DE2701450C2 - Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Amiden des 2-Oxo-1-Pyrrolidins - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Amiden des 2-Oxo-1-Pyrrolidins

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Description

HaI-CH2-CH1-CH2-CONH-X-CO-ZNH-CH-CCA-NH2 (Π)
1 1 i
worin X, R und η die oben angegebene Bedeutung besitzen und Hai ein Chlor-, Brom- oder Jodatom bedeutet, mit anorganischen Laugen, organischen Basen oder basisch reagierenden Ionenaustauschern in organischen Lösungsmitteln cydisiert.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cyclisierung mit Alkoholaten oder Alkalisalzen sekundärer Amide durchführt
i)as erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung N-substituierter Amide des 2-Oxo-1-pyrrolidins der allgemeinen Formel I
N O
X — CO/NH — CH-CO\— NH2 (D
I I R /.
in welcher X einen Alkylenrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder die Phenethylidengruppe und π eine ganze Zahl von 0, 1 oder 2 bedeuten, wobei im Fall, daß X für CH2 steht, η nur 1 oder 2 bedeuten kann und R ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest oder einen Phenylrest bedeutet.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Verbindungen zeigen eine interessante therapeutische Wirkung bei der Behandlung von motorischen Störungen, Hypcrkinese und Gedächtnisstörungen, vgl. z. B. das bekannte 2-Oxo-1 pyrrolidinacetamid, das auch unter dem Namen Piracetam bekannt ist.
Es ist bekannt, daß Verbindungen der allgemeinen Formel I, in der X einen Alkylenrest mit 1 bis 5 Kohlen-Stoffatomen und η 0 bedeuten, durch Reaktion von 2-Oxo-py rolidin-natrijm mit <y-Ha!ogenalkylamid gemäß GB-PS 10 39 113. sowie durch die Einwirkung von Ammoniak auf Ester oder Säurechloride der 2-Oxo-1-pyrrolidin-earbonsäuren ebenfalls gemäß GB-PS IO 39 113 oder durch thermischen Zerfall der Ammoniumsalze dieser Oxo-pyrrolidin-carbonsäuren gemäß GB-PS 13 09 692 erhalten werden können.
Ferner ist bekannt, daß durch Einwirkung von flüssigem Ammoniak auf ^-Butyrolacton bei höheren Temperatüren und unter Hochdruck 2-Oxo-pyrrolidin-N->>-butyramid gemäß US-PS32 50 784 entstehen kann.
Ferner kann das 2-Oxo-pyrrolidin-1-acetamid durch partielle Hydrolyse von 2-Oxo-1-pyrrolidin-1-acetonitril (DE-OS 25 07 576) hergestellt werden.
Es ist weiterhin bekannt, daß 4-Chlor-butyryl- Derivate von Aminosäureestern unter spezifischen Bedingungen, in Anwesenheit von Silbertetrafluorborat zu Iminolactonen cydisiert werden, was bei der Herstellung von N-Methylderivaten von Aminosäuren Verwendung findet (siehe H. Peter, M. Brugger, ]. Schreiber und A. Eschenmoser. HeIv. Chem. Acta 46(1963)577.
Allgemein werden die 4-Chlor-butyryl-Dcrivaie von Aminosäuren durch die Reaktion von 4-Chlor-butyrylchloridcn mit Aminosüureesicrn oder -amiden in Anwesenheil von tertiärem Amin oder molarem Überschuß der Aminosäure urteilten.
ι,-, In »Ilotibcn-Wcyl, Methoden tier organischen Chemie«, Itiiiul Xl (_>). 14W, in Verbindung mil AT i ()r> W. Seile 4, vurlei/lcr Absatz, wird die Synthese von Pyrrolidon und l'vnolidon-N-aiyUlerivaten besehrieben, die durch Cyclisierung von einfach substituierten 4-Chlorbuiyrylbiiitcisniire-N-arylamiilen erhalten werden.
Demgegenüber ist im criindungsgcniaLlcn Verfahren v>n der Cyclisierung von 4 (hlorhiityryldcrivalcn von
27 Ol 450
Aminosäuren und Pcpliden die Rede, von einer gänzlich anderen Klasse der organischen Verbindungen als es die substituierten Amide sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handeil es sich um einen Rest von 4-Chlorbuttersäurederivaten mit zusätzlichen reaktiven funktionell Gruppen gegenüber dem basischen Reagens, wie
-CONH-Roder -CONH-X-CONH-R.
Der erfindungsgemäße Vorschlag kann also nicht als Analogieverfahren im Vergleich zu diesem Stand d r Technik klassifiziert werden.
Weiterhin ist die Methode der Herstellung von Peptiden durch die Einwirkung aktivierter Ester oder entsprechender Säurechloride auf N.O-Disilylderi vate von Aminosäuren bekannt (siehe L Birkhofer, W. KonkoL A. Ritter, Chem. Ber. 94 [1961] 1263). Die Methode hat anderen Methoden gegenüber den Vorteil, daß nach erfolgter Reaktion die Silylgruppe sehr leicht mittels Wasser oder Alkohol entfernt werden kann.
Aus dieser Obersicht geht klar hervor, daß ein allgemeines Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel 1 bisher nicht beschrieben worden ist, bekanntgeworden sind lediglich verschiedene Verfahren zur Herstellung einzelner Verbindungen der allgemeinen Formel I mit π = 0. Die Umsetzung von 2-Oxopyrrolidinen mit ^y-Halogenalkylamiden ist nämlich nicht übertragbar und die ^-Halogenalkylamide, da es in diesem Falle zur Cyclisierung von y-Halogenaikylamiden zu Butyrolactam kommt.
Unter Hinweis auf die DE-OS 21 39 072 soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß es sich bei der Beurteilung der Eigenschaften und der Reaktionen der 4-Chlorobutyryigrupps (im weiteren Text 4-ClBu) um einen wesentlichen Unterschied bei den bekannten Fällen und den erfindungsgemäßen Aminosäuren und Peptiden handelt
Bei dem Stand der Technik handelt es sich um N-substituierte Amide der 4-Chlorobuttersäure
C1-(CH2)3-CO-NH-P.
25
(R = Alkyl, Phenyl), welche als solche nicht-reaktive Reste, wie z. B. Alkyl oder Phenyl, sind.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um Aminosäuren und Peptide, d. h. um eine vollkommen andere Gruppe von organischen Verbindungen gegenüber Alkyl oder Phenyl, so daß das erzielte Ergebnis seitens der Fachwelt nicht vorhersehbar war. . _
Man ist nämlich experimentell z>>dem Ergebnis gekommen, daß einige Reaktionen der N-(4-ClBu)-Ammosauren anders als die schon bekannten Reaktionen der 4-CIBu-substituierten Derivate verlaufen, so daß eine einfache Analogie mit bekannten Reaktionen der 4-ClBu-Amide weder möglich noch vertretbar wäre.
So ergeben z. B. die N-^-ClBuJ-berivate von Aminosäuren in Methanol und in Gegenwart von basischen Ionenaustauschern kein Pyrrolidon-2, sondern den Methylester in quantitativer Ausbeute. a
Ferner führt das Schmelzen der N-(4-CIBu)-derivate der Aminosäureamide nicht zur Entstehung von cyclischen Aminoäthern, wie man aufgrund der Reaktionen der 4-Halogen-butyroamide (C]. M. Stirling, J.Chem.Soc, 1960, 255) folgern könnte, sondern das bei der Reaktion isolierte Ausgangsprod;:kt wird durch
Polymerspuren verfärbt. . .· . „ 1 ■
Aus den obigen Gründen handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Ergebnissen nicht um übliche Reaktionen der 4-CIBu-Gruppe, sondern um die Reaktionen der N-(4-ClBu)-geschützten Aminosäuren und deren Amide, welche in einigen Fällen analoge Produkte wie bei bekannten Reaktionen der 4-ClBu-Amide ergeben können, in anderen Fällen jedoch das überhaupt nicht möglich ist und man zu diesem Zweck zu ganz anderen Reaktionsbedingungen greifen muß. . .
Zu diesen Erkenntnissen konnte man jedoch erst nach gründlicher erfinderischer Tätigkeit gelangen, da sie aufgrund des bestehenden Standes der Technik nicht vorhersehbar waren.
In den Ausgangsprodukten der allgemeinen Formel Il gelangt man, indem man zuerst eine Aminosäure oder ein Peptid der allgemeinen Formel III
H2N-X —CO—/NH-CH-CON -OH (Π) 5ο
I R ].
nach einem bekannten Silylierungsverfahrcn in ein Silylderivat umwandelt und dann mit 4-Halogenbuttersäurechlorid umsetzt und durch Hydrolyse in eine Verbindung der allgemeinen Formel IV
Hal— CH2- CH1- CH2- CONH — X — CO — /NH- CH- CO\ — OH (IV)
überführt, woraus man mit Phosphorpentachlorid das entsprechende Säurechlorid herstellt und dieses mit Ammoniak in eine Verbindung der allgemeinen Formel Il überführt.
Zuerst wird die Aminosäure oder das Peptid in das Silylderivat mit einem üblichen Silylierungsmittel (Trimethylchlorsilan, Dimethyldichlorsilan oder Hexamethylsilazan) in einem aprotischen organischen Lösungsmittel überführt, wonach das 4-Halogenbuttersäurechlorid tropfenweise der Lösung und nach einer Stunde Rühren b5 Wasser zugesetzt wird. Die trockene organische Schicht wird mit Phosphorpentachlorid versetzt, wonach eine weitere Stunde gerührt wird. Der erhaltene Niederschlag wird abgesaugt und in einem aprotischen organischen Lösungsmittel, in das Ammoniak eingeleitet wird, suspendiert.
27 Ol 450
Der erhaltene Niederschlag wird mit heißem Äthylacetat extrahiert, und nach Abkühlen wird das abgeschiedene Amid des 4-Halogenbutyrylderivats der allgemeinen Formel Π erfindungsgemäß mit einer anorganischen (NaOH, KOH) oder organischen Base (Alkoholate, Alkalisalze, sek. Amide) oder mit Anionenaustauschern (Dowex 1, Amberlite IRA-410) in das N-substituierte Amid des 2-Oxo-pyrrolidins überführt. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
Beispiel 1
4-(2-Oxo-l-pyrrolid;nyl-butyramid(I;R = H, X = (CH2)J./! = 0)
1,03 g (0,05 Mol) N-(4-Chlorbutyryl)-/-aminobutyramid werden in abs. Äthanol (5 ml) gelöst 1 N NaOH in abs. Äthanol (5 ml) wird zugegeben und die Lösung während 5 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt. Der Niederschlag wird filtriert und das Lösungsmittel aus dem Filtrat abdestilliert Man erhält ein öl, das durch Zugabe von Isopropanol und Äther auskristallisiert
Durch Umkristallisation aus Isopropanol und Äther erhält man ein Produkt mit einem Schmelzpunkt von 98 bis 1000C(LiL Sp99,8-l00,5cC, US-PS32 50 784).
Beispiel 2
2-Oxo-l-pyrrolidinyl-acetylglycinamid(I;R = H, X = CH2, η = 1)
2 g (0,0085 Mol) N-^-ChlorbutyrylJ-gljcylglycinamid werden in 50 ml abs. Äthanol suspendiert Nach Zugabe
von 20 ml des Ionenaustauschers Dowex t in der OH-Form wird die Lösung bei 25°C drei Stunden gerührt,
wobei sich das Ausgangsprodukt auflöst. Der Ionenaustauscher wird dann dekantiert, mit Äthanol gewaschen
und das Äthanol aus der Lösung abdestilliert. Das erhaltene öl wird auskristallisiert und man erhält 2-Oxopyrrolidin-acetylglycinamid in einer Ausbeute von 75% und mit einem Sn von 134— 136°C.
Zu Analysezwecken wird das Produkt umkristallisiert aus Äthanol, wodurch man ein Produkt mit einem Sp von 138-139°C erhält
Das Dünnschichtchromatogramm auf Siücagel gemäß Vorschrift B ergibt einen RrWert von 030.
Analyse: C8H13N3O3 (MG 199,29)
berechnet: C 48,23, H 6,58, N 21,10%,
gefunden: C 48,02, H 6,58, N 2038%.
1R-Spektrum(cm-'):
3360,3320,3190(NH2, NH), 1960-1660(CON1CONH,CONH2), 1550(CONH).
Beispiel 3
3-(2-Oxo-l-pyrrolidinyl-propionamid(l:R = H1X = (CH2^, η = 0)
Analog Beispiel 1 erhält man aus N-(4-Chlorbutyryl)-/?-aminopropionamid 2-Oxo-l-pyrrolidin-propionamid mit einem Sp von 141-142°C (Lit. Sp 142-143°C, GB-PS 10 39 113). Das Dünnschichtchromatngramm auf Siücagel gemäß Beispie! 1 ergibt einen RrWert von 033.
Beispiel 4
2-Oxo-i-Pyrrolidinyl-(«-bcnzy!)-acetamid(I;R = H1X = C6H^CH2-CH -,n = 0)
Aus N-(4-Chlorbutyryl)-phenylalanylamid mil einem Sn von 178—179°C.
Analyse:C13H,7N2O2CI(MG 268,75)
berechnet: C 58,09, H 6,38, N 10,43%,
gefunden: C 58.32, H 6,62, N 10,43%.
IR-Spektrum(cm-'):
3370,3310,3180(NH;.NH), 1660,1640(CONH1CONH2), 1530(CONH). 740,700(C-C6H5),
erhält man gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 2-Oxo-1-pyrrolidin-(u-benzyl)-acetamid mit einem Sn von wi 138- 139° C,
Analysc:C,jH,,,NjO2(MG 232,28)
berechnet: C 67,22. H 6,94, N 12,06%,
gefunden: C 67,45. H 6,95, N 12,07%.
IR-Spektrum(crr,-'):
3300.3160(NH2NH), 1680,1665 (CON, CONH, CONH;). 700.755 (C-CH-,).
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Die Ausgangsprodukte werden wie folgt erhalten:
Vorschrift A
N-^-Chlorbutyryihj'-aminobimcrsaureOViR = H1X = (CH2),, Hai = CU = 0)
6,18 g(0,06 Mol)^-Aminobuttersäure werden in 60 ml Methylenchlorid suspendiert und mit 8,04 ml (0,06 Mol) Trimethylchlorsilan versetzt. Unter Rühren gibt man eine Lösung von 8,4 ml (0,06 Mol Triäthylamin in 20 ml Methylenchlorid tropfenweise zu. Die Reaktionslösung wird eine Stunde bei Zimmertemperatur gerührt und danach auf 00C abgekühlt. Anschließend werden der Lösung weitere 8,4 ml (0,06 Mol) Triäthylamin zugesetzt. zur gekühlten Lösung gibt man tropfenweise eine Lösung von 8,46 g (0.06 Mol) 4-Chlorbuttersäurechlorid in 20 ml Methylenchlorid. Die Lösung wird bei Raumtemperatur eine Stunde gerührt und anschließend der Niederschlag von Triäthylaminhydrochlorid abfiltriert. Das Filtrat wird mit 10 ml Wasser gewaschen. Nach Trocknen der organischen Lösung wird das Methylenchlorid vollständig abdcstilliert. wodurch man das Produkt als farbloses öl erhält.
Im Dünnschichtchromatogramm auf Kieselgur mit n-Butanol-Essigsäure-Wasser (4:1:1) und Nachweis durch Besprühen mit Jod zeigt sich ein Fleck mit einem RrWert von 0,77.
Neutralisationsäquivalent:
berechnet: 207
gefunden: 211
Analyse:CeHuClNO3(MG 207,5)
berechnet: C 46,26, H 6.75. N 6.75%,
gefunden: C 45,60, H 630, N 6.50%.
IR-Spektrum(cm-'):
3400-3140(OH, NH). 1710(COOH). 1630(CONH), 1540(CONH).
Vorschrift B
N-(4-Chlorbutyry!-glycylglycin(IV;R = H1X = CH2, η = 1,HaI = Cl)
4,8 g (0,036 Mol) Glycylglycin werden in 60 ml Methylenchlorid suspendiert. Zur Lösung gibt man 8,58 g (0,079 Mol) Trimethylchlorsilan und anschließend unter Rühren tropfenweise eine Lösung von 8,0 g (0,079 MoI) Triäthylamin in 20 mi iviethyienchiorid. Nach einer Reaktionszeit von einer Stunde bei Raumtemperatur wird die Lösung auf 0°C abgekühlt und nach Zugabe weiterer 3,69 g (0,036 Mol) Triäthylamin tropfenweise mit 5,12 g (0,036 Mol) 4-Chlor-buttersäurechlorid in 10 ml Methylenchlorid versetzt. Nach einer Stunde Reaktionszeit bei 25°C wird der entstandene Niederschlag filtriert. Das Filtrat wird mit 10 ml Wasser ausgeschüttelt und die organische Schicht abgetrennt. Das aus der wässerigen Lösung auskristallisierende Produkt ergibt nach Umkristallisation aus Äthylacetat farblose Blättchen mit dem Schmelzpunkt 134—136° C.
Dünnschichtchromatographie an Silicagelplatten mit einem Lösungsmittelgemisch von Äthylacetat-Essigsäure-Wasser (3:1 :1) zeigt nach Besprühen mit Jod einen Fleck mit einem RrWert von 037.
Neutralisationsäquivalent: berechnet: 237
gefunden: 243
Analyse:CeHi3ClN,O4(MG 236,65)
berechnet: C 40,58, H 5,54, N 11.84%, gefunden: C 40.77. H 5,55. N 12.05%.
IR-Spektrum(cm-'):
3320-3060(OH. NH) 1710(COOH), 1640,1540(CONH).
55 Vorschrift C
N-(4-Chlorbutyryl)-/?-alanin (IV; R = H, X = (CH2J2, η = 0,HaI = Cl)
Die Verbindung wird analog Vorschrift A aus >?-Alanin in Form eines Öls erhalten. Dünnschichtchromatogramm unter Bedingungen wie in der Vorschrift B: RrWert = 0,70.
Neutralisationsäquivalent:
berechnet: 193
gefunden: 190
Analyse: C7H12ClNO3 (MG 193,5)
berechnet: C 43,41, H 6.20, N 7i4%,
sefunden: C 43.05. H 6,40, N 650%.
27 Ol 450
IR-Spektrumicm-1):
3400-3100(OH-NH) 1725(COOH), 1635,1550(CONH).
Herstellung von Amiden der N-(4-Chlorbutyryl)derivate von Aminosäuren und Peptiden der allgemeinen Formel II:
Vorschrift D
N-(4-Chlorbutyryl)-^-aminobutyrylamid(II;R = H, X = (CH2),. Hai - Cl./J = 0)
IO g (0,048 Mol) N-(4-Chlorbutyryl)-/-aminobuttersäure werden in 30 ml Methylcnchlorid gelöst. Nachdem die Lösung auf — 15°C abgekühlt wurde, werden unter Rühren langsam 10 g (0,048 Mol) Phosphorpentachlorid zugegeben. Dann wird während einer Stunde weiter gerührt, wonach das Produkt in der Reaktionslösung Absorptionsbanden im IR-Spektrum bei 1800 cm"1 zeigt.
Während des Rührens kristallisiert das Produkt aus. Es wird abfiltriert und einem auf 0°C gekühlten Gemisch von Methylenchlorid und Benzol (1 :1) zugegeben, wi: 'achea. eine Stunde Ammoniak durchgeleitet wird.
Der Niederschlag wird filtriert und dann mit heißem Äihylacctat extrahiert. Durch Kristallisation aus Äthylacetat erhält man durch Abkühlen das Produkt niii einem 5P von 1 IG— ! 5 2"C.
Im Dünnschichtchromatogramm unter den Bedingungen gemäB Vorschrift A erhält man einen Fleck mit einem RrWert von 0,60.
Analyse:C8Hi5N2O2Cl(MG 206,7)
berechnet: C 46,49, H 7,32, N 13,56%,
gefunden: C 46,68, H 739. N 1334%.
IR-Spektrumicm-'):
Vorschrift E
N-^-ChlorbutyryO-glycylglycinamidOhR - H1X = CH2,π - I.Hal = Cl)
2,1 g (0,008 Mol) N-(4-Chlorbutyryl)-glycylglycin werden in 60 ml Methylenchlorid suspendiert, auf 5°C abgekühlt und portionsweise mit 1,84 g (0,008 Mol) Phosphorpentachlorid versetzt. Nach Rühren während einer Stunde zeigt die Reaktionslösung ein Absorptionsmaximum im IR-Spektrum bei 1800 cm-'.
Dann gibt man die Reaktionslösung portionsweise zu einem Gemisch aus Benzol und Methylenchlorid (1 :1). kühlt auf 0°C und sättigt mit Ammoniak. Nach Einleiten des Ammoniaks während einer weiteren Stunde erhält man einen Niederschlag, der abfiltriert wird. Dann wird dieser mit Äthylacetat oder Acetonitril extrahiert, wodurch man das Produkt in einer Ausbeute von 70% erhält Schmelzpunkt 178— *80°C(Dioxan).
Im Dünnschichtchromatogramm auf Silicagel bei Verwendung eines Lösungsmittelgemisches Methylenchlorid-Aceton-Methanol (5:1:1) und Besprühen mit Jod zeigt sich ein Fleck mit dem Rr-Wert von 0,19.
Analyse:C8HMClN3O3(MG 235,67)
berechnet: C 40,77, H 559, N 17,83%,
gefunden: C 40,96, H 559. N 18,00%.
IR-Spektrum (cm-1):
3390,3300,3200(NH2NH), 1660(CONH), 1650.1540(CONH2)
Vorschrift F
N-(4-Chlorbutyryl)-/7-arninopropionarnid(II;R = H1X = (CH2J2, π = 0,HaI = CI)
8~ Analog Vorschrift E erhält man das gewünschte Produkt aus N-(4-Chlorbutyryl)-/?-alanin. Schmelzpunkt
124-126°C(Dioxan). RrWert 0,76 gemäß Vorschrift B.
Analyse: C7H,3ClN2O2 (MG 192,6)
berechnet: C 43,64, H 6,80, N 14,54%,
gefunden: C 43,86, H 6.66, N 14,61%.
IR-Spektrum (cm-1):
3380,3310(NH2),3190(NH), 1660-1630(CONH21CONH), 1540(CONH).

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Amiden des 2-Oxo-1-pyrroiidins der allgemeinen Formel I
X—CO/NH—CH-CO\ -NH2 (D
in welcher X einen Alkylenrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder die Phenethylidengruppe und π eine is ganze Zahl von 0,1 oder 2 bedeuten, wobei im Fall, daß X für CH2 steht, η nur 1 oder 2 bedeuten kann, R ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest oder einen Phenylrest bedeutet, dadurch gekennzeichne*, daß man eine Verbindung der allgemeinen Formel II
DE2701450A 1976-01-14 1977-01-14 Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Amiden des 2-Oxo-1-Pyrrolidins Expired DE2701450C2 (de)

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YU198376A YU40148B (en) 1976-08-11 1976-08-11 Process for preparing n-subtituted amides of 2-oxo-pyrrolidines

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DE2701450A1 DE2701450A1 (de) 1977-07-21
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