DE60201007T2

DE60201007T2 - Synthese zur herstellung von 1,4-diketopyrrolo[3,4-c]pyrrolen

Info

Publication number: DE60201007T2
Application number: DE60201007T
Authority: DE
Inventors: Richard Terence CHAMBERLAIN; Estate Of Craig Thornley By Jack The
Original assignee: Sun Chemical Corp
Current assignee: Sun Chemical Corp
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2022-01-05
Also published as: DE60201007D1; EP1349860A2; WO2002068422A3; EP1349860B1; US6388093B1; WO2002068422A2

Description

Die Erfindung betrifft Synthesen zur Herstellung von 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrolen, welche als Pigmente oder Zwischenstufen bei der Färbung von Kunststoffen, Farben und Druckfarben verwendbar sind.
Nach dem Stand der Technik besteht eine Vielfalt von Synthesen zur Herstellung von 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrolen der allgemeinen Formel:
wobei R₁ bis R₄ gebräuchlich verwendete Substituentengruppen, wie Alkylreste oder Wasserstoff sind. Zum Beispiel offenbart U.S.-Patent-Nr. 4,415,685 die Herstellung eines 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols, wobei R₁ und R₃ Wasserstoffe sind und R₂ und R₄ Phenylreste sind, durch Erhitzen von Benzonitril mit Bromessigester und Zink in Toluol. In einer anderen Ausführungsform werden 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrolderivate, wobei R₂ und R₄ verschieden sind, durch aufeinander folgendes Einführen der Substituentengruppen oder durch Umwandeln vorher vorhandener Vorstufen der Substituentengruppen durch Halogenierung, Acylierung, Sulfochlorierung, usw., welche von einer Umsetzung des Sulfochlorids zum Beispiel mit einem Amin, Alkohol oder Phenol gefolgt werden können, hergestellt.
U.S.-Patent-Nr. 4,579,949 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung strukturell ähnlicher Pyrolopyrrole, wobei R₂ und R₄ jeweils unabhängig voneinander isocyclische oder heterocyclische Aromaten sind, durch Umsetzen von Disukzinat mit einem Nitril der allgemeinen Formel R₂-CN oder R₄-CN in einem organischen Lösungsmittel und einer starken Base bei erhöhten Temperaturen, gefolgt von einem Hydrolyseschritt.
U.S.-Patent-Nr. 4,931,566 stellt eine Verbesserung dar gegenüber dem in U.S.-Patent-Nr. 4,579,949 beschriebenen Verfahren, wobei der Hydrolyseschritt in Stufen durchgeführt wird.
U.S.-Patent-Nr. 4,659,775 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dieser Pyrrolopyrrole durch Umsetzen eines Aminoesters oder Pyrrolinons, welche den R₂-Substituenten enthalten, mit einem Nitril der allgemeinen Formel R₄-CN, wobei R₄ einen Alkyl- oder Aralkylrest oder einen isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten bedeutet, in einer starken Base und einem organischen Lösungsmittel.
U.S. Patent-Nr. 4,585,878 beschreibt zwei Verfahren zur Herstellung N-substituierter 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole. Das erste beinhaltet Umsetzen eines 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols, wobei R₁ und R₃ Wasserstoff sind, mit einer Verbindung, welche die R₁ und R₃ ersetzenden Reste als Abgangsgruppen enthält, in einem organischen Lösungsmittel. Das zweite Verfahren beinhaltet Umsetzen einer Verbindung der Formel R₂-CH=N-R₃ oder R₄-CH=N-R₁ oder beider mit einem Bernsteinsäurediester in einer Base und einem organischen Lösungsmittel, dann Dehydrieren des so erhaltenen Produkts.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Synthese zur Herstellung asymmetrischer oder symmetrischer 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole aus einem oder mehreren β-Ketoamiden bereitzustellen.
Die erste Synthese der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Umsetzung zwischen einem halogenierten β-Ketoamid und einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz eines β-Ketoamids, um ein Succinamid herzustellen, welches dann in Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids erhitzt wird, um ein 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herzustellen.
Die zweite Synthese der vorliegenden Erfindung beinhaltet oxidatives Dimerisieren eines Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzes eines β-Ketoamids, um ein Succinamid zu bilden, welches dann in Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids erhitzt wird, um ein 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herzustellen.
Ein Vorteil der Synthesen der vorliegenden Erfindung ist die Flexibilität insofern, dass eine breite Vielfalt von entweder symmetrischen oder asymmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4- c]pyrrolen hergestellt werden kann.
In einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Synthese zur Herstellung eines asymmetrischen oder symmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols der Formel I:
wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind; wobei die Synthese die folgenden Schritte umfasst:
(a) Umsetzen eines β-Ketoamids entweder der Formel II:
wobei R₁ und R₄ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind
oder eines β-Ketoamids der Formel III:
wobei R₂ und R₃ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzen ausgewählt sind;
(b) Halogenieren eines β-Ketoamids der Formel II oder der Formel III, wodurch ein halogeniertes β-Ketoamid gebildet wird;
(c) Umsetzen des Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzes mit dem halogenierten β-Ketoamid, wodurch ein Succinamid der Formel IV gebildet wird:
wobei R₁ bis R₄ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind;
(d) Erhitzen des Succinamids der Formel IV in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids.
In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung eine Synthese zur Herstellung eines symmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols, entsprechend der Formel V:
wobei R₁ und R₂ wie vorstehend definiert sind;
wobei die Synthese die folgenden Schritte umfasst:
(a) Umsetzen eines β-Ketoamids, entsprechend der Formel II:
wobei R₂ und R₁ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind, mit einer starken Base, wodurch ein Alkali- oder Erdalkalimetallsalz gebildet wird;
(b) oxidatives Dimerisieren des Alkali- oder Erdalkalimetallsalzes, wobei ein Succinamid der Formel VI gebildet wird:
wobei R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind; und
(c) Erhitzen des Succinamids der Formel IV in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids, um Ringschluss zu bewirken.
Schritt (a) der asymmetrischen oder symmetrischen Synthese der vorliegenden Erfindung umfasst Umsetzen eines β-Ketoamids, entsprechend entweder der Formel II oder III, mit einer starken Base, um ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz des β-Ketoamids zu bilden. Diese Umsetzung kann in einem nicht-reaktiven organischen Lösungsmittel bei Temperaturen von etwa 20 bis etwa 140°C, stärker bevorzugt 20 bis 100°C durchgeführt werden. Die bestimmte, zur Bildung des Metall-β-Ketoamidsalzes gebrauchte Temperatur, wird von der erforderlichen Temperatur zum Lösen des Amids abhängen.
Geeignete nicht-reaktive organische Lösungsmittel schließen n-Octan, n-Decan, Benzol, Ethylbenzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Decalin und dergleichen ein.
Beispiele der starken Base schließen Alkalimetallhydroxide wie Natrium-, Kalium- und Lithiumhydroxid; Erdalkalimetallhydroxide wie Calcium und Magnesiumhydroxid; Alkalimetallamide wie Natrium-, Kalium- und Lithiumamid, -diethylamid, -diisopropylamid oder -isopropylcyclohexylamid; und Alkalimetallhydride wie Natrium-, Kalium- oder Lithiumhydrid, ebenso wie Alkalimetall- oder Erdalkalimetallalkoholate, welche aus primären, sekundären oder tertiären C₁-C₁₀-Alkoholen abgeleitet sind, z. B. Natrium-, Kalium- oder Lithiummethylat, -ethylat, -n-propylat, -isopropylat, -n-butylat, -sec-butylat, -tert-butylat, -2-methyl-2-butylat, -2-methyl-2-pentylat, -3-methyl-3-pentylat, -3-ethylpentylat oder Alkalimetall- oder Erdalkalimetallphenolate, o-Alkyl-substituierte Phenolate, wie Natrium- oder Kalium-o-cresolat ein.
Es ist bevorzugt, ein Alkalimetallamid, -hydrid oder -alkoholat zu verwenden, um ein Metallamidsalz zu bilden und es ist insbesondere bevorzugt, dass das Alkalimetall Natrium oder Kalium ist. Wenn Alkoholate eingesetzt werden, ist es bevorzugt, dass sich die Alkoholeinheit von einem sekundären oder tertiären Alkohol, wie Isopropylalkohol, sec- oder tert-Butylalkohol und tert-Amylalkohol ableitet. Falls gewünscht, können die Alkalimetallalkoholate in situ durch Umsetzen des geeigneten Alkohols mit dem gewünschten Alkalimetall, Alkalimetallhydrid oder Alkalimetallamid hergestellt werden.
Das Ausgangsmaterial für Schritt (a) der ersten Synthese ist ein β-Ketoamid entweder der Formel II:
oder der Formel III:
wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind.
Ein wesentlicher Vorteil der hier offenbarten Synthesen besteht darin, dass sie sehr vielseitig sind. Im Besonderen ist die Auswahl der C₁-C₂₀-Reste für R₁, R₂, R₃ und R₄ nahezu unbegrenzt. Derartige Auswahlen schließen substituierte und unsubstituierte gerade und verzweigte Ketten, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste, Cycloalkylreste, Aralalkylreste, isocyclische Aromaten und heterocyclische Aromaten ein. Vorzugsweise werden R₁ und R₃ unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₆-C₁₄-Aryl- oder Aralkylresten ausgewählt und R₂ und R₄ werden unabhängig voneinander aus C₆-C₁₄-Aryl- oder Aralkylresten ausgewählt.
Als Alkylreste sind C₁-C₁₀-Alkylreste die bevorzugten Auswahlen, insbesondere sind C₁-C₁₆-Alkylreste, wie ein Methyl, Ethyl, Isopropyl, sec-Butyl, tert-Butyl, tert-Amyl, Cyclohexyl, Octyl, Decyl, Dodecyl, Stearyl und dergleichen bevorzugt. Die Aralkylrestsubstituenten sind vorzugsweise jene, welche einen verzweigten oder unverzweigten C₁-C₁₂-Alkylrest oder Alkenylrest enthalten, vorzugsweise C₁-C₆ und insbesondere bevorzugt sind C₁-C₄- und mono- bis tetracyclische Arylreste, z. B. Benzyl, Phenylethyl, usw..
Die isocyclischen Aromatensubstituenten können mono- bis tetracyclische Reste sein, z. B. Phenyl, Biphenyl, Naphthyl, usw.. Im Fall der heterocyclischen Aromaten, können diese mono-, di- oder tricyclisch sein und können rein heterocyclisch, z. B. O-heterocyclisch, N-heterocyclisch oder S-heterocyclisch sein oder können einen oder mehrere kondensierte Benzolringe enthalten, Beispiele schließen Pyridyl, Pyrimidyl, Pyrazinyl, Triazinyl, Furyl, Pyrrolyl, Thiophenyl, Chinolyl, Cumarinyl, Benzofuranyl, Benzimidazolyl, Benzoxazolyl, Dibenzfuranyl, Benzothiophenyl, Dibenzothiophenyl, Indolyl, Carbazolyl, Pyrazolyl, Imidazolyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Thiazolyl, Indazolyl, Benzthiazolyl, Pyridazinyl, Cinnolyl, Chinazolyl, Chinoxalyl, Phthalazinyl, Phthalazindionyl, Phthalamidyl, Chromonyl, Naphtholactamyl, Chinolonyl, o-Sulfobenzimidyl, Maleinimidyl, Nphtharidinyl, Benzimidazolonyl, Benzoxazolonyl, Benzthiazolonyl, Benzthiazothionyl, Chinazolonyl, Chinoxalonyl, Phthalazonyl, Dioxopyrimidinyl, Pyridonyl, Isoquinolonyl, Isoquinolinyl, Isothiazolyl, Benzisoxazolyl, Benzisothiazolyl, Indazolonyl, Acridinyl, Acridonyl, Chinazolindionyl, Chinoxalindionyl, Benzoxazindionyl, Benzoxazinonyl und Naphthalimidyl ein.
Sowohl die isocyclischen als auch die heterocyclischen Aromaten können die gebräuchlichen Substituenten, wie Halogenatome; verzweigte oder unverzweigte C₁-C₂₀-Alkylreste, welche wiederum Substituenten wie Halogen, Hydroxyl, Cyano, -OCOR, -OR, -COOR, -CONR, -R-OCONHR, usw. aufweisen können; Ethergruppen; Mercaptogruppen; Cyano; Aminogruppen; Estergruppen; Ketongruppen; Amidgruppen; Urethangruppen; Ureidogruppen; Sulfonylaminogruppen; Sulfonylgruppen; Carbamoylgruppen; -SO₂OR-Gruppen; Sulfamoylgruppen und dergleichen enthalten.
Die β-Ketoamid-Ausgangsmaterialien können durch einige bekannte Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein geeignetes β-Ketoamid durch Umsetzung eines geeigneten β-Ketoesters und eines geeigneten primären Amins hergestellt werden. Ein geeigneter β-Ketoester würde eine chemische Struktur, entsprechend der Formel VIII, aufweisen:
wobei R₂ dieselbe Definition wie R₂ in Formel III aufweist, und R' ein verzweigter oder gerader C₁-C₂₀-Alkylrest, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, n-Amyl, Isoamyl, n-Octyl, n-Decyl, Isodecyl, Dodecyl und Hexadecyl ist; und stärker bevorzugt ein geradkettiger C₁-C₆-Rest, wie Methyl, Ethyl, Propyl oder Isopropyl ist.
β-Ketoester können durch die gut bekannte Claisen-Acylierung hergestellt werden, veranschaulicht durch die Umsetzung: (R₂)COCH₃ + (R₁)₂CO → (R₂)COCH₂CO₂(R₁) + (R₁)OH wobei R₁ und R₂ wie vorstehend definiert sind.
Der β-Ketoester kann mit einem primären Amin, mit der Formel H₂N-R₃, wobei R₃ wie vorstehend in Formel III definiert ist, umgesetzt werden, um das gewünschte β-Ketoamid herzustellen. Die Umsetzung des β-Ketoesters und des primären Amins kann bei Temperaturen von etwa 40° bis etwa 150°C, stärker bevorzugt von etwa 60° bis etwa 100°C und in der Gegenwart eines nicht-reaktiven aliphatischen oder aromatischen Lösungsmittels durchgeführt werden. Die Umsetzung weist typischerweise eine Dauer von etwa 0,5 bis 3 h auf.
Geeignete nicht-reaktive aliphatische oder aromatische Lösungsmittel schließen Kohlenwasserstoffe, wie n-Octan, n-Decan, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Chlorbenzol, Xylol und Decalin ein.
In einer anderen Ausführungsform kann das gewünschte β-Ketoamid-Ausgangsmaterial durch Umsetzen eines Ketons und eines Isocyanats hergestellt werden, wie nachstehend veranschaulicht: R²COCH₃ + O=C=NR³ → β-Ketoamid wobei R² und R³ wie vorstehend definiert sind.
Die Umsetzung des Ketons und des Isocyanats wird typischerweise in der Gegenwart eines nicht-reaktiven Verdünnungsmittels durchgeführt.
Schritt (b) der ersten Synthese umfasst Halogenieren eines β-Ketoamids von entweder Formel II oder Formel III, welches vorstehend in Schritt (a) nicht in ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz umgewandelt wurde, wodurch ein halogeniertes β-Ketoamid, entsprechend entweder Formel IX:
oder Formel X gebildet wird:
wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils dieselben Definitionen wie in den Formeln II und III aufweisen und X ein Halogenatom, wie Fluor, Chlor, Brom oder Iod ist.
Das Halogenierungsmittel kann Chlor, Brom oder Iod sein und die Halogenierungsreaktion kann bei Temperaturen von etwa 40° bis etwa 150°C in der Gegenwart eines inerten Lösungsmittels durchgeführt werden.
Geeignete Beispiele inerter Lösungsmittel schließen Carbonsäuren und Ester, wie Essigsäure und Ethylacetat; C₁-C₆-Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol und sec-Butanol; und Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Benzol und Chlorbenzol ein.
Schritt (c) der ersten Synthese umfasst Umsetzen des in Schritt (a) gebildeten Alkali- oder Erdalkalimetallsalzes mit dem in Schritt (b) gebildeten, halogenierten β-Ketoamid, wodurch ein Succinamid, entsprechend der Formel IV gebildet wird:
wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ wie vorstehend definiert sind.
Diese Umsetzung findet bei Temperaturen im Bereich von etwa 40° bis etwa 150°C und in der Gegenwart eines nicht-reaktiven Lösungsmittels wie n-Octan, n-Decan, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol, Chlorbenzol und Decalin leicht statt.
Schritt (d) der ersten Synthese ist ein Ringschluss, welcher Erhitzen des in Schritt (c) hergestellten Succinamids in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids umfasst, um dadurch ein 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herzustellen. Die Umsetzung wird im Allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von etwa 80 bis etwa 250°C, stärker bevorzugt von etwa 100 bis etwa 220°C, in der Gegenwart eines nicht-reaktiven organischen Lösungsmittels, wie n-Octan, n-Decan, Benzol, Toluol, Dimethylformamid, Dihydroxyaceton, Sulfolen, Ethylbenzol, Xylol, Chlorbenzol und Decalin durchgeführt. Die bevorzugte Lewis-Säure ist Zinkchlorid, Zinkacetat, Aluminumtrichlorid oder Bortrifluorid; das bevorzugte Säurechlorid ist ein C₆-C₁₄-Sulfonylchlorid, Phosphoroxychlorid oder Phosphorylbromid.
Die vorstehend beschriebene Synthese wird ein „asymmetrisches" 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herstellen, wobei R₂ und R₄ immer verschieden sind. Ein gewöhnlicher Fachmann wird leicht verstehen, dass ein „symmetrisches" 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol hergestellt werden kann, wenn ein einzelnes β-Ketoamid (d. h., wobei R₂ mit R₄ identisch ist), für sowohl Schritt (a) als auch Schritt (b) verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung schließt eine zweite Synthese ein, welche auf die Herstellung eines symmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols gerichtet ist, entsprechend der Formel V:
wobei R₁ und R₂ unabhängig voneinander aus Wasserstoff oder C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind. Diese zweite Synthese schließt die Schritte ein:
(a) Umsetzen eines β-Ketoamids, entsprechend der Formel VI:
wobei R₂ und R₁ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind; mit einer starken Base, um ein korrespondierendes Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz zu bilden;
(b) oxidatives Dimerisieren des Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzes, um ein Succinamid zu bilden, entsprechend der Formel VI:
wobei R₁ und R₂ wie vorstehend definiert sind;
(c) Erhitzen des Succinamids in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids, um dadurch ein symmetrisches 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herzustellen.
Schritt (a) der zweiten Synthese entspricht Schritt (a) der ersten Synthese der vorliegenden Erfindung.
Schritt (b) der zweiten Synthese kann unter Verwendung eines Halogens, wie Chlor, Brom oder Iod bei Temperaturen von etwa 20° bis etwa 100°C, vorzugsweise von etwa 20°C bis 60°C durchgeführt werden. Die Umsetzung wird vorzugsweise in der Gegenwart eines nicht-reaktiven Lösungsmittels, wie n-Hexan, n-Octan, n-Decan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Chlorbenzol und Decalin durchgeführt.
Schritt (c) der zweiten Synthese beinhaltet Erhitzen des aus Schritt (b) erhaltenen Succinamats, wie in Schritt (d) der ersten Synthese beschrieben.
Die 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrole, welche durch die Synthese der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, sind als Pigmente und Pigment-Zwischenstufen zum Färben von Kunststoffen, Harzen, Farben, Lacken und Druckfarben unter Verwendung von Verfahren und Geräten, welche gewöhnlichen Fachleuten gut bekannt sind, verwendbar.
Besondere Ausführungsformen der Synthesen der vorliegenden Erfindung werden noch ausführlicher in den folgenden Beispielen offenbart. Die Beispiele sind nur illustrativ und sollen deren Umfang in keiner Hinsicht begrenzen. Alle angegeben Teile und Prozentwerte sind in Gewichtsprozent, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1 Herstellung eines β-Ketoesters
Ein Gemisch aus Dimethylcarbonat (28,5 g, 0,31 Mol) und Natriumhydrid (11,21 g, 80 Vol.-% Suspension, 0,37 Mol) in Toluol (200 ml) wurde auf 100°C erwärmt, um das Natriumsalz eines Dimethylcarbonats zu bilden. Eine Lösung aus 4'-Methoxyacetophen (38,20 g, 0,25 Mol) in Toluol (20 ml) wurde portionsweise für über 1 h zugegeben. Das Gemisch wurde dann unter Rückfluss für 3 h erhitzt. 34 ml flüchtige Bestandteile wurden gesammelt und man ließ die Lösung abkühlen. Die Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, mit Toluol und Heptan gewaschen, dann getrocknet, um ein Methyl-2-natrium-2-(4'-methoxybenzoyl)acetat-Salzprodukt zu ergeben (44,60 g, 77 Gew.-%).
Beispiel 2 Herstellung eines β-Ketoamids
Eine Lösung des in Beispiel 1 hergestellten Methyl-2-natrium-2(4'-methoxybenzoyl)acetat-Salzes (44,60 g, 0,194 Mol) und 4-Toluidin (20,85 g, 0,195 Mol) in Xylol (300 ml) wurde über 1 h gerührt und erhitzt. Eisessig (11,7 g, 0,195 Mol) in Xylol (100 ml) wurde zugegeben, wodurch bewirkt wurde, dass das Gemisch viskos wurde. Das Gemisch wurde dann unter Rückfluss für 6 h erhitzt und man ließ es auf Raumtemperatur abkühlen. Xylol (200 ml) wurde zugegeben, um die Viskosität des Gemisches zu verringern. Diese Lösung wurde unter Rückfluss für 4 h erhitzt und man ließ sie auf Raumtemperatur abkühlen. Das erhaltene feste N-(4'-Methoxybenzoylacetyl)-4-methylanilin-Produkt wurde durch Filtration gesammelt und mit Toluol und Heptan gewaschen. Nach Entfernung des übrig gebliebenen organischen Lösungsmittels durch Trocknen wurde das feste Produkt mit Wasser (250 ml) resuspendiert und gerührt. Das feste Produkt wurde durch Filtration gesammelt und getrocknet (7,13 g, 13%); Schmelzpunkt 122–126°C. Das Lösungsmittel wurde vom Filtrat entfernt. Der Rückstand kristallisierte beim Stehen lassen und wurde in Ethanol umkristallisiert, um ein zusätzliches gereinigtes festes Produkt (6,83 g, 12 Gew.-%) zu ergeben; Schmelzpunkt 127–130°C.
Beispiel 3 Herstellung eines β-Ketoamids
Ein Gemisch aus der Ethylbenzoylacetat-β-Ketoester-Vorstufe (53,39 g, 0,25 Mol) und 3,5-Xylidin (30,45 g, 0,25 Mol) in Xylol (125 ml) wurde unter Rückfluss für 12 h erhitzt. Man ließ die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen, dann wurde Heptan (250 ml) unter kräftigen Rühren zugegeben. Das Gemisch wurde dann für 30 min beiseite gestellt. Die ausgefallenen Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt und mit Heptan gewaschen. Die Konzentration der Mutterlauge (bis auf ungefähr ein Viertel Volumen) folgte. Heptan (300 ml) wurde wieder zugegeben, um zusätzliche Feststoffe zu ergeben. Die vereinigten Feststoffe wurden getrocknet (70–80°C), um das N-(Benzoylacetyl)-3,5-dimethylanilinprodukt (46,27 g, 69 Gew.-%) herzustellen.
Beispiel 4 Herstellung eines halogenierten β-Ketoamids
Ein Gemisch aus N-(Benzoylacetyl)-3,5-dimethylanin (26,7 g, 0,10 Mol) und wasserfreiem Natriumacetat (9,38 g, 0,11 Mol) in Eisessig (250 ml) wurde unter Hitze gerührt, bis die Suspension, welche sich bildete, homogen wurde. Eine Lösung aus Brom (5,9 ml, 0,115 Mol) in Eisessig (140 ml) wurde tropfenweise über 30 min. zugegeben. Das Gemisch wurde klar und wurde bei Raumtemperatur für 90 min. gerührt, während dieser Zeit begann sich ein Niederschlag zu bilden. Das Gemisch und der Niederschlag wurden zu Wasser (800 ml) gegeben. Eine gelartige Masse wurde erhalten und durch Dekantieren gesammelt, dann in Ethanol (250 ml) aufgenommen. Diese Lösung wurde für 12 h beiseite gestellt und etwas Niederschlag bildete sich. Der Rest der Feststoffe wurde durch langsames Zugeben von Wasser (250 ml) ausgefällt. Die Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, mit Wasser gewaschen und unter Vakuum für 24 h getrocknet (70°C), um ein N-(2-Benzoyl-2-bromacetyl)-3,5-dimethylanilinprodukt (31,06 g, 90 Gew.-%) zu ergeben; Schmelzpunkt 115–121°C.
Beispiel 5 Herstellung eines Succinamids
Das N-(4'-Methoxybenzoylacetyl)-4-methylanilin aus Beispiel 2 (1,44 g, 5,09 mMol) wurde zu einem gerührten Gemisch aus Kalium-tert-butoxid (0,59 g, 5,00 mMol) in Dimethoxysulfonsäure (10 ml) gegeben und bei Raumtemperatur für 15 min. gerührt. Das N-(2-Benzoyl-2-bromacetyl)-3,5-dimethylanilin aus Beispiel 1 (1,73 g, 5,00 mMol) wurde zugegeben und das Gemisch wurde dann für 6 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösung wurde in Wasser (60 ml) gegossen. Der so erhaltene Niederschlag wurde durch Filtration gesammelt, mit Wasser (50 ml) gewaschen und ofengetrocknet (2,10 g, 77 Gew.-%), Schmelzpunkt 174–78°C (Zersetzung). (Vorherige Probe, Schmelzpunkt 220–222°C).
Beispiel 6 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol
Ein Gemisch aus dem Succinamid aus Beispiel 5 (0,27 g, 0,5 mMol) und Toluol (15 ml) wurde unter Rückfluss für 1 h erhitzt, um azeotropes Wasser zu entfernen. Die Suspension, welche sich bildete, ließ man abkühlen und wurde unter Calciumchlorid getrocknet, um Wasser zu entfernen. Phosphoroxychlorid (0,53 g, 3,5 mMol) wurde dann zugegeben. Das Gemisch wurde zum Rückfluss erhitzt und innerhalb von 10 Minuten wurden die Feststoffe gelöst und die gesamte Lösung wurde dunkelrot. Diese dunkelrote Lösung wurde unter Rückfluss für 1 h erhitzt und man ließ sie auf Raumtemperatur abkühlen. Das Lösungsmittel wurde unter Vakuum entfernt und der so erhaltene dunkle Rückstand wurde mit Methanol titriert. Die Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, mit Methanol gewaschen und getrocknet, um ein oranges 1,4-Diketo-2-(3'5'-dimethylphenyl))-3(4''-methoxyphenyl)-5-(4'-methylphenyl)-6-phenylpyrrolo[3,4-c]pyrrolprodukt (0,04 g, 16 Gew.-%) zu ergeben; Schmelzpunkt 298–310°C.
Beispiel 7 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol
Ein Gemisch aus dem in Beispiel 5 hergestellten Succinamid (3,0 g, 6,8 mMol), Phosphoroxychlorid (2,00 g, 13 mMol) und Toluol (50 g) wurde unter Rückfluss für 1 h erhitzt. Man ließ das Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen und die so erhaltenen Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, mit Toluol und Methanol gewaschen und getrocknet, um ein gelbes 1,4-Diketo-2,3,5,6-tetraphenylpyrrolo[3,4-c]pyrrolprodukt (2,12 g, 76%) zu ergeben, Schmelzpunkt > 300°C.
(Berechnete analytische Ausbeute für C₃₀H₂₀N₂O₂: C, 81,82; H, 4,55; N, 6,36. Gefunden: C, 81,62; H, 4,81; N, 6,36)
Beispiel 8 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol
Ein Gemisch aus dem in Beispiel 5 hergestellten Succinamid (3,0 g, 5,6 mMol), Zinkacetatdihydrat (2,45 g, 11,2 mMol) und N-Methylpyrrolidinon wurde unter Rückfluss für 5 h erhitzt. Die so erhaltenen Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, nacheinander mit dem N-Methylpyrrolidinonlösungsmittel und Methanol gewaschen und getrocknet, um ein oranges 1,4-Diketo-2,5-di(4'-methoxyphenyl)-3,6-diphenylpyrrolo[3,4-c]pyrrol-Feststoffprodukt (1,29 g, 46%) zu ergeben; Schmelzpunkt > 300°C.
(Analyse berechnet für C₃₂H₂₄N₂O₄: C, 76,80; H, 4,8; N, 5,60. Gefunden: C, 76,76; H, 5,00; N, 5,49.).
Beispiel 9 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol
Ein Gemisch aus dem Beispiel 5 hergestellten Succinamid (52,44 g, 93 mMol), Zinkacetatdihydrat (51,64 g, 0,235 mol) und N-Methylpyrrolidinon (400 g) wurde unter Rückfluss für 7 h erhitzt. Die so erhaltenen Feststoffe wurden durch Filtration gesammelt, nacheinander mit Wasser und Methanol gewaschen, dann getrocknet, um ein gelb-oranges 1,4-Diketo-2,5-di(4'-methoxyphenyl)-3,6-di-(4'-methylphenyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrolprodukt (25,34 g, 52%) zu ergeben; Schmelzpunkt > 300°C. (Analyse berechnet für C₃₄H₂₈N₂O₄: C, 77,27; H, 5,30; N, 5,30. Gefunden: C, 77,17; H, 5,31; N, 5,21).
Jene Fachleute, welche im Besitz der Vorteile aus den Lehren der vorliegenden Erfindung, wie hier vorstehend dargelegt, sind, können daran zahlreiche Abwandlungen vornehmen. Diese Abwandlungen sind dahin auszulegen, dass sie im Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, umfasst sind.

Claims

Synthese zur Herstellung eines asymmetrischen oder symmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols der Formel I:
wobei R₁, R₃, R₂ und R₄ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt sind; wobei die Synthese die folgenden Schritte umfasst: (a) Umsetzen eines β-Ketoamids entweder der Formel II:
oder, alternativ dazu, eines β-Ketoamids der Formel III:
mit einer starken Base, um ein Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz zu bilden, wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ wie vorstehend definiert sind; (b) Halogenieren eines β-Ketoamids entweder der Formel II oder der Formel III, wodurch ein halogeniertes β-Ketoamid gebildet wird; (c) Umsetzen des in Schritt (a) gebildeten Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalzes mit dem halogenierten β-Ketoamid, wodurch ein Succinamid der Formel IV:
gebildet wird, wobei R₁, R₂, R₃ und R₄ wie vorstehend definiert sind; (d) Erhitzen des Succinamids in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids, um das 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrol herzustellen.
Synthese nach Anspruch 1, wobei R₁ und R₃ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₆-C₁₄-Arylresten und C₆-C₁₄-Aralkylresten ausgewählt sind.
Synthese nach Anspruch 1, wobei R₂ und R₄ jeweils unabhängig voneinander aus C₆-C₁₄-Arylresten und C₆-C₁₄-Aralkylresten ausgewählt sind.
Synthese nach Anspruch 1, wobei R₂ von R₄ verschieden ist.
Synthese nach Anspruch 1, wobei R₂ die gleiche Bedeutung wie R₄ hat.
Synthese nach Anspruch 1, wobei die starke Base aus Alkalimetallhydroxiden, Erdalkalimetallhydroxiden, Alkalimetallamiden, Alkalimetallhydriden, Alkalimetallalkoholaten, Erdalkalimetallalkoholaten, Alkalimetall- und Erdalkalimetallphenolaten ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 6, wobei die starke Base aus Alkalimetallamiden, Alkalimetallhydriden, Alkalimetallalkoholaten und Erdalkalimetallalkoholaten ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) bei einer Temperatur von etwa 40°C bis etwa 150°C in der Gegenwart eines nicht-reaktiven organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.
Synthese nach Anspruch 1, wobei die Lewis-Säure aus Zinkchlorid, Zinkacetat, Aluminiumtrichlorid und Bortrifluorid ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 1, wobei das Säurechlorid aus C₆-C₁₄-Sulfonylchloriden, Phosporyloxychlorid und Phosphoryloxybromid ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) bei einer Temperatur von etwa 80°C bis etwa 250°C in der Gegenwart eines nicht-reaktiven organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.
Synthese zur Herstellung eines symmetrischen 1,4-Diketopyrrolo[3,4-c]pyrrols der Formel V:
wobei R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₁-C₂₀-Alkylresten, Cycloalkylresten, Aralkylresten oder isocyclischen oder heterocyclischen Aromaten ausgewählt ist; und wobei die Synthese die folgenden Schritte umfasst: (a) Umsetzen eines β-Ketoamids der Formel VI:
wobei R₂ und R₁ wie vorstehend definiert sind; mit einer starken Base, wodurch ein Alkali- oder Erdalkalimetallsalz gebildet wird; (b) oxidatives Dimerisieren des Alkali- oder Erdalkalimetallsalzes, wobei ein Succinamid der Formel VII gebildet wird:
wobei R₁ und R₂ wie vorstehend definiert sind; (c) Erhitzen des Succinamids in der Gegenwart einer Lewis-Säure oder eines Säurechlorids, um Ringschluß zu bewirken.
Synthese nach Anspruch 12, wobei R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander aus Wasserstoff, C₆-C₁₄-Arylresten und Aralkylresten ausgewählt sind.
Synthese nach Anspruch 12, wobei Schritt (b) in der Gegenwart von Chlor, Brom oder Iod bei einer Temperatur im Bereich von etwa 20°C bis etwa 100°C durchgeführt wird.
Synthese nach Anspruch 12, wobei die Lewis-Säure aus Zinkchlorid, Zinkacetat, Aluminiumtrichlorid und Bortrifluorid ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 11, wobei das Säurechlorid aus C₆-C₁₄-Sulfonylchloriden, Phosphoryloxychlorid und Phosphoryloxybromid ausgewählt ist.
Synthese nach Anspruch 11, wobei Schritt (c) bei Temperaturen im Bereich von etwa 80°C bis etwa 250°C in der Gegenwart eines nicht-reaktiven organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.