Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszék

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata és felhasználásuk az imidacloprid, phenserine és desloratadine származékainak szintézisében

PhD értekezés Készítette: Király Imre okleveles vegyészmérnök

Témavezető: Dr. Novák Lajos tudományos tanácsadó

Konzulensek: Dr. Hornyánszky Gábor egyetemi adjunktus

Dr. Volk Balázs főosztályvezető-helyettes

Készült a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémia és Technológia Tanszékén valamin az EGIS Gyógyszergyár Nyrt. Kémiai Kutatási Főosztályán 2010

Szüleimnek,… …kik végsőkig támogattak, és akikre el nem múló szeretettel emlékezem.

Köszönöm Dr. Novák Lajos egyetemi tanárnak, témavezetőmnek, hogy részt vehettem az általa vezetett kutatócsoport munkájában, hogy támogatott és feltétel nélkül minden körülmények között biztosította számomra a szakmai előrelépés lehetőségét. Köszönöm Dr. Hornyánszky Gábornak, konzulensemnek, hogy mind szakmailag, mind magánemberként messzemenőkig segített, és folyamatosan figyelemmel kísérte, észrevételeivel formálta kutatómunkámat. A NMR spektroszkópiai háttér megteremtéséért köszönettel tartozom Dr. Kolonits Pálnak,

aki

a

spektrumértékeléseken

túlmenően

betekintést

adott

számomra

a

szerkezetmeghatározás háttérismereteibe is. Az IR felvételek elkészítését Ófalvi Katalin végezte, köszönet érte. Szeretném megköszönni dr. Rohály Jánosnak, Kupai Katalinnak, Czinege Györgyné (Mártinak), Kalocsai Attilának, és a „régi laboratórium” valamennyi dolgozójának aktív és közvetlen segítőkészségét, mellyel a kutatómunkát nagyban elősegítő légkört teremtettek. Köszönettel tartozom továbbá Dr. Volk Balázsnak és Dr. Simig Gyulának a desloratadine témában való részvételi lehetőségért, Dr. Bakó Tibornak, ill. az EGIS Gyógyszergyár Nyrt. Szerkezetkutatási Osztályának aktív közreműködéséért. Hálával gondolok szüleimre, akik elindítottak utamon és végsőkig támogattak céljaim elérésében.

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine

Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék ...................................................................................................................................... 4 Bevezetés ................................................................................................................................................. 6 I. fejezet ................................................................................................................................................... 7 Az imidacloprid származékainak szintézise ............................................................................................ 7 Irodalmi áttekintés ............................................................................................................................... 7 Az imidacloprid és származékainak biológiai hatása ...................................................................... 8 Az imidacloprid szintézise ............................................................................................................ 10 Célkitűzés ...................................................................................................................................... 12 Elvi rész - imidacloprid ..................................................................................................................... 13 A benzimidazol analogon szintézise ............................................................................................. 13 Imidazol gyűrűt tartalmazó analogon szintézise ........................................................................... 15 Az alkalmazott szénsavszármazékok reaktivitás vizsgálata .......................................................... 18 Aminok előállítása ......................................................................................................................... 19 Szénsavszármazékok vizsgálata .................................................................................................... 20 II. fejezet................................................................................................................................................ 22 A Phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise .................................................................. 22 Irodalmi áttekintés ............................................................................................................................. 22 Az Alzheimer-kór .......................................................................................................................... 22 Kutatási irányvonalak .................................................................................................................... 23 A physostigmine és a phenserine, mint AChE-gátló ..................................................................... 24 A phenserine és a physostigmine totálszintézise ........................................................................... 26 Physostigmine-analogonok szintézise és szerkezet-hatás összefüggés ......................................... 29 Cikloalkanoindolok előállítása ...................................................................................................... 30 Célkitűzés ...................................................................................................................................... 31 Elvi rész - phenserine ........................................................................................................................ 33 Gyűrűzárási vizsgálatok ................................................................................................................ 33 Karbamátképzés és vizsgálatai ...................................................................................................... 38 Végtermék előállítása .................................................................................................................... 40 III. fejezet .............................................................................................................................................. 41 A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete........................................................................ 41 Irodalmi áttekintés ............................................................................................................................. 41

4

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine Első és második generációs antihisztamin hatóanyagok ............................................................... 41 Célkitűzés ...................................................................................................................................... 44 Amin-CO2: molekuláris adduktok és kovalens vegyületek ........................................................... 44 Elvi rész - desloratadine .................................................................................................................... 51 A desloratadine bázis (146) előállítása ......................................................................................... 51 A desloratadine-CO2 komplex (157) előállítása ........................................................................... 53 A desloratadine-CO2 addukt (157) szerkezete .............................................................................. 54 IV. fejezet .............................................................................................................................................. 64 Kísérleti rész .......................................................................................................................................... 64 Az imidacloprid származékainak szintézise ...................................................................................... 64 Phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise................................................................... 74 A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete .................................................................... 87 Összefoglalás ......................................................................................................................................... 91 Rövidítésjegyzék .................................................................................................................................... 93

Irodalomjegyzék .................................................................................................................................. 94 Közlemények ...........................................................................................................................127

5

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine

Bevezetés A szénsavszármazékok egyszerűbb képviselői, pl.: foszgén, klórszénsavészterek, szerves

(tio)karbonátok,

(tio)karbamidsavészterek,

(tio)karbamid,

(tio)ciánsav

és

izo(tio)ciánsav, ciánamid, (nitro)guanidin valamennyien nagy biológiai jelentőségű, ill. jelentős biológiai aktivitással rendelkező molekulák. Ugyanakkor szubsztituált származékaik között is nagy számban lelhetünk fel gyógyszer hatóanyagokat, növényvédő- és rovarirtó szereket, melyek szintézise jellemzően a megfelelően szubsztituált/aktivált szénsavszármazék bevonásával történik. Kutatómunkám

során

egy

növényvédőszer

(imidacloprid),

valamint

két

gyógyszerhatóanyag (phenserine, desloratadine) származékának szintézisével foglalkoztam, melyekben vizsgáltam az alkalmazott szénsavszármazék esetenként előre nem megjósolható tulajdonságait. Értekezésem első részében imidacloprid-származékok előállításával foglalkoztam. A végtermékek

szintézisében

intramolekuláris

gyűrűzárást

alkalmaztam,

amely

lépés

hatékonysága a reagens szénsavszármazék minőségének is függvénye. Több lehetőséget megvizsgálva összehasonlítottam az egyes származékok (nitroguanidin, tiokarbamid-, ditiokarbamid származék) aktivitásbeli különbségeit. Értekezésem második részében a phenserine carba-analogonjainak szintézisében tapasztaltakat foglaltam össze. A tervezett cikloalkanoindol-származékokat Claisenátrendeződést követő, spontán intramolekuláris gyűrűzárással sikerült előállítanom. A végtermék karbamát-csoportjának alternatív úton történő kialakítása közben csoportvándorlást tapasztaltam, mely jelenséget egyéb esetekre is általánosítottam. Értekezésem harmadik részében a desloratadine széndioxiddal alkotott „adduktjának” technológiáját írtam le. A szintézis során egy karbamát-származékot bontottam lúgos hidrolízissel aminná, majd a keletkezett terméket széndioxiddal reagáltatva jutottam az ismeretlen

szerkezetű

kristályos

végtermékhez.

Kutatómunkámban

léptéknövelhető

technológiát dolgoztam ki a célvegyület előállítására, és javaslatot tettem a keletkező szénsavszármazék szerkezetére.

6

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés

I. fejezet Az imidacloprid származékainak szintézise Irodalmi áttekintés

Amióta az ember növénytermesztéssel foglalkozik állandó küzdelmet folytat a termesztésbe bevont kultúrák kártevőivel. Már az ókori görögök is feljegyeztek kezdetleges rovarölő, ill. csávázó szereket, úgymint fahamu vagy mész, így a növényvédelem egészen a kezdetekig visszavezethető. A modern növényvédőszerekkel szemben támasztott követelmények ugyanakkor túlmutatnak a pusztán kórokozók, kártevők elleni hatékonyságon, előtérbe helyezik az élő környezetre gyakorolt káros mellékhatások minimalizálását. Az emlős szervezetek érintettsége, ill. az alkalmazott növényvédőszer toxicitása csökkenthető, amennyiben a hatóanyag főként rovarokban megtalálható receptor-mechanizmusokon keresztül fejti ki hatását. Hazánkban ma, a vegyszeres növényvédelemhez, több mint 300 hatóanyag van engedélyezve, amelyeket önmagukban, vagy gyári kombinációban lehet felhasználni. Az engedélyezett hatóanyagok egyike az imidacloprid (1), amely számos növényvédőszerkészítmény önálló, ill. keverék hatóanyaga. Ezek a teljesség igénye nélkül: Chinook, Gaucho, Kohinor, Monceren, Prestige, Seed Oprid, Warrant, West, amely készítményeket a legkülönfélébb növényi kultúrák kártevői ellen alkalmazzák, úgymint: paprika, paradicsom, uborka, burgonya, kukorica, napraforgó, dohány, őszibarack. HN NO2 N Cl

N

N 1

Az imidacloprid-ot elsőként egy az Amerikai Egyesült Államokban 1986 januárjában bejelentett szabadalom1 említi. Ebben a hatóanyagot és annak jelentős mennyiségű

7

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés szubsztituált származékát védik le, külön igénypontban kitérve azok rovarirtó szerként történő alkalmazására. Az imidacloprid fizikai-kémiai jellemzőit2 és potenciális rovarölő szer hatását3, valamint szintézisét4 1991-ben publikálták.

Az imidacloprid és származékainak biológiai hatása Az imidacloprid nikotin típusú acetilkolin receptor stimulátor. Hatásmechanizmusa eltér az általánosan alkalmazott inszekticidekétől, ezért kiválóan alkalmazható az eddig rezisztenciát mutató rovarfajok ellen is. Jó a hőálló képessége, nem fényérzékeny, és elfogadható az ellenállása az esővízzel szemben is. A vegyület mind orálisan, mind közvetlenül a szervezetbe juttatva hatásos, de nem alkalmazható porlasztás által. Az LD95 értéke az M. persicae ellen 2 pg/tetű orálisan (oral ingestion) és 160 pg/tetű helyi kezelés esetén (topical application)3. Különösen kedvező hatása, hogy nem csökkenti a rovarok étvágyát (non-antifeedant effect). Tulajdonságai lehetővé teszik a talajban való felhasználását is. Így alkalmazható hagymalégy (Hylemgia antique), Diabrotica, drótféreg (Elateridae), termeszek és vöröshangyák ellen is. Hatását hosszabb ideig megtartja felhasználás után is. Az imidacloprid és származékai nagyon hatásosak szívó rovarokkal szemben, mint a rizs levélbolha (Cicadellidae), a levéltetvek, a szú (Thysanoptera), a karmazsintetű (Pseudoccocidae), és különösen hatásosak a liszteske (Trialegrodes vaporarium) ellen. Alkalmazhatóak néhány rágó rovar (eratopogonidal) esetében, mint a hántolt rizsszár szúró rovar, vagy a krumplibogár, de hatástalanok a fonalférgek, vagy az atkák ellen3. Jó hatékonyságot mutatnak az egyenesszárnyú, a félfedelesszárnyú, a fedelesszárnyú, valamint a pikkelyesszárnyú lepkék ellen is5. Az imidacloprid kitűnően használható a rizs, a gyapot, a gabona, a kukorica, a cukorrépa, a burgonya, a zöldségek, a citrusfélék, a magvas és csonthéjas gyümölcsök, és más haszonnövények különböző kártevőivel szemben3. Az imidacloprid és származékai nagy előnye, hogy speciálisan csak rovarokban található receptorokhoz kötődnek, ezért nem jelentenek veszélyt emlős szervezetekre5,6. E tulajdonságuknak köszönhetően alkalmazásuk széleskörű. Hatásuk jól fokozható acetilkolinnal, ill. egyéb kolinszármazékokkal, ill. aktivitásuk tovább növelhető kolinészteráz gátló vegyületekkel. Hasonló eredmény érhető el α8

