im zuerst genannten Fall ist die Reaktionsmittelspezies herkömmlicherweise Nickelperoxid, das entweder getrennt hergestellt oder in situ durch die Reaktion eines Hypohalits mit einem NickeldD-halogenid erzeugt werden kann. Das Nickelhalogenid ist am besten Nickel(ll)-chlorid und das Hypohalit am besten ein Alkalimetall, vorzugsweise Natriumhypochlorit oder -hypobromit, das seinerseits in situ durch die Reaktion von elementarem Brom oder Chlor mit dem Alkalimetallhydroxid erzeugt werden kann. Die Reaktion wird am besten bei Umgebungstemperatur (20-300C) ausgeführt. Die elektrochemische Oxydation von Reaktionsmittel Il wird ausgeführt, indem elektrischer Strom durch eine elektrochemische Zelle geleitet wird, die eine Anode mit einer Nickeloberfläche besitzt und das Reaktionsmittel in einem wäßrigen leitfähigen Medium, in dem sich möglichst ein Alkalihydroxid befindet, enthält. Die Nickeloberfläche der Anode kann vor der elektrochemischen Oxydation elektrochemisch aktiviert werden. Verfahren für eine solche Aktivierung sind aus der Literatur allgemein bekannt, wobei eine herkömmliche Technik darin besteht, daß elektrischer Strom hindurchgeleitet wird, während das Nickel mit Nickel(ll)-Ionen und Alkalihydroxid in Berührung steht (wie in Trans. Faraday Soc, 1955,51,1433 beschrieben wird). Eine für diese Reaktion besonders vorteilhafte Form einer elektrochemischen Zelle ist eine, in der die Elektroden aus einer Elektroden rolle bestehen, die durch spiralförmiges Aufwickeln eines flexiblen Sandwichverbundes von Elektrodenschichten und elektrischen isolierenden Zwischenschichten gebildet wird, durch die Elektrolyt fließen kann. Eine derartige Zelle wird in J. Electroanal. Chem. 65 (1975) 883-900 beschrieben.
Die elektrochemische Oxydation wird möglichst unter Anwendung einer Spannung von 1,5 bis 3,0, vorzugsweise 1,8 bis 3,0 und speziell 2,0 bis 2,5 Volt ausgeführt. Die Temperatur kann im Bereich von 10 bis 60°C liegen. Nacheinander bevorzugte Unterbereiche sind 20 bis 6O0C, 25 bis 500C und vor allem 35 bis 50°C. Die Anwendung von erhöhten Temperaturen bietet den Vorteil, daß sich Wasserstoff leicht entwickelt, ohne Schaumbildung zu verursachen, und daß die Kühlung einfach durch die Anwendung von Wasser mit Umgebungstemperatur vorgenommen werden kann. Die elektrolytische Reaktion wird solange fortgesetzt, bis eine angemessene Gesamtladung hindurchgegangen ist, möglichst von 6 bis 12 Faraday je Mol Reaktionsmittel II, vorzugsweise 8 bis 11 und vor allem 8,5 bis 9,5. Das Reaktionsmittel Il kann der elektrochemischen Zelle portionsweise zugegeben werden, aber es wurde ermittelt^ daß die Ausbeute besser ist, wenn es zu Beginn der Oxydation in einem einzigen Posten zugesetzt wird.
Die Fließgeschwindigkeit durch eine Zelle des in J. Electroanal. Chem. 65 (1975) 883-900 beschriebenen Typs ist für die erfindungsgemäße Anmeldung nicht kritisch, sie kann aber zweckmäßigerweise zum Beispiel im Bereich von 10 bis 70 Liter/ Stunde in Abhängigkeit von dem Gesamtflüssigkeitsvolumen und der erwünschten Temperatur liegen. Die Verweildauer des Elektrolyten in einer solchen Zelle kann 10 bis 60 Sekunden betragen und würde praktisch 30 bis 40 Sekunden sein. Die Elektroden können eine nichtperforierte Blechform oder vorzugsweise eine perforierte Form aufweisen, möglichst Gaze oder Netz. Die während der Oxydation angewandte Zeitmittel-Stromdichte, wird je nach dem Zellentyp und des angewandten Energieaggregates gewählt. Gazeelektroden ermöglichen im allgemeinen, daß höhere Stromdichten angewandt werden können. Ein bevorzugter Bereich sind 100 bis 600Am"2. Die Stromdichte wird vorzugsweise gegen Ende der Oxydation verringertem besten auf weniger als 100Am"2, möglichst auf 20 bis 40 Am"2, um die Elektrolyse von Wasser zu verhindern. Für
die Aktivierung der Nickeloberfläche der Anode in einer solchen Zelle sollte, wenn sie vorgenommen wird, möglichst ein Strom von 1 bis 5 A angewandt werden, aber die Aktivierung ist besonders wirksam, wenn ein Strom von 2 bis 3 A vorzugsweise für eine kurze Dauer, z.B. 10 bis 20 Minuten, hindurchgeleitet wird. Ein Impulsstrom kann eingesetzt werden. Nickelnitrathexahydrat ist eine geeignete Quelle für die Nickel(ll)-Ionen, die für die Aktivierung gebraucht werden, und diese Verbindung kann in einer Menge von 0,5 bis 10,0g/m2 Anodenoberfläche, vorzugsweise von über 2,5g/m2, vorhanden sein. 4,0 bis6,0g/m2 ist ein besonders bevorzugter Bereich. Es können andere Quellen für Nickel(ll)-Ionen verwendet werden. Wenn ein Alkalihydroxid in dem elektrochemischen Oxydationsschritt eingesetzt wird, dann ist es vorzugsweise in einem Molüberschuß in bezug auf das Reaktionsmittel Il vorhanden, wobei das Molverhältnis möglichst zwischen 2 und 5 und vorzugsweise zwischen 3 und 3,5 liegt. Das Reaktionsmittel Il ist in einem Elektrolyten vorzugsweise in einer Konzentration von 0,25 bis 1,50 Mol/Liter, möglichst von 0,9 bis 1,3 Mol/Liter und vorzugsweise von 0,9 bis 1,1 Mol/Liter vorhanden. Die das Produkt der oben beschriebenen elektrochemischen Reaktion ergebende Dinatriumdicarboxylatazetidinverbindung kann ohne Schwierigkeiten durch Entfernung von Wasser und die Zugabe eines aliphatischen Alkohols, am besten Methanol oder Ethanol, der zur Präzipitation des Salzes führt, weiterverarbeitet werden.
