DE2249770C3 - Verfahren zur Herstellung von Pyridinmethanolacetaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Pyridinmethanolacetaten

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DE2249770C3 DE19722249770 DE2249770A DE2249770C3 DE 2249770 C3 DE2249770 C3 DE 2249770C3 DE 19722249770 DE19722249770 DE 19722249770 DE 2249770 A DE2249770 A DE 2249770A DE 2249770 C3 DE2249770 C3 DE 2249770C3
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Description

R-f J^
20
I ο
dadurch gekennzeichnet, daß man das dabei erhaltene isomere Acetatgemisch (Boekelheideumlagerungsprodukte) zwischen I) und 6O0C mittels Hydrazin, Hydroxylamin, primären Aminen, primären Hydroxylalkylaminen, primären Diaminen oder sekundären Aminen im Molverhältnis Hydroxypyridinacetat zu Aminfunktion = 1:1 bis 1,1 sowie Acetanhydrid zu Aminfunktion = 1:2 einer partiellen Verseifung unterwirft und anschließend das unverseifte Pyridinmethanolacetat durch fraktionierte Destillation von den acetylierten Verseifungsmitteln und dem wesentlich schwerer flüchtigen Hydroxypyridin abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei Raumtemperatur erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verseifungsmittel Dimethylamin in Form seiner wäßrigen Lösung verwendet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pyridinmethanolacetaten der allgemeinen Formel
R-f V-CH7OOCCH,
55
wobei der Acetoxymethylrest in 2- oder 4-Stellung ■teht, R ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder ftthyl-Gruppe bedeutet, die sich bei 2ständigem Acetoxymethylrest in 3-, 5- oder 6-Stellung, bei 4ständigem Acetoxymethylrest in 3- oder 5-Stellung befinden kann.
Nach W. Baker, J. Chem. Soc, 1958, S. 3594, ist bekannt, Pyridin-2-methanolacetat durch Behandeln von 2-Carboxy-6-methylpyridin-N-oxid mit Acetanhydrid und anschließender Destillation des Umsetzungsproduktes herzustellen. Jedoch wird die technische Ausnutzung des Verfahrens dadurch erschwert, daß das Ausgangsmaterial 2-Garboxy-6-methylpyridin schwer zugänglich ist. Außerdem ist das Verfahren auf Pyridin-2-methanolacetat beschränkt und nicht gllgemein anwendbar.
Es ist weiterhin bekannt, Pyridincarbinolacetate durch Einwirkung von Acetanhydrid auf die entsprechenden Pyridin-N-oxide zu gewinnen (Boekelheideumlagerung, V. Boekelheide, W. J. L i η n, J. Amer. chem. Soc, 76 [1954], S. 1286; O. H. Bullit et al., J. Amer. chem. Soc, 76 [1954], S. 1370; US-PS 26 62 711). Bei dieser Reaktion bekommt' man aber nicht nur die gewünschten Pyridincarbinolacetate, sondern stets in einem bestimmten Verhältnis die dazu isomeren aeylierten Oxypyridine, z. B. entsteht im Falle des «-Picolin-N-oxids ein Gemisch folgender Zusammensetzung:
67 bis 72% Pyridin-2-methanolacetat,
28 bis 33% 2-MethyI-3-acetoxypyridin und
2-Methyl-5-acetoxypyridin
im Verhältnis 1:1.
(S. Okuda, Pharm. Bull. Jap., 3 [1955], S. 316; S. Oae et al., Tetrahedron, 20 [1964], S. 2085; P.W. Ford, J. M. Swan. Austral. J. Chem., 18 [1965] S. 867; J. A. Berson, Th. Cohen, J. Amer. chem. Soc, 77, S. 1281 [1955]). Die auf diese Weise entstehenden Gemische lassen sich auf desiillativem Wege nicht trennen, im besten Falle erhält man mehr oder minder starke Anreicherungen der einzelnen Komponenten.
