WO1993005017A1 - Verfahren zur herstellung von 5,6-dihydroxyindolinen - Google Patents

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Georg KNÜBEL
Günther KONRAD
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    • C07D209/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
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    • C07D209/04—Indoles; Hydrogenated indoles
    • C07D209/30—Indoles; Hydrogenated indoles with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, directly attached to carbon atoms of the hetero ring
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    • C07D209/04—Indoles; Hydrogenated indoles
    • C07D209/08—Indoles; Hydrogenated indoles with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, directly attached to carbon atoms of the hetero ring

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of 5,6-dihydroxyindolines by ether cleavage of corresponding ether precursors using hydrogen bromide and subsequent direct crystallization from the aqueous reaction mixture.
  • 5,6-Dihydroxyindoline also known in the literature under the names cyclodopamine and leuconorepinochrome, as well as 2-carboxy-5,6-dihydroxyindo-1in (synonyms: cyclodopa and leucodopachrome) are used in the fields of medicine and pharmacy as well as hair coloring -great importance.
  • the natural hair dyes are formed in the course of their biosynthesis by oxidative polymerization of 5,6-dihydroxyindole.
  • 5,6-dihydroxyindole is extremely unstable and, in the presence of atmospheric oxygen, very quickly forms insoluble, colored oxidation and polymerization products which can no longer be fixed on the hair itself. Attempts to use the 5,6-dihydroxyindole itself or its salts in coloring preparations are therefore very difficult.
  • 5,6-dihydroxyindoline can be prepared by reacting 5,6-dimethoxyindoline with aqueous HBr, after the reaction the hydrobromic acid is distilled off, the residue is taken up in ethanol, treated with activated carbon and over Celite is filtered; Subsequently, ethyl ether is added to the crystallization of 5,6-dihydroxyindoline. This process is too cumbersome for technical prints.
  • 5,6-dihydroxyindolines can be prepared in a simple manner by reacting the corresponding ether precursors with hydrobromic acid and crystallizing the 5,6-dihydroxyindoline directly from the aqueous reaction mixture.
  • the invention therefore relates to a process for the preparation of 5,6-dihydroxyindolines of the general formula (I) wherein the radicals R 1 and R3 independently of one another are hydrogen or alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms and the radical R2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a carboxyl group, by reacting an indoline ether of the general formula (II )
  • radicals Rl and R-3 independently of one another are hydrogen or alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, the radicals R 1 and R5 alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms or together with the oxygen atoms to which they are attached Alkylenedioxy group with 1 to 4 carbon atoms and the rest R *** * hydrogen, an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms or a group C00R- 7 or CONR ⁇ R ⁇ and R * 7 and R 8 hydrogen or an alkyl group mean men having 1 to 4 C-Ato ⁇ , with hydrobromic acid, the fifth 6-Dihydroxyindolines are crystallized directly from the aqueous reaction mixture.
  • the radical R ** - * in the formulas (I) and (II) is hydrogen.
  • the radical R 1 in the formulas (I) and (II) also denotes hydrogen or a methyl group, in particular hydrogen.
  • indoline ethers (II) in which the radicals R 4 and R 5 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are usually used in the process according to the invention.
  • the Ether cleavage formed from methyl bromide It can therefore be advantageous to use those indoline ethers (II) in which the radicals R 1 and R * - * - together with the oxygen atoms to which they are attached, are an alkylenedioxy group having 1 to 4 carbon atoms, for example one Are methylenedioxy or isopropylidenedioxy distr.
  • the bromides formed in the ether cleavage in this case are less volatile and are preferable in the sense of better working safety.
  • the indoline ether (II) used can be in free form or in the form of salts, for. B. be used as hydrochloride.
  • the process according to the invention can be carried out in a simple manner by heating the indoline ether (II) in an aqueous solution of hydrogen bromide.
  • concentration of the aqueous HBr is not particularly limited per se, but 40 to 62% solutions are preferred.
  • the molar ratio of hydrogen bromide to indoline ether (II) is set in the range from 3: 1 to 30: 1, preferably from 5: 1 to 15: 1.
  • the reaction mixture is then heated under reflux for several hours.
  • Working up is carried out in a simple manner by cooling the reaction mixture, the desired 5,6-dihydroxyindoline (I) crystallizing out. After suction and drying, the 5,6-di-hydroxyindoline is obtained in a very pure form.
  • the 5,6-dihydroxyindolines obtained by the process according to the invention are suitable as precursors for oxidation dyes, such as those used in oxidation colorants for keratin fibers, in particular for human hair.
  • Example 1 100 g of 5,6-dimethoxyindoline (0.6 mol) were placed under nitrogen in a stirred container and 500 ml of a 62% aqueous hydrogen bromide solution (6.6 mol HBr) were metered in. The mixture was then warmed carefully and the reaction mixture was heated under reflux for 5 hours. After cooling to 60 ° C., the mixture was filtered and 5,6-dihydroxyindoline was crystallized out overnight with ice cooling. The product was filtered off and dried in vacuo.
  • Comparative Example 1 10 g of 5,6-dimethoxyindoline were placed under nitrogen in a stirred container. And 50 ml of conc. HC1 metered. The mixture was then warmed carefully and the reaction mixture was heated under reflux for 5 hours. No zones of 5,6-dimethoxyindoline or 5,6-dihydroxyindoline were found in the thin-layer chromatogram of the reaction mixture.
  • Comparative Example 2 10 g of 5,6-dimethoxyindoline were placed in a stirred vessel under nitrogen and 50 ml of a 67% aqueous iodide solution were metered in. The mixture was then carefully named and the reaction mixture was heated under reflux for 5 hours. No zones of 5,6-dimethoxyindoline or 5,6-dihydroxyindoline were found in the thin-layer chromatogram of the reaction mixture.

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Abstract

Durch Umsetzung von 5,6-Dialkoxyindolinen mit Bromwasserstoffsäure und anschließende direkte Auskristallisation aus der wäßrigen Reaktionsmischung sind 5,6-Dihydroxyindoline der allgemeinen Formel (I), worin die Reste R?1 und R3¿ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen und der Rest R2 Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Carboxylgruppe bedeuten, in einfacher Weise zugänglich.

Description

"Verfahren zur Herstellung von 5,6-Dihydroxyindolinen"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5,6-Dihydroxy- indolinen durch Etherspaltung entsprechender Ethervorstufen mittels Brom¬ wasserstoff und ansch ießende direkte Auskristallisation aus der wäßrigen Reaktionsmischung.
5,6-Dihydroxyindolin, in der Literatur auch unter den Bezeichnungen Cyclo- dopamin und Leuconorepinochrom bekannt, sowie 2-Carboxy-5,6-dihydroxyindo- 1in (Synonyme: Cyclodopa und Leucodopachrom) sind im Bereich der Medizin und Pharmazie sowie der Haarfärbung von-großer Bedeutung.
Beispielsweise werden die natürlichen Haarfarbstoffe, die sogenannten Me¬ lanine, im Verlaufe ihrer Biosynthese durch oxidative Polymerisation von 5,6-Dihydroxyindol gebildet. Es hat daher in der Vergangenheit zahlreiche Versuche gegeben, das 5,6-Dihydroxyindol als reaktives Farbstoffvorprodukt in der Haarfärberei zu verwenden. Leider ist das 5,6-Dihydroxyindol sowohl in freier Form als auch in Form seiner Salze in wäßriger Lösung äußerst instabil und bildet in Gegenwart von Luftsauerstoff sehr rasch unlösliche, gefärbte Oxidations- und Polymerisationsprodukte, die selbst nicht mehr am Haar fixiert werden können. Daher sind Versuche, das 5,6-Dihydroxyindol selbst oder dessen Salze in Färbezubereitungen einzusetzen, mit großen Schwierigkeiten verbunden. Dagegen ist vorgeschlagen worden, 5,6-Dihydroxyindoline als Pigmentvor¬ stufe in der biomimetischen Färbung von Haaren zu verwenden. Auf diese Weise können natürliche Haarfärbungen mit Melanin-Farbstoffen über ein in situ gebildetes 5,6-Dihydroxyindol erzielt werden, ohne Nachteile durch dessen bekannte Stabi tätsprobleme hinnehmen zu müssen.
Die Herstellung von 5,6-Dihydroxyindol n wurde erstmalig von S.N.Mishra und G.A.Swan beschrieben (J.Chem.Soc. C 1967 1424). Die Autoren erhielten durch Etherspaltung von 5,6-Dimethoxyindolin im Autoklaven bei 150 °C eine Lösung von 5,6-Dihydroxyindolin in Salzsäure. Die Lösung mußte anschlie¬ ßend eingedampft -und das so erhaltene Rohprodukt aus Ether/Ethanol gerei¬ nigt werden. Dieses Verfahren hat jedoch mehrere Nachteile: (1) die Ether- spaTtung im Autoklaven ist bei größeren Ansatzmengen mit großem Aufwand verbunden; (2) die Reaktionslösung muß zur Gewinnung des Rohprodukts voll¬ ständig eingedampft werden, wodurch erhebliche Energiekosten entstehen und die Raum-Zeit-Ausbeute gemindert wird und (3) die Umkristallisation aus leicht entzündlichen organischen Lösungsmitteln stellt unter dem Aspekt der Arbeitssicherheit ein erhöhtes Risiko dar.
M.Piatelli et al. haben in Kenntnis der Synthese von 5,6-Dihydroxyindolin nach S.N.Mishra und G.A.Swan einen alternativen Syntheseweg entwickelt, bei dem zunächst Dopamin zu Norepichro oxidiert, dieses zur Leukoverbin- dung reduziert und dieses in Triacetyl-dihydroxyindolin überführt wird. Aus diesem wird 5,6-Dihydroxyindolin nach Abspaltung der Acetylgruppen in roher Form erhalten. Die Reinigung entspricht der, die S.N. Mishra und G.A.Swan beschrieben haben. Neben der umständlichen Reinigung besitzt auch dieses Verfahren schwerwiegende Nachteile, die einer Anwendung in techni¬ schem Maßstab entgegenstehen: (1) Der Oxidationsschritt muß in großer Ver¬ dünnung (ca. 0,5 g Dopamin pro Liter) durchgeführt werden und (2) die Zwischenstufe Triacetyldihydroxychinolin muß säulenchro atographisch ge¬ reinigt werden. In völliger Analogie zu diesem Verfahren wurde die Synthese von 2-Carb- oxy-5,6-Dihydroxyindolin von H.Wyler und J.Chiovini beschrieben (Helv. Chim. Acta 1961 (51) 1476). Sie oxidierten Dopamethylester in großer Ver¬ dünnung zum Dopachrom-methylester und reduzierten in situ zum Leucodo- pachrom-methylester, der dann als Triacetylderivat isoliert und anschlie¬ ßend sauer zu 2-Carboxy-5,6-Dihydroxyindolin (Leucodopachrom) hydrolysiert wurde. Das Verfahren ist jedoch mit den oben beschriebenen Nachteilen ver¬ bunden; die Autoren erhielten dementsprechend nur einige Milligramm an Produkt, die zur spektroskopischen Charakterisierung herangezogen wurden.
Gemäß EP-A-462 857 • läßt sich 5,6-Dihydroxyindolin durch Umsetzung von 5,6-Dimethoxyindolin mit wäßriger HBr herstellen, wobei nach der Reaktion die Bromwasserstoffsäure abdestilliert, der Rückstand in Ethanol aufge¬ nommen, mit Aktivkohle behandelt und über Celite filtriert wird; anschlie¬ ßend wird zur Auskristallisation von 5,6-Dihydroxyindolin Ethylether zuge¬ setzt. Dieses Verfahren ist für technische Drucke zu umständlich.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren zur Her¬ stellung von 5,6-Dihydroxyindolinen, das insbesondere auch in größerem Maßstab durchführbar ist.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich 5,6-Dihydroxyindoline in einfacher Weise dadurch herstellen lassen, daß man die entsprechenden Ethervorstufen mit Bromwasserstoffsäure umsetzt und die 5,6-Dihydroxyindo- line direkt aus der wäßrigen Reaktionsmischung auskristallisiert.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von 5,6- Dihydroxyindolinen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000006_0001
worin die Reste R1 und R3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl¬ gruppen mit 1 bis 4 C-Atomen und der Rest R2 Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Carboxylgruppe bedeuten, durch Umsetzung eines Indolinethers der allgemeinen Formel (II)
Figure imgf000006_0002
worin die Reste Rl und R-3 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl¬ gruppen mit 1 bis 4 C-Atomen, die Reste R^ und R5 Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen oder gemeinsam mit den Sauerstoffatomen, an die sie gebunden sind, eine Alkylendioxygruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und der Rest R**** Wasser¬ stoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Gruppe C00R-7 oder CONR^Rδ und R*7 und R8 Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Ato¬ men bedeuten, mit Bromwasserstoffsäure, wobei die 5.6-Dihydroxyindoline direkt aus der wäßrigen Reaktionsmischung auskristallisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bedeutet der Rest R**-* in den Formeln (I) und (II) Wasserstoff. In einer weiteren bevorzugten Aus¬ führungsform bedeutet darüber hinaus der Rest R1 in den Formeln (I) und (II) Wasserstoff oder eine Methylgruppe, insbesondere Wasserstoff.
Üblicherweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahrens solche Indolin- ether (II) eingesetzt, bei denen die Reste R4 und R5 Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen sind. Im Falle von Methylgruppen wird dann im Zuge der Etherspaltung daraus Methylbromid gebildet. Es kann daher vorteilhaft sein, solche Indolinether (II) einzusetzen, bei denen die Reste R^ und R*-*- gemeinsam mit den Sauerstoffatomen, an die sie gebunden sind, eine Alky- lendioxygruppe mit 1 bis 4 C-Atomen, z.B. eine Methylendioxy- oder Iso- propylidendioxygruppe sind. Die in diesem Falll bei der Etherspaltung gebildeten Bromide sind schwerer flüchtig und im Sinne einer besseren Ar¬ beitssicherheit vorzuziehen.
Die eingesetzten Indolinether (II) können dabei in freier Form oder in Form von Salzen, z. B. als Hydrochlorid, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise derart durchgeführt werden, daß man den Indolinether (II) in einer wäßrigen Lösung von Brom¬ wasserstoff erhitzt. Die Konzentration des wäßrigen HBr unterliegt an sich keiner besonderen Einschränkung, jedoch werden 40 bis 62%-ige Lösungen bevorzugt. Das molare Verhältnis von Bromwasserstoff zu Indolinether (II) wird im Bereich von 3 : 1 bis 30 : -eingestellt, vorzugsweise von 5 : 1 bis 15 : 1. Die Reaktionsmischung wird anschließend mehrere Stunden unter Rückfluß erhitzt. Die Aufarbeitung geschieht in einfacher Weise durch Ab¬ kühlen des Reaktionsgemisches, wobei das gewünschte 5,6-Dihydroxyindolin (I) auskristallisiert. Nach dem Absaugen und Trocknen fällt das 5,6-Di- hydroxyindolin in sehr reiner Form an.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen 5,6-Dihydroxyindoline eignen sich als Vorprodukt für Oxidationsfarbstoffe, wie sie in Oxidati- onsfärbemitteln für Keratinfasern, insbesondere für menschliches Haar, Anwendung finden.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind nicht einschränkend zu verstehen. B e i s p e l e
Beispiel 1: 100 g 5,6-Dimethoxyindolin (0,6 Mol) wurden unter Stickstoff in einem Rührbehälter vorgelegt und 500 ml einer 62%-igen wäßrigen Brom¬ wasserstofflösung (6,6 Mol HBr) zudosiert. Anschließend wurde vorsichtig erwärmt und das Reaktionsgemisch 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Nach Abkühlen auf 60 °C wurde filtriert und über Nacht unter Eiskühlung 5,6- Dihydroxyindolin auskristallisiert. Das Produkt wurde abgesaugt und im Vakuum getrocknet.
Ausbeute: 100 g 5,6-Dihydroxyindolin-hydrobromid (0,46 Mol; 78% der Theo¬ rie) »
Schmelzpunkt: 236-238 °C (Zersetzung) Reinheit: 97,8% (nach HPLC)
Verqleichsbeispiel 1: 10 g 5,6-Dimethoxyindolin wurden unter Stickstoff in einem Rührbehälter vorgelegt .und 50 ml konz. HC1 zudosiert. Anschließend wurde vorsichtig erwärmt und das Reakt-iβnsgemisch 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Im Dünnsch chtchromatogramm der Reaktionsmischung waren keine Zonen von 5,6-Dimethoxyindolin oder 5,6-Dihydroxyindolin festzustellen.
Verqleichsbeispiel 2: 10 g 5,6-Dimethoxyindolin wurden unter Stickstoff in einem Rührbehälter vorgelegt und 50 ml einer 67%-igen wäßrigen Jodwasser¬ stofflösung zudosiert. Anschließend wurde vorsichtig ernannt und das Re¬ aktionsgemisch 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Im Dünnschichtchromato¬ gramm der Reaktionsmischung waren keine Zonen von 5,6-Dimethoxyindolin oder 5,6-Dihydroxyindolin festzustellen.
Die Vergleichsbeispiele zeigen deutlich, daß die Herstellung von 5,6-Dihy- droxyindolin aus 5,6-Dimethoxyindolin allein mit Bromwasserstoffsäure be¬ friedigend gelingt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstel lung von 5,6-Dihydroxyindol inen der al lgemeinen Formel ( I )
Figure imgf000009_0001
worin die Reste R*** und R^ unabhängig voneinander Wasserstoff oder Al¬ kylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen und der Rest R2 Wasserstoff, eine Al¬ kylgruppe mit I bis 4 C-Atomen oder eine Carboxylgruppe bedeuten, durch Umsetzung eines Indolinethers der allgemeinen Formel (II)
Figure imgf000009_0002
worin die Reste R1 und R*** unabhängig voneinander Wasserstoff oder Al¬ kylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen, die Reste R^ und R5 Alkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen oder gemeinsam mit den Sauerstoffatomen, an die sie gebunden sind, eine Alkylendioxygruppe mit 1 bis 4 C-Atomen und der Rest R*-* Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Gruppe COOR7 oder C0NR7R8 und R7 und R8 Wasserstoff oder eine Alkyl¬ gruppe mit 1 bis 4 C-Atomen bedeuten, mit Bromwasserstoffsäure, wobei die 5,6-Dihydroxyindoline direkt aus der wäßrigen Reaktionsmischung auskristallisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rest R3 Wasserstoff bedeutet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rest Rl Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeutet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rest R Wasser¬ stoff bedeutet.
PCT/EP1992/001939 1991-09-02 1992-08-24 Verfahren zur herstellung von 5,6-dihydroxyindolinen WO1993005017A1 (de)

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