Wenn es sich bei dem Reaktionsmittel Il um eine Verbindung handelt, in der R4 kein Wasserstoffatom ist, dann ist das direkte Produkt aus dem Oxydationsprozeß das 3,3-Dicarboxyazetidinderivat. Diese Zwischenverbindung kann ohne weiteres durch thermische Decarboxylierung in die verlangte 3-Carboxyiverbindung umgewandelt werden. Die Bedingungen für eine solche Behandlung sind den Fachleuten allgemein bekannt, und im allgemeinen stehen die Erwärmung einer wäßrigen Lösung, gewöhnlich unter sauren Bedingungen, z. B. die Zugabe einer Säure wie Chlorwasserstoff-, Ameisen- oder Essigsäure, normalerweise bei der Rückflußtemperatur des Reaktionsgemisches vor: Andere Techniken stehen ebenfalls zur Verfügung. Die Decarboxylierung kann durch Erhitzen im festen Zustand erfolgen, wobei die Decarboxylierung im allgemeinen im Schmelzzustand (gewöhnlich 140 bis 1600C) erfolgt. Vorzugsweise wird eine katalytische Menge einer Aminbase wie Pyridin oder Piperidin zur Senkung der Decarboxylierungstemperatur zugegeben. Eine andere Technik besteht im Erhitzen des 3,3-Dicarboxyazetidinderivats in einer Aminbase vorzugsweise auf eine zwischen 80°C und der Rückflußtemperatur liegende Temperatur. Pyridin ist, vorzugsweise bei vorhandenem Piperidin, geeignet.
Wenn eine Verbindung der Formel !,worin R1 Wasserstoff darstellt, verlangt wird, wird die Schutzgruppe R4 entfernt. Wenn R4 eine Gruppe der Formel Phenyl-CH(R3)- darstellt, kann dies durch katalytische Hydrierung, zum Beispiel unter Verwendung von Platin oder Palladium als Katalysator, möglichst auf einem Trägermittel wie Holzkohle, und vorzugsweise in Gegenwart von Essigsäure erfolgen. Wasserstoffgas wird vorzugsweise durch die Lösung geblasen. Alternativ können anstelle von Wasserstoffgas noch andere Wasserstoffdonatoren eingesetzt werden, beispielsweise Ameisensäure (J. Chem. Res., [s], 1979, 108-109) oder ein Cycloalken wie Cyclohexen (Perkins Transactions I, [1977], 480) oder 1,4-Cyclohexadien (J. Org. Chem. 43 [1978], 4194). Wenn R4 eine Gruppe der Formel R2SO3 darstellt, dann kann diese durch Umsetzung mit Natrium in flüssigem Ammoniak oder Naphthalen, möglichst in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, oder durch Behandlung mit Salpetersäure und anschließende katalytische Hydrierung des resultierenden N-Nitro-Produktes, oder durch elektrochemische Schutzentfernung unter Verwendung eines Tetraalkylammoniumsalzes, vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel, entfernt werden. Beispiele für geeignete Elektrolytgemische sind Tetramethylammoniumchlorid/Methanol, Tetramethylammoniumbromid/Acetonitril und Tetrabutylammoniumperchlorat oder Tetrafluorborat in N,N-Dimethylformamid.
Von einigen der 3,3-disubstituierten Zwischenverbindungen wird angenommen, daß es neuartige Verbindungen sind, vor allem diejenigen Verbindungen der Formel II, worin R4 Carboxy oder Hydroxymethyl ist und R1 keine Sulfonylgruppe ist. Daher schließt die Erfindung auch N-substituierte-Azetidincarboxylatderivate der Formel
Phenyl - CH - N
cooY
ein, worin R3 und Y die oben erläuterten Bedeutungen haben und X die Gruppe CH2OH oder COOY darstellt, worin Y ein Wasserstoff-, oder Alkali- oder Erdalkalimetallatom darstellt.
Ausführungsbeispiele
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den folgenden Beispielen erläutert. Alle Produkte wurden spektrographisch durch IR-Spektren in Nujol-Null und mit Hilfe von 1H N.M.R.-Spektren charakterisiert.
Beispiel 1 Elektrochemische Oxydation von N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl) azetidin
Ein 200ml-Becherglas wurde mit einer zylindrischen Nickelplattenanode (Höhe 4,0cm, Durchmesser 4,50cm) und einer Stahlnetzkatode (Höhe4,0cm, Durchmesser 4,40cm; Netz-Spezifikation: Maschen 0,16mm, Drahtdicke 0,1 mm) ausgestattet, die sich innerhalb der zylindrischen Anode befand und von der Anode durch einen Polypropylennetzzylinder (Höhe 4,5cm, Durchmesser 4,45cm; Netzspezifikation: Maschen 0,18 mm, Faserdicke 0,15 mm) getrennt war. Die auf diese Weise gestaltete elektrolytische Zelle wurde mit einem Polypropylendeckel und mit einem Magnetrührstab versehen, damit der Zelleninhalt kräftig gerührt werden konnte.
150ml einer wäßrigen 1,0M Lösung von Natriumhydroxid wurden in die Zelle eingefüllt, und 15,5g N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin wurden zugegeben und unter Rühren gelöst, worauf 0,5g Nickel(ll)-nitrat in 1 ml Wasser folgten. Die Elektrolyse wurde bei 25°C 30 Stunden lang durch Hindurchleiten eines Stromes von 0,6 A durch die Zelle vorgenommen (9F/Mol N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin). Die Zellenspannung wurde bis zum letzten F/Mol auf 1,9 bis 2,1 V gehalten (etwa die letzten 3 Stunden lang), worauf die Spannung auf 2,5V anstieg.