Für das nach Boekelheide gewonnene Pyridin-4-methanolacetat ist ein Verfahren zur Abtrennung des phenolischen Bestandteiles (3-Hydroxy-4-methylpyridin) bekannt (J. A. Berson, Th. Cohen, J. Amer. chem. Soc, 77 [1955], S. 1281). Danach wird das entstandene Gemisch mit einem großen Überschuß isopropanolischer Oxalsäure behandelt, wobei das saure Pyridin-4-methanolacetathydrogenoxalat unter Gasentwicklung ausfällt und abgetrennt werden kann. Durch 2ständiges Kochen der Mutterlauge erhält man 3-Hydroxy-4-methylpyridin. Das freie Pyridin-4-methanolacetat entsteht aus dem Oxalat durch Behandeln mit einem Überschuß an Sodalösung, anschließende Extraktion mit Chloroform und destillativer Aufarbeitung des Extraktes.
Diese Methode ist umständlich und nicht allgemein anwendbar, weil nur im Falle des Pyridin-4-methanolacetats eine hinreichend quantitative Trennung erfolgt.
Nach der SU-PS 2 76 959 lassen sich die Isomeren durch Verseifen der Acetate mit alkalischem Kupferhydroxid gewinnen. Die Trennung erfolgt durch fraktionierte Kristallisation der Chelatkomplexe und deren Spaltung mit Schwefelwasserstoff. Das Verfahren ist sehr aufwendig, nicht zuletzt im Hinblick auf die Schutzmaßnahmen wegen des hochgiftigen Schwefelwasserstoffes. Außerdem bekommt man nach diesem Patent das freie Pyridincarbinol, das zur Herstellung des Acetats erst in einem gesonderten Verfahren, z. B. nach K. B. Augustinsson et al., Acta chem. scand., 18 (1964), S. 1006, mit Acetanhydrid umgesetzt werden muß.
Auf einen solchen Zweistufenprozeß laufen alle anderen bekannten Verfahren zur Herstellung der Pyridincarbinolacetate hinaus. So lassen sich die freien Carbinole auf eine für technische Prozesse sehr teure Weise durch Reduktion der entsprechen-
den Carbonsäureester mil komplexen Hydriden gewinnen (H.S. M ο s h e r et al., J. Amer. ehem. Soc, 73 Γ1951] S.4925; V. M. Micovic et al., Rec. trav chim., 71 [1952], S. 970; J. Bigot et al, Rec. Lv chim., 76 [1957], S. 996; W. B a k e r, J. ehem. Soc, 1958, S. 3594; M. Protiva, Chem. Listy, 45 [1951]. S. 20; F. Bohl mann, Chem. Ber., 86 [1953], S. 1419).
Alle bekannten Methoden der isomerenfreien Gewinnung der Carbinolacetate aus den sogenannten Boekelheideumlagerungsprodukten führen ebenfalls über die freien Carbinole, indem man die Gemische sauer oder alkalisch verseift, die Carbinole aus den alkalischen Lösungen extrahiert und die Extrakte der fraktionierten Destillation unterwirft. Aus den neutralisierten, wäßrigen Mutterlaugen lassen sich die phenolischen Komponenten gewinnen (US-PS 26 62 711; V. Boekelheide et al., J. Amer. chem. Soc 76 [1954], S. 1286; G. Kobayashi, Pharm. Bull Jap., 1 [1953], S. 347; S. Okuda, Pharm. Bull Jap-, 3 [1955], S. 316; V. J. Tray η el Ii s et el., J. Amer. chem. Soc, 80 [1958], S. 6590 und 82 [I960], S. 2744; S. Oae, Chem. and Industry, 1961, «j. 515, und J. Amer. chem. Soc, 84 [1962], S. 3359; Y. Murakami et al.. Bull. ehem. Soc. Japan, 39 [1966], S. 1197; G. Kobayashi et a!., J. Pharm. Soc Japan, 74 [1954], S. 790; F. Bohlmann et al.. Chem. Ber., 96 [1963], S. 1792).
