DE2640760A1

DE2640760A1 - Benzimidazo-eckige klammer auf 1,2-a eckige klammer zu -chinoline und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2640760A1
Application number: DE19762640760
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dipl Chem Dr Erckel; Horst Dipl Chem Dr Fruehbeis; Dieter Dipl Chem Dr Guenther
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1978-03-16
Also published as: US4219651A; CA1072096A; GB1573749A

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT — Lf -

Akterzeichen:

Datum: 9. September 1970

HOE 76/F 225 Dr. OT/N -

Benzimidazo-/^:i,2-a7-chinoline und Verfahren zu ihrer Herstellung

Gegenstand der Erfindung sind Benz imidazo-/T , 2 - a_/-chino 1 ine der allgemeinen Formel

in welcher

R₁ Wasserstoff, einen niederen Alkyl- oder Alkoxyrest, eine Halogen-, Nitro-, Amino-, Acylamino-, niedere Mono- oder Dialkylamino-, niedere Trialkylammoniuragruppe oder eine gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxy- oder Sulfogruppe, R₂ Wasserstoff oder eine gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxylgruppe,

R₃ und R₄ Viasserstoff, eine niedere Alkyl- oder Alkoxy-, Nitro-, Amino-, Acylamino- oder gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxylgruppe,

R₅ Wasserstoff, eine niedere Alkyl- oder gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxylgruppe,wobei zwei benachbarte Reste R₂, R„, Rn, R- zusammen den Rest eines Phenylringes bilden können, R^ Wasserstoff und R₇ die Gruppen

O
-C , gegebenenfalls am N durch niedere Alkylgruppen oder

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eine Phenylgruppe substituiert, -C

bedeutet, wobei X für 0, S, NH oder N-R₁₁ steht und Rg, R₁₁ niedere Alkylgruppen, vorzugsweise Methyl, und R_Q, R _ unabhängig voneinander Wasserstoff, eine niedere Alkyl- oder Alkoxy-Gruppe, Halogen - vorzugsweise Chlor, Brom - oder einen Phenyl- oder Naphthyl-Rest bedeuten,, und wobei Rq und R „, wenn sie benachbart sind, zusammen mit den C-Atomen, an die sie gebunden sind, auch einen ankondensierten BenzoLring darstellen können.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel I, bei dem man Aldehyde der allgemeinen Formel

II

in der R₂ -R₅ die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und Y eine Hydroxy-, niedere Alkoxy-, Nitro- oder Aminogruppe oder Chlor bzw. Brom bedeutet,
mit Verbindungen der allgemeinen Formel

H₂C-R₇

III

in einem inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von 80° bis 200⁰C trad "in".Gegenwart von 0,1 bis 5 -Gevr.-jS einer starken Säure oder einer organischen Base zunächst zu Verbindungen der allgemeinen Formel IV kondensiert

. '- - - 3 809811/0278

IV

in der R₁ - R₇ und Y die oben genannten Bedeutungen haben, und die so erhaltenen Verbindungen der Formel IV in einem inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von 110° bis 300⁰C zu den Verbindungen der allgemeinen Formel

cyclisiert.

Sofern bei obigen Definitionen im Zusammenhang mit aliphatischen Resten der Ausdruck "nieder" bzw. "niedermolekular" verwendet wird, soll er Reste mit bis zu 6, vorzugsweise bis zu A- und insbesondere bis zu 2 C-Atomen bezeichnen.

"Funktionell abgewandelte" Carboxylgruppen umfassen die Cyangruppe, Carbonsäureester, insbesondere Phenyl- und vor allem niedere Alkylester, wobei die niederen Alkylester durch Hydroxy-, niedere Alkoxy-, niedere Dialkylamino- oder niedere Trialkylammoniumgruppen substituiert sein können, Säureamide und -hydrazide, deren Stickstoffatome durch niedere Alkylgruppen substituiert sein können, wobei zwei solcher niederen Alkylgruppen zusammen einen gesättigten zweiwertigen Rest bilden können, vorzugsweise - zusammen mit dem Stickstoffatom, an das sie gebunden sind, - den Pyrrolidin-, Piperidin-, Hexamethylenimin-, Morpholin- oder Piperazinrest.

809811/0278 . . " ^{k T}

"Funktionell abgewandelte" Sulfogruppen umfassen die Sulfonsäureester und Sulfonamide. Für ihre Definitionen gelten die gleichen Bedingungen wie für die obengenannten Carbonsäureester und Carbonamide.

Es versteht sich daß die Definitionen für die Reste R₁ bis R₇ auch einzeln oder geraeinsam beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne daß durch die Schaffung solcher beliebigen Untergruppen die Einfügung von neuem Material gemäß 35 U.S.C. 132 beabsichtigt ist.

Die Kondensation der Verbindungen II und Hlzu IV erfolgt zweckmäßig in einem als "Wasserschlepper" dienenden Lösungsmittel, vorzugsweise einem aromatischen Kohlenwasserstoff, insbesondere Benzol, Toluol, Xylol oder in Chlor- oder Dichlorbenzol oder in Gemischen solcher Lösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz polarer Lösungsmittel wie Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid als Lösungsvermittler. Im allgemeinen werden stöchioinetrische Mengen der Reaktanden eingesetzt, gegebenenfalls kann ein Ueberschuß an Aldehyd der Formel II verwendet werden. Die Umsetzung erfolgt im allgemeinen bei Normaldruck bei Temperaturen von 80° bis 200°C, vorzugsweise 100° bis 150°C, unter Zusatz katalytischer Mengen von für die Knoevenagel-Kondensation geeigneten basischen oder sauren Katalysatoren wie Piperazinacetat, Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Borsäure. Verwendet werden im allgemeinen 0,1 bis 5 Gew.-^, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew. -fo, bezogen auf den Aldehyd der Formel II.

Die Verbindungen der Formel IV kristallisieren meist aus den verwendeten Lösungsmitteln aus und können so leicht in reiner Form abgetrennt werden.

Die Ausgangsverbindunfre.n der Formel Ii sind literaturbekannt. Diejenigen der FormelnCsind aus Chem. Rev. 74, (1974), 279 ff.; FR-PS 1.580.823 und US-FS 3.105.837 bekannt oder können unschwer analog zu den dort angegebenen Verfahren hergestellt werden,

809811/0278 . ₅ „

Der Ringschluß der Verbindungen rv zu Verbindungen der Formel I .erfolgt bei Temperaturen von 110° bis 300⁰C, vorzugsweise 150^c bis 25O°C, insbesondere 180° bis 220⁰C, in einem der üblichen inerten Lösungsmittel wie Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Trichlorbenzol, Toluol, Xylol, Tetralin, Dekalin, Methylnaphthalin, Dimethy!anilin, N-Kethylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Hexamethylphosphorsäuretrisamid oder Gemischen derartiger Lösungsmittel und gegebenenfalls in Gegenwart von basischen Katalysatoren. Bevorzugt als basische Katalysatoren sind tertiäre organische Basen wie Piperidin, Pyridin, N-Dimethyl-anilin, Triäthylamin, Piperidinacetat, Piperazin, doch sind auch anorganische Verbindungen wie NaOH, KOH, Na₂CO₅, K₂CO₃ verwendbar, diese bevorzugt in mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln. Diese Katalysatoren v/erden in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-?*, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-#, bezogen auf den Aldehyd der Formel IX verwendet. Größere Mengen an Katalysatoren sind möglich. Die im Reaktionstemperaturbereich siedenden Katalysatoren können gleichzeitig auch als Lösungsmittel dienen, wie beispielsweise Dimethylanilin. Eine solche Verfahrensweise ist besonders vorteilhaft bei solchen Ausgangsverbindungen, die für Y eine NO₂-Gruppe enthalten.

Die Reaktionsdauer hängt von der gewählten Reaktionstenperatur und der Natur der Substituenten Y und R₇ ab, sie beträgt zwischen 15 Minuten und 24- Stunden.

Die Kondensation der Verbindungen II und III zu IV und der Ringschluß der Verbindungen IV zu I können, wie oben beschrieben, in zwei Stufen erfolgen unter Isolierung der Zwischenstufe IV.

Beide Reaktionen können jedoch, insbesondere bei Temperaturen ab 15O⁰C teilweise oder vollständig parallel zueinander in einer Stufe verlaufen. In diesem Fall erhält man das Endprodukt direkt durch Erhitzen auf 80° bis 200°C der Ausgangsverbindungen in einem inerten Lösungsmittel und in Gegenwart von 0,1 bis 5 Gew.-^o eines basischen Katalysators wie beispielsweise oben angegeben. Dies ist besonders dann der Fall, wenn Y in der Aus-

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_₆_

II eine Hydroxy- oder Alkoxygruppe darstellt bzw. wenn R₉,R„,R, oder R zusammen einen ankondensierten Benzolring bedeuten.

Bevorzugt ist jedoch wegen der Reinheit der erhaltenen Produkte das stufenveise Verfahren. Bei der Kondensation destilliert YII oder - für Y = NO - nitrose Gase ab.

In den Benzimidazolen der Formel HE sind die 5- und 6~Positionen gleichwertig. Auch die Stickstoffatome am Imidazolring sind gleichwertig. Ss können somit bei der Kondensation Ii + HE—► iv —-+ I sowohl Isomerengemische als auch einheitliche-Substanzen entstehen. Da somit die Stellung von R₁ im Molekül der Formeln V bzw. I nicht von vornherein festzulegen und bisher auch nicht bekannt ist, wurde die Stellung von R₁ wie oben gekenrzeichnet.

Für die Herstellung von Verbindungen der Formel I mit einer freien Aminogruppe geht man in an sich bekannter Yfeise entweder von den entsprechenden Nitroverbindungen oder von Acetylaminoverbindungen aus und reduziert - vorzugsweise mit Eisen in saurem Medium - bzw. verseift nach der Kondensation zu der gewünschten Verbindung der Formel I.

Die durch die Kondensation erhaltenen Verbindungen der Formel "I lassen sich in üblicher Weise isolieren, insbesondere nach Abkühlen des Reaktionsansatzes und Auskristallisieren durch einfaches Absaugen und Nachwaschen des Filtergutes mit einem leichter siedenden Lösungsmittel wie z.B. Methanol oder Acetonitril. Sie können zur Reinigung aus einem der oben als Lösungs mittel genannten umkristallisiert werden.

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Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeigen im festen und gelösten Zustand eine starke Fluoreszenz, die je nach Substitution von rotstichig-blau bis rot reichen kann. Die Verbindungen sind als optische Aufheller und Fluoreszenzfarbstoffe brauchbar. Weiterhin sind sie wertvolle Zwischenprodukte für optische Aufheller und Fluoreszenzfarbstoffe. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Lichtechtheit aus.

Als aufzuhellende bzw. anzufärbende Substrate seien beispielsweise folgende Materialien genannt: Lacke, natürliche und synthetische Fasern, wie z.B. solche aus natürlichen oder regenerierter Cellulose, Acetylcellulose, natürlichen und synthetischen Polyamiden, wie Wolle, Polyamid-6- und -6,6, Polyestern, Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyacrylnitril, sowie Folien, Filme, Bänder oder Formkörper aus solchen Materialien.

Die in Wasser unlöslichen erfindungsgemäßen Verbindungen können gelöst in organischen Lösungsmitteln oder aber in wäßriger Dispersion, vorteilhaft unter Zuhilfenahme eines der üblichen Dispergiermittel, zum Einsatz kommen.

Die Menge der zu verwendenden Verbindungen der allgemeinen Formel I bezogen auf das aufzuhellende oder zu färbende Material kann «je nach Einsatzgebiet und gewünschtem Effekt in weiten Grenzen schwanken. Sie kann durch Versuche leicht ermittelt werden und liegt im allgemeinen zwischen etwa 0,01 und 2 Gew.-^.

Die Verbindungen der Formel I , die eine oder mehrere Nitrogruppen enthalten, zeigen zwar für sich im allgemeinen keine Fluoreszenz, lassen sich aber durch Reduktion, beispielsweise mit Eisen, in einem Schritt in die fluoreszierende Aminoverbindung überführen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränken.

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BEISPIELE Beispiel 1:

248 g (1 Mol) Di-benzimidazolyl~(2)-inethan und 136 g (1 Mol) 2-Methoxybenzaldehyd werden in 1500 ml Toluol mit 5 g Piperidinacetat am Wasserabscheider gekocht, bis 18 ml Wasser abgeschieden sind. Es wird kalt abgesaugt und mit etwas Toluol gewaschen. Der Rückstand wird unter Zusatz von 2 g Piperidin in 2500 ml 1,2,4-Trichlorbenzol 5 Stunden bei 205° - 210⁰C gerührt und das entstehende Methanol abdestilliert.

Nach dem Absaugen bei Raumtemperatur und Waschen mit Methanol erhält man 284 g (85*0 fo d. Th.) einer Verbindung der Formel

Nach Umkristallisieren aus Dimethylformamid unter Klären mit Tierkohle erhält man hellgelbe Kristalle vom Fp. 269° - 27O°C.

C₂₂H₁₄N₄ MG 334,4 Massenspektrum M⁺/e: 334 Absorptionsmaximum (in DMF): 384 nm

Durch Umsexzung analog Beispiel (1) erhält man die in der folgenden Tabelle aufgeführten Verbindungen.

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Tabelle Beispiel

Formel

Absorpoiönsmax« „la. JDMF. ....(.Hi(L)

393

391

370

Ausbeute

Tabelle (Fortsetzung)

OD O CO OO

Beispiel

Nr.

Formel

NC

H₃C_x

Fp.(⁰C)

>300

288-290

Absorptionsmax.
in DFiF (nm)

399

4-03

446

Ausbeute
(% d.Th.)

86

84

43

'

UJ ^ ( I

CD JO-CD

Tabelle (Fortsetzung)

ο ro —a oo

Beispiel

Nr.

10

Formel

H₃CO

H₃C

Fp.(⁰C)

289

284 - 285

269- 270

Absorptionsmax.

in DMF (nm)

403

Ausbeute
(% ά.Th. )

84

76,8

55

f 1

< 1

iGO

rf

•rf

-(M

O
■o

«ι

~ 1 O

rf

a ο

ItA

rf

KU

•η,:

rf rf -rf

rf

Tabelle (Fortsetzung)

O CO OO

Beispiel Nr.

14

15 16

Formel

Fp.(⁰C)

285 -

251-253

>335 Absorptionsmax.
in DMF (nm)

384

394

Ausbeute
(Vo d.Th.)

74

80

65

CJ) •ir-

Beispiel 18; "" _P \ \.

10,8 g (50 mMol) 2-Oxy-3-carboxy-naphthaldehyd-(l) und 15,3 g (50 mMol) Benzimidazol-2-yl-benzthiazol-2-yl-methan werden in der Hitze in einer Mischung von 100 ml Xylol und 10 ml Dimethylformamid gelöst und mit 0,5 g Piperidinacetat versetzt. Man erhitzt 5 Stunden bei Siedetemperatur am Viasserabscheider. Nach Abkühlen, Absaugen, Waschen mit Acetonitril und Trocknen erhält man 17,5 g (77 5» d. Th.) orange Kristalle der Formel

Beispiel 19:

8 g (0,05 Mol) Dibenzimidazolyl-(2)-methan und 10 g (0,05 Mol) 4-Dimethylamino-2-nitro-benzaldehyd werden in 250 ml Toluol mit 0,5 g Piperidinacetat am Wasserabscheider gekocht* bis die H₂O-Entwicklung beendet ist. Es wird kalt abgesaugt und mit etwas Toluol gewaschen. Der Rückstand wird in 150 ml Dimethyianilin aufgenommen und 8 Stunden bei Rückflußtemperatur gerührt, wobei der Ringschluß unter Abspaltung nitroser Gase vollzogen wird. Nach dem Absaugen bei Raumtemperatur und Waschen mit Methanol erhält man 9,3 g (65 $ d. Th.) der Verbindung aus Beispiel ( 7 ).

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche:

R₁ Wasserstoff-, einen niederen Alkyl- oder llkoxyrest, eine Halogen-, Nitro-, Amino-, Acylamino-, niedere Kono- oder Dialky!amino-, niedere Trialkylammoniumgrupp.e oder eine pc-gebcnenfalls funktionell abgewandelte Carboxy- oder SuIfogruppe, R₂ Wasserstoff- oder eine gegebenenfalls funktionell abgewandelte. Carboxylgruppe, ."..---.-"

R₃ und R₄ Wasserstoff, eine niedere Alkyl- oder Alkoxy", Nitro-, Amino-, Acylamino- oder gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxylgruppe,

R₅ Wasserstoff ,.-'eine niedere Alkyl- oder gegebenenfalls funktionell abgewandelte Carboxylgruppe, wobei zwei benachbarte

Reste R₂, R^, R^ bilden können, R^ Vasserstoff und R₇ die Gruppe

R zusammen den. Rest eines Pheny!ringes

^SNH,

, gegebenenfalls am N durch niedere Alkylgruppen oder eine

Fhenylgruppe substituiert, -C^ oder -C - N)R₈

bedeutet,

wobei X für 0, S, NH oder N-R₁₁ steht und R₈, R₁₁ niedere Alkylgruppen, vorzugsweise Methyl, und R₀, R₁₀ unabhängig voneinander Wasserstoff , eine niedere Alkyl- oder Alkoxy-Gruppe, Halogen --vorzugsweise Chlor, Brom - oder einen Phenyl- oder Naphthyl-Rest bedeuten, und wobei R₉ und R₁₀, wenn sie benachbart sind, zusammen mit den C-Atomen, an die sie gebunden sind, auch einen ankondensierten Benzolring darstellen können.

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HOE 76/P 225
2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Aldehyde der allgemeinen Formel

II

in der R_ - R_ die im Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen besitzen und Y eine Hydroxy-, niedere Alkoxy-, Nitro- oder Aminogruppe oder Chlor bzw. Brom bedeutet, mit Verbindungen der allgemeinen Formel

H₂C-R₇

III

in einem inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von 80 bis 200 C und in Gegenwart von 0,1 bis 5 Gew.-^ einer starken Säure oder einer organischen Base zunächst zu Verbindungen der allgemeinen Formel IV kondensiert

IV

in der R.. - R₇ und Y die im Anspruch 1 genannten Bedeutungen haben, und die so erhaltenen Verbindungen der Formel IV in einem inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von 110 bis 300 C zu den Verbindungen der allgemeinen Formel

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HOE 76/f 225

cyclisiert.

Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß man den Ringschluß der Verbindungen iv in Gegenv/art von 0,1 bis 5 Gev/.-$ einer anorganischen oder organischen Ease durchführt.

Verfahren nach Anspruch (1), dadurch -gekennzeichnet, daß man die Verbindungen der Formel 1 ohne Isolierung der Zwischenstufe der Formel IV herstellt.

Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß man den Ringschluß der Verbindungen iv in einer organischen Base als inertem Lösungsmittel durchführ

t.

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