Der Elektrolyt wurde filtriert und ergab eine hellgelbe Lösung, die unter reduziertem Druck bis auf ein Drittel ihres ursprünglichen Volumens eingedampft wurde. Es wurde konzentrierte Chlorwasserstoffsäure zugegeben, bis ein pH-Wert von 2 erreicht war, und das Gemisch wurde 16 Stunden lang stehen gelassen. Der ausgefällte weiße Feststoff wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, so daß N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure in Form eines weißen Pulvers gewonnen wurde (10,9g Reinheit, HPLC, 92%).
Das Produkt zersetzte sich bei Erwärmung (daher kein eindeutiger Schmelzpunkt) und wurde durch das NMR-Spektrum seines Natriumsalzes (siehe unten) und sein IR-Spektrum charakterisiert:
1800-3000Cm"1 breite Absorption (OH-Banden)
1705 scharfer Peak (COOH)
1640 großer, breiter Peak (COO")
große scharfe Peaks bei 685,720,775,810,825,876.
Durch Zugabe von Natriumhydroxid zu derfreien Säure entstand das Dinatriumsalzin Form eines wasserlöslichen weißen Pulvers (kein F. P.) mit dem folgenden NMR-Spektrum (in D2O):
7,35 ppm 5 H(s) 3,75 ppm 2 H (s) 3,70 ppm 4 H (s)
und dem folgenden IR-Spektrum
3620cm"1 scharfer Peak
1600 großer, breiter Zwillingspeak (COO")
Scharfe Peaks bei 780,755 und 705.
In ähnlicher Weise wurde das Dikaliumsalz in Form eines wasserlöslichen weißen Pulvers hergestellt (kein F. P.), das folgendes IR-Spektrum aufwies:
3625cm"1 scharfer Peak
1600 großer, breiter Peak (COO")
Scharfe Peaks bei 1205 (klein), 1140 (klein), 1080 (klein), 1065 (klein), 1033,965,945,890,870,780,752,720.
Durch die Zugabe von Calcium- oder Magnesiumionen zu einer Lösung des obigen Natriumsalzes ergaben sich die zweibasischen Calcium- bzw. Magnesiumsalze, von denen jedes ein weißes Pulver und schwach" löslich in Wasser war und die die folgenden IR-Spektren aufwiesen:
Calciumsalz: 1 550cm"1 großer, breiter Peak (COO")
1200 scharfer Zwillingspeak
1080 scharf
1035 scharfer Zwillingspeak
Scharfe Peaks bei 950,880 (groß), 785,750,720 (Zwilling), 700
Magnesiumsalz: 1625 und 1565cm"1 große, breite Peaks (COO")
Scharfe Peaks bei 1300,1250,1230 (Zwilling), 1195,1055,1 045,965,925,900,840,800,765,725,705.
Beispiel 2 Elektrochemische Oxydation von N-Benzyl-3-hydroxymethylazetidin
Ein 200ml-Becherglas wurde mit einer flachen Nickelplattenelektrode (6,8 χ 4,7cm) und einer flachen Platinplattenelektrode (4,8 χ 4,8 cm) versehen, die jeweils senkrecht im Abstand von etwa 3 cm eingesetzt wurden. Die auf diese Weise gebildete Elektrolysezelle wurde mit einem Polypropylendeckel und einem Magnetrührstab versehen, um den Zelleninhalt kräftig rühren zu können.
Vor der Aktivierung der Nickelelektrode wurden beide Elektroden mit wäßriger 2 M Chlorwasserstoffsäure gewaschen und anschließend mit Wasser abgespült. Die Nickelelektrode wurde durch eine Modifikation eines bekannten Verfahrens (G.W. D.Briggs, E.Jones&W. F. K.Wynne-Jones,Trans. Faraday So., 1955, 51,1433) aktiviert. Dafür wurden 150ml einer wäßrigen Lösung, die Natriumacetat (0,1 M), Nickel(ll)-nitrat (0,05M) und Natriumhydroxid (0,005M) enthielt, in die Zelle eingefüllt. Ein Strom von 32 mA wurde 10 Sekunden lang durch die Zelle (Nickel als Anode und Platin als Katode) geleitet, und danach wurde die Elektrodenpolarität 5 Sekunden lang umgekehrt. Die Polarität wurde wieder umgekehrt und danach die Verfahrensweise insgesamt 5 Minuten lang wiederholt, wobei sich in diesem Zeitraum eine schwarze Ablagerung auf der Nickelelektrode absetzte. Die Lösung wurde entfernt, die Elektroden und die Zelle wurden mit Wasser abgespült. 150ml einer wäßrigen 0,5M Natriumhydroxidlösung wurden in die Zelle eingefüllt, und N-Benzyl-3-hydroxymethylazetidin (2,0g) wurde zugegeben. Die Elektrolyse erfolgte bei 25°C, indem ein Strom von 0,1 A 24,3 Stunden lang durch die Zelle (Nickel als Anode und Platin als Katode) geleitet wurde (8F/M0I N-Benzyl-3-hydroxymethylazetidin).
Der Elektrolyt wurde mit Diethylether (50 ml, zweimal) extrahiert, und die wäßrige Schicht wurde bis zur Erreichung eines pH-Wertes von 5 mit konzentrierter Chlorwasserstoffsäure angesäuert. Die Lösung wurde anschließend unter reduziertem Druck zur Trockne eingedampft, und der Rückstand wurde mit Methanol (150ml) gewaschen. Nach der Verdampfung des Methanols blieb ein beigefarbener Feststoff (2,4g) zurück, der durch Ionenaustausch unter Verwendung von Harz Dowex 50" (Warenzeichen) gereinigt wurde, um N-Benzylazetidin-3-carbonsäurezu erhalten (1,33g, 62% isolierte Ausbeute).
Beispiel 3 Elektrochemische Oxydation von IM-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin bei 600C
Nach einem Nickelanoden-Aktivierungsschritt und einem Elektrolyseverfahren, ähnlich denen von Beispiel 2, wurde N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin (10,0g) in wäßrigem 2,OM Natriumhydroxid bei 60°C unter Anwendung einer Stromdichte von mA~2 oxydiert, bis 12,6F/Mol N-Benzyl-SjS-bjsOiydroxymethyOazetidin hindurchgelaufen waren.