Die auf irgendeine der geschilderten Weisen gewonnenen freien Carbinole müssen dann erst noch in einem weiteren Prozeß zu den Acetaten verestert werden, z. B. nach K. B. A u g u s t i η s s ο η et al. (s. 0.). Diese Verfahren sind auf Grund ihrer zum Teil teuren Ausgangsmaterialien (z. B. komplexe Hydride) und ihre Mehrstufigkeit zeitraubend und unbefriedigend.
Es bestand demnach die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, das unter technisch und wirtschaftlich gleichermaßen günstigen Bedingungen zu den gewünschten Pyridinmethanolacetaten führt.
Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Pyridinmethanolacetaten der allgemeinen Formel
R-r +-C5^OOCCH3
wobei der Acetoxymethylrest in 2- oder 4-Stellung steht, R ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Äthyl-Gruppe bedeutet, die sich bei 2ständigem Aceloxymethylrest in 3-, 5- oder 6-Stellung, bei 4ständigem Acetoxymethylrest in 3- oder 5-Stellung befinden kann, durch Einwirkung von Acetanhydrid auf ein entsprechendes Pyridin-N-oxid der allgemeinen Formel y\
6o
dadurch gekennzeichnet, daß man das dabei erhaltene isomere Acetatgemisch (Boekelheideumlagerungsprodukte) zwischen 0 und 60° C mittels Hydrazin, Hydroxylamin, primären Aminen, primären Hydroxyalkylaminen, primären Diaminen oder sekundären Aminen im Molverhältnis Hydroxypyridinacetat zu Aminfunktion = 1:1 bis 1,1 sowie Acetanhydrid zu Aminfunktion = 1:2 einer partiellen Verseifung unterwirft und anschließend das unverseifte Pyridinmethanolacetat durch fraktionierte Destillation von den acetylierten Verseifungsmitteln und dem wesentlich schwerer flüchtigen Hydroxypyridin abtrennt.
Ais Verseifungsmittel eignen sich neben Hydrazin und Hydroxylamin primäre Amine, z. B. Benzylamin, primäre Hydroxyalkylamine, z. B. Ätnanolamin, primäre Diamine, z. B. Äihylendiamin und sekundäre Amine, z. B. Diäthylamin und Dimethylamin, letzteres besonders in Form seiner 40%igen wäßrigen Lösung. Die partielle Verseifung erfolgt zwischen 0 und 60° C, vorzugsweise bei Raumtemperatur, indem man gemäß den in den Acetatgemischen vorhandenen Hydroxypyridinacetaten aliquote Mengen Verseifungsmittel zusetzt, etwa noch vorhandenes Acetanhydrid wird durch anteilmäßig zugesetztes Verseifungsmittel umgesetzt. Man wählt vorteilhaft solche Amine, deren Acetylderivate sich im Siedepunkt von den Pyridincarbinolacetaten genügend unterscheiden.
Die so erhaltenen Pyridinmethanolacetate sind wertvolle Ausgangsmaterialien für Pharmazeutika, z. B. zur Herstellung von Thiaxanthenonderivaten (Miitel zur Behandlung von Schistosomiasis (vgl. US-PS 30 31 452 und 3089 876), bzw. Zwischenprodukte Tür Mittel zur Behandlung des anaphylaktischen Schocks (vgl. CH-PS 3 95 995).
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren erläutern:
Beispiel 1
3250 g eines Acetatgemisches folgender Zusammensetzung:
1,6% Acetanhydrid = 0,51 Mol
13,5% 2-Methyl-3-acetoxypyridin 1 saiM ,
14,0% 2-Melhyl-5-acetoxypyridin / = ^1 Mo1
70,5% 2-Acetoxymethylpyridin ... ^ 15,16 Mol
werden unter Rühren bei 25° C mit 870 ml (6,94 Mol) 40%iger Dimethylaminlösung tropfenweise versetzt und 2 Stunden bei dieser Temperatur nachgerührt. Bei der Fraktionierung an der Kolonne im Wasserstrahlvakuum folgen nach Abtrennung des Wassers
1. Kp.15 = 60 bis 70' C, 532 g === 88%
der Theorie Dimethylacetamid,
2. Kp.15 = 70 bis 110" C, 98,5 g Zwischenlauf,
3 Kp.,5 = 110 bis 1200C, 2225 g ^97,2%
der Theorie 2-Acetoxymethylpyridin.
