DD287256A5 - Verfahren zur herstellung von chiralen wasserloeslichen ammoniumalkansulfonsaeuren sowie deren salzen und sulfobetainen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von chiralen wasserlöslichen Ammoniumalkansulfonsäuren sowie deren Salzen und Sulfobetainen, die als Hilfsstoffe für chirale chromatographische Trennung sowie für Katalysatoren in wässrigen Lösungen und in Mehrphasensystemen eingesetzt werden können. Erfindungsgemäß werden chirale primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, Imide oder Aminosäuren mit aliphatischen Sultonen in Protischen oder nichtprotischen Lösungsmitteln bei Temperaturen zwischen 0 und 200 Grad C umgesetzt.{chirales Amin; Sulfonat; Übergangsmetallverbindung; Mehrphasensystem; Sulton; Sulfobetain; Aminoalkansulfonsäure; chromatographische Trennung; Katalysator}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von chiralen wasserlöslichen Ammoniumalkansulfonsäuren sowie deren Salzen und Sulfobetainen.

Die erhaltenen Verbindungen können als chirale Phasen-Transfer-Katalysatoren - in Verbindung mit Übergangsmetallen - in asymmetrischen Katalysatoren Anwendung finden. Ferner sind sie auch in der Chromatographie, z.B. in der HPLC oder in der Säulenchromatographie, als chirale Reagenzien in der mobilen Phase zur Trennung von chiralen Substanzen oder als spezifische Detergenzien einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt ist eine Reihe von wasserlöslichen Liganden für katalytisch wirkende Übergangsmetallkomplexe, deren Hydrophilie auf dem Vorhandensein von Hydroxy-, Polyether-, Carboxy-, Ammonium- oder Sulfonatgruppen beruht (F. Joo, Z. Toth, J. Mol. Catal.8 369 [1980]). Davon hat die Sulfongruppe die größte Bedeutung erlangt. Prinzipiell ist die Umsetzung von Aminen mit Alkensultonen seit langem bekannt (J. H. Helberger, G. Manecke, J. R. Heydon, J.Liebigs Ann. Chem. 565,22 [1949], I.Zeid, I. Ismail, J.üebigs Ann. Chem. 667 [1974]).

Kunitakeet al. nutzte 1,3-Propansultonzur Darstellung von langkettigem amphiphilen Ammoniumsulfobetainen als Vesikelbausteine (Y.Okahata, S.Tanamachi, M. Nagai, T. Kunitake, J. Colloid Interface Sei. 82, 401 [1981]). Alle bisher bekannten Umsetzungen von Aminen mitSultonen (s. Übersichtsartikel D.N.Roberts, D.L.Williams,Tetrahedron 43,1027 [1987]) führten nicht zu chiralen o. g. Verbindungen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von chiralen aliphatischen oder araliphatischen Ammoniumsulfonsäuren und Sulfobetainen, die als neue wasserlösliche Verbindungen in katalytisch wirksame Systeme oder als Hilfsstoffe für chirale chromatographische Trennungen eingesetzt werden können, zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Ausgangsverbindungen die Darstellung sulfonierter wasserlöslicher chiralerSulfobetaine,Ammoniumalkansulfonsäuren und deren Salze, die als Aminosulfonate vorliegen, auf einfachem Wege zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von chiralen wasserlöslichen Ammoniumalkansulfonsäuren sowie deren Salzen und Solfobetainen der allgemeinen Formel I,

R*¹R²R³N⁺CHR⁴(CH₂)_nSO₃" I

in der

r»i = r2=r3 chjrales Alkyl, Cycloalkyl, Arylalkyl oder Arylalkenyl,

R*¹ = R² mit oben vorbezeichneter Bedeutung und

R³ Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl oder substituiertes Alkyl,

R*¹ mit oben vorbezeichneter Bedeutung oder auch Carboxyalkyl,

R²=R³ Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl oder substituiertes Alkyl,

R*¹ mit oben vorbezeichneter Bedeutung oder auch Carboxyalkyl und

R² und R³ die gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl

oder substituiertes Alkyl und

R⁴ Wasserstoff oder Alkyl

darstellen, indem erfindungsgemäß ein chirales, primäres, sekundäres oder tertiäres Amin, Imid oder eine Aminosäure der allgemeinen Formeln II, III und IV,

R*¹NH₂ Il

R*¹R²NH III

Ff¹R²R³N IV

in denen R*¹, R² und R³ die oben genannten Bedeutungen haben,

mit einem aliphatischen Sulton der allgemeinen Formel V, R⁴

in der

R⁴ die oben genannte Bedeutung hat und

η eine ganze Zahl gleich 2 oder 3 ist,

oder auch mitTolylsulton bei Temperaturen zwischen 0 und 200⁰C in einem Lösungsmittel umgesetzt wird.

Als Sulton werden insbesondere die aliphatischen Sultone 1,3-Propan-, 1,3-Butan-oder 1,4-Butansulton sowie auch Tolylsulton verwendet.

Als Lösungsmittel werden protische und nichtprotische Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische, bevorzugt Ether und Aromaten sowie Alkohole und Ketone beziehungsweise deren Gemische, verwendet.

Die Reaktionstemperatur sollte vorzugsweise zwischen 20 und 120°C betragen.

Als chirale Amine sind (-)- und (+)-a-Phenylethylamin, R-(+)-Bornylamin, N-Methylglucamin, (-)-L-Menthylamin, 1-[4-Nitrophenyl]-1 (S),3-dihydroxy-2(S)-aminopropan („L-Base") und Aminosäuren wie L-Valin, L-Leucin, (+)-L-Prolin, (—)-D-Prolin und L-Valin-tert.-butylamid geeignet.

Häufig, besonders wenn unpolare Lösungsmittel zum Lösen der Ausgangsverbindungen genutzt werden, fallen die Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsgemisch nahezu analysenrein aus. Sie werden durch Waschen mit kalten o.g.

Lösungsmitteln oder durch Säulenchromatographie gereinigt. Auch ein Umkristallisieren aus verschiedenen Lösungsmitteln, bevorzugt aus Alkoholen bzw. Wasser-Alkohol-Gemischen, führt zu sehr reinen Produkten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellte Sulfobetaine, Ammoniumalkansäuren und deren Salze können als wasserlösliche chirale Verbindungen zu asymmetrischen Katalysen oder in mobilen Phasen der Chromatographie von Enantiomerentrennungen eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

606mg (5mmol) (—)-a-Phenylethylamin und 519μΙ (5mmol) 1,4-Butansulton werden in 3ml abs. Toluen fünf Stunden unter Rückfluß gehalten. Nach dem Abkühlen wurde das Lösungsmittel vom gebildeten Niederschlag dekantiert, das Kristallisat mehrfach mit Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet.

Ausbeute: 812 mg (3,15 mmol; 63%) C₁₂H₁₉O₃NS = 257,35

[α]" = -19,9° (с = 1,35, MeOH)

ber.%: C = 56,00 H = 7,44 N = 5,45 S = 12,46

gef.%: C = 55,78 H = 7,65 N = 5,3 S= 12,0

Beispiel 2

In eine Lösung von 606 mg (5 mmol) (H-)-a-Phenylethylamin in 3 ml abs. Benzen wurden 610 mg (5 mmol) Propansulton gegeben.

Der Reaktionsansatz wurde bei Raumtemperatur gerührt und über Nacht stehengelassen. Nach ca. einer Stunde ist die Bildung eines Niederschlages zu beobachten. Das gebildete Präzipitat wurde nach 18 Stunden über eine Fritte abgesaugt, dreimal mit Ether gewaschen und im Exsikkator über P₂O₆ getrocknet.

Ausbeute: 1,05g (4,32mmol; 86%) C₁₁Hi₇O₅NS = 243,27

[α]²,² = +20,1° (c = 1,13, H₂O)

ber.%: C = 54,22 H = 7,04 N = 5,76 S = 13,17

gef.%: C = 54,46 H = 6,88 N = 6,0 S = 12,6

Beispiel 3

2mmol (+J-R-Bornylamin-hydrochlorid wurden in 6ml Wasser gelöst und 1 ml 10%ige NaOH zugegeben. Der Ansatz wurde milchig trüb. Die Suspension wurde dreimal mit 10ml Benzen ausgeschüttelt, über Nacht über MgSO₄ getrocknet und im Vakuum das Lösungsmittel entfernt.

Ausbeute: 158 mg (1,1 mmol) (+)-R-Bornylamin.

Das Bornylamin und 134mg (1,1 mmol) Propansulton wurden in 2ml abs. Benzen gelöst und zwei Stunden unter Rückfluß gehalten. Dabei bildete sich ein Niederschlag. Nach dem Abkühlen wurde über eine Fritte abgesaugt, mit Benzen gewaschen und an der Luft getrocknet.

Ausbeute: 260mg (0,9mmol; 86%) C₁₃H₂₆O₃NS = 275,41

[α]²,² = +30,6° (c =1,01, EtOH)

ber.%: C = 56,69 H = 9,15 N = 5,09 S = 11,64

gef.%: C = 56,67 H = 9,10 N = 5,2 S = 11,2

Beispiel 4

722μΙ (4mmol) (—)-L-Menthylamin und 420μΙ (4mmol) 1,4-Butansulton wurden in 5ml abs. Toluen acht Stunden im siedenden Wasserbad erwärmt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, der Rückstand mehrfach mit wenig kaltem Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet. Es wurden spröde, durchsichtige Kristalle erhalten.

Ausbeute: 1,05g (3,6mmol; 90%) C₁₄H₂₉O₃NS = 291,43 [α]²² = -40,3° (c= 1,05, EtOH)

ber.%: C = 57,69 H = 10,03 N = 4,81 S = 11,00

gef.%: C = 56,64 H = 10,14 N = 5,0 S = 11,5

Beispiel 5

244mg (2mmol) 1,3-Propansulton wurden zu einer warmen Lösung von 420mg (2mmol) „L-Base" (s.o.) in 5ml abs. Methanol gegeben. Der Ansatz wurde drei Stunden am Sieden gehalten. Nach dem Abkühlen wurde der gebildete Niederschlag abgetrennt, mit Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet.

Ausbeute: 487mg (1,5mmol; 73%) C₁₂H₁₈₇O₇N₂S = 334,32 Ia]" = -48,7° (c = 1,01, H₂O)

ber.%: C = 43,10 H = 5,43 N = 8,38 S = 9,59

gef.%: C = 43,32 H = 5,65 N = 8,7 S = 9,5

Beispiel 6

230 mg (2 mmol)(+)-D-Prolin und 244 mg (2 mmol) 1,3-Propansulton wurden in 2 ml abs. Ethanol gegeben. Der Ansatz war sofort milchig und wurdezwei Stunden am Sieden gehalten. Nach dem Abkühlen wurde abgesaugt, die ausgeschiedenen Kristalle mit Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet.

Ausbeute: 258mg (1,1 mmol; 54%) C₈H₁₆O₆NS = 237,27 [α]²,² = +24,4° (c = 1,05, H₂O)

ber.%: C = 40,49 H = 6,37 S = 13,51

gef.%: C = 40,65 H = 6,24 S = 12,7

Beispiel 7

576mg (5 mmol) (-)-L-Prolin wurden in 10ml abs. Ethanol 24 Stunden mit 0,80 ml (7,7 mmol) 1,4-Butansulton unter Rückfluß gehalten, das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen, der Rückstand mehrfach mit Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet. Ausbeute: 610mg (3,99mmol; 80%) C₉H₁₇O₆NS = 251,31 [α]²,² = -16,4° (с = 1,83m EtOH) ber.%: S = 11,01 N = 4,81

gef.%: S = 11,8 N = 4,9

Beispiel 8

372 mg (2 mmol) N-Methylglucamin wurden in 4ml abs. Methanol gelöst und 244mg (2 mmol) 1,3-Propansulton zugesetzt. Der Ansatz wurde drei Stunden unter Rückfluß gehalten. Nach dem Abkühlen wurde der kristalline Niederschlag auf der Fritte mehrfach mit Ether gewaschen und im Vakuum getrocknet.

Ausbeute: 469 mg (1,48 mmol; 74%) C₁₀H₂₂O₈NS = 316,34 [α]²,²= -18,9° (с =1,01, H₂O)

ber.%: C = 37,97 H = 7,01 N = 4,43 S = 10,13

gef.%: C = 37,44 H = 7,68 N=4,4 S = 10,0

Beispiel 9

860mg (5mmol) L-Valin-tert.-butylamid und 680mg (5mmol) 1,4-Butansulton wurden in 10ml abs. Ethanol gelöst und 10 Stunden zum Sieden erhitzt. Anschließend wurde der Alkohol im Vakuum entfernt und das Reaktionsprodukt durch Säulenchromatographie an Kieselgel mit dem Eluenten CH₂CI₂/Me0H (7:3, v/v) gereinigt. Ausbeute: 850 mg (2,76mmol; 55%) C₁₃H₂₈O₄N₂S = 308,44 [α]²,² = -13,66° (с= 1,EtOH) Fp. = 126°C, IR = 1 200,1 050/cm.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von chiralen wasserlöslichen Ammoniumalkansulfonsäuren sowie deren Salzen und Sulfobetainen der allgemeinen Formel I,

R*¹R²R³N⁺CHR⁴(CH₂)_nSO₃~ I

in der

R*¹ = R²=R³chirales Alkyl, Cycloalkyl, Arylalky! oder Arylalkenyl,

R^=R² mitoben vorbezeichneter Bedeutung und

R³ Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl oder

substituiertes Alkyl,
oder

R*¹ mit oben vorbezeichneter Bedeutung oder auch Carboxyalkyl und

R²=R³ Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl oder

substituiertes Alkyl,
oder

R*¹ mit oben vorbezeichneter Bedeutung oder auch Carboxyalkyl und

R² und R³ die gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Cycloalkyl,

Cycloalkenyl, Arylalkyl, Arylalkenyl oder substituiertes Alkyl und
R⁴ Wasserstoff oder Alkyl

darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein chirales primäres, sekundäres oder tertiäres Amin, Imid oder eine Aminosäure der allgemeinen Formeln II, III und IV,

R^NH₂ Il

R*¹R²NH Ml

R*¹R²R³N IV

in denen R*¹, R² und R³ die oben genannten Bedeutungen haben, mit einem aliphatischen Sulton der allgemeinen Formel V,

R⁴ - CH — 0

I I V

(CH₂)_n - So₂

in der

R⁴ die oben genannte Bedeutung hat und

η eine ganze Zahl gleich 2 oder 3 ist,

oder auch mit Tolylsulfon bei Temperaturen zwischen 0 und 200°C in einem Lösungsmittel umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sulton die aliphatischen Sultone 1,3-Propan-, 1,3-Butan- oder 1,4-Butansulton sowie auch Tolylsulton verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Ether, Aromaten, andere protische und nichtprotische Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische verfahren werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 20 und 120⁰C erfolgt.