DE2335990C3 - Verfahren zur Formylierung organischer basischer Stickstoffverbindungen - Google Patents
Verfahren zur Formylierung organischer basischer StickstoffverbindungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formylierung organischer basischer Stickstoffverbindungen, die
eine oder mehrere >NH oder NHz-Gruppierungen enthalten, in Gegenwart von Essigsäureanhydrid.
Es ist bekannt, Amine durch Ameisensäure in Gegenwart von Essigsäureanhydrid zu formylieren
(Houben-Weyl, Band 11/2 (1958), Seite 27 bis 30). Thiazolidine werden in gleicher Weise formyliert;
jedoch werden die Thiazolidine als Salze eingesetzt und es wird eine äquivalente Menge Natriumfonniat
zugefügt (The Chemistry of Penicilline, Princeton University Press [1949], Seite 921 bis 972). Nachteilig ist
bei diesen Verfahren, daß das Formylierungsmittel, die Ameisensäure, in großem Überschuß angewendet wird.
Es wurde nun ein Verfahren zur Formylierung organischer basischer Stickstoffverbindungen, die eine
oder mehrere >NH- oder — NH2-Gruppierungen enthalten, in Gegenwart von Essigsäureanhydrid gefunden,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Stickstoffverbindungen als Salze einsetzt und die
Formylierung mittels Alkali- oder Ammoniumformiat in einem mit Wasser begrenzt mischbaren organischen
Lösungsmittel vornimmt. Bei diesem Verfahren entfällt der Einsatz von Ameisensäure, die bei den bekannten
Verfahren jeweils in großem Überschuß als Formylierungsmittel benötigt wird. Überraschenderweise ist es
nicht nötig, das nun an Stelle der Ameisensäure als Formylierungsmittel dienende Formiat in ähnlicher
Menge einzusetzen; es ist im Gegenteil vorteilhaft, nur äquivalente Mengen an Formiat zu nehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein auf organische basische Stickstoffverbindungen, die eine
oder mehrere >NH oder NH/Gruppierungen enthalten, anwendbar. Es ist auch für die Formylierung solcher
Verbindungen geeignet, die säureempfindlich sind und daher nach den bekannten Verfahren unter Anwendung
von Ameisensäure nicht oder nur bedingt der Formylierung zugänglich sind.
Die organischen basischen Stickstoffverbindungen enthalten eine oder mehrere Gruppierungen der
allgemeinen Formeln
NH
ίο in denen Ri und R2 gleich oder verschieden sein können.
Es kommen insbesondere Verbindungen in Frage, in denen Ri beziehungsweise R2 Alkyl- oder Alkenylgruppen
mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen sind, die unverzweigt oder verzweigt und gegebenenfalls zu
einem Ring geschlossen sind, beispielsweise Methylamin, Dimethylamin, n-Propylamin, Di-n-propylamin,
Octylamin, n-Dodecylamin, 2-Äthylhexylamin-(l), AlIyI-amin,
Octen-4-yl-2-amin, Piperidin, Piperazin, oder Verbindungen, in denen die Alkyl- oder Alkenylgruppen
Ri beziehungsweise R2 durch Halogen, OH-, SH-, OR-,
SR- und beziehungsweise oder COOR-Gruppen substituiert sind, in denen R Alkyl- oder Alkenylgruppen
vorzugsweise mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen sind, beispielsweise 2-Hydroxy-äthylamin, 2-ÄthoxyäthyI-
amin-(l),2-Äthyl-2-aminoäthylsulfid,Methionin-methylester,
Penicillamin-äthylester, Valin-isopropylester, oder Verbindungen, in denen Ri beziehungsweise R2, gegebenenfalls
substituierte, Aryl-, Aralkyl-, Alkylaryl- oder Heteroarylgruppen sind, beispielsweise Benzylamin,
i» Anilin,Toluidin. 2-Aminothiazol, 3-Aminothiophen.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Formylierung von Thiazolidin-4-carbonsäuren
der allgemeinen Formel
COOH
HC-
-NH
R1-NII,
In dieser Formel können R3, R4, Rs und R6 gleich oder
verschieden sein. Vorzugsweise können sie H oder unverzweigte oder verzweigte, gegebenenfalls substituierte,
Alkyl-, Alkenyl- oder Alkylarylgruppen oder verzweigte oder unverzweigte zu einem Ring geschlossene,
gegebenenfalls substituierte, Alkyl- oder Alkenylgruppen bedeuten. Die Alkyl- oder Alkenylgruppen
enthalten insbesondere bis zu 6 Kohlenstoffatome, die Alkylreste in den Alkylarylgruppen insbesondere bis zu
3 Kohlenstoffatome, die zu einem Ring geschlossenen Alkyl- oder Alkenylgruppen insbesondere 5 bis 12
Kohlenstoffatome. Die Formylierung von Thazolidin-4-carbonsäuren
wird beispielsweise bei dem Verfahren zur Gewinnung optisch aktiven Penicillamins nach der
DE-OS 21 38 122 als Zwischenstufe benötigt.
Die Organischen basischen Stickstoffverbindungen werden als Salze, vornehmlich als Salze von Mineralsäuren,
eingesetzt. Es kommen beispielsweise als Salze die der Schwefelsäure, der Phosphorsäure und vorzugsweise
die der Halogenwasserstoffsäuren, insbesondere der Chlorwasserstoffsäure in Frage. Namentlich die Thiazolidin-4-carbonsäurcn
werden als Salze der Chlorwasserstoffsäure angewendet.
Als Formylierungsmitiel dienen erfindungsgemäß die
Alkaliformiale oder das Ammoniumformiat. Vorzugs-
weise das Natrium- oder Kaliumformiat Es ist im allgemeinen besonders vorteilhaft, das Formiat und die
Stickstoffverbindung in einander äquivalenten Mengen einzusetzen. Das ^iIt vorzugsweise für den Fall der
Formylierung der Thiazolidin-4-carbonsäuren. Die
Wahl anderer Mengenverhältnisse ist möglich, insbesondere die Anwendung überschüssiger Mengen von
Formiat, jedoch ist es in den meisten Fällen zweckmäßig, nicht mehr als 100%, insbesondere nicht mehr als
20%, Überschuß an Formiat zu nehmen.
Die Umsetzung erfolgt in Gegenwart von Essigsäureanhydrid. Je Äquivalent Stickstoffverbindung werden im
allgemeinen etwa 1 bis 4 Mol, vorzugsweise etwa 1,5 bis 2,5 Mol, insbesondere etwa 2,0 Mol, Essigsäureanhydrid
eingesetzt Die Verwendung von mehr als 4 Mol ist möglich.
Nach den eifindungsgemäßen Verfahren wird die
Formylierung in organischen Lösungsmitteln ausgeführt, die inert und mit Wasser begrenzt mischbar sind.
Es kommen beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Petroläther, halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe,
wie Methylenchiorid, Trichlormethan. Tetrachlormethan, aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie Benzol, Toluol, Xylol, oder Äther, wie Diethylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, In Frage. Auch Gemische von
Lösungsmitteln sind geeignet. Welche Lösungsmittel verwendet werden, richtet sich in manchen Fällen nach
den Eigenschaften der umzusetzenden Substanzen. Im allgemeinen, namentlich im Falle der Formylierung von
Thiazolidin-4-carbonsäuren, werden die aromatischen Kohlenwasserstoffe bevorzugt. Von den Eigenschaften
der umzusetzenden Substanzen ist gegebenenfalls auch abhängig, in welcher Menge die Lösungsmittel angewendet
werden. Vornehmlich werden je Mol Amin 1 bis 3 Liter des Lösungsmittels eingesetzt.
Die Umsetzung erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen etwa von 0 bis 100° C, insbesondere bei
Temperaturen etwa von 20 bis 600C, im Falle der
Formylierung der Thiazolidin-4-carbonsäuren insbesondere bei Temperaturen etwa von 20 bis 500C.
Eine Mischung aus 13 g (0.1 Mol) Anilin-hydrochlorid, 7,5 g (0,11 Mol) wasserfreiem Natriumformiat und
150 ml Petroläther wurde tropfenweise mit 22,5 g (0,22 Mol) Essigsäureanhydrid versetzt. Hierbei stieg die
Temperatur der Mischung von 20 auf 40°C. Die Mischung wurde 2 Stunden lang bei 40°C gerührt, dann
auf 20°C abgekühlt und zweimal mit je 30 ml Wasser gewaschen. Schließlich wurde der Petroläther abdestilliert
und der Rückstand aus Petroläther umkristallisiert. Es wurden 10,5 g Formanilid, entsprechend 87%
Ausbeute, gewonnen. Das Formanilid hatte einen Schmelzpunkt von 46 bis 47°C.
Es wurde wie nach Beispiel 1 verfahren, jedoch wurden
12 g (0,1 Mol) Piperidin-hydrochlorid eingesetzt und 100 ml Benzol als Lösungsmittel verwendet. Die
Ausbeute an N-Formylpiperidin betrug 7,9 g, entsprechend 70% Ausbeute. Die Substanz hatte einen
Siedepunkt von 100 bis 104°C bei 16mbar.
Es wurden 16 g (0,10 Mol) Piperazin-hydrochlorid in 150 ml Toluol, 15 g (0,22 Mol) Natriumformiat und 45 g
(0,44 Mol) Essigsäureanhydrid eingesetzt. Die Mischung wurde 4 Stunden lang auf 40 bis 45°C gehalten, dann auf
200C abgekühlt und zweimal mit je 50 ml Wasser
gewaschen. Es wurden 12 g 1,4-Diformylpiperazin, entsprechend 85% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz
hatte einen Schmelzpunkt von 125 bis 127° C.
Ein Gemisch aus 22,5 g(0,10 Mol) 2,2,5,5-Tetramethylthiazolidin-4-carbonsäure-hydrochlorid,
7,5 g (0,11 Mol) Natriumformiat, 22,5 g (0,22 Mol) Essigsäureanhydrid
ίο und 150 ml Toluol wurde 5 Stunden lang auf 40°C
gehalten. Es wurden 18,5 g 3-Formyl-2,2,5,5-tetramethyl-thiazoIidin-4-carbonsäure,
entsprechend 85% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von 139 bis 141 °C.
Beispie! 5
Es wurden 27,5 g (0,2 Mol) 2-Aniinothiazol-hydrochlorid
und 13,6 g (0,2 Mol) Natriumformiat in 100 ml Benzol suspendiert. Bei 40 bis 45°C wurden tropfenweise
41 g (0,4 Mol) Essigsäureanhydrid zugesetzt. Die Mischung wurde 2 Stunden lang auf 40 bis 45"C
gehalten, dann auf 20° C abgekühlt, zweimal mit je 50 ml Wasser gewaschen und schließlich unter Unterdruck zur
Trockne eingedampft. Es wurden 2! g 2-Formylamino-
r> thiazol, entsprechend 82% Ausbeute, gewonnen. Die
Substanz hatte einen Schmelzpunkt von 142 bis 143°C.
Einer Suspension aus 81,5 g (1 Mol) Dimethylaminjo
hydrochlorid und 68 g (1 Mol) Natriumformiat in 500 ml Benzol wurden tropfenweise 204 g (2 Mol) Essigsäureanhydrid
zugesetzt. Die Temperatur der Mischung stieg hierbei von 20 auf 40°C. Die Mischung wurde weiter wie
nach Beispiel 1 behandelt. Bei der abschließenden υ fraktionierten Destillation unter Normaldruck wurden
62 g Dimethylformamid, entsprechend 85% Ausbeute, gewonnen. Das Dimethylformamid hatte einen Siedepunkt
von 154 bis 155° C bei 1 bar.
w Beispiel 7
Einer Suspension von 24 g (0.1 Mol) 2-lsopropyl-5,5-dimethylthiazolidin-4-carbonsäure-liydrochlorid
und 6,8 g (0,1 Mol) wasserfreiem Natriumformiat in 100 ml Benzol wurden tropfenweise 20 g (0,2 Mol) Essigsäure-
-n anhydrid zugesetzt. Die Temperatur der Mischung stieg
hierbei von 20 auf 40°C. Die Mischung wurde 2 Stunden lang auf 400C gehalten, dann zweimal mit je 50 ml
Wasser gewaschen und unter vermindertem Druck zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wurde in
".ο Essigsäureäthylester gelöst, die Lösung filtriert und mit
Petroläther (Siedepunkt 60 bis 800C) bis zur Trübung versetzt. Es fielen 17 g S-Formyl^-isopropyl-S.S-dimcthylthiazolidin-4-carbonsäure
an, entsprechend 73% Ausbeute. Die Substanz hatte einen .Schmelzpunkt von
V". 106 bis 1080C.
Es wurde wie nach Beispiel 1 verfuhren, jedoch wurden 25,2 g (0,1 Mol) 2-lsopiOpyl-5.5-dimcthylthiazo-Mi
lidin-4-carbonsäuresulfai und 8,5 g (0,1 Mol) Kaliumformiat
eingesetzt. Die Ausbeute an 3-Formyl-2-i.sopropyl-5,5-dimethylthiazolidin-4-carbonsäure
betrug 16.5 g. entsprechend 71%. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt
von 105 bis 107 C.
's wurde wie nach Beispiel 7 verfahren, jedoch
\Uiiden 31 g (0.1 Mol) 2-(4-Chlorphonsil)-5.:i-diiiK'ih\1-
thiazolidin^-carbonsaure-hydrochlcrid, 8,5 g (0,1 Mol)
Kaliumformiat und 100 ml Toluol angewendet Die Umsetzungsdauer betrug 3 Stunden. Es wurden 18,5 g
3-Formyl-2(4-Ch!orphenyi)-5,5-dimethy!thiazolidin-4-carbonsäure,
entsprechend 62% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz haue einen Schmelzpunkt von 167 bis
168° C.
Beispiel 10
Es v.'urde wie nach Beispiel 7 verfahren, jedoch ι ο
wurden 32,5 g (0,1 Mol) 2,2-Pentamethylen-5,5-dimethylthiazoIidin-4-carbonsäure-dihydrogenphosphat
und 20 g (0,3 Mol) Natriumformiat in 15OmI Chloroform
angewendet. Das Produkt wurde aus Toluol umkristallisierl. Es wurden 22 g 3-Formyl-2,2-pentamethylenthiazolidin-4-carbonsäijre,
entsprechend 85% Ausbeute, gewonnen, die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von 166 bis 168° C.
Beispiel 11 *>
Es wurde eine Mischung aus 29,6 g (0,1 Mol) 2,2-Tetramethyler:-5.5-dimethyl-thiazoIidin-4-carbonsäure-hydrobromid,
6,8 g (0,1 Mol) Natriumformiat, 20 g (0,2 Mol) Essigsäureanhydrid und 100 ml Methylenchlo- 2ϊ
rid bereitet. Die Mischung wurde 3 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt und dann zur Trockne eingedampft.
Der Rückstand wurde aus Wasser umkristallisiert. Es wurden 20 g S-Formyl^^-tetramethylen-S.S-dimethylthiazolidin-4-carbonsäure,
entsprechend 82% Aisbeute, ji> gewonnen. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von
136bis157°C.
Beispiel 12
Es wurde wie nach Beispiel 7 verfahren, jedoch wurden 28 g (0,1 Mol) 2/>-Di-n-propyi-5,5-dimethylthiazolidin-4-carbonsäure-hydrochlorid
angewendet Das Produkt wurde aus Toluol umkristallisiert. Es wurden 19 g 3-Formyl-2,2-di-n-prnρyl-5,5-dimethylthiazolidin-4-carbonsäure,
entsprechend 70% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von
161 bis 1620C.
Beispiel 13
Es wurde ein Gemisch aus 20 g (0,1 Mol) 2,2-Dimethyl-thiazolidin-4-carbonsäure-hydrochlorid
und 6,8 g (0,1 Mol) Natriumformiat in 150 ml Toluol bei 45° C mit
20 g (0,2 Mol) Essigsäureanhydrid versetzt Die Mischung wurde 4 Stunden lang auf 45CC gehalten. Das als
Feststoff ausgeschiedene Produkt wurde abfiltriert und aus Wasser umkristallisiert Es wurden 15 g 3-Formyl-2,2-dimethyl-thiazo!idin-4-carbonsäure,
entsprechend 79% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von 216 bis 217 C.
Beispiel 14
Es wurde wie nach Beispiel 7 verfahren, jedoch wurden 26,5 g (0,1 Mol) 2,2-Dimethyl-5,5-pentamethylen-thiazolidin-4-carbonsäure-hydrochlorid
angewendet. Das Produkt wurde aus Wasser umkristallisiert. Es wurden 21 g 3-Formyl-2.2-dimethyl-5,5-pentamethylenthazolidin-4-carbonsäure,
entsprechend 82% Ausbeute, gewonnen. Die Substanz hatte einen Schmelzpunkt von 201 bis 2020C.
Claims (2)
1. Verfahren zur Formylierung organischer basischer Stickstoffverbindungen, die eine oder
mehrere >NH- oder -NH^Gruppierungen enthalten, in Gegenwart von Essigräureanhydrid,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Stickstoffverbindungen als Salze einsetzt und die
Formylierung mittels Alkali- oder Ammoniumformiat in einem mit Wasser begrenzt mischbaren
organischen Lösungsmittel vornimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man einander etwas äquivalente Mengen Stickstoffverbindungen und Formiat umsetzt.
und beziehungsweise oder
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