Gaschromatographisch wird ein Gehalt von etwa 97% ermittelt, demnach entspricht die Ausbeute 2158 g = 94.3% der Theorie.
Rückstand: 640 g = 99,2% 2-Methyl-3-hydroxypyridin und 2-Methyl-5-hydroxypyridin.
Zu diesem Rückstand wird noch heiß die gleiche Gewichtsmenge Toluol gegeben und unter Rühren abgekühlt, das ausgefallene Produkt abgesaugt und getrocknet.
Ausbeute: 624 g = 96,8% der Theorie an den vorgenannten Isomeren.
Beispiel 2
600 g eines Acetatgemisches folgender Zusammensetzung:
2,7% Acetanhydrid =0,169 Mol
12,1% 2-Melhyl-3-acctoxypyridin 1 ^
idi = UZJ °
yypy
13,7% 2-Methyl-5-acetoxypyridinJ
hlidi
yypyJ
71.2% 2-Acetoxymcihylpyridin ... = 2,85 Mol
werden unter Rühren bei 25" C mit 102,5 g (1,4 Mol) Diäthylamin tropfenweise versetzt. Nach 2ständigcm Nachrühren bei dieser Temperatur wird an der Kolonnefraktioniert:
1. Kp.,5 = 81 bis 90° C, 144,5 g = 91,9%
der Theorie Diäthylacetamid,
2. Kp.15 = 90 bis Π 00C, 25 g Zwischenlauf,
3. Kp.15 = 110 bis 1200C, 410 g S= 96%
der Theorie,
4. Rückstand 109,5 g = 98% der Theorie.
Dieser Rückstand wird wie im Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet: 106 g = 94,8% der Theorie eines Gemisches der beiden Isomeren.
Der Gehalt der Fraktion 3 beträgt etwa 96% (gaschromatographisch ermittelt), die Ausbeute demnach 394 g = 92,2% der Theorie Pyridin-2-methanoIacetat.
Beispiel 4
600 g des im Beispiel 2 beschriebenen Gemisches werden unter Rühren bei 20 bis 300C mit 85,5 g = 1,4 Mol Äthanolamin versetzt. Nach zweistündigem Nachrühren lassen sich destillativ über eine Kolonne vom Rückstand, der die phenolischen Komponenten und N-Acetyläthanolamin enthält, 400 g = 93,7% der Theorie Pyridin-2-methanolacetat vom Sdp. 1 IG bis 120°C/15 mm Hg gewinnen.
Das Produkt ist etwa 95,2%ig rein (gaschromatoeraphisch ermittelt), danach beträgt die Ausbeute 381 g s 89,1% der Theorie.
Der Rückstand wird nach Beispiel 1 isoliert: 100 g = 89,5% der Theorie Isomere.
Gehalt: etwa 95% (gaschromatographisch), die Ausbeute beträgt demnach 385 g =. 90,2% der Theorie.
Der Rückstand (120 g = 1\)7,3% der Theorie) wird wie im Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet: 101 g = 90,5% der Theorie Isomere.
Beispiel 3
600 g des im Beispiel 2 beschriebenen Gemisches werden unter Rühren bei 500C mit 150 g = 1,4 MoI Benzylamin versetzt. Nach zweistündigem Nachrühren lassen sich vom Rückstand, der die phenolischen Isomeren und N - Benzylacetamid enthält, destillativ über eine Kolonne 419 g = 98% der Theorie Pyridin-2-methanolacetat vom Sdp. 110 bis 120cC 15 mm Hg isolieren. Das Produkt ist etwa 95,0%ig rein (gaschromatographisch ermittelt), die Ausbeute beträgt demnach 398 g = 93,2% der Theorie.
Der Rückstand wird nach Beispiel 1 isoliert: 103 g = 92,2% Isomere.