Der Elektrolyt wurde gekühlt, mit Diethylether (50 ml, zweimal) extrahiert und bis zur Erreichung eines pH-Wertes von 2 mit konzentrierter Chlorwasserstoffsäure angesäuert. Die Lösung wurde 2 Stunden lang am Rückfluß gekocht, danach bis auf einen pH-Wert von 7 mit wäßriger Natriumhydroxidlösung neutralisiert und zur Trockne eingedampft. Der dadurch gewonnene Feststoff wurde in siedendem Isopropylalkohol gerührt und das Natriumchlorid durch Filtration entfernt. Der Isopropylalkohol wurde verdampft, um N-Benzylazetidin-3-carbonsäure in Form eines hellgelben Feststoffes zu gewinnen (8,13g, Reinheit 80%, isolierte Ausbeute 70%).
Beispiel 4 Elektrochemische Oxydation von N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin mit einer „Swiss Roll" Zelle, mit nachfolgender Verarbeitung zu dem Natriumsalz von 1-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure
Für diesen Versuch wurde ein elektrochemischer „Swiss Roll"-Reaktor eingesetzt. Die Konstruktion dieser Zelle wird ausführlich in J. Electroanal.Chem. 65 [1975] 885ff beschrieben. Die Zelle wurde als Teil einer Flüssigkeitszirkulationsschleife verwendet, die aus einer Pumpe, einem Durchflußmengenmeßgerät, der „Swiss RoIT-ZeIIe (die eine Anodenfläche von 0,6 m2 hat), einem Wärmeaustauscher und einem Rührbehälter bestand. Der Behälter diente zur Trennung des im Reaktor erzeugten Wasserstoffgases von der Flüssigkeit und wurde auch zur Zugabe von Bestandteilen und zum Messen des pH-Wertes genutzt. Die Zelle wurde vorbehandelt, indem durch sie eine 0,03 M Salpetersäurelösung in Wasser und anschließend eine Lösung von 25,5g NaOH (0,64 Mol) in 350g Wasser, der eine Lösung von 5mMol Ni(NO3)2 zugesetzt worden war, zirkulierten. Während der Zirkulation der basischen Nickelsalzlösung wurde ein Strom von 2 A10 Minuten lang durch die Zelle geleitet. Dadurch wurde der größte Teil des kolloidalen Nickelhydroxids, das durch Vermischen von Ni(NO3)2 mit der NaOH-Lösung entstanden war, auf der Elektrodenoberfläche ausgefällt.
Zu der Lösung wurde eine Lösung von 43,9g (0,21 Mol) N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin in 40 g Wasser gegeben. Dieses Gemisch wurde durch eine Ladung von 49Ah (1,83 F, 8,7 F ΜοΓ1) bei einer Zellspannung von 2 bis 2,5V oxydiert. Die Zeitmittel-Stromdichte betrug 33A/m~2. Die Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit betrug 5SI/h~1. Die Temperatur der Flüssigkeit schwankte zwischen 20 und 3O0C. Verschiedene, während der Reaktion entnommene Proben machten 10% des ursprünglichen Einsatzes von Ausgangsmaterial aus.
Die resultierende Lösung wurde mit Ether zur Entfernung von Verunreinigungen (0,6g) extrahiert und anschließend durch Abdestillieren von Wasser bei reduziertem Druckauf 237g* eingeengt. Zu der Lösung wurden 750ml 96%iges Ethanol gegeben. Dadurch erfolgte die Präzipitation eines weißen Salzes. Nach einstündigem Rückflußkochen dieses Gemischs bei 85°C und anschließendem Kühlen auf Raumtemperatur wurde das Salz abfiltriert. Das Filtrat wurde bei reduziertem Druck wieder auf 69 g eingeengt. Dazu wurden 400 ml 96%iges Ethanol gegeben. Nach 1 Stunde Rückflußkochen und anschließender Kühlung auf Raumtemperatur wurde das Präzipitat abfiltriert.
Die zusammengenommenen Präzipitate ergaben nach dem Trocknen 46,3g enthielten 66 Ma.-% des Dinatriumsalzes von N-Benzylazetidin-S^-dicarbonsäure nach der HPLC. Die Ausbeute in bezug auf das Ausgangsmaterial betrug 57 Mol-%. Nach der NMR-Spektroskopie enthielt das Präzipitat kein anderes organisches Material, die restlichen 34% waren Natriumcarbonat.
Beispiel 5 Elektrochemische Oxydation von N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin mit einer „Swiss Roll" Zelle mit anschließender Verarbeitung zu dem Dinatriumsalz von 1-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure
Bei der verwendeten Zelle handelte es sich um einen elektrochemischen „Swiss Roll" Reaktor. Jede Elektrode bestand aus Nickelganze. Der Fadendurchmesser der Gaze betrug 0,32 mm und der Abstand zwischen den Fäden 0,8 mm. Die makroskopische wirksame Oberfläche jeder Elektrode (das heißt die zusammengefaßte Oberfläche ihrer beiden flachen Oberflächen) betrug 0,5m2. Die Elektroden waren durch ein gewebtes Polypropylennetz annähernd 0,8mm voneinander entfernt. Die Zelle wurde als Teil einer Flüssigkeitszirkulationsschleife verwendet, die mit einer Pumpe, einem Durchflußmengenmeßgerät, der elektrochemischen Zelle, einem Absetzbehälter zur Entfernung von in der Zelle entwickeltem Gas und einem Rühr-Mischbehälter ausgestattet war. Das Kühlen der Flüssigkeit erfolgte durch eine um den Absetzbehälterund den Mischbehälter angebrachte wassergespeiste Verkleidung.
