WO2006133869A1 - Verfahren zur herstellung von 3,7-diaza-bicyclo[3.3.1]nonan-verbindungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 3,7-diaza-bicyclo[3.3.1]nonan-verbindungen Download PDF

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Barbara Duecker
Michael Wessling
Nicole Nitschke
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Clariant Produkte (Deutschland) Gmbh
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D471/08—Bridged systems

Definitions

  • the invention relates to an improved process for the preparation of 3,7-diazabicyclo [3.3.1] nonane compounds, which is industrially feasible, reproducibly yields good yields and requires less solvent use.
  • 3,7-Diaza-bicyclo [3.3.1] nonane compounds of formula 1 are interesting compounds for various applications. Among others, they themselves or transition metal complexes containing ligands according to formula (I) are very effective bleach catalysts
  • R is hydrogen, hydroxyl, C 1 -C 4 alkyl;
  • R 1 is C 1 -C 4 alkyl, C 6 -C 10 aryl or P is pyrrolididinyl-CCr r is C C 44 -alkyl;
  • R 2 is C 1 -C 4 alkyl, C 6 -C 10 aryl;
  • the synthesis carried out on a laboratory scale, is carried out in methanol in the first reaction step;
  • the isolation of the solid product by crystallization at temperatures of about 5 0 C requires 1 to 3 days, the drying is carried out in vacuo at 40 0 C.
  • the product of the first reaction step is suspended in ethanol, amine and formaldehyde added and Boil boiling.
  • the ethanol is stripped off, the residue taken up in ethanol, crystallized at about 5 ° C and optionally recrystallized in ethanol.
  • the object was therefore to develop an improved process for the preparation of compounds of the formula I which is free of the disadvantages described above.
  • the invention provides a process for the preparation of 3,7-diazabicyclo [3.3.1] nonane compounds of the formula 1
  • the dicarboxylic acid diester is in a C 2 -C 4 alcohol, such as ethanol, propanols or butanols, preferably in a branched C 3 - or C 4 - alcohols and cooled to O 0 C to 2O 0 C.
  • the pyridine-2-aldehyde in question is added dropwise to the cooled mixture.
  • the amount of aldehyde is 2.0-2.2, preferably 2.0-2.1 molar equivalents based on the diester.
  • the TemperaturjDei this step is generally at 0-20 0 C, preferably at 5-15 ° C, more preferably at 5-10 0 C.
  • the dosage is within 5-45 minutes, preferably within 10-20 minutes.
  • reaction mixture is heated and reduced in vacuo by azeotropic distillation, the content of water in the mixture.
  • the internal temperature during the distillation is 40-60 0 C, preferably at 45-50 0 C.
  • the vacuum is adjusted accordingly. It is then cooled and stirred, the temperature is 0-20 0 C. After completion of the stirring, the product is filtered off, washed with solvent and dried.
  • the intermediate product is obtained in yields> 80%, preferably in yields of 84-88% and high purity (> 95% by NMR content).
  • the reaction time is 1-3 hours, preferably, 1, 5-2 hours, the temperature is 50-70 ° C, preferably 55- 65 ° C. Subsequently, the content of water in the reaction mixture is reduced as much as possible under vacuum by azeotropic distillation. After completion of the distillation, room temperature is then first to 0-15 0 C, preferably to 5-10 ° C. cooled and stirred. Then the product is filtered off, washed with fresh solvent and dried.
  • the compound of the formula I is obtained in yields of> 50%, preferably in yields of 55-65%, in high purity (> 98% by NMR).
  • 2nd stage 23 kg of the product of the 1st stage (60 mol) were initially charged in 40 l of isobutanol. At room temperature, only 9.73 kg of aminomethylpyridine (90 mol) and then 19.32 kg of formaldehyde solution (37%, 24 mol) were added to this suspension. After completion of the addition, the mixture was heated to 55-60 ° C and stirred for 2 hours at this temperature. Internal temperature initially 16 kg water phase being removed using a water then at a maximum of 60 0 C and then additionally 4 kg iso-butanol distilled off. After completion of the distillation was vented and cooled to room temperature, then to 5-1O 0 C.
  • 2nd stage 69 g of the product of the 1st stage (0.15 mol) were initially charged in 100 ml of isobutanol. At room temperature, initially 18.0 g of methylamine (40% aqueous solution, 0.225 mol), then 48.7 g of formaldehyde solution (37% in water, 0.6 mol) were added. The mixture was warmed to 6O 0 C and stirred for 2 h at this temperature. After completion of the reaction time, about 200 ml of isobutanol-water mixture were distilled off in vacuo at 60 ° C. internal temperature, at the same time 150 ml of fresh isobutanol being added dropwise. After finished

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Pyridine Compounds (AREA)
  • Hydrogenated Pyridines (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von 3,7-Diaza-bicyclo[3.3.1]nonan- Verbindungen beansprucht, wobei in einem ersten Schritt ein Dicarbonsäureester mit einem Pyridinaldehyd und einem primären Amin umgesetzt wird. Das dabei entstandene Piperidon wird in einer zweiten Stufe mit Formaldehyd und einem weiteren primären Amin umgesetzt. Erfindungswesentlich ist, dass in der ersten Reaktionsstufe ein C2-C4-Alkohol und in der zweiten Reaktionsstufe ein C3-C4- Alkohol als Lösungsmittel eingesetzt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von 3,7-Diaza-bicyclo[3.3.1]nonan-Verbindungen
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 3,7-Diaza- bicyclo[3.3.1]nonan-Verbindungen, das großtechnisch durchführbar ist, reproduzierbar gute Ausbeuten liefert und geringeren Lösemitteleinsatz erfordert.
3,7-Diaza-bicyclo[3.3.1]nonan-Verbindungen der Formel 1 stellen interessante Verbindungen für verschiedene Anwendungen dar. Unter anderem sind sie selbst oder Übergangmetallkomplexe, die Liganden gemäß Formel (I) enthalten, sehr effektive Bleichkatalysatoren
Figure imgf000002_0001
(1 )
wobei R Wasserstoff, Hydroxyl, C1-C4 Alkyl; R1 C1-C4 Alkyl, C6-C10 Aryl oder P Pyyrriiddiinnyyll--CCrrCC44--aallkyl; R2 C1-C4 Alkyl, C6-C10 Aryl; R3 C1-C4 Alkyl und X C=O oder C(OH)2 bedeutet.
Deren Verwendung als Bleichkatalysator in Wasch- und Reinigungsmittel wird u.a. in WO 02/48301 , US 2003/0 162 681 und WO 03/104 234 beansprucht.
Die Herstellung dieser Verbindungen erfolgt gemäß den Angaben in Inorg. Chimica Acta, 337 (2002) 407-419 nach folgendem Reaktionsschema:
Figure imgf000003_0001
- H2O HCHO R1-NH2
Figure imgf000003_0002
Ausgehend von Dicarbonsäurediester werden in zwei Mannich
Kondensationsschritten, jeweils unter Wasserabspaltung Verbindungen gemäß Strukturformel 1 erhalten.
Die Synthese, durchgeführt im Labormaßstab wird im ersten Reaktionsschritt in Methanol durchgeführt; die Isolierung des festen Produktes durch Auskristallisieren bei Temperaturen um ca. 50C erfordert 1 bis 3 Tage, die Trocknung erfolgt im Vakuum bei 4O0C. Im zweiten Reaktionsschritt wird das Produkt des ersten Reaktionsschrittes in Ethanol suspendiert, Amin und Formaldehyd zugegeben und zum Sieden erhitzt. Zur Isolierung des Produktes wird das Ethanol abgezogen, der Rückstand in Ethanol aufgenommen, bei ca. 5°C auskristallisiert und gegebenenfalls in Ethanol umkristallisiert.
Das beschriebene Syntheseverfahren ist im großtechnischen Maßstab nicht durchführbar; der Lösemitteleinsatz ist hoch, die Kristallisation erfordert zu lange Zeiträume, die Isolierung der festen Produkte aus den Reaktionsapparaturen ist problematisch und so technisch nicht durchführbar, die Ausbeuten sind schlecht reproduzierbar.
Aufgabe war deshalb, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Substanzen der Formel I zu entwickeln, das frei ist von den oben geschilderten Nachteilen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 3,7-Diaza- bicyclo[3.3.1]nonan-Verbindungen der Formel 1
Figure imgf000004_0001
(1)
wobei R Wasserstoff, Hydroxyl, C1-C4 Alkyl; R1 CI-C4 Alkyl, C6-Ci0 Aryl; oder Pyridinyl-CrC4-alkyl; R2 C1-C4 Alkyl, C6-C10 Aryl; R3 C1-C4 Alkyl und X C=O oder C(OH)2 bedeutet, durch (a) Umsetzung eines Dicarbonsäureesters der Formel (2)
Figure imgf000004_0002
it einem Pyridinaldehyd der Formel (3)
Figure imgf000004_0003
sowie einem Amin der Formel (4)
R -NH2 (4)
zu einem Piperidon der Formel (5)
Figure imgf000005_0001
und
(b) Umsetzung der so erhaltenen Piperidonen der Formel (5) mit Formaldehyd und einem Amin der Formel R1-NH2, wobei R, R1, R2 und R3 die oben genannten Bedeutungen haben. Dieses Verfahren besteht darin, dass man die Reaktionsstufe (a) in einem C2-C4-Alkohol durchführt und die Reaktionsstufe (b) in einem C3-C4-Alkohol und das entstandene Reaktionswasser durch azeotrope Destillation entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren im Einzelnen erfolgt in folgender Weise:
Reaktionsschritt (a) Der Dicarbonsäurediester wird in einem C2-C4-Alkohol, wie zum Beispiel Ethanol, Propanolen oder Butanolen, bevorzugt in einem verzweigten C3- oder C4- Alkoholen vorgelegt und auf O0C bis 2O0C abgekühlt. Zur abgekühlten Mischung wird der betreffende Pyridin-2-aldehyd getropft. Die Menge an Aldehyd beträgt 2,0-2,2 bevorzugt 2,0-2,1 Moläquivalente bezogen auf den Diester. Die TemperaturjDei diesem Schritt liegt im Allgemeinen bei 0-200C, bevorzugt bei 5-15°C, besonders bevorzugt bei 5-100C. Die Dosierung erfolgt innerhalb von 5-45 Minuten, bevorzugt innerhalb von 10-20 Minuten. Anschließend wird das primäre Amin R2-NH2 zugetropft. Die Menge an Amin beträgt 0,9-1 ,1 bevorzugt 0,95-1 ,05 Moläquivalente bezogen auf den Diester. Die Temperatur bei dieser Dosierung liegt im Allgemeinen bei 0-200C, bevorzugt bei 5-15°C, besonders bevorzugt bei 5-1O0C. Die Zugabe erfolgt über einen Zeitraum von 30-120 Minuten, bevorzugt innerhalb von
60-90 Minuten. Nach beendeter Zugabe wird die Reaktionsmischung aufgeheizt und im Vakuum durch azeotrope Destillation der Gehalt an Wasser in der Mischung verringert. Die Innentemperatur während der Destillation liegt bei 40-600C, bevorzugt bei 45-500C. Das Vakuum wird entsprechend eingestellt. Anschließend wird abgekühlt und nachgerührt, wobei die Temperatur bei 0-200C liegt. Nach beendeter Nachrührzeit wird das Produkt abfiltriert, mit Lösemittel gewaschen und getrocknet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Zwischenprodukt in Ausbeuten > 80 %, bevorzugt in Ausbeuten von 84-88 % und hoher Reinheit (> 95 % Gehalt nach NMR) erhalten.
Reaktionsschritt (b)
Das Produkt der ersten Stufe wird wiederum in einem C3-C4-Alkohol, wie zum Beispiel in Propanolen oder Butanolen, bevorzugt verzweigten C3- oder C4- Alkoholen suspendiert. Der Alkohol in diesem Reaktionsschritt ist vorzugsweise der gleiche Alkohol wie im Reaktionsschritt (a). In beiden Reaktionsschritten können jedoch auch unterschiedliche Alkohole innerhalb der gegebenen Definition genommen werden. Nacheinander werden das Amin R1-NH2 und Formalinlösung zugegeben. Die Menge an Amin beträgt 1 ,2-1 ,6 bevorzugt 1 ,4-1 ,5 Moläquivalente bezogen auf das Zwischenprodukt, die Menge an Formaldehyd beträgt 3,0-4,5 Moläquivalente bezogen auf das Produkt der ersten Stufe. Anschließend wird die Mischung erwärmt und nachgerührt. Die Reaktionszeit beträgt 1-3 Stunden, bevorzugt, 1 ,5-2 Stunden, die Temperatur liegt bei 50-70°C, bevorzugt bei 55- 65°C. Anschließend wird unter Vakuum durch azeotrope Destillation der Gehalt an Wasser im Reaktionsgemisch so weit wie möglich verringert. Nach beendeter Destillation wird zunächst Raumtemperatur dann auf 0-150C bevorzugt auf 5-10°C abgekühlt und nachgerührt. Dann wird das Produkt abfiltriert, mit frischem Lösemittel gewaschen und getrocknet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verbindung der Formel I in Ausbeuten > 50 % bevorzugt in Ausbeuten von 55-65 % in hoher Reinheit erhalten (> 98 % Gehalt nach NMR).
Die Herstellung der Verbindungen gemäß Formel 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfordert im Vergleich zum Stand der Technik - nur ein organisches Lösemittel anstelle von zwei sowie
- eine auf zirka 35 % reduzierte Masse an benötigtem organischem Lösemittel. Das Verfahren ist im Vergleich zum Stand der Technik großtechnisch durchführbar.
Das Verfahren, wie in der Literatur beschrieben, ist großtechnisch in vielen Punkten nicht realisierbar, die Kristallisation erforderte einen hohen zeitlichen Aufwand und ist kaum reproduzierbar. Durch Einführung der Destillation in Stufe 1 und 2 gelang es, eindeutig definierte Parameter für eine reproduzierbare Kristallisation in reduzierter Zeit zu definieren, die Zeitersparnis beträgt zirka 80 %.
Nachfolgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern ohne sie darauf einzuschränken.
Beispiel 1
1. Stufe: 12,9 kg Acetondicarbonsäuredimethylester (97 %ig; 72mol) wurden in 52,5 I iso-Butanol gelöst. Die Lösung wurde auf 100C abgekühlt. Bei dieser Temperatur wurden 15,4 kg Pyridin-2-aldehyd (14,4 mol) zugetropft und 10 Minuten nachgerührt. Zu dieser Mischung wurden anschließend 5,59 kg Methylamin (40 % in Wasser, 72mol) so zugetropft, dass die Temperatur bei gleich bleibender Kühlung gehalten werden konnte. Die Reaktionsmischung wurde 90 Minuten bei 100C nachgerührt. Nach beendeter Reaktionszeit wurde auf 40-450C erwärmt und im Vakuum wurden bei 40-450C Innentemperatur mit Hilfe eines Wasserabscheiders 6,6 kg Wasserphase ausgekreist. Im Anschluss wurde belüftet und auf 5-100C abgekühlt. Das Produkt wurde abfiltriert und mit 7,5 I iso- Butanol gewaschen. Das feuchte Produkt wurde im Vakuum bei 5O0C getrocknet. Es wurden 24,3 kg (88%) 1-Methyl-2,6-Dipyridyl-3,5-di(methoxycarbonyl)-4- piperidon als weiß-beiges Pulver erhalten.
2. Stufe: 23 kg des Produktes der 1. Stufe (60 mol) wurden in 40 I iso-Butanol vorgelegt. Zu dieser Suspension wurden bei Raumtemperatur erst 9,73 kg Aminomethylpyridin (90 mol) dann 19,32 kg Formaldehydlösung (37 %, 24 mol) zugegeben. Nach beendeter Zugabe wurde die Mischung auf 55-60°C erwärmt und 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Anschließend wurden bei maximal 600C Innentemperatur zunächst 16 kg Wasserphase mit Hilfe eines Wasserabscheiders ausgekreist und dann zusätzlich 4 kg iso-Butanolphase abdestilliert. Nach beendeter Destillation wurde belüftet und erst auf Raumtemperatur, dann auf 5-1O0C abgekühlt. Nach 2h Rühren bei 5-100C wurde der Niederschlag abfiltriert, mit 7,5 I iso-Butanol gewaschen und im Vakuum bei 500C getrocknet. Es wurden 19,8 kg (64%) 2, 4-Di-(pyridyl)-3-methyl-7-(pyridin-2- ylmethyl)-3, 7-diazabicyclo[3.3.1]nonan-9-on-1 , 5-dimethyl-dicarboxylat in Form eines fast weißen Pulvers erhalten. Ausbeute über 2 Stufen: 56,3 %.
Beispiel 2
1. Stufe: 44,89 g Acetondicarbonsäuredimethylester (97 %ig, 0,25 mol) wurden in 125 ml iso-Butanol vorgelegt. Die Mischung wurde auf 9°C abgekühlt. Bei dieser Temperatur wurden zunächst 53,55 g Pyridin-2-aldehyd (0,5 mol) zugetropft. Anschließend wurden 27,03 g Aminomethylpyridin (0,25 mol) so zugetropft, dass die Temperatur gehalten werden konnte. Dann wurde die Mischung auf zirka 500C erwärmt, und im Vakuum bei ca. 500C Innentemperatur ca. 65 ml Iso-Butanol- Wasser-Gemisch abdestilliert, wobei gleichzeitig ca. 65 ml frisches iso-Butanol zudosiert wurde. Nach beendeter Destillation wurde belüftet und auf 200C abgekühlt. Das Produkt wurde abfiltriert, mehrfach mit iso-Butanol gewaschen und im Vakuum bei 50°C getrocknet. Es wurden 100,6 g (87,4 %) 1-(Pyridin-2- ylmethyl)-2,6-dipyridyl-3,5-di(methoxycarbonyl)-4-piperidon als beige-weißes Pulver erhalten.
2. Stufe: 69 g des Produktes der 1. Stufe (0,15 mol) wurden in 100 ml Iso-Butanol vorgelegt. Bei Raumtemperatur wurden zunächst 18,0 g Methylamin (40 %ige wässrige Lösung, 0,225 mol), dann 48,7 g Formaldehydlösung (37 % in Wasser, 0,6 mol) zugegeben. Die Mischung wurde auf 6O0C erwärmt und 2 h bei dieser Temperatur gerührt. Nach beendeter Reaktionszeit wurden im Vakuum bei 600C Innentemperatur ca. 200 ml Iso-Butanol-Wasser-Gemisch abdestilliert, wobei gleichzeitig 150 ml frisches iso-Butanol zugetropft wurden. Nach beendeter
Destillation wurde belüftet, erst auf Raumtemperatur, dann auf 5°C abgekühlt. Es wurde mehrere Stunden bei 5°C nachgerührt. Anschließend wurde das Produkt abfiltriert, mit iso-Butanol gewaschen und im Vakuum bei 5O0C getrocknet. Es wurden 38,7 g (51 %) 2,4-Di-(pyridyl)-3-(pyridin-2-ylmethyl)-7-methyl-3,7- diazabicyclo[3.3.1]nonan-9-on-1 ,5-dimethyl-dicarboxylat als beige weißes Pulver erhalten. Ausbeute über 2 Stufen: 44,6 %.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von 3,7-Diaza-bicyclo[3.3.1]nonan-Verbindungen der Formel 1
Figure imgf000010_0001
(1 )
wobei R Wasserstoff, Hydroxyl, C1-C4 Alkyl; R1 C1-C4 Alkyl, C6-C10 Aryl, Pyridinyl- CrC4-alkyl; R2 C1-C4 Alkyl, C6-C10 Aryl; R3 C1-C4 Alkyl und X C=O oder C(OH)2 bedeutet, durch (a) Umsetzung eines Dicarbonsäureesters der Formel (2)
Figure imgf000010_0002
mit einem Pyridinaldehyd der Formel (3)
Figure imgf000010_0003
sowie einem Amin der Formel (4)
R^-NH2 (4)
zu einem Piperidon der Formel (5)
Figure imgf000011_0001
und
(b) Umsetzung der so erhaltenen Piperidonen der Formel (5) mit Formaldehyd und einem Amin der Formel R1-NH2, wobei R, R1, R2 und R3 die oben genannten Bedeutungen haben, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktionsstufe (a) in einem C2-C4-Alkohol und die Reaktionsstufe (b) in einem C3-C4-Alkohol durchführt und das entstandene Reaktionswasser durch azeotrope Destillation entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktionsstufen (a) und b) in einem verzweigten C3- oder C4-Alkohol durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktionsstufen (a) und (b) in Butanol durchführt.
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