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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mildes und industriell
anwendbares Verfahren zur Herstellung von Sulfinylderivaten, die
als Inhibitoren der Magensäuresekretion
nützlich
sind, durch selektive Oxidation der entsprechenden Sulfide, insbesondere
durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart einer Rheniumverbindung
als Katalysator.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
gesamte Klasse der Inhibitoren der Magen-Na/K-Pumpe, breit als Antiulcus-Wirkstoffen
angewandt, sind Benzimidazolverbindungen, die in ihrem Gerüst eine
Sulfoxidstrukturgruppe enthalten. Omeprazol, Lansoprazol, Pantoprazol
und Rabeprazol sind die bekanntesten Mitglieder dieser Verbindungsklasse,
und mehrere Patente sind in Erscheinung getreten, die sich mit ihrer
Synthese beschäftigen.
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Egal
um welche Ausgangsmaterialien es sich handelt, die letzte Stufe
ihrer Herstellung ist immer die Oxidation des entsprechenden Sulfids
1, wie im folgenden Schema 1 dargestellt:
Schema
1 worin jeder Substituent der obigen Formeln für die gerade
erwähnten
Wirkstoffe die hiernach angegebenen Bedeutungen aufweist:
Omeprazol
2a R
1 = R
2 = R
3 = R
4 = Me; n =
1
Lansoprazol 2b R
1 = Me; R
2 = R
4 = H; R
3 = CH
2CF
3; n = 0
Pantoprazol 2c R
1 =
OMe; R
2 = H; R
3 =
Me; R
4 = CHF
2; n
= 1
Rabeprazol 2d R
1 = Me; R
2 = R
4 = H; R
3 = CH
2CH
2CH
2OCH
3;
n = 0
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Bisher
sind mehrere Verfahren zur Durchführung der obigen Oxidation
in der Literatur beschrieben worden. Solche Verfahren verwenden
unterschiedliche Oxidationsmittel und/oder Reaktionsbedingungen
(siehe zum Beispiel WO 99/47514 sowie die darin zitierten Druckschriften).
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Besonders
relevant für
die vorliegende Erfindung sind jene Oxidationen, die Wasserstoffperoxid
als Oxidationsmittel in Gegenwart eines Übergangsmetalls als Katalysator
verwenden. Die
EP302720 zum
Beispiel beschreibt die Verwendung von Vanadium-Katalysatoren für die Oxidation
der Sulfide 1 mit Wasserstoffperoxid, wohingegen die ES2036948 als
Katalysator für
dieselbe Umwandlung Phosphorwolframsäure, Ammoniummolibdat, Natriumwolframat,
Phosphormolybdänsäure und
Silicziumowolframtsäure
beansprucht. Die ES2105953 beansprucht speziell Phosphorwolframsäure für diese
Umwandlung.
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Alle
diese Oxidationsverfahren zeigen ernste Probleme der Verunreinigungsbildung
aufgrund von Überoxidation.
In der Tat kann eine Übergangsoxidation
von 1 Nebenprodukte wie das Sulfon 3 oder die N-Oxide 4 und 5 bilden,
wie im nachfolgenden Schema 2 dargestellt:
Schema
2
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Andere
Beispiele derselben Art der Oxidation sind in WO02/074766 und WO01/21617
offenbart.
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Speziell
die WO02/074766 beschreibt die Herstellung von Lansoprazol aus dem
entsprechenden Sulfid über
die Reaktion von Wasserstoffperoxid, katalysiert durch Phenylselensäure. In
diesem Fall begrenzt ein toxischer Selenkatalysator, in Verbindung
mit halogenierten Lösungsmitteln
als Reaktionsmedien, die industrielle Anwendbarkeit des Verfahrens.
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Andererseits
offenbart die WO01/21617 die Verwendung desselben Oxidationsmittels,
aber in Gegenwart eines anderen Katalysa tors, nämlich MeReO3,
in einem alkoholischen Medium. Selbst wenn dieses Verfahren in Bezug
auf Selektivität
sehr gut ist, ist es leider im industriellen Maßstab kaum anwendbar, sowohl wegen
den verwendeten großen
Mengen von sehr treurem Katalysator als auch wegen den niedrigen
Temperaturen, bei denen die Reaktion auszuführen ist. Gemäß der obigen
Patentanmeldung ist es in der Tat möglich, die dort beschriebenen
guten Ausbeuten und die hohe Reinheit des Endsulfoxids zu erreichen
nur durch Halten der Katalysatormenge und der Reaktionstemperatur
innerhalb spezieller Werte, was vom industriellen Standpunkt aus
ziemlich nachteilig ist.
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Wie
in der Beschreibung angegeben, kann der Katalysator in einer Menge
von 0,1 bis 10 Mol-% verwendet werden, jedoch vorzugsweise von 1
bis 5 Mol-% (siehe Seite 12, Zeilen 18–20) in Bezug auf das Ausgangsmaterial.
Ferner beträgt
die im Beispiel 1 – im
einzigen gemäß der Erfindung – verwendete
effektive Katalysatormenge etwa 4 Mol-%. In derselben Patentanmeldung
wird festgestellt, daß "... wenn der Methyltrioxorhenium-Katalysator
in einer Menge von 1 Mol-% oder weniger verwendet wurde, erniedrigte
sich die Ausbeute" (siehe
Seite 18, Zeilen 11–13).
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In
der Tat lehrt die gesamte Anmeldung, daß die Menge des Katalysators
von mehr als 1 Mol-% erforderlich ist, um zufriedenstellende Ergebnisse
zu erhalten.
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Aber
noch relevanter für
die vorliegende Diskussion sind die Temperaturanforderungen.
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In
der Tat stellt die Beschreibung der WO 01/21617 fest, daß die Oxidationsreaktion
bei einer Temperatur von –40°C bis 0°C, vorzugsweise
von –30°C bis –15°C ausgeführt wird
(siehe Seite 13, Zeilen 4 und 5), während alle Beispiele bei einer
Temperatur von –20
bis –30°C ausgeführt werden.
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Die
Hauptlehre, die der Fachmann durch Lesen der fraglichen Patentanmeldung
entnehmen könnte, besteht
darin, daß eine
Temperatur von weniger als 0°C
erforderlich wäre,
um die Bildung von Nebenprodukten zu verringern und gute Ergebnisse
zu erhalten. Mit anderen Worten würde der Inhalt der WO01/21617
von jeglichem Versuch abraten, dieselbe Oxidation bei einer höheren Temperatur
und mit einer geringeren Menge an Katalysator auszuführen.
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Im
Ergebnis wäre
es mit Blick auf die obige Diskussion über den relevanten Stand der
Technik stark wünschenswert,
ein selektives und industriell durchführbares Verfahren der Oxidation
des Sulfids 1 in das Sulfoxid 2 bereitzustellen, das zufriedenstellende
Ausbeuten eines hochreinen Endprodukts herstellen würde, indem
eine sehr geringe Menge an Katalysator verwendet wird und diese
Oxidation bei einer Temperatur ausgeführt wird, die mit Standard-Industrieanlagen
kompatibel ist. Ungeachtet der entgegengesetzten Lehre des nächsten Standes
der Technik (WO 01/21617) ist nun gefunden worden, daß die Oxidation
des Sulfids 1 zu den erwünschen
Sulfoxiden 2, die in der besagten Patentanmeldung offenbart ist,
mit guter Selektivität
und Wiedergewinnung des gewünschten
Produkts ablaufen kann, indem eine niedrigere Katalysatorladung
und Temperaturen von mehr als 0°C
verwendet werden. Die Möglichkeit
der Verringerung der Katalysatorladung ist besonders vorteilhaft
sowohl im Sinne einer verringerten Verunreinigung des Endprodukts
mit Schwermetallen als auch im Sinne der Kosten des Katalysators.
Andererseits vermeidet die Möglichkeit
der Ausführung der
Reaktion bei höheren
Temperaturen den Bedarf an speziellen, teuren Niedrigtemperaturausrüstungen,
dabei die Verwendung gewöhnlicher
industrieller Reaktoren für
die Synthese gestattend. In der Tat stellt das vorliegende Verfahren
eine billigere und industriell anwendbare, vorteilhafte Alternative
zur Herstellung der fraglichen Verbindungsklasse dar.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Deshalb
ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Sulfinylderivats der Formel 2
worin
R
1 Wasserstoff, eine (C
1-C
4)-Alkyl- oder eine (C
1-C
4)-Alkoxy-Gruppe
darstellt,
R
2 Wasserstoff oder eine
(C
1-C
4)-Alkyl-Gruppe
darstellt,
R
3 eine (C
1-C
4)-Alkyl-Gruppe, eine fluorierte (C
1-C
4)-Alkyl-Gruppe oder eine
(C
1-C
4)-Alkoxy-(C
1-C
4)-Alkyl-Gruppe
darstellt,
R
4 Wasserstoff oder eine
(C
1-C
4)-Alkyl-Gruppe
darstellt, und
n eine ganze Zahl, ausgewählt unter 0 und 1 darstellt;
welches
den Schritt des Oxidierens einer Sulfidverbindung der Formel 1
worin R
1,
R
2, R
3, R
4 und n die obigen Bedeutungen haben, mit
Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel in Gegenwart einer Rhenium-Verbindung
als Katalysator umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysator in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Mol-% in Bezug auf das
Sulfid 1 verwendet wird und die Temperatur der Oxidationsreaktion
auf 0°C
bis Raumtemperatur gehalten wird.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
Beschreibung des Betriebs des Verfahrensgegenstands der vorliegenden
Erfindung ist wie folgt: das Sulfid 1 wird in einem Lösungsmittel
aufgelöst,
dann wird die gewählte
Menge der Rheniumverbindung zu der Lösung zugegeben, die Temperatur
der Mischung wird auf den gewünschten
Wert gebracht, und Wasserstoffperoxid wird zugegeben. Die Reaktionsmischung
wird bis zum Abschluß reagieren
gelassen, dann wird Wasser hinzugefügt, um die Masse des Produkts
zu präzipitieren;
dann wird der Feststoff filtriert, mit zusätzlichem Wasser gewaschen und
wahlweise kristallisiert.
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Das
Ausgangsmaterial des vorliegenden Verfahrens, nämlich das Sulfid 1, kann gemäß irgendeinem im
Stand der Technik beschriebenem Verfahren oder gemäß den darin
erwähnten
Druckschriften hergestellt werden (siehe als Beispiel WO 99/47514).
In der folgenden Beschreibung sind die Substituentengruppen der Verbindungen
der Formel 1 und 2 wie oben erwähnt
wie folgt zu interpretieren:
eine (C1-C4)-Alkylgruppe bedeutet eine Gruppe wie Methyl,
Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl;
eine
(C1-C4)-Alkoxygruppe
bedeutet eine Gruppe wie Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy,
n-Butoxy, i-Butoxy, t-Butoxy;
eine fluorierte (C1-C4)-Alkylgruppe bedeutet eine (C1-C4)-Alkylgruppe
wie oben definiert, worin ein oder mehrere Wasser stoff(e) durch
Fluoratome substituiert ist (sind), wie Trifluormethyl, Trifluorethyl,
Difluormethyl, Monofluormethyl;
eine (C1-C4)-Alkoxy-(C1-C4)-Alkylgruppe bedeutet eine (C1-C4)-Alkoxygruppe
wie oben definiert, verknüpft
mit einer (C1-C4)-Alkylgruppe wie oben
definiert, wie Methoxymethyl, Ethoxyethyl, Methoxyethyl, Methoxypropyl.
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Bevorzugte
Ausgangssulfide der Formel 1 sind die Vorläufer der Verbindungen 2a (Omeprazol;
R1 = R2 = R3 = R4 = Me; n =
1), 2b (Lansoprazol; R1 = Me; R2 =
R4 = H; R3 = CH2CF3; n = 0), 2c
(Pantoprazol; R1 = OMe; R2 =
H; R3 = Me; R4 =
CHF2; n = 1) und 2d (Rabeprazol; R1 = Me; R2 = R4 = H; R3 = CH2CH2CH2OCH3; n = 0).
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Das
in der vorliegenden Synthese verwendete Lösungsmittel kann irgendein
linearer oder verzweigter (C1-C6)-Alkohol
wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, t-Butanol und dergleichen,
ein Keton wie Aceton oder Methyl-t-butyl-keton, ein Ester wie Ethylacetat,
ein Ether wie Ethylether, i-Propylether, Tetrahydrofuran oder ein
Amid wie Formamid, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, vorzugsweise
ein Alkohol, weiter bevorzugt ein wasserlöslicher Alkohol, ausgewählt unter
Methanol, Ethanol, Isopropanol, t-Butanol und sogar noch weiter
bevorzugt Methanol sein. Das wasserlösliche Lösungsmittel, insbesondere die
alkoholischen Lösungsmittel,
können
alleine oder in Mischung mit Wasser verwendet werden.
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Die
Temperatur, bei der die Reaktion ausgeführt wird, reicht im allgemeinen
von 0°C
bis Raumtemperatur, weiter bevorzugt von 0°C bis 10°C, sogar noch weiter bevorzugt
von 3°C
bis 7°C.
Beispiele der als Katalysator beim Ausführen der vorliegenden Erfindung
verwendete Rheniumverbindung schließen Methyltrioxorhenium, Ethyltrioxorhenium,
Re(PPh3)2OCl3 und dergleichen, vorzugsweise Methyltrioxorhenium
oder Ethyltrioxorhenium, am meisten bevorzugt Methyltrioxorhenium
ein. Diese Katalysatoren sind kommerziell erhältlich, zum Beispiel können sie
von Aldrich oder von Strem bezogen werden.
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Die
Menge des Rhenium-Katalysators kann von 0,01 bis 0,5 Mol-% in Bezug
auf das Sulfid 1, bevorzugt von 0,05 bis 0,3 Mol-% und weiter bevorzugt
von 0,07 bis 0,2 Mol-% reichen.
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Das
Oxidationsmittel, nämlich
Wasserstoffperoxid, wird im allgemeinen als einer wäßrigen Lösung mit einer
Konzentration von 30 bis 60 Gew.-% verwendet, in einer Menge, die
gewöhnlich
von 1 bis 1,5 Äquivalenten,
bevorzugt von 1,1 bis 1,3 Äquivalenten
in Bezug auf das Ausgangssulfid 1 reicht.
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Die
Reaktionsmischung wird bis zur Beendigung reagieren gelassen, vorzugsweise
bis das Ausgangsmaterial weniger als 2% beträgt, dann wird Wasser in einer
Menge zugegeben, die zum Präzipitieren
der Masse des Produkts geeignet ist; der resultierende Feststoff
wird filtriert und mit zusätzlichem
Wasser gewaschen.
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Dieses
Rohmaterial, dessen Ausbeute im allgemeinen von 90 bis 95% reicht,
kann weiter gereinigt werden, vorzugsweise mittels Kristallisation.
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Diese
Kristallisation wird im allgemeinen durch Verwendung von wäßrigen Mischungen
von Ethanol, Methanol, Isopropanol, t-Butanol oder Aceton, vorzugsweise mit
einer Mischung von Wasser und Ethanol, weiter bevorzugt mit einer
1:9-Mischung (v/v) von Wasser und Ethanol ausgeführt.
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Das
vorliegende Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung der Sulfinylderivate
der Formel 2 verwendet, ausgewählt
unter 2a (Omeprazol; R1 = R2 =
R3 = R4 = Me; n
= 1), 2b (Lansoprazol; R1 = Me; R2 = R4 = H; R3 = CH2CF3; n = 0), 2c (Pantoprazol; R1 =
OMe; R2 = H; R3 =
Me; R4 = CHF2; n
= 1) und 2d (Rabeprazol; R1 = Me; R2 = R4 = H; R3 = CH2CH2CH2OCH3;
n = 0).
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens wird das Sulfid 1, dem Vorläufer von
Omeprazol 2a, Lansoprazol 2b, Pantoprazol 2c oder Rabeprazol 2d,
in Methanol auf gelöst,
dann werden 0,07 bis 0,2 Mol-% Methyltrioxorhenium zu der Lösung hinzugeben,
die Temperatur der Mischung wird auf etwa 5°C gebracht, und 1,1 bis 1,3 Äquivalente
einer etwa 33% Gew.-%-igen wäßrigen Lösung von
Wasserstoffperoxid werden zugegeben. Die Reaktionsmischung wird
bei derselben Temperatur gehalten und bis zum Abschluß reagieren
gelassen. Kaltes Wasser wird schließlich zum Präzipitieren
der Masse des Produkts zugegeben, und die Mischung wird bei derselben
Temperatur weiter gerührt.
Der so präzipitierte
Feststoff wird dann filtriert, mehrere Male mit zusätzlichem
kalten Wasser gewaschen und vorzugsweise aus einer 1:9-Mischung
(v/v) von Wasser und Ethanol kristallisiert.
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Die
folgenden Beispiele werden beschrieben, um die vorliegende Erfindung
besser zu erläutern,
und stellen an sich keine Begrenzung der Erfindung dar.
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Experimenteller
Teil
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Beispiel 1
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Synthese von 2-[[[3-Methyl-4-(2,2,2-trifluorethoxy)-pyridinyl]methyl]thio]-1H-benzimidazol
(Lansoprazolsulfid, 1b)
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Zu
einer gerührten
Suspension von 1008 4-(2,2,2)-Trifluorethoxy-3-methyl-2-chlormethyl-pyridin-Hydrochlorid
und 54,4 g 2-Mercapto-benzimidazol bei 10°C in 500 ml Methanol werden
125,6 g einer 30%-igen wäßrigen Lösung NaOH
bei einer solchen Rate zugegeben, daß die innere Temperatur innerhalb
35°C gehalten
wird. Die Temperatur der Mischung wird dann auf 20–25°C gebracht
und wird für
weitere 4 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten. Dann werden
1.000 ml deionisiertes Wasser zugegeben, was das Verdicken des Präzipitats
verursacht. Der pH der Suspension wird mit HCl 33% in Wasser eingestellt,
und die Mischung wird dann auf 5°C
gekühlt
und für
eine Stunde gehalten.
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Das
erhaltene Präzipitat
wird filtriert und mit Wasser gewaschen, um 235 g eines nassen Produkts
zu erhalten, welches, sobald es getrocknet ist, 124,5 g wiegt und
eine HPLC-Reinheit von > 99%
besitzt. Ausbeute 97%.
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Beispiel 2
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Synthese von 2-[[[3-Methyl-4-(2,2,2-trifluorethoxy)-2-pyridinyl]methyl]sulfinyl]-1H-benzimidazol
(Lansoprazol, 2b)
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In
einem mit einem Tropftrichter und einem mechanischen Rührer ausgestatteten
1-Liter-Kolben werden 50 g (0,142 Mol) Lansoprazolsulfid, 35,0 mg
(0,00014 Mol) Methyltrioxorhenium (Aldrich) und 500 ml Methanol
eingebracht. Die Temperatur der Lösung wird auf 5°C gebracht,
und dann werden 17,8 g (0,173 Mol) einer 33%-igen (v/v) wäßrigen Lösung von Wasserstoffperoxid
zugegeben. Die Mischung wird für
4 Stunden bei 5°C
gehalten, dann werden 1.000 ml kaltes deionisiertes Wasser zugegeben,
wodurch sich ein dichtes Präzipitat
bildet. Die Mischung wird für
eine weitere Stunde bei 5°C
gerührt
und wird dann über
einen Buchner filtriert; der Kuchen wird mit 3 × 100 ml kaltem deionisiertem
Wasser gewaschen und entfernt. Der nasse Feststoff wiegt 59,5 g.
Eine 1 g-Probe wird gesammelt und unter Vakuum (50 mmHg) für 12 Stunden
bei 40°C
getrocknet, was zu einem Verlust von 16,5% seines Gewichts führt. Die
Ausbeute des Rohprodukts beträgt
somit 95%. Die Menge an Restwasser im kristallinen Feststoff wird über die
Karl-Fischer-Methode berechnet, und der Feststoff wird dann aus
8 Volumina einer 9:1-Mischung von Ethanol und Wasser rekristallisiert,
dabei die Menge an Restwasser in Betracht ziehend. Die Ausbeute
des kristallisierten, getrockneten Produkts, vom Sulfid ausgehend,
beträgt
75%, die Reinheit des Produkts beträgt > 99,5% (HPLC).
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Beispiel 3
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Synthese von 2-[[[3-Methyl-4-(2,2,2-trifluorethoxy)-2-pyridinyl]methyl]sulfinyl]-1H-benzimidazol
(Lansoprazol, 2b)
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Das
im Beispiel 2 beschriebene Experiment wurde mit derselben Menge
an Sulfid, Wasserstoffperoxid und Methanol wiederholt unter Verwendung
von 17,5 mg (0,00007 Molen) Methyltrioxorhenium als Katalysator.
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Nach
Aufarbeiten und Kristallisation werden 39,0 g des erwünschten
Materials (Ausbeute 74%, HPLC-Reinheit > 99,5%) erhalten.
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Beispiel 4
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Synthese von 5-Methoxy-2-[[[4-methoxy-3,5-dimethyl-2-pyridinyl]methyl]sulfinyl]-1H-benzimidazol
(Omeprazol, 2a)
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Das
im Beispiel 2 beschriebene Experiment wurde wiederholt unter Verwendung
von 46,8 g 5-Methoxy-2-[[(4-methoxy-3,5-dimethyl-2-pyridinyl)methyl]thio]-1H-benzimidazol
als Substrat anstelle von Lansoprazolsulfid. 39,2 g kristallisiertes
Omeprazol werden nach Kristallisation und Trocknen isoliert (Ausbeute
80%).
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Beispiel 5
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Synthese von 2-[[[4-(3-Methoxypropoxy)-3-methyl-2-pyridinyl]methyl]sulfinyl]-1H-benzimidazol
(Rabeprazol, 2d)
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Das
im Beispiel 2 beschriebene Experiment wurde wiederholt unter Verwendung
von 48,8 g 2-[[[4-(3-Methoxypropoxy)-3-methyl-2-pyridinyl]methyl]thio]-1H-benzimidazol
als Substrat anstelle von Lansoprazolsulfid. 38,3 g kristallisiertes
Rabeprazol werden nach Kristallisation und Trocknen isoliert (Ausbeute 75%).
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Beispiel 6
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Synthese von 5-(Difluormethoxy)-2-[[(3,4-dimethoxy-2-pyridinyl)methyl]sulfinyl]-1H-benzimidazol
(Pantoprazol, 2c)
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Das
im Beispiel 2 beschriebene Experiment wurde wiederholt unter Verwendung
von 52,2 g 5-(Difluormethoxy)-2-[[(3,4-dimethoxy-2-pyridinyl)methyl]thio]-1H-benzimidazol
als Substrat anstelle von Lansoprazolsuzlfid. 42,3 g kristallisiertes
Pantoprazol werden nach Kristallisation und Trocknen isoliert (Ausbeute
78%).