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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur einfachen und effizienten
Herstellung von 4(5)-Aminoimidazol-5-(4)-carboxamidoderivaten und Zwischenstufen
davon, die als Zwischenstufen für
Landwirtschaftchemikalien und Medikamente brauchbar sind, gemäß dem allgemeinen
Abschnitt von Anspruch 1.
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Unter
den durch Formel (I) wiedergegebenen Verbindungen:
beispielsweise 1H-4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxamid
(wobei R
1 und R
2 für Wasserstoffatome
stehen (anschließend
als AICA abgekürzt))
und Hydrochloridsalzen davon, befinden sich brauchbare Zwischenstufen
für Medikamente
und sie sind beispielsweise als Grundbestandteile für Antikrebswirkstoffe,
wie Dacarbazin und Temozolomid, und Leberschutzmittel, wie Urazamid,
bekannt.
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Zu
Verfahren zu ihrer Synthese gehören
das Verfahren, wobei 4-Nitroimidazol-5-carboxamid kontaktreduziert
wird, das Verfahren, wobei Phenylazomalonamidin in Ameisensäure reduziert
und cyclisiert wird, das Verfahren, wobei α-Amino-α-cyanoacetamid als Rohmaterial
verwendet wird, und das Verfahren, wobei eine Verbindung mit einem
Purinkern zersetzt wird. In Bezug auf Rohmaterialien, Einflussnahme
und Industrie sind sie jedoch nicht ausreichend.
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Es
gibt auch das Verfahren, wobei aus industriell erhältlichem
Diaminomaleonitril (nachfolgend mit DAMN abgekürzt) 4,5-Dicyanoimidazol synthetisiert
wird, das hydrolysiert wird (japanische Patentveröffentlichung
Nr. 21026/1966), um 1H-4(5)-Cyanoimidazol-5(4)-carboxamid zu synthetisieren,
das durch die Hoffman-Umlagerungsreaktion (japanische Patentveröffentlichung
Nr. 10889/1971) in 1H-4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carbonitril
(nachfolgend mit AICN abgekürzt) überführt wird
und anschließend
hydrolysiert wird, um AICA zu synthetisieren. Es war jedoch problematisch,
dass die Ausbeute aus der Hoffman-Umlagerungsreaktion niedrig war, das
Verfahren viele Stufen aufwies und die Ausbeute der Zielsubstanz
niedrig war.
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Außerdem beschrieben
B. L. Booth et al. (J. Chem. Soc. Perkin Trans. I: 1705, 1990),
dass AICN durch Cyclisieren von N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)formamidin
(anschließend
mit AMD abgekürzt)
synthetisiert werden konnte, die Synthese von AICA wird jedoch nicht
beschrieben.
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B.
L. Booth et al. (J. Chem. Soc. Perkin Trans., I: 2120, 1992; J.
Chem. Soc. Perkin Trans., I: 669, 1995) berichteten auch, dass 1-substituiertes
5-Aminoimidazol-4-carbonitril durch Cyclisieren von N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)-N'-substituiertem Formamidin synthetisiert
werden konnte, beschreiben jedoch nicht die Synthese von 1-substituiertem
5-Aminoimidazol-4-carboxamid, das eine der Zielsubstanzen der vorliegenden Erfindung
ist.
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B.
L. Booth et al. (J. Chem. Soc. Perkin Trans., I: 1521, 1987) berichteten
auch über
das Verfahren zum Synthetisieren von 1,2-substituiertem Imidazol,
wie durch die folgende Formel gezeigt wird.
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Es
ist jedoch wegen der Verwendung eines speziellen Nitriliumsalzes
für die
Synthese ohne Substituenten am Stickstoff ungeeignet, außerdem war
problematisch, dass die Ausbeute der Cyclisierung gering war und
die Zielsubstanz nicht in einer ausreichenden Ausbeute erhalten
wurde.
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Es
ist außerdem
auch problematisch, dass im Fall des Durchführens einer Alkylierungsreaktion
von 1H-4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxamid sowohl die 1- als auch
die 3-Positionen
alkyliert werden und somit ihre Positionsselektivität gering
ist.
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Als
Verfahren zur Synthese von durch Formel (II) wiedergegebenen Verbindungen,
die Zwischenstufen in der Synthese von durch Formel (I) wiedergegebenen
Verbindungen sein können,
haben beispielsweise R. F. Shuman et al. (J. Org. Chem., 44: 4532,
1979) berichtet, dass N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)formamidin nach dem Verfahren
synthetisiert werden kann, bei dem DAMN und Formamidinacetat in
Ethanol unter Rückfluss
gehalten werden. Seine Ausbeute betrug jedoch nur 2%, und die Methode
ist als industrielles Herstellungsverfahren unrealistisch.
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B.
L. Booth et al. (J. Chem. Soc. Perkin Trans., 1: 1705, 1990) haben
auch berichtet, dass DAMN und Triethylorthoformat in Dioxan umgesetzt
wurden, um Ethyl-N-(2-amino-1,2-diaminovinyl)formimidat
zu synthetisieren, das bei einer niedrigen Temperatur von –20°C oder darunter
unter Verwendung von Anilinhydrochlorid als Katalysator mit Ammoniak
in Chloroform weiter umgesetzt wurde, wodurch man in der Lage war,
N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)formamidin zu synthetisieren. Es gibt
bei diesem Verfahren jedoch viele Probleme, wie die lästige Kompliziertheit
der Einflussnahme auf die Reaktion, die Reaktion bei einer niedrigen
Temperatur, die Notwendigkeit vieler Lösungsmittel, potentielle Umweltverschmutzung
durch halogenhaltige Lösungsmittel und
dergleichen, und es ist als industrielles Verfahren für die Herstellung
unzureichend.
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Die
US-A-3 778 446 beschreibt 2-substituierte 4,5-Dicyanoimidazole,
z. B. 2-Ethoxy-4,5-dicyanoimidazol, und ihre Herstellung durch Erwärmen eine
Verbindung mit der Formel
wobei Q O oder S ist und
R Kohlenwasserstoff ist, in einem oxidierenden Medium, z. B. einem
Benzochinon. Die neuen Verbindungen sind als Puffermittel brauchbar.
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Die
US-A-3 806 517 beschreibt 4,5-Dicyanoimidazole, die durch Erwärmen eines
2-Amino-3-(N,N-disubstituierten aminomethylenamino)maleonitrils
oder seiner Vorläufer
auf 120–170°C erhalten
werden. Die Dicyanoimidazole können
in Purinalkaloide, wie Koffein oder verwandte Xanthine, überführt werden.
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Die
US-A-3 914 279 beschreibt 2-Amino-3-(substituierte aminomethylenamino)maleonitrile,
die durch Reaktion von Diaminomaleonitril mit N-substituierten Carboxamiden
in Gegenwart von of POCl3 erhalten werden.
Die Verbindungen sind als Herbizide brauchbar oder können in
Dicyanoimidazole überführt werden,
die für
die Synthese von Purinalkaloiden brauchbar sind.
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M.
J. ALVES et al.: "Synthesis
of 4- and 5-disubstituted 1-benzylimidazoles,
important precursors of purine analogs" JOURNAL OP HETEROCYCLIC CHEMISTRY,
Band 31, März
1994 (1994-03), Seiten 345–350,
XP002935196 haben auch berichtet, dass (Z)-N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)-N'-benzylformamidin sowohl durch Reaktion
von Benzylisonitril mit dem Hydrochloridsalz von Diaminomaleonitril
als auch durch die Reaktion von Ethyl-(Z)-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat
mit Benzylamin hergestellt worden sind.
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Die
DE-OS 2 358 509 beschreibt ein Imidazol oder Salz davon mit der
allgemeinen Formel:
wobei R
1 Wasserstoff,
eine Acetyl- oder Propionylgruppe ist und R
2 eine
Alkyl- oder Alkenyleinheit mit 2–12 Kohlenstoffatomen oder
ein 5-gliedriger heteroaromatischer Ring ist.
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Es
ist, wie bereits gesagt, kein einfaches und effizientes Verfahren
zur Herstellung von 4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxamidderivaten und Zwischenstufen
davon bekannt, die als Zwischenstufen für Landwirtschaftschemikalien
und Medikamente brauchbar sind, und die vorliegende Erfindung strebt
die Bereitstellung von Verfahren zu ihrer Herstellung an.
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Das
bedeutet, dass die vorliegende Erfindung in dem kennzeichnenden
Abschnitt von Anspruch 1 definiert ist. Dieses Verfahren zur Herstellung
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung mit der Formel (II):
wobei R
1 für eine Alkylgruppe
von C
1 bis C
4 steht
und R
2 für
ein Wasserstoffatom steht, und/oder ein Salz davon, in einer wässrigen
basischen Lösung
cyclisiert und hydrolysiert wird, die 1 bis 10 Äquivalente einer basischen
Verbindung auf 1 Äquivalent
der durch Formel (II) wiedergegebenen Verbindung beinhaltet, um
die Verbindung der Formel (I) zu erhalten.
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Die
Verbindung der Formel (II) wird durch Verwendung von einer der folgenden
Verbindungen hergestellt:
- a) einer Verbindung
mit der Formel (III): wobei R1 für eine Alkylgruppe
von C1 bis C4 steht
und R3 für
eine Alkylgruppe von C1 bis C6 steht,
die mit Ammoniak in C1-C5-Alkohol
umgesetzt wird,
- b) einer Verbindung mit der Formel (V): R1CN,
wobei R1 für eine Alkylgruppe von C1 bis C4 steht, die
mit Diaminomaleonitril in Gegenwart einer Säure umgesetzt wird; und
- c) Diaminomaleonitril und einer Verbindung mit der Formel (VI):
R1CONHR2, wobei
R1 für
eine Alkylgruppe von C1 bis C4 steht
und R2 für
ein Wasserstoffatom steht, die mit einer Verbindung ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid,
Phosphorpentachlorid, Phosphoroxybromid, Diphosphorylchlorid, Sulfonylchlorid,
Sulfurylchlorid, Phosgen, Diphosgen, Triphosgen und Chlorformiattrichlormethylester
umgesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird so durchgeführt,
dass die durch Formel (II) wiedergegebene Verbindung und/oder ein
Salz davon in einer wässrigen
basischen Lösung
cyclisiert und hydrolysiert wird, und anschließend der pH-Wert auf den isoelektrischen Punkt eingestellt
wird, um in dem Verfahren zur Herstellung einer durch Formel (I)
wiedergegebenen Verbindung Kristalle auszufällen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird die durch Formel (II) wiedergegebene Verbindung
und/oder ein Salz davon in einer wässrigen basischen Lösung cyclisiert
und hydrolysiert und anschließend
der pH-Wert auf den pH-Wert von 9 bis 13 eingestellt, um in dem
Verfahren zur Herstellung einer durch Formel (I) wiedergegebenen
Verbindung Kristalle auszufällen.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird der pH-Wert auf einen Bereich von 11 bis 12 eingestellt.
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Die
basische Verbindung ist vorzugsweise Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verbindung mit der allgemeinen
Formel (II):
wobei R
1 für eine Alkylgruppe
von C
1 bis C
4 steht
und R
2 für
ein Wasserstoffatom steht, und/oder Salze davon.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens zur Herstellung der Verbindung der Formel II ist
die zur Umsetzung mit der Verbindung R1CN
verwendete Säure
wasserfreie Salzsäure.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verbindung mit der Formel
(II):
(wobei R
1 für die gleichen
wie zuvor definiert steht und R
2 für ein Wasserstoffatom
steht), und Salze davon.
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In
dem Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1 ist
R1 in den Formeln (I) bis (VI) eine unsubstituierte
Alkylgruppe von C1 bis C4 mit
geraden oder verzweigten Ketten.
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Spezifische
Beispiele für
Alkylgruppen von C1 bis C4 können beispielsweise
Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, t-Butyl sein.
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In
den erfindungsgemäß verwendeten,
durch Formel (II) wiedergegebenen Verbindungen stehen R1 und
R2 für
die gleichen wie bereits definiert und können durch die gleichen spezifischen
Beispiele veranschaulicht werden.
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Die
Cyclisierungs- und Hydrolysereaktion der durch Formel (II) wiedergegebenen
Verbindung kann beispielhaft durch das Verfahren veranschaulicht
werden, wobei 0,5 bis 10 L Wasser auf 1 Mol der durch Formel (II)
wiedergegebenen Verbindung zugegeben werden und anschließend die
Reaktion 1 bis 48 Stunden unter Verwendung von 1 bis 10 Äquivalenten,
vorzugsweise 2 bis 8 Äquivalenten
einer basischen Verbindung durchgeführt wird. Die durch Formel
(II) wiedergegebene Verbindung kann dem Reaktionssystem auch in Form
eines Salzes, wie als Hydrochlorid, oder als Mischung mit einem
Salz zugegeben werden. Wenn jedoch die durch Formel (II) wiedergegebene
Verbindung in Form eines Salzes verwendet wird, schließt die Menge der
in der Reaktion verwendeten basischen Verbindung nicht die Menge
ein, die zum Neutralisieren des Salzes verwendet wird.
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Die
Reaktionstemperatur hängt
auch mit dem Reaktionszeitraum zusammen, und die Reaktion wird üblicherweise
bei normaler Raumtemperatur bis Rückflusstemperatur durchgeführt. In
diesem Fall ist die Reaktion nicht immer ausreichend vollständig, wenn
der Reaktionszeitraum verkürzt
und eine niedrige Reaktionstemperatur gewählt wird, wenn eine niedrige
Konzentration der Base verwendet wird. Nach Abschluss der Reaktion
kann die durch Formel (I) wiedergegebene Verbindung erhalten werden,
indem die wässrige
Lösung
auf Raumtemperatur abgekühlt
und anschließend
mit dem Lösungsmittel
extrahiert wird, oder indem die Reaktionslösung neutralisiert und anschließend Wasser
abdestilliert und sie mit dem Lösungsmittel
extrahiert wird.
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Die
durch Formel (I) wiedergegebene erhaltene Verbindung kann nach Bedarf
in einem nicht-wässrigen
Lösungsmittel
gelöst
werden, oder eine Säure,
wie Chlorwasserstoffgas oder konzentrierte Salzsäure, kann der Reaktionslösung zugefügt werden,
um das Salz auszufällen,
und danach kann das Salz durch Filtration isoliert werden. Das erzeugte
Salz wird vorwiegend durch die verwendete Säure definiert, nach Neutralisieren
des Salzes kann jedoch eine andere Säure zugegeben werden, oder
es kann direkter Salzaustausch durchgeführt werden, um verschiedene
Typen von Salzen zu synthetisieren. Die durch Formel (I) wiedergegebene
Verbindung kann auch erhalten werden, indem ein als Kristall erhaltenes
Salz neutralisiert wird.
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Wenn
R2 in den durch die Formeln (I) und (II)
wiedergegebenen Verbindungen ein Wasserstoffatom ist, kann die wässrige Lösung nach
Abschluss der Reaktion auf Raumtemperatur abgekühlt werden, der pH-Wert wird
auf den isoelektrischen Punkt eingestellt, und danach können die
erzeugte Kristalle filtriert werden, um die durch Formel (I) wiedergegebene
Imidazol-Zielverbindung mit ausreichender Reinheit zu ergeben. Der
isoelektrische Punkt variiert in Abhängigkeit von den Verbindungen,
und das Einstellen des pH-Werts auf 9 bis 13, vorzugsweise 11 bis
12, ergibt ein gutes Ergebnis.
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Nach
Abschluss der Reaktion und vor dem Abkühlen auf Raumtemperatur und
Einstellen des pH-Werts kann das Durchführen eines Endreinigungsprozesses
mit Aktivkohle mitunter die Reinheit der erhaltenen Kristalle verbessern
oder in einigen Fällen
Farbprobleme lösen.
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Die
hier verwendeten wässrigen
basischen Lösungen
sind nicht besonders eingeschränkt,
solange es eine wässrige
Lösung
einer Verbindung ist, die sich als basisch erweist, und als Beispiele
können
speziell wässrige
Lösungen
von Alkalimetall- oder Erdalkalimetallhydroxiden, wie Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Aluminiumhydroxid
und dergleichen, und Carbonaten, wie Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat,
Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Magnesiumcarbonat und dergleichen
genannt werden. Eine wässrige
Lösung
von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid ist besonders bevorzugt.
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In
den durch Formel (III) wiedergegebenen Verbindungen steht R1 für
die gleichen wie oben definiert und kann durch die gleichen spezifischen
Beispiele veranschaulicht werden. R3 steht
für eine
Alkylgruppe von C1 bis C6,
und spezielle Beispiele können
Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, s-Butyl-, n-Pentyl-, n-Hexylgruppen
und dergleichen sein.
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Als
Verfahren zur Herstellung der durch Formel (II) wiedergegebenen
Verbindung, wobei R2 ein Wasserstoffatom
ist, aus der durch Formel (III) wiedergegebenen Verbindung und Ammoniak
können
beispielhaft genannt werden: (1) ein Verfahren, wobei Ammoniakgas
in eine Lösung
oder Suspension einer durch Formel (III) wiedergegebenen Verbindung
in einem C1- bis C5-Alkohol
injiziert wird, (2) ein Verfahren, wobei Ammoniakgas in C1- bis C5-Alkohol
injiziert und gelöst
wird, gefolgt von direkter Zugabe der durch Formel (III) wiedergegebenen
Verbindung oder der Zugabe einer C1- bis C5-Alkohollösung oder
-suspension der durch Formel (III) wiedergegebenen Verbindung, (3)
ein Verfahren, wobei eine C1- bis C5-Alkohollösung oder -suspension der durch
Formel (III) wiedergegebenen Verbindung zu bei einer niedrigen Temperatur
kondensiertem Ammoniak gegeben wird, und (4) ein Verfahren, wobei
in den obigen (1) oder (2) eine wässrige Lösung von Ammoniak anstelle
von Ammoniakgas verwendet wird, und dergleichen.
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Als
Beispiele für
C1- bis C5-Alkohol
können
speziell Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol,
Isobutanol, t-Butanol und dergleichen genannt werden. Methanol und
Ethanol sind in Anbetracht der Löslichkeit
von Rohmaterialien und Produkten, der leichten Rückgewinnung und Destillation,
Kosten und dergleichen besonders bevorzugt.
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Die
Reaktion läuft
entweder unter Kühlen
oder bei der Rückflusstemperatur
des Lösungsmittels
ab. In Anbetracht der Löslichkeit
von Ammoniak und der exothermen Auflösungswärme ist es jedoch bevorzugt,
die Reaktion unter Kühlen
zu starten, und speziell ist die Umsetzung bei –20°C bis 20°C, vorzugsweise 0 bis 10°C bevorzugt.
Die Reaktionszeiträume
sind nicht besonders eingeschränkt,
ein Bereich von 0,5 bis 10 Stunden kann jedoch beispielhaft genannt
werden.
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Nach
Beendigung der Reaktion kann die Isolierung der durch Formel (II)
wiedergegebenen Verbindung erfolgen, beispielsweise durch Filtration.
Um den in dem Lösungsmittel
gelösten
Anteil zu reduzieren und die Ausbeute zu verbessern, ist es bevorzugt,
die Ausfällung
unter ausreichender Kühlung
durchzuführen.
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Derartige
Verfahren können
die durch Formel (II) wiedergegebene Verbindung mit hoher Reinheit
ergeben. Wenn jedoch reinere Produkte erforderlich sind, kann die
Reinigung durch Umkristallisation durchgeführt werden.
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Die
durch Formel (III) wiedergegebene Verbindung kann aus DAMN und dem
durch Formel (IV) wiedergegebenen Trialkylorthoformiat hergestellt
werden. In den durch Formel (IV) wiedergegebenen Verbindungen stehen
R1 und R3 für die gleichen
wie oben definiert und können
durch die gleichen spezifischen Beispiele veranschaulicht werden.
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Das
Verfahren zur Herstellung der durch Formel (III) wiedergegebenen
Verbindung kann in einem Alkohollösungsmittel entweder bei Raumtemperatur
oder unter Erwärmen
durchgeführt
werden. Als Beispiele für Alkohollösungsmittel
können
Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol,
t-Butanol und dergleichen genannt werden. Methanol und Ethanol sind
in Anbetracht der Löslichkeit
von Rohmaterialien und Produkten, der leichten Rückgewinnung und Destillation,
Kosten und dergleichen besonders bevorzugt.
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Da
niederer Alkylalkohol, der von einem in der Reaktion verwendeten
Rohmaterial abgeleitet ist, als Nebenprodukt produziert wird, ist
in Bezug auf Abtrennung und Rückgewinnung
bevorzugt, dass ein zu verwendendes Alkohollösungsmittel von demselben Typ
wie der als Nebenprodukt produziert niedere Alkylalkohol ist. Es
ist außerdem
bevorzugt, dass der zu verwendende Typ des Alkohollösungsmittels
hinsichtlich Rückgewinnung
und Verwendung des Lösungsmittels
der gleiche wie das Lösungsmittel
in der folgenden Stufe ist, in der die Verbindung mit Ammoniak umgesetzt
wird.
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Die
Reaktionstemperaturen unterliegen keinen speziellen Einschränkungen.
Die Reaktion ist jedoch langsam, und bei einer niedrigeren Temperatur
ist eine lange Zeit erforderlich, während gleichzeitig die verringerte
Reinheit infolge eines Anstiegs der Nebenprodukte (hauptsächlich 4,5-Dicyanoimidazol,
ein cyclisiertes Produkt) genannt werden muss, während die Rohmaterialien bei
einer höheren
Temperatur in einer kurzen Zeit verbraucht werden. Der Bereich von
Raumtemperatur bis zu Lösungsmittelrückflusstemperaturen
ist als Reaktionstemperatur bevorzugt. Der Reaktionszeitraum ist
nicht besonders eingeschränkt,
ein Bereich von 0,5 bis 10 Stunden kann jedoch beispielhaft genannt
werden.
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Nach
Beendigung der Reaktion kann die Isolierung der durch Formel (III)
wiedergegebenen Verbindung erfolgen, beispielsweise durch Filtration.
Um den in dem Lösungsmittel
gelösten
Anteil zu reduzieren und die Ausbeute zu verbessern, ist es in einem
derartigen Fall bevorzugt, die Ausfällung durch Kühlen von
Raumtemperatur auf 0°C
zu erhöhen.
Derartige Verfahren können
die durch Formel (III) wiedergegebene Verbindung mit hoher Reinheit
ergeben. Wenn jedoch reinere Produkte erforderlich sind, kann die
Reinigung durch Umkristallisation durchgeführt werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung der durch Formel (II) wiedergegebenen
Verbindungen, wobei R2 ein Wasserstoffatom
ist, ist beispielhaft ein Verfahren, wobei die Verbindung mit der
Formel (V) R1CN in Gegenwart einer Säure mit
Diaminomaleonitril umgesetzt wird.
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In
der durch Formel (V) wiedergegebenen Verbindung R1CN
steht R1 für die gleichen wie oben definiert und
kann durch die gleichen spezifischen Beispiele veranschaulicht werden.
Hier verwendete Säuren
sind nicht speziell eingeschränkt,
solange es eine Verbindung ist, die eine saure Wirkung zeigt, und
beispielhaft können
speziell Schwefelsäure,
Bromwasserstoffsäure,
Iodwasserstoffsäure,
Salpetersäure,
p-Toluolsulfonsäure,
Methansulfonsäure,
Trifluormethansulfonsäure
und dergleichen genannt werden. Salzsäure ist bevorzugt, und wasserfreie
Salzsäure
ist in Bezug auf Einflussnahme auf die Reaktion und Kosten besonders
bevorzugt.
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In
der Industrie verwendbare Standardlösungsmittel, außer Alkoholen
und Ketonen, können
als Lösungsmittel
verwendet werden, die in der Herstellung gemäß den obigen Verfahren zur
Herstellung der durch Formel (II) wiedergegebenen Verbindung verwendet
werden. Kohlenwasserstofflösungsmittel,
wie Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan und dergleichen, Halogenidlösungsmittel,
wie Chloroform, Methylenchlorid, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und
dergleichen, Etherlösungsmittel,
wie Diethylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, Diethylenglykoldimethylether
und dergleichen, können
speziell als Beispiele genannt werden und können allein oder in Mischung
von zwei oder mehreren verwendet werden. Wenn die durch die allgemeine
Formel (V) wiedergegebenen und in der Reaktion verwendeten Nitrile
bei der Reaktionstemperatur flüssig
sind, ist es bevorzugt, dass sie in einer Überschussmenge verwendet werden
und als solche als Lösungsmittel
verwendet werden.
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Die
Menge der durch die Formel (V) spezifizierten Nitrilverbindung ist
nicht speziell eingeschränkt,
solange es bezogen auf die verwendete Menge an DAMN ein Äquivalent
oder mehr ist. Bei Verwendung als Lösungsmittel wird eine Überschussmenge
verwendet. Die Reaktion einer Nitrilverbindung mit DAMN wird üblicherweise
in einem Bereich von –80°C bis 40°C durchgeführt. Die
Durchführung
in einem Bereich von –20°C bis 30°C ist besonders
bevorzugt. Die verwendete Säuremenge
sollte ein Äquivalent
oder mehr sein, bezogen auf die üblicherweise
verwendete Menge an DAMN. Vorzugsweise sind 2,0 Äquivalente oder mehr und insbesondere
ein Bereich von 2 bis 5 Äquivalenten
geeignet.
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Für die Reaktion
kann entweder ein Verfahren, bei dem die Säure der Nitrilverbindung zugesetzt
wird, gefolgt von der Zugabe von DAMN, ein Verfahren, bei dem die
Säure der
Mischung der Nitrilverbindung und DAMN zugesetzt wird, oder ein
Verfahren, bei dem die Nitrilverbindung zu der Mischung von DAMN
und der Säure
gegeben wird, verwendet werden. Wenn Chlorwasserstoffgas als wasserfreie
Salzsäure
verwendet wird, kann beispielhaft ein Verfahren genannt werden,
bei dem die Nitrilverbindung als Lösungsmittel verwendet wird,
Chlorwasserstoffgas bei 0°C
oder darunter injiziert wird, anschließend bei der gleichen Temperatur DAMN
zugegeben wird. In diesem Fall kann die Reaktion auch durchgeführt werden,
indem Chlorwasserstoffgas bei 0°C
oder darunter in die Mischung der Nitrilverbindung und DAMN injiziert
wird.
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In
vielen Fällen
wird das Reaktionsprodukt in dem System als Salz mit der verwendeten
Säure ausgefällt, und
es ist nur Filtration erforderlich, um die Verbindung mit einer
Reinheit zu ergeben, damit sie in der nächsten Reaktion getestet werden
kann. Wenn die Kristalle nicht ausfallen, kann die Kristallisation
durchgeführt
werden, indem das Lösungsmittel
konzentriert und anschließend
in ein unpolares Lösungsmittel,
wie Hexan oder dergleichen, injiziert wird oder das unpolare Lösungsmittel
zugefügt
wird.
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Das
Produkt wird der nächsten
Reaktion entweder als wässrige
Lösung,
die aus dem Lösungsmittel isoliert
wird, indem nach der Umsetzung Wasser zugegeben wird, damit das
Salz in die wässrige
Phase migriert, oder als säurefreie
Amidinverbindung bereitgestellt, indem ein Äquivalent der basischen Verbindung
oder mehr, bezogen auf die zum Neutralisieren verwendete Säure, zugegeben
wird und anschließend
mit dem Lösungsmittel
extrahiert wird. Die säurefreie
Amidinverbindung kann auch erhalten werden, indem das als Kristalle
erhaltene Salz neutralisiert wird.
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Die
durch Formel (II) wiedergegebenen Amidinverbindungen, wobei R2 ein Wasserstoffatom ist, und Salze davon
sind neue Verbindungen und brauchbare Verbindungen als Zwischenstufen
zur Synthese der durch Formel (I) wiedergegebenen Imidazolverbindungen
und dergleichen. Das erzeugte Amidinsalz wird vorwiegend durch die
verwendete Säure
definiert, nach Neutralisieren des Salzes kann jedoch eine andere
Säure zugegeben
werden, oder es kann direkter Salzaustausch durchgeführt werden,
um verschiedene Typen von Salzen zu produzieren.
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Als
Verfahren zur Herstellung der durch die allgemeine Formel (II) wiedergegebenen
Verbindung kann ein Verfahren beispielhaft genannt werden, wobei
Diaminomaleonitril und die durch die Formel (VI) wiedergegebene
Verbindung R1CONHR2 mit
der Verbindung (nachfolgend als Phosphoroxychlorid usw. abgekürzt) ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid,
Phosphorpentachlorid, Phosphoroxybromid, Diphosphorylchlorid, Sulfonylchlorid,
Sulfurylchlorid, Phosgen, Diphosgen, Triphosgen und Chlorformiattrichlormethylester
umgesetzt werden.
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In
den durch Formel (VI) wiedergegebenen Verbindungen stehen R1 und R2 für die gleichen
wie in Formel (I) für
R1 und R2 definiert
und können
durch die gleichen spezifischen Beispiele veranschaulicht werden. In
der Industrie verwendbare Standardlösungsmittel, außer Alkoholen
und Ketonen, können
in der Herstellung gemäß den obigen
Verfahren als Lösungsmittel
verwendet werden, um die durch Formel (II) wiedergegebene Verbindung
herzustellen. Kohlenwasserstofflösungsmittel,
wie Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan und dergleichen, Halogenidlösungsmittel,
wie Chloroform, Methylenchlorid, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und
dergleichen, Etherlösungsmittel,
wie Diethylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, Diethylenglykoldimethylether
und dergleichen, können
speziell als Beispiele genannt werden und können allein oder in Mischung
von zwei oder mehreren für die
Synthese verwendet werden.
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Die
obige Reaktion kann entweder (1) ein Verfahren, wobei Phosphoroxychlorid
usw. zu einer Lösung oder
Suspension von DAMN und der durch Formel (VI) wiedergegebenen Verbindung
gegeben wird, (2) ein Verfahren, wobei Phosphoroxychlorid usw. zu
einer Lösung
oder Suspension der durch Formel (VI) wiedergegebenen Verbindung
gegeben wird, gefolgt von der Zugabe von DAMN, oder (3) ein Verfahren
verwenden, wobei eine Lösung
oder Suspension von DAMN und der durch Formel (VI) wiedergegebenen
Verbindung zu einer Lösung
oder Suspension von Phosphoroxychlorid usw. gegeben wird. Besonders
das Verfahren von (1) ist bevorzugt.
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Die
Reaktionstemperatur ist nicht speziell eingeschränkt, die Reaktion wird vorzugsweise
jedoch bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt, um die Reaktion zu steuern.
Die Reaktion wird speziell vorzugsweise bei –20°C bis 40°C, insbesondere –10°C bis 40°C und besonders
bevorzugt 0°C
bis 30°C
durchgeführt. Wenn
Phosphoroxychlorid usw. zugegeben wird oder bei Zugabe zu Phosphoroxychlorid
usw. wird die Reaktion vorzugsweise bei einer noch niedrigeren Temperatur
durchgeführt,
speziell –20°C bis 30°C und insbesondere –10°C bis 10°C.
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Die
zu verwendende Menge der durch die Formel (VI) wiedergegebenen Verbindung
liegt im Bereich von 1,0 bis 2,0 Äquivalenten, bezogen auf die
Menge an DAMN. Ein Bereich von 1,0 bis 1,2 Äquivalenten ist bevorzugt.
Die zu verwendende Menge an Phosphoroxychlorid usw. liegt im Bereich
von 1,0 bis 1,5 Äquivalenten,
bezogen auf die Menge der durch Formel (VI) wiedergegebenen Verbindung.
Der Bereich von 1,0 bis 1,1 Äquivalenten
ist bevorzugt.
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Die
zu verwendende Lösungsmittelmenge
unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, ein Bereich von 0,1
bis 10 l, insbesondere 0,3 bis 2 l und besonders bevorzugt 0,3 bis
0,6 l, bezogen auf ein Mol DAMN, ist jedoch bevorzugt.
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Die
durch Formel (II) wiedergegebene Verbindung kann erhalten werden,
indem die Reaktionslösung unter
Verwendung einer basischen Verbindung nach Abschluss der Reaktion
neutralisiert wird, anschließend ausgefallene
Kristalle abfiltriert werden oder mit dem Lösungsmittel extrahiert werden.
Als Beispiele für
in diesem Fall verwendete basische Verbindungen können speziell
Alkalimetall- oder Erdalkalimetallhydroxide genannt werden, wie Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid und dergleichen, Alkalimetall-
oder Erdalkalimetallcarbonate, wie Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat,
Kaliumcarbonat, Calciumcarbonat und dergleichen.
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Die
vorliegende Erfindung wird detailliert durch die Beispiele beschrieben,
die vorliegende Erfindung wird jedoch durch die Beispiele nicht
eingeschränkt.
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Beispiele
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Beispiel 1 (kein Teil
der Erfindung)
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Wasser
(50 ml) und eine wässrige
Lösung
von 25% NaOH (43,0 g) wurden zu 8 g N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)formamidin
(nachfolgend als AMD abgekürzt)
gegeben und unter Rückfluss
2 Stunden umgesetzt. Diese wässrige
Lösung
wurde auf Raumtemperatur oder darunter abgekühlt, und der pH-Wert wurde
durch Zugabe von 35% Salzsäure
auf 7 eingestellt. Die Reaktionslösung wurde konzentriert und
im Exsikkator unter vermindertem Druck getrocknet, anschließend Ethanol
zugegeben, und nachfolgend wurde unlösliches Natriumchlorid abfiltriert
und entfernt. Das Filtrat wurde mit Aktivkohle behandelt und danach
konzentriert, um eine Ethanollösung
von AICA zu ergeben. Hierzu wurde 35% Salzsäure gegeben, um den pH-Wert
auf 3 oder darunter abzusenken, auf 10°C oder weniger abgekühlt, und
nachfolgend erzeugte Kristalle wurden abfiltriert. Diese Kristalle
wurden getrocknet, um 8,1 g 4(5)-Aminoimidazol-5-carboxamid- (anschließend als
AICA abgekürzt)-hydrochlorid
zu ergeben (Ausbeute: 84%).
Schmelzpunkt: 250–252°C (Zersetzung).
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Beispiel 2
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Nachdem
75 ml Isobutyronitril auf 0°C
abgekühlt
worden waren, wurden 9,3 g Chlorwasserstoffgas in einem Bereich
von 0°C
bis 5°C
injiziert, danach 11,0 g DAMN zugegeben.
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Die
Lösung
wurde 20 Stunden bei 20°C
bis 25°C
umgesetzt und die Reaktionslösung
auf 5°C
oder darunter abgekühlt,
anschließend
wurden die resultierenden Kristalle abfiltriert. Die Kristalle wurden
zwei Mal mit 15 ml Isobutyronitril gewaschen und anschließend getrocknet,
um 21,4 g N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)isobutylamidin-hydrochlorid zu ergeben.
1H-NMR (CDCl3, TMS-Standard) δ 1,24 (d,
6H, CH3), 2,91 (m, 1H, CH), 8,29 (s, 2H,
NH2), 9,25, 9,86, 10,95 (3H, Amidin·HCl).
Zersetzungspunkt: 137–139°C.
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Wasser
(20 ml) und 13,2 g wässrige
25% NaOH-Lösung
wurden zu 4,3 g des resultierenden N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)isobutylamidin·hydrochlorids
gegeben und unter Rückfluss
2 Stunden umgesetzt. Diese wässrige
Lösung
wurde auf Raumtemperatur oder darunter abgekühlt und der pH-Wert auf einen
Bereich von 11 bis 12 eingestellt. Die Reaktionslösung wurde
auf 5°C
oder darunter abgekühlt,
und die resultierenden Kristalle wurden filtriert. Diese Kristalle
wurden getrocknet, um 2,4 g 1H-5(4)-Amino-2-isopropylimidazol-4(5)-carboxamid zu
ergeben (Ausbeute: 70%).
1H-NMR (CDCl3, TMS-Standard) δ 1,19 (d, 6H, CH3),
2,80 (m, 1H, CH), 5,53 (s, 2H, NH2), 6,62
(s, 2H, CONH2), 11,15 (1H, Imidazol, NH).
Schmelzpunkt:
218–224°C.
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Beispiel 3
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N-Butyronitril
(78 ml) wurde auf 10°C
abgekühlt,
und 7,15 g Chlorwasserstoffgas wurden injiziert, anschließend wurden
10,8 g DAMN zugegeben. Die Lösung
wurde 48 Stunden bei 20°C
bis 25°C
umgesetzt und die Reaktionslösung
auf 5°C
oder darunter abgekühlt,
anschließend
wurden die resultierenden Kristalle abfiltriert. Die Kristalle wurden
zwei Mal mit 10 ml n-Butyronitril gewaschen und anschließend getrocknet,
um 26,7 g N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)butylamidin-hydrochlorid zu
ergeben.
1H-NMR (CDCl3,
TMS-Standard) δ 0,95
(t, 3H, CH3), 1,70 (m, 2H, CH2),
2,50 (m, 2H, CH2), 8,33 (s, 2H, NH2), 9,19, 10,06, 11,01 (3H, Amidin·HCl).
Zersetzungspunkt:
148–151°C.
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Wasser
(50 ml) und 54 g wässrige
25% NaOH-Lösung
wurden zu 9,28 g des resultierenden N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)butylamidin·hydrochlorids
gegeben und unter Rückfluss
14 Stunden umgesetzt. Diese wässrige
Lösung
wurde auf Raumtemperatur oder darunter abgekühlt und der pH-Wert auf einen
Bereich von 11 bis 12 eingestellt, um Kristalle zu erzeugen. Die
Reaktionslösung
wurde auf 5°C
oder darunter abgekühlt, und
die resultierenden Kristalle wurden filtriert und getrocknet, um
4,1 g 1H-5(4)-Amino-2-propylimidazol-4(5)-carboxamid
(Ausbeute: 62,3%) zu ergeben.
1H-NMR
(CDCl3, TMS-Standard) δ 1,19 (d, 6H, CH3),
2,80 (m, 1H, CH), 5,53 (s, 2H, NH2), 6,62
(s, 2H, CONH2), 11,15 (1H, Imidazol, NH).
Schmelzpunkt:
199–201°C.
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Beispiel 4 (kein Teil
der Erfindung)
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DAMN
(30,0 g) und 32,4 g Trimethylorthoformiat wurden zu 60 ml Methanol
gegeben und unter Erwärmen
auf 65°C
zwei Stunden lang unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Die Reaktionslösung wurde
auf 5°C oder
darunter abgekühlt,
und ausgefallene Kristalle wurden abfiltriert und mit 20 ml Methanol
gewaschen. Die Kristalle wurden unter Vakuum getrocknet, um 33,6
g Methyl-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat
(Ausbeute: 80,6%, Reinheit: 95,1%) zu ergeben. Das Lösungsmittel
des Filtrats wurde zusammen mit den Wäschen destilliert, um 2,4 g
der sekundären
Kristalle von Methyl-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat (Reinheit: 26,5%)
zu ergeben.
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Beispiel 5 (kein Teil
der Erfindung)
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DAMN
(200,0 g) und 301,6 g Triethylorthoformiat wurden zu 410 ml Methanol
gegeben und unter Erwärmen
auf 65°C
zwei Stunden lang unter einer Stickstoffatmosphäre gerührt. Die Reaktionslösung wurde
auf 3°C
abgekühlt,
und ausgefallene Kristalle wurden abfiltriert. Nachdem mit 60 ml
Ethanol gewaschen worden war, wurden die Kristalle unter Vakuum
getrocknet, um Ethyl-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat (Ausbeute:
88,6%, Reinheit: 98,0%) zu ergeben.
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Das
Lösungsmittel
des Filtrats wurde zusammen mit den Wäschen destilliert, um 28,5
g der sekundären
Kristalle von Ethyl-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat (Reinheit:
44,6%) zu ergeben.
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Beispiel 6 (kein Teil
der Erfindung)
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Ethyl-N-(2-amino-1,2-dicyanovinyl)formimidat
(40,0 g) wurde zu 245 ml Ethanol gegeben, unter Rühren auf
5°C abgekühlt, und
es wurden 23 g Ammoniak über
einen Zeitraum von 2 Stunden injiziert, danach wurde gerührt, wie
7 Stunden lang. Überschüssiges Ammoniak
wurde bei Raumtemperatur unter reduzierten Druck entgast, anschließend wurde
auf 5°C
abgekühlt.
Die ausgefallenen Kristalle wurden filtriert, mit 20 ml Ethanol
gewaschen und unter Vakuum getrocknet, um 28,1 g AMD (Ausbeute:
85,4%, Reinheit: 96,9%) zu ergeben. Das Lösungsmittel des Filtrats wurde
zusammen mit den Wäschen
destilliert, um 4,4 g der sekundären Kristalle
von AMD (Reinheit: 72,3%) zu ergeben.
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Beispiel 7 (kein Teil
der Erfindung)
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DAMN
(0,1 Mol, 11,03 g, Reinheit: 98%) und 4,95 g Formamid (0,11 Mol)
wurden in 100 ml THF gelöst und
auf 5°C
abgekühlt.
Während
die Innentemperatur auf 5°C
gehalten wurde, wurden 16,87 g Phosphoroxychlorid (0,11 Mol) tropfenweise
im Verlauf von 30 Minuten zugegeben, und danach wurde über Nacht
gerührt, während die
Temperatur der Lösung
allmählich
auf Raumtemperatur angehoben wurde. Die Reaktionslösung wurde
mit 383,92 g 5% wässriger
Natriumhydrogencarbonatlösung
neutralisiert. Die ausgefallenen Kristalle wurden abfiltriert und
getrocknet, um 9,20 g AMD zu ergeben (Ausbeute: 68,1%).
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Beispiel 8 (kein Teil
der Erfindung)
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DAMN
(11,03 g, 0,1 Mol, Reinheit: 98%) und 4,95 g Formamid (0,11 Mol)
wurden zu 50 ml THF gegeben und auf 5°C abgekühlt. Während die Innentemperatur auf
5°C gehalten
wurde, wurden 16,87 g Phosphoroxychlorid (0,11 Mol) tropfenweise
im Verlauf von 45 Minuten zugegeben und danach über Nacht gerührt, während die
Temperatur der Lösung
allmählich
auf Raumtemperatur angehoben wurde. Die Reaktionslösung wurde
mit 505,33 g 5% wässriger
Natriumhydrogencarbonatlösung
neutralisiert. Die ausgefallenen Kristalle wurden abfiltriert und
getrocknet, um 12,39 g AMD zu ergeben (Ausbeute: 91,7%).
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Beispiel 9 (kein Teil
der Erfindung)
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DAMN
(110,32 g, 1,0 Mol, Reinheit: 98%) und 49,54 g Formamid (1,1 Mol)
wurden in 500 ml THF gelöst
und auf 5°C
abgekühlt.
Während
die Innentemperatur auf 5°C
gehalten wurde, wurden 168,66 g Phosphoroxychlorid (1,1 Mol) tropfenweise
im Verlauf von 1,5 Stunden zugegeben, und danach wurde 4 Stunden gerührt und
die Temperatur der Lösung
allmählich
auf Raumtemperatur kommen gelassen. Die Reaktionslösung wurde
mit 5362,9 g 5% wässriger
Natriumhydrogencarbonatlösung
neutralisiert. Die aus gefallenen Kristalle wurden abfiltriert und
getrocknet, um 118,17 g AMD zu ergeben (Ausbeute: 68,4%).
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
bereits gesagt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren als industrielles
Verfahren zur Produktion, weil es industriell leicht erhältliches
Diaminomaleonitril als Rohmaterial verwenden kann und dennoch kurze
Stufen und ein einfaches Endreinigungsverfahren die angestrebten
4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxyamidderivate
in guter Ausbeute und guter Reinheit produzieren können. Die
resultierenden 4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxamidderivate sind Verbindungen,
die weitverbreitet als Zwischenstufen von Landwirtschaftschemikalien
und Medikamenten verwendet werden. N-(2-Amino-1,2-dicyanovinyl)amidin,
das eine Zwischenstufe bei der Herstellung von 4(5)-Aminoimidazol-5(4)-carboxamidderivaten
ist, kann aus Diaminomaleonitril durch einfachere Verfahren erhalten
werden, verglichen mit den konventionellen Verfahren, und dies ist
eine nützliche
Verbindung als Zwischenstufe für
die Synthesen anderer Heterocyclen.