-
Die
Erfindung betrifft die elektrophile Fluorierung und insbesondere
die Verwendung von N-Fluortriaziniumsalzen als elektrophile Fluorierungsmittel.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur elektrophilen Fluorierung
eines Substrats, insbesondere eines organischen Substrats unter
Verwendung von Fluorierungsmitteln aus N-Fluortriaziniumsalz zur
Verfügung
und ist besonders, aber nicht ausschließlich auf die Fluorierung elektronenreicher
Spezies, zum Beispiel aktivierter aromatischer Verbindungen (d.h.
solche, die einen elektronenspendenden Substituenten tragen) oder
offener oder verdeckter Carbanionen anwendbar. Zumindest sind die bevorzugten
tri(halogen- oder trifluormethyl)-substituierten N-Fluortriaziniumsalze
ausreichend starke Fluorierungsmittel, um unsubstituierte aromatische
Substrate und aromatische Substrate mit einem oder mehreren elektronenentziehenden
Substituenten leicht zu fluorieren.
-
Die
Fluorierung ist ein wichtiges Verfahren in vielen Industriebereichen,
insbesondere wenn es um die Synthese spezieller Chemikalien geht.
Bekannte Fluorierungsverfahren werden der Einfachheit halber nach der
wahrgenommenen Art und Weise kategorisiert, in der die Fluorierungsmittel
Fluor für
die Kombination mit einer aktiven Stelle in einem organischen Molekül zur Verfügung stellen,
nämlich
als Fluoratom (F•), Fluoridion (F–)
oder begrifflich als Fluoroniumion (F+).
Fluorierungen unter Beteiligung des Fluoratoms sind notorisch exotherm
und nicht selektiv, daher beruht die "leichte" strategische Fluorierung organischer
Verbindungen (d.h. die Einführung
von einem oder zwei Fluorsubstituenten oder einer Trifluormethylgruppe
an molekularen Schlüsselstellen)
auf der Verfügbarkeit
vielseitiger Bereiche nucleophiler und elektrophiler Fluorquellen.
In jüngerer Zeit
ist die Verwendung von N-Fluorverbindungen eines der am häufigsten
verwendeten Verfahren für
die selektive Herstellung von Kohlenstoff-Fluorbindungen über "elektrophile" Mechanismen geworden.
Eine kürzlich erschienene
umfassende Übersicht
dieser Synthesemethodik enthält
keinen Hinweis auf N-F-Reagenzien, die von Triazinen abgeleitet
sind (siehe G. G. Furin in "Methods
of Organic Chemistry" (Houben-Weyl):
Band E10a; "Organofluorine
Compounds" (Herausg.
B. Baasner, H. Hagemann und J. C. Tatlow), Georg Thieme Verlag, Stuttgart,
1999, S. 432–499.
-
1-Chlormethyl-4-fluor-1,4-diazoniabicyclo[2.2.2]octanbis(tetrafluorborat)
(so genanntes F-TEDA-BF4) ist ein bekanntes, im Handel (unter dem
Namen "Selectfluor" erhältliches)
Fluorierungsmittel und eignet sich als Allzweckfluorierungsmittel.
Dieses Material hat jedoch nur mäßige Fluorierungskraft
und kann Benzol nur unter Zwangsbedingungen, z.B. unter Rückfluss über 24 Stunden,
fluorieren. Die Chemie von F-TEDA-BF4 ist von
R. E. Banks in "J.
Fluorine Chemistry" 87
(1998) 1–17
beschrieben worden.
-
N-Fluorpyridiniumsalze
und deren ringsubstituierte Analoge, z.B. N-Fluorpyridiniumtriflat,
sind bekannt für
die Verwendung als Fluorierungsmittel, haben aber eine relative
geringe Fluorierungskraft (siehe EP-A-0 204 535). US-A-4,828,764
offenbart, dass bestimmte N-Fluor-N-perfluoralkyl- oder -perfluorarylsulfonamide, darunter
solche der Formel RfSO2NFR,
elektrophile Fluorierungsmittel sind. In dieser Formel bedeutet
Rf eine perfluorierte C1-C30-Alkyl-, C3-C30-Cycloalkyl-, eine mit C6-C14-Aryl-substituierte C1-C10-Alkyl- oder eine C6-C14-Arylgruppe und R bedeutet eine C1-C30-Alkyl-, C3-C30-Cycloalkyl-, eine
mit C6-C14-Aryl
substituierte C1-C10-Alkyl-
oder eine C6-C14-Arylgruppe,
die ggfs. mit einem oder mehreren inerten Substituenten substituiert ist,
darunter Fluor und, wenn Rf Trifluormethyl
ist, kann R alternativ auch Perfluormethylsulfonamido sein. Wie es
heißt,
sind die bevorzugten Fluorierungsmittel N-Fluorbis-(trifluormethansulfonyl)imid
(Rf = CF3 und R
= CF3SO2), bekannt
als DesMarteau'sches
Reagenz, und N-Fluor-N-methyltrifluormethansulfonamid
(Rf = CF3 und R
= CH3). Das DesMarteau'sche Reagenz ist ein starkes elektrophiles
Fluorierungsmittel, das Benzol bei Raumtemperatur in Fluorbenzol
umwandeln kann, ist jedoch gefährlich,
zeitaufwändig
und teuer in der Herstellung, weil es ausgehend von einem ohne weiteres
verfügbaren
Material acht oder neun Reaktionsschritte erfordert. Nur sehr wenige
der anderen bekannten Fluorierungsmittel sind stark genug, um Benzol
ohne Zwangsbedingungen zu fluorieren, aber sie ergeben oft nur eine
geringe Ausbeute oder erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen.
Die Mittel, die angeblich Benzol fluorieren, umfassen neben dem
DesMarteau'schen Reagenz
CF3OF, XeF2, NF4 +BF4 –,
N2F+AsF6 –,
N-Fluorpentachlorpyridiniumtriflat, Perfluor-[N-fluor-N-(4-pyridyl)methansulfonamid]
und N-Fluor-2,6-bis(methoxycarbonyl)pyridiniumtriflat. Nur von sehr
wenigen dieser Verbindungen, nämlich
NF4 +BF4 – und
XeF2, ist bekannt, dass sie aromatische
Substrate mit elektronenentziehenden Substituenten wie Nitrobenzol
fluorieren.
-
N-Fluortriaziniumsalze
der folgenden Formel A sind bekannt:
worin gilt:
- (i) X = H & Y– =
AsF6 – (Literaturstelle 1 – siehe
unten)
- (ii) X = F & Y– =
AsF6 – (Literaturstelle 2 – siehe
unten)
- (iii) X = F & Y– =
BF4 – (Literaturstelle 3 – siehe
unten) und
- (iv) X = Cl & Y– =
AsF6 – (Literaturstellen 2 & 4 – siehe
unten).
-
Wie
es heißt,
sind die N-Fluortriaziniumsalze der Formel A Oxidationsmittel, die
zum Beispiel in der organometallischen Chemie verwendet werden.
Die kationische Komponente der Verbindungen der Formel A, in der
X H ist, F und Cl sind als "oxydative
Fluorierungsmittel" beschrieben
worden, und eine qualitative Skala für ihre Oxidationskraft und
der von NF4 + ist
von Anfang an berechnet worden (Literaturstelle 3, siehe unten).
- Literaturstelle 1 = Broschag et al. Inorg.
Chim. Acta, 205 (1993) 167–173;
- Literaturstelle 2 = Schleyer et al. Inorg. Chem. 32 (1993) 1523–1524;
- Literaturstelle 3 = Schulz & Klapötke J. Organometal.
Chem. 480 (1994) 195–197;
und
- Literaturstelle 4 = Broschag et al. Z. Anorg. Allg. Chem, 620
(1994) 1132–1136.
-
In
Schleyer et al. heißt
es, dass 1-Fluor-2,4,6-trichlor-s-triaziniumhexafluorarsenat (Formel
A; X = Cl; und Y– = AsF6 –) "ein vielversprechendes
Fluorierungsmittel ist",
aber es wurden keine weiteren Einzelheiten genannt oder später berichtet.
Wir nehmen an, dass Verwendungen der Verbindungen der Formel A für andere Zwecke
als als Oxidationsmittel nicht in Betracht gezogen oder untersucht
wurden. Insbesondere gibt es keine Offenbarung im Stand der Technik,
dass trotz der genannten berechneten Werte in den Literaturstellen
irgendwelche dieser Verbindungen als oxydative Fluorierungsmittel
(im Gegensatz zu nicht fluorierenden Oxidationsmitteln) untersucht
wurden.
-
Wir
haben jetzt herausgefunden, dass bestimmte N-fluorierte Triaziniumsalze
ausgezeichnete elektrophile Fluorierungsmittel sind, dabei aber
einige der Nachteile der bekannten elektrophilen Fluorierungsmittel nicht
aufweisen.
-
EP-A-01
308 933.9 (eingereicht am 19. Oktober 2001 unter Beanspruchung des
Prioritätsdatums
24. Oktober 2000) offenbart und beansprucht elektrophile Fluorierungsmittel,
bei denen es sich um Triaziniumverbindungen der folgenden Formel
B handelt:
in der drei A-Komponenten
unabhängig
voneinander CR sind, wenn jedes R unabhängig Wasserstoff, Halogen,
Hydroxyl, Amino, Cyano, Perfluorthio, Hydroxysulfonyl, Halogensulfonyl,
Hydrocarbyloxysulfonyl oder ein kohlenstoffhaltiger Substituent,
ausgewählt
aus ggfs. substituiertem Hydrocarbyl, Hydrocarbyloxy, Hydrocarbyloxycarbonyl
und Hydrocarbylthiogruppen ist und mindestens ein R ist weder Wasserstoff
noch Halogen ist;
zwei Komponenten A unabhängig voneinander Z sind, wobei
jedes Z unabhängig
Stickstoff oder ein quaternäres
Stickstoffatom ist; und
Y
– ein Gegenion oder eine
Gruppe von Gegenionen ist, die inert gegenüber einem chemischen Angriff
durch Fluor sind,
sowie deren Oligomere und Polymere, in denen
benachbarte Triaziniumeinheiten durch einen gemeinsamen R-Substituenten
verbunden sind.
-
Unter
ihrem weitesten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur elektrophilen
Fluorierung zur Verfügung,
das das Kontaktieren eines organischen Substrats mit einem N-Fluortriaziniumsalz
als elektrophiles Fluorierungsmittel umfasst, wobei das N-Fluortriaziniumsalz
entweder eine 1,2,4-Triaziniumverbindung der folgenden Formel IA
oder insbesondere eine 1,3,5-Triaziniumverbindung der folgenden
Formel IB ist
in der
R
1,
R
2 und R
3 unabhängig voneinander
Wasserstoff (nur für
die Formel IA), Halogen (nur für
die Formel IA), Amino, Hydroxyl, Cyano, Perfluorthio, Hydroxysulfonyl,
Halogensulfonyl, Hydrocarbyloxysulfonyl oder ein kohlenstoffhaltiger
Substituent, ausgewählt
aus ggfs. substituierten Hydrocarbyl-, Hydrocarbyloxy-, Hydrocarbyloxycarbonyl-
und Hydrocarbylthiogruppen;
Z
1 und
Z
2 Stickstoff sind und
Y– ein Gegenion
oder eine Gruppe von Gegenionen ist, die gegenüber einem chemischen Angriff
durch Fluor inert sind,
oder ein Oligomer oder Polymer davon
darstellt, in dem benachbarte Triaziniumkomponenten durch einen
gemeinsamen R-Substituenten verbunden sind.
-
N-Fluortriaziniumsalze
verfügen über eine
hohe Fluorierungskraft, die es ermöglicht, dass Substrate, die
bei Verwendung bekannter Fluorierungsmittel nur schwer zu fluorieren
sind, besonders elektronenreiche Spezies, wie z.B. carbanionische
und/oder aktivierte aromatische Substrate, fluoriert werden. Sie
können
auch dazu verwendet werden, Substrate zu fluorieren, die zur Zeit
unter Verwendung bekannter Fluorierungsmittel elektrophil fluoriert
werden können,
dies jedoch unter milderen Bedingungen aufgrund der effektiven Fluorierungskraft
des N-Fluortriaziniumkations.
-
Die
in der Erfindung verwendeten N-Fluortriaziniumsalze gehören zu einer
Gruppe von Verbindungen der folgenden Formel I
in der die drei Komponenten
A unabhängig
voneinander CR sind, wobei jedes R unabhängig Wasserstoff, Halogen,
Hydroxyl, Amino, Cyano, Perfluorthio, Hydroxysulfonyl, Halosulfonyl,
Hydrocarbyloxysulfonyl oder ein kohlenstoffhaltiger Substituent,
ausgewählt
aus ggfs. substituierten Hydrocarbyl-, Hydrocarbyloxy-, Hydrocarbyloxycarbonyl-
und Hydrocarbylthiogruppen ist;
zwei Komponenten A unabhängig voneinander
Z sind, wobei jedes Z unabhängig
Stickstoff oder ein quaternäres
Stickstoffatom ist; und
Y
– ein Gegenion oder eine
Gruppe von Gegenionen ist, die inert gegenüber einem chemischen Angriff
durch Fluor sind,
sowie Oligomere oder Polymere davon, in denen
die benachbarten Triaziniumeinheiten durch einen gemeinsamen R-Substituenten
verbunden sind.
-
Die
derzeit am meisten bevorzugten Verbindungen sind solche, in denen
jedes von R1, R2 und
R3 in den Formeln IA Halogen oder Trifluormethyl
ist, und solche, in denen jedes von R1,
R2 und R3 in der
Formel IB Trifluormethyl ist. Wie bereits erwähnt, sind die N-Fluortrihalotriazinium
und N-Fluortris(trifluormethyl)triaziniumsalze bemerkenswert starke
Fluorierungsmittel, die imstande sind, bei Raumtemperatur unsubstituierte
aromatische Substrate wie Benzol und aromatische Substrate mit einem
oder mehreren elektronenentziehenden Substituenten wie Chlorbenzol
oder Nitrobenzol zu fluorieren.
-
Dieser
oder diese kohlenstoffhaltigen Substituenten können unsubstituiert sein und
nur Wasserstoff- und Kohlenstoffatome sowie, im Falle von Hydrocarbyloxy
und Hydrocarbylthio, auch ein Sauerstoff bzw. Schwefelatom enthalten.
Sie können
auch substituiert sein und ein oder mehrere Heteroatome enthalten,
z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Halogen und Schwefel und/oder Heterogruppen,
z.B. Carbonyl-, Ester- und Amidverknüpfungen. So können der
oder die kohlenstoffhaltigen Substituenten ein Heteroatom in der
Kohlenstoffkette aufweisen und/oder mit einem Substituenten substituiert
sein, der ein Heteroatom wie z.B. OH, Alkoxy und ein Halogen wie
Chlor, Brom und insbesondere Fluor enthält. Ein oder mehrere (einschließlich alle)
Wasserstoffatome in dem oder den kohlenstoffhaltigen Substituenten
können
auf Wunsch substituiert sein.
-
Die
Hydrocarbyl- und Hydrocarbyloxygruppen können Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-,
Aryloxy und Alkoxygruppen sein, die ggfs substituiert sind. Vorzugsweise
haben die Alkyl- und Alkoxygruppen 1 bis 12 Kohlenstoffatome, stärker bevorzugt
1 bis 8 Kohlenstoffatome und insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatome,
zum Beispiel Methyl, Ethyl, Methoxy und Ethoxy. Vorzugsweise haben
die Alkenylgruppe und Arylgruppe 2 bis 12, insbesondere 2 bis 8,
Kohlenstoffatome bzw. 6 bis 12, insbesondere 6 bis 9, Kohlenstoffatome.
-
Bei
einer Ausführungsform
wird mindestens eines von R1, R2 und
R3 in den Formeln IA und IB aus Hydrohalogenalkylgruppen,
insbesondere Hydrofluoralkylgruppen und Perhalogenalkylgruppen,
vor allem Perfluoralkylgruppen ausgewählt. Beispiele für geeignete
Perfluoralkylgruppen umfassen Trifluormethyl, Pentafluorethyl und
Perfluoroctylgruppen, und Beispiele der geeigneten Hydrofluoralkylgruppen
umfassen 2,2,2-Trifluorethyl-, 2,2,3,3-Tetrafluorpropyl und H(CF2CF2)pCH2-Gruppen (in denen p mindestens 2 ist).
Perhalogenalkylgruppen können
in einigen Fällen
aufgrund der fehlenden Kohlenstoff-Wasserstoffbindung, die für eine elektrophile
Fluorierung empfänglich
sein kann, bevorzugt sein.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform,
die wegen der einfachen Synthese bevorzugt wird, wird mindestens
eines von R1, R2 und
R3 in den Formeln IA und IB aus Hydrohalogenalkoxygruppen,
insbesondere Hydrofluoralkoxygruppen, und Perhalogenalkylgruppen,
insbesondere Perfluoralkylgruppen ausgewählt. Beispiele der geeigneten
Perfluoralkoxygruppen umfassen Trifluormethoxy-, Pentafluorethoxy-
und Perfluoroctoxygruppen, und Beispiele der geeigneten Hydrofluoralkoxygruppen
umfassen 2,2,2-Trifluorethoxy und 2,2,3,3-Tetrafluorpropoxy. Besonders
bevorzugt werden H(CF2CF2)pCH2O-Gruppen (in
denen p mindestens 2 ist), die unter Verwendung bekannter Telomeralkohole
der entsprechenden Formel H(CF2CF2)pCH2OH
leicht verfügbar
sind.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
ist mindestens eines von R1, R2 und
R3 in den Formeln IA und IB ein Thioanalogon
der vorstehenden Hydrohalogenalkoxy und Perhalogenalkoxygruppen,
zum Beispiel Trifluormethylthio (CF3S),
oder eine Perfluorthiogruppe wie Pentafluorthio (SF5).
-
Die
Begriffe Aryl und Aryloxy umfassen Komponenten, die sowohl aliphatische
als auch aromatische Gruppenenthalten. Bevorzugte Aryl- und Aryloxygruppen
umfassen Phenyl, Phenoxy und Gruppen der Formel C6H5(CH2)r[OC2H4]qOt, worin q 0 bis 6 ist, r 0 bis 8 ist und
t 0 oder 1 ist, die ggfs. substituiert sein können, vorzugsweise mit Fluor.
-
Bevorzugt
ist mindestens eines von R1, R2 und
R3 in den Formeln IA und IB Hydrocarbyl,
Hydrocarbyloxy, Hydrohalogencarbyl, Hydrohalogencarbyloxy, Perhalogencarbyl
oder Perhalogencarbyloxy und Z, oder Z1 und
Z2 für
die Formeln IA und IB und Y– sind wie vorstehend
definiert.
-
Es
wird besonders bevorzugt, dass R1, R2 und R3 in den Formeln
IA und IB in einer bestimmten Verbindung identisch sind. Beispiele
für besonders
bevorzugte Verbindungen sind solche, in denen alle R1,
R2 und R3 Methyl-,
Methoxy- oder Trifluormethoxygruppen oder, am meisten bevorzugt
für die
Formel IA, Halogen oder Trifluormethyl und für die Formel IB Trifluormethyl
sind. Ein praktischer Vorteil, wenn R1,
R2 und R3 die gleiche
Gruppe sind, liegt darin, dass die Herstellung der Verbindung vereinfacht
werden kann und Isomere oder ein Gemisch von Verbindungen weniger
wahrscheinlich erzeugt werden.
-
R1, R2 und R3 in den Formeln IA und IB können so
gewählt
werden, dass sie zusätzlich
zu den Fluorierungseigenschaften der Verbindung der Formel I technische
Vorteile verleihen, z.B. die Verbesserung der Löslichkeit der Verbindung in
nichtpolaren Lösungsmitteln
und Lösungsmitteln
von geringer Polarität.
Somit wird durch die Verbindungen der Formel I auch eine größere Flexibilität bei der
chemischen Synthese zur Verfügung
gestellt.
-
Die
Verbindungen der Formel IA und IB können Oligomere oder Polymer
sein, in denen benachbarte Triaziniumeinheiten durch einen gemeinsamen
R-Substituenten verknüpft
sind, z.B. eine Hydrocarbyl-, Perfluorhydrocarbyl- oder Hydrocarbyldioxygruppe.
Derzeit bevorzugte Verknüpfungsgruppen
sind Dioxyphenyl-, Di(oxycarbyl)phenyl-, Alkylendioxy- oder bis(Oxyaryl)alkylengruppen,
wie zum Beispiel 1,5-Dioxypent-2,4-diyl (d.h. -O-CH2-CH-CH2-CH-CH2-O-), 1,3-bis(p-Oxyphenyl)prop-1,3-diyl
(d.h. -p-OC6H4-CH-CH2- CH-C6H4O-p-), oder 1,3-bis(m/p-Oxymethylphenyl)prop-1,3-diyl
(d.h. -m/p-OCH2C6H4-CH-CH2-CH-C6H4CH2O-m/p-).
-
Die
Verbindungen der Formeln IA und IB enthalten ein fluoriertes quaternäres Stickstoffatom
im Triaziniumring. Sowohl Z
1 und Z
2 in den Formeln IA und IB sind Stickstoff
und die am meisten bevorzugten Verbindungen sind solche der folgenden
Formel II
in der R
1,
R
2 und R
3 und Y
– die
vorstehende Definition haben.
-
Beispiele
der bevorzugten erfindungsgemäßen Verbindungen
sind solche mit einem Triaziniumkation, wie in den Formeln III bis
VII, insbesondere den Formeln IV, V und VI gezeigt:
-
1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triazinium
-
1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triazinium
-
1-Fluor-2,4,6-tris(trifluoromethyl)-1,3,5-triazinium
-
Das
Gegenion Y– ist
beständig
gegenüber
chemischen Angriffen durch Fluor und ist wünschenswerterweise thermisch
stabil und verfügt über geringe
Umwelttoxizität.
Das oder die Gegenionen können
jedes Anion sein, das ein Gegenion zum Triaziniumkation darstellen
kann. Das oder die Gegenionen können
eine Einfach- oder Mehrfachladung haben oder eine Gruppe von Gegenionen
sein, um die Ladung der Triaziniumeinheit auszugleichen. Auch das
Gegenion kann ein Gegenion für
mehr als ein Mol des Triaziniumkations sein, z.B. wenn das Kation
eine Einfachladung und das Gegenion eine Mehrfachladung hat.
-
Geeigneterweise
ist das Gegenion schwach nucleophil. Geeignete Anionen umfassen
Fluorid, Fluorsulfat (SO3F–),
Alkansulfonat, insbesondere Methansulfonat (CH3SO3 –); Alkylsulfat, insbesondere
Methylsulfat (CH3SO4 –)
Perfluoralkansulfonat, vorzugsweise Triflat (CF3SO3 –) und Nonaflat (C4F9SO3 –),
Arensulfonat, insbesondere Tosylat (d.h. p-Toluolsulfonat, p-CH3C6H4SO3 –);
Alkancarboxylat, Perfluoralkancarboxylat, Tetrafluorborat (BF4 –), Tetraphenylborat
(Ph4B–), Hexafluorphosphat
(PF6 –), Hexafluorantimonat
(SbF6 –), Hexafluorarsenat
(AsF6 –), Chlorat (ClO3 –), Sulfat (SO4 2– = 2Y–),
Hydrogensulfat (HSO4 –)
und F(HF)x –,
wobei x mindestens 1 ist. Erfindungsgemäß bevorzugte Gegenionen umfassen
Fluorid, Tetrafluorborat, Triflat, Tosylat, Hexafluorarsenat und
Hexafluorphosphat.
-
Vorzugsweise
werden die Verbindungen der Formel IA und IB unter Einsatz eines
Verfahrens auf Lösungsmittelbasis
hergestellt, das das In-Kontakt-Bringen einer Triazinverbindung
mit einer Fluorquelle unter sauren Bedingungen in einem Lösungsmittel
umfasst, das unter den Verfahrensbedingungen inert ist.
-
Geeigneterweise
ist die Fluorquelle eine elektrophile Fluorquelle, wie z.B. Fluorgas
oder ein Gemisch aus Fluorgas und einer neutralen Verbindung, die
durch Entfernung mindestens eines Fluoridions aus Y–,
z.B. Bortrifluorid, von einem fluorhaltigen Gegenion Y– abgeleitet
werden kann. Vorzugsweise ist die Fluorquelle Fluorgas. Das Fluorgas
kann zwar ohne Verdünnung
verwendet werden, doch im Allgemeinen wird bevorzugt, mit einem
Inertgas verdünntes
Fluor zu verwenden, so dass das Volumen des Inertgases zwischen
99,9% und 50% liegt, um die starke Reaktion zu steuern. Geeignete
Inertgase umfassen Stickstoff, Helium und Argon.
-
Die
Triazinverbindung, die fluoriert werden soll, ist geeigneterweise
eine Verbindung der Formel VIII und kann dadurch erhalten werden,
dass man eine Verbindung oder ein Gemisch von Verbindungen der Formel
RCN einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Triazinverbindung
der Formel (RCN)3 unterzieht, worin R unabhängig R1, R2 oder R3 ist wie hier beschrieben:
-
-
Das
Fluorierungsverfahren wird in Gegenwart einer Säure durchgeführt, die
eine Brönsted-Säure (organisch oder mineralisch)
oder eine Lewis-Säure
sein kann. Die Säuremenge
sollte so eingestellt werden, dass eine Doppelprotonierung der Triazinverbindungen
verringert oder vorzugsweise ganz vermieden und eine (durch 19F NMR festgestellte) Ausbeute an F-N+ von
mindestens 20% und vorzugsweise mindestens 50% erhalten wird. Das
Molverhältnis
der Säure
zum Triazinsubstrat beträgt
wünschenswerterweise
0,5 zu 2,5, vorzugsweise 1 zu 2,2.
-
Bevorzugte
Beispiele für
die Brönsted-Säure haben
einen pKa im Bereich von 12,4 bis 4,6 und umfassen halogenierte
Alkohole, zum Beispiel Chlordifluorethanol, Dichlorfluorethanol,
Chloroctafluor-t-butanol, Trifluorethanol, Tetrafluorpropanol, Pentafluorpropanol, Hexafluorisopropanol,
Octafluorpentanol und Nonafluor-t-butanol. Fluorierte Alkohole,
besonders solche, die frei von Chlor sind werden besonders bevorzugt.
-
Andere
Säuren,
die besonders bevorzugt werden, umfassen Säuren des vorstehend beschriebenen Gegenions
Y–,
zum Beispiel wasserfreie Fluorwasserstoffsäure, Hexafluorantimon(V)-säure, Tetrafluorboräure und
Trifluormethansulfonsäure,
Schwefelsäure,
Methansulfonsäure,
Essigsäure
und Trifluoressigsäure.
-
Brönsted-Säuren können in
Form eines Komplexes mit beispielsweise Ethern, Wasser, Alkoholen,
Nitrilen oder Carbonsäuren
verwendet werden und können
auch in Form einer wässrigen
Lösung
zum Einsatz kommen.
-
Vorzugsweise
ist das Lösungsmittel
nicht wässrig.
Erfindungsgemäß wird besonders
bevorzugt, dass das Lösungsmittel
Acetonitril, ein halogenierter, vor allem fluorierter Alkohol oder
insbesondere Nitromethan ist. In diesem Zusammenhang gehen wir davon
aus, dass bisher noch nicht vorgeschlagen wurde, Nitromethan als
Lösungsmittel
oder zu einem anderen Zweck mit einem N-F- oder +NF-Reagenz
zu verwenden.
-
Auf
Wunsch kann das gleiche Material sowohl als Säure als auch als Lösungsmittel
verwendet werden.
-
Die
Reaktion zur Herstellung der Verbindung der Formel IA und IB wird
bei einer Temperatur durchgeführt,
bei der das Lösungsmittel
in der flüssigen
Phase ist, am besten bei einer ausreichend niedrigen Temperatur,
dass die auf einen radikalischen Mechanismus zurückzuführende Reaktion verringert
oder ganz vermieden wird. Die spezielle gewählte Temperatur hängt vom
Lösungsmittel
und auch den Reaktanten ab. Nur als Beispiel kann die Reaktion geeigneterweise
bei einer Temperatur von –40
bis 10°C
durchgeführt
werden. Eine Temperatur von –40
bis –20°C wird für Acetonitril
und eine Temperatur von –10
bis 5°C
für Hexafluorisopropylalkohol
bevorzugt. Die Reaktion kann bei erhöhtem Druck durchgeführt werden,
obwohl das nicht unbedingt erforderlich ist.
-
Die
Fluorierung der Triazinverbindung kann unter Einsatz eines diskontinuierlichen
Rührkesselreaktors
durchgeführt
werden. Wenn die Fluorquelle gasförmig ist, wird sie am besten
entweder als reines Gas bei subatmosphärischem Druck oder als kontinuierlicher
Fluorstrom, der mit Stickstoff oder einem anderen inerten Verdünner gemischt
ist, bei atmo sphärischem
Druck eingeführt.
Das Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel IA und
IB kann als kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden.
-
Die
Verbindungen der Formel IA und IB können ähnlich wie Selectfluor® und
auf eine in der Technik bekannte Weise als elektrophile Fluorierungsmittel
verwendet werden (siehe zum Beispiel, R. E. Banks et al. "J. Chem. Soc. Perkin
Trans". I, 1996,
2069). Das Fluorierungsmittel kann in Reinform und ggfs. bei erhöhter Temperatur
mit dem Substrat in Kontakt gebracht werden. Wie bereits erwähnt, gehen
wir davon aus, dass bisher nicht vorgeschlagen wurde, Nitromethan
als Lösungsmittel
oder zu einem anderen Zweck mit einem N-F- oder +N-F-Reagenz
zu verwenden.
-
Wenn
eine Verbindung der Formel IA und IB in einer Fluorierungsreaktion
verwendet wurde und deshalb an Fluor abgereichert ist, kann sie
zurückgewonnen
und regeneriert werden, indem man die Fluorquelle zur Wiederverwendung
in anderen Fluorierungsreaktionen einführt.
-
Die
Verbindungen der Formel IA und IB können dazu verwendet werden,
organische Verbindungen zu fluorieren, z.B. Nucleoside, Nucleosidbasen
und Steroide oder kationische organometallische Verbindungen, z.B.
Cyclopentadienide. Sie sind besonders gut geeignet zur Fluorierung
carbanionischer und/oder aromatischer Substrate, vor allem aromatischer
Substrate mit elektronenentziehenden Substituenten, zum Beispiel Halogen-
oder Nitrosubstituenten.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des Fluorierungaspekts der Erfindung wird ein fluoriertes Steroid
dadurch hergestellt, dass man ein Steroid oder ein geeignetes Derivat
wie ein steroidales Enolacetat oder einen Silylenolether ggfs. in
Gegenwart eines Lösungsmittels
und ggfs. bei erhöhter
Temperatur mit einem Fluorierungsmittel der Formel IA und IB in
Kontakt bringt. Vorzugsweise wird das Steroid von der Position 6 und/oder
12 fluoriert.
-
Die
Verbindungen der Formel IA und IB können isoliert oder ohne Trennung
vom Reaktionsgemisch verwendet werden. Auf Wunsch kann das Reaktionsgemisch
in einen separaten Fluorierungsreaktor eingespeist werden, oder
die Verbindung der Formel IA und IB kann gereinigt oder vor der
Verwendung auf andere Weise behandelt werden.
-
Die
Erfindung wird durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
-
Beispiel 1
-
Herstellung von 1-fluor-2,4,6-tris(trifluormethyl)-1,3,5-triaziniumtriflat
-
2,4,6-Tris(trifluormethyl)-1,3,5-triazin
(0,2 g, 0,7 mMol), Trifluormethansulfonsäure (0,11 g, 0,73 mMol) und
Hexafluorisopropanol (80 cm3) wurden in
einen Strömungsfluorierungsreaktor
eingebracht, gekühlt
(–5°C), kräftig gerührt und
mit einer 1 : 9 Vol.-% Fluor-Stickstoff-Mischung
(Strömungsgeschwindigkeit
von 130 cm3 pro Minute) behandelt, bis das
austretende Gas stark positiv auf Fluor testete (KI). Eine kleine
Probe (10 cm3) der resultierenden farblosen
Reaktionslösung
wurde mit wässrigem
KI auf ihre Oxidationseigenschaften getestet und testete stark positiv.
Die verbleibende Reaktionslösung
wurde unter verringertem Druck verdampft und ergab ein farbloses öliges Material,
das rauchte, wenn es der Einwirkung von Luft ausgesetzt wurde. Das 19F NMR-Spektrum dieses Materials (in CD3CN) enthielt das erwartete OTf– und
CF3 bei δF +0,5–6,0
(s; TFA ref.) ppm sowie eine schwache Absorption bei +28,3 (br.
s), die auf die +NF-Funktion des 1-Fluor-2,4,6-tris(trifluormethyl)-1,3,5-triaziniumtriflats
zurückzuführen ist.
Die Reaktion wurde mehrmals wiederholt, doch es wurde kein reines +NF-Salz isoliert. Dies ist vermutlich auf
die hygroskopische Beschaffenheit des +NF-Salzes
und seine Reaktivität
gegenüber
Wasser zurückzuführen.
-
Beispiel 2
-
(i) Herstellung von 2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triazine
-
Cyanurchlorid
(5,0 g, 27 mMol) wurde tropfenweise zu einer kalten (–5°C) gerührten Lösung von
Natriummethoxid (5,0 g, 93 mMol) in trockenem Methanol (50 cm3) gegeben. Dann ließ man das Gemisch sich auf Raumtemperatur
erwärmen
und hielt es dann 3,0 Stunden am Rückfluss. Das Reaktionsgemisch
wurde filtriert, um anorganische Salze zu isolieren und das von
Lösungsmittel
befreite Filtrat zu erhalten (Rotavapor®). Dabei
entstand ein gebrochen weißer
Feststoff, der in Diethylether (50 cm3)
gelöst
wurde. Die Etherlösung
wurde mit Wasser (3 × 30
cm3) gewaschen, mit Holzkohle behandelt, über MgSO4 getrocknet und schließlich verdampft (Rotavapor®).
Dabei erhielt man reines 2,4,6-Trimethoxy-1,3,5-triazin
(4,3 g, 25 mMol, 93%) als kristallinen weißen Feststoff.
-
Produktanalyse (2,4,6-Trimethoxy-1,3,5-triazin):
-
- Schmelzpunkt 136°C.
Gefunden: C 42,2, H 5,1, N 24,4%.
- Berechnet für
C6H9N3O3: C 42,1, H 5,3, N 24,6%], δ 1H (CDCl3) 4,1 (s,
3 × OCH3) ppm, δ 13C (CDCl3) 175,5 (C=N),
58,4 (s, 3 × OCH3) ppm.
-
(ii) Produktion von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat
-
Ein
homogenes Gemisch aus 2,4,6-Trimethoxy-1,3,5-triazin (0,1 g; 0,85
mMol), Trifluormethansulfonsäure
(0,1 g; 0,6 mMol) und Acetonitril (80 cm3)
wurde in einen Fluorierungsreaktor eingebracht, auf –35°C gekühlt, kräftig gerührt und
dann mit einem 1 : 9 Vol.-% Gemisch von Fluor und Stickstoffgas
bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 130 cm3/min behandelt, bis das austretende
Gas stark positiv auf Fluor testete (wobei man Kaliumiodid verwendete).
-
Die
Lösung
wurde unter verringertem Druck auf 10 cm3 konzentriert
und mit trockenem Dichlormethan (30 cm3)
versetzt. Ein weißes
festes Material wurde durch Saugfiltration erhalten. Man wusch es
mit trockenem Diethylether (30 cm3), trocknete
es im Vakuum und charakterisiertes es durch Elementaranalyse und NMR-Spektroskopie
als 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat.
Das Produkt (1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat) wurde bezogen auf
das Triazinausgangsmaterial in einer Ausbeute von 91% (0,18 g; 0,53
mMol) erhalten.
-
Produktanalyse (1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat):
-
- Schmelzpunkt 186°C;
Gefunden: C 23,4, H 2,5, N 11,8%.
- Berechnet für
C7H9F4N3O6S·H2O: C 23,5, H 3,1, N 11,8%;
- δH (CD3CN, TMS (Trimethylsilan))
4,59 (s, 2 × OCH3), 4,42 (s, OCH3)
ppm.;
- δC (CD3CN) 167,6 (s,
C=N), 156,1 (q, CF3SO3 –,
JCF 276 Hz), 61,2 (s, 2 × OCH3),
59,6 (s, OCH3) ppm; δF (CD3CN, TFA) 18,65 (br s, N+F),
1,72 (s, CF3SO3 –)
ppm.
-
Beispiel 3
-
Herstellung von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat
-
Das
Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterscheid, dass
Hexafluorisopropanol als Lösungsmittel
verwendet und die Reaktion bei –5°C durchgeführt wurde.
Das Produkt (1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat) wurde
mittels Elementaranalyse und NMR-Spektroskopie analysiert und in
einer Ausbeute von 98% erhalten.
-
Beispiel 4
-
Herstellung von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumhexafluorantimonat
-
Das
Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass
die verwendeten Reaktanten 2,4,6-Trimethoxy-1,3,5-triazin (0,5 g;
2,92 mMol) und Hexafluorantimonsäure
(0,69 g; 2,92 mMol) waren und Diethylether (50 cm3)
anstelle von Dichlormethan zur "Aufbereitung" verwendet wurde.
Das Produkt (1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumhexafluorantimonat) wurde
mittels NMR-Spektroskopie und Elementaranalyse charakterisiert und
in einer Ausbeute von 98% (1,22 g; 2,86 mMol) erhalten.
-
Produktanalyse (1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumhexafluorantimonat):
-
- Schmelzpunkt 211°C
(dec). Gefunden: C 17,1, H 1,9, N 9,5, Sb 28.9%.
- Berechnet für
C6H9F7N3O3Sb: C 17,0, H
2,1, N 9,9, Sb 28,6%;
- δH (CD3CH, TMS) 4,59
(s, 2 × OCH3), 4,44 (s, OCH3)
ppm;
- δC (CD3CN) 167,7 (s,
C=N), 61,1 (s, 2 × OCH3), 59,4 (s, OCH3)
ppm;
- δF (CD3CN, TFA) 18,88
(br s, N+F), –20,75 bis –79.96 (Komplex, SbF6 –) ppm.
-
Die
Struktur wurde durch Einkristallröntgenanalyse (Kernabstand:
F-N, 1,354 Å)
bestätigt.
-
Beispiel 5
-
(i) Herstellung von 2,4,6-Trimethyl-1,3,5-triazin
-
Ein
Druckgefäß aus rostfreiem
Stahl (100 cm3) wurde mit trockenem Acetonitril
(10,0 g, 244 mMol) und Yttriumtriflat (1,07 g, 2 mMol) beschickt.
Das Gefäß wurde
gekühlt
(–196°C), evakuiert
und mit wasserfreiem Ammoniak (4,2 cm3,
247 mMol) beschickt, versiegelt und dann 24 Stunden bei 200°C erwärmt. Der
Autoklav wurde auf Raumtemperatur gekühlt, ehe man das flüchtige Material
(unverändertes
Ammoniak) entlüften
ließ. Diethylether
(300 cm3) wurde dem Reaktionsgemisch zugesetzt
und das unlösliche
Material durch Filtration entfernt, in Ethylacetat (30 cm3) gelöst,
mit Wasser (3 × 20
cm3) gewaschen, mit MgSO4 getrocknet
und dann verdampft (Rotavapor®), um 4-Amino-2,6-dimethylpyrimidin
(22,0 g, 179 mMol, 73%) als kristallinen weißen Feststoff zu ergeben.
-
Produktanalyse (4-Amino-2,6-dimethylpyrimidin):
-
- Schmelzpunkt 184°C.
Gefunden: C 58,2, H 7,5, N 34,3%.
- Berechnet für
C6H9N3:
C 58,5, H 7,4, N 34,2%; δH (CD3CH, TMS) 6,0
(s, HC=C), 5,2 (br. s, NH2), 2,2 (s, CH3) und 2,1 (br. s, CH3)
ppm.
-
Die
Rotationsverdampfung der etherischen Lösung ergab 5,0 g (41 mMol,
17%) eines gebrochen weißen
Feststoffs; dieser wurde durch Vakuumsublimierung gereinigt und
ergab reines 2,4,6-Trimethyl-1,3,5-triazin als weißen Feststoff.
-
Produktanalyse (2,4,6-Trimethyl-1,3,5-triazin):
-
- Schmelzpunkt 56°C.
Gefunden: C 58,3, H 7,6 N 33,8%.
- Berechnet für
C6H9N3:
C 58,5, H 7,3, N 34,2%; δH (CD3CN3,
TMS) 2,52 (s, 3 × CH3) ppm; δC (CDCl3) 176,3 (s, C=N),
25,8 (s, CH3) ppm.
-
(ii) Herstellung von 1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triaziniumtriflat
-
Das
Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass
die verwendeten Reaktanten 2,4,6-Trimethyl-1,3,5-triazin (0,1 g)
und Trifluormethansulfonsäure
(0,12 g) waren. Das Produkt (1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triaziniumtriflat)
wurde mittels Elementaranalyse und NMR-Spektroskopie als hexahydratisiertes
1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triaziniumtriflat
charakterisiert und in einer Ausbeute von 68% erhalten.
-
Produktanalyse (1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triaziniumtriflat):
-
- Schmelzpunkt 205°C
(dec); Gefunden: C 21,8, H 3,0, N 9,7%.
- Berechnet für
C7H9F4N3O3S·6H2O: C 21,1, H 5,3, N 10,5%;
- δH (CD3CN, TMS) 2,4
(d., 2 × CH3), 2,1 (s, CH3)
ppm;
- δC (CD3CN) 178,4 (s,
C=N), 168,6 (q, CF3 JCF 287,3
Hz), 26,6 (s, 2 × CH3), 23,5 (s, CH3)
ppm;
- δF (CD3CN3,
TFA) 1,43 (s, CF3) 19,2 (br s, N+F) ppm.
-
Beispiele 6 bis 15
-
Herstellung einer Vielzahl
von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumsalzen
-
Unter
Verwendung unterschiedlicher Säuren
und mit unterschiedlichen Verhältnissen
von Säure
zu Substrat wurden verschiedene Salze hergestellt, wie in Tabelle
1 aufgeführt.
Zur Herstellung dieser Salze bediente man sich des Verfahrens von
Beispiel 2. Tabelle
1
- a) bestimmt durch 1H und 19F NMR
- b) isoliertes Material
-
Wie
Tabelle 1 zeigt, wurde die Ausbeute an 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumsalzen
durch die bei der Synthese verwendete Mengte an Brönsted-Säure beeinflusst.
Wenn man ein Moläquivalent
der Trifluormethansulfonsäure
von 1,5 oder weniger verwendete, erhielt man das einfache Triflatsalz
des Triazins in hoher Ausbeute. Jedoch nahm bei Verwendung von mehr
als 1,5 Moläquivalenten
der Trifluormethansulfonsäure die
Ausbeute des +N-F-Salzes stark ab, und es
wurde hauptsächlich
das +N-H-Salz hergestellt. Ähnliche
Ergebnisse erhielt man für
andere Säuren.
-
Beispiel 16
-
Fluorierung von Phenyllithium
unter Verwendung von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat
-
1
Mol Phenyllithium (in trockenem Diethylether) wurde bei einer Temperatur
von etwa –70°C tropfenweise
zu einer gerührten
Suspension von 1 Mol 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat in trockenem
Diethylether gegeben. Das Gemisch wurde 2 Stunden gerührt und
sich dann über
Nacht unter kontinuierlichem Rühren
langsam auf Raumtemperatur erwärmen
gelassen. Der Rückstand
wurde durch 19F NMR-Spektroskopie (in CDCl2;
TFA ref.) analysiert und zeigte die charakteristische Absorption
für Fluorbenzol
bei δF = –36,2 ppm.
-
Versuche,
Benzol oder Methoxybenzol unter Verwendung von 1-Fluor-2,4,6-trimethoxy-1,3,5-triaziniumtriflat
oder 1-Fluor-2,4,6-trimethyl-1,3,5-triaziniumtriflat unter ähnlichen
Bedingungen zu fluorieren, wie sie in Beispiel 16 erfolgreich zur
Fluorierung von Phenyllithium eingesetzt worden waren, blieben erfolglos.