DE974615C - Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofuranderivaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofuranderivaten

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DE974615C
DE974615C DEE272A DEE0000272A DE974615C DE 974615 C DE974615 C DE 974615C DE E272 A DEE272 A DE E272A DE E0000272 A DEE0000272 A DE E0000272A DE 974615 C DE974615 C DE 974615C
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DE
Germany
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nitration
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nitric acid
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Expired
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DEE272A
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English (en)
Inventor
John Hamilton Coleman
Walter Kimel
William Barlow Stillman
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Warner Chilcott Pharmaceuticals Inc
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Norwich Pharmacal Co
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
    • C07D307/34Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D307/56Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/70Nitro radicals
    • C07D307/71Nitro radicals attached in position 5

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofuranderivaten Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von 5-Nitrofuranderivaten durch Nitrierung von insbesondere Furfurol und den Acylderivaten seiner Hydratform, Furancarbonsäureestern primärer Alkohole, Estern von Furfurylalkohol mit aliphatischen Säuren, aliphatischen Äthern des Furfurylalkohols und Furylalkylketonen.
  • Die Nitrierung von Furanderivaten schließt die Herstellung eines Nitrierungszwischenproduktes und die Umwandlung des Zwischenproduktes in die 5-Nitrofuranderivate ein. Bisher ist diese Umsetzung im Laboratoriumsmaßstab in einem dreistufigen Verfahren durchgeführt worden (s. Gilman und Wright, Journal of the American Chemical Society, Bd. 52, S. 2550 und 4I65 [I930]). In der ersten Stufe wurde das Nitrierungszwischenprodukt hergestellt; in der zweiten Stufe wurde das Zwischenprodukt aus dem Reaktionsgemisch ausgeschieden, und in der dritten Stufe wurde das Zwischenprodukt in das entsprechende Nitrofuranderivat umgewandelt.
  • Die erste Stufe des bekannten Verfahrens schließt die Verwendung von rauchender Salpetersäure bei einer Temperatur von -5"C oder weniger ein.
  • Rauchende Salpetersäure (spezifisches Gewicht 1,50) wurde zu Essigsäureanhydrid bei einer Temperatur von -5 bis -Io"C hinzugefügt, um das Nitrierungsgemisch herzustellen. Eine Lösung der Furanverbindung in Essigsäureanhydrid wurde dann dem Nitrierungsgemisch zugesetzt, wobei die Temperatur der Reaktion zwischen -5 und -IoOC gehalten wurde.
  • Nachdem alles zugesetzt worden war, wurde die Lösung etwa 3 Stunden bei O 5°C gerührt. Das Reaktionsprodukt war ein instabiles öliges Zwischenprodukt unbekannter Zusammensetzung.
  • In der zweiten Stufe wurde das Nitrierungszwischenprodukt aus der Reaktionslösung ausgeschieden, indem die Lösung auf eine große Eismenge gegossen und das Gemisch mit Natriumhydroxyd neutralisiert wurde. Es bildete sich eine wäßrige Schicht, die abdekantiert wurde, wobei das Zwischenprodukt nicht von den Verunreinigungen getrennt wurde.
  • Bei der dritten Stufe, nämlich der Umwandlung des Zwischenproduktes in das entsprechende Nitrofuranderivat, wurde zu dem Material, das nach dem Abdekantieren der wäßrigen Schicht in Stufe zwei zurückblieb, eine große Menge Pyridin hinzugefügt, wobei die Temperatur durch Zugabe von Eis unter 40"C gehalten wurde. Nach Vollendung der Reaktion wurde das Gemisch in 2 oder 3 Volumteilen Wasser gelöst. Das so erhaltene Nitrofuranderivat wurde entweder durch Absaugen abgetrennt oder mit Äther extrahiert, vom Pyridin durch Waschen mit verdünnter Essigsäure befreit, mit kaltem Wasser gewaschen, um das Nitrofuranderivat von der überschüssigen Essigsäure zu befreien, getrocknet und schließlich aus Alkohol umkristallisiert oder destilliert.
  • Gemäß der Erfindung wird das Nitrierungszwischenprodukt unmittelbar in das entsprechende 5-Nitrofuranderivat umgewandelt, indem die Nitrierung mit konzentrierterSalpetersäurebeiTemperaturenzwischen o und 50"C durchgeführt wird und das in bekannter Weise, aber ohne Isolierung des Zwischenproduktes mit Wasser verdünnte Reaktionsgemisch durch Zusatz einer Base, insbesondere Trinatriumphosphat, bei 25 bis 60"C, insbesondere bei etwa 55" C, auf einen pu-Wert von I,79 bis 4,66, vorzugsweise etwa 3,7, eingestellt wird. Es wird hierbei ein unter Verwendung von konzentrierter Salpetersäure an Stelle von rauchender Salpetersäure hergestelltes Zwischenprodukt verwendet, da die konzentrierte Salpetersäure bei Temperaturen benutzt werden kann, die höher sind als die Temperaturen, die zulässig sind, wenn rauchende Salpetersäure verwendet wird. Die Umwandlung des Zwischenproduktes kann durch Verwendung irgendeiner Base durchgeführt werden, die in Gegenwart von Essigsäure eine gepufferte Lösung ergibt, und die Abtrennung des instabilen Nitrierungszwischenproduktes aus der Reaktionslösung ist unnötig.
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Nitrierung von Furanderivaten im großen Maßstab sicher durchzuführen. Das Verfahren ist schneller durchzuführen und zuverlässiger als das alte dreistufige Verfahren, es erfordert weniger Betriebseinrichtungen und ergibt ein reineres Produkt.
  • Das nitrierte Furanderivat wird in zwei Stufen erzeugt. In der ersten Stufe wird ein Nitrierungszwischenprodukt hergestellt, indem das Furanderivat langsam zu einer Mischung von Essigsäureanhydrid und konzentrierter Salpetersäure hinzugefügt wird.
  • Die Reaktionstemperatur liegt innerhalb des Bereiches von o bis 50"C, und das Gemisch wird auf jener Temperatur gehalten, bis die Reaktion beendet ist.
  • In der zweiten Stufe wird das Zwischenprodukt in das entsprechende nitrierte Furanderivat umgewandelt, indem das Nitrierungsgemisch mit Wasser verdümlt und eine Base zugefügt wird, die in Gegenwart von Essigsäure eine gepufferte Lösung bildet. Es wird so viel der Base zugefügt, daß ein p-Wert von etwa I,79 bis etwa 4,66 erhalten wird. Die Temperatur des Gemisches wird hierbei innerhalb des Bereiches von 25 bis 60"C etwa I Stunde aufrechterhalten.
  • Die Salpetersäure, die vorzugsweise verwendet wird, ist wasserklare Salpetersäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,42. Die Ausbeute vennindert sich, wenn die verwendete Salpetersäure infolge Einfluß des Sonnenlichtes dunkel geworden ist. Die Nitrierung wird bei einer Temperatur von o bis 50"C und vorzugsweise mit etwa 4 bis I Mol konzentrierter Salpetersäure auf I Mol Furanderivat durchgeführt. Die Menge der verwendeten Salpetersäure hängt von der Temperatur ab, bei der die Nitrierung durchgeführt wird.
  • Im allgemeinen wird das Verhältnis der Salpetersäure zum Furanderivat vermindert, wenn die Nitrierungstemperatur erhöht wird.
  • Es ist nicht wesentlich, daß die Temperatur während der Nitrierung konstant gehalten wird. Erhebliche Schwankungen der Temperatur sollten jedoch vermieden werden, denn es scheint bei jeder Temperatur ein günstiges Verhältnis der konzentrierten Salpetersäure zu dem Furanderivat zu geben. Es wird vorgezogen, die Nitrierung bei einer Temperatur von 40 i g"C durchzuführen, wobei etwa mehr als I Mol konzentrierte Salpetersäure für jedes Mol Furanderivat benutzt wird.
  • Das Nitrierungsg emisch wird hergestellt, indem konzentrierte Salpetersäure in Essigsäureanhydrid gelöst und dann das Furanderivat langsam mit jener Lösung gemischt wird, oder das Furanderivat wird in der erforderlichen Menge Essigsäureanhydrid gelöst und diese Lösung langsam zu einer Lösung von konzentrierter Salpetersäure in Essigsäureanhydrid hinzugefügt. Es wird vorgezogen, etwa 7,6 Mol Essigsäureanhydrid für jedes Mol Furanderivat zu verwenden.
  • Dieses Verhältnis kann jedoch geändert werden. Eine Erhöhung der Essigsäureanhydridmenge ergibt keinen merkbaren Unterschied in den Ergebnissen, aber wenn nur die Hälfte jener Essigsäureanhydridmenge verwendet wird, sinkt die Ausbeute.
  • Die Umwandlung des Nitrierungszwischenproduktes in das entsprechende 5-Nitrofuranderivat wird durch Zusatz von Wasser und einer Base zu einem unter Verwendung von konzentrierter Salpetersäure hergestellten Nitrierungsgemisch durchgeführt.
  • Das Nitrierungsgemisch wird rasch gekühlt, mit Wasser verdünnt und durch Zufügung einer Base auf den gewünschten pn-Wert gebracht. Die rasche Abkühlung kann durch äußere Mittel oder durch Zufügung von Eiswasser herbeigeführt werden. Die Verdünnung entspricht I bis 3 Teilen Wasser auf 1 Teil des Nitrierungsgemisches und kann durch kaltes Wasser oder durch eine kalte wäßrige Lösung der Base herbeigeführt werden, um den gewünschten pn-Wert zu erhalten. Der bevorzugte pn-Wert ist 3,7, aber er kann sich von etwa 1,79 bis 4,66 erstrecken.
  • Als Base kann eine organische oder eine anorganische Base verwendet werden, die in Gegenwart von Essigsäure eine gepufferte Lösung bildet. Die Verwendung einer organischen Base, wie Pyridin, das teuer und giftig ist, kommt praktisch nicht in Betracht. Eine anorganische Base, z. B. Trinatriumphosphat, Natriumhydroxyd und Kaliumhydroxyd, ist besonders geeignet. Gemäß der Erfindung wird Trinatriumphosphat vorgezogen, denn es ergibt eine höhere Ausbeute und ein reineres Produkt als die anderen Basen, und es ist nicht notwendig, daß die Temperatur des Nitrierungsgemisches unter 250 C liegt, wenn Trinatriumphosphat zugefügt wird. Wenn die anderen Basen verwendet werden, muß die Temperatur des Nitrierungsgemisches vor dem Zusatz auf o bis 100 C vermindert werden.
  • Die Base wird zu dem Nitrierungsgemisch so langsam zugesetzt, daß die Temperatur nicht über 60°C ansteigt. Eine Temperatur von 0 55°C wird vorgezogen, die Umwandlung des Zwischenproduktes findet jedoch bei allen Temperaturen innerhalb des Bereiches von 25 bis uo"C statt, und das Gemisch wird auf dieser Temperatur nach der Zufügung der Base unter Rühren noch etwa 1 Stunde gehalten.
  • Anschließend kann das 5-Nitrofuranderivat aus dem Gemisch durch Filtration oder Extraktion mit einem Lösungsmittel, wie Äther oder Benzol, entfernt werden. Es wird dann durch Waschen mit kaltem Wasser gereinigt, bis es frei von Säure ist, und aus Alkohol umkristallisiert oder getrocknet und destilliert.
  • Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß sie es ermöglicht, 5-Nitrofurfurylidendiacetat noch wirtschaftlicher als bei den bekannten Verfahren herzustellen. Diese Verbindung wird zur Herstellung von 5-Nitro- -furfurolsemicarbazon verwendet, das ein chemotherapeutisches Mittel von hervorragendem Wert ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung von 5 Nitrofurfurylidendiacetat beschränkt.
  • Sie kann auch bei der Herstellung anderer nitrierter I;uranderivate benutzt werden.
  • Um die Erfindung klarer verständlich zu machen, werden im folgenden spezifische Beispiele der Herstellung von 5-Nitrofurfurylidendiacetat und anderer nitrierter Furanderivate gebracht.
  • Beispiel I 5-Nitrofurfurylidendiacetat Ein Nitriergemisch wird hergestellt, indem 102 g (11/8 Mol) konzentrierte Salpetersäure (spezifisches Gewicht 1,42) tropfenweise unter Rühren zu 720 ccm (7,6 Mol) Essigsäureanhydrid hinzugefügt werden.
  • Diese Zugabe dauert etwa 10 Minuten, und die Temperatur wird durch äußere Kühlung unter 40"C gehalten. 96 g (I Mol) reines Furfurol werden dann zu der so hergestellten Lösung hinzugefügt, wobei die Reaktionstemperatur bei 40 i 3° C gehalten wird. Das Rühren wird noch 1/2 Stunde fortgesetzt.
  • Statt Furfurol kann für diese Reaktion auch Furfnrylidendiacetat verwendet werden.
  • Die Temperatur des Reaktionsgemisches wird dann auf Io°C erniedrigt, und 600 ccm kaltes Wasser werden zugefügt, wodurch die Temperatur auf 20 bis 25° C steigt. Eine ausreichende Menge annähernd 2obiger wäßriger Trinatriumphosphatlösung (etwa 1200 ccm) wird langsam zugefügt, um den pH-Wert der Lösung auf 3,7 zu bringen. Die Temperatur wird während dieser Zeit auf unter 600 C gehalten. Nachdem die ganze Phosphatlösung zugefügt worden ist, wird die Temperatur des Reaktionsgemisches I Stunde bei 0 55°C gehalten. Das Gemisch wird dann auf zoOC abgekühlt und I Stunde bei dieser Temperatur gerührt.
  • Die Kristalle werden abfiltriert, auf dem Filter mit I 1 kaltem Wasser gewaschen und bei 500 C getrocknet.
  • Ausbeute I37 g oder 56 0/o.
  • Das Produkt wird bei 7I"C mit 800 cm Äthylalkohol umkristallisiert, durch Absaugen filtriert und das Filtrat auf 20°C abgekühlt. Die Temperatur wird 1 Stunde bei 20° C gehalten, die Kristalle werden abfiltriert, auf dem Filter mit 50 ccm Alkohol gewaschen und bei 50"C getrocknet. Ausbeute 121 g.
  • Das ist eine Gesamtausbeute von 50 0/o reinem 5-Nitrofurfurylidendiacetat. Schmelzpunkt 91 bis 92" C.
  • Beispiel 2 5-Nitrofurfurylidendiacetat 32 ccm (o,5 Mol) Salpetersäure werden tropfenweise unter Rühren zu 132 ccm (1,4 Mol) Essigsäureanhydrid mit solcher Geschwindigkeit zugesetzt, daß die Temperatur entweder durch äußere Kühlung oder durch direkten Zusatz von kleinen Stücken Trockeneis zu dem Gemisch auf 25"C gehalten wird. Dann wird eine Lösung von 24 g (0,25 Mol) Furfurol in 47 ccm (o,5 Mol) Essigsäureanhydrid tropfenweise unter Rühren bei 25"C zugesetzt. Das Rühren wird noch 1/2 Stunde fortgesetzt.
  • Statt Furfurol kann für diese Reaktion auch Furfurylidendiacetat verwendet werden.
  • Das Reaktionsgemisch wird in einem Eisbad auf o°C abgekühlt, und 271 g Wasser werden zugesetzt.
  • 30 g Natriumhydroxyd werden dann mit solcher Geschwindigkeit zugefügt, daß die Temperatur der Lösung nicht über 0 55°C ansteigt, um den pu-Wert der Lösung auf 3,7 zu bringen. Die Temperatur wird 1 Stunde bei 50 bis 0 55°C gehalten, das Gemisch auf o°C gekühlt und filtriert. Das Produkt wird auf dem Filter mit 250 ccm kaltem Wasser gewaschen und bei ;oOC getrocknet. Ausbeute 29 g oder 48 °!o Beispiel 3 Propionsäureester des 5-Nitrofurfurylalkohols 51 g (9/16 Mol) Salpetersäure (spezifisches Gewicht 1,42) werden tropfenweise zu 360 ccm Essigsäureanhydrid zugesetzt, wobei die Reaktionstemperatur durch äußere Kühlung unter 400 C gehalten wird.
  • Dann werden 77 g (1/2 Mol) Propionsäureester des Furfurylalkohols tropfenweise unter Rühren mit einer solchen Geschwindigkeit zugesetzt, daß die Temperatur leicht bei äußerer Kühlung auf 40 i 3°C gehalten wird. Das Rühren wird bei 400 C noch 1/2 Stunde fortgesetzt.
  • Das Reaktionsgemisch wird auf o°C gekühlt, und 300 g Wasser werden zugesetzt. Dann werden 250 ccm einer 2obigen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd mit einer solchen Geschwindigkeit hinzugefügt, daß die Reaktionstemperatur 55° C nicht überschreitet. Die Temperatur von 50 bis 55° C wird unter Rühren 1 Stunde lang aufrechterhalten. Das Gemisch wird auf o°C abgekühlt und unter Rühren , Stunde lang dabei gehalten. Das Reaktionsprodukt wird dann abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet.
  • Ausbeute 49 g oder 49 %.
  • Beispiel 4 Methylester der 5-Nitrofuran-2-carbonsäure Das Verfahren ist das gleiche wie das des Beispiels 3. Es werden jedoch 63 g (1/2 Mol) Methylester der Furan-2-carbonsäure an Stelle des Propionsäureesters des Furfurylalkohols verwendet. Ausbeute 45 g oder 53 °lO.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von 5-Nitrofuranderivaten durch Nitrierung von Furanderivaten mit Salpetersäure und Essigsäureanhydrid, wobei zunächst ein Zwischenprodukt gebildet wird, das dann mittels einer Base in das 5-Nitrofuranderivat umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrierung mit konzentrierter Salpetersäure bei Temperaturen zwischen o und 500 C durchgeführt wird und daß das in bekannter Weise, aber ohne Isolierung des Zwischenproduktes mit Wasser verdünnte Reaktionsgemisch durch Zusatz einer Base, insbesondere Trinatriumphosphat, bei 25 bis 600 C, insbesondere bei etwa 55°C, auf einen p-Wert von I,79 bis 4,66, vorzugsweise etwa 3,7, eingestellt wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Comptes rendus, Bd. 132 (1901), S.I4I; Bd. I34 (1902), S. 777; Annales de Chimie et de Physiques (8), Bd. 4 (I905), S. 225 bis 229; Journal of the American Chemical Society, Bd. 52 (1930), 5. 2550 bis 2554, 4165 und 4I66; Bd. 53 (1931), S. II42 bis II47; Bd. 55 (1933), S.2903 bis 2909; Bd. 56 (1934), S. 464 bis 466; Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, Bd. 49 (1930), S.III8 bis II25 und II69 bis II73; Bd. 50 (I93I), 5. 981 bis 988; Bd. 5r (1932), S. 349 bis 355; Jowa State College Journal Science, Bd. 5 (I93I), S. 85 bis 88.
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