DE60012240T2

DE60012240T2 - Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten

Info

Publication number: DE60012240T2
Application number: DE60012240T
Authority: DE
Inventors: Yasutaka Ishii; Tatsuya Nakano
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: US6271387B1; JP2000212172A; EP1026161B1; DE60012240D1; EP1026161A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten, die z.B. als Arzneimittel, als Agrochemikalien oder als Feinchemikalien oder als Zwischenprodukte bei der Herstellung dieser Stoffe verwendet werden können.
Beispiele für Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten umfassen ein Verfahren, bei dem ein β-Aminoalkoholderivat mit einem Aldehyd umgesetzt wird, und ein Verfahren, bei dem ein Ethyleniminderivat mit einem Aldehyd umgesetzt wird. Bei diesen Verfahren werden jedoch β-Aminoalkoholderivate oder Ethyleniminderivate als Ausgangsmaterialien verwendet, die nicht ohne weiteres erhältlich sind, so dass diese Verfahren nicht in industriellem Maßstab durchgeführt werden können und das gewünschte Produkt nur in einer geringen Ausbeute liefern.
Die folgenden Veröffentlichungen beschreiben Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten, bei denen ein Iminderivat in Gegenwart einer Metallverbindung (SnCl₄), die als Katalysator verwendet wird, mit einer Epoxyverbindung umgesetzt wird:
"CHEMICAL ABSTRACTS", Band 76, Nr. 9, 28. Februar 1972, Columbus, Ohio, USA; Abstract Nr. 46128v, Hayashi S. et al., "Reactions of epoxides. II. Synthesis of oxazolidines by the reaction of epoxide with Schiff bases", Seite 371; XP002137260 & "CHEM. PHARM. BULL.", Band 19, Nr. 11, 1971, Seiten 2404–9;
Oda R. et al., "New addition reactions. II. Addition of aliphatic epoxides to Schiff bases", "BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN", Band 35, Nr. 7, Juli 1962, Seiten 1216–8, XP002137257, und
Bulatova O.F. et al., "Synthesis of substituted 5-chloromethyl-1,3-oxazolidines", "RUSSIAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY", Band 30, Nr. 1, 10. Juni 1994, Seiten 58–61, XP002137258.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem 1,3-Oxazolidinderivate leicht aus leicht erhältlichen Ausgangsmaterialien hergestellt werden können.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten bereitzustellen, das in industriellem Maßstab durchgeführt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem 1,3-Oxazolidinderivate mit hoher Ausbeute erhalten werden können.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfangreiche Untersuchungen mit dem Ziel durch, die zuvor genannten Aufgaben zu lösen, und fanden heraus, dass bei der Umsetzung eines Iminderivats mit einer Epoxyverbindung ein entsprechendes 1,3-Oxazolidinderivat mit hoher Ausbeute erhalten werden kann, wenn die Reaktion in Gegenwart eines spezifischen Katalysators durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Entdeckung gemacht.
Genauer gesagt, ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten, umfassend:
das Umsetzen eines Iminderivats der folgenden Formel (1):
worin:
R¹ und R², die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht, oder eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, bedeuten; R³ bedeutet ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht; eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff; eine Hydroxygruppe; eine substituierte Oxygruppe, wobei die Oxygruppe aus C_1–10-Alkoxygruppen, Aryloxygruppen und Aralkyloxygruppen ausgewählt ist; eine Aminogruppe, eine Mono- oder Di-C_1–6-Alkylaminogruppe oder eine cyclische Aminogruppe,
wobei R¹ und R² zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom einen Ring bilden können, ausgewählt aus 3- bis 20-gliedrigen, nicht-aromatischen, carbocyclischen Ringen und nicht-aromatischen, heterocyclischen Ringen;
mit einer Epoxyverbindung der folgenden Formel (2):
worin R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷, die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht; oder eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, bedeuten;
wobei R⁴ und R⁵, R⁶ und R⁷ oder R⁴ und R⁶ jeweils zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom oder mit der benachbarten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung einen Ring bilden können, ausgewählt aus 3- bis 20-gliedrigen, nicht-aromatischen, carbocyclischen Ringen und nicht-aromatischen, heterocyclischen Ringen;
wobei ein Oxazolidinderivat der folgenden Formel (3) erhalten wird:
worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ die gleiche Bedeutung, wie zuvor beschrieben, haben; und
wobei die Umsetzung in Gegenwart einer Metallverbindung, die als Katalysator verwendet wird, ausgewählt aus Verbindungen mit einem Element der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente und Verbindungen mit einem Element der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente, durchgeführt wird.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Katalysator eine Metallverbindung eines Elements der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente.
