DE1966195B2 - Verfahren zur Herstellung von 1-Alkyl-2-aminomethyIpyroIidinen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von 1-Alkyl-2-aminomethyIpyroIidinen

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Description

in der R1 eine Alkylgruppe ist, dadurch gekennzeichnet, daß man ein l-Alkyl-2-nitromethylenpyrrolidin der allgemeinen Formel V
(V)
in der R1 die obige Bedeutung aufweist, in Methanol bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur in Gegenwart von Raney-Nickel hydriert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von l-Alkyl-2-aminomethylpyrrolidinen der allgemeinen Formel (I)
N
R-
CH2NH2
in der R1 eine Alkylgruppe ist.
l-Äthyl-2-aminomethylpyrrolidin, die erfindungsgemäß bevorzugt hergestellte Verbindung, wurde bisher durch Erhitzen von l-ÄthyI-3-chlorpiperidinhydrochlorid mit Ammoniak gemäß der US-PS 30 31452 hergestellt Bei diesem Verfahren entsteht jedoch l-Äthyl-3-hydroxypiperidin als schwer abtrennbares Nebenprodukt Dieses Verfahren ist daher zur Herstellung von Zwischenprodukten für pharmazeutische Erzeugnisse, die als Stoffe von hoher Reinheit vorliegen müssen, nicht geeignet Dagegen können die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen als Zwischenprodukte für Arzneimittel unbedenklich verwendet werden.
Aus J. Amer. Chem. Soc. 71, 2042 (1949) ist ein Verfahren zur Herstellung von l-Äthyl-2-aminomethylpyrrolidin aus l-Äthyl-3-chlorpiperidin durch dessen Umsetzung mit Benzylamin und anschließender hydrogenolytischer Entbenzylierung des gebildeten 1-Äthyl-2-benzylaminomethylpyrrolidins bekannt. Die Herstellung der Zwischenverbindung mit Benzylamin erfordert jedoch Reaktionszeiten von 2 Tagen bei 65 bis 750C. Da auch die Entbenzylierung in der Wärme durchgeführt werden muß, erfordert dieses Verfahren einen beträchtlichen Aufwand an Arbeitszeit und Energie. Zudem sind für die Entbenzylierung nur bestimmte Katalysatoren geeignet.
Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung der eingangs genannten Aminomethylpyrrolidine gerichtet, bei dem die gewünschten Produkte aus einem billigen Ausgangsmaterial mit hoher Reinheit und Aiusbeute sowie frei von Nebenprodukten erhalten werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man ein l-Alkyl-2-nitromethylenpyrrolidin der allgemeinen Formel II
O=CH-
NO,
N
R
(H)
in der R1 die obige Bedeutung aufweist, in Methanol bei ι ο Atmosphärendruck und Raumtemperatur in Gegenwart von Raney-Nickel hydriert.
In Anbetracht der in der Literatur, z. B. J. A. C. S. 68, 624 (1946), beschriebenen Probleme, die bei der Hydrierung von Nitrostilbenen auftreten, ist die leichte Durchführbarkeit des Verfahrens der Erfindung überraschend.
Einschließlich seiner Vorstufen kann das Verfahren der Erfindung durch das folgende Reaktionsschema wiedergegeben werden, wobei R1 wie oben definiert ist, R2 eine niedermolekulare Alkylgruppe bedeutet, R3 eine geradkettige niedermolekulare Alkylgruppe ist und R4 eine Alkylgruppe sein kann.
(II)
(1) (R2J2SO4(IIl) oder
(R3)JOBF4 (IV)
(2) R4OM
(3) CH3NO2
l=CHN0,
(V)
Raney-Nickel
CH2MH2
Die erste Stufe des Verfahrens zur Herstellung der Ausgangsverbindung der allgemeinen Formel V besteht aus der Umsetzung des l-Alkyi-2-pyrrolidinons (II) mit dem Dialicylsulfat (III) oder dem Trialkyloxoniumtetrafluorborat (IV) sowie dem Alkalimetallalkoholat und Nitromethan unter Bildung der Verbindung (V). Der Rest R1 kann dabei eine Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl- oder Butylgruppe oder dergleichen sein. Der Rest R2 des Dialkylsulfats (HI) kann eine niedrige
Alkylgruppe, z. B. eine Methyl-, Äthyl- oder Propylgruppe oder dergleichen sein. Die Reaktion des l-Alkyl-2-pyrrolidinons (II) mit dem Dia.lkylsulfat (III) erfordert zwar kein Lösungsmittel, kann jedoch auch in
Lösungsmitteln wie Äther, Methanol, Äthanol, Benzol oder dergleichen durchgeführt werden. Die Reaktionstemperatur liegt in engen Grenzen und wird gewöhnlich bei Raumtemperatur oder unter Erwärmen durchgeführt
Die Reaktion des l-Alkyl-2-pyrrolidinons (H) mit dem Trialkyloxonium-fluorborat (IV) (vgL H. Meerwein und Mitarbeiter, Chem. Ber. 89 [1956], S. 2074) kann mit oder ohne Lösungsmittel erfolgen. Als Lösungsmittel können Äther, Benzol oder dergleichen eingesetzt werden. Die Reaktionstemperatur kann in einem weiten Bereich variiert werden, wird jedoch gewöhnlich bei Raumtemperatur oder unter Erwärmen durchgeführt
Die Gruppe R3 des Trialkyloxonium-tetrafluorborats (IV) kann ein geradkettiger niedriger Alkylrest, z.B. eine Methyl- oder Äthylgruppe, sein. Die Trialkyloxonium-Verbindung (IV) wird gewöhnlich in situ hergestellt, z.B. indem man l,2-Epoxy-3-chlorpropan tropfenweise zu einer Lösung von Bortrifluorid-ätherat (BF3-OR;|2 mit den obigen Bedeutungen für R3) in Äther bei Raumtemperatur unter Röhren gibt, das Reaktionsgemisch am Rückfluß milde erwärmt, den Äther abdekantiert, wenn das Trialkyloxoniumtetrafluorborat beginnt, auszufallen und sich zu verfestigen und den Rückstand mit wasserfreiem Äther wäscht
Die obige Reaktion wird im allgemeinen in einem Lösungsmittel durchgeführt, wobei man üblicherweise einen wasserfreien Äther als Reagenz und Lösungsmittel verwendet. Der Äther kann auch in Kombination mit anderen Lösungsmitteln, z. B. mit wasserfreiem Benzol, wasserfreiem Dioxan und wasserfreiem Dichlorethylen, eingesetzt werden.
Die so erhaltenen Verbindungen werden dann mit einem Alkalimetallalkoholat, erhalten aus einem Alkohol, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol oder Butanol, und einem Alkalimetall, wie Natrium oder Kalium, umgesetzt. Diese Reaktion wird üblicherweise in einem Lösungsmittel durchgeführt Als Lösungsmittel wird in der Regel Alkohol verwendet, jedoch können auch andere bezüglich der Reaktion inerte Lösungsmittel verwendet werden. Die Reaktionstemperatur kann über einen weiten Bereich variiert werden, wobei die Reaktion gewöhnlich unter Kühlung, bei Raumtemperatur oder unter Erwärmung durchgeführt wird.
Die auf diese Weise erhaltene Verbindung kann isoliert und gereinigt werden, sie kann jedoch auch direkt für die folgende Reaktion eingesetzt werden.
Die anschließende Reaktion der Verbindung mit Nitromethan wird mit oder ohne Lösungsmittel durchgeführt. Gewöhnlich wird das bei der vorhergehenden Reaktionsstufe verwendete Lösungsmittel ohne Austausch weiterverwendet. Die Reaktionstemperatur kann in einem weiten Bereich variiert werden, wobei die Reaktion gewöhnlich unter Kühlung, bei Raumtemperatur oder unter Erwärmung durchgeführt wird.
Das auf diese Weise erhaltene l-Alkyl-2-nitromethylenpyrrolidin der allgemeinen Formel (V) kann isoliert und gereinigt werden, es kann jedoch auch ohne Isolierung und Reinigung der folgenden Hydrierung zugeführt werden.
Das erfindungsgemäß erhaltene 1 -Alkyl-2-aminomethylpyrrolidin der allgemeinen Formel (I) kann in Salze von anorganischen Säuren, wie z. B. Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäure, oder von organischen Säuren, wie z. B. Oxalsäure, Weinsäure, Maleinsäure und Pikrinsäure überführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert
Beispiel 1
1 -Äthyl-2-aminomethylpyrrolidin
Zu einer Lösung von 23,4 g l-Äthyl-2 nitromethyienpyrrolidin in 500 ml Methanol werden 5 g Raney-Nickel zugegeben. Die entstehende Mischung wird bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur etwa 5 Stunden lang hydriert, wobei 4 Mol-Äquivalente Wasserstoff verbraucht werden. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung des Raney-Nickels filtriert, und das Lösungsmittel bei vermindertem Druck verdampft. Der Rückstand wird destilliert, und man erhält 15,7 g l-Äthyl-2-aminomethylpyrrolidin als ein bei 58 bis 6O0C und 16 mm Hg siedendes öl.
Das Gas-Flüssig-Chromatogramm dieses Stoffes zeigt einen einzigen Peak. Das Infrarotspektrum ist identisch mit dem Spektrum einer Probe, die gemäß dem in der US-Patentschrift 30 31 452 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
Im folgenden wird die Herstellung von Ausgangsverbindungen erläutert.
a) l-Äthyl-2-pyrrolidinon
Zu einer Lösung von 13,4 g l-Vinyl-2-pyrrolidinon in 70 ml Methanol werden 3 g Raney-Nickel zugefügt. Die gebildete Mischung wird bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur 2Std. lang hydriert, wobei ein Mol-Äquivalent Wasserstoff verbraucht wird. Die Reaktionsmischung wird zur Entfernung des Raney-Nickels filtriert, und das Methanol wird bei vermindertem Druck verdampft. Der Rückstand wird destilliert und ergibt 12,6 g l-Äthyl-2-pyrrolidinon als ein bei 84 bis 880C und bei 15 mm Hg siedendes öl.
Für die Hydrierung des l-Vinyl-2-pyrrolidinons können auch die für die Hydrierung des 1-Nitromethylenpyrrolidins (V) genannten Katalysatoren sowie die dort genannten Lösungsmittel eingesetzt werden. Der Wasserstoffdruck kann in einem weiten Bereich von Atmosphärendruck bis zu hohem Druck variiert werden, wobei jedoch ein Druck zwischen atmosphärischem Druck und wenigen atü für die Reduktion ausreichend ist. Die Reaktion wird gestoppt, sobald die berechnete Wasserstoffmenge verbraucht ist, und zwar indem man die Art und die Menge des Katalysators, den Ausgangsdruck des Wasserstoffs, die Reaktionstemperatur, die Reaktionszeit u. dgl. steuert. Das Reaktionsprodukt kann durch Abfiltrieren des Katalysators und anschließendes Verdampfen des Lösungsmittels isoliert und gewünschtenfalls gereinigt werden. Es kann jedoch auch ohne Reinigung für die folgende Reaktion eingesetzt werden.
b) 1 -Äthyl-2-nitromethylenpyrrolidin
Eine Lösung von 11,3 g l-Äthyl-2-pyrrolidinon in 12,6 g Dimethylsulfat wird unter Umrühren I1/2 Stunden lang auf eine Temperatur von 60 bis 63° C erhitzt. Die auf diese Weise erhaltene Mischung wird unter Umrühren und Kühlen tropfenweise einer Natriummethylatlösung zugesetzt, die durch Auflösen von 2,3 g Natrium in 70 ml wasserfreiem Methanol hergestellt worden ist. Die entstehende Mischung wird 30 Minuten lang gerührt. Zu dieser Mischung werden dann 9,2 g Nitromethan zugegeben, und nach weiterem Rühren von 1 Stunde bei Raumtemperatur wird die Mischung über Nacht stehengelassen. Das Methanol wird durch Abdampfen bei vermindertem Druck entfernt, der Rückstand mit 150 ml Wasser gemischt und dann
dreimal mit einer Gesamtmenge von 150 ml Chloroform extrahiert. Die Chloroformschicht wird getrocknet, wasserfreiem Äther werden tropfenweise allmählich 22,2 g l,2-Epoxy-3-chlorpropan bei Raumtemperatur unter Umrühren zugegeben. Die entstehende Mischung wird 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt.
Der Äther wird durch Dekantieren entfernt und der Rückstand mehrere Male mit wasserfreiem Äther gewaschen. Das auf diese Weise erhaltene Triäthyloxoniumfluorborat wird unter Eiskühlung tropfenweise zu 22,6 g l-Äthyl-2-pyrrolidinon hinzugefügt Die entstehende Mischung wird bei Raumtemperatur 30 Minuten lang gerührt und dann 2 Stunden lang stehengelassen. Der sich während der Reaktion bildende Äther wird durch Dekantieren entfernt und der Rückstand tropfenweise zu einer Lösung von 5,0 g Natrium in 100 ml wasserfreiem Äthanol unter Kühlung gegeben. Die erhaltene Lösung wird 30 Minuten lang bei der gleichen Temperatur gerührt und dann unter Eiskühlung mit 18,0 g Nitromethan vermischt. Die Mischung wird bei Raumtemperatur 3 Stunden lang gerührt, dann über Nacht stehengelassen, das Äthanol durch Verdampfen unter vermindertem Druck entfernt, der Rückstand mit Wasser gewaschen und dann mit Chloroform extrahiert. Die Chloroformschicht wird getrocknet und unter vermindertem Druck eingedampft. Der Rückstand wird mit Äther gewaschen. Man erhält 27,2 g l-Äthyl-2-nitromethylenpyrrolidin in Form von Kristallen, die bei 1.25 bis 127° C schmelzen.
Analyse, berechnet für C7H12N2O2:
Berechnet: C 53,83, H 7,74, N 17,91;
Gefunden: C 54,12, H 7,85, N 17,98.
Beispiel 2
1-Methyl-2-aminomethylpyrrolidin
l-Methyl-2-nitromethylenpyrrolidin in Methanol wird in gleicher Weise wie im Beispiel 1 behandelt. Man erhält l-Methyl-2-aminomethylpyrrolidin in Form eines Öls, das bei 56° C bei 18 mm Hg siedet.
Herstellung der Ausgangsverbindung
l-Methyl-2-nitromethylenpyrrolidin
Zu einer Lösung von 91 g Bortrifluoridätherat in 300 ml wasserfreiem Äther werden tropfenweise 44,5 g l,2-Epoxy-3-chlorpropan bei Raumtemperatur und unter Umrühren zugegeben. Die erhaltene Mischung wird bei Raumtemperatur 2 Stunden lang gerührt, der Äther durch Dekantieren entfernt und der Rückstand mehrere Male mit wasserfreiem Äther gewaschen. Das auf diese Weise erhaltene Triäthyloxon'vmfluorborat wird tropfenweise unter Eiskühlung zu 39,6 g 1 -Methyl-2-pyrrolidinon hinzugesetzt. Die erhaltene Mischung wird bei Raumtemperatur 30 Minuten lang gerührt und dann 2 Stunden lang stehengelassen. Der sich während der Reaktion bildende Äther wird durch Dekantieren entfernt und der Rückstand tropfenweise zu einer Lösung von 10 g Natrium in 200 ml wasserfreiem Äthanol unter Kühlung gegeben.
Die entstehende Lösung wird 30 Minuten lang bei der gleichen Temperatur gerührt und dann unter Eiskühlung mit 36,0 g Nitromethan gemischt, die Mischung bei Raumtemperatur noch 3 Stunden lang gerührt und über Nacht stehengelassen. Das Äthanol wird durch Verdampfen unter vermindertem Druck entfernt. Der Rückstand wird mit Wasser gewaschen und dann mit Chloroform extrahiert. Die Chloroformschicht wird getrocknet, unter vermindertem Druck eingedampft und der Rückstand mit Äther gewaschen. Man erhält 44 g l-Methyl-2-nitromethylenpyrrolidin in Form von Kristallen, die bei 154° C schmelzen.
Beispiel 3
1 -Butyl-2-aminome thylpyrrolidin
ίο In einer Hydrierapparatur behandelt man 35 g l-ButyS-2-nitromethylenpyrrolidin, gelöst in 250 ml Methanol, mit 6 g Raney-Nickel und Wasserstoff. In 7 Stunden werden 17 Liter Wasserstoff aufgenommen. Man filtriert zur Entfernung des Katalysators, ver-
dampft das Methanol und erhält ein gelblichrotes Öl, das bei 104° C und 22 mm Hg destilliert Der Brechungsindex bei 20° C beträgt 1,4633 (Gewicht = 20 g, Ausbeute = 67%).
Herstellung der Ausgangsverbindung
l-ButyI-2-nitromethylenpyrrolidin
In einem 1-Liter-Kolben mit mechanischem Rührer, ansteigendem Kühler und Thermometer erwärmt man 70,5 g 1 -Butylpyrrolidinon (0,5 Mol) und 63 g Dimethylsulfat (0,5 Mol) 30 Minuten bei 60° C. Man kühlt auf + 15" C ab und gibt eine Lösung von 350 ml Natriummethylat (hergestellt mit 11,5g Natrium und 350 ml Methanol) hinzu. Man rührt 30 Minuten und fügt tropfenweise 46 g Nitromethan unter Rühren innerhalb von 2 Stunden hinzu. Man läßt über Nacht stehen, entfernt das Lösungsmittel im Vakuum, nimmt den kristallisierten Rückstand in einer Mischung von Wasser zu Chloroform (50:50) auf und extrahiert. Nach dem Trocknen der Chloroform-Phase mit Magnesiumsulfat und dem Entfernen des Lösungsmittels erhält man l-Butyl-2-nitromethylenpyrrolidin mit einem Schmp. von 67° C.
Ausbeute: 63%
B e i s ρ i e 1 4
N-Isobutyl-2-aminomethylpyrrolidin
Bei der wie im Beispiel 1 durchgeführten Hydrierung der Verbindung erhält man 26 g (Ausbeute 80%) eines Öls, das bei 109° C und 7 mm Hg destilliert und dessen Brechungsindex bei 20° C1,4612 beträgt.
Herstellung der Ausgangsverbindung
l-Isobutyl-2-nitromethylenpyrrolidin
so In einem 1-Liter-Kolben mit abgedichtetem mechanischem Rührer, aufsteigendem Kühler und Thermometer erwärmt man bei 60°C 70,5 g N-Isobutylpyrrolidinon und 63 g Dimethylsulfat Man arbeitet wie im Beispiel 1 und erhält 38 g N-Isobutyl-2-nitromethylenpyrrolidin mit einem Schmelzpunkt von 59°C. Ausbeute: 54%.
Beispiel 5
l-Propyl-2-aminoniethylpyrrolidin
In eine Hydrierapparatur gibt man 47 g l-Propyl-2-nitromethylenpyrrolidin verdünnt mit 600 ml Methanol und fügt 10 g Raney-Nickel hinzu. In 12 Stunden werden 24 Liter Wasserstoff aufgenommen. Man filtriert zur Entfernung des Katalysators und destilliert das Methanol ab. Man erhält l-Propyl-2-aminomethylpyrrolidin in Form eines gelbroten Öls (33 g) mit einem Brechungsindex von 1,4650 bei 20° C.
Herstellung der Ausgangsverbindung
l-Propyl-2-nitromethylenpyrrolidin
In einem 1-Liter-Kolben mit mechanischem abgedichtetem Rührer, aufsteigendem Kühler und Thermometer erwärmt man 63 g Dimethylsulfat und 63,5 g 1-Propylpyrrolidinon 30 Minuten bei 600C. Man kühlt auf +15°C ab und fügt 350 ml Natriummethylat (hergestellt mit 11,5g Natrium und 350 ml Methanol) hinzu. Dann rührt man noch weitere 30 Minuten, fügt
46 g Nitromethan tropfenweise hinzu und läßt auf 2O0C abkühlen. Man läßt über Nacht stehen und destilliert das Lösungsmittel ab. Man erhält mit einer Extraktionsmischung von Wasser/Chloroform i-Propyl-2-nitromethylenpyrrolidin, Schmp. 910C. Ausbeute: 55,3%.
Das isomere l-Isopropyl-2-aminomethylpyrrolidin kann in analoger Weise in einer Ausbeute von 70% und mit einem Schmelzpunkt von 83° C erhalten werden und wird entsprechend hydriert.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von l-Alkyl-2-aminomethylpyrrolidinen der allgemeinen Formel 1
    Π-
    CH2NH,
    N
    R'
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