DE19827161A1 - Verfahren zur katalytischen, symmetrischen Disubstitution von Carbonsäureamiden mit Grignardreagenzien - Google Patents

Verfahren zur katalytischen, symmetrischen Disubstitution von Carbonsäureamiden mit Grignardreagenzien

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung symmetrisch substituierten, tertiären Aminen durch symmetrische, Disubstitution von Carbonsäureamiden mit Grignardreagenzien in Gegenwart einer Organotitanverbindung als Katalysator.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Disubstitution von Carbonsäureamiden mit Grignardreagenzien in Gegenwart von Organotitanverbindungen als Katalysator.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus Collect. Czech. Chem. Commun. 1939, 11, 506 bzw. 1959, 24, 110 ist bereits bekannt, daß bei der symmetrischen Dialkylierung von Carbonsäureamiden mit einem Grignardreagenz teriäre Amine erhalten werden, deren Ausbeuten aber nicht zufriedenstellend ist.
Es stellte sich daher die Aufgabe, symmetrisch substituierte Aminoverbindungen durch Umsetzung von Carbonsäureamiden mit einem Grignardreagenz mit einer deutlich verbesserten Ausbeute herzustellen.
Durch Bereitstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, symmetrisch substituierte tertiäre Aminoverbindungen mit deutlich verbesserten Ausbeuten herzustellen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel (1)
wobei die Reste R1, R2 und R3, gleich oder verschieden, für Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkenyl, Alkinyl, -Si(R)3, -Sn(R)3, -SR, -OR, -NRR', stehen oder die Reste R1 und R2 bzw. R2 und R3 einem Cycloalkylring, der ggf. neben N noch wenigstens ein weiteres Heteroatom, vorzugsweise N, O oder S enthalten kann, bilden,
die Reste R4, gleich, für Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkenyl, Alkinyl, oder einen Rest -C(R")(R')CH2R stehen, wobei der Rest R" für -Si(R)3, -Sn(R)3, -SR, -OR, -NRR', steht,
wobei R und R' in der Definition der Reste R1 bis R4 jeweils gleich oder verschieden sein können und für einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- oder Aryl-Rest stehen, und wobei die Reste R4 in der β-Position maximal ein Wasserstoffatom aufweisen dürfen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel (2)
wobei R1, R2 und R3 die oben angegebene Bedeutung haben,
in einem geeigneten Lösungsmittel mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (3)
M - R4 (3)
worin der Rest M für einen Rest MgX mit X = Cl, Br oder I, oder Li steht
und
der Rest R4 die oben angegebene Bedeutung hat,
in Anwesenheit einer Organotitanverbindung als Katalysator umgesetzt wird.
Für die erfindungsgemäße Umsetzung eignen sich vorzugsweise Carbonsäureamide, bei denen die Reste R1, R2 und R3, gleich oder verschieden, für Wasserstoff, einen Alkylrest mit C1-C10, einen Cycloalkylrest mit C3-C8, einen Arylrest mit C6-C20, einen Alkenylrest mit C2-C10, einen Alkinylrest mit C2-C10, einen Cycloalkylring aus den Resten R1 und R2 bzw. R2 und R3 mit C3-C8, der neben Stickstoff ggf. noch als weiteres Heteroatom ein Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefel-Atom enthalten kann, und die Reste R und R' für einen Alkylrest mit C1- C10, einen Cycloalkylrest mit C3-C6 oder einen Arylrest mit C6-C20 stehen.
Ganz besonders bevorzugt werden als Carbonsäureamide der Formel (2) folgende Verbindungen eingesetzt:
Als Grignardverbindung oder lithiumorganische Verbindung wird für die erfindungsgemäße Umsetzung eine Verbindung der allgemeinen Formel (3) verwendet. In dieser allgemeinen Formel (3) stehen die Reste R4 jeweils vorzugsweise für einen C1-C10 Alkylrest, einen C3-C6-Cycloalkylrest, einen C6-C20- Arylrest, einen C2-C10-Alkenylrest, einen C2-C10-Alkinylrest oder einen Rest -C(R")(R')CH2R mit der oben angegebenen Bedeutung, wobei R bzw. R', gleich oder verschieden, für einen Alkylrest mit C1-C10, einen Alkenylrest mit C2-C10, einen Alkinylrest mit C2-C10, einen Cycloalkylrest mit C3-C6 oder einen Arylrest mit C6-C20, bedeuten. Vorzugsweise stehen die Reste R4 für einen Methyl-, Phenyl- oder Benzyl-Rest.
Der Rest M in den allgemeinen Formel (3) steht vorzugsweise für einen Rest -MgX mit X für Cl oder Br oder der Rest M für Lithium.
Besonders bevorzugt werden folgende Grignardverbindungen für die erfindungsgemäße Umsetzung eingesetzt:
Methylmagnesiumbromid (MeMgBr) Phenylmagnesiumbromid (PhMgBr) Benzylmagnesiumchlorid (BnMgCl)
Für die Umsetzung sollte die Verbindung der allgemeinen Formel (3) in Mengen von 0, 7 bis 1, 2, bevorzugt 0,9 bis 1, 1 Äquivalenten, bezogen auf die Verbindung der allgemeinen Formel (2), vorliegen.
Die erfindungsgemäße Umsetzung erfolgt in Gegenwart einer Organotitan­ verbindung als Katalysator, der vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 5 mol%, vorzugsweise 1 bis 3,5 mol%, bezogen auf die Verbindung der allgemeinen Formel (2), eingesetzt wird.
Als Organotitanverbindungen eignen sich vorzugsweise Verbindungen der allgemeinen Formel (5)
TiY4-n(OR''')n (5),
worin n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist,
Y Cl, Br oder I bedeutet, und
die Reste R''', gleich oder verschieden, einen Alkyl-Rest mit C1-C10 oder ein Aryl- Rest mit C6-C20, bevorzugt Isopropyl bedeuten.
Besonders bevorzugt wird als Organotitanverbindungen Ti(OiPr)4, verwendet, wobei iPr für einen Isopropylrest steht.
Die erfindungsgemäß hergestellten symmetrisch substituierten Aminverbindungen der allgemeinen Formel (1) werden vorzugsweise nicht nur in Gegenwart eines Katalysators, sondern auch in Gegenwart einer Verbindung gemäß einer der allgemeinen Formeln (5), (6) oder (7)
Am+(OiPr)m (5),
worin A für Al, Ca, Na, K, Si oder Mg, vorzugsweise Mg oder Na steht,
m eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und die Oxidationsstufe des Metalls bedeutet,
iPr für Iso-Propyl steht,
(RIV)3SiZ (6),
worin die Reste RIV, gleich oder verschieden, für einen Alkyl oder Aryl-Rest und Z für F, C1, Br, I, bevorzugt Cl stehen,
(RIV)2ZSi(CH2)oSiZ(RIV)2 (7),
wobei o eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist und
Z und die Reste RIV wie vorstehend definiert sind, als Cokatalysator hergestellt.
Vorzugsweise bedeutet der Rest RIV einen Alkylrest mit C1-C10 oder einen Arylrest mit C6-C20, besonders bevorzugt einen Alkylrest mit C1-C3. Ganz besonders bevorzugt werden als Cokatalysatorverbindungen Isopropylate der in der Formel (5) angegebenen Metalle, insbesondere von Magnesium oder Natrium, oder Alkylsilanhalogenide der allgemeinen Formel (6) oder (7), wobei die Reste RIV für einen Alkylrest mit C1-C6 und Z für Cl stehen, eingesetzt.
Ganz besonders bevorzugt werden als Cokatalysatoren folgende Verbindungen eingesetzt:
NaOiPr, Mg(OiPr)2, (CH3)3SiCl
Sofern ein Cokatalysator dem Reaktionsgemisch zugegeben wird, sollte dieser in Mengen von 0,7 bis 1,2, bevorzugt 0,9 bis 1,1 Äquivalenten, bezogen auf die Verbindung der allgemeinen Formel (2), eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Umsetzung wird vorzugsweise in einem geeigneten Lösungsmittel für die Verbindungen der allgemeinen Formel (2) und (3) durchgeführt, vorzugsweise in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, wie z. B. einen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff oder Ether, vorzugsweise Toluol, Tetrahydrofuran, n-Hexan, Cyclohexan, Benzol oder Diethylether. Ganz besonders bevorzugt wird eine Lösung der Verbindung der allgemeinen Formel (2) mit dem Katalysator vorgelegt und die Verbindung der allgemeinen Formel (3) zu dieser Lösung zudosiert und ggf. der Cokatalysator hinzugefügt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zugabe der Grignard- oder Lithiumverbindungen als Lösung in den genannten Lösungsmitteln vorliegt und vorzugsweise durch Zutropfen dem Reaktionsgemisch zugegeben wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, während der gesamten Umsetzung das Reaktionsgemisch zu rühren.
Es ist auch möglich, die Verbindung der allgemeinen Formel (3), sofern sie Grignardreagenzien sind, in situ herzustellen, indem man Magnesium mit einer Verbindung der Formel (8) umsetzt. Bei der in situ Herstellung wird Magnesium und Verbindungen der allgemeinen Formeln (8)
R4-X (8)
umgesetzt,
worin die Reste X und R4 die oben angegebene Bedeutung haben. Vorzugsweise beträgt bei dieser in situ Herstellung der Grignardverbindungen die Menge an Magnesium 2 bis 4, vorzugsweise 2,8 bis 3,2 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung der allgemeinen Formel (2) und die Menge der Verbindung der allgemeinen Formel (8) 1,8 bis 2,8 Äquivalente, bevorzugt 2, 2 bis 2,6 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung der allgemeinen Formel (2).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von symmetrisch substituierten Aminoverbindungen der allgemeinen Formel (1) wird vorzugsweise bei Raumtemperatur, d. h. bei 20 bis 25°C, unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Sofern bei der erfindungsgemäßen Umsetzung kein Cokatalysator mitverwendet wird, können auch Temperaturen bis 80°C, vorzugsweise 65°C, als Reaktionstemperatur eingestellt werden.
Gemäß der erfindungsgemäßen Synthese gelingt es, symmetrisch substituierte Aminoverbindungen der allgemeinen Formel (1) mit zufriedenstellenden Ausbeuten innerhalb angemessenen Reaktionszeiten herzustellen, wobei die Reaktionszeiten durch Einsatz der genannten Katalysator- und Cokatalysatorverbindungen bis auf 1 Stunde verkürzt werden können, ohne daß ein nennenswerter Rückgang der Ausbeute der genannten Aminoverbindungen zu beobachten ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Katalysatorsystem aus einer Verbindung der allgemeinen Formel (4)
TiY4-n(OR''')n 4)
und einer Verbindung gemäß einer der allgemeinen Formel (5), (6) oder (7)
Am+(OiPr)m (5)
(RIV)3SiZ (6)
(RIV)2ZSi(CH2)o-SiZ(RIV)2 (7)
worin A, Z, m, o, iPr und RIV und Y, n und R''' wie oben definiert sind, und die Verwendung des Katalysatorsystems bei der Herstellung der symmetrisch substituierten Aminoverbindungen der allgemeinen Formel (1).
Nach der erfindungsgemäßen Umsetzung können die symmetrisch substituierten Aminoverbindungen in üblicher Weise gereinigt und isoliert werden.
Dabei können die Produkte als Salze mit Hilfe von Salzsäurelösungen z. B. 1 molare, etherische Salzsäurelösungen, ausgefällt und abfiltriert, und, wenn nötig, durch Umkristallisation gereinigt werden.
Es ist auch möglich, die Produkte aus der organischen Phase mit Hilfe von Säurelösungen, vorzugsweise einer wässrigen Salzsäurelösung, zu extrahieren, das gewonnene Extrakt mit Hilfe von Laugen, vorzugsweise Natronlauge, auf einen pH < 10 zu stellen und mindestens einmal, vorzugsweise mehrmals, mit getrocknetem Diethylether zu extrahieren. Die dabei gewonnenen organischen Phasen, die das Reaktionsprodukt enthalten, können ggf. getrocknet (über Kaliumcarbonat) und von dem organischen Lösungsmittel unter Vakuum befreit werden.
Weiterhin ist es möglich, das Reaktionsprodukt zu isolieren, indem man das organische Lösungsmittel mit Hilfe vom Vakuum entfernt und den verbleibenden Rückstand zur Isolierung des Reaktionsproduktes säulenchromatographisch auftrennt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen der allgemeinen Formel (1) können z. B. als Zwischenprodukte zur Herstellung von Schwefel- oder Selen­ enthaltenden Aminen für die chirale Katalyse von Diethylzink Synthesen (Literatur: Werth, Thomas; Tetrahedron lett. 36; 1995, 7849-7852, Werth, Thomas et all. Helr. Chim. Acta 79, 1996, 1957-1966) verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele 1 bis 4
Zu einer Lösung von 3 mol% Ti(OiPr)4, bezogen auf das in der Tabelle 1 angegebene Amid, in 40 ml trockenem Tetrahydrofuran wird bei 20°C unter einer Stickstoffatmosphäre 5 mmol des in der Tabelle 1 angegebenen Amids und 5 mmol (CH3)3SiCl3 als Cokatalysator zugetropft. Es wird 5 min bei 20°C gerührt. Zu dem Reaktionsgemisch werden dann 12 mmol des in der Tabelle 1 angegebenen Grignardreagenz so langsam zugegeben, daß das Reaktionsgemisch nicht über 50°C erwärmt wird. Anschließend wird bei der in Tabelle 1 angegebenen Reaktionstemperatur während der in der Tabelle 1 angegebenen Reaktionszeit gerührt, bis die Umsetzung abgeschlossen ist.
Beispiel 1a
Abweichend davon werden im Beispiel 1a 15 mmol Magnesiumspäne in 10 ml Tetrahydrofuran bei 20°C unter einer Stickstoffatmosphäre vorgelegt. Dazu werden 10 mol%, bezogen auf das in der Tabelle 1 angegebene Amid, Ti(OiPr)4 und 5 mmol des in der Tabelle 1 angegebenen Amids in Tetrahydrofuran gelöst, zugegeben. Dazu werden 12 mmol Phenylbromid langsam zugetropft, so daß das Gemisch leicht siedet. Während der Reaktionszeit von 1 Stunde und 25°C Reaktionstemperatur wird nach vorheriger Zugabe von 5 mmol des oben angegebenen Cokatalysators nach 1 Stunde das in der Tabelle 1 dargelegte Produkt mit der in der Tabelle 1 angegebenen Ausbeute erhalten.
Aufarbeitung der Reaktionsprodukte
Zur Entfernung der Lewis-Säure wird unter heftigem Rühren (1 Stunde) 15 ml gesättigte Ammoniumchlorid Lösung und 15 ml Wasser zugegeben.
Möglicher entstehender Niederschlag wird über Nutsche/Saugflasche abgesaugt und der Filterrückstand mit 2 mal 20 ml getrocknetem Diethylether gewaschen. Das Filtrat wird durch Zugabe von Natriumhydroxid Lösung basisch (pH ≧ 10) eingestellt. Anschließend werden die Phasen im Scheidetrichter getrennt. Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 30 ml Diethylether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit gesättigter Natriumchlorid Lösung gewaschen und die abgetrennte organische Phase über Kaliumcarbonat getrocknet und filtriert. Das Lösungsmittel wird am Rotationsverdampfer abrotiert. Der Rückstand wird an 20 g Kieselgel mit einem Laufmittelgemisch Heptan/tert.-Butylmethylether 50/1 chromatographiert.
Tabelle 1

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel (1)
wobei die Reste R1, R2 und R3, gleich oder verschieden, für Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkenyl, Alkinyl, -Si(R)3, -Sn(R)3, -SR, -OR, -NRR', stehen oder die Reste R1 und R2 bzw. R2 und R3 einem Cycloalkylring, der ggf. neben N noch wenigstens ein weiteres Heteroatom, vorzugsweise N, O oder S enthalten kann, bilden,
die Reste R4, gleich, für Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Alkenyl, Alkinyl, oder einen Rest -C(R")(R')CH2R stehen, wobei der Rest R" für -Si(R)3, -Sn(R)3, -SR, -OR, -NRR', steht,
wobei R und R' in der Definition der Reste R1 bis R4 jeweils gleich oder verschieden sein können und für einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- oder Aryl-Rest stehen, und wobei
die Reste R4 in der β-Position maximal ein Wasserstoffatom aufweisen dürfen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel (2)
wobei R1, R2 und R3 die oben angegebene Bedeutung haben,
in einem geeigneten Lösungsmittel mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (3)
M - R4 (3)
worin der Rest M für einen Rest MgX mit X = Cl, Br oder I, oder Li steht und
der Rest R4 die oben angegebene Bedeutung hat,
in Anwesenheit einer Organotitanverbindung als Katalysator umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste R1, R2, R3, R4, R und R' jeweils für einen C1-C10-Alkyl-, C3-C6-Cycloalkyl- oder einen C6-C20-Aryl-Rest stehen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste R4 für einen Methyl-, iso-Propyl- oder Phenyl-Rest stehen.
4. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Organotitanverbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel (4)
TiY4-n(OR''')n (4)
eingesetzt wird, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist,
Y Cl, Br oder I bedeutet, und
R''' ein Alkyl-Rest mit C1-C10 oder ein Aryl-Rest mit C6-C20 ist, bevorzugt Isopropyl.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß X für Cl oder Br und n für 4 stehen.
6. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der allgemeinen Formel (3) zu einer Lösung der Verbindung (2) und des Katalysators in einem geeigneten Lösungsmittel gegeben werden, und daß zusätzlich eine Verbindung gemäß den allgemeinen Formeln (5), (6) und (7)
Am+(OiPr)m (5),
worin A für Al, Ca, Na, K, Si oder Mg, vorzugsweise Mg oder Na steht,
m eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und die Oxidationsstufe des Metalls bedeutet,
iPr für iso-Propyl steht,
(RIV)3SiZ (6),
worin die Reste RIV, gleich oder verschieden, für einen Alkyl- oder Aryl-Rest und
Z für F, Cl, Br, I, bevorzugt Cl, stehen,
(RIV)2ZSi(CH2)oSiZ(RIV)2 (7),
worin o eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist und
Z und RIV wie vorstehend definiert sind,
als Cokatalysator eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel ein aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoff oder Ether, vorzugsweise Toluol, Tetrahydrofuran, n-Hexan, Cyclohexan, Benzol oder Diethylether, eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Cokatalysator der Lösung der Verbindung (2) und des Katalysators vor Zugabe der Verbindung (3) zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in Mengen von 0,5 bis 5 mol%, bevorzugt 1 bis 3,5 mol%, bezogen auf die Verbindung (2), eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Cokatalysators 0,7 bis 1,2, bevorzugt 0,9 bis 1,1 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung (2), beträgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Verbindung der allgemeinen Formel (3) 1,6 bis 2,4, bevorzugt 1,8 bis 2,2 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung (2), beträgt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungen der allgemeinen Formel (3) solche mit M = MgX eingesetzt werden, wobei X wie in Anspruch 1 definiert ist, die in situ aus Magnesium und einer Verbindung der Formel (8)
R4-X (8)
hergestellt werden,
wobei X und R4 wie in Anspruch 1 definiert sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Magnesium 2 bis 4, bevorzugt 2, 8 bis 3, 2 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung (2), beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Verbindungen (8) 1,8 bis 2,8 Äquivalente, bevorzugt 2,2 bis 2,6 Äquivalente, bezogen auf die Verbindung (2), beträgt.
15. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Raumtemperatur unter Inertgas durchgeführt wird.
16. Katalysatorsystem aus einer Verbindung der allgemeinen Formel (4)
TiY4-n(OR''')n (4)
und einer Verbindung gemäß den allgemeinen Formeln (5), (6) oder (7)
Am+(OiPr)m (5)
(RIV)3SiZ (6)
(RIV)2ZSi-(CH2)o-SiZ(RIV) (7)
worin A, Z, m, o, iPr und RIV wie in Anspruch 6 und Y, n und R''' wie in Anspruch 4 definiert sind.
17. Verwendung des Katalysatorsystems nach Anspruch 16 bei der Herstellung von symmetrisch, disubstituierten Verbindungen der Formel (1) gemäß Anspruch 1.
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