DE1445702B - Verfahren zur Herstellung von Pyrazincarbonsäure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Pyrazincarbonsäure

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DE1445702B
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Menasche Dr. phil. Schaffhausen; Suter Hans Dr. phil. Dörflingen; Litmanowitsch (Schweiz)
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Eprova AG
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Eprova AG

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Description

Pyrazin-carbonsäure ist ein wichtiges Zwischenprodukt für die Herstellung hochwertiger Pharmazeutika. Sie ist beispielsweise das Schlüsselprodukt für die Herstellung von Pyrazin-carbonsäure-amid, einem vielverwendeten hochaktiven Tuberkulostatikum (vgl. Kushner und Mitarbeiter, Journ. Amer. ehem. Soc, 74 [1952], S. 3617; USA.-Patentschrift 2 677 641 und kanadische Patentschrift 562 738).
Bis heute wird Pyrazin-carbonsäure vorzugsweise hergestellt durch Kondensation von o-Phenyldiamin mit Glyoxal zu Chinoxalin, Oxydation desselben mittels Kaliumpermanganat zu Pyrazin-2,3-dicarbonsäure und nachfolgende Decarboxylierung' der letzteren zur Pyrazin-monqcarbonsäure.
Dieses Standardverfahren, das von Jones & McLaughlin in Org. Synth., 30 (1950), S. 86 bis 90, und Hall & Spoerri in Journ. Amer. ehem. Soc., 62 (1940), S. 664,' beschrieben wurde, ist wiederholt modifiziert worden, beispielsweise von McE ν en (vgl. USA.-Patentschrift 2 675 384) und von Rees und Mitarbeiter (vgl. USA.-Patentschrift 2723 974).
Die Permanganat-Oxydation ist jedoch sehr unwirtschaftlich. Für die Herstellung von 1 kg Pyrazincarbonsäure werden mindestens 10 kg Kaliumpermanganat verbraucht. Außerdem ist die Abtrennung des entstehenden Braunsteins und die Isolierung der Pyrazin-2-3-dicarbonsäure sehr umständlich. Es wurde daher nach wirtschaftlicheren Herstellverfahren gesucht.
So ist vorgeschlagen worden, 2-Methyl-pyrazin mittels Kaliumpermanganat zur Pyrazin-carbonsäure zu oxydieren. Dabei wird jedoch nur eine geringe Ausbeute von etwa 5 bis 10% erzielt. Die Reaktion ist von Stoehr in Journ. Prakt. Chem. (2), 51 (1895), S. 468, beschrieben worden.
Etwas besser gelingt nach Gainer und Mitarbeiter (vgl. USA.-Patentschrift 3 096 330) die Oxydation von 2-Äthyl-pyrazin. Es werden dabei Ausbeuten von etwa 30 bis 50% erzielt.
Aber auch nach diesem verbesserten Verfahren werden für die Herstellung von 1 kg Pyrazin-carbonsäure noch mehr als 10 kg Kaliumpermanganat benötigt.
Außerdem ist Äthyl-pyrazin relativ schwer zugänglich. Es wird gewonnen durch katalytische Dehydrierung von Äthyl-piperazin an Kupfer-Chromit bei 300 bis 350° C.
Die Herstellung von Pyrazin-2,3-dicarbonsäure ist auch durch elektrolytische Oxydation von Chinoxalin in Gegenwart einer geringen Permanganatmenge bewerkstelligt worden (vgl. japanische Patent-Publikationen Sho-34-7932 (1959) und Sho-34-8125 (1959). Für die Oxydation von 1 Mol Chinoxalin sind 18 Oxydationsäquivalente, d.h. 482 Amperestunden, erforderlich. 1 Mol Chinoxalin liefert bei Annahme allerbester Ausbeuten maximal 100 g Pyrazin-carbonsäure. Eine bereits sehr große Apparatur mit einer Elektrodenoberfläche von 1 m2 würde bei der in der japanischen Patent-Publikation Sho-34-7932 (1959) angegebenen Stromdichte von 0,05 Ampere/cm2 für die Produktion von 100 kg Pyrazin-carbonsäure allein 1000 Stunden reine Oxydationszeit erfordern. Diese Methode ist also für eine Produktion außerordentlich aufwendig, zeitraubend und daher unvorteilhaft.
Pyrazin-carbonsäure kann nach Bern ar di und Larini (vgl. Annali di Chimica, 48 (1958), S. 239 bis 242) unter Benutzung von Pyrazin-2,5-dicarbonsäure als Zwischenprodukt, auch.aus /?-Brom-brenztraubensäure durch Umsetzung mit Ammoniak in Gegenwart von HgCl, und Decarboxylierung des Kondensationsprodukts erhalten werden. Dieses Verfahren ist ohne jede praktische Bedeutung. Das erhellt sich schon aus der Tatsache, daß für die Herstellung von 3 g Pyrazin-carbonsäure 68 g /3-Brombrenztraubensäure und 54 g HgCl2 erforderlich sind.
ίο Die Ausbeute beträgt nur 12%. Überdies ist /?-Brombrenztraubensäure eine außerordentlich kostspielige, sehr instabile Verbindung, welche schwierig rein herzustellen ist. Typisch sind die Schmelzpunktangaben für diese Verbindung, sie schwanken nämlich zwisehen 54 und 56° C (vgl. HeIv. chim. Acta, 29 [1946], S. 426) und 77 und 79° C (vgl. Journ. org. Chem., 22 [1957], S. 83).
Gegenstand der Erfindung ist nun ein neues, einfaches und vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung
ac von Pyrazin-carbonsäure durch Kondensation einer α,/5-Diaminoverbindung mit Glyoxal, Oxydation des entstandenen Kondensationsprodukts und Freisetzung der Pyrazin-carbonsäure aus ihren Salzen mit Basen durch Behandlung mit Säure, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als a,/?-Diaminoverbindung α,β-Diamino-propionsäure einsetzt, die Kondensation mit Glyoxal in Methanol oder Methoxyäthanol als Lösungsmittel und in basischem Milieu durchführt und für die Oxydation des als Kondensationsprodukt erhaltenen, aus dem Reaktionsgemisch nicht isolierten Salzes aus 2,3-Dihydropyrazin-carbonsäure und der bei der Kondensation verwendeten Base Sauerstoff oder ein mildes Oxydationsmittel verwendet.
Die Kondensation von a,/?-Diamino-propionsäure mit Glyoxal und die direkt anschließende Oxydation der erhaltenen 2,3-Dihydropyrazin-carbonsäure zu Pyrazin-carbonsäure wird in Gegenwart von starken anorganischen Basen, besonders von Alkalibasen, oder von organischen Basen, wie starken tertiären Aminen, durchgeführt. Als Oxydationsmittel zur Überführung des bei der, Kondensation erhaltenen Salzes der 2,3-Dihydropyrazin-carbonsäure in das Salz der Pyrazin-carbonsäure verwendet man vorzugsweise Luftsauerstoff, es kann aber auch reiner
Sauerstoff verwendet werden. Der Wassergehalt des Reaktionsgemisches soll möglichst niedrig, gehalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordent-
Hch vorteilhaft, da Pyrazin-carbonsäure in einer einzigen' Operation durch einfache Kondensation und unmittelbar anschließende Oxydation erhalten wird, wobei zudem das am leichtesten zugängliche Oxydationsmittel angewendet werden kann. Es stützt sich überdies auf. leicht zugängliche Ausgangsstoffe, da α,/9-Diamino-propionsäure durch Chlorierung von Acrylsäure zu α,β-Dichlorpropionsäure und deren Aminierung leicht hergestellt werden kann.
Die bekannten Verfahren dagegen erfordern mehrere Zwischenstufen. Sie führen alle über Zwischenprodukte mit höherem Molekulargewicht, welche durch Oxydation und Decarboxylierung wieder abgebaut werden müssen, wobei hohe Gewichtsverluste und großer Reagenzienverbrauch auftreten.
Das Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist überraschend. Gemäß Krems und Spoerri (vgl. Chem. Rev., 40 [1947], S. 311/312) ist die Kondensation von Äthylendiamin mit Glyoxal zu
2,3-Dihydropyrazin bisher nicht gelungen; vielmehr werden bei dieser Reaktion Polymere gebildet, während bei der Kondensation anderer 1,2-Diamine mit 1,2-Dioxoverbindungen die entsprechenden 2,3-Dihydropyrazine erhalten werden. Es war nicht zu erwarten, daß die analoge Kondensation von α,/3-Diamino-propionssäure mit Glyoxal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur bei Verwendung von Methanol oder Methoxyäthanol als Lösungsmittel zu 2,3-Dihydropyrazincarbonsäure führt.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel erläutert.
Beispiel
22,5 g oc, β - Diamino - propionsäure - hydrochlorid werden in Methanol aufgeschlemmt. Bei einer Temperatur von 50° C läßt man 218 cm3 einer 2,96normalen methaiiolischen Natriumhydroxydlösung (4 Äquivalente Natriumhydroxyd) unter Rühren in die Aufschlemmung einfließen. Nachdem vollständige Lösung eingetreten ist, läßt man unter starkem Rühren bei 50° C 17,6 cm3 einer 40%igen Glyoxallösung zufließen und rührt weitere 10 Minuten. Durch die Lösung bläst man nun etwa 30 bis 45 Minuten einen kräftigen Luftstrom, während die Lösung annähernd auf Rückflußtemperatur gehalten wird. Anschließend dampft man die Lösung im Vakuum zur Trockene ein.
Der Rückstand wird in möglichst wenig warmem Methanol aufgenommen und verrührt, bis eine pulvrige Aufschlemmung vorliegt. Hierauf wird auf 0° C abgekühlt und über Nacht stehengelassen. Der Niederschlag wird abfiltriert und getrocknet. Das so erhaltene Natriumsalz von Pyrazin-carbonsäure ist mit anorganischen Salzen verunreinigt.
Es wird in etwa 100 cm3 Wasser gelöst. Nachdem der Pyrazin-carbonsäure-Gehalt durch optische Verfahren ermittelt worden ist, wird die Lösung durch Zusatz von etwa 65 cm3 2,0normaler Salzsäure auf den pH-Wert 2,0 eingestellt. Die freigesetzte Pyrazin-S carbonsäure fällt sofort aus. Nach etwa 1- bis 2stündigem Stehen bei 0° C wird sie abfiltriert, mit wenig Wasser gewaschen und getrocknet. Aus dem sauren Filtrat kann durch Eindampfen zur Trockene und Aufnehmen des Rückstandes in wenig Wasser eine
ίο zweite kleine Fraktion von Pyrazin-carbonsäure erhalten werden. Auf diese Weise erhält man insgesamt 10,3 g Pyrazin-carbonsäure mit einem Reinheitsgrad von 99,4 °/o. Das entspricht einer Ausbeute von 52%, bezogen auf das eingesetzte α,/5-Diaminopropionsäure-hydrochlorid; F. 225° C.
Bei Anwendung von kristallisiertem Glyoxal statt der wäßrigen Glyoxallösung wird eine Ausbeute von etwa 60 bis 65 % erzielt.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Pyrazin-carbonsäure durch Kondensation einer α,/J-Diaminoverbindung mit Glyoxal, Oxydation des entstandenen Kondensationsproduktes und Freisetzung der Pyrazin-carbonsäure aus ihren Salzen mit Phasen durch Behandlung mit Säure, dadurch gekennzeichnet, daß man als a,yS-Diaminoverbindung a,/?-Diamino-propionsäure einsetzt, die Kondensation mit Glyoxal in Methanol oder Methoxyäthanol als Lösungsmittel und in basischem Milieu durchführt und für die Oxydation des als Kondensationsprodukt erhaltenen, aus dem Reaktionsgemisch nicht isolierten Salzes aus 2,3-Dihydropyrazin-carbonsäure und der bei der Kondensation verwendeten Base Sauerstoff oder ein mildes Oxydationsmittel verwendet.

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