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés Bungarotoxinnal és Quinnuclidinil-benziláttal, ami azt bizonyítja, hogy az ACh, a BGT és a QNB azonos receptoron kötődnek meg6. Az imidacloprid-ot összehasonlítva az eddig nagy hatékonysággal alkalmazott Cyfluthrinnal azt találták, hogy bár standard laboratóriumi körülmények között a Cyfluthrin hatásosabb az imidacloprid-nál a dohányrügypondró (Heliothis virescens, F) és az Egyiptomi gyapot levélhernyó (Spodoptera littorális) ellen, viszont jó orális felhasználhatósága és gyorsabb hatása lehetővé teszi a rovarkártevők elleni hatásos védelmet e vegyületcsaláddal is7. Hatás-szerkezet összefüggés vizsgálatok eredményei, az alábbi általános képlet segítségével (2) értelmezhetőek (1. ábra). NO2

n

Z

N

X

m

2

Y W

N Cl

N S

NH

3

1. ábra Ming-Yie és munkatársai5 20 imidacloprid származékot hasonlítottak össze a házilégy acetilkolin receptorához való affinitás szempontjából, és megállapították - a megfelelő hatékonysághoz - lényeges, hogy Z heterociklus legyen, és tartalmazzon N-atomot, valamint halogénnel, vagy metilcsoporttal legyen szubsztituálva. A legjobb hatást a 2-klór-5-tiazolil, a 6-klór-3-piridinil, valamint a 6-metil-3-piridinil csoport esetén találták. A gyűrű másik heteroatomja, X praktikusan NH, ill. S lehet, X = O esetében a hatás drasztikusan csökken. Hasonló csökkenés tapasztalható az X = NMe származék esetében is. A gyűrűhöz kettőskötéssel kapcsolódó Y esetén hatásosabb a CH csoport, mint a N. A W-szubsztituens esetén az -NO2-csoport két-három nagyságrenddel előnyösebb, mint a -H, vagy a -CN-csoport. Az m = 1 eset tízszer hatásosabb az m = 0-nál, és ezerszer az m = 2-nél. Az n hatása (0,1) elhanyagolható. A vizsgált vegyületek közül a legjobb hatást az 1-[(2-klór-5-tiazolil)-metil]-2-nitrometilén-imidazolidin (3) mutatta, hatása hozzávetőlegesen 6-szorosa volt az imidaclopridénak. Megállapították, hogy az imidacloprid származékok erős szinergizmust mutatnak házilégy esetében citokróm P450 inhibítorokkal, ami feltehetően az elszenvedett oxidatív detoxifikáció következménye. Az oxidatív támadás elsődleges helye a nitrometilén szénatom. 9

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés Az eddigi vizsgálatok nem voltak elégségesek annak megállapítására, hogy melyik az a szerkezet, amely biztosítékot jelent, a vegyület célba jutására. Tomizawa és munkatársai szerint a jó hatáshoz nélkülözhetetlen a 3-piridil-metil-amin rész, melyben az amino nitrogén erősen bázikus8. Az imidacloprid szintézise Az imidacloprid szintézisei4 β-picolinból (4, 2. ábra) ill. nikotinsavból (9, 3. ábra) indulnak ki és két-két úton haladnak tovább. Mindkét szintézisút lényeges intermediere a 2klór-5-klórmetilpiridin (7), amelyből a végtermék előállítása szintén további két úton történhet.

β-picolinból kiinduló szintézisek H2O2

N Cl2

O N 4

NaNH2

5

H 2N

N 8

Cl

Cl

N 6

Cl

N 7

2. ábra Nikotinsavból kiinduló szintézis N HN COOH N 9

COOH Cl

Cl Cl

N 10

N 7

NO2 NH

11

N

Cl

N

NH2

N H2N

CH OMe

NH Cl

N 13

3. ábra 10

NO2

14

OMe

N 12

N

1 H2N

CCl3 NaOMe

HN NO2

N 15

NH2 16

NH2

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés Ismert imidacloprid származékok A szakirodalomban szereplő néhány szabadalmazott imidacloprid analogon1: R5 Z

R6 R

R4 R3 n

N

X

R2 R1

Y NO2

Z: 5-, 6-tagú heterociklusos O-, S-, N-tartalmú szubsztituensek R: H vagy alkilcsoport X: O, S, N-R, CH-R Y: N, C-R R1-6: H vagy alkilcsoport A BME Szerves Kémia Tanszékén Dr. Novák Lajos professzor kutatócsoportja 2004ben a CHINOIN Nagytétényi Gyáregysége felkérésére kezdett el foglalkozni az imidacloprid és származékai vizsgálatával. A kutatócsoportba kerülésem előtt néhány származék szintézisét már megvalósították (4. ábra).

N NO2 N Cl

N

R 17a-d

NH R

17a-d 17a: 17b: 17c: 18d:

R: Ph 4-ClPh 2-ClPh 3-NO3-Ph

4. ábra

11

N NO2 N Cl

N 18c: cisz 18t : transz

NH

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés

Célkitűzés

Csatlakozva a kutatócsoporthoz feladatom lett egy további, benzolgyűrűvel kondenzált imidacloprid származék (19, 5. ábra), majd egy aktív metabolit (20) előállítása, mely szintéziseket az alkalmazott szénsavszármazékok vizsgálatával terveztem kiegészíteni.

N NO2 N Cl

HN NO2

NH

N

N Cl

N 20

19 5. ábra

12

N

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész

Elvi rész - imidacloprid A benzimidazol analogon szintézise

A szintézist konvergens szintézisúttal 2-klór-5-klórmetilpiridin (7, 6. ábra) és 2-Nnitro-1H-benzimidazol-2-amin (34, 8. ábra) összekapcsolásával kívántam megvalósítani. A 2klór-5-klórmetilpiridint az irodalmi részben említettől eltérő módon 5-metilpiridin-2-aminból (8) kiindulva állítottam elő9. Az aminocsoportot előbb brómra cseréltem, majd a kapott 2bróm-5-metilpiridint (21) KMnO4-tal fázistranszfer katalizátor segítségével oxidáltam. Az így nyert 6-brómnikotinsavat (22) előbb savkloriddá (23) alakítottam (az alkalmazott erélyes körülmények között megtörténik a Br → Cl csere is), majd kipreparálás nélkül NaBH4-del alkohollá (24) redukáltam. A (6-klórpiridin-3-il)metanolból szulfinilkloriddal nyertem a kívánt 7-es képletű klórvegyületet.

cc.HBr H2N

Br2 Br NaNO2 -20 °C

N 8

COCl Cl

N 21

Aliquat-336 Br 3 óra/ ∆

2 óra

N 22

Cl

3 óra/ ∆

N 24

POCl3 PCl5 2 óra/ ∆

OH SOCl2

NaBH4

N 23

COOH

KMnO4

Cl Cl

N 7

6. ábra A 2-N-nitro-1H-benzimidazol-2-amin előállításához a kutatócsoportban korábban alkalmazott kapcsoló komponensek a nitroguanidin (25, 7. ábra) és a reaktívabb metil N’nitroimidotiokarbamát (26) nem váltak be. Ezért elkészítettem a még reaktívabb dimetil nitroditioimidokarbonátot (27).