Der Ausdruck "Iminderivat", der hier verwendet wird, umfasst nicht nur Iminverbindungen, sondern auch Oxime, Oximether, Hydrazonderivate und verschiedenste, andere Verbindungen, die jeweils eine C=N-Bindung enthalten.
[Iminderivat]
Beispiele für die aliphatischen Gruppen, die in der Formel (1) durch R¹, R² und R³ dargestellt werden, umfassen eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine Butylgruppe, eine Isobutylgruppe, eine s-Butylgruppe, eine t-Butylgruppe, eine Pentylgruppe, eine Hexylgruppe und eine Decylgruppe sowie andere Alkylgruppen mit 1 bis 10 (bevorzugt mit 1 bis 6 und besonders bevorzugt mit 1 bis 4) Kohlenstoffatomen; eine Vinylgruppe, eine Allylgruppe und eine 1-Butenylgruppe sowie andere Alkenylgruppen mit 2 bis 10 (bevorzugt mit 2 bis 6 und besonders bevorzugt mit 2 bis 4) Kohlenstoffatomen; eine Ethinylgruppe und eine Propinylgruppe sowie andere Alkinylgruppen mit 2 bis 10 (bevorzugt mit 2 bis 6 und besonders bevorzugt mit 2 bis 4) Kohlenstoffatomen.
Beispiele für die alicyclischen Kohlenwasserstoffgruppen umfassen eine Cyclopropylgruppe, eine Cyclobutylgruppe, eine Cyclopentylgruppe, eine Cyclohexylgruppe und eine Cyclooctylgruppe sowie andere Cycloalkylgruppen mit 3 bis 12 (bevorzugt mit 3 bis 8 und besonders bevorzugt mit 5 oder 6) Ringgliedern, und eine Cyclopentenylgruppe und eine Cyclohexenylgruppe sowie andere Cycloalkenylgruppen mit 3 bis 12 (bevorzugt mit 3 bis 8 und besonders bevorzugt mit 5 oder 6) Ringgliedern. Beispiele für die aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen umfassen eine Phenylgruppe und eine Naphthylgruppe.
Beispiele für die Kohlenwasserstoffgruppen, die durch Kombination einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe und einer alicyclischen Kohlenwasserstoffgruppe gebildet werden, umfassen eine Cyclopentylmethylgruppe, eine Cyclohexylmethylgruppe und eine 2-Cyclohexylethylgruppe sowie andere C₃–C₁₂-Cycloalkyl-C₁–C₄-Alkylgruppen und andere Cycloalkylalkylgruppen. Beispiele für die Kohlenwasserstoffgruppen, die durch Kombination einer aliphatischen Kohlenwasserstoffgruppe und einer aromatischen Kohlenwasserstoffgruppe gebildet werden, umfassen C₇–C₁₄-Aralkylgruppen und andere Aralkylgruppen; und eine Phenylgruppe, die mit 1 bis 4 C₁–C₄-Alkylgruppen substituiert ist, sowie andere mit einer Alkylgruppe substituierte Arylgruppen.
Beispiele für bevorzugte Kohlenwasserstoffgruppen umfassen C₁–C₁₀-Alkylgruppen, C₂–C₁₀-Alkenylgruppen, C₂–C₁₀-Alkinylgruppen, aromatische C₆–C₁₀-Kohlenwasserstoffgruppen, C₃–C₁₂-Cycloalkyl-C₁–C₄-Alkylgruppen und C₇–C₁₄-Aralkylgruppen.