5,0g Nickelnitratexahydrat wurden in 10ml Wasser gelöst. 342g N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetiden wurden in 700ml Wasser gelöst. 232g Natriumhydroxid wurdenjn 500ml Wasser gelöst. Die Lösungen wurden in den Mischbehälter gefüllt, zu dem Wasser bis zu einem Gesamtvolumen von 1,51 zugegeben wurde. Die Lösung wurde gemischt und die Spannung auf 2,3V eingestellt. Die Stromdichte betrug 300Am"2. Die Zirkulationsgeschwindigkeit lag bei 60 Litern/Stunde. Die Temperatur dej; in die Zelle eintretenden Lösung betrug 350C und die der die Zelle verlassenden 50°C. Die Elektrolyse wurde 1 Vi Stunden lang durchgeführt, bis annähernd 9,0F/Mol Diol hindurchgelaufen waren. Die Stromdichte wurde danach auf etwa 40Am"2 gesenkt, um die kleine übrige Menge des Ausgangsmaterials umzuwandeln, ohne dabei eine unangemessene Wasserzersetzung hervorzurufen. Die während des Verfahrens angewandte Zeitmittel-Stromdichte betrug annähernd 250Am"2. Das System wurde entleert und mit Wasser gespült. Das Wasser wurde unter reduziertem Druck verdampft, bis die Kristallisation einsetzte. Methanol wurde in einem Volumen, das annähernd das Doppelte der übrigen Lösung betrug, im Laufe von V2 Stunde bei 6O0C zugesetzt. Die resultierende Lösung konnte in zwei Stunden auf Umgebungstemperatur abkühlen. Abgesetzte grobe Kristalle wurden durch Filtration entfernt, in Methanol gewaschen und getrocknet. Methanol und Wasser wurden aus dem Filtrat bis zum Beginn der Kristallisation verdampft. Methanol wurde danach in einem Volumen, das annähernd das Doppelte der übrigen Lösung betrug, im Laufe von V2 Stunde bei 6O0C zugegeben. Die resultierende Lösung konnte im Laufe von 2 Stunden auf Umgebungstemperatur abkühlen, und die resultierenden Kristalle wurden zu dem ersten Posten gegeben. Die zusammengenommenen Präzipitate zeigten nach dem Trocknen, daß sie annähernd 65% des Dinatriumsalzes von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure enthielten, wobei der Rest von Natriumcarbonat gebildet wurde. Die Ausbeute in bezug auf das Ausgangsmaterial betrug annähernd 70 Mol-%.
Beispiel 6 Oxydation von N-Benzyl-3,3-bis(Hydroxymethyl)azetidin mit vorgeformtem Nickelperoxid
A) 10%iges wäßriges Natriumhypochlorit (150ml), das 32,3g Natriumhydroxid enthielt, wurde unter Rühren zu 6,0Äq. (100g) Nickelsulfat in 230ml Wasser im Laufe von V2 Stunde bei Raumtemperatur gegeben. Nach einer weiteren Stunde wurde das resultierende schwarze Präzipitat abfiltriert, mehrmals mit Wasser gewaschen und danach in einem Exsikkator über Calciumchlorid getrocknet. Das resultierende Nickelperoxid enthielt 0,0037 g atomaren aktiven Sauerstoff je Gramm Produkt.
B) N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin (2,1 g, 1OmMoI), Natriumhydroxid (1,6g, 4OmMoI) und Wasser (30ml) wurden bei Umgebungstemperatur (200C) miteinander verrührt. Das Rühren wurde während der Zugabe des oben genannten Nickelperoxids (22 g) für insgesamt 24 Stunden fortgesetzt. Nickelhydroxid setzte sich als grünes Präzipitat ab und wurde abfiltriert, so daß eine gelbgefärbte wäßrige Lösung zurückblieb, die unter reduziertem Druck zur Trockne eingedampft wurde. Von dem festen Rückstand wurde durch Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie gezeigt, daß er mehr als 80 Ma.-% N-Benzyl-azetidin-3,3-dicarbonsäure-Dinatriumsalz enthielt.
Beispiel 7 Oxydation von N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin mit in situ Nickelperoxid
Brom (10,6g) wurde im Laufe von 8 Stunden langsam bei 20°C zu einem Gemisch von N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin (2,1g) in Wasser (50ml) gegeben, das Natriumhydroxid (9,3g) und Nickelchlorid 6,0Äq. (1,5g) enthielt. Nach Rühren über Nacht wurde das grüne Präzipitat von Nickelhydroxid abfiltriert, und das Filtrat wurde zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wurde in Ethanol gekocht, und das unlösliche Material (verlangtes Produkt in Form von Natriumsalz und Natriumbromid) wurde abgetrennt und zur Gewinnung der N-Benzyl-äzetidm-3,3-dicarbonsäure verarbeitet.
Beispiel 8 Oxydation von N-Tosyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin mit in situ Nickelperoxid
Natriumhydroxid (6,3g) wurde in Wasser (50ml) gelöst, und Nickelchlorid (1 g) und N-Tosyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin (4,4g) wurden zugegeben. Unter kräftigem Rühren und Kühlen wurde Brom (9,6g) im Laufe von 6 Stunden zu der grünen Suspension gegeben. Das Gemisch wurde über Nacht gerührt, und die letzten Spuren von Nickelperoxid wurden mit Natriumsulfit zerstört. Das grüne Präzipitat wurde abfiltriert und das klare Filtrat mit Chlorwasserstoffsäure bis auf einen pH-Wert von 1 angesäuert. Durch Etherextraktion wurde das verlangte Produkt, N-Tosylazetidin-3,3-dicarbonsäure, gewonnen.
Beispiel 9 Erzeugung von Nickelperoxid mit Chlor
Nach einer ähnlichen Verfahrensweise wie der in Beispiel 8 beschriebenen, bei der aber Brom durch Chlor ersetzt wurde, wurde nach der Entfernung von grünem Präzipitat ein klares Filtrat des Produkts gewonnen. Dieses Filtrat wurde eingekocht, Ethanol (50 ml) wurde zugesetzt. Die ausgefällten Natriumsalze wurden abfiltriert, in Wasser (25 ml) aufgenommen und mit36%igerHCI bis zu einem pH-Wert von 1 angesäuert, so daß ein weißes Präzipitat von N-Tosylazetidin-3,3-dicarbonsäure gewonnen wurde.
Beispiel 10 Erzeugung von Nickelperoxid mit Natriumpersulfat
Nach einer ähnlichen Verfahrensweise wie der in Beispiel 8 beschriebenen, bei der aber Brom durch Natriumpersulfat (Na2S2Os, 20g) ersetzt wurde, wurde ein Gemisch von N-Tosylazetidin-3,3-dicarbonsäure und N-Tosyl-S-hydroxymethyl-S-carboxyazetidin gewonnen.
Beispiel 11 Oxydation von N-Benzyl-3-hydroxymethylazetidin mit in situ Nickelperoxid
Natriumhydroxid (1,7g) und Nickelchlorid (0,35g) wurden in Wasser (20ml) gelöst. N-Benzyl-3-hydroxymethylazetidin (1,06g) wurde in Dioxan (10 ml) gelöst, und die beiden Lösungen wurden zur Gewinnung einer milchigen Emulsion vermischt. Brom (2 g) wurde tropfenweise im Laufe von 4 Stunden bei 20°C zugesetzt, und nach einer weiteren Rührzeit von 3 Stunden wurde das überschüssige Nickelperoxid mit Natriumsulfit zerstört und das Präzipitat abfiltriert.
Das klare Filtrat wurde zuerst bis auf einen pH-Wert von 3 angesäuert und mit Ether extrahiert, dann bis zu einem pH-Wert von 7 mit Natriumhydroxid neutralisiert, und die Lösung wurde bis zur Trockne gekocht. N-Benzylazetidin-3-carbonsäure wurde von den Salzrückständen zurückgewonnen.
Beispiel 12 Herstellung von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure aus dem rohen Dinatriumsalz
Eine Portion von 49,3g des rohen Dinatriumsalzes von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure, hergestellt nach dem in Beispiel 4 beschriebenen Verfahren, mit einer Reinheit von 72,6% und 128mMol entsprechend, wurde in 150 ml Wasser gelöst. Diese Lösung wurde bei Raumtemperatur durch langsame (1 h) Zugabe von konzentrierter Chlorwasserstoffsäure (36%ig) angesäuert, bis ein pH-Wert von 1,5 erreicht war. Das Präzipitat wurde filtriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet, so daß 27,3 g N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure mit einer Reinheit von 100% nach der HPLC gewonnen wurden. Molausbeute 91% in bezug auf das Dinatriumsalz.
Beispiel 13 Herstellung von N-a-Methylbenzylazetidin-3,3-dicarbonsäure durch Oxydation mit in situ Nickelperoxid
A) 2,2-Bis(brommethyi)-propan-1,3-diol (104,3g) und Aceton (34,8g) wurden in Petrolether (62/82; 150cm3) gelöst, p. Toluensulfonsäure (0,4g) wurde zugesetzt und das Reaktionsgemisch 4V2 Stunden lang über einem Dean Stark Wasserabscheider am Rückfluß gekocht. Das Petroletherlösungsmittel und das überschüssige Aceton wurden abdestilliert, und Natriumcarbonat (42,5g) und Xylen (20 cm3) wurden zu dem Acetalprodukt gegeben, gefolgt von Dl-a-methylbenzylamin (48,5g), Natriumhydroxid (33,5g) und Xylen (60cm3). Dieses Gemisch wurde unter kräftigem Rühren über einem Dean Stark Wasserabscheider gekocht und etwas Xylen abdestilliert, um eine Reaktionstemperatur von 160°C zu erreichen.
Nach 62 h wurde das Gemisch auf etwa 50°C abgekühlt, weiteres Xylen zugegeben, die festen Rückstände abfiltriert und das Filtrat mit Wasser gewaschen. Die Xylenphase wurde danach mit kleinen Portionen von 20%iger Chlorwasserstofflösung gewaschen, bis die Wasserschicht sauer blieb. Die zusammengenommenen HCI-Extrakte wurden unter kräftigem Rühren mit festem Natriumhydroxid zu einem pH-Wert von 12,4 basisch gemacht. Der weiße Feststoff wurde abfiltriert, gewaschen und getrocknet, um N-a-methylbenzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin mit folgenden NMR-Spektrum (in CDCI3-CD3OH) zu gewinnen:
7,18ppm5H(s)
3,3ppm1H(m)
3,65ppm4H(s)
2,95ppm4H(m)
1,15ppm3H(d)
B) Natriumhydroxid (12,6g) und Nickelchlorid (2,0g als Hydrat) wurden in Wasser (100cm3) gelöst, und das Diolproduktvon A (6,63g) wurde zugegeben. Brom (20,5g) wurde tropfenweise bei 25°C unter kräftigem Rühren in einem Zeitraum von 4h zugesetzt. Das Gemisch wurde über Nacht (15 h) gerührt, wobei sich die schwarze Farbe in Grün verwandelte. Das ausgefällte Nickelhydroxid wurde abfiltriert, und der Rückstand wurde weiterbehandelt, um das Dinatriumsalz von N-a-Methylbenzylazetidin-3,3-dicarbonsäure in Form eines wasserlöslichen weißen Pulvers (kein F. P.) mit folgenden NMR-Spektrum (in D2O) zu erhalten:
7,40 ppm 5 H(s) 1,25 ppm 3 H (d) 3,5ppm5H(m)
Das IR-Spektrum hatte folgende Peaks: 1620cm"1 groß, breit (COO") 1380 (klein), 1340 (klein), 1205 (klein), 1145,805 (klein, 765,705.
Die freie Säure wurde ebenfalls durch Lösen des Dinatriumsalzes in Wasser und Ansäuerung mit H Cl bis zu einem pH-Wert von 1,8 gewonnen dieses Produkt hatte die folgenden IR-Spektrum-Peaks:
1800-2800CnT1 breit (OH)
1730(COOH)
1600 groß, breit (COO") *
855,767,710,662.
Beispiel 14
Nach einer ähnlichen Verfahrensweise wie der von Beispiel 13 wurde N-Benzhydryl-azetidin-3,3-dicarbonsäure hergestellt, die folgendes NMR-Spektrum (D2O + NaOH) hatte:
7,25ppm10H(m) 4,4ppm 1 H (s) 3,5ppm 4H (s)
Beispiel 15 Herstellung von N-Benzyl-3-hydroxymethyl-azetidin-3-carbonsäure durch elektrolytische Oxydation
Ein 800-ml-Becherglas wurde mit einer zylindrischen Nickelnetzanode (Höhe 13,5cm, Durchmesser 8cm; Netzspezifikation: Maschen 0,16 mm, Drahtdicke 0,1 mm) und einer in der Mitte angebrachten Stabkatode aus rostfreiem Stahl (Durchmesser 2 cm) ausgestattet. Die auf diese Weise gebildete Elektrolysezelle wurde mit einem Teflon-Deckel und einem Magnetrührstab versehen, um den Zelleninhalt kräftig rühren zu können.
Nach einem Aktivierungsschritt der Nickelanode ähnlich dem von Beispiel 2 wurde die Zelle mit 100 ml einer wäßrigen 1,0M Natriumhydroxidlösung beschickt und N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin (20,7g) wurde zugegeben. Die Elektrolyse wurde bei 25°C ausgeführt, indem ein Strom von 0,62 A 6,0 Stunden lang durch die Zelle (Nickel als Anode, Stahl als Katode) geleitet wurde, worauf das Hindurchleiten eines Stromes von 3,5 A (gleiche Elektrodenpolarität) für eine Dauer von 5,0 Stunden folgte (insgesamt 8F/Mol N-Benzyl-3,3-bis(hydroxymethyl)azetidin.
Das Elektrolyseprodukt wurde durch Austreiben des größten Teiles des Wassers behandelt, wodurch etwa 60 g eines halbfesten Rückstandes zurückblieben, der in 200ml Ethanol aufgekocht wurde. Nach dem Kühlen wurde der Feststoff abfiltriert, so daß N-Benzyl-azetidin-3,3-dicarbonsäure, Dinatriumsalz gewonnen wurde. Das Ethanolfiltrat wurde eingedampft und die übrige Lösung von konzentriertem AIkIaIi mit Tetrahydrofuran (200 ml) verrührt, so daß sich ein weißer Feststoff an der Grenzfläche zwischen der gelben oberen Schicht und einer farblosen wäßrigen Schicht ergab. Dieser Feststoff wurde über einem Glasfilter zurückgewonnen und mit Tetrahydrofuran gewaschen, um das Natriumsalz von N-Benzyl-S-hydroxymethyl-azetidin-S-carbonsäure zu gewinnen.
Dieses Salz wurde in Wasser gelöst, die unlöslichen Verunreinigungen wurden abfiltriert, bis zu einem pH-Wert von 2 mit Chlorwasserstoffsäure angesäuert und mit Ether extrahiert. Das Produkt wurde anschließend mit Natriumhydrogencarbonat neutralisiert (pH-Wert 7), und die Aminohydroxysäure wurde von anorganischen Stoffen durch Standard-Verfahren getrennt, so daß 5g eines weißen Feststoffes entstanden, der als N-Benzyl-S-hydroxymethyl-azetidin-S-carbonsäure identifiziert wurde und die folgenden Spektralkennwerte aufwies:
NMR 7,50 ppm 5 H(s) (D2O) 4,35 ppm 2 H(s)
4,20 ppm 2 H (s)
4,12 ppm 2 H(s)
3,72 ppm 2 H (s)
IR Peaks bei 3250 (groß, breit), 1800-2800 (breit; OH-Banden), 1620 (groß, breit COO"), 1 060 (groß, scharf), 880,760,705.
Beispiel 16 Umwandlung von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure in N-Benzylazetidin-3-carbonsäure
Ein Gemisch von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure (6,0g, 25mMol) und Essigsäure (60g) wurde unter Rühren auf 950C erhitzt. Das führte zur Entwicklung von CO2 und zur Auflösung des Feststoffes. Nach 1 h bei 95°C hatte die Gasentwicklung aufgehört, und die NMR-Analyse zeigte, daß die Decarboxylierung zu N-Benzylazetidin-3-carbonsäure vollständig war.
Beispiel 17 Umwandlung von Dinatriumsalz von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure in N-Benzyl-3-carboxyazetidin
Ein Gemisch des Dinatriumsalzes von N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure und Natriumcarbonat (annäherndes Masseverhältnis 2:1, Gesamtmasse7,5g) wurde in 100ml einesToluen-Essigsäure-Gemisches (2/1 V/V) gelöst, wobei sofort die Entwicklung von Kohlendioxid von dem Natriumcarbonat einsetzte. Das Gemisch wurde erwärmt und gerührt und dann über einem Dean Stark Wasserabscheideram Rückfluß gekocht. Nach V2 Stunde hatte die Entwicklung von Kohlendioxid aufgehört, und 1,5 ml eines Essigsäure-Wasser-Gemisches waren abgetrennt worden..Oie leicht trübe Lösung wurde auf Raumtemperatur gekühlt. Ein weißer flockiger Natriumacetat enthaltender Feststoff wurde durch Filtration entfernt. Durch Destillation des klaren Filtrats wurden 4,5g N-Benzyl-3-carboxy-azetidin gewonnen.
Beispiel 18 Umwandlung von N-Benzylazetidin-3-carbonsäure in Azetidin-3-carbonsäure
Die in Beispiel 16 hergestellte Lösung von N-Benzylazetidin-3-carbonsäure wurde auf 5O0C gekühlt, und 0,6g eines Palladiumauf-Holzkohle-Katalysators (der 10Ma.-% Palladium enthielt) wurden zugegeben. Anschließend wurde Wasserstoff mit atmosphärischem Druck 3h lang durchgeblasen. Die NMR-Spektroskopie zeigte, daß die Hydrogenolyse zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen war. Der Katalysator wurde abfiltriert, und dasFiltrat wurde bei reduziertem Druck eingeengt, bis sich Kristalle zu bilden begannen. Durch die Zugabe von Isopropanol (50 ml) wurde das Produkt ausgefällt. Filtration und Trocknen des Präzipitats ergaben 2,39g Azetidin-3-carbonsäure, Reinheit 97,4% nach HPLC, was einer Ausbeute von 93% in bezug auf N-Benzylazetidin-3,3-dicarbonsäure von Beispiel 16 entspricht.
