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Die vorliegende Erfindung betrifft N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide der Formel 1
in der R
I für C
1-C
20-Alkyl, C
3-C
8-Cycloalkyl, C
6-C
10-Aryl oder Alkylaryl mit C
1-C
4-Alkyl- und C
6-C
10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R
I gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C
1-C
4-Alkyl, C
1-C
4-Alkylsulfonyl, C
1-C
4-Alkoxy, C
1-C
4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R
I zusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C
1- bis C
4-Alkylreste linear oder verzweigt sein können, wobei R
I nicht 1-(4-Isopropylphenyl)ethyl sein darf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass man Chlormethylcarbonsäureamide der Formel 2
wobei R
I die oben genannte Bedeutung hat, mit Hydrazinhydrat oder mineralsauren Salzen des Hydrazins umsetzt. Schließlich gibt die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide als Zwischenprodukte bei der Synthese von Wirkstoffen, insbesondere Agrochemikalien wie Nitrifikationsinhibitoren, auf der Basis von N-(IH-Pyrazolylmethyl)amiden, an.
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Stand der Technik
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Aus Ind. J. Pharm. Sci. (1999), 61(3), 158-161 ist die Synthese von Hydrazinomethyl-2-(4-isopropylphenyl)-propionamid bekannt, jedoch findet die Synthese in konzentrierter Schwefelsäure mit Hydrazin statt. Diese Verfahrensweise ist in der Praxis äußerst problematisch und stellt besondere Anforderungen an die Reaktionsapparatur.
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Weitere Vertreter der beanspruchten Stoffklasse und weitere Verfahren zu ihrer Herstellung sind nicht bekannt.
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Es sind weitere Hydrazinomethylcarbonsäureamide bekannt, die jedoch mindestens an einem Stickstoffatom weiter substituiert sind.
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Es ist ein (-)-cis-2,3-Dihydro-3-hydrazinomethyl)-2-phenyl-1,5-benzothiazepin-4(5H)-on als Ulkustherapeutikum bekannt, jedoch werden keinerlei Angaben über die Herstellung gemacht (Chem. Pharm. Bull.(1986), 34(10), 4238-43).
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Weiterhin ist ein N-(N'-Benzoyl-hydrazinomethyl)-benzamid bekannt, welches durch Reaktion eines Benzoylaminomethyl-trialkylammoniumsalzes mit Benzilsäurehydrazid dargestellt wird (Molbank 2007, M526). Das Verfahren ist aber auf Produkte, in denen das endständige Stickstoffatom des Hydrazins substituiert ist, beschränkt.
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Aus
US 2889366 ist ein 1,1-Bis(2-hydroxyethyl)-1-stearamidomethylhydrazinium-chlorid bekannt, das durch Reaktion von Stearamidomethyldiethanolamin mit Chloramin dargestellt wird. Bei diesem Verfahren ist man auf am Stickstoffatom 1 substituierte Produkte beschränkt.
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Weiterhin ist aus Eur. J. Med. Chem., (1974), 9(6), 615-617 die Synthese von Hydrazinomethylnicotinamiden und Hydrazinomethylchinolincarbonsäureamiden bekannt, jedoch ist dieses Verfahren zum einen auf heterocyclische Carbonsäureamide beschränkt, zum anderen werden nur am endständigen Stickstoffatom substituierte Produkte erhalten.
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Aufgabe:
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Aus dem Stand der Technik stellt sich der Bedarf nach einem Synthesebaustein für die Herstellung von Heterocyclen, z.B. auf der Basis von N-(IH-Pyrazolylmethyl)amiden, sowie der Bedarf nach einem Verfahren zu seiner Herstellung, welches sich durch eine einfache Reaktion von 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 Synthesebausteine in möglichst hohen Ausbeuten und Reinheiten liefert.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind also N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide entsprechend Formel 1
in der R
I für C
1-C
20-Alkyl, C
3-C
8-Cycloalkyl, C
6-C
10-Aryl oder Alkylaryl mit C
1-C
4-Alkyl- und C
6-C
10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R
I gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C
1-C
4-Alkyl, C
1-C
4-Alkylsulfonyl, C
1-C
4-Alkoxy, C
1-C
4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R
I zusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C
1- bis C
4-Alkylreste linear oder verzweigt sein können, wobei R
I nicht 1-(4-Isopropylphenyl)ethyl sein darf,
sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung, dadurch gekennzeichnet, dass man Chlormethylcarbonsäureamide der Formel 2
in der R
I für C
1-C
20-Alkyl, C
3-C
8-Cycloalkyl, C
6-C
10-Aryl oder Alkylaryl mit C
1-C
4-Alkyl- und C
6-C
10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R
I gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C
1-C
4-Alkyl, C
1-C
4-Alkylsulfonyl, C
1-C
4-Alkoxy, C
1-C
4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R
I zusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C
1- bis C
4-Alkylreste linear oder verzweigt sein können, mit Hydrazinhydrat oder mineralsauren Salzen des Hydrazins umsetzt.
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Überraschenderweise lassen sich die N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide entsprechend Formel 1 unter den erfindungsgemäßen Bedingungen mit guten Ausbeuten in hoher Reinheit herstellen, womit das erfindungsgemäße Verfahren die oben genannten Nachteile ähnlicher Herstellungsverfahren überkommt.
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Sie werden hergestellt, indem man ein Chlormethylcarbonsäureamid der allgemeinen Formel 2 mit Hydrazinhydrat oder mineralsauren Salzen des Hydrazins in Gegenwart eines Lösungsmittels bei Temperaturen von -20 °C bis +50 °C nach dem allgemeinen Schema 1 umsetzt,
wobei R
I für C
1-C
20-Alkyl, C
3-C
8-Cycloalkyl, C
6-C
10-Aryl oder Alkylaryl mit C
1-C
4-Alkyl- und C
6-C
10-Arylgruppen steht, wobei die Alkyl- und Arylreste von R
I gegebenenfalls einfach oder mehrfach mit C
1-C
4-Alkyl, C
1-C
4-Alkylsulfonyl, C
1-C
4-Alkoxy, C
1-C
4-Acyl, Hydroxyl, durch eine Trimethylsilyl-, Nitro-, Cyano-, Carbonyl-, Carboxyl- oder eine Carboxyalkylgruppe mit 1 bis 5 C-Atomen und die Arylreste von R
I zusätzlich durch Halogen substituiert sein können, und außerdem die C
1- bis C
4-Alkylreste linear oder verzweigt sein können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels durchgeführt. Es ist weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Reaktion in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Dichlormethan stattfindet, da sich die eventuell entstehenden Bis(acylamido)methylenverbindungen in diesem nicht lösen und so einfach abgetrennt werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante kann das im Überschuss eingesetzte Hydrazinhydrat gleichzeitig als Lösungsmittel fungieren.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus Ausbeutegründen innerhalb eines relativ kleinen Temperaturbereiches gearbeitet. Im Allgemeinen arbeitet man bei Temperaturen von -20 °C bis + 50 °C, bevorzugt bei Temperaturen von -20 °C bis 0 °C. Es ist vorteilhaft, wenn die N-(Hydrazinomethyl)carbonsäureamide 1 möglichst bei Temperaturen unter 0 °C hergestellt werden, da es ansonsten zu Nebenreaktionen, z.B. zur Bildung der Bis(acylamido)methylenverbindungen, kommt.
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Die besten Ausbeuten werden bei Temperaturen von -20 °C bis +30 °C, insbesondere bei Temperaturen von -20 °C - 0 °C erzielt.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man auf 1 Mol des entsprechenden Chlormethylcarbonsäureamids der allgemeinen Formel 2 im Allgemeinen zwischen 1 Mol und 6 Mol, bevorzugt zwischen 2 Mol und 4 Mol Hydrazinhydrat oder mineralsaure Salze des Hydrazins in Gegenwart eines Lösungsmittels ein.
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Vorzugsweise wird das mit dem Lösungsmittel vermengte Hydrazinhydrat oder das mineralsaure Salz des Hydrazins vorgelegt und die Chlormethylcarbonsäureamide der Formel 2 werden zugegeben, die umgekehrte Reihenfolge ist aber auch möglich.
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Unerwarteterweise sind die N-(Hydrazinomethyl)carbonsäureamide 1 stabil; sie sind ohne Probleme über Wochen im Kühlschrank lagerbar, ohne dass es zu Zersetzungsreaktionen kommt. Da es sich bei den N-Hydrazinmethylcarbonsäureamiden 1 formal um Vollaminale des Formaldehyds handelt, konnte nicht damit gerechnet werden, dass die Stabilität der N-Hydrazinmethylcarbonsäureamide 1 hoch genug für eine Lagerung ist (s. Houben-Weyl Bd. E14a/3 S.545).
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Die Reaktionszeit ist nicht kritisch und kann in Abhängigkeit von der Ansatzgröße in einem größeren Bereich gewählt werden.
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Nach beendeter Reaktion können die N-(Hydrazinomethyl)carbonsäureamide der Formel 1 durch Versetzen der Reaktionslösung mit Wasser und Abtrennen der das Produkt enthaltenen organischen Phase oder durch einfaches Abdestillieren des Lösungsmittels isoliert werden. Eine weitere Reinigung ist nicht vonnöten.
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Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren N-(Hydrazinomethyl)-carbonsäureamide der Formel 1 sind neu und ebenfalls Gegenstand dieser Anmeldung.
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Diese Substanzklasse ist neu. In Ind. J. Pharm. Sci. 1999, 158-161 wird über einen Vertreter (R1 = 2-(4-Isopropylphenyl)-propionyl) berichtet, die dort beschriebene Verfahrensweise der Behandlung eines Hydroxymethylcarbonsäureamides mit reinem Hydrazin in konzentrierter Schwefelsäure konnte aber nicht nachvollzogen werden. Beim Versuch der Reproduktion konnten nur die entsprechenden Bis(acylamido)methylenverbindungen erhalten werden. Aus diesen Gründen bestehen berechtigte Zweifel an der Verbindung und der Herstellungsweise.
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Anwendungsbeispiele
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Beispiel 1: Herstellung der N-Hydroxymethylcarbonsäurearnide 3
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2,5 mol 30 %ige Formaldehydlösung werden vorgelegt und auf 75 °C erwärmt. Über einen Pulvertrichter werden 2,5 mol Carbonsäureamid 4 zugegeben. Dabei sollte die Temperatur bei 50 °C gehalten werden (es tritt gegebenenfalls Abkühlung auf). Man gibt 25 Tropfen 40 %ige Natronlauge zu. Die Reaktion kommt in Gang, die Temperatur steigt auf 90 °C und die Lösung wird klar. Bei stärkerer Exothermie - Heizquelle kurzzeitig entfernen. Der pH-Wert wird kontrolliert. Es wird noch soviel NaOH zugegeben, bis sich ein pH-Wert von etwa 9 einstellt. Es sei angemerkt, dass der pH-Wert nicht genau eingestellt werden muss. Der pH-Wert sollte basisch sein, aber nicht zu basisch, d.h. beispielsweise im Bereich von etwa 8,5 bis etwa 11,5 liegen. Es wird 30 Minuten bei 50 °C nachgerührt. Man gießt die Lösung unter Rühren in eine Porzellanschale. Beim Abkühlen kristallisiert das Produkt aus. Man lässt über Nacht stehen. Das Produktgemisch wird unter Rühren in 500 ml Wasser gegeben, abgesaugt und jeweils mit kleinen Portionen Wasser gewaschen. Der Rückstand wird zunächst an der Luft getrocknet und anschließend über P2O5 im Vakuumtrockenschrank getrocknet.
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Herstellung der N-Chlormethylcarbonsäureamide 2
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1,1 mol (80 ml) Thionylchlorid werden in 250 ml Methylenchlorid vorgelegt. Es wird auf -10 °C gekühlt. Unter Rühren werden 1 mol Alkohol 3 innerhalb einer Stunde zugegeben. Zu diesem Zweck werden jeweils ca. 25 g in je 25 ml Methylenchlorid aufgeschlämmt und in das Reaktionsgemisch gegossen. Zwischen den einzelnen Zugaben lässt man den Alkohol jeweils 10 Minuten abreagieren (tmax = 0 °C). Man lässt 1 Stunde bei -10 °C nachrühren. Anschließend erwärmt man das Reaktionsgemisch in einer Stunde auf 0 °C. 1 Liter Hexan (am Tag vor der Reaktion mit Trockenmittel versetzt und kurz vor dem Ausfällen filtriert) wird in einem Becherglas vorgelegt, und unter Rühren mit dem Magnetrührer wird das Reaktionsgemisch langsam eingegossen. Man lässt noch 2 Stunden im Hexan nachrühren, saugt das Produkt ab, wäscht es mit frischem Hexan nach und trocknet es.
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Allgemeine Synthesevorschrift für N-(Hydrazinomethyl)-carbonsäureamide 1:
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Zu einer eisgekühlten Mischung aus 250 mmol (5eq) Hydrazinhydrat und 10 ml Dichlormethan werden vorsichtig 50 mmol Chlormethylcarbonsäureamid 2 portionsweise so zugegeben, dass die Innentemperatur 10 °C nicht übersteigt. Nach beendeter Zugabe wird noch eine Stunde im Eisbad und zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Phasen der Reaktionsmischung werden getrennt, die organische Phase wird über Natriumsulfat getrocknet und nach dem Abfiltrieren im Rotationsverdampfer eingeengt. Man erhält hochviskose Öle, welche bei Temperaturen unter 10 °C zu glasartigen Feststoffen erstarren.
Tabelle 1: N-Hydrazinomethylcarbonsäureamide
Nr. | RI | Ausbeute | Fp | IH-NMR (CDCl3) δ [ppm] | 13C-NMR (CDCl3) δ [ppm] |
1 | | 98% | Öl | 7.83 (d, J = 7.2 Hz, 2H, CHar), 7.47-7.41 (m, 1H, CHar), 7.35 (t, J = 7.6, 7.6 Hz, 2H, CHar), 4.45 (d, J = 6.5 Hz, 2H, CH2) | 169.0 (C=O), 133.4 (CHar), 131.7 (Cq,ar), 128.4 (CHar), 127.1 (CHar), 59.9 (CH2) |
2 | | 29% | Öl | 8.03 (d, J = 8.8 Hz, 2H, CHar), 7.96 (d, J = 8.8 Hz, 2H, CHar), 4.50 (d, J = 6.4 Hz, 2H, CH2) | 165.8 (C=O), 149.4 (Cq,ar-NO2), 139.4 (Cq,ar), 128.3 (CHar), 123.6 (CHar), 56.1 (CH2) |
3 | | 35 % | Öl | 7.72 (d, J = 8.0 Hz, 2H, CHar), 7.19 (d, J = 8.1 Hz, 2H, CHar), 4.48 (d, J = 6.5 Hz, 2H, CH2), 2.37 (s, 3H, CH3) | 169.0 (C=O), 142.4 (Cq,ar-OMe), 130.5 (Cq,ar), 129.2 (CHar), 127.1 (CHar), 60.2 (CH2), 21.4 (CH3) |
4 | | 96% | Öl | 7.80 (d, J = 8.8 Hz, 2H, CHar), , 6.90 (d, J = 8.8 Hz, 2H, CHar), 4.50 (d, J = 6.5 Hz, 2H, CH2), 3.84 (s, 3H, O-CH3) | 168.3 (C=O), 162.4 (Cq,ar-OMe), 128.9 (CHar), 125.6 (Cq,ar), 113.7 (CHar), 60.1 (CH2), 55.3 (O-CH3) |