SK20192000A3 - Soli n-terc-butylhydroxylamínu - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka nových solí N-ŕerc-butylhydroxylamínu a spôsobov ich prípravy. Soli sú využiteľné ako medziprodukty pri organickej syntéze.

Doterajší stav techniky

N-Alkylhydroxylamíny, vrátane N-ŕerc-butylhydroxylamínu, sú dôležitými medziproduktmi v organickej syntéze, predovšetkým pri príprave nitrónov, hydroxámových kyselín a C-nitrózozlúčenín (J.S. Roberts v D.H.R. Barton a W.D. Ollis, Comprehensive Organic Chemistry, Volume 2, str. 196 - 201, Pergamon Press, 1979).

Spôsoby syntézy N-alkylhydroxylamínov sú dobre známe z doterajšieho stavu techniky (J.S. Roberts v D.H.R. Barton a W.D. Ollis, Comprehensive Organic Chemistry, Volume 2, str. 185 - 194, Pergamon Press, 1979). Najbežnejšie používaný spôsob syntézy takýchto zlúčenín zahrňuje redukciu zodpovedajúcich zlúčenín obsahujúcich dusík, ktorý je vo vyššom oxidačnom stupni ako samotný hydroxylamín. Teda, používajú sa redukcie nitro-, nitrózo- a oxím-derivátov.

W.D. Emmons (J. Amer. Chem. Soc., 1957, 79, 5739 - 5754) opisuje prípravu rozličných oxaziridínov oxidáciou zodpovedajúceho imínového derivátu s kyselinou peroctovou. Následná hydrolýzy týchto oxaziridínov s vodnou kyselinou poskytuje využiteľný alternatívny spôsob prípravy N-alkylhydroxylamínov.

V uvedenom spôsobe sa N-alkylhydroxylamíny, ako je N-ŕerc-butylhydroxylamín, môžu pripraviť oxidáciou iminoéteru s peroxokyselinou a následnou hydrolýzou výsledného alkoxyoxaziridínu (D. Thomas a D.H. Aue, Tetrahedron Letters, 1973, 1807-1810).

Hydroxylamíny sú zásaditými zlúčeninami a tvoria soli s minerálnymi kyselinami, napríklad kyselinou chlorovodíkovou a kyselinou bromovodíkovou. Soli so silnými organickými kyselinami, napríklad s kyselinou šťavelovou a trifluórmetansulfónovou kyselinou, sú taktiež známe.

···· ·· ····

-2·· ·· ··· · · · · • · · · · · · • · · · · · · · · ··· · · · · ·· ··· ·· ·· ·· ·· ·

Ako voľné zásady, N-alkylhydroxylamíny nie sú vo všeobecnosti zvlášť stabilné, pričom sú napríklad náchylné na oxidáciu vzduchom. Z tohto dôvodu je vhodné, aby bolo možné pripraviť všeobecne stabilnejšie kyslé adičné soli takýchto zlúčenín. Takéto soli sú predovšetkým vhodné ako spôsob skladovania Nalkylhydroxylamínov.

Bayer (DE 35 35 451; EP 0 217 269) opisuje spôsob prípravy N-alkylsubstituovaných hydroxylamóniumchloridov reakciou určitých arylaldimínov s kyselinou peroxopropiónovou a následnou hydrolýzou takto vytvoreného oxaziridínu. Takéto hydrochloridové soli sa pokladajú za predovšetkým výhodné. Uvádza sa teda, že iné soli ako hydrochloridy, napríklad zodpovedajúce sulfáty alebo hydrogensulfáty, často kryštalizujú len slabo alebo vôbec nie, čo je faktor, ktorý značne komplikuje ich prípravu, izoláciu a spracovanie.

Teraz sa prekvapujúco zistilo, že N-ŕerc-butylhydroxylamín tvorí stabilné soli s nižšími karboxylovými kyselinami, napríklad s kyselinou octovou. Takéto soli prejavujú výhodné vlastnosti a sú predmetom predloženej prihlášky vynálezu. Podstata vynálezu

Vynález sa týka soli vzorca I (CH₃)₃CNHOH. RCO₂H (I), kde

R predstavuje vodík alebo CM-alkyl.

Obzvlášť je výhodné ak R predstavuje metyl, tak že zlúčenina vzorca I znamená N-ŕerc-butylhydroxylamóniumacetát.

Pokiaľ nie je uvedené inak, termin Ci_4-alkyl ako sa tu uvádza, označuje alkylovú skupinu s lineárnym alebo rozvetveným reťazcom, ktorá obsahuje od 1 do 4 atómov uhlíka. Príklady takýchto skupín zahrňujú metyl, etyl, n-propyl, /zo-propyl, n-butyl, /zo-butyl a ŕerc-butyl.

Predložený vynález sa ďalej týka spôsobu prípravy solí vzorca I, ktoré zahrňujú reakciu N-ŕerc-butylhydroxylamínu, (CH₃)₃CNHOH, s nižšou karboxylovou kyselinou, RC0₂H, kde R je definovaný vyššie.

···· ·· ···· • · · • · · • · · • o · · ·· ·· • · • ·· ·· · • · ·· • · · • · · • · · ·· ···

V jednom aspekte tohto spôsobu sa roztok N-ŕerc-butylhydroxylamínu, buď vytvorený uvoľnením voľnej zásady zo soli, ako je hydrochlorid, alebo všeobecne priamo syntézou, vo vhodnom rozpúšťadle, ako je etylacetát, izopropylacetát, nbutylacetát, diizopropyléter alebo metyl-ŕerc-butyléter, spracuje pri vhodnej teplote s vhodným množstvom nižšej karboxylovej kyseliny, ako je kyselina octová.

Výhodne sa etylacetát a octan sodný pridajú k roztoku N-ŕerc-butylhydroxylamóniumchloridu vo vode.

Výhodne sa etylacetát, kyselina octová a hydroxid sodný pridajú k roztoku N-terc-butylhydroxylamínhydrochloridu vo vode.

Pri každom spôsobe sa N-ŕerc-butylhydroxylamóniumacetáte vytvorí in situ a môže sa izolovať oddelením organickej (etylacetátovej) vrstvy, s následným odparením.

Predovšetkým prekvapujúce a výhodné je, že nová soľ, N-ŕerc-butylhydroxylamóniumacetát, sa môže vydeliť z vodnej fázy do organickej fázy.

Nové soli vzorca I sa môžu prípadne prečistiť s použitím metód, ktoré sú pre odborníkov v odbore dobre známe. Môžu sa teda rekryštalizovať z vhodného rozpúšťadla, ako je toluén alebo etylacetát, alebo z vhodnej zmesi rozpúšťadiel.

Avšak čo je najprekvapujúcejšie a najvýhodnejšie, nová soľ, N-fercbutylhydroxylamóniumacetát sa môže tiež prečistiť destiláciou pri zníženom tlaku.

N-terc-butylhydroxylamín, (CH₃)₃CNHOH, je dobre známy z literatúry a môže sa pripraviť spôsobom, ktorý je bežne známy.

N-ŕerc-butylhydroxylamín sa teda môže pripraviť redukciou 2-metyl-2nitropropánu, (CH₃)₃CNO₂, napríklad so zinkovým alebo hliníkovým amalgámom (J. March, Advanced Organic Chemistry, 1985 (3th edition), str. 1103-1104; Organic Syntheses, vol. 52, 77-82). Pokiaľ ide o zhodnotenie spôsobu, takéto postupy majú nevýhody v tom, že 2-metyl-2-nitropropán, ktorý je potrebný ako východiskový materiál, je samotný relatívne drahý, pokiaľ ide o jeho prípravu, a spôsob redukcie vyžaduje opatrnú reguláciu, z dôvodu jeho potencionálne veľmi exotermickej povahy.

-4···· ·· ···· ·· • · · · · · · ··· · ··· · ··· ·· ·· ·· ·· ·

N-ŕerc-Butylhydroxylamín sa môže tiež vhodne pripraviť s použitím všeobecného metodologického postupu, ktorý opísal Emmons (pozri nižšie) ako je zosumarizované na schéme 1. R¹ tu môže vhodne predstavovať vodík, avšak môže tiež znamenať jeden alebo viac vhodných substituentov. Podľa uvedenej schémy sa N-ŕerc-butylamín vzorca 2 nechá reagovať s benzaldehydom vzorca 3, čím sa získa imín vzorca 4, ktorý sa zase oxiduje s peroxokyselinou za získania oxaziridínu vzorca 5. Oxaziridín vzorca 5 sa môže potom buď priamo hydrolyzovať s použitím vodnej kyseliny alebo alternatívne sa môže najskôr prešmykovať na nitrón vzorca Θ, ktorý sa potom samotný hydrolyzuje. V každom prípade hydrolýza poskytne zmes N-ŕerc-butylhydroxylamínu vzorca 7, vo forme soli, a benzaldehydu vzorca 3, ktorý sa môže ľahko oddeliť. Výhodami tohto spôsobu je to, že obidva východiskové materiály vzorca 2 a vzorca 3 sú relatívne lacné. Okrem toho, benzaldehyd vzorca 3 sa regeneruje v priebehu finálnej hydrolýzy a môže sa vhodne oddeliť a recyklovať. Navyše, ak sa na oxidáciu imínu použije peroxokyselina, ako je kyselina meŕa-chlórperoxobenzoová, z nej vytvorená kyselina meŕa-chlórbenzoová sa môže tiež regenerovať a následne reoxidovať.

Schéma 1

Nové soli vzorca I sú vo všeobecnosti kryštalickými zlúčeninami, ktoré, podobne ako zodpovedajúca voľná zásada, N-ŕerc-butylhydroxylamín, vykazujú dobrú stabilitu počas skladovania, predovšetkým voči oxidácii vzduchom.

• · · · · · • · · · ·

-5V prípade potreby sa hl-ŕerc-butylhydroxylamín môže uvoľniť zo solí vzorca I jednoducho spracovaním so zásadou.

Pri porovnaní s N-ŕerc-butylhydroxylamóniumchloridom, nové soli vzorca I sú predovšetkým výhodné v tom, že majú prekvapujúco vyššiu stabilitu voči teplu. Skúmanie N-ferc-butylhydroxylamóniumchloridu s použitím dŕferenciálnej skanovacej kalorimetrie ukázalo, že táto soľ podlieha extrémnemu exotermickému procesu (?H = -1312 J/g) pri počiatočnej teplote +136°C. Na rozdiel od toho, N-ŕercbutylhydroxylamóniumacetát, keď sa spracováva pri rovnakých podmienkach, nepodlieha žiadnym signifikantne exotermickým procesom.

Okrem toho, N-ŕerc-butylhydroxylamóniumchlorid je skôr hygroskopický, ľahko prijíma vodu z okolitého prostredia. Táto nevýhoda je oveľa menej zjavná pre N-ŕerc-butylhydroxylamóniumacetát.

Vynález je ďalej ilustrovaný pomocou nasledujúcich neobmedzujúcich príkladov.

NMR spektrá sa zaznamenávali na zariadení Bruker pri 200 MHz pre ¹H a pri 50 MHz pre ¹³C. Chemický údaje pre posun sú uvedené v ppm odvodené z tetrametylsilánu (TMS).

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

N-ŕerc-Butylhydroxylamóniumacetát

N-ŕerc-Butylhydroxylamín hydrochlorid (56 g, 0,43 mol, 97 %) sa rozpustil vo vode (226 g) a nadávkoval sa do 1 -litrovej trojhrdlej banky pod plynným argónom. Pridal sa etylacetát (246 g) a uhličitan draselný (79 g, 0,57 mol, 1,3 ekv.) a zmes sa intenzívne miešala počas jednej hodiny pri teplote + 20 °C. Obidve fázy sa prečerpali do oddeľovacieho lievika. Vodná fáza sa oddelila a extrahovala sa ešte raz s etylacetátom (100 ml). Organické fázy sa spojili a pridala sa kyselina octová (28.1 g, 0,47 mol, 1,09 ekv.). Rozpúšťalo sa odparilo: Výsledný číry žlto-zelený olej sa spracoval s ďalším etylacetátom (203 g) a znova sa zahustil. Banička sa umiestnila do chladničky a po 2 hodinách produkt vykryštalizoval. Látka sa zľahka • ···· 99 9999 99 9

9 9 9 9 9 9 99

9 9 9 9 9 9 9 9

- · ········· • 9 · · · · · ·· · ··· ·· ·· ·· ·· 999 rozdrobila, čím sa získal žltkastý prášok (63,4 g, 90 %). Tento materiál sa rekryštalizoval s použitím buď toluénu alebo etylacetátu ako rozpúšťadla.

Diferenciálna skanovacia kalorimetria preukázala endotermickú teplotu topenia pri + 67,7 °C. Difrakčná analýza rôntgenového žiarenia prášku ukázala vysoký stupeň kryštalíníty.

¹H NMR (d₃-acetonítrile) δ 8,33 (s, 2H), 1,92 (s, 3H) a 1,21 (s, 9H).

¹³C NMR (d₃-acetonitrile) δ 177,5, 57,0, 23,1 a 21,3.

Príklad 2

N-ferc-Butylhydroxylamóniumacetát

N-ŕerc-Butylhydroxylamín hydrochlorid (19,7 g, 98 %, 0,15 mol) sa rozpustil vo vode (40 g) pri teplote + 20 °C. Pridal sa etylacetát (118 g) a octan sodný (19,3 g, 0,24 mol, 1,5 ekv.). Najskôr sa vytvorila suspenzia, avšak potom sa rozpustila. Po dvoch hodinách sa modrastá organická fáza oddelila a zahustila, čím sa získal matný žltý olej (20,6 g, 88 %), ktorý státím v chladničke stuhol.

Chromatografická čistota (GC): 97,0 percent plochy.

Príklad 3

a) N-Benzylidén-ŕerc-butylamín

Toluén (330 g), benzaldehyd (66,0 g, 0,62 mol) a ŕerc-butylamín (50,0 g, 0,68 mol, 1,1 ekv.) sa pridali do 1-litrovej reakčnej baničky pripojenej k DeanStarkovmu odlučovaču. Banička sa zahrievala na PEG 400 olejovom kúpeli udržiavanom pri teplote 130 °C. Po 7 hodinách pri teplote refluxu, sa pomocou GC stanovilo, že sa dosiahla 99,7 %-ná konverzia. Reakčná zmes sa ochladila a použila sa priamo v nasledujúcom kroku.

V pokuse separácie sa produkt izoloval odparením a charakterizoval sa nasledovne:

Chromatografická čistota (GC): 0,2 percent plochy benzaldehyd; 99,8 percent plochy N-benzylidén-ŕerc-butylamín.

’HNMRÍCDCIa) δ 1,.29 (s, 9H), 7,37 (m, 3H), 7,73 (s; 2H) a 8,26 (s, 1H).

-7···· ·· ···· ·· • · · · · · · • · · · · · • · · · · · · · ·· ·· ·· ·· · ¹³C NMR (CDCh) δ 29,6, 57,1, 127,8, 128,4, 130,0, 137,1 a 155,0.

MS m/z 146 (M* -15, 100 %), 161 (M*, 6 %).

b) 2-ŕerc-Butyl-3-fenyloxaziridín

Uhličitan sodný (65,6 g, 0,62 mol, 1 ekv.) sa rozpustil vo vode (400 g) a ochladil sa na teplotu + 20 °C. Kyselina meŕa-chlórperoxobenzoová (149,8 g, 75%, 0,65 mol, 1,05 ekv.) sa rozpustila v toluéne (300 g) a etanole (150 g) a mierne sa zahrievala na teplotu + 20 °C. Vodný roztok uhličitanu sodného sa potom pridal k toluénovému roztoku N-benzylidén-ŕerc-butylamínu pripravenému v (a), uvedenému vyššie v 2-litrovej reakčnej baničke, ktorá sa ponorila chladného vodného kúpeľa (teplota < + 10 °C). Potom sa pomaly pridal roztok kyseliny metachlórperoxobenzoovej pri teplote + 20 °C v priebehu 30 minút. GC analýza ukázala, že úplná konverzia sa dosiahla 30 minút po ukončení pridávania roztoku kyseliny meŕa-chlórperoxobenzoovej. Vodná fáza sa potom vyradila a organická fáza sa prefiltrovala cez sklenený filter a preniesla sa priamo do nasledujúceho reakčného kroku.'

V pokuse separácie sa produkt izoloval odparením a charakterizoval sa nasledovne:

Chromatografická čistota (GC): 1,9 percent plochy benzaldehyd, 98,1 percent plochy 2-terc-butyl-3-fenyloxaziridín.

¹H NMR (CDCI3) δ 1,17 (s, 9H), 4,68 (s, 1H) a 7,33 - 7,46 (m, 5H).

¹³C NMR (CDCI3) δ 25,2, 58,3, 73,5, 127,4, 128,3, 129,6, 133,2 a 135,5.

MS m/z 57 (100 %), 177 (M⁺, 1 %).

c) N-ferc-Butylfenylnitrón

Reakčná zmes z kroku (b), približne 600 ml, sa umiestnila do 1-litrovej reakčnej baničky spojenej s Dean-Starkovým odlučovačom a zahrievala sa na PEG

400 olejovom kúpeli (teplota + 130 °C) cez noc (13 hodín). Podľa GC, už potom nebol prítomný žiaden oxaziridín. Tmavohnedý roztok sa ochladil na teplotu + 20°C s použitím chladného vodného kúpeľa (teplota < + 10 °C) a potom sa prefiltroval cez K200 filtračný papier. Filtrát sa odparil na rotačnej odparke (+ 50 °C), čím sa získal tmavočervený olej (93,9 g). Olej takmer okamžite vykryštalizoval.

···· ·· ···· ·· · ·· · · · · · · ·· • · ··· · · · • · · · · ···· e • · · ···· · · · ··· ·· ·· ·· ·· ··· ¹H NMR (CDCI3) δ 1,61 (s, 9H), 7,38 - 7,55 (m, 3H), 7,55 (s, 1H) a 8,27 8,32 (m, 2H).

¹³C NMR (CDCh) δ 28,2, 70,6, 128,2, 128,6, 129,9 a 130,9.

MS m/z 57 (100 %), 177 (M*, 19 %).

d) N-ŕerc-Butylhydroxylamóniumacetát

N-tert-Butylfenylnitrón (44,8 g, 0,25 mol) sa rozpustil v toluéne (134 g) v 500 ml baničke. Kyselina sírová (27,5 g; 95 až 97 %, 0,27 mol, 1,1 ekv.) sa zriedila vo vode (134 g) a pridala sa do reakčnej baničky. Dvojfázová zmes sa potom zahrievala pri teplote + 60 °C a intenzívne sa miešala počas približne 2 hodín. V tomto čase GC indikovala, že zostalo iba 0,2 % plochy N-ŕerc-butylfenylnitrónu. Po ochladení na teplotu + 20 °C sa tmavočervená organická fáza vyradila a číra žltá vodná fáza sa jedenkrát extrahovala s toluénom (46 g). K zostávajúcej vodnej fáze sa potom pridala kyselina octová (14,8 g, 0,25 mol, 1,0 ekv.) a následne sa pridal hydroxid sodný (45 %-ný vodný roztok) až pokým hodnota pH vodnej fázy predstavovala približne 5,5. Potom sa pridal etylacetát (224 g) a zmes sa intenzívne miešala. Organická fáza sa potom oddelila a vodná fáza sa ešte raz extrahovala s etylacetátom. Spojené organické frakcie sa potom odparili, čím sa získal olej (35,2 g). Tento materiál sa prečistil destiláciou pri zníženom tlaku. Stabilná teplota destilácie sa dosiahla pri tlaku 19 mbar a teplote + 78 °C. Frakcia 1, odobraná pri teplote + 70 °C, obsahovala 2,7 g a frakcia 2, zachytená pri teplote medzi + 70 °C a + 80 °C, obsahovala vysoko viskózny olej (28,7 g, 76 %), ktorý státím vykryštalizoval vo forme bielej pevnej látky.

pKa 6,4

Chromatografická čistota (GC): 99,4 % plochy ¹H NMR (d₄-metanol) δ 1,27 (s, 9H), 1,9 (s, 3H) a 5,51 (s, NO-H).

¹³C NMR (d₄-metanol) δ 22,9, 24,1, 59,0 a 180,2.

Príklad 4

N-terc-Butylhydroxylamóniumacetát

2-ŕe/f-Butyl-3-fenyloxaziridín (30,3 g, 98,2 percento plochy, 0,17 mol) sa rozpustil v etanole (90 g). Kyselina sírová (25,7 g, 95 až 97 %, 0,25 mol, 1,5 ekv.) ···· ·· ···· ·· • · · · · · ·

-9• · · · · · · · ·· · · · · · · ·· ·· ·· ·· sa zriedila vo vode (90 g) a pridala sa do 500 ml reakčnej baničky. Reakčná zmes sa miešala pri teplote + 20 °C počas 20 hodín, pričom v tomto čase analýzy pomocou GC ukázala, že zostalo 5,8 % plochy oxaziridínu. Reakčná zmes sa nechala miešať cez víkend, pričom sa dosiahla úplná konverzia. Rozpúšťadlo sa odparilo a koncentrát sa rozdelil medzi vodu (90 g) a etylacetát (90 g). Organická fáza sa vyradila a pridali sa čerstvý etylacetát (150 g) a kyselina octová (10,8 g, 0,18 mol, 1,1 ekv.) a následne hydroxid sodný (45 %-ný vodný roztok) pokým hodnota pH vodnej fázy nedosiahla približne 5,5. Organická fáza sa potom oddelila, prefiltrovala sa cez K200 filtračný papier a zahustila sa, čím sa získal olej (17.3 g). Tento materiál sa destiloval pri tlaku 20 mbar a frakcie destilujúce pri teplote nad + 72 °C sa zachytili, pričom sa získal číry olej (11,5 g, 45 %), ktorý okamžite vykryštalizoval.

Chromatografická čistota (GC): 99,5 % plochy

Claims (7)

1. ·· ···· ··

   -10- ·· · • · • · · • · · • · · · · 1. Soľ vzorca I PATENTOVÉ NÁROKY kde (CH₃)₃CNHOH . RCO₂H (I). R predstavuje vodík alebo CA-alkyl. 2. Soľ podľa nároku 1, ktorou je N-ŕerc-butylhydroxylamóniumacetát.
2. 3. Spôsob prípravy soli podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje reakciu Nŕerc-butylhydroxylamínu, (CH₃)3CNHOH, s nižšou karboxylovou kyselinou, RCO₂H, kde R má význam definovaný v nároku 1.
3. 4. Spôsob prípravy hl-ŕerc-butylhydroxylamínacetátu, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje reakciu N-ŕerc-butylhydroxylamínu, (CH₃)₃CNHOH, vo vhodnom rozpúšťadle s kyselinou octovou.
4. 5. Spôsob prípravy N-ŕerc-butylhydroxylamínacetátu, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje spracovanie roztoku N-ferc-butylhydroxylamóniumchloridu vo vode s octanom sodným v prítomnosti etylacetátu.
5. 6. Spôsob prípravy N-ŕerc-butylhydroxylamínacetátu, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje spracovanie roztoku N-ŕerc-butylhydroxylamóniumchloridu vo vode s kyselinou octovou a hydroxidom sodným v prítomnosti etylacetátu.
6. 7. Spôsob izolácie N-ŕerc-butylhydroxylamínacetátu pripraveného podľa nároku 5 alebo nároku 6, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje oddelenie etylacetátovej vrstvy s následným odstránením etylacetátu odparením.
7. 8. Spôsob čistenia N-ŕerc-butylhydroxylamínacetátu, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje destiláciu pri zníženom tlaku.