Die Kohlenwasserstoffgruppen können substituiert sein, und Beispiele für die Substituenten umfassen ein Halogenatom, eine Oxogruppe, eine Hydroxygruppe, substituierte Oxygruppen (wie z. B. Alkoxygruppen, Aryloxygruppen, Aralkyloxygruppen oder Acyloxygruppen), eine Carboxygruppe, substituierte Oxycarbonylgruppen, substituierte oder nicht-substituierte Carbamoylgruppen, eine Cyanogruppe, eine Nitrogruppe, substituierte oder nicht-substituierte Aminogruppen sowie heterocyclische Gruppen.
Beispiele für die heterocyclischen Ringe, welche die heterocyclische Gruppe in R¹, R² und R³ bilden, umfassen aromatische, heterocyclische Ringe und nicht-aromatische, heterocyclische Ringe. Solche heterocyclischen Ringe umfassen heterocyclische Ringe, die ein Sauerstoffatom als Heteroatom enthalten, heterocyclische Ringe, die ein Schwefelatom als Heteroatom enthalten, und heterocyclische Ringe, die ein Stickstoffatom als Heteroatom enthalten. Beispiele für die heterocyclischen Ringe mit einem Sauerstoffatom umfassen einen Furanring, einen Tetrahydrofuranring, einen Oxazolring, einen Isoxazolring und andere 5-gliedrige Ringe; einen 4-Oxo-4H-pyranring, einen Tetrahydropyranring, einen Morpholinring und andere 6-gliedrige Ringe; und einen Benzofuranring, einen Isobenzofuranring, einen 4-Oxo-4H-Chromenring, einen Chromanring, einen Isochromanring und andere kondensierte Ringe. Beispiele für die heterocyclischen Ringe mit einem Schwefelatom umfassen einen Thiophenring, einen Thiazolring, einen Isothiazolring, einen Thiadiazolring und andere 5-gliedrige Ringe; einen 4-Oxo-4H-thiopyranring und andere 6-gliedrige Ringe; und einen Benzothiophenring und andere kondensierte Ringe. Beispiele für die heterocyclischen Ringe mit einem Stickstoffatom umfassen einen Pyrrolring, einen Pyrrolidinring, einen Pyrazolring, einen Imidazolring, einen Triazolring und andere 5-gliedrige Ringe; einen Pyridinring, einen Pyridazinring, einen Pyrimidinring, einen Pyrazinring, einen Piperidinring, einen Piperazinring und andere 6-gliedrige Ringe; und einen Indolring, einen Indolinring, einen Chinolinring, einen Acridinring, einen Naphthyridinring, einen Chinazolinring, einen Purinring und andere kondensierte Ringe. Die heterocyclischen Ringe können substituiert sein. Beispiele für die Substituenten umfassen die Substituenten, die als Substituenten für die Kohlenwasserstoffgruppen genannt wurden, sowie Alkylgruppen (wie z.B. eine Methylgruppe, eine Ethyl gruppe oder eine andere C₁–C₄-Alkylgruppe), Cycloalkylgruppen und Arylgruppen (wie z.B. eine Phenylgruppe oder eine Naphthylgruppe).
Beispiele für die Ringe, die durch R¹ und R² zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom gebildet werden können, umfassen einen Cyclobutanring, einen Cyclopentanring, einen Cyclohexanring, einen Cyclohexenring, einen Cyclooctanring, einen Cyclododecanring und andere nicht-aromatische, carbocyclische Ringe (Cycloalkanringe und Cycloalkenringe) und nicht-aromatische, heterocyclische Ringe mit jeweils 3 bis 20 (bevorzugt mit 3 bis 15 und besonders bevorzugt mit 5 bis 12) Ringgliedern. Diese Ringe können mit den zuvor genannten Substituenten substituiert sein, und an diese Ringe können andere Ringe (nicht-aromatische Ringe oder aromatische Ringe) kondensiert sein.
Beispiele für die substituierten Oxygruppen, die durch R³ dargestellt werden, umfassen eine Methoxygruppe, eine Ethoxygruppe, eine Propoxygruppe, eine Isopropoxygruppe, eine Butoxygruppe, eine Isobutyloxygruppe und andere C₁–C₁₀-Alkoxygruppen (bevorzugt C₁–C₆-Alkoxygruppen); eine Phenoxygruppe und andere Aryloxygruppen; und eine Benzyloxygruppe, eine 2-Phenylethyloxygruppe und andere Aralkyloxygruppen. Beispiele für die Aminogruppen, die substituiert sein können und die durch R³ dargestellt werden, umfassen eine Aminogruppe; eine Methylaminogruppe, eine Dimethylaminogruppe, eine Ethylaminogruppe, eine Diethylaminogruppe, eine Propylaminogruppe und andere Mono- oder Di-C₁–C₆-Alkylaminogruppen; und eine 1-Pyrrolidinylgruppe, eine Piperidinogruppe, eine Morpholinogruppe und andere cyclische Aminogruppen.
Bevorzugte Beispiele für R¹ und R² umfassen ein Wasserstoffatom, C₁–C₁₀-Alkylgruppen, C₂–C₁₀-Alkenylgruppen, C₂–C₁₀-Alkinylgruppen, aromatische C₆–C₁₀-Kohlenwasserstoffgruppen, C₃–C₁₂-Cycloalkyl-C₁–C₄-Alkylgruppen und C₇–C₁₄-Aralkylgruppen. R¹ und R² können zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom einen Ring bilden, wobei bevorzugt ein nicht-aromatischer, carbocyclischer Ring mit 3 bis 15 Ringgliedern gebildet wird. Bevorzugte Beispiele für R³ umfassen C₁–C₁₀-Alkylgruppen, C₂–C₁₀-Alkenylgruppen, C₂–C₁₀-Alkinylgruppen, aromatische C₆–C₁₀-Kohlenwasserstoffgruppen, C₃–C₁₂-Cycloalkyl-C₁–C₄-Alkylgruppen und C₇–C₁₄-Aralkylgruppen.
Die Iminderivate der Formel (1) können entweder Ketimine, in denen sowohl R¹ als auch R² nicht Wasserstoffatome sind, oder Aldimine, in denen R¹ und/oder R² ein Wasserstoffatom ist, sein.
Spezifische Beispiele für die Iminderivate der Formel (1) umfassen N-Ethylidenmethylamin, N-Ethylidenbenzylamin, N-Ethylidencyclohexylamin, N-Ethylidenanilin, N-Isopropylidenbutylamin, N-Isopropylidenbenzylamin, N-Isopropylidencyclohexylamin, N-Isopropylidenanilin, N-Butylidenbutylamin, N-(1-Methylbutyliden)butylamin, N-(1-Ethylpropyliden)butylamin, N-Cyclohexylidenbutylamin, N-Cyclohexylidenbenzylamin und N-Benzylidenethylamin.
Die Iminderivate der Formel (1) können erhalten werden, indem die entsprechenden Carbonylverbindungen (R¹R²C=O) mit den entsprechenden Aminen (R³NH₂) unter Wasserabspaltung kondensiert werden, wobei die Kondensation in Gegenwart einer Säure erfolgen kann.
[Epoxyverbindung]
Beispiele für die Kohlenwasserstoffgruppen und die heterocyclischen Gruppen, die in der Formel (2) durch R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ dargestellt werden, umfassen die Kohlenwasserstoffgruppen und die heterocyclischen Gruppen, die als Beispiele für R¹ und R² genannt wurden. Diese Kohlenwasserstoffgruppen und heterocyclischen Gruppen können mit den zuvor beschriebenen Substituenten substituiert sein. Beispiele für bevorzugte Kohlenwasserstoffgruppen umfassen C₁–C₁₀-Alkylgruppen, C₂–C₁₀-Alkenylgruppen, C₂–C₁₀-Alkinylgruppen, aromatische C₆–C₁₀-Kohlenwasserstoffgruppen, C₃–C₁₂-Cycloalkyl-C₁–C₄-Alkylgruppen und C₇–C₁₄-Aralkylgruppen, wobei C₁–C₆-Alkylgruppen, C₂–C₆-Alkenylgruppen, C₂–C₆-Alkinylgruppen und eine Phenylgruppe besonders bevorzugt sind.
Beispiele für die Ringe, die durch R⁴ und R⁵, R⁶ und R⁷ oder R⁴ und R⁶ zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom oder mit der benachbarten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung gebildet werden können, umfassen einen Cyclopropanring, einen Cyclobutanring, einen Cyclopentanring, einen Cyclopentenring, einen Cyclohexanring, einen Cyclohexenring, einen Cyclooctanring, einen Cyclododecanring und andere nicht-aromatische, carbocyclische Ringe (Cycloalkanringe und Cycloalkenringe) sowie nicht-aromatische, heterocyclische Ringe mit jeweils 3 bis 20 Ringgliedern. Diese Ringe können mit den zuvor genannten Substituenten substituiert sein oder an einen anderen Ring (einen nicht-aromatischen Ring oder einen aromatischen Ring) kondensiert sein.
R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ bedeuten bevorzugt ein Wasserstoffatom oder eine der zuvor genannten, bevorzugten Kohlenwasserstoffgruppen.
Spezifische Beispiele für die Epoxyverbindungen der Formel (2) umfassen Ethylenoxid, Propylenoxid, 1,2-Epoxybutan, 1,2-Epoxypentan, 1,2-Epoxyhexan, 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 1,2-Epoxy-2-methylbutan, 2,3-Epoxy-2-methylbutan, 2,3-Epoxy-2,3-dimethylbutan, Styroloxid und α-Methylstyroloxid.
Die Epoxyverbindungen der Formel (2) können z.B. bei der Umsetzung der entsprechenden Olefine (R⁴R⁵C=CR⁶R⁷) mit Persäuren erhalten werden.
[Umsetzung]
Die Umsetzung in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Gegenwart einer Metallverbindung, ausgewählt aus Verbindungen mit einem Element der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente und Verbindungen mit einem Element der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente, durchgeführt, wobei bevorzugt eine Metallverbindung eines Elements der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente verwendet wird.
Die Wertigkeit des metallischen Elements in der Metallverbindung ist nicht auf bestimmte Wertigkeiten beschränkt und liegt gewöhnlich im Bereich von 0 bis 4, bevorzugt im Bereich von 2 bis 4. Beispiele für die Metallverbindungen umfassen Hydroxide, Oxide (einschließlich komplexer Oxide), Halogenide (Fluoride, Chloride, Bromide und Iodide), Salze von Oxosäuren (wie z.B. Nitrate, Sulfate, Phosphate, Borate und Carbonate), Oxosäuren, Isopolysäuren und Salze davon, Heteropolysäuren und Salze davon, sowie andere anorganische Verbindungen; Salze von organischen Säuren (wie z.B. Cyanwasserstoffsäure; Essigsäure, Trichloressigsäure, Trifluoressigsäure, Propionsäure, Naphthensäure, Stearinsäure, Maleinsäure, Weinsäure und andere Carbonsäuren; Methansulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Ethansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, p-Tolu olsulfonsäure und andere Sulfonsäuren), Komplexe sowie andere organische Verbindungen.
Beispiele für die Liganden, welche die Komplexe bilden, umfassen OH (Hydroxo), Alkoxygruppen (wie z.B. eine Methoxygruppe, eine Ethoxygruppe, eine Propoxygruppe oder eine Butoxygruppe), Acylgruppen (wie z.B. eine Acetylgruppe oder eine Propionylgruppe), Alkoxycarbonylgruppen (wie z.B. eine Methoxycarbonylgruppe oder eine Ethoxycarbonylgruppe), eine Acetylacetonatogruppe, eine Cyclopentadienylgruppe, mit einer C₁–C₄-Alkylgruppe substituierte Dicyclopentadienylgruppen (wie z.B. eine Pentamethyldicyclopentadienylgruppe), C₁–C₄-Alkylgruppen (wie z.B. eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe), Halogenatome (wie z.B. ein Chloratom oder ein Bromatom), CO, CN, ein Sauerstoffatom, H₂O (Aquo), Phosphine (wie z.B. Triphenylphosphin oder andere Triarylphosphine) und andere Phosphorverbindungen, NH₃ (Ammin), NO, NO₂ (Nitro), NO₃ (Nitrato), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Pyridin, Phenanthrolin und andere Stickstoff enthaltende Verbindungen, sowie Tetrahydrofuran und andere Sauerstoff enthaltende Verbindungen.
Die Verbindungen mit den Elementen der Gruppe 3 oder der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente werden im Folgenden genauer beschrieben.
Beispiele für die Elemente der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente umfassen Seltenerdelemente [wie z.B. Scandium, Yttrium und die Elemente der Lanthanreihe (Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Luthetium)] sowie die Elemente der Actiniumreihe (wie z.B. Actinium). Beispiele für bevorzugte Elemente der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente umfassen die Seltenerdelemente, gewöhnlich die Elemente der Lanthanreihe, und insbesondere Samarium. Beispiele für die Elemente der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente umfassen Titan, Zirconium und Hafnium.
Beispiele für spezifische Samariumverbindungen als konkrete Beispiele für die Verbindungen mit einem Element der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente umfassen Samarium(II)hydroxid, Samarium(III)hydroxid, Samarium(II)oxid, Samarium(III)oxid, Samarium(II)iodid, Samarium(III)iodid, Samarium(II)bromid, Samarium(III)bromid, Samari um(II)chlorid, Samarium(III)chlorid, Samarium(II)nitrat, Samarium(II)sulfat, Samarium(II)phosphat, Samarium(II)carbonat und andere anorganische Verbindungen; Samarium(II)acetat, Samarium(III)acetat, Samarium(II)trichloracetat, Samarium(III)trichloracetat, Samarium(II)trifluoracetat, Samarium(III)trifluoracetat, Samarium(II)trifluormethansulfonat, Samarium(III)trifluormethansulfonat, Acetylacetonatosamarium(II), Acetylacetonatosamarium(III), Chlorbis(n-cyclopentadienyl)samarium(III), Chlorbis(n-pentamethylcyclopentadienyl)samarium(III)-tetrahydrofuran, Dichlorbis(n-pentadienyl)samarium(III)-tetrahydrofuran, Lithiumtetra(allyl)samarium(III), Tetra(t-butyl)lithiumsamarium(III)-tetrahydrofuran, Tris(n-cyclopentadienyl)samarium(III), Bis(n-pentamethylcyclopentadienyl)samarium(II)-tetrahydrofuran, Hydridobis(n-pentamethylcyclopentadienyl)samarium(III) und Alkylsamarium(II)iodide. Beispiele für die Verbindungen der anderen Elemente der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente umfassen die Verbindungen, die den zuvor genannten Samariumverbindungen entsprechen.
Beispiele für spezifische Zirconiumverbindungen als konkrete Beispiele für die Verbindungen mit einem Element der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente umfassen Zirconium(IV)hydroxid, Zirconium(IV)oxid, Zirconium(IV)iodid, Zirconyl(IV)iodid, Zirconium(IV)bromid, Zirconyl(IV)bromid, Zirconium(IV)chlorid, Zirconyl(IV)chlorid, Zirconium(IV)nitrat, Zirconyl(IV)nitrat, Zirconium(IV)sulfat, Zirconyl(IV)sulfat, Zirconium(IV)phosphat, Zirconyl(IV)phosphat, Zirconium(IV)carbonat, Zirconyl(IV)carbonat und andere anorganische Verbindungen; und Zirconium(IV)oxalat, Acetylacetonatozirconium(IV), Chlorbis(n-cyclopentadienyl)methylzirconium(IV), Trichlor(n-cyclopentadienyl)zirconium(IV), Trichlor(n-pentamethylcyclopentadienyl)zirconium(IV), Bis(n-pentamethylcyclopentadienyl)diiodozirconium(IV) und andere organische Verbindungen. Beispiele für die Verbindungen der anderen Elemente der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente umfassen die Verbindungen, die den zuvor genannten Zirconiumverbindungen entsprechen.
Der Katalysator kann entweder in einem homogenen System oder in einem heterogenen System verwendet werden. Der Katalysator kann auf einem Träger aufgebracht sein. Beispiele für die Träger umfassen Aktivkohle, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid-Aluminiumoxid, Zeolithe und andere poröse Träger. Die Menge an katalytischem Bestandteil auf dem Träger liegt z.B. im Bereich von 0,1 bis 50 Gewichtsteilen und bevor zugt im Bereich von 0,5 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Trägers.
Die zuvor beschriebenen Katalysatoren können einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die Menge an Katalysator ist nicht auf bestimmte Mengen beschränkt und liegt z.B. im Bereich von 0,00001 bis 1 Mol, bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,5 Mol und besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,25 Mol, bezogen auf 1 Mol der Verbindung der Formel (1).
Die Reaktion des Iminderivats der Formel (1) mit der Epoxyverbindung der Formel (2) kann in Gegenwart oder in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Beispiele für die Lösungsmittel umfassen Hexan, Octan und andere aliphatische Kohlenwasserstoffe; Cyclohexan und andere alicyclische Kohlenwasserstoffe; Benzol, Toluol und andere aromatische Kohlenwasserstoffe; Chloroform, Dichlormethan, Dichlorethan, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorbenzol, Trifluormethylbenzol und andere halogenierte Kohlenwasserstoffe; Aceton, Ethylmethylketon, Cyclohexanon und andere Ketone; Diethylether, Diisopropylether, Dimethoxyethan, Tetrahydrofuran (THF), Dioxan und andere Ether; Ethylacetat, Butylacetat und andere Ester; Acetonitril, Propionitril, Benzonitril und andere Nitrile; Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfoxid und andere nicht protische, polare Lösungsmittel; und Gemische dieser Lösungsmittel. Ether und nicht protische, polare Lösungsmittel werden bevorzugt verwendet.
Das Verhältnis von Iminderivat, dargestellt durch die Formel (1), zu Epoxyverbindung, dargestellt durch die Formel (2), ist nicht auf bestimmte Verhältnisse beschränkt und wird im Hinblick auf die Produktionskosten und die Reaktivität der Verbindungen geeignet gewählt, wobei eine der Verbindungen in einer überschüssigen Menge verwendet werden kann, bezogen auf die Menge der anderen Verbindung. Die Epoxyverbindung kann z.B. in einer Menge im Bereich von 1,1 bis 3 Mol, bezogen auf 1 Mol der Iminverbindung, verwendet werden.
Die Reaktionstemperatur hängt z.B. von der Art der verwendeten Ausgangsmaterialien ab und liegt gewöhnlich im Bereich von –20°C bis +200°C, bevorzugt im Bereich von 0°C bis 150°C, besonders bevorzugt im Bereich von 0°C bis 100°C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10°C bis 60°C. Die Reaktionszeit wird geeignet gewählt und liegt z.B. im Bereich von 10 Minuten bis 48 Stunden. Die Umsetzung kann chargenweise, diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Bei der Umsetzung des Iminderivats der Formel (1) mit der Epoxyverbindung der Formel (2) wird das entsprechende Addukt, d.h. ein 1,3-Oxazolidinderivat der Formel (3), mit hoher Ausbeute erhalten. Das Stickstoffatom des Iminderivats ist gewöhnlich an das Kohlenstoffatom der Epoxygruppe der Epoxyverbindung gebunden, das aus sterischer Sicht am einfachsten reagieren kann.
Nach Beendigung der Umsetzung können die Reaktionsprodukte leicht unter Anwendung herkömmlicher Verfahren abgetrennt und gereinigt werden. Beispiele für solche Verfahren umfassen das Filtrieren, das Aufkonzentrieren, das Destillieren, das Extrahieren, das Auskristallisieren, das Umkristallisieren, das Auftrennen mittels Säulenchromatographie und andere Trenn- und Reinigungsverfahren, sowie jede Kombination dieser Verfahren.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können 1,3-Oxazolidinderivate leicht und effizient aus leicht erhältlichen Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Erfindungsgemäß kann eine große Anzahl an 1,3-Oxazolidinderivaten mit hoher Ausbeute erhalten werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren in industriellem Maßstab durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen genauer beschrieben.
BEISPIEL 1
Ein Gemisch aus 1 mMol N-Isopropylidenbenzylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Samarium(II)iodid (SmI₂) und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 3-Benzyl-2,2,5,5-tetramethyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 98% erhalten worden war.
BEISPIEL 2
(Vergleichsbeispiel)
Die Prozedur von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass kein Samarium(II)iodid (SmI₂) verwendet wurde, wobei 3-Benzyl-2,2,5,5-tetramethyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 20% erhalten wurde.
BEISPIEL 3
Ein Gemisch aus 1 mMol N-Isopropylidenbutylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Samarium(II)iodid (SmI₂) und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 3-Butyl-2,2,5,5-tetramethyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 92% erhalten worden war.
BEISPIEL 4
Ein Gemisch aus 1 mMol N-(2-Ethylpropyliden)butylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Samarium(II)iodid (SmI₂) und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 3-Butyl-2,2-diethyl-5,5-dimethyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 90% erhalten worden war.
BEISPIEL 5
Ein Gemisch aus 1 mMol N-Cyclohexylidenbutylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Samarium(II)iodid (SmI₂) und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 4-Aza-4-butyl-2,2-dimethyl-1-oxaspiro[4.5]decan, dargestellt durch die folgende Formel, mit einer Ausbeute von 85% erhalten worden war.
BEISPIEL 6
Ein Gemisch aus 1 mMol N-(1-Methylbutyliden)butylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Samarium(II)iodid (SmI₂) und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 3-Butyl-2,5,5-trimethyl-2-propyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 59% erhalten worden war.
BEISPIEL 7
Ein Gemisch aus 1 mMol N-Butylidenbutylamin, 2 mMol 1,2-Epoxy-2-methylpropan, 0,05 mMol Cp₂Sm(THF)₂ und 1 ml Tetrahydrofuran wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Bei der Isolation der Produkte in dem Reaktionsgemisch mittels Säulenchromatographie zeigte sich, dass 3-Butyl-5,5-dimethyl-2-propyl-1,3-oxazolidin mit einer Ausbeute von 53% erhalten worden war.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 1,3-Oxazolidinderivaten, umfassend: das Umsetzen eines Iminderivats der folgenden Formel (1):
worin R¹ und R², die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht; oder eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, bedeuten; R³ bedeutet ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht; eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff; eine Hydroxygruppe; eine substituierte Oxygruppe, wobei die Oxygruppe aus C_1–10-Alkoxygruppen, Aryloxygruppen und Aralkyloxygruppen ausgewählt ist; eine Aminogruppe, eine Mono- oder Di-C_1–6-Alkylaminogruppe oder eine cyclische Aminogruppe, wobei R¹ und R² zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom einen Ring bilden können, ausgewählt aus 3- bis 20-gliedrigen, nicht aromatischen, carbocyclischen Ringen und nicht aromatischen, heterocyclischen Ringen, mit einer Epoxyverbindung der folgenden Formel (2):
worin R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷, die gleich oder verschieden sein können, jeweils ein Wasserstoffatom; eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus C_1–10-Alkylgruppen, C_2–10-Alkenylgruppen und C_2–10-Alkinylgruppen, eine alicyclische Kohlenwasserstoffgruppe, ausgewählt aus 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkylgruppen und 3- bis 12-gliedrigen Cycloalkenylgruppen, eine aromatische C_6–10-Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Gruppe, die durch Kombination dieser Gruppen entsteht; oder eine heterocyclische Gruppe, ausgewählt aus 5-gliedrigen Ringen, 6-gliedrigen Ringen und kondensierten Ringen, die jeweils ein Heteroatom umfassen, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, bedeuten, wobei R⁴ und R⁵, R⁶ und R⁷ oder R⁴ und R⁶ jeweils zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom oder mit der benachbarten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung einen Ring bilden können, ausgewählt aus 3- bis 20-gliedrigen, nicht aromatischen, carbocyclischen Ringen und nicht aromatischen, heterocyclischen Ringen, wobei ein Oxazolidinderivat der folgenden Formel (3) erhalten wird:
worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ die gleiche Bedeutung wie zuvor beschrieben haben, und wobei die Umsetzung in Gegenwart einer Metallverbindung, die als Katalysator verwendet wird, ausgewählt aus Verbindungen mit einem Element der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente und Verbindungen mit einem Element der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Katalysator eine Metallverbindung eines Elements der Gruppe 3 des Periodensystems der Elemente ist.