Beispiel 6
IO
1361 g eines Acetatgemisches (hergestellt aus Acetanhydrid und 2,6-Lutidin-N-oxid) folgender Zusammensetzung:
,5 8% Acetanhydrid =1,07 Mol
17% 2,6-Dimethyl-3-acetoxy-
pyridin = 1,41 Mol
74,5% 2-Acetoxymethyl-6-methy 1-
pyridin = 6,15 Mol
werden unter Rühren bei 25 bis 300C mit 450 ml (3,6 Mol) 40%iger Dimethyfaminlösung versetzt und 2 Stunden nachgerührt; dann wird an der Kolonne im Wasserstrahlvakuum fraktioniert und 980 g = 96.5% der Theorie 2-Acetoxymethyl-6-methylpyridin vom Siedebereich 115 bis 125°C/55 mm Hg gewonnen.
Gehalt: etwa 95% (gaschromatographisch). die Ausbeute beträgt demnach 930 g = 91,6% der Theorie.
182 g = 105% der Theorie des Destillationsrückstandes ergeben aus der gleichen Menge Toluol umkristallisiert 156 = 90% 2,6-Dimethyl-3-hydroxypyridin.
Beispiel 5
600 g des im Beispiel 2 beschriebenen Gemisches werden unter Rühren bei 20 bis 30° C mit 42 g (0,7 Mol) 98%iger Äthylendiamin versetzt. Nach zweistündigem Nachrühren wird vom ausgefallenen «,u-Diacetyläthylendiamin abgesaugt und der Filterrüt!:- stand mit Benzol ausgewaschen. Aus dem Filtrat wird zuerst bei Normaldruck das Benzol abdestilliert und anschließend der Kolbeninhalt im Wasserstrahlvakuum fraktionier«, wobei 405 g = 94,9% der Theorie Pyridin-2-methanolacetat vom Sdp. 110 bis 12O0C/ 15 mm Hg gewonnen werden.
Beispiel 7
500 g eines durch Einwirkung von Acetanhydrid auf 2,6-Lutidin-N-oxid erhaltenen Acetatgemisches folgender Zusammensetzung:
40
7% = 0,343 Mol Acetanhydrid,
17,2% =0,52 Mol 2,6-Dimethyl-3-acetoxy-
pyridin,
75% = 2,27 Mol 2-Acetoxymethyl-6-methylpyridin
werden unter Rühren bei 20 bis 300C mit 88,5 g (1,21 Mol) Diäthylamin tropfenweise versetzt. Nach zweistündigem Nachrühren wird an der Kolonne fraktioniert. Es werden dabei 355 g = 94% 2-Acetoxymethyl-6-methylpyridin vom Siedebereich 115 bis 125° C/15 mm Hg gewonnen, dessen Gehalt bei etwa 95,0% liegt (gaschromatographisch). Demnach beträgt die Ausbeute 335 g = 89,4% der Theorie.
Der Destillationsrückstand, aus der gleichen Menge Toluol umkristallisiert, ergibt 56,5 g = 88,4% der Theorie 2,6-Dimethyl-3-hydroxypyridin.
Beispiel 8
900 g eines durch Einwirkung von Acetanhydrid auf 4-Picolin-N-oxid erhaltenen Acetatgemisches mit folgender Zusammensetzung:
4,5% = 0,4 Mol Acetanhydrid,
20,4% = 1,22 Mol 3-Acetoxy-4-methyIpyridin,
73,9% = 4,4 Mol Pyridin-4-methanoIacelat
werden bei 20 bis 300C unter Rühren tropfenweise mit 253 ml = 2,02 Mol 40%iger Dimethylaminlösung versetzt und 2 Stunden nachgerührt. Anschließend wird an der Kolonne fraktioniert, dabei werden 633 g = 93,9% der Theorie Pyridin-4-methanolacetat vom Siedebereich 128 bis 138°C/20mm Hg isoliert.
Gehalt: etwa 95,0% (gaschromatographisch), die Ausbeule beträgt demnach 605 g ^ 89,7% der Theorie.
Der Destillationsrückstand, aus Toluol umkrisiallisiert, ergibt 119,5 g = 90% der Theorie 3-Hydroxy-4-methylpyridin.
Beispiel 9
600 g eines im Beispiel 2 beschriebenen BoekelheideumlageTungsgemisches werden bei 20 bis 25" C unter Rühren mit 35 g (0,7 Mol) Hydrazinhydrat tropfenweise versetzt. Man läßt bei der angegebenen Temperatur 2 Stunden nachrühren und fraktioniert dann im Vakuum. Nach Abdampfen des durch das Hydrazinhydrat eingeschleppten Wassers folgen 410 g s 95% der Theorie Pyridin-2-methanolacetat vom Siedebereich 112 bis 118DC/15 mm Hg.
Das Produkt ist etwa 97%ig rein (gaschromatographisch ermittelt).
Der Rückstand enthält die phenolischen Isomeren.
Beispiel 10
600 g eines im Beispiel 2 beschriebenen Boekelheideumlagerungsgemisches werden bei 20 bis 25° C unter Rühren mit 100 ml einer wäßrigen Lösung, die 46 g (1,4MoI) Hydroxylamin enthält, tropfenweise versetzt und 2 Stunden bei der angegebenen Temperatur nachgerührt. Nach Abdampfen des durch das Hydroxylamin eingeschleppten Wassers folgen 405 g s 94% der Theorie Pyridin-2-methanolacetat.
Gehalt: etwa 96% (gaschromatographisch ermittelt).
Der Rückstand enthält die phenolischen Isomeren.
Beispiel 11
1000 g eines durch Einwirkung von Acetanhydrid auf 2,3-Dimethylpyridin-N-oxid erhaltenen Acetatgemisches folgender Zusammensetzung:
1,5% = 0,15 Mol Acetanhydrid,
18.5% = 1,12 Mol 2,3-Dimethyl-5-acetoxypyridin, 80% = 4,82 Mo! 2-Acetoxymelhyl-3-inethylpyridin
werden unter Rühren bei 20 bis 30° C mit 192 ml = 1,53 Mol 40%iger Dimethylaminlösung versetzt und 2 Stunden nachgerührt. Anschließend wird an der Kolonne fraktioniert; dabei können 775 g = 97,6% der Theorie 2-Acetoxymethyl-3-methylpyridin vom Siedebereich von 120 bis 125°C/15mm Hg isoliert werden.
Das Produkt ist etwa 97%ig rein (gaschromatographisch ermittelt).
Der Rückstand enthält 2,3-Dimethyl-5-hydroxypyridin.
Beispiel 12
1000 g eines durch Einwirkung von Acetanhydrid auf 2-Methyl-5-äthylpyridin-N-oxid erhaltenen Acetatgemisches folgender Zusammensetzung:
2,0% = 0,20 Mol Acetanhydrid,
21,5% = 1,20 Mol 2-Methyl-3-acetoxy-5-äthyl-
pyridin,
76,5% === 4,27 Mol 2-Acetoxymethyl-5-äthylpyridin
werden unter Rühren bei 20 bis 30uC mit 216 ml = 1,72 Mol 40%iger Dimethylaminlösung versetzt und 2 Stunden nachgerührt. Durch Fraktionieren an der Kolonne können dabei 740 g = 96,8% der Theorie 2-Acetoxymethyl-5-äthylpyridin vom Siedebereich 135 bis 140° C/12 mm Hg erhalten werden. Der Gehalt beträgt etwa 97% (gaschromatographisch ermittelt).
Im Rückstand befindet sich 2-Methyl-3-hydroxy-5-äthylpyridin.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Pyridinmethanolacetaten der allgemeinen Formel
R-+ -1-CH2OOCCh3
wobei der Acetoxymethylrest in 2- oder 4-Stellung steht, R ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Äthylgruppe bedeutet, die sich bei 2ständigem Acetoxymethylrest in 3-, 5- oder 6-Stellung, bei 4ständigem Acetoxymethylrest in 3- oder 5-Stellung befinden kann, durch Einwirkung von Acetanhydrid auf ein entsprechendes Pyridin-N-oxid der allgemeinen Formel
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