Beispiel 19 Umwandlung von N-Tosylazetidin-3-carbonsäure in Azetidin-3-carbonsäure
Eine 100-ml-Becherzelle mit Wassermantel wurde mit einer Quecksilberflüssigkeitskatode mit einer annähernden Fläche von 10cm2 und parallel zur Katode mit einer Platinspiralanode, die in einer Glasanodenkammer (Volumen 10 ml) untergebracht war und durch eine poröse Sinterglasscheibe von dem Elektrolyten getrennt war, ausgestattet. Das Katodenpotential wurde mit Hilfe eines vorstehenden Kapillarrohres (dessen Spitze 1 bis 2 mm von der Quecksilberflüssigkeit entfernt eingestellt war) und einer gesättigten Calomelelektrode gesteuert. Luft wurde aus der Katodenkammer durch ständiges Hindurchleiten von Stickstoff durch den Katolyten ausgeschlossen. Die auf diese Weise gebildete Elektrolysezelle war mit einem Polypropylendeckel und einem Magnetrührstab versehen, um das flüssige Quecksilber und den Inhalt der Katodenkammer rühren zu können. Sowohl die Katoden-und Anodenkammern als auch das vorstehende Kapillarrohr wurden mit 0,1 MTetra-n-butylammoniumtetrafluorborat in Ν,Ν-Dimethylformamid gefüllt. N-Tosylazetidin-3-carbonsäure (1,0g) wurde in die Katodenkammer gegeben. Die Elektrolyse wurde bei annähernd 15°C ausgeführt, wobei das Katodenpotential auf-2,2 V für 650 Coulomb (1,5F/Mol N-Tosylazetidin-3-carbonsäure) und anschließend auf —2,5V für weitere 650 Coulomb gehalten wurde.
Der Katolyt wurde aus der Zelle entfernt, und das Ν,Ν-Dimethylformamid wurde unter Hochvakuum abdestilliert, so daß annähernd 5ml gelbe Lösung zurückblieben. Eisessig (0,2 ml) wurde zugesetzt und der ausgefällte Feststoff durch Filtration gesammelt. Die Analyse dieses Materials mit Hilfe der N MR-Spektroskopie und der Dünnschichtchromatographie zeigte, daß es sich vorwiegend um Azetidin-3-carbonsäure handelte (0,09g, Ausbeute 25%).
Beispiel 20 Umwandlung von N-Tosylazetidin-3-carbonsäure in Azetidin-3-carbonsäure
N-Tosylazetidin-3-carbonsäure (2,0g) wurde in Wasser (20ml) suspendiert und mit 20%igem wäßrigem Tetraethylammoniumhydroxid neutralisiert (pH-Wert 7 bis 8). Das Wasser wurde unter reduziertem Druck entfernt, so daß ein weißer Feststoff gewonnen wurde (3,0g, Ausbeute 100%).
Eine Portion (1,0g) dieses Materials wurde in die in Beispiel 19 beschriebene Elektrolysezelle gegeben, die mit dem gleichen Lösungsmittel und Trägerelektrolyten gefüllt war. Die Elektrolyse wurde bei etwa 2O0C vorgenommen, wobei das Katodenpotential auf -1,5Vfür insgesamt 550 Coulomb gehalten wurde (!,SF/MolTetraethylammonium-N-tosylazetidin-S-carboxylat). Durch Anwendung dergleichen in Beispiel 19 beschriebenen Verfahrensweise zur Produktisolierung wurde .· Azetidin-3-carbonsäure gewonnen. (0,17g, Ausbeute 54% in bezug auf N-Tosylazetidin-3-carbonsäure).
Beispiel 21 Umwandlung von N-Tosylazetidin-3-carbonsäure in Azetidin-3-carbonsäure
N-Tosylazetidin (12g) wurde in wäßriger 65%iger Salpetersäure (180 ml) 2V2 Stunden lang gerührt, wobei die Temperatur von —30°C auf Umgebungstemperatur ansteigen konnte. Wasser wurde durch Destillation entfernt, und der resultierende Feststoff wurde in Wasser gelöst und mit Ethylacetat extrahiert, um 7,3g N-Nitroazetidin-3-carbonsäure zu erzeugen. 0,5g von 5% Palladium-auf-Holzkohle-Katalysator wurden in 10ml Methanol, das 4,4%ige Ameisensäure enthielt, suspendiert. 0,5g N-Nitroazetidin-3-carbonsäure, in 10ml desgleichen Lösungsmittels gelöst, wurden langsam zugegeben. Die Temperatur der Lösung stieg an und es entwickelte sich ein Gas. Nachdem sich das Reaktionsgemisch gesetzt hatte, wurde der Katalysator abfiltriert und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt, so daß 0,33g Azetidin-3-carbonsäure gewonnen wurden.
Beispiel 22 Umwandlung von N-Tosylazetidin-3-carbonsäure in Azetidin-3-carbonsäure
1,45g metallisches Natrium wurden zu einer Lösung von 6,0g Naphthalen in 50 ml Dimethylether gegeben. Nach 2 Stunden war das Metall in einen dunkelgrünen Komplex umgewandelt worden, und 3,8g N-Tosylazetidin-3-carbonsäure wurden im Laufe von V2 Stunde zugegeben, wobei die Temperatur unter 30°C gehalten wurde. Das Reaktionsgemisch wurde 2 Stunden lang gerührt, und die Farbe schlug in orange-braun um. Durch Verdampfen des Lösungsmittels entstand ein Gemisch, das 3-Carbonsäure-Natriumsalz enthielt, und durch die Ansäuerung mit wäßrigem Chlorwasserstoff und die anschließende Extraktion mit Diethylether entstand eine wäßrige Lösung von Azetidin-3-carbonsäure. !"

Claims (1)

  1. Erfindungsanspruch:
    1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel:
    cooh
    oder eines Salzes davon, worin R1 ein Wasserstoffatom oder eine Gruppe der Formel R2SO2 oder Phenyl-CH(R3)- darstellt, in der R2 eine Phenyl- ToIyI- oder C^-Alkylgruppe ist und R3 ein Wasserstoffatom oder eine Phenyl- oder C^-Alkylgruppe
    darstellt, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren darin besteht, daß Nickel in einem Oxydationszustand von mindestens 3 mit einem 3-Hydroxymethylazetidinderivat der Formel Il
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DK169386A (da) 1986-10-17

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