WO2023161204A1 - Verfahren zur herstellung von cis-4-aminotetrahydrofuran-2-carbonsäureestern - Google Patents
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- C07D307/24—Carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen
Definitions
- the present invention relates to a new process for preparing the salts of cis-4-aminotetrahydrofuran-2-carboxylic acid esters of general formula (I).
- the object of the present invention is to find a process for preparing cis-4-aminotetrahydrofuran-2-carboxylic acid esters which is inexpensive and can be used on an industrial scale. It is also desirable to obtain these compounds in an environmentally friendly manner, in high yield and in high purity, so that they do not have to be subjected to any further complex purification, as a result of which the corresponding crop protection agents can then also be produced on an industrial scale.
- an acid is added to the reaction mixture.
- R 1 is (C i -Cg)alkyl.
- radical definitions for the compounds of the general formulas (I) and (II) are the following:
- R1 represents CH3.
- the compounds of formula (II) in the form of a salt react in the presence of hydrogen, a rhodium catalyst in a solvent to give compounds of the general formula (I) in the form of a salt.
- the pressure during the reaction is from 1 to 100 bar, preferably from 5 to 50 bar, particularly preferably from 20 to 50 bar.
- the temperature during the reaction is 0°C to 100°C, preferably 10°C to 80°C, particularly preferably 20 to 40°C.
- rhodium catalysts or mixed catalysts consisting of rhodium and one or more other metals can be used as catalysts, for example: Rh/C, Rh/Alox, Rh+Pd/C, Rh+Pt/C, Rh+Cu/C , Rh+Ru/C; preferred: Rh/C, Rh+Pd/C, Rh/Alox; particularly preferred: Rh/C, Rh/Alox.
- the catalysts are used with a precious metal loading of 0.5-10% precious metal on the carrier material; 1-5% noble metal is preferably applied to the carrier material.
- the catalysts are used in an amount of 0.1-10% by weight, based on the compounds of the formula (II); 0.5-5% by weight are preferably used.
- the amount of catalyst used is calculated based on the dry mass of the catalyst.
- the catalysts can be used dry or wet with water.
- Water-moist catalysts can be washed with dry solvent under an inert gas atmosphere before the reaction in order to remove adhering water.
- the water can be removed by azeotropic distillation with a suitable solvent. Toluene, for example, can be used for the azeotropic distillation.
- the catalyst can be reused or used once or, preferably, several times. Reactivation of the catalyst, for example by suitable washing, can be advantageous for its reuse, for example by washing with methanol or acidic methanol.
- the compounds of the formula (II) are used as salts, optionally with an acid. Another acid or an acid mixture can also be added to the reaction mixture.
- the following acids are preferably used for salt formation with compounds of the formula (II) and/or as an additive: HCl, H2SO4, MsOH, TfOH, TFA. HCl is particularly preferred.
- the molar ratio of the acid to the compound of formula (II) is 0-100%, preferably 0-10%.
- Suitable solvents and solvent mixtures are e.g.: R'OH. R ⁇ H/toluene, preferred is R'OH.
- the salt-free form can be obtained by treating the salt with a base, for example triethylamine.
- the products were characterized by 'H-NMR spectroscopy and/or GC/MS (Gas Chromatography Mass Spectrometry).
- the NMR spectra were measured with a Bruker AV III 600.
- the GC/MS samples were measured with a Shimadzu GCMS-QP-2010-Ultra coupled with an additional FID (Flame Ionization Detector). For this purpose, the samples were first evaporated and then 1-10 mg of dry sample were mixed with 250 ⁇ l of N-methyl-N-trimethylsilyltrifluoroacetamide for silylation. After a reaction time of 1-5 minutes, the samples were diluted with 1 ml acetonitrile and measured.
- FID Fluor Ionization Detector
- the quantitative GC determinations were measured on a GC Agilent HB7890 B series.
- the technique is based on GC with FID detection, an RTX-5 amine column and with internal standard evaluation (internal standard: diethyl phthalate).
- the samples, reference standard and internal standard are dissolved in methanol.
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- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung der Salze von cis-4- Aminotetrahydrofuran-2-carbonsäureester der allgemeinen Formel (I).
Description
Verfahren zur Herstellung von cis-4-Aminotetrahydrofuran-2-carbonsäureestern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung der Salze von cis-4- Aminotetrahydrofiiran-2-carbonsäureestem der allgemeinen Formel (I).
Cis-4-Aminotetrahydrofiiran-2-carbonsäuremethylester Hydrochlorid (CAS 1304126-28-0) der allgemeinen Formel (I) (mit R1=Methyl) ist ein wichtiger Baustein zur Synthese von Pflanzenschutzmitteln (WO 2012/130798, WO 2021/170464).
Die erste publizierte Syntheseroute ist von Walker et al. (Synthesis 2011, 7, 1113-1119). Es wird 4-(tert- Butoxycarbonylamino)fiiran-2-carbonsäuremethylester (CAS 1170719-58-0, Wolter et al., Org. Lett. 2009, 11, 2804) als Vorstufe verwendet. 4-(tert-Butoxycarbonylamino)fiiran-2-carbonsäuremethylester ist allerdings aufgrund der hohen Kosten der Reagenzien zur Herstellung, der geringen Ausbeuten, Sicherheitsrisiken und Phosphatabfallen im großtechnischen Maßstab nicht wirtschaftlich herstellbar. Beispielsweise sind dafür eine Lithiierung mit scc-Butyllithium (34% Ausbeute) und eine Curtius Umlagerung mit DPPA (Diphenylphosphonazid) notwendig. Daher ist diese Route zur Herstellung von cis-4-Aminotetrahydrofiiran-2-carbonsäureestem im industriellen Maßstab nicht machbar.
Auch die Synthese über 4-Bromfiiran-2-carbonsäuremethylester (CAS 58235-80-6, WO 2021/170464) ist aufgrund der Bromierung und der anschließenden ineffizienten Kupplung mit tert-Butylcarbamat (25% Ausbeute, WO 2021/170464) kostenintensiv und fuhrt zu großen Mengen an Abfallen.
Im Lichte des zuvor beschriebenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von cis-4-Aminotetrahydrofuran-2-carbonsäureestem zu finden, das kostengünstig ist und großtechnisch eingesetzt werden kann. Auch ist es erstrebenswert, diese Verbindungen umweltfreundlich, in hoher Ausbeute und in hoher Reinheit zu erhalten, so dass sie keiner weiteren komplexen Aufreinigung unterzogen werden müssen, wodurch dann auch die entsprechenden Pflanzenschutzmittel im großtechnischen Maßstab hergestellt werden können.
Die zuvor beschriebene Aufgabe - einfache, kostengünstige und großtechnische Herstellung - wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Form eines Salzes
worin
R1 fur (Ci-Cg)Alkyl oder (C3-Cg)Cycloalkyl steht, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der allgemeinen Formel (II) in Form eines Salzes
(II), in Gegenwart von Wasserstoff, einem Rhodium-Katalysator in einem Lösungsmittel zu Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Form eines Salzes umgesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird dem Reaktionsgemisch eine Säure hinzugefugt.
Bevorzugte Restedefmitionen für die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) sind die folgenden:
R1 steht für (C i -Cg) Alkyl .
Besonders bevorzugte Restedefmitionen für die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) sind die folgenden:
R1 steht für CH3.
Die Reaktion zur Herstellung von Verbindungen der Formel (I) ist im Schema 1 dargestellt.
Die Verbindungen der Formel (II) in Form eines Salzes reagieren in Gegenwart von Wasserstoff, einem Rhodium Katalysator in einem Lösungsmittel zu Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Form eines Salzes.
Der Druck bei der Reaktion beträgt 1 bis 100 bar, bevorzugt 5 bis 50 bar, besonders bevorzugt 20 bis 50 bar.
Die Temperatur bei der Reaktion beträgt 0°C bis 100 °C, bevorzugt 10°C bis 80°C, besonders bevorzugt 20 bis 40°C.
Als Katalysatoren können die folgenden Rhodium-Katalysatoren oder gemischte Katalysatoren bestehend aus Rhodium und einem oder mehreren weiteren Metallen eingesetzt werden, beispielsweise: Rh/C, Rh/Alox, Rh+Pd/C, Rh+Pt/C, Rh+Cu/C, Rh+Ru/C; bevorzugt: Rh/C, Rh+Pd/C, Rh/Alox; besonders bevorzugt: Rh/C, Rh/Alox.
Die Katalysatoren werden mit einer Edelmetall-Beladung von 0,5-10% Edelmetall auf dem Trägermaterial eingesetzt; bevorzugt werden 1-5% Edelmetall auf dem Trägermaterial aufgebracht.
Die Katalysatoren werden mit einer Menge von 0, 1-10 Gew.-% in Bezug auf die Verbindungen der Formel (II) eingesetzt; bevorzugt werden 0,5-5 Gew.-% eingesetzt.
Die Menge der eingesetzten Katalysatoren wird auf die Trockenmasse der Katalysatoren berechnet. Die Katalysatoren können trocken oder wasserfeucht eingesetzt werden. Wasserfeuchte Katalysatoren können vor der Reaktion mit trockenem Lösungsmittel unter Inertgas-Atmosphäre gewaschen werden, um anhaftendes Wasser zu entfernen. Alternativ kann das Wasser durch azeotrope Destillation mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. Für die azeotrope Destillation kann beispielsweise Toluol eingesetzt werden.
Der Katalysator kann einmal oder bevorzugt auch mehrfach wiederverwendet bzw. eingesetzt werden. Eine Reaktivierung des Katalysators kann, beispielsweise durch geeignete Wäschen, vorteilhaft für dessen Wiederverwendung sein, beispielsweise durch Wäschen mit Methanol oder saurem Methanol.
Die Verbindungen der Formel (II) werden als Salze ggf. mit einer Säure eingesetzt. Dem Reaktionsgemisch kann zusätzlich eine weitere Säure oder ein Säuregemisch hinzugefügt werden. Bevorzugt werden folgende Säuren zur Salzbildung mit Verbindungen der Formel (II) und/oder als Zusatz eingesetzt: HCl, H2SO4, MsOH, TfOH, TFA. Besonders bevorzugt ist HCl.
Das molare Verhältnis der Säure zur Verbindung der Formel (II) liegt bei 0-100%, bevorzugt bei 0-10%. Geeignete Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische sind z.B.: R’OH. R^H/Toluol, bevorzugt ist R’OH.
Fallen die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Form ihrer Salze an, z.B. als Hydrochlorid, kann die salzfreie Form gewonnen werden, indem das Salz mit einer Base, z.B. Triethylamin, behandelt wird.
Verbindungen der allgemeinen Formel (II) werden gemäß WO 2022/018057 hergestellt.
Erläuterung des Verfahrens
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung dabei auf diese einzuschränken.
Messverfahren
Die Produkte wurden mittels ’H-NMR Spektroskopie und/oder GC/MS (Gas Chromatography Mass Spectrometry) charakterisiert.
Die NMR-Spektren wurden mit einem Bruker AV III 600 gemessen.
Die GC/MS Proben wurden mit einem Shimadzu GCMS-QP-2010-Ultra gemessen, das mit einem zusätzlichen FID (Flammen-Ionisations-Detektor) gekoppelt ist. Dazu wurden die Proben zunächst eingedampft und dann 1-10 mg trockene Probe zur Silylierung mit 250 pL N-Methyl-N- trimethylsilyltrifluoracetamid versetzt. Nach 1-5 Minuten Reaktionszeit wurden die Proben mit 1 ml Acetonitril verdünnt und gemessen.
Die quantitativen GC -Bestimmung wurden auf einer GC Agilent HB7890 B-Serie gemessen. Die Technik beruht auf GC mit FID Detektion, einer RTX-5 Amin Säule und mit interner Standard Auswertung (Interner Standard: Diethylphthalat). Die Proben, Referenzstandard, sowie interner Standard werden in Methanol gelöst.
Herstellung von rac-cis-4-Aminotetrahydrofuran-2-carbonsäuremethylester Hydrochlorid
Beispiel 1
Eine Lösung von 50 g 4-Aminofuran-2-carbonsäuremethylester Hydrochlorid (282 mmol) in 250 g Methanol wurde in einem 600 ml Autoklaven mit 2,5 g eines 5% Rh/C Katalysators (trocken, 1,22 mmol Rh) versetzt und der Autoklav dreimal mit 5 bar Argon gespült. Die Mischung wurde unter 50 bar Wasserstoff 16 h bei 50°C und 600 U/min gerührt. Der Autoklav wurde abgekühlt, entspannt und die Mischung über eine Nutsche filtriert. Das Filtrat wurde unter reduziertem Druck auf 123 g eingeengt und es wurden 250 ml Toluol bei 0°C zugetropft. Die Mischung wurde bei 0°C 30 min gerührt und der Niederschlag abgesaugt, 2x mit 15 ml Toluol gewaschen und unter reduziertem Druck bei 50°C getrocknet.
Ausbeute: 36,2 g (66% der Theorie) der Zielverbindung
Reinheit (quant. NMR): 93,5% der Zielverbindung
‘H-NMR (DMSO-d6, 600 MHz): 1,95-2,04 (1H, m), 2,59-2,67 (1H, m), 3,70 (3H, s), 3,75-3,85 (2H, m), 3,9-3,97 (1H, m), 4,45-4,52 (1H, t), 8, 2-8, 5 (3H, br) ppm.
GC/MS (m/z): 217 [M+TMS], 202, 187, 172, 158, 142, 128, 116, 100, 89, 73, 59, 54
Beispiel 2
Eine Lösung von 5 g 4-Aminofuran-2-carbonsäuremethylester Hydrochlorid (28,2 mmol) in 25 g Methanol wurde in einem 100 ml Autoklaven mit 0,15 g eines 1% Rh+1% Pd/C Katalysators (50% wasserfeucht, 0,0073 mmol Rh und 0,007 mmol Pd) versetzt. Der Autoklav wurde dreimal mit 5 bar Argon gespült. Die Mischung wurde dann unter 50 bar Wasserstoff-Druck 16 h bei 65°C und 600 U/min
gerührt. Der Autoklav wurde abgekühlt und entspannt. Das Reaktionsgemisch wurde ausgewogen und die überstehende Lösung analysiert.
Ausbeute: 38,0 g Lösung
GC/FID: 76,1 FL-% der Zielverbindung, 3,1 Fl. -% trans-isomer Reinheit (quant. NMR): 8,71% der Zielverbindung, 0,47% trans-isomer
Ausbeute (quant. NMR): 64,7% der Theorie
Beispiele 3 bis 9
Die folgenden Versuche (Tabelle 1) sind analog zu der experimentellen Durchrührung zur Herstellung von Beispiel 1 durchgeführt worden: Tabelle 1
1 ' Bezogen auf das Trockengewicht. 2) Bestimmt mittels quantitativer GC direkt aus der Reaktions-Lösung, 3) Bestimmt per GC FID direkt aus der Reaktionslösung
Claims
(I), worin
R1 für (Ci-Cg)Alkyl oder (C3-Cg)Cycloalkyl steht, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der allgemeinen Formel (II) in Form eines Salzes
(II), in Gegenwart von Wasserstoff, einem Rhodium-Katalysator in einem Lösungsmittel zu Verbindungen der allgemeinen Formel (I) in Form eines Salzes umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restedefmitionen für die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) die folgenden sind:
R1 steht für (C i -Cg) Alkyl .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restedefmitionen für die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) die folgenden sind:
R1 steht für CFL.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsgemisch eine Säure hinzugefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reaktionsgemisch eine weitere Säure oder Säuregemisch hinzugefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reaktionsgemisch HCl als Säure hinzugefugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass R1 Methyl entspricht und das Lösungsmittel Methanol ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 0.1 bis 10 Gew.%
Katalysator (Trockengewicht) eingesetzt werden bezogen auf Verbindung der Formel (II).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Rh/C oder Rh/Alox verwendet wird.
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