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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren für die Herstellung
der Verbindung der Formel (IA) Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen
und der korrespondierenden funktionalisierten Verbindungen der Formel
(I)
die für die Herstellung von 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan
(IIA) verwendet werden
und von
verwandten Derivaten (II) durch Herstellung und Reduktion der Verbindungen
der allgemeinen Formel (III) umfassend die in dem Schema gezeigten
Stufen.
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Die
Herstellung von 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan (im Allgemeinen als
Cyclen bezeichnet) (IIA) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Alternative zu dem herkömmlichen Richman-Atkins-Verfahren
(siehe z.B. J. Am. Chem. Soc., 96, 2268, 1974), das gegenwärtig großtechnisch
zur Herstellung der Verbindung (IIA) in Form des Sulfatsalzes verwendet
wird.
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1,4,7,10-Tetraazacyclododecan
ist der Vorläufer
für die
Synthese makrozyklischer Chelatisierungsmittel für Metallionen.
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Insbesondere
sind Komplexe der genannten Chelatbildner mit paramagnetischen Metallionen,
insbesondere mit dem Gadolinium-Ion, durch eine hohe Stabilität gekennzeichnet
und können
auf dem diagnostischen Gebiet der kernmagnetischen Resonanztechnik
verwendet werden.
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Zwei
Gadolinium-Komplexe, Dotarem® und Prohance®, sind
derzeit kommerziell erhältlich
und haben eine auf Cyclen beruhende Struktur und weitere Komplexe
werden derzeit untersucht.
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Es
ist daher außerordentlich
wünschenswert
ein Verfahren für
die Herstellung der genannten Zwischenstufe bereitzustellen, das
sowohl unter Kosten- als auch Umweltgesichtspunkten vorteilhaft
ist und beispielsweise die Herstellung von Amintosylderivaten vermeidet,
die üblicherweise
in der konventionellen Richman-Atkins-Synthese verwendet werden.
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Die
WO 97/49691 offenbart ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung
(IIA) durch die in Schema 2 gezeigten Stufen, worin die Verbindung
der Formel (IA), Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen,
die entscheidende Zwischenstufe für die Bildung der Verbindung
(IIA) ist, die durch Zyklisierung der Zwischenstufe (IV), Octahydro-3H,6H-2a,5,6,8a-tetraazacenaphthylen,
erhältlich
ist, die ihrerseits aus Triethylentetramin und Glyoxal hergestellt
werden kann.
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In
Schema 2 ist Y -OH(glyoxalhydrat) oder [-SO3 –Na+] (Bertagnini-Salz) und X steht für Halogen
oder eine Sulfonyloxy-Gruppe.
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Das
Verfahren hat jedoch einige Nachteile. Die Verwendung eines halogenierten
Alkylierungsmittels wie 1,2-Dibromethan oder 1,2-Dichlorethan (Schema
2, Stufe a) in der Kondensationsstufe erfordert, obwohl keine Probleme
bei der Lieferung bestehen, spezielle Vorsichtsmaßnahmen
bei seinem Einsatz. 1,2-Dichlorethan ist in der Tat eine cancerogene,
entflammbare Verbindung, die in starkem Überschuss in diesem Verfahren
verwendet wird. Dieses macht die Wiedergewinnung von 1,2-Dichlorethan-freiem
Reaktionslösungsmittel schwierig.
Des Weiteren ist die Reaktionsausbeute nicht sehr hoch.
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Des
Weiteren müssen
Ethylenglykolsulfonsäureester
hergestellt werden, da sie nicht kommerziell erhältlich sind und bringen die
unvermeidliche Entstehung von Sulfonsäure (Methansulfonsäure, Paratoluolsulfonsäure)-haltigen
Abfallprodukten mit sich, die in großtechnischem Maßstab entsorgt
werden müssen.
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Überraschenderweise
wurde, und dies ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel
(I) gefunden, das die in Schema 1 gezeigten Stufen umfasst: Schema
1
worin X
1, X
2,
R, R
1, R
2 und A
die unten angegebenen Bedeutungen haben.
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Insbesondere
umfasst das Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der allgemeinen
Formel (I)
worin die Gruppen R beide
für Wasserstoff
stehen oder eine Wasserstoff und die andere eine geradkettige oder verzweigtkettige
C
1-C
4-Alkylgruppe
ist, die gegebenenfalls durch eine oder mehrere -OPg-geschützte Hydroxygruppen
substituiert ist,
worin Pg für eine Hydroxyschutzgruppe
steht:
Stufe a) Umsetzung einer Verbindung der allgemeinen
Formel (IV)
worin, wenn die Gruppen X
1 für
Wasserstoff stehen, die Gruppen X
2 eine
-CH
2-CH
2-Gruppe
bilden oder umgekehrt, die Gruppen X
1 eine
-CH
2-CH
2-Gruppe
sind, wenn die Gruppen X
2 für Wasserstoff
stehen, mit einer Verbindung der allgemeinen Formel (VI)
worin A eine Gruppe der Formel
-COR
1 oder -CHRR
2 ist,
worin R die oben angegebene Bedeutung hat, R
1 für Halogen
oder eine C
1-C
4-Alkoxygruppe
steht und R
2 eine Abgangsgruppe wie Halogen
oder Sulfonyloxy ist,
in mindestens äquimolarem Verhältnis bei
einer Temperatur über
50°C;
Stufe
b) Reduktion der aus Stufe a) erhaltenen Verbindungen der allgemeinen
Formel (III)
worin einer von Y
1 oder Y
2 -CH
2-CH
2- und der andere
-CO-CO- oder eine
Gruppe der Formel -COCHR ist, worin R die oben angegebene Bedeutung
hat, in Gegenwart eines Amidoreduktionsmittels.
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Die
Verbindungen der Formel (I) resultieren aus der Reduktionsreaktion
in Stufe b) von Schema 1 und können
bequem in 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-Derivate (IIA) der allgemeinen Formel
(II) gemäß dem beispielsweise
in WO 97/49691 offenbarten Verfahren umgewandelt werden.
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In
dem in Schema 1 gezeigten Verfahren werden die Verbindungen (IV)
wie in WO 97/49691 beschrieben hergestellt.
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Stufe
a) von Schema 1 besteht in der Kondensation von Verbindungen (IV)
mit Verbindungen (VI) unter Inertgasatmosphäre (z.B. Stickstoff) unter
Verwendung von mindestens einem Mol der Verbindung (VI) pro Mol der
Verbindung (IV) bei einer Temperatur über 50°C, vorzugsweise in einem Bereich
von 60 bis 75°C.
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Die
Reaktion wird in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt, das
ausgewählt
ist aus aromatischen inerten, aprotischen dipolaren oder geradkettigen
oder verzweigtkettigen C1-C4-Alkoholen
und Polyethern. Bevorzugte Lösungsmittel
sind aus der Gruppe, bestehend aus: Toluol, Dimethylacetamid, Dimethylformamid,
N-Methylpyrrolidon, DMSO, den wie oben definierten C1-C4-Alkoholen, Glyme und Diglyme. Alkohole
sind besonders bevorzugt.
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Die
Reaktionszeit reicht von 0,5 bis 36 Stunden und zwar in Abhängigkeit
von dem Lösungsmittel
und den experimentellen Bedingungen.
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Das
in Schema 1 beschriebene Verfahren wird unter Verwendung eines Katalysators
in Stufe a) durchgeführt,
was einen überraschenden
Effekt auf das Fortschreiten der Reaktion hat.
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Tatsächlich werden
signifikante Verringerungen in den Reaktionszeiten und vorteilhafte
Zunahmen in den Ausbeuten erhalten, was in dem experimentellen Teil
gezeigt werden wird.
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Die
Katalysatoren werden aus Alkali- oder Erdalkalimetallsalzen von
Anionen geradkettiger oder verzweigtkettiger C
1-C
4-Alkohole
oder heterozyklischen aromatischen Basen ausgewählt. Die genannten Katalysatoren
werden vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Natriummethoxid,
Natriumethoxid oder einer der Verbindungen der Formeln:
ausgewählt.
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Natriummethoxid
und 2-Hydroxypyridin sind besonders bevorzugt und werden in Mengen
im Bereich von 0,01 bis 2 mol pro Mol der Verbindung (IV) verwendet.
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Bevorzugte
Verbindungen der Formel (VI)
sind solche, worin:
wenn
R
1 für
ein Halogenatom oder eine Methoxy- oder Ethoxygruppe steht, A eine
Gruppe der Formel -COR
1 ist, worin R
1 für
ein Halogenatom oder eine Methoxy- oder Ethoxygruppe steht oder
eine -CHRR
2-Gruppe ist, in der R
1 wie oben definiert ist und R
2 eine
Abgangsgruppe wie ein Halogenatom oder eine Sulfonyloxygruppe ist.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen der Formel (VI), worin:
wenn R1 Methoxy, Ethoxy, Chlor oder Brom ist, A
eine Gruppe der Formel COR1 oder eine CHRR2-Gruppe ist, worin R1 für ein Chloratom,
Bromatom oder eine Methoxy- oder Ethoxygruppe steht; R wie oben
definiert ist und R2 eine Abgangsgruppe
wie ein Chloratom, ein Bromatom oder eine Sulfonyloxygruppe ist.
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Die
Verbindungen der Formel (VI) werden vorzugsweise in Mengen im Bereich
von einem bis vier Mol pro Mol der Verbindung (IV) zugesetzt.
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Die
Verbindungen der allgemeinen Formel (III), die aus der Kondensationsreaktion
in Stufe a) in Schema 1 resultieren, können aus der Lösung nach
Ablauf der Reaktion durch Salzbildung mit einer anorganischen Säure (z.B.
einer Halogenwasserstoffsäure)
oder als freie Base isoliert werden und können beide durch übliche Kristallisations-
und/oder Ausfällungstechniken
mit organischen Lösungsmitteln
gewonnen werden. Besonders geeignet sind beispielsweise n-Hexan,
Toluol, Methanol, Ethanol und n-Butanol.
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Verbindungen
(III) werden vorzugsweise durch Salzbildung als Hydrochloride, Sulfate
oder Phosphate isoliert.
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In
Stufe b) von Schema 1 werden Verbindungen (III) zu Verbindungen
der allgemeinen Formel (I) reduziert.
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Die
Reduktion wird unter Verwendung des typischen Amido-Reduktionsmittel
durchgeführt.
Die Reaktion wird üblicherweise
in einem Trockenmedium und unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. Beispiele für zur Reduktion
von Amiden nützliche
Methoden umfassen die Verwendung von Natriumbis(methoxyethoxy)aluminiumhydrid,
LiAlH4, NaBH4 in
Gegenwart von anderen Reagenzien, anderen Hydriden und Hydridkomplexen, die
katalytische Hydrierung auf Platinoxid und in Lösung von HCl, Boran oder seinen
Addukten mit THF (Tetrahydrofuran) oder DMS (Dimethylsulfid).
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Die
katalytische Hydrierung auf Platinoxid in wässriger HCl-Lösung
und Reduktion mit Natriumbis(methoxyethoxy)aluminiumhydrid, das
als Vitride® oder
Redal® handelsüblich ist,
sind bevorzugt, wobei letztgenanntes mehr bevorzugt und besonders
wirksam ist.
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Die
Reduktionsreaktion wird im Allgemeinen durchgeführt, indem Verbindungen (III)
der das Reduktionsmittel enthaltenden Lösung zugesetzt werden, das
als 70%-ige Toluollösung
zugegeben wird, in Mengen im Bereich von 3 bis 4 Mol pro Mol der
Verbindung (III) und bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von
35°C bis
zur Rückflusstemperatur
von Toluol.
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Die
Reduktionsreaktion wird vorzugsweise bei der Rückflusstemperatur der Lösung 1,3
Stunden lang durchgeführt,
wobei mindestens 3 Mol Natriumbis(methoxyethoxy)aluminiumhydrid
in Toluollösung
pro Mol der Verbindung (III) verwendet werden.
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Die
Verbindung (I), die aus der Reduktionsreaktion resultiert, kann
entweder als freie Base oder in Salzform, beispielsweise als Hydrochlorid
oder Phosphat, isoliert werden.
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Die
Verwendung von Natriumbis(methoxyethoxy)aluminiumhydrid bietet im
Vergleich zu LiAlH4 und verwandten Hydriden
Vorteile sowohl hinsichtlich der Sicherheit und der Kosten der Reduktionsreaktion:
in der Tat ist es nicht Pyrophor, reagiert nicht mit Sauerstoff
und ist in einer Reihe von Lösungsmitteln
wie aromatischen Kohlenwasserstoffen und Ethern sehr gut löslich, was
seine Verwendung und die Durchführung
der Reduktionsreaktion in konzentrierteren Lösungen erleichtert.
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Am
Ende der Reduktion wird die Verbindung (I) mit den üblichen
Extraktions-, Kristallisations- und/oder Ausfällungstechniken gewonnen, wobei
auf diese Weise die während
der Reaktion gebildeten anorganischen Aluminiumsalze entfernt werden.
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Ein
besonders wirksames Isolationsverfahren für die Verbindung (I) – auch bei
Anwendung in großtechnischem
Maßstab – besteht
in der Verwendung eines starken kationischen Ionenharzes zur temporären Bindung
des Produkts an das Harz, von dem es anschließend mit einer wässrigen
Ammoniaklösung
eluiert wird.
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Ein
stark kationisches Harz wie Amberjet® 1200,
das in saurer Form geeignet regeneriert ist, oder ein äquivalentes
handelsübliches
Harz wird vorzugsweise verwendet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist für
die Herstellung der Verbindung (IA), die in dem folgenden Schema
3 gezeigt ist, besonders nützlich. Schema
3
worin
R
1 für C
1-C
4-Alkoxy steht
und die Verbindung (VI A) in Mengen von mindestens 1 Mol pro Mol
der Verbindung (IV) zugesetzt wird.
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Verbindung
(IA) kann bequem zu 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan (IIA) oder dem
entsprechenden Derivat mit dem in der WO 96/28432 oder dem in der
WO 98/49151 beschriebenen Verfahren und vorzugsweise dem in der
WO 00/53588 beschriebenen Verfahren durch Hydrolyse mit Diethylentriamin
in Wasser bei einem pH im Bereich von 5 bis 9 bei einer Temperatur
im Bereich von 90 bis 120°C
in Gegenwart von 5–10
Mol Diethylentriamin pro Mol (IA) unter Inertgasatmosphäre oder
in Luft über
einen Zeitraum von 12–48
h umgewandelt werden, wobei Verbindung (IIA) als das Tetrahydrochlorid
isoliert wird.
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Verbindungen
der Formel (VIA) , worin R1 für Methoxy
oder Ethoxy steht, sind bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Diethyloxalat,
das in Mengen von mindestens 1 Mol pro Mol der Verbindung (IV),
vorzugsweise in absolutem Ethanol als Reaktionslösungsmittel und bei einer Temperatur
von 60–70°C über eine
Gesamtreaktionszeit im Bereich von 6 bis 24 Stunden zugesetzt wird.
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Des
Weiteren ist das in dem folgenden Schema 4 gezeigte Verfahren besonders
bevorzugt. Schema
4
worin R
1 C
1-C
4-Alkoxy und A eine -CHRR
2-Gruppe
ist, worin R und R
2 die oben definierten
Bedeutungen haben.
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Besonders
bevorzugt in Stufe a) von Schema 4 ist die Verwendung von Verbindungen
(VI), worin R1 Ethoxy oder Methoxy ist und
A eine Gruppe der Formel -CHRR2 ist, worin
R H und R2 Cl oder Br ist.
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Besonders
bevorzugt ist die Verwendung von Ethylchloracetat als Verbindung
(VI) in Mengen von mindestens 1 Mol pro Mol der Verbindung (IV)
in absolutem Ethanol bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 70°C in Gegenwart
von mindestens 1 Mol Na2CO3 und
mindestens 0,02 Mol NaI pro Mol der Verbindung (IV) und über eine
Reaktionszeit von 3 bis 36 Stunden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von beiden Stereoisomeren
der Formeln (VII) und (VIII), cis- und trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion
wie in Schema 5 gezeigt.
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Die
wie oben beschrieben hergestellte Verbindung (IVA) wird unter den
oben beschriebenen allgemeinen Bedingungen in Stufe a) und der Verwendung
von Diethyloxalat als Reagens umgesetzt.
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Die
neuen Verbindungen der Formeln (VII) und (VIII) sind, wie in den
Beispielen des experimentellen Teils beschreiben, isoliert und durch
Röntgenstrukturanalyse
charakterisiert worden.
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Die
zwei Isomeren der Formeln (IX) und (X), cis- und trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-3,4-dion werden analog
hergestellt, ausgehend von (IVB) (Decahydro-diimidazo-[1,2-a:2',1'-c]pyrazin), dem
Isomeren von (IV A) mit Diethyloxalat wie in Schema 6 gezeigt.
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In
diesem Fall sind auch die Verbindungen isoliert und durch Röntgenstrukturanalyse
charakterisiert worden.
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Die
Verbindung (IX) ist bereits literaturbekannt, während die Verbindung (X) neu
ist.
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Die
Literatur (vgl. G. Herve, H. Bernard, Tetrahedron Lett., 40, 2517–2520, 1999)
beschrieb die Kondensationsreaktion von Glyoxal mit Triethylentetramin,
die nachfolgende Cyclisierungsreaktion mit 1,2-Dibromethan zur Herstellung
der Verbindung (IA) und das Entschützen zu 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan
(IIA). Die zitierte Veröffentlichung
gibt auch die
13C-NMR-Spektren der Gemische von (IVA)
und (IVB), cis- und trans-Stereoisomeren,
sowie die Umwandlungsbedingungen
der korrespondierenden Isomeren bei verschiedenen Temperaturen und experimentellen
Bedingungen an.
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Dieselben
Autoren (G. Herve, H. Bernard et al. Eur. J. Org. Chem., 33–35, 2000)
beschrieben die Herstellung der Verbindung (IX) durch Kondensation
von (IVB) mit Diethyloxalat in Ethanol bei Raumtemperatur als einziges
Isomer, dessen Stereochemie durch Röntgenstrukturanalyse bestätigt wird.
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Es
wurde auch berichtet, dass die Kondensation der Verbindung (IV C)
mit Diethyloxalat
unter denselben Bedingungen
nicht stattfindet und ein Erhitzen der Lösung über einen längeren Zeitraum zur Bildung
polymerer Produkte führt.
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Zusammenfassend
lässt sich
feststellen, dass das erfindungsgemäße Verfahren ungeachtet der
gegenteiligen Befunde in der Literatur die Verbindungen (VII) und
(VIII) ausgehend von (IV A) und die Verbindungen (IX) und (X) ausgehend
von (IVB) in guten Ausbeuten liefert. Des Weiteren ist es durch
das erfindungsgemäße Verfahren
möglich,
die neuen Verbindungen (VII), (VIII) und (X) zu isolieren und charakterisieren.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung
der Verbindungen (VII) und (VIII) ausgehend von (IV C) wie in dem
folgenden Schema 7 gezeigt. Schema
7
durch Kondensation mit Diethyloxalat.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen der Formel (III)
worin einer von Y
1 und Y
2 -CH
2-CH
2- und der andere
eine Gruppe der Formel COCHR ist, worin R für H oder eine geradkettige
oder verzweigtkettige C
1-C
4-Alkylgruppe
steht, die gegebenenfalls mit einer oder mehreren -OPg-geschützten Hydroxygruppen
substituiert ist, worin Pg eine konventionelle Hydroxy-Schutzgruppe, vorzugsweise
Benzyl, ist, oder Y
1 CO-CO und Y
2 -CH
2-CH
2- ist.
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Bevorzugte
Verbindungen der Formel (III) sind solche, worin R für H, eine
geradkettige oder verzweigtkettige C1-C4-Alkyl-gruppe
steht, die gegebenenfalls mit einer oder mehreren Benzyl-geschützten Hydroxygruppen
substituiert ist.
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Bevorzugte
Verbindungen der Formel (III) sind Verbindungen der Formeln (XII)
und (XIII)
worin R H, eine geradkettige
oder verzweigtkettige C
1-C
4-Alkyl- oder eine
Phenylmethoxymethylgruppe (R = PhCH
2OCH
2-) ist.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen (VII), cis-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion, (VIII)
trans-octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion,
(X) trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-3,4-dion,
(XIIA) Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-3-on,
(XIIIA) Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1-on
und (XIIIB) 2-(Phenylmethoxyethyl)-decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1-on.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen der Formel (I)
worin die Gruppen R beide
für Wasserstoff
stehen oder eine davon Wasserstoff und die andere eine geradkettige
oder ver zweigtkettige C
1-C
4-Alkylgruppe
ist, die gegebenenfalls mit einer oder mehreren -OPg-geschützten Hydroxygruppen
substituiert ist, worin Pg für
eine Hydroxyschutzgruppe steht.
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Besonders
bevorzugt ist die Verbindung der Formel (IB)
2-Phenylmethoxymethyl-decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen,
worin R die Phenylmethoxymethylgruppe (R = PhCH
2OCH
2-) ist.
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EXPERIMENTELLER
TEIL
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Die
folgende Prozedur wurde für
die gaschromatographische Analyse verwendet:
Instrument | Gaschromatographiesystem
Hewlett-Packard
5890, ausgerüstet
mit einem Autosampler der Reihe 7673 und einer HP-3365-Einheit |
Säule | CP
Sil 19 CB, 25 m × 0,32
mm, 0,52 mm Film |
Temperaturprogramm
des Ofens: | Erste
Isotherme bei 120°C
für 5 min;
Anstieg von 15°C/min
bis 260°C;
zweite Isotherme bei 260°C
für 12
min; |
Injektor | Geschwindigkeit
des geteilten Gasflusses 11,5 ml/min
Temperatur 250°C |
Detektor | FID
Temperatur
275°C
Wasserstoffdruck
1,2 bar
Luftdruck 2,8 bar |
Flussgeschwindigkeit
durch die Säule | 1,2 μl/min |
Trägergas | He2
Säulendruck
20 psi
Flussgeschwindigkeit des Hilfsgases 10 ml/min
Flussgeschwindigkeit
der Septumspülung
5 ml/min |
Injektion | 1 μl |
Probenkonzentration | 20
mg/ml |
Interner
Standard | Acenaphthen |
Konzentration
des internen Standards | 10
mg/ml |
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BEISPIEL
1 Herstellung
von 3H,6H-2a,5,6,8a-Octahydrotetraazaacenaphthylen (IVA)
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Ein
geeigneter Reaktor wird unter einem milden Stickstoffstrom mit 370,5
g reinem hydratisierten Triethylentetramin (TETA), 2 kg Wasser und
296,4 g Kalziumhydroxid beschickt. Anschließend wird der resultierenden
Suspension eine wässrige 9
Gew.-%-ige Glyoxallösung
zugesetzt, die durch Vermischen von 290 g einer 40%-igen Lösung mit
1 kg Wasser, gerührt
unter einer Stickstoffdecke und auf 0–5°C abgekühlt, hergestellt worden ist.
Nach Beendigung der Zugabe wird das Gemisch eine Stunde lang bei
5°C gehalten
und anschließend über vorher
mit 0,5 kg Wasser gewaschenes Celite® abfiltriert.
Das Filtrat wird unter reduziertem Druck bis zur Trockne eingedampft.
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Das
Produkt wird keiner Reinigung unterworfen, sondern direkt für die nachfolgende
Reaktion verwendet.
Ausbeute: 98,5% (Trockengewicht)
GC-Analyse: > 75% (%-Fläche)
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BEISPIEL 2
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Herstellung von cis/trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion
(III) in Gegenwart von 2-Hydroxypyridin
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In
eine Lösung
von 50,5 g (0,3 mol) der Verbindung (IV), die wie in Beispiel 1
beschrieben hergestellt wurde, in 0,4 l Ethanol wurden unter magnetischem
Rühren
und Stickstoffatmosphäre
14,1 g (0,148 mol) 2-Hydroxypyridin und 86,80 g (0,594 mol) Diethyloxalat
eingebracht. Die Lösung
wird für
6 Stunden bei 68°C
gehalten, anschließend
unter partiellem Vakuum bis zu einem Gewicht von 122 g eingeengt.
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Das
verbleibende Produkt wird mit 170 ml Toluol und 18 ml Ethanol versetzt
und die Suspension wird 17 Stunden lang magnetisch gerührt, anschließend abfiltriert
und der Rückstand
auf dem Filter mit einer 1/1-Lösung
(Volumenteile) Ethanol/Toluol gewaschen. Das Produkt wird in einem
statischen Trockner getrocknet, wobei 41 g (0,179 mol) der gewünschten
Verbindung mit den folgenden analytischen Eigenschaften erhalten
werden:
GC-Analyse: 96,9%
Ausbeute: 60%
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Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
3 Herstellung
der Verbindung (III) in Gegenwart von Natriummethoxid
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In
eine Lösung
von 53,5 g (0,318 mol) der Verbindung (IV) in 0,4 l Ethanol werden
unter magnetischem Rühren
und Stickstoffatmosphäre
17,2 g (0,318 mol) Natriummethoxid eingebracht. Die Suspension wird
bis zur vollständigen
Auflösung
gerührt,
anschließend
wird 92,9 g (0,636 mol) Diethyloxalat zugegeben. Das Gemisch wird
auf 68°C
erhitzt und 1,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Die Lösung wird
eingeengt und anschließend
der Rückstand
bei 70°C
mit 130 ml Ethanol versetzt.
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Die
resultierende Suspension wird 72 Stunden lang bei 23°C gerührt. Das
feste Produkt wird abfiltriert und der Rückstand wird mit 45 ml Ethanol
gewaschen und in einem statischen Trockner unter Teilvakuum getrocknet,
wobei 35,3 g (0,159 mol) der gewünschten
Verbindung mit den folgenden analytischen Eigenschaften erhalten
werden:
GC-Analyse: 95%
Ausbeute: 50%
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Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
4 Herstellung von (VII) cis-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion
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Die
Zwischenstufe der Formel (IVA), die wie in Beispiel 1 beschrieben
erhalten wurde, wird durch Salzbildung als Acetat gemäß der folgenden
Verfahrensweise erhalten:
15 g (0,09 mol) der wie in Beispiel
1 beschriebenen hergestellten Verbindung werden in 100 g Toluol
aufgelöst, anschließend werden
5,5 g konzentrierte Essigsäurelösung der
Lösung
zugetropft und die resultierende Suspension 10 Minuten lang gerührt. Der
resultierende Feststoff wird abfiltriert, mit Toluol gewaschen und
bei 30°C unter
Vakuum getrocknet, wobei 14,1 g der Verbindung (IV C) als Monoacetat
erhalten werden.
GC-Analyse: 98% (Flächenprozent)
Ausbeute:
70%
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2
g der oben hergestellten Verbindung werden in einer 10%-igen NaOH-Lösung aufgelöst und mit Chloroform
extrahiert. Die abgetrennte organische Phase wird getrocknet, filtriert
und zu einem Rückstand
mit einem Gewicht von 1 g (0,006 mol) eingedampft, der in 10 ml
Ethanol aufgelöst
und mit 2,6 g (0,018 mol) Diethyloxalat versetzt wird. Die resultierende
Lösung
wird bei 70°C
12 Stunden lang erhitzt und unter Vakuum zu einem festen Rückstand
auf konzentriert. Das Rohprodukt wird durch Kieselgelchromatographie
gereinigt, wobei ein Gemisch aus CHCl3/MeOH
= 8/2 (Volumenverhältnis)
als Eluierungsmittel verwendet wird, wobei 0,6 g der Verbindung
(VII) mit den folgenden analytischen Charakteristiken erhalten werden.
GC-Analyse:
99 (Flächenprozent)
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Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
5 Herstellung
der Verbindungen (VII) und (VIII), cis- und trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion
-
A) Herstellung von (VII)
cis-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1,2-dion
-
Ein
Einliterreaktor wird unter einer Stickstoffatmosphäre mit 160
ml absolutem Ethanol, 21 g (0,125 mol) des in Beispiel 1 hergestellten
Produkts, 6,74 g (0,125 mol) Natriummethoxid und 36,5 g (0,250 mol)
Diethyloxalat beschickt. Die Lösung
wird erhitzt und 2 Stunden lang bei 68°C gehalten, anschließend auf
Raumtemperatur abgekühlt
und mit 12,3 g einer 37%-igen
HCl-Lösung
(0,125 mol) tropfenweise versetzt. Die resultierende Suspension
wird über
Celite abfiltriert und das Filtrat wird zur Trockne eingedampft,
wobei ein Rohprodukt (VIII) erhalten wird, das für die nachfolgende Isolierung
von (VIII) (siehe Teil B) verwendet wird.
-
Das
Produkt auf dem Filter wird in entionisiertem Wasser suspendiert
und über
Celite abfiltriert. Dem Filtrat werden 6,9 g (0,065 mol) Natriumcarbonat
zugesetzt und die resultierende Suspension wird zu einem Rückstand
eingedampft. Der feste Rückstand
wird in Methanol suspendiert und bei 60°C filtriert. Die resultierende
Lösung
wird spontan auf 23°C
abkühlen
gelassen und das aus der Kristallisation erhaltene feste Produkt wird
abfiltriert und unter Vakuum bei 40°C 12 Stunden lang getrocknet,
wobei 7,5 g eines trockenen Produkts mit den folgenden analytischen
Charakteristiken erhalten werden:
GC-Analyse: 100 (Flächenprozent)
-
Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR-, MS-Spektren und die durch Röntgenstrahldiffraktometrie
erhaltene Struktur des festen Zustands sind mit der angegebenen
Struktur konsistent.
-
B) Isolierung von (VIII)
trans-Octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-l,2-dion
-
Die
rohe Verbindung (VIII) (siehe A) wird durch Kieselgelchromatographie
unter Verwendung eines Gemisches von CHCl3/MeOH/NH3 als Eluierungsmittel gereinigt. Die das
gereinigte Produkt enthaltenden Fraktionen werden miteinander vereinigt
und zu einem festen Rückstand
verdampft. Das resultierende Produkt wird aus Methanol umkristallisiert,
um ein Produkt zu erhalten, das unter Vakuum bei 40°C 12 Stunden
lang getrocknet wird, um 1,5 g einer Verbindung mit den folgenden
analytischen Charakteristiken zu erhalten:
GC-Analyse: 100
(Flächenprozent)
-
Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR-, MS-Spektren und die durch Röntgenstrahldiffraktometrie
erhaltene Struktur des festen Zustands sind mit der angegebenen
Struktur konsistent.
-
BEISPIEL
6 Herstellung
und Isolierung von (X) trans-octahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-3,4-dion
-
A) Herstellung von Decahydro-diimidazo-[1,2-a:2',1'-c]pyrazin (IV B)
-
In
einem geeigneten Zweiliterreaktor werden unter einer Stickstoffatmosphäre 50 g
(305 mmol) reines hydriertes TETA und 1 l abs. Ethanol eingebracht.
Zu der Lösung
werden 44,5 g (305 mmol) einer 40%-igen Glyoxallösung zugesetzt. Nach Beendigung
der Zugabe wird die Lösung
bei 23°C
17 Stunden lang gerührt. Die
resultierende Lösung
wird unter partiellem Vakuum zu einem ölartigen Rückstand auf konzentriert.
GC-Analyse:
75% (Flächenprozent)
-
B)
Herstellung und Isolierung von Verbindung (X)
-
In
einen 0,25 l-Rundkolben, ausgerüstet
mit einem mechanischen Rührer
und einem Thermometer, werden unter Stickstoffatmosphäre 5,5 g
(0,0326 mol) der Verbindung (IVB), hergestellt wie oben in Beispiel 6A)
beschrieben, 80 ml abs. Ethanol, 0,88 g (0,0163 mol) Natriummethoxid
und 2,38 g (0,0163 mol) Diethyloxalat eingebracht. Die resultierende
Lösung
wird 8 Stunden lang bei 68°C
gehalten und nach partieller Aufkonzentration unter Vakuum spontan
bis 23°C
abkühlen
gelassen. Das kristallisierte Festprodukt wird abfiltriert und aus
Methanol umkristallisiert. Das Produkt wird umkristallisiert, abfiltriert
und in einem statischen Trockner 12 Stunden lang bei 40°C unter Vakuum
getrocknet, wobei 0,5 g der gewünschten
Verbindung mit den folgenden analytischen Charakteristiken erhalten
wird:
GC-Analyse: 100 (Flächenprozent)
-
Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR-, MS-Spektren und die durch Röntgenstrahldiffraktometrie
erhaltene Struktur des festen Zustands sind mit der angegebenen
Struktur konsistent.
-
BEISPIEL
7 Herstellung
von Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1-on
(XIIIA)
-
In
einem Einliterrundkolben, der 0,2 l Ethanol und 18 g (0,107 mol)
von Verbindung (IVA), hergestellt wie in Beispiel 1, enthielt, werden
22,7 g (0,214 mol) Na2CO3,
1,6 g (0,0107 mol) NaI und 26,2 g (0,214 mol) Ethylchloracetat eingebracht.
Die resultierende Lösung
wird 24 Stunden lang bei 23°C
gerührt
und anschließend
durch ein poröses
Septum abfiltriert und das resultierende Filtrat wird bis zur Trockne
eingedampft.
-
In
einen 0,25 l-Rundkolben, ausgerüstet
mit einem mechanischen Rührer,
Rückflusskühler und
einer Stickstoffatmosphäre
und Thermometer werden 16 g des oben hergestellten Produkts, 60
ml Ethanol und 1,47 g 2-Pyrydinol (0,016 mol) eingebracht. Die resultierende
Lösung
wird 48 Stunden lang unter Rückfluss
gekocht. Die Lösung
wird abgekühlt
und bis zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird durch Kieselgelchromatographie
mit einer Eluierungslösung
aus CHCl3/MeOH = 95/5 (Volumenanteile) gereinigt.
Die das gereinigte Produkt enthaltenden Fraktionen werden miteinander
vereinigt und unter partiellem Vakuum zu einem festen Rückstand
aufkonzentriert, wobei 10 g der gereinigten Verbindung mit den folgenden
analytischen Charakteristiken erhalten werden:
Ausbeute: 45%
GC-Analyse:
80 (Flächenprozent)
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BEISPIEL
8 Herstellung
von 2-(Phenylmethoxymethyl)-decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen-1-on (XIIIB)
-
In
einen 250 ml-Rundkolben werden 100 ml Ethanol und 10 g (0,059 mol)
Verbindung (IVA), hergestellt wie in Beispiel 1, eingebracht und
anschließend
6,25 g (0,059 mol) Natriumcarbonat, 0,45 g (0,03 mol) NaI und 21,4
g (0,088 mol) Ethyl-3-benzyloxy-2-chlor-propionat
zugesetzt. Die Suspension wird 36 Stunden lang bei Raumtemperatur
gerührt,
anschließend
abfiltriert. Der Feststoff wird mit 30 ml Ethanol gewaschen. Das
Filtrat wird partiell bis 120 g aufkonzentriert und mit 2,66 (0,029
mol) 2-Pyridinol versetzt. Die resultierende Lösung wird 48 Stunden lang unter
Rückfluss
gekocht, anschließend
eingedampft und der Rückstand
wird durch Kieselgelchromatographie gereinigt, wobei Chloroform/Methanol
= 9/1 als Eluierungsmittel verwendet wird. Die das gereinigte Produkt
enthaltenden Fraktionen werden miteinander vereinigt und zu ei nem
Rückstand
eingedampft, wobei 7,4 g Verbindung erhalten werden.
-
Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
9 Herstellung
von Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen (IA)
-
In
einen Einliterrundkolben mit 100,8 g (70% Toluol; 0,349 mol) Vitride® in
0,2 l Toluol werden unter Stickstoffatmosphäre und magnetischem Rühren 19,4
g (0,087 mol) der Verbindung (III), wie in Beispiel 3 hergestellt,
zugesetzt. Die resultierende Suspension wird auf 112°C erhitzt
und dabei eine Stunde lang gehalten.
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Die
Lösung
wird auf 22°C
abkühlen
gelassen, anschließend
werden 58 ml einer 5 Gew.-%-igen wässrigen NaOH-Lösung langsam
zugetropft. Die resultierenden zwei Phasen werden getrennt und die
wässrige Phase
mit Toluol extrahiert. Die erste abgetrennte organische Phase und
diejenigen, die aus der Toluol-Extraktion
herrühren,
werden miteinander vereinigt, zur Trockne eingedampft und der Rückstand
wird in 80 ml entionisiertem Wasser aufgelöst. Die wässrige Lösung wird auf eine Säule aufgetragen,
die 165 ml Amberjet 1200®-kationisches Harz enthält, das
vorher in der H+-Form regeneriert wurde.
Wasser wird zunächst
auf das Harzbett zu einem neutralen Eluat aufgebracht und anschließend eine
2,5%-ige NH4OH-Lösung durchlaufen gelassen.
Die das Produkt enthaltenden Ammoniak-Fraktionen werden bis zur Trockne eingedampft.
Der feste Rückstand
wird bei 50°C
mit n-Hexan extrahiert und die resultierenden Lösungen werden miteinander vereinigt und
weiter unter partiellem Vakuum zu einem Rückstand eingedampft. Das resultierende
feste Produkt wird in Gegenwart von P2O5 getrocknet, wobei 14,2 g (0,073 mol) der
Verbindung mit den folgenden analytischen Charakteristiken erhalten
werden:
Tit. G.C.: 100%
Ausbeute: 84%
-
Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
10 Herstellung
von Decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclopent[fg]acenaphthylen (IA)
ausgehend von Decahydro-2a,4a,6a,8atetraazacyclopent[fg)acenaphthylen-1-on
(XIIIA)
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In
einen 0,1 l-Rundkolben mit 10 ml Toluol und 2,8 g (70% Toluol; 0,0096
mol) Redal® wird
1 g (0,004 mol) der Verbindung aus Beispiel 7 unter mechanischem
Rühren
und unter Stickstoff bei 45°C
zugesetzt. Die Lösung
wird eine Stunde lang auf 100°C
erhitzt, anschließend
auf Raumtemperatur abgekühlt
und mit 1,5 ml 5% NaOH versetzt. Die zwei resultierenden Phasen
werden getrennt und die wässrige
Phase mit Toluol extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen
werden unter Vakuum zu einem festen Rückstand auf konzentriert. Das
resultierende Produkt wird durch Kieselgelchromatographie unter
Verwendung eines Gemisches aus CHCl3/MeOH
= 8/2 (Volumenanteile) als Eluierungsmittel gereinigt. Die das gereinigte
Produkt enthaltenden Fraktionen werden miteinander vereinigt und
zu einem festen Rückstand
mit einem Gewicht von 0,60 g auf konzentriert.
Ausbeute: 77%
GC-Analyse:
100 (Flächenprozent)
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Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.
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BEISPIEL
11 Herstellung
von 2-Phenylmethoxymethyl-decahydro-2a,4a,6a,8a-tetraazacyclo-pent[fg]acenaphthylen
(IB)
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Die
Verbindung (IB) wird durch Verwendung von Verbindung (XIIIB) als
Ausgangsprodukt und den reduktiven Bedingungen wie in Beispiel 10
beschrieben erhalten.
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Die 1H-NMR-, 13C-NMR-,
IR- und MS-Spektren sind mit der angegebenen Struktur konsistent.