O2N

N

NH2 25

S

NH2

NH2 O2N

N

S 26

7. ábra 13

O2N

N

S 27

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész A 27-es szénsavszármazék szintézise során széndiszulfidból (28, 8. ábra) kiindulva ammónium ditiokarbamáton (29) keresztül a metil ditiokarbamáthoz (30) jutottam. Ez utóbbit metiljodiddal alkileztem, a keletkezett hidrogén-jodid sóból (31) a szabad amin (32) felszabadítható és füstölgő salétromsav/ecetsavanhidrid elegyében nitrálható, ami a kívánt dimetil nitroditioimidokarbonátot (27) szolgáltatja. Az így kapott reagens o-fenilén diaminnal (33) gyűrűzárási reakcióban N-nitro-1H-benzimidazol-2-amint (34) eredményez. S

THF/NH3 CS2

H 2N

28

S

Me2SO4 S NH4

H 2N

29

S

MeI S

I H 2N

30

S 31

HN

N

S 32

PhCH2Cl

35

HNO3 (100%) (CH3CO) 2O NH2 + NH2 33

N

N S

27

Ph

N

S O 2N

NO2 NH

N

S

NaHCO3

34

NO2 NH

7

N H

NO2 NH

N 19 N

Cl

8. ábra Az o-feniléndiamin (33) és a metil N’-nitroimidotiokarbamát (26, 7. ábra) gyűrűzárási reakcióját benzimidazol származékká (34) korábban már publikálták10. Ez utóbbi reakciót viszont a körülmények változtatását követően sem sikerült reprodukálnunk. A gyűrűzárási lépést, 33 és 27 reakcióját magasabb, 60oC-os hőmérsékleten végezve 67%-os kitermeléssel sikerült izolálnom a várt terméket (34). Ugyanakkor a főtermék mellett 15%-ban izoláltam egy mellékterméket is, a 2-(metiltio)-1H-benzo[d] imidazolt (36). N S N H 36

14

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész A reakciókörülményeket optimalizálva azt tapasztaltam, hogy a hőmérséklet változtatása nincs számottevő hatással a termékképződésre. Szobahőmérsékleten végezve a reakciót a termeléscsökkenés (64%) nem jelentős. Az N-nitro-1H-benzimidazol-2-amin (34) fellelhető előállításai10 közül az egyik szerényebb termeléssel (50 %) jut a célvegyülethez, szemben az alternatívaként közölttel, amely 93%-os nyeredéket ad meg a záró lépésre. Ez utóbbi esetben a végtermékhez csak több lépésben, összetettebb kiindulási anyagokból indulóan jutnak el. A fenti reakció jelentősége tehát, hogy általa kíméletes reakciókörülmények között, egyszerű kiindulási anyagokat és feldolgozási lépéseket alkalmazva, jó termeléssel juthatunk benzimidazol származékokhoz. A reakciósor záró, alkilezési lépését először a 34-es számú vegyületből indulóan benzil-kloriddal modellezve valósítottam meg, így a 35-ös származékhoz jutottam. A káliumkarbonátos, acetonitriles közeg még fázistranszfer katalizátor (Aliquat-336) jelenlétében sem bizonyult elegendően aktív savmegkötőnek, így az erélyesebb nátrium-hidrid/DMF rendszerben valósítottam meg a kapcsolást. A tapasztalatokat felhasználva, az alkilezést 2klór-5-klórmetilpiridinnel (7) végezve már a kívánt végtermékhez (19) jutottam.

Imidazol gyűrűt tartalmazó analogon szintézise

Az imidazol származék elkészítésének alapját a Ralf Nauen és munkatársai által végzett kutatások szolgáltatták11. A kutatási eredményeikből készült publikációból kiderül, hogy a házi légy nikotin típusú acetilkolin receptorán vizsgált növényi imidacloprid metabolitok közül 20 és 1a nagyobb aktivitást mutat, mint maga a hatóanyag (9. ábra). Utóbbiak közül 20 aktivitása mintegy 16-szor múlja felül az imidacloprid-ét, ezért a továbbiakban ennek a komponensnek a szintézisét kívántam megvalósítani.

15

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész Az imidacloprid metabolikus komponensei:

N

NO NH

N N

N

HO

N

1a

Cl

1b

N N

1 N N 1d

H N N 1e

NO2 NH

N

NO2 NH

N

N N

Cl

NH2

1c

Cl

N

HO

N

HO

N 1f

Cl 9. ábra

16

20

NO2 NH

N N

O

N

NO2 NH

N HO

N

Cl

Cl

NO2 NH

N

Cl

Cl

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész Az aktív metabolit (20) előállításához a 2-aminoacetaldehid dietil acetálját (37) reagáltattam a metil N-’nitroimidotiokarbamáttal (26, 10. ábra). Az így nyert (E/Z)-(2,2dietoxietil)-2-nitroguanidin (38) gyűrűzárási reakcióját kíséreltem meg végrehajtani. OEt OEt

S N

OEt + H2N

H 2N 26

37

OEt NH 2

HN

NO 2

cc.HCl/ ∆

N 38

HCl/RT HN

NO2

20

HCl RT

N

N 40

N

OEt

OEt

OEt NH 2 + HN

H OEt N N

NO2

*HCl NO2

39

7, K 2CO3 MeCN Cl

N

HN

NO2

7, K 2CO3 MeCN Cl N

HCl RT

20

41

10. ábra A gyűrűzárást cc. sósavban végzett forralással végrehajtva a reakcióelegyből a várt terméket nem sikerült izolálni. A kísérletet 1 M HCl-oldattal szobahőmérsékleten megismételve a gyűrűzárás problémamentesen lejátszódott, és több mint 80 %-os termeléssel jutottam az imidazol-származékhoz (39). A gyűrűzárt termék alkilezését a kondenzált származék előállításakor alkalmazott reakciókörülmények között próbáltam végrehajtani NaH/DMF rendszert alkalmazva. Az alkilezést 60°C-on végezve kátrányos nyerstermékhez jutottam, amiből nem sikerült a terméket izolálni. A reakciót alacsonyabb hőmérsékleten megismételve, ugyancsak többkomponensű szétválaszthatatlan termékhez jutottam. A melléktermékek nagyarányú jelenléte feltehetően az imidazol gyűrű deprotonált formáján lejátszódó polikondenzációs reakciókkal magyarázható. Fentiek ismeretében az imidazol gyűrű mellékreakcióit elkerülendő, 38-as termék alkilezésével kíséreltem meg a végtermék előállítását. Ez utóbbi reakciót sikerült enyhe körülmények között kálium-karbonát/acetonitril közegben elvégezni. Ugyanakkor a nitroguanidin-származék mindkét szabad aminocsoportja reagált az alkilezőszerrel, így két termékhez jutottam 40-hez és 41-hez. Az izomerkeveréket szétválasztottam és külön-külön – az imidazol ciklizációjában megismert enyhe körülmények között – gyűrűzárásra késztettem. 17

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész A sósavas kezelés hatására a várakozásoknak megfelelően mindkét reagens (40, 41) esetében ugyanahhoz a végtermékhez jutottam (20), melyet így kerülő úton, mérsékelt reakciókörülmények között sikerült előállítanom.

Az alkalmazott szénsavszármazékok reaktivitás vizsgálata A

benzimidazol

származékokat

o-feniléndiamin

(33)

és

különböző

szénsavszármazékok (25, 26, 27) kapcsolási reakciójával kíséreltem meg előállítani eltérő eredménnyel. Az egyes szénsavszármazékok gyűrűzárási reakcióiban észlelhető, eltérő reaktivitása vezetett arra, hogy részletesebben is foglalkozzam különböző kapcsoló ágensek azonos reakciókörülmények között, azonos reakciópartnerrel szemben mutatott eltérő viselkedésének

tanulmányozásával.

Ennek

érdekében

a

három

alkalmazott

szénsavszármazékot standard körülmények között vittem reakcióba 5-5 különböző aminnal, az alábbi általános reakcióegyenlet szerint (11. ábra). R

NH2

X + O2N

* R

NH2

N

Y

R

N

R

N H 43a-d, 34

25, 26, 27

42a-d, 33

NO2 NH

42-43 a b c d

R H

-R-*-R-

Ph 4-ClPh

-[(CH)2] 4-

11. ábra Ahol 43b, 43c és 43d termékek cisz/transz racém keverékek, melyeket racemátként izoláltam és jellemeztem. A szénsavszármazékok előállítása A kísérletekhez használt szénsavszármazékok közül a nitroguanidin (25) kereskedelmi forgalomban kapható a dimetil nitroditioimidokarbonát (27) előállítását a korábbiakban részletezett módon végeztem (8. ábra, 14. oldal). A metil N’-nitroimidotiokarbamátot (26) a tiokarbamid (44) alkilezésével, majd az így nyert só (45) nitrálásával állítottam elő (12. ábra). S H2N

NH2 44

S

(CH3)2SO4 H2N

H2SO4 NH3 HSO4

45 12. ábra

18

HNO3

S O2N

N

NH2 26

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész Aminok előállítása Az etiléndiamin (42a), a ciklohexán-1,2-diamin (42b), és az o-feniléndiamin (33) kereskedelemben kapható. Az 1,2-difeniletiléndiamin (42c) ill. az 1,2-bisz-(4-klórfenil)etiléndiamin (42d) benzaldehidből (46a), ill. 4-klórbenzaldehidből (46b) állítható elő12a az alábbi általános reakcióegyenlet szerint (13. ábra). Ennek során az aldehideket (46a-b) ammónium acetáttal (47) oldószermentes körülmények

között

magas

hőmérsékleten

reagáltattam.

A

keletkező

N-((E/Z)-2-

(benzilidénamino)-1,2-difeniletil)benzamidot (48a), illetve klórszármazékát (48b) kénsavval kezelve jutottam el a végtermékekhez (42c-d).

R CH3COONH4 47 R CHO HN 46a-b

R R

H2SO4

R

N O

R

H 2N

R

48a-b

NH2

46 a b

48 a b

42 c d

R Ph 4-ClPh

42c-d 13. ábra

A reakció feltételezett mechanizmusa a következő12b:

CH3COONH4

NH3 + CH3COOH

H 3 R CHO

2 NH3

N

R R

N

H

R

R

R

R

H

H H N N H

H

NH2

R R H

NH2

14. ábra Az ammónium-acetát magas hőmérsékleten disszociál ammóniára és ecetsavra. Ezen körülmények között a keletkező ammónia hidrobenzamidokat szolgáltat. A keletkező trimer hidrobenzamidban az alábbiakban jelölt módon protonvándorlással és kettőskötés átrendeződéssel alakulhat ki a szén-szén kötés, majd az így keletkező öttagú heterociklusból több lépésben jutunk el a végtermékhez. 19

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész Szénsavszármazékok vizsgálata

A különböző aminokat és szénsavszármazékokat standard körülmények közöt: 12/10 mmol amin/szénsavszármazék arányban alkalmaztam az egyes reakciókban. A reagenseket 60oC-on kevertettem mechanikus keverővel, 1 órán keresztül 8 ml vízben. A

nyerstermékeket

oldhatóságuknak

megfelelően

dolgoztam

fel.

Szénsavszármazékokról lévén szó, különösen az aromás gyűrűket tartalmazó származékoknál kevés esetben beszélhetünk jó oldhatósági viszonyokról, jellemzőbb, hogy a termék nem rendelkezik hatékony oldószerrel. Ezekben az esetekben általában kromatográfiás módszerek alkalmazása sem váltotta be a hozzájuk fűzött reményeket, így különböző oldószerekkel, oldószerelegyekkel kíséreltem meg többé-kevésbé szelektíven kioldani a melléktermékeket. A relatíve jól vízoldható kiindulási anyagok termékei (ciklohexán-1,2-diamin, etiléndiamin kapcsolt vegyületei) tisztítási lépése egyszerű, ui. mind a kiindulási anyagok, mind a melléktermékek vízzel kimoshatóak, a relatíve gyengébb oldékonyságú kapcsolt termék mellől, némi termeléscsökkenés árán. Abban az esetben, ha már a kiindulási aminok is kis oldhatósággal rendelkeznek a tisztítási lépést megfelelő szelektivitással rendelkező oldószereleggyel végeztem. Az alkalmazott szénsavszármazékok aktivitása a vártnak megfelelően eltér egymástól. Az egyes kapcsolási reakciókban – figyelembe véve, hogy a termékképződés gázfejlődéssel jár (NH3, CH3SH) – bekövetkező változások jól szemmel követhetőek voltak. A relatíve jól vízoldható termékeknél a reakció viszonylag hevesen és gyorsan lejátszódott, ugyanakkor az oldhatatlanabb származékoknál gázfejlődést csak hosszabb idő elteltével tapasztaltam. A tapasztalatok alapján a bevezetőben leírt sorrendnek megfelelően: 1. nitroguanidin (25), 2. metil N’-nitroimidotiokarbamát (26), 3. dimetil nitroditioimidokarbonát (27) sorrendben növekszik a szénsavszármazékok gyűrűzárási készsége (1. táblázat).

20

I. fejezet: Az imidacloprid származékainak szintézise – Elvi rész Az aromás gyűrűt nem tartalmazó aminok valamennyi savszármazékkal készségesen reagálnak, aromás szubsztitúció esetén a nitroguanidin, már nem hajlandó a gyűrűkialakításra, kondenzált gyűrű előállítása pedig egyedül a 27-es vegyület felhasználásával valósítható meg. Az egyes szénsavszármazékok különböző aminokkal mutatott gyűrűzárási reakciója során tapasztalt izolált termelések: Alkalmazott aminok Izolált termelési adatok [%] 42a 42b 42c 42d 33 57* 62 nem reagált nem reagált nem reagált 25 Alkalmazott 65* 84 61 74 nem reagált szénsav26 származékok 61* 90 88 99 67 27 *Az etiléndiamin gyűrűzárt termékei rendelkeznek a legjobb vízoldhatósággal, így a hozzájuk tartozó izolált termelési adatok a tényleges értékektől némileg elmaradnak. 1.táblázat

Kutatási tapasztalatainkról a Heterocycles c. folyóiratban számoltunk be (2001, 55, 1, 45-58.).

21

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés

II. fejezet A Phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise Irodalmi áttekintés

Napjaink civilizációs népbetegségei, az elhízás, a szív- és érrendszeri megbetegedések, és a cukorbetegség mellett az egyik legsürgetőbb, megoldásra váró feladat az Alzheimer-kór kezelése. A nyugati társadalmakban élők várható életthosszának növekedésével, és az ezzel párhuzamosan jelentkező elöregedéssel, mind nagyobb mértékű az öregkort elérők aránya. A 65 éves korosztályban 1000 emberből 3 Alzheimer kórban érintett. Az új esetek száma minden további betöltött 5 évvel közel megduplázódik. Így a 90 év feletti korosztályban már 69 frissen regisztrált eset jut 1000 főre13,14. A társadalom egészét tekintve 2006-ban hozzávetőlegesen 0,4% volt az érintettek aránya globálisan.

Ugyanakkor

a

jelenlegi

dinamizmust

tekintve

2050-re

ez

az

arány

megnégyszereződhet15. Az Alzheimer-kór

Az időskori elbutulás (demencia) fő kiváltó tényezője. A betegségben szenvedőknél az agy egyes területeiben, különösen annak tanulással, memóriával kapcsolatos régióiban (agykéreg, hippocampus) szelektív szövetelhalás következik be, melynek eredményeként, ill. ezzel egyidejűleg csökken az agyi ingerületátvitel egy fontos résztvevőjének az acetilkolinnak a részaránya. A betegség progresszív, előrehaladtával a szellemi képességek csökkenése egyre intenzívebben mutatkozik, melyhez gyakran depresszió társul. Későbbi fázisaiban viselkedési- és személyiségi-, végül mozgászavarok jelentkeznek, a beteg teljes ellátásra és felügyeletre szorul a halálos végkifejletig. A folyamat 6-tól 20 évig is eltarthat az első diagnózis stádiumától függően. Bár genetikai rizikófaktorok ismertek16, jelenleg a betegség pontos kiváltó oka, így valószínűleg éppen ezért – annak gyógymódja sem ismert. Ugyanakkor soha nem indult annyi tudományos kutatás és klinikai vizsgálat a betegségre összpontosítva, mint napjainkban17. 22

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés Az Alzheimer-kór jellegzetessége a szövetelhalás és az ingerületátvitel csökkenése mellett fehérje lerakódások, un. β-amiloid plakkok és τ-fehérjecsomók keletkezése, valamint a szervezet saját védekezési mechanizmusából adódó gyulladás fellépése. A különböző jellegzetességeknek megfelelően számos kutatási irányzat alakult ki, amely a betegség kezelését célozza. Kutatási irányvonalak

-

Kolinerg-hipotézis:

a

legrégebbi

felvetés,

amely

szerint

a

betegséget

közvetve/közvetlenül az acetilkolin-szintézis visszaesése okozza18. Ennek megfelelően a kutatás középpontjába a neurotranszmitter szintet növelő hatóanyagok fejlesztését helyezi (pl. az AChE-bénítók). A forgalomban található hatóanyagok (physostigmine, galantamine, donepezil, rivastigmine) jelentős része ehhez a csoporthoz köthető.

-

Amiloid-hipotézis: a betegség fő kiváltó okát a lerakódó neurotoxikus β-amiloid plakkoknak tulajdonítja19,20. Ennek megfelelően a megoldást a plakkok képződésének gátlásában, ill a lerakódások feloldásában látja. Napjaink legnépszerűbb irányvonala. Szintén ennek az irányvonalnak a képviselője az „immunoterápia/Alzheimer-vakcina”, mely a vérkeringésbe juttatott amiloid fehérjével saját immunválaszra ösztönzi a szervezetet a képződött plakkok lebontására. Bár az első tapasztalatok nem kedvezőek16 kísérleteket folytatnak eltérő dózisú, ill. formulálású megoldások kifejlesztésére21.

-

Prion fehérje-hipotézis: mely szerint a betegséget nem a lerakódó amiloid plakkok gyorsítják fel, hanem az amiloid fehérje még mozgékony oligomerjei, melyek az idegsejt egy adott receptorán (a prion fehérjén) kötődve gátolják az ingerületátvitelt22.

-

DR6-hipotézis: a prion-hipotézis felülírt (2009) irányvonala, melyben a kóros receptor-ligand kötést nem a prion-fehérje és az amiloid oligomer, hanem a DR6 (death receptor 6) és amiloid monomerről képződése közben leváló N-terminális vég (N-APP) kapcsolatának tulajdonítják23.

-

τ-hipotézis: az elmélet szerint a sejt belső transzportfolyamatait lehetővé tevő mikrotubulus rendszer összeomlása a meghatározó, melyben a kezdő lépést a τfeférjék abnormális aggregációja indítja20. 23

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés -

Új, a neuronok anyagcseréjére koncentráló irányvonalat jelenthet a legújabb felismerés, melyben igazolták az agyba juttatott inzulin kognitív funkciókat javító hatását a betegség kezdeti tüneteit mutató betegeken24.

-

További kutatási területek az agyra ható szelektív gyulladáscsökkentők, ill. az őssejt terápia25. A korábban klinikai fázisba jutott hatóanyagok jelentős része az acetilkolin észteráz

enzim (AChE) gátlásán keresztül tesz kísérletet a betegség szinten tartására, ill. előrehaladásának lassítására. Utóbbi enzim az agyban természetes úton keletkező acetilkolin gyors metabolízisével, csökkent neurotranszmitter szintet, un. kolinerg deficitet eredményez2628

.

A physostigmine és a phenserine, mint AChE-gátló

Az afrikai kalabár bab (Physostigma venesonum) főzetének izombénító hatását már benszülött törzsek is ismerték, ennek megfelelően igazságszérumként, nyílméregként használták fel. A növény rettegett tulajdonságát - egy benne található alkaloidja - a physostigmine (49, 15. ábra) AChE-gátló hatásának köszönheti, melyet az enzim

karbamoilezésével ér el. H N

O N O

N 49

Ph

H N

O N O

N

Ph

H N

O N O

50

N 51

15. ábra Bár toxicitása jelentős, megfelelő dózis mellett időlegesen alkalmazható az Alzheimerkórban szenvedők esetén az agy kolinerg aktivitásának fokozására29-31. A physostigmine-nek, mint „lead”-molekulának számos származékát készítették el kedvezőbb toxicitási, ill. aktivitási mutatók reményében32-35, melyek közül a (-)-phenserine (50) kiemelkedően kedvező biológiai36 és farmakokinetikai37 tulajdonságokkal rendelkezik. Könnyen áthatol a vér-agy gáton, ahol szelektíven és tartósan kötődik az AChE-enzimen, mindemellett toxicitása alacsony. Kötődésének pontos mechanizmusát a közelmúltban írták le38. 24

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés A (-)-phenserine in vitro vizsgálatai során igazolták, hogy hatása kettős, az enziminhibíció mellett mintegy 30%-kal csökkenti a neurotoxikus amiloid fehérje képződését is39. Utóbbi jelenség magyarázata, hogy visszaszorítja az amiloid fehérje prekurzorának (APP) szintézisét az idegsejtekben40-41. Hatás-szerkezet összefüggés-vizsgálata azt mutatta, hogy az aril-karbamát csoport és egy merev alapváz (hexahidroindol) szükségszerű az APP szint csökkentéséhez42. A kezdeti bíztató in vitro- és klinika I-II vizsgálatok ellenére III. kísérleti fázisban, a phenserine-nel kezelt betegek kognitív teszteken mért eredménye nem mutatott szignifikáns

eltérést a placeboval kezelt kontrolcsoporthoz képest43-44. A megfelelő teszteredmények elérésére a phenserine-hez hasonlóan, a későbbi próbálkozások45, így a legkurrensebb46 sem zárult pozitív eredménnyel. Ugyanakkor a klinikai vizsgálatokba kerülő hatóanyagok mind nagyobb száma okot ad arra a bizakodásra, miszerint 10 éven belül megtaláljuk a megoldást az Alzheimer-kór kezelésére. A (-)-phenserine-nél tapasztalt kiábrándító eredmények irányították rá a figyelmet annak enantiomerjére a (+)-phenserine-re (51, Posiphen®). Ez utóbbi hatóanyag leglényegesebb különbsége enantiomerjétől, hogy relatíve kisebb aktivitással kötődik az AChE-enzimen, viszont közel azonos vagy nagyobb arányban szorítja vissza az APP szintézisét. Ennek megfelelően a kívánt intenzitású AChE-gátlást nagyobb dózis mellett még kisebb APP szint elérésével teszi lehetővé47. Mindezek mellett a (+)-phenserine-t sikerrel alkalmazták állatkísérletes őssejt terápiában is25. A Posiphen® fejlesztői 2010-es bejelentésükben a klinikai vizsgálatok pozitív tapasztalatairól számoltak be48.

25

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés A phenserine és a physostigmine totálszintézise

A (-)-phenserine első totálszintézisét P. Julian és J. Pikl közölték 1935-ben49,50 (16. ábra). Br

Br 53 O MeO

MeO

1.) AlCl3 2.) Et2SO 4 EtO

Br N

NH

1.) ClCH2CN 2.) Pd-C/H 2 O N

O 55

54

52

EtO O

NH 2

1.) PhCHO 46a EtO 2.) MeI

HN O N

3.) H2O

N

Na

57

56 1.) Al2O3 2.) PhNCO

PhHNCOO

EtO

N

N N 58

3.) Rezolválás

N 50

16. ábra Eljárásukban az N-metil-p-anizidint (52) α-brómpropionil-bromiddal (53) acilezik, majd a képződött terméket (54) együst módszerrel etilezve 55-ös, majd klóracetonitrillel reagáltatva, és a keletkezett nitrilt redukálva 56-os indolinon származékká alakítják, amit benzaldehid és metiljodid segítségével monoalkilezve jutnak 57-hez. Utóbbi komponens gyűrűzárását (+/-)-eserethol-lá (58) fém nátrium segítségével végzik el. A végtermékhez (50) dezetilezés, és izocianáttal történő karbamáttá alakítást követően rezolválással jutnak.

26

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés A

(-)-phenserine

későbbi

Xue-Feng36,51

totálszintézisei

Qian-sheng32-34

és

munkatársaik által alkotott kutatócsoporthoz köthetők. Xue-Feng 59-ből klóracetonitrillel végzett alkilezéssel jut az 60-as vegyülethez, amelyből királis oszlopkromatográfiával történő tisztítást követően a megfelelő aktív származékból (60s) halad tovább reduktív gyűrűzárással (61), N-metilezéssel (62), O-dezmetilezéssel 63-as komponens felé, amiből karbamát képzéssel állítja elő a végterméket (50, 17. ábra). O ClCH 2CN

O

O

O N

N 60

59

CN O N

CN O királis oszlopkrom.

+

60r

O N Pd-C/H2

HO N N 63

BBr3

O N

H

N

CN O

MeI

60s

O NH N

H

62

H

61

PhNCO 50

17. ábra

Qian-sheng Yu32 5-metoxitriptaminból (64) indulóan a primer aminból karbamátot képez, majd az indolváz nitrogénjét benzilezve jut 65-ös vegyülethez, amit oxidálva, és metiljodiddal alkilezve állítja elő 66-os indolinon származékot. Utóbbi intermediert lítiumtetrahidridoalumináttal redukálva megtörténik az in situ gyűrűzárás 67-tel jelölt triciklusos alapvázat tartalmazó vegyületté, melyet rezolválást követően a már ismertetett Odemetilezéssel 68-as hidroxi-vegyületehez jutnak. A 68-as vegyületből a megfelelő alkilizocianát segítségével karbamátot képeznek, majd a katalitikus dezbenzilezést hajtanak végre és így jutnak 69a-b vegyületekhez. A végterméket N-metilezéssel nyerik (physostigmine: 49, R = Me, phenserine: 50, R = Ph, 18. ábra).

27

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés COOMe

1.) ClCOOMe NH2 2.) BnBr

O

N H

O

1.) cc.HCl 2.) MeI TBMAB

N 65 Bn

N H 64 COOMe N H O

O

O

LiAlH4

N 66

Bn

N 68

Bn

Bn

67

R

N

2.) BBr3

N

1.) RNCO

HO

1.) Rezolv.

N

H N

2.) Pd(OH)2/ H2

O

MeI

N O

N H H 69a, b

49 50

69 R a Me b Ph

18.ábra Takaharu Matsuura és munkatársai sztereoszelektív szintézistutat dolgoztak ki31, melyben but-2-in-1-ol-ból (70, 19. ábra) 3 lépésben (Z)-but-2-énanilid-származékot (71) állítanak elő. A B-gyűrű zárását sztereoszelektív Heck ciklizációban végzik 10% Pdkatalizátor és 23% S-BINAP alkalmazásával 100°C-on. A diasztereoszelektivitás 98:2 arányban az (E,S)-terméknek kedvez (72). Az enantiomertisztaság meghatározása céljából a terméket első lépésben sósavval elhidrolizálják, majd a képződött aldehidet nátriumtetrahidridoboráttal redukálják. Az így keletkező primer alkohol királis HPLC-n végzett vizsgálata azt mutatta, hogy a ciklizációban 95% enantiomerfeleslegben az (S) termék van jelen. OH 1.) ClCOOH 2.) TIPS-Cl 70

O

I N

3.) 3-jodo-4-metilaminoanizidin OTIPS

O

OTIPS

O

1,2,2,6,6-pentametilpiperidin

71

1.) HCl 2.) MeNH3Cl

O N

O N

N

3.) LiAlH4 62

72

19. ábra 28

10% Pd 23% (S)-BINAP

H

49

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés A C gyűrű kialakításához a sósavas hidrolízist követően a keletkező aldehidet in situ metilammóniumkloriddal, majd lítium-tetrahidroalumináttal reagáltatják. Az előállított 62-es vegyületet O-dezmetilezéssel és karbamátképzéssel alakítják physostigmine-né (49).

Physostigmine-analogonok szintézise és szerkezet-hatás összefüggés Brzostowska és munkatársai52 a physostigmine (49) kéntartalmú származékait vizsgálták. Ehhez a 62-es vegyület C gyűrűjét hidrogén-jodiddal felnyitották (73), majd NaSH segítségével tienoindol származékká zárták (74). Utóbbi intermedierből a már ismertetett dezmetilezéssel és azt követő alkil-izocianátos karbamát képzéssel a kéntartalmú változat számos származékát (75a-i, 20. ábra) állították elő. A kénatom jelenléte negatívan befolyásolta a hatékonyságot, viszont a karbamát csoport jelenléte szükségszerűnek tűnik. A fenil-karbamátok közül a 2-metil-fenil-, valamint a 2-etil-fenil- származék mutatta a legkedvezőbb tulajdonságokat53. O N

NMe3 I

O

HI

OH N

N 73

62

O

R

S

O S

N

N 75a-i

74

NaSH 75 a b c d e f g h i

R H CONHBu CONHC7H15 CONHPh CONHPh(2-Me) CONHPh(2,4-Me) CONHPh(4-iPr) CONHPh(2-Et) CONHPh(2,4,6-Me)

20. ábra Xeu-feng és munkatársai az alapmolekulán (49) végeztek szubsztituensvizsgálatot, melyben 76-os vegyület R1-, R2- csoportjait cserélték a 21. ábrán jelölteknek megfelelően54. R2

H N

N O

g h i e f j 49 50 H H H H Me Me Me Me Bn Bn Bn Bn Me Ph o-t* p -c* Me Ph o-t* p -c* Me Ