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Verfahren zur Herstellung von neuen Chinoxalin-di-N-oxiden
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sowie ihre Verwendung als Arzneimittel Die vorliegende Erfindung betrifft
ein neues chemisch eigenartiges Verfahren zur Herstellung von neuen antibakteriell
wirksamen Chinoxalin-di-N-oxiden sowie ihre Verwendung als Arzneimittel, insbesondere
als antibakterielle Mittel und Futterzusatzmittel.
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Es ist bereits bekannt geworden, daß 2-Methyl-3-carbamoylchinoxalin-di-N-oxide
antibakterielle Eigenschaften besitzen CJ.K. Landquist und J.A. Silke, J. Chem.
Soc. 1956. 20522.
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Diese Stoffe sind jedoch toxisch und bezüglich ihrer Löslichkeit sehr
unbefriedigend.
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Es wurde gefunden, daß man die neuen Chinoxalin-di-N-oxide der Formel
(I)
in welcher R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und für
Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder Alkoxy stehen und R3 fUr einen gegebenenfalls substituierten
und gegebenenfalls ungesättigten aliphatischen oder cycloali phatischen Rest steht
erhält, wenn man 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxide der Formel (II)
in welcher R¹ und R2 die oben angegebene Bedeutung haben mit Formaldehyd oder formaldehydabgebenden
Mitteln und primären Aminen der Formel (III) H2N-R3 oder mit Hexahydrotriazinen
der Formel (IV)
in welcher Rs die oben angegebene Bedeutung hat in Gegenwart von inerten Lösungmitteln
bei Temperaturen zwischen OD und 100°C umsetzt.
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Die neuen Chinoxalin-di-N-oxide der Formel (I) weisen stark antibakterielle
Eigenschaften auf.
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Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichneen, daß 9~ gemäß
der erfindungsgemäßen Umsetzung Chinoxalin-di-N-oxide der Formel (I) entstehen.
Im Hinblick auf den Stand der Technik mußte man nämlich im Falle der Umsetzung mit
Formaldehyd und primären Aminen erwarten, daß aus Formaldehyd und primären Aminen
Hexahydrotriazine gebildet werden tThe Chemistry of Heterocyclic Compounds, s-Triazines
1959, Interscience Publishers INC., New York, Seiten 473 - 5067.
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Im Falle der Umsetzung mit Formaldehyd und Hexahydrotriazinen mußte
dagegen erwartet werden, daß sich aus den Carbamoylverbindungen der Formel (II)
die entsprechenden Hydroxy methylverbindungen bilden würden tAngew. Chem. 69, Seite
463 (1957)7.
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Verwendet man 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid, Formaldehyd
und Methylamin als Ausgangsstoffe, so kann der Reaktionsablauf durch das folgende
Formelschema wiedergegeben werden:
Verwendet man 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid und 1,3,5-Triäthyl-hexahydro-s-triazin
als Ausgangæstoffe, so kann der Reaktionsablauf durch folgendes Formelschema wiedergegeben
werden:
In der Formel (I) stehen R¹ und R² für Wasserstoff, Halogen wie z. B. Fluor, Chlor
und Brom, insbesondere Fluor und Chlor, Alkylreste mit 1 - 4 Kohlenstoffatomen oder
Alkoxyreste mit 1 - 4 Kohlenstoffatomen, wobei einer der Reste R1 und R2 immer Wasserstoff
ist. R3 steht für einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls ungesättigten
aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 - 12, vorzugsweise 1 - 4 Kohlenstoffatomen
oder einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 6, vorzugsweise 5
- 6 Kohlenstoffatomen. Als Substituenten des Kohlenwasserstoffrestes kommen die
Hydroxylgruppen, die Alkoxygruppe mit 1 - 4 Kohlenstoffatomen, die Carboxylgruppe,
die Carboalkoxygruppe mit 1 - 4 Kohlenstoffatomen, die Dialkylaminogruppe mit 1
- 4 Kohlenstoffatomen, die Cyanogruppe, die Nitrogruppe, Halogene wie z. B. Fluor,
Chlor oder Brom oder ein Arylrest, vorzugsweise der Phenylrest in Frage. Die erfindungsgemäß
verwendbaren 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxide sind bekannt L7.K.Landquist
und J.A. Silk, J. Chem.
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Soc. 1956, 20527.
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Als Beispiele seien genannt:
2-Methyl-3-carbamoyl-
-chinoxalin-di-N-oxid " 5 bzw.6-methyl- " " -äthyl- " " -propyl- " " -fluor- " "
-chlor- " " -brom- " " -methoxy- " " -äthoxy- " " -propoxy- " lt -butoxy- lt Die
erfindungsgemäß verwendbaren primären Amine sind bereits bekannt. Als Beispiel seien
genannt: Methylamin, Äthylamin, n- und i-Propylamin, die isomeren gutylamine, Hexylamin,
Dodecylamin, Allylamin, Cyclopentylamin, Cyclohexylamin, Äthanolamin, 3-Methoxypropylamin,
3-Dimethylamino-propylamin, 8-Aminopropionsäurenitril, 2-Asinoessigsäure-methylester
und Benzylamin.
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Die anstelle von primären Aminen erfindungsgemäß verwendbaren Hexahydro-s-triazine
sind ebenfalls bekannt. Sie werden durch Umsetzung von primären Aminen und Formaldehyd
erhalten [The Chemistry of Heterocyclic Compounds, s. Triazines 1959, Interscience
Publishers INC, New York, Seiten 473 - 506].
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Formaldehyd kann in fester Form als Paraformaldehyd oder Trioxan oder
in Form einer wässrigen Lösung verwendet werden.
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Als Verdünnungsmittel kommen polare organische Lösungsmittel in Frage.
Hierzu gehören vorzugsweise Nitrile wie Acetonnitril, Propionsäurenitril, Adipinsäuredinitril,
Benzonitril, Formamide wie Formamid, N-Methyl-formamid, N,N-Dimethyl-formamid und
Dimethylsulfoxid.
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Die Reaktionstenperaturen können in einem größeren Bereich variiert
werden0 Im allgemeinen arbeitet man zwischen Oound etwa lOODC, vorzugsweise zwischen
2O0C und 7 C.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man auf
1 Mol 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid mindestens 3 Mol Formaldehyd und
2 Mol primäres Amin bzw. beim Arbeiten mit Hexahydro-s-triazinen mindestens 1 Mol
Formaldehyd und 2/3 Mol Hexahydro-s-triazin ein. Es kann aber auch ein Ueberschuß
an Formaldehyd und primären Amin bzw. Hexahydros-triazin verwendet werden.
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Die Reaktion wird so durchgeführt, daß man das Gemisch aus Chinoxalin-di-N-oxid,
Formaldehyd und primären Amin bzw.
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Hexahydro-s-triazin in einem Verdünnungsmittel bei Temperaturen zwischen
2S und 700C umsetzt. Das Ende der Reaktion kann daran erkannt werden, daß sich die
Endprodukte im Gegensatz zu den Ausgangsprodukten in wässrigen Säuren klar lösen.
Die Reaktionsprodukte scheiden sich meist in fester kristalliner Form ab und können
abgesaugt werden0 In einigen Fällen sind die Endprodukte im Verdünnungsmittel gelöst
und können durch Eindampfen der Reaktionslösung gewonnen werden.
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Die Wirkstoffe der Formel (I) weisen starke chemotherapeutische, insbesondere
antimikrobielle Wirkungen auf. Ihre Wirksamkeit erstreckt sich zum Beispiel auf
grampositive und gramnegative Bakterien, wobei beispielhaft folgende Bakterienfamilien,
Bakteriengattungen und Bakterienarten genannt seien:
Enterobacteriaceae,
z. B. Escherichia, insbesondere Escherichia coli; Klebsiella, insbesondere Klebsiella
pneumoniae, Enterobacter; Proteus, insbesondere Proteus vulgaris, Proteus mirabilis,
Proteus morganii, Proteus rettgeri und Salmonella, insbesondere Salmonella typhimurium,
Salmonella enteritidis; aus der Familie der Pseudomonadaceae, z. B. Pseudomonas
aeruginosa, Aeromonas, z. B. Aeromonas liquefaciens; Clostridien, z. B. Clostridium
botulinum, Clostridium tetani; aus der Familie der Micrococcaceae, z. B. Staphylococcus
aureus, Staphylococcus epidermidis; aus der Familie der Streptococcaceae, z. B.
Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis (Enterococcus); aus der Familie der
Mycoplasmataceae, z. B. Mycoplasma pneumoniae.
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Die ausgezeichnete und breite antibakterielle Wirksamkeit der Wirkstoffe
ermöglicht ihren Einsatz sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmediztn,
wobei sie sowohl zur Verhütung als auch zur Behandlung von systemischen oder lokalen
bakteriellen Infektionen verwendet werden können.
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Die Verbindungen können auch als Futterzusatzmittel zur Förderung
des Wachstums und zur Verbesserung der Futterauswertung in der Tierhaltung, insbesondere
bei der Haltung
von Mastvieh, wie z. B. Rindern, Schweinen und
Geflügel usw., verwendet werden.
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Die Applikation der Wirkstoffe erfolgt dann vorzugsweise über das
Futter und/oder Trinkwasser. Die Wirkstoffe können aber auch in Futterkonzentraten
sowie in Vitamine und/oder Mineralsalze enthaltenden Zubereitungen verwendet werden.
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Die Vermischung mit dem Fütter oder in den Futterkonzentraten und
den übrigen Futterzubereitungen erfolgt gegebenenfalls in Form eines Praemix nach
den üblichen Methoden.
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Zur vorliegenden Erfindung gehören pharmazeutische Zubereizungen,
die neben nichttoxischen, inerten pharmazeutisch geeigneten Trägerstoffen eine oder
mehrere Verbindungen der Formel (I) enthalten oder die aus einer oder mehreren Verbindungen
der Formel (I) bestehen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Zubereitungen.
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Zur vorliegenden Erfindung gehören auch pharmazeutische Zubereitungen
in Dosierungseinheiten. Dies bedeutet, daß die Zubereitungen in Form einzelner Teile,
z. B. Tabletten, Dragees, Kapseln, Pillen, Suppositorien und Ampullen, vorliegen,
deren Wirkstoffgehalt einem Bruchteil oder einem Vielfachen einer Einzeldosis entsprechen.
Die Dosierungseinheiten können z. B. 1, 2, 3 oder 4 Einzeldosen oder 1/2, 1/3 oder
1/4 einer Einzeldosis enthalten. Eine Einzeldosis enthält vorzugsweise die Menge
Wirkstoff, die bei einer Applikation verabreicht wird und die gewöhnlich einer ganzen,
einer halben oder einem Drittel oder einem Viertel einer Tagesdosis entspricht.
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Unter nichttoxischen, inerten pharmazeutisch geeigneten Trägerstoffen
sind feste, halbfeste oder flüssige Verdünnungsmittel, Füllstoffe und Formulierungshilfsmittel
jeder Art zu verstehen.
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Als bevorzugte pharmazeutische Zubereitungen seien Tabletten, Dragees,
Kapseln, Pillen, Granulate, Suppositorien, Lösungen, Suspensionen und Emulsionen,
Pasten, Salben, Gele, Cremes, Lotions, Puder und Sprays genannt.
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Tabletten, Dragees, Kapseln, Pillen und Granulate können den oder
die Wirkstoff(e) neben den üblichen Trägerstoffen enthalten, wie a) Füll- und Streckmittel,
z. B. Stärken, Milchzucker, Rohrzucker, Glukose, Mannit und Kieselsäure, b) Bindemittel,
z. B. Carboxymethylcellulose, Alginate, Gelatine, Polyvinylpyrrolidon, c) Feuchthaltemittel,
z.B.
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Glycerin, d) Sprengmittel, z. B. Agar-Agar, Calciumcarbonat und Natriumbicarbonat,
e) Lösungsverzögerer, z. B. Paraffin, und f) Resorptionsbeschleuniger, z. B. quarternäre
Ammoniumverbindungen, g) Netzmittel, z. B. Cetylalkohol, Glycerinmonostearat, h)
Adsorptionsmittel, z. B. Kaolin und Bentonit, und i) Gleitmittel, z. B. Talkum,
Calcium- und Magnesiumstearat und feste Polyäthylenglykole oder Gemische der unter
a) bis i) aufgeführten Stoffe.
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Die Tabletten, Dragees, Kapseln, Pillen und Granulate können mit den
üblichen gegebenenfalls Opakisierungsmittel enthaltenden Überzügen und Hüllen versehen
sein und auch so zusammengesetzt sein, daß sie den oder die Wirkstoffe nur oder
bevorzugt in einem bestimmten Teil des Intestinaltraktes
gegebenenfalls
verzögert werden, wobei als Einbettungsmassen z. B. Polymersubstanzen und Wachse
verwendet werden können.
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Der oder die Wirkstoffe können gegebenenfalls mit einem oder mehreren
der oben angegebenen Trägerstoffe auch in mikroverkapselter Form vorliegen.
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Suppositorien können neben dem oder den Wirkstoffen die üblichen wasserlöslichen
oder wasserunlöslichen Trägerstoffe enthalten, z. B. Polyäthylenglykole, Fette,
z. B. Kakaofett, und höhere Ester (z. B. C14-Alkohol mit C16-Fettsäure) oder Gemische
dieser Stoffe.
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Salben, Pasten, Cremes und Gele können neben dem oder den Wirkstoffen
die üblichen Trägerstoffe enthalten, z. B.
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tierische und pflanzliche Fette, Wachse, Paraffine, Stärke, Tragant,
Cellulosederivate, Polyäthylenglykole, Silicone, Bentonite, Kieselsäure, Talkum
und Zinkoxid oder Gemische dieser Stoffe.
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Puder und Sprays können neben dem oder den Wirkstoffen die üblichen
Trägerstoffe enthalten, z. B. Milchzucker, Talkum, Kieselsäure, Aluminiumhydroxid,
Calciumsilicat und Polyamidpulver oder Gemische dieser Stoffe. Sprays können zusätzlich
die üblichen Treibmittel, z. B. Chlorfluorkohlenwasserstoffe, enthalten.
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Lösungen und Emulsionen können neben dem oder den Wirkstoffen die
üblichen Trägerstoffe, wie Lösungsmittel, Lösungsvermittler
und
Emulgatoren, z. B. Wasser, Äthylalkohol, Benzylalkohol, Benzylbenzoat, Propylenglykol,
1,3-Butylenglykol, Dimethylformamid, Öle, insbesondere Baumwollsaatöl, Erdnußöl,
Maiskeimöl, Olivenöl, Ricinusöl und Sesamöl, Glycium, Glycerinformal, Tetrahydrofurfurylalkohol,
Polyäthylglykole und Fettsäureester des Sorbitans oder Gemische dieser Stoffe enthalten.
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Zur parenteralen Applikation können die Lösungen und Emulsionen auch
in steriler und blutisotonischer Form vorliegen.
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Suspensionen können neben dem oder den Wirkstoffen die üblichen Trägerstoffe,
wie flüssige Verdünnungsmittel, z. B.
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Wasser, Xthylalkohol, Propylenglykol, Suspendiermittel, z. B. äthoxylierte
Isostearylalkohole, Polyoxyäthylensorbit- und -sorbitanester, mikrokristalline Cellulose,
Aluminiummetahydroxid, Bentonit, Agar-Agar und Tragant oder Gemische dieser Stoffe
enthalten.
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Die genannten Formulierungsformen können auch Färbemittel, Konservierungsstoffe
sowie geruchs- und geschmacksverbessernde Zusätze, z. B. Pfefferminzöl und Eukalyptusöl,
und Süßmittel, z. B. Saccharin, enthalten.
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Die therapeutisch wirksamen Verbindungen sollen in den oben aufgeführten
pharmazeutischen Zubereitungen vorzugsweise in einer Konzentration von etwa 0,1
bis 99,5, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 95 Gewichtsprozenten der Gesamtmischung
vorhanden sein.
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Die oben aufgeführten pharmazeutischen Zubereitungen können außer
Verbindungen der Formel (I) auch andere pharmazeutische Wirkstoffe enthalten.
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Die Herstellung der oben aufgeführten pharmazeutischen Zubereitungen
erfolgt in üblicher Weise nach bekannten Methoden, z. B. durch Mischen des oder
der Wirkstoffe mit dem oder den Trägerstoffen.
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Zur vorliegenden Erfindung gehört auch die Verwendung der Verbindungen
der Formel (I) sowie von pharmazeutischen Zubereitungen, die eine oder mehrere Verbindungen
der Formel (I) enthalten, in der Human- und Veterinärmedizin zur Verhütung, Besserung
und/oder Heilung der oben angeführten Erkrankungen.
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Die Wirkstoffe oder die pharmazeutischen Zubereitungen können lokal,
oral, parenteral, intraperitoneal und/oder rectal, vorzugsweise parenteral, insbesondere
intravenös, appliziert werden.
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Die neuen Wirkstoffe sollen sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin
zur Behandlung bakterieller Erkrankungen verwendet werden. Dabei hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, den oder die Wirkstoffe in Mengen von etwa 5 bis etwa 150,
vorzugsweise 25 bis 75 mg/kg Körpergewicht je 24 Stunden, gegebenenfalls in Form
mehrerer Einzelgaben zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse zu verabreichen. Es
kann jedoch erforderlich sein, von den genannten Dosierungen abzuweichen, und zwar
in Abhängigkeit von der Art und dem Körpergewicht des zu behandelnden Objektes,
der Art und der
Schwere der Erkrankung, der Art der Zubereitung
und der Applikation des Arzneimittels sowie dem Zeitraum bzw. Intervall, innerhalb
welchem die Verabreichung erfolgt. So kann es in einigen Fällen ausreichend sein,
mit weniger als der obengenannten Menge Wirkstoff auszukommen, während in anderen
Fällen die oben angeführte Wirkstoffmenge überschritten werden muß. Die Festlegung
der jeweils erforderlichen optimalen Dosierung und Applikationsart der Wirkstoffe
kann durch jeden Fachmann aufgrund seines Fachwissens leicht erfolgen.
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Die neuen Wirkstoffe weisen starke antibakterielle Wirksamkeit auf,
was durch die folgenden in vitro-Versuche demonstriert wird.
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In vitro-Versuche (Tabelle 1) Die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentration
(MHK) erfolgt im Plattentest auf einem Komplettnährboden folgender Zusammensetzung:
10 g Proteosepepton, 10 g Veal infusion, 2 g Dextrose, 3 g Kochsalz, 2 g Di-natriumphosphat,
1 g Natriumacetat, 0,01 g Adeninsulfat, 0,01 g Guaninhydrochlorid, 0,01 g Uracil,
0,01 g Xantin, 12 g Agar-Agar und 1 Liter Wasser.
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Die Bebrütungstemperatur lag bei 37 0C und die Bebrütungsdauer betrug
24 Stunden.
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T a b e l l e 1 MHK-Werte in mcg/ml
Wirkstoff Escherichia coli. Proteus vulgaris Klebsiella |
Neumann A 261 1017 8085 |
O |
##NCO-N#N-CH2CH2CH2OCH3 10 10 8 8 |
N |
N CH3 CH2Ch2CH2OCH3 |
# |
O |
O |
CH3-##N-CO-N#N-CH3 20 20 8 20 |
N CH3 N |
# # |
O CH3 |
Beispiel 1
21,9 g (0,1 Mol) 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid werden zusammen mit 4,5
g (0,15 Mol) Paraformaldehyd und 12,9 g (0,1 Mol) 1,3,5-Trimethyl-hexahydro-s-triazin
in 200 ml Acetonitril vorgelegt und 3 Stunden bei 700C gerUhrt.
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Die dabei entstandene klare Lösung wird im Vakuum eingedampft und
der zurückbleibende Rückstand in Methanol angerührt. Dabei erhält man 27 g (85 %)
Chinoxalin-di-N-oxid als gelbe Kristalle, die nach dem Umlösen aus Äthanol bei 240°C
unter Zersetzung schmelzen.
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Analyse C15H18N3O6 (317) Ber.: G 56,7 H 5,99 N 22,0 Gei.-: C 56,3
II 5,69 N 21,7 Beispiel 2
21,9 g (0,1 Mol) 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid werden zusammen mit 4,5
g (0,15 Mol) Paraiormaldehyd und 17 g 1,3,5-Triäthyl-hexahydro-s-triain in 200 ml
Acetonitril 4 Stunden bei 700C C gerührt. Die entstandene klare Lösung wird im Wasserstrahlvakuum
eingedampit und der Rückstand in Methanol angerührt. Man erhält dabei 28 g (81 %)
Ghinoxalindi-N-oxid-derivat als blaßgelbe Kristalle, die nach dem Umlosen aus Methanol
bei 188 - 189°C C sehmelzen.
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Analyse C17H25N2O5 (345) Ber.: C 59,1 H 6,6 N 20,0 Gef.: C 58,6 H
6,5 N -19,9 Beispiel 3
21,9 g (0,1 Mol) 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid, werden zusammen mit
12 g (0,4 Mol) Paraformaldehyd und 30 g (0,3 Mol) Cyclohexylamin in 200 ml Acetonitril
30 min. bei 700C gerührt. Nach dem Abkühlen und Absaugen erhält man 42 g (93 %)
Chinoxalin-di-N-oxid-derivat als gelbe Kristalle, die nach dem Umlösen aus Methanol
bei 116 - 1170C schmelzen.
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Analyse C25H35N5O3 (453) Ber.: C 66,2 H 7,7 N 15.4 Gew.: C 66,4 H
7,9 N 15,3 Beispiel 4 Führt man dieselbe Reaktion wie in Beispiel 3 bei Raumtemperatur
(20 - 260C) durch, so ist die Umsetzung nach 12 Stunden beendet.
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Beispiel 5
21,9 g (0,1 Mol) 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid, 45 g (o,45 Mol) 30 %ige
wässrige Formaldehydlösung und 17,7 g (0,3 Mol) n-Propylamin werden in 200 ml Acetonitril
2 Stunden bei 700C gerührt. Anschließend wird abgekühlt und abgesaugt und man erhält
27 g (72 d,) Chinoxalin-di-N-oxid-derivat als gelbe Kristalle, die nach dem Umlösen
aus Methanol bei 192 -1940C schmelzen.
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Beispiel 6
21,9 g (0,1 Mol) 2-Methyl-3-carbamoyl-chinoxalin-di-N-oxid, 13,5 g (0,15 Mol) Trioxan
und 25,2 g (0,3 Mol) 70 %ige wässrige Isopropylaminlösung werden in 200 ml Acetonitril
2 Stunden bei 70° C gerührt. Die entstandene klare Lösung wird im Wasserstrahlvakuum
eingedampft und der Rückstandin Methanol angeführt. Man erhält 24 g (64 %) Chinoxalin-di-N-oxid-derivat
als gelbe Kristalle, die nach dem Umlösen aus Methanol bei 146 - 148° C schmelzen.
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Analog wurden hergestellt: