DE102008057718B4 - Verfahren zur regioselektiven Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)-amiden - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur regioselektiven Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden der allgemeinen Formel 1wobei R= H, Halogen (F, Cl, Br, I) oder für einen C-C-Alkylrest oder C-C-Cycloalkyl steht,Rund Runabhängig voneinander für H, einen C-C-Alkylrest oder C-C-Cycloalkyl steht,Rfür C-C-Alkyl, C-C-Cycloalkyl, C-C-Aryl oder Alkylaryl mit C-C-Alkyl- und C-C-Arylgruppen, wobei die Alkyl- und Arylreste von Rgegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C-C-Alkyl, C-C-Alkylsulfonyl, C-C-Alkoxy, C-C-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von Rzusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C-C-Alkylreste von R, Rund R, Rlinear oder verzweigt sein können, vorzugsweise stellt Reinen Methylrest und R= CHoder RMethyl und R= H oder Cl dar,dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrazinmethylcarbonsäureamide 2wobei Roben genannte Bedeutung hat,mit 1,3 Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6wobei R, Rund Roben genannte Bedeutung haben, zur Reaktion bringt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur regioselektiven Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden der allgemeinen Formel 1
dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrazinmethylcarbonsäureamide 2
mit 1,3 Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6 - In der
DE-OS 10343277 wird die Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden durch Reaktion eines Säureamids mit Formaldehyd und einem Azol oder durch Umsetzung eines Amides mit 1-Hydroxamethylazolen beschrieben. Es wird über das Auftreten von Isomerengemischen in Bezug auf die Stellung von Substituenten des Azoles berichtet, jedoch werden keine Angaben über die Regioselektivität gemacht. Offenbar entsteht ein Gemisch mit nicht unerheblichen Anteilen an Isomeren der 3- bzw. 5-substituierten Azole, demnach deren Verhältnis durch das beschriebene Verfahren offenbar nicht gesteuert werden kann. Daher besteht das Bedürfnis nach einem Verfahren zur regioselektiven Herstellung von N-(1H-Pyrazolyl-methyl)amiden. - Es ist aus
DE 10343277 bekannt, dass die N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide sich durch eine gute, die Nitrifikation hemmende bzw. steuernde Wirkung auszeichnen. - Stand der Technik
- Regioselektive Synthesen für N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide sind bisher unbekannt.
- Es ist bekannt, dass die Darstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden bisher auf verschiedenen Wegen stattfand.
- Aus
DE 10343277 ist die Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden als Dreikomponentenreaktion aus dem entsprechenden Pyrazol, dem entsprechenden Säureamid und Formaldehyd bekannt. Bei diesem Verfahren werden jedoch beide Regioisomeren gebildet, Angaben zu Isomerenverhältnissen sind nicht vorhanden. Dies ist außerdem das einzige Verfahren zur Herstellung von N-(lH-Pyrazolylmethyl)amiden, bei denen das Carbonsäureamidstickstoffatom nicht weiter substituiert ist. - Für am Carbonsäureamidstickstoffatom substituierte N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide sind nachfolgende Reaktionen bekannt: Die Behandlung von 3-Acetyl-oxazolidin-5-onen mit siliziumhaltigen Nucleophilen wie zum Beispiel 1-Trimethylsilanyl-1H-pyrazol liefert das amidomethylierte Produkt (Acetyl-pyrazol-1-ylmethyl-amino)-essigsäure, es wurden jedoch nur unsubstituierte Silylpyrazole eingesetzt (Zh. Obsh. Khim., 1989, 1084-1099; ibid. 1984, 2397-2398), so dass regioselektive Reaktionen nicht untersucht wurden.
- Es ist weiterhin bekannt, dass ein weiteres Verfahren die Umsetzung von Chlormethylpyrazolen mit den entsprechenden Säureamiden ist, doch auch hier wurden bisher entweder nur 3,5-gleichsubstituierte oder unsubstituierte Pyrazole eingesetzt und somit noch keine Untersuchungen zur Regioselektivität durchgeführt. (Can. J. Chem. (1989), 67(7), 1144-1147).
- Es ist ebenso bekannt, dass die Reaktion von 1H-Pyrazolen mit Chlormethylcarbonsäureamiden die entsprechenden N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide liefert, doch auch hier wurden entweder nur 3,5-gleichsubstituierte Pyrazole eingesetzt (
EP 0048372 ;US 4322553 ), oder Angaben zur Regioselektivität sind nicht vorhanden (EP 23287). - Verfahren oder Synthesen zur Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden durch Aufbau des Pyrazolskeletts sind nicht bekannt.
- Weiterhin werden regioselektive Synthesen von mehrfach substituierten Pyrazolen in der Literatur beschrieben, jedoch haben viele dieser Synthesen und Verfahren Schwachpunkte, z.B. werden teure und schwer handhabbare Reagenzien wie Alkinyllithiumverbindungen eingesetzt (J. Chem. Soc. Perkin Trans. I, 2002, 207-210) oder aufwändige Reaktionsbedingungen benötigt (Mikrowellenbestrahlung J. Het. Chem. (2007), 44(5), 1195-1199; Synlett (2007), 704-708). Sehr häufig haben viele Verfahren Einschränkungen bei der Wahl der Lösungsmittel (fluorinierte Alkohole in J. Org. Chem. (2008), 73(9), 3523-3529) oder der Ausgangsstoffe (nur trifluormethylsubstituierte 1,3-Diketone in J. Org. Chem. (2008), 73(9), 3523-3529 und Synlett (2006), 3267-3270; nur chirale Benzylhydrazine in WO002007015999).
- Aufgabe
- Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden zu entwickeln, welches sich durch eine einfache Reaktion aus leicht verfügbaren, kostengünstigen Ausgangsstoffen und unkomplizierte Reaktionsführung mit geringem technischen Aufwand auszeichnet, die genannten Nachteile entsprechend dem Stand der Technik nicht aufweist und die erwünschten N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide in möglichst hohen Ausbeuten sowie beträchtlichen Regioisomerenüberschüssen liefert.
- Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Schema 1 dadurch gelöst, dass:
- 1. das Hydrazinmethylsäureamid 2 mit 1,3 Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6 oder ihren O,O-Acetalen oder ihren N,O-Acetalen oder ihren Enolethern oder ihren Enolaten in Gegenwart eines Lösungsmittels und einer Mineral- oder Carbonsäure, vorzugsweise 0,5 bis 50 Mol% bezogen auf die eingesetzte Menge an Hydrazinmethylsäureamid, bei Temperaturen von 0 °C bis 110 °C zur Reaktion gebracht wird, und
- 2. die gebildeten N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide 1 nach den üblichen Methoden abgetrennt und gereinigt werden.
- Beschreibung der Erfindung
- Es hat sich hierbei überraschenderweise gezeigt, dass man die N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide auf technisch einfache Weise in guten Ausbeuten und mit hohen Regioselektivitäten herstellen kann, obwohl von den neuartigen Hydrazinmethylcarbonsäureamiden der allgemeinen Formel 2 nicht zu erwarten gewesen war, dass sie bei einer Reaktion mit 1,3-Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6 oder ihren O,O-Acetalen oder ihren N,O-Acetalen oder ihren Enolethern oder ihren Enolaten die gewünschten Pyrazole ergeben würden.
- Das Verfahren der vorliegen Erfindung umfasst einen Schritt, wobei ein Hydrazinmethylcarbonsäureamid der allgemeinen Formel 2
wobei R5 = H, Halogen (F, Cl, Br, I) oder für einen C1-C4-Alkylrest oder C3-C8-Cycloalkyl steht, R1 und R2 unabhängig voneinander für H, einen C1-C4-Alkylrest oder C3-C8-Cycloalkyl steht,
R4 für C1-C20-Alkyl, C3-C8-Cycloalkyl, C6-C10-Aryl oder Alkylaryl mit C1-C4-Alkyl- und C6-C10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R4 gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkylsulfonyl, C1-C4-Alkoxy, C1-C4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R4 zusätzlich durch Halogen, substituiert sein können, und außerdem die C1-C4-Alkylreste von R1, R2 und R4, R5 linear oder verzweigt sein können, vorzugsweise stellt R1 einen Methylrest und R5 = CH3 oder R1 Methyl und R5 = H oder Cl dar, C3-C8-Cycloalkyl ist beispielsweise Cyclopropyl oder Cyclobutyl,
gemäß Schema 1 zur Reaktion gebracht wird:
R4 für C1-C20-Alkyl, C3-C8-Cycloalkyl, C6-C10-Aryl oder Alkylaryl mit C1-C4-Alkyl- und C6-C10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R4 gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkylsulfonyl, C1-C4-Alkoxy, C1-C4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R4 zusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C1-C4-Alkylreste von R1, R2 und R4, R5 linear oder verzweigt sein können. Vorzugsweise stellt R1 einen Methylrest und R5 = CH3 oder R1 Methyl und R5 =H oder Cl dar. C3-C8-Cycloalkyl ist beispielsweise Cyclopropyl oder Cyclobutyl. - Vorzugsweise wird die Reaktion in Anwesenheit einer Säure, vorzugsweise 0,5 bis 50 Mol% bezogen auf die Menge an Hydrazinmethylsäureamid, durchgeführt. Als Säuren können Carbonsäuren, vorzugsweise Essigsäure oder Benzoesäure, Mineralsäuren, vorzugsweise Salzsäure, Schwefelsäure oder Amidoschwefelsäure, Lewissäuren, vorzugsweise Eisen(III)chlorid oder Zink(II)chlorid, oder saure Ionenaustauscher verwendet werden, ohne dass das erfindungsgemäße Verfahren auf die genannten Vertreter beschränkt ist.
- Da es sich bei den Hydrazinmethylcarbonsäureamiden 2 formal um Vollaminale des Formaldehyds handelt, konnte nicht damit gerechnet werden, dass die Stabilität der Hydrazinmethylcarbonsäureamide 2 unter den Reaktionsbedingungen, besonders der Säurekatalyse (s. Houben-Weyl Bd. E14a13 S.545), ausreicht, um die Heterocyclisierung durchzuführen.
- Die Reaktion findet vorzugsweise in einem Lösungsmittel statt. Als Lösungsmittel kann auf die üblichen bekannten Solventien zurückgegriffen werden. Vorzugsweise kommen aliphatische halogenierte Kohlenwasserstoffe (wie z.B. Methylenchlorid), Ether (wie z.B. Dioxan oder Tetrahydrofuran) oder Alkohole (wie z.B. Ethanol) oder polare aprotische Lösungsmittel (wie. z.B. Acetonitril) zum Einsatz, ohne dass das Verfahren auf die genannten Lösungsmittel beschränkt ist. Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante kann die im Überschuss eingesetzte 1,3-Dicarbonylverbindung gleichzeitig als Lösungsmittel fungieren.
- Überraschenderweise werden bei diesem Verfahren Regioisomerenverhältnisse von 80:20 bis 95:5 (3-substituiertes Pyrazol zu 5-substituiertem Pyrazol) zugunsten des 3-Isomeren erzielt, während bei nach dem Stand der Technik durchgeführten Verfahren häufig das 5-Isomer bevorzugt gebildet wird. (
DE-OS 19701277 , WO200700136689, Synlett (2006), 3267-3270) - Die Reaktionszeit ist nicht kritisch und kann in Abhängigkeit von der Ansatzgröße in einem größeren Bereich gewählt werden.
- Überraschenderweise wurde ferner gefunden, dass bei der Umsetzung von Hydrazinmethylcarbonsäureamiden 2 mit 1,3-Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6 oder ihren O,O-Acetalen oder ihren N,O-Acetalen oder ihren Enolethern oder Enolaten durch die Wahl der Temperatur, der Dosierung, des Lösungsmittels und der Säure das Isomerenverhältnis von gewünschten zu unerwünschten Pyrazolen gesteuert werden kann. Das Lösungsmittel hat Einfluss auf die Regioselektivität und die Ausbeute. Auch die Temperatur hat Einfluss auf die Regioselektivität, wobei die Regioselektivität bei niedrigeren Temperaturen, z.B. 0 °C, besser ist als bei höheren. Jedoch wird bei niedrigeren Temperaturen die Reaktionszeit länger. Die Säure hat ebenfalls Einfluss auf den Umsatz, wobei die Art der verwendeten Säure wichtiger ist als die Menge. Besonders vorteilhaft sind Carbonsäuren wie Essigsäure oder Benzoesäure.
- Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ausgangstoffe benötigten Hydrazinmethylcarbonsäureamide sind durch die Formel 2 allgemein definiert.
- Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, ist die Regioselektivität und der Umsatz vom Lösungsmittel und von der eingesetzten Carbonsäure abhängig. Reaktionen in aprotischen, polaren Lösungsmitteln erzielen die besten Umsätze und Regioselektivitäten. Bei bisherigen Synthesen (
DE-OS 10343277 ) konnten nur, wenn überhaupt, geringfügige Isomerenüberschüsse erzielt werden, meistens werden untrennbare 1:1-Mischungen erhalten. Somit ist es mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren gelungen, N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide regioselektiv in guten Ausbeuten herzustellen. - Im Anschluss an die Umsetzung nach Schema 1 kann das gebildete N-(1H-Pyrazolylmethyl)amid 1 nach den üblichen, dem versierten Fachmann bekannten Methoden abgetrennt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Produkt durch Abdampfen des organischen Lösungsmittels zu isolieren und es anschließend durch Kristallisation oder Säulenchromatographie zu reinigen.
- Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ausgehend von leicht verfügbaren oder einfach und kostengünstig herzustellenden Grundchemikalien mit geringem technischen Aufwand und unkomplizierter Reaktionsführung die N-(1N-Pyrazoly-1-methyl)amide 1 in guten Ausbeuten und mit hohen Regioselektivitäten herzustellen.
- Anwendungsbeispiele
- Synthesevorschrift für N-(1H-Pyrazolylmethyl)amide 1:
- Zu einer Lösung des N-(Hydrazinomethyl)carbonsäureamids 2 (0,01 mol) in 30 ml Dichlormethan werden bei Raumtemperatur 0,01 mol bis 0,05 mol der 1,3 Dicarbonylverbindungen der allgemeinen Formel 6 zugegeben. Man erhitzt die Mischung 30 min bis 8 Stunden unter Rückfluss unter Zugabe von 0,5 bis 10 Mol% einer Mineral- oder Carbonsäure, bezogen auf die eingesetzte Menge an Hydrazinmethylcarbonsäureamid, oder rührt bei Raumtemperatur. Das Lösungsmittel wird unter Vakuum entfernt. Gegebenenfalls wird umkristallisiert oder säulenchromatographisch gereinigt. Tabelle 1: Synthese von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden 1
Nr. R1 R2 R4 R5 Lösungsmittel Säure Gehalt [%]1 Anteil [%]2 1 CH3 H Ph H DCM Essigsäure 54 90 2 CH3 H Ph H Dioxan Essigsäure 61 94 3 CH3 H Ph H THF Essigsäure 55 95 4 CH3 H Ph H Chloroform Essigsäure 32 80 5 CH3 H Ph H Methanol Essigsäure 22 71 6 CH3 H Ph H Ether Essigsäure 38 92 7 CH3 H Ph H MeCN Essigsäure 58 93 8 CH3 H Ph H MTBE Essigsäure 28 87 9 CH3 H Ph H DCM Benzoesäure 69 91 10 CH3 H Ph H DCM Zitronensäure 34 74 11 CH3 H Ph H DCM Trifluoressigsäure 28 81 12 CH3 H Ph H DCM Phenol 25 92 13 CH3 CH3 Ph H DCM Essigsäure 58 /3 144 CH3 H Ph H DCM Essigsäure 62 79 155 CH3 H Ph H DCM Essigsäure 38 85 16 CH3 H 4-MeO-Ph H DCM Essigsäure 66 85 176 CH3 H Ph CH3 DCM Essigsäure 68 80 1 Der Gehalt wurde mittels HPLC bestimmt und spiegelt die Flächen% der Rohprodukte wider, die NMR-Spektren stimmen mit denen von Referenzprodukten überein. 2 Anteil an 3-substituiertem N-(1H-Pyrazolylmethyl)amid 3 Bei diesem Versuch sind aufgrund der Symmetrie keine Regioisomeren zu erwarten. 4 Als Edukt wurde das Natriumenolat des Acetoacetaldehyds verwendet. 5 Als Edukt wurde 4-Methoxy-but-3-en-2-on (Methylenolether des Acetoacetaldehyds) verwendet. 6 Als Edukt wurde das Natriumenolat des 2-Methylacetoacetaldehyds verwendet.
Claims (8)
- Verfahren zur regioselektiven Herstellung von N-(1H-Pyrazolylmethyl)amiden der allgemeinen Formel 1
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 1,3 Dicarbonylverbindungen als ihre O,O-Acetale entsprechend der allgemeinen Formel 7 eingesetzt werden, - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 1,3 Dicarbonylverbindungen als ihre N,O-Acetale entsprechend der allgemeinen Formel 8 eingesetzt werden, - Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 1,3 Dicarbonylverbindungen als ihre Enolate entsprechend der allgemeinen Formel 10 eingesetzt werden, - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion unter Zusatz von 0,5 bis 50 Mol% einer geeigneten Säure, insbesondere Essigsäure oder Benzoesäure, bezogen auf die eingesetzte Menge an Hydrazinmethylcarbonsäureamid durchführt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in einem Lösungsmittel, insbesondere Dichlormethan oder Dioxan oder Tetrahydrofuran, bei Temperaturen von 0 °C bis 110 °C durchführt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion ohne Lösungsmittel durchführt.
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