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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung
von racemischen und optisch aktiven 3-Aminopyrrolidinderivaten und
die Verwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von Cephalosporinderivaten.
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3-Aminopyrrolidinderivate,
insbesondere optisch aktive 3-Aminopyrrolidinderivate, sind wichtige
Zwischenprodukte für
die Herstellung von Agrochemikalien und von pharmazeutisch aktiven
Substanzen wie z.B. von Vinylpyrrolidinon-Cephalosporinderivaten.
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3-Aminopyrrolidinderivate
können
in einer an sich bekannten Weise, beispielsweise wie in der EP-A-0 218
249 beschrieben wird, ausgehend von 1,2,4-trisubstituierten Butanderivaten
wie z.B. Tribrombutan oder Trihydroxybutan hergestellt werden. Die
racemischen Derivate können
dann, wenn gewünscht,
durch eine Racemataufspaltung in optisch aktive 3-Aminopyrrolidinderivate
umgewandelt werden, JP 09124595-A. Ein Verfahren zur Herstellung
von optisch aktiven 3-Aminopyrrolidinderivaten, das auf der Umwandlung
von 4-Hydroxyprolin
basiert, wie beispielsweise in J. Med. Chem. 1764 (92), 35 beschrieben
wird, ergibt in 3 Schritten optisch aktives 3-Aminopyrrolidin.
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DATABASE
WPI Derwent Publications Ltd., AN 1992-415673[50] & WO92 20652A und
EP 1 138 672 A offenbaren
Verfahren zur Herstellung von 3-Aminopyrrolidinderivaten, worin
ein 1,2,4-trisubstituiertes Butanderivat mit einem primären Amin
umgesetzt wird, um das Pyrrolidinderivat zu bilden.
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Die
bekannten Methoden zur Herstellung von 3-Aminopyrrolidinderivaten,
wie sie beispielsweise in dem UK-Patent Nr. 1 392 194, der EP-A-0
391 169 und dem US-Patent Nr. 4 916 141 beschrieben werden, sind
zeitaufwendig und führen
zu teuren Zwischenprodukten. Das Interesse an anderen Verfahren
zur Herstellung von 3-Aminopyrrolidinderivaten, insbesondere optisch
aktiven 3-Aminopyrrolidinderivaten, ist daher extrem hoch. So haben
Tomori et al. (Heterocycles, 1997, 1, 213–225) (S)-3-(t-Butoxycarbonylamino)pyrrolidin aus
(S)-3-Benzyloxycarbonylamino-1,4-dimethansulfonyloxybutan durch
Cyclisierung mit überschüssigem Allylamin
und Deallylierung des resultierenden (S)-1-Allyl-3-(benzyloxy carbonylamino)pyrrolidins
mit Palladium auf Holzkohle synthetisiert. Jedoch ist Allylamin
in einem technischen Maßstab
unpraktisch, da es eine giftige, entflammbare und explosive Flüssigkeit
ist; ebenso ist Palladium ein teurer Katalysator. Es wurde nun gefunden,
dass 3-Aminopyrrolidinderivate,
insbesondere optisch aktive 3-Aminopyrrolidinderivate, sicher in
einer hohen Ausbeute in einem technischen Maßstab hergestellt werden können, indem
Allylamin durch Hydroxylamin oder dessen Säureadditionssalz, insbesondere
das Hydrochlorid, welches billig und viel leichter zu handhaben
ist, das keinen der genannten Nachteile aufweist, ein Feststoff
ist, der leicht in polaren organischen Lösungsmitteln wie z.B. Tetrahydrofuran,
Ethanol, Triethylamin oder Mischungen von diesen löslich ist,
ersetzt wird. Die Hydroxygruppe des resultierenden N-Hydroxy-3-geschützten Aminopyrrolidins
wird dann durch katalytische Reduktion mit Raney-Nickel, welches
ein billiger Katalysator ist, entfernt.
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Entsprechend
diesen Funden betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von 3-Aminopyrrolidinderivaten
mit der Formel
worin
R
1 Wasserstoff
oder eine Aminoschutzgruppe bedeutet;
Z Wasserstoff oder eine
Aminoschutzgruppe bedeutet;
und
* für ein Chiralitätszentrum
steht,
wobei das Verfahren das Umwandeln einer Verbindung mit
der Formel
worin
X eine geschützte Hydroxygruppe
bedeutet;
Z
1 eine Aminoschutzgruppe
bedeutet; und
* die obige Bedeutung hat,
in der Gegenwart
von Hydroxylamin oder eines Säureadditionssalzes
von diesem in das N-Hydroxypyrrolidinderivat
mit der allgemeinen Formel
worin Z
1 und
* die obigen Bedeutungen haben;
wobei die N-Hydroxygruppe von
diesem anschließend
zu dem sekundären
Amin mit der allgemeinen Formel
worin Z
1 und
* die obigen Bedeutungen haben,
durch Hydrierung mit Raney-Nickel
reduziert wird; und, wenn gewünscht,
das Schützen
der sekundären N
1-Aminogruppe durch Reaktion mit einer Verbindung
mit der Formel R
10X
1,
in welcher R
10 eine Aminoschutzgruppe ist
und X
1 ein Halogen oder eine Abgangsgruppe
ist, um eine Verbindung mit der allgemeinen Formel
in welcher R
10,
Z
1 und * die obigen Bedeutungen haben,
zu
ergeben, und, wenn gewünscht,
das Entschützen
der sekundären
3-Aminogruppe durch katalytische Hydrierung, um eine Verbindung
mit der allgemeinen Formel
in welcher R
10 und
* die obigen Bedeutungen haben,
zu ergeben, umfasst.
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Bei
den obigen Definitionen umfasst der Ausdruck „geschützte Hydroxygruppe" in dem Umfang der vorliegenden
Erfindung Estergruppen, z.B. Sulfonate wie z.B. Mesylat, Tosylat,
p-Brombenzolsulfonat oder p-Nitrobenzolsulfonat. Dieses sind insbesondere
Gruppen, welche unter den Reaktionsbedingungen für den Ringschluss selektiv
abgespalten werden, so dass die Aminoschutzgruppe Z in der 2-Position
nicht freigesetzt wird. Mesylat und Tosylat (Mesyloxy und Tosyloxy)
sind besonders bevorzugte geschützte
Hydroxygruppen X.
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Der
Ausdruck „Aminoschutzgruppe" umfasst in dem Umfang
der vorliegenden Erfindung niederes Alkyl, Benzyl, niederes Alkenyl,
niederes Alkoxycarbonyl, niederes Alkenyloxycarbonyl, Benzyloxycarbonyl
und dergleichen. t-Butoxycarbonyl, Allyloxycarbonyl und Benzyloxycarbonyl,
insbesondere das Letztere, sind besonders bevorzugt.
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Der
Ausdruck „Abgangsgruppe" umfasst Halogenatome
wie z.B. Chlor oder Brom und niedere Alkylsulfonyloxy- oder niedere
Alkylphenylsulfonyloxygruppen wie z.B. Mesyloxy oder Tosyloxy und
Anhydridreste der Kohlensäure
wie z.B. t-Butoxycarbonyloxy.
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Der
Ausdruck „niederes
Alkyl" umfasst in
dem Umfang der vorliegenden Erfindung geradkettige und verzweigte,
gegebenenfalls chirale Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen
wie z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl,
i-Propyl, i-Butyl,
tert-Butyl, 2-Methylbutyl und dergleichen. „Niederes Alkoxy" hat eine analoge
Bedeutung.
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Der
Ausdruck „niederes
Alkenyl" umfasst
olefinische, geradkettige und verzweigte Gruppen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen
wie z.B. Vinyl, Allyl, 3-Butenyl, 1,3-Butadienyl.
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Die
Ausdrücke „niederes
Alkyl", „niederes
Alkoxy" und „niederes
Alkenyl" behalten
ihre Bedeutung in Kombinationen, z.B. mit „Carbonyl", z.B. t-Butoxycarbonyl, Allyloxycarbonyl.
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Unter
einem besonders bevorzugten Aspekt des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung wird die optisch aktive R-Form von 2-(Benzyloxycarbonylamino)-1,4-dimethansulfonyloxybutan
mit Hydroxylaminhydrochlorid bei ca. 0°C bis zu dem Siedepunkt der
Reaktionsmischung in einem polaren Lösungsmittel wie z.B. Tetrahydrofuran,
Ethanol, Triethylamin oder Dimethylsulfoxid oder einer Mischung
von diesen, besonders bevorzugt in Triethylamin, cyclisiert. Anschließend wird
die Hydroxygruppe des resultierenden N-Hydroxy-3-geschützten Pyrrolidins der Formel
III reduktiv durch Hydrierung mit Raney-Nickel bei Raumtemperatur in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt.
Das resultierende sekundäre
Amin mit der Formel IV kann anschließend, vorzugsweise durch t-Butoxycarbonyl,
durch eine Reaktion mit Di-t-butyldicarbonat, vorzugsweise bei Raumtemperatur,
N-geschützt
werden. Die Benzyloxycarbonylschutzgruppe des resultierenden zweifach
geschützten Produkts
mit der Formel V wird praktischerweise katalytisch mit Wasserstoff
und Palladium auf Holzkohle, vorzugsweise bei Raumtemperatur, entfernt.
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Das
resultierende primäre
Amin mit der Formel VI ist besonders geeignet zur Herstellung von
Vinylpyrrolidinon-Cephalosphorinderivaten mit der allgemeinen Formel
worin
Y
CH oder Stickstoff bedeutet;
R
1 Wasserstoff
oder eine Aminoschutzgruppe bezeichnet; und
* ein Chiralitätszentrum
bezeichnet.
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Verbindungen
mit der Formel A sind Cephalosporinderivate mit einer hohen antibakteriellen
Aktivität, insbesondere
gegenüber
Methicillin-resistenten Stämmen
von Staphylococcus aureus (MRSA) und Pseudomonas aeruginosa.
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Verbindungen
mit der allgemeinen Formel A können
wie in der EP-A-849 269 gemäß Schema
I hergestellt werden: Schema
I:
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In
dem Schema I haben Y, R1 und * die obige
Bedeutung; Ph ist Phenyl, BOC ist t-Butoxycarbonyl und CHPh2 ist Benzhydryl.
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Zum
Erhalt der Verbindungen mit der allgemeinen Formel A wird das 3-Aminopyrrolidinderivat
mit der Formel I gemäß der Erfindung
nach dem Verfahren, das oben beschrieben wurde, hergestellt, danach
gemäß Schema
I mit 2-Brom-4-chlorbutanoylchlorid umgesetzt, und das so erhaltene
N-substituierte 3-Brom-2-pyrrolidon (1) wird in das Wittig-Salz
(2) umgewandelt, welches mit dem zweifach geschützten 3-En-Cephalosporin (3)
umgesetzt wird. Das resultierende Kondensationsprodukt (4) wird
zu dem 5-Sulfoxid (5) oxidiert, welches mit PBr3 reduktiv
zu dem 2-En-Cephalosporin (6) isomerisiert wird, wobei das Letztere
N-entschützt
wird und mit dem aktivierten Acylderivat (8) acyliert wird, um (9)
zu ergeben, welches in zwei Schritten entschützt wird, um (10) und schließlich das
Endprodukt mit der Formel A zu ergeben.
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Die
folgenden Beispiele dienen dazu, die Erfindung zu veranschaulichen.
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Beispiel 1
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(R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-hydroxy-pyrrolidin.
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(R)-2-(Benzyloxycarbonylamino)-1,4-dimethansulfonyloxybutan
(2,0 g; 5,06 mmol) wurde in einer Et3N/DMSO-Mischung
(1:1,20 ml) gelöst.
Hydroxylaminhydrochlorid (1,4 g; 20,2 mmol) wurde zugegeben, und die
Mischung wurde über
Nacht bei 60°C
erwärmt.
Die Mischung wurde in wässrige
HCl (der pH wurde mit NaHCO3 auf pH = 6
eingestellt) gegossen und zweimal mit AcOEt extrahiert. Die organische
Phase wurde mit Wasser gewaschen und über Na2SO4 getrocknet. Die Feststoffe wurden abfiltriert,
und das Lösungsmittel
wurde entfernt. Ein leicht gelbes Öl (1,4 g, Reinheit 73%) wurde
erhalten (Ausbeute: 85%). Die rohe Titelverbindung wurde als solche
verwendet.
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Beispiel 2
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(R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin.
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Das
rohe (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-hydroxy-pyrrolidin, das oben
erhalten wurde (1,4 g), wurde in Ethanol (10 ml) gelöst. Raney-Nickel
(ca. 2 g) wurde zu dieser Mischung zugegeben. Die Reaktion wurde unter
vermindertem Druck und Wasserstoffzufuhr (dreimal) entgast und anschließend unter
eine Wasserstoffatmosphäre
(1 bar) gesetzt. Die Reaktion war nach 6 Stunden vorüber, was
rohes (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-pyrrolidin ergab, welches in situ weiterverarbeitet
wurde, indem Di-tert-butyldicarbonat (1,0 g, 4,58 mmol) zugegeben
wurde; die Mischung wurde für
eine Stunde gerührt.
Das Lösungsmittel
wurde entfernt und der Rückstand
in einer n-Hexan/AcOEt-Mischung (1:1, 20 ml) aufgenommen und durch
ein Silicagelkissen filtriert. Das Silica wurde mit einer n-Hexan/AcOEt-Mischung
(1:1; 250 ml) gewaschen. Die organischen Phasen wurden verdampft.
Die Verbindung wurde als ein farbloses Öl (1,125 g; Ausbeute 81%) in
guter Reinheit, d.h. wenigstens 90–95 %, erhalten, was die Verbindung
für eine
Weiterreaktion, z.B. in Beispiel 3, hinreichend rein machte.
NMR:
(CDCl3; 300 MHz): 7,34 (m; 5H); 5,1 (s (breit);
2H; 4,83 (m (breit); 1H); 4,22 (m (breit); 1H); 3,60 (dd; 1H); 3,41
(m (breit); 2H); 3,18 (m (breit); 1H); 2,12 (m; 1H); 1,82 (m (breit);
1H); 1,45 (s; 9H).
MS: (M+H+): 321,3
(M+NH4 +): 338,2
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Beispiel 3
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(R)-3-Amino-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin.
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(R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin
(300 mg) wurde in Ethanol(5 ml) gelöst. Palladium auf Holzkohle
10% (20 mg) wurde zugegeben. Die Reaktion wurde dreimal entgast
und unter eine Wasserstoffatmosphäre (1 bar) gesetzt. Die Reaktion
war nach 2 Stunden vorüber.
Das Lösungsmittel wurde
entfernt, der Rückstand
wurde in Ethylacetat (5 ml) aufgenommen und durch ein Silicagelkissen
filtriert. Das Silica wurde mit Ethylacetat (50 ml) gewaschen. Die
organischen Phasen wurden verdampft. Das gewünchte (R)-3-Amino-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin
wurde als ein farbloses Öl
in einer quantitativen Ausbeute (175 mg) erhalten.
NMR: (CDCl3; 300 MHz): 3,6–3,3 (m (breit); 3H); 3,05
(m (breit); 1H); 2,29 (s (breit); 2H); 2,05 (m; 1H); 1,66 (m (breit);
1H); 1,6 (s; 9H).
MS: (M+H+): 187,3
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Das
(R)-3-Amino-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin kann in Beispiel 2 der
EP-A-0 849 269 anstelle des N-Allyloxycarbonylderivats und anschließend in
den Beispielen 3-11 benutzt werden, um (6R,7R)-7-[(Z)-2-(5-Amino-[1,2,4]thiadiaol-3-yl)-2-hydroxyimino-acetylamino]-8-oxo-3-[(E)-(R)-2-oxo-[1,3']bipyrrolidinyl-3-ylidenmethyl]-5-thia-1-aza-bicyclo[4.2.0]oct-2-en-2-carbonsäure mit
der Formel
zu ergeben.
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Beispiel 4
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Ein
200 l-Reaktor wurde mit 27 l Dimethylsulfoxid, 9,5 kg (R)-2-(Benzyloxycarbonylamino)-1,4-dimethansulfonylnxybutan
und 6,68 kg Hydroxylaminhydrochlorid gefüllt und die Reaktionsmischung
bei Raumtemperatur gerührt,
um zu suspendieren. 27 l Triethylamin wurden langsam zugegeben,
woraufhin die Temperatur auf 45–50°C anstieg.
Die Reaktionsmasse wurde für
vier Stunden bei 55°C
gehalten. Die Reaktion wurde durch NMR oder HPLC. (Hochleistungsflüssigchromatographie) überwacht.
Anschließend
wurde die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Separat
wurde eine Lösung
mit 100 l Wasser bei 0°C
hergestellt, welche 14,2 l konzentrierte wässrige Salzsäure enthielt.
Die obige Reaktionsmasse wurde zu dieser Lösung zugegeben, und der pH-Wert
wurde bei 1,0 bis 1,5 gehalten. Die wässrige Schicht wurde zweimal
mit jeweils 10 l von 1:1 Ethylacetat und n-Hexan gewaschen und mit
15 kg Natriumbicarbonat neutralisiert. Die Reaktionsmischung wurde
für 30
Minuten gerührt
und der pH bei ca. 7,0–7,5
gehalten. Die wässrige
Schicht wurde dreimal mit jeweils 15 l Ethyl acetat extrahiert. Die
vereinigten organischen Phasen wurden zweimal mit jeweils 15 l Wasser
gewaschen, worauf 10 l Salzlösung
(gesättigte
wässrige
Natriumchloridlösung)
folgten.
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Das
Lösungsmittel
wurde bei vermindertem Druck verdampft, wonach der ölige Rückstand
mit 10 l n-Hexan gestrippt wurde. Das n-Hexan wurde abgedampft,
wieder n-Hexan zugegeben und die Mischung gerührt, um das Produkt auszufällen. Das
rohe (R)-3-(Benzyloxycaxbonylamino)-N-hydroxy-pyrrolidin wurde abfiltriert
und direkt in Beispiel 5 verwendet. Der erhaltene weiße Feststoff
veränderte
sich bei der Lagerung nach gelb.
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Ausbeute
4,6–5,0
kg (80–85
%) mit einer Reinheit von mehr als 95%.
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Beispiel 5
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Ein
50 l-Autoklav wurde mit 22,5 l Ethanol, 4,5 kg (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-hydroxy-pyrrolidin
und 1,35 kg Raney-Nickel gefüllt.
Der Autoklav wurde unter eine Wasserstoffatmosphäre von 3,5 bar (50 psi) gesetzt
und für
vier Stunden gerührt.
Die Reaktion wurde durch HPLC und TLC überwacht.
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Nach
der Reaktion wurde der Katalysator abfiltriert, und das Lösungsmittel
wurde durch Verdampfen bei vermindertem Druck entfernt. Der Rückstand,
rohes (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-pyrrolidin, wurde in 20 l Ethanol
gelöst,
worauf 4,15 kg Di-tert-butyldicarbonat folgten. Die Reaktionsmischung
wurde bei Raumtemperatur für
zwei Stunden gerührt,
wobei die Reaktion durch HPLC und TLC überwacht wurde. Das Lösungsmittel
wurde bei vermindertem Druck abgedampft, wobei die Reaktionsmischung
zweimal durch die Zugabe von jeweils 2 l Toluol gestrippt wurde.
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5,7
kg rohes (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin
wurden als ein gelblicher öliger
Rückstand
erhalten, welcher durch Lösen,
in einem 20 l-Reaktor, in 11,41 Methylenchlorid. worauf 2,85 kg
Silicagel und 57 g Holzkohle folgten, gereinigt wurde. Die Reaktionsmischung
wurde für
zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Die Feststoffe wurden
abfiltriert und gründlich
mit 10 l Methylenchlorid gewaschen. Die vereinigten organischen
Schichten wurden bei vermindertem Druck verdampft, was 5,1 kg (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin
als ein farbloses Öl
ergab.
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Beispiel 6
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Ein
Autoklav wurde mit 51 l Ethanol, 5,1 kg (R)-3-(Benzyloxycarbonylamino)-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin,
0,51 g 5% Palladium auf Kohlenstoff und 0,5 l Perchlorsäure gefüllt. Der
Autoklav wurde für
eine Stunde unter eine Wasserstoffatmosphäre von 7 bar (100 psi) gesetzt,
wobei die Reaktion durch NMR überwacht
wurde. Nach Abschluss der Reaktion wurde der Katalysator abfiltriert
und das Lösungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt.
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Der ölige Rückstand
wurde in 10 l Ethylacetat gelöst
und die organische Schicht mit 10 l Wasser, worauf 10 l 10% wässrige Natriumcarbonatlösung folgten,
gewaschen. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet
und das Lösungsmittel
durch Verdampfen unter vermindertem Druck entfernt. 2,5 kg (R)-3-Amino-N-(t-butoxycarbonyl)-pyrrolidin
wurden als ein farbloses Öl
erhalten. Das NMR-Spektrum ist identisch mit dem, das unter Beispiel
3 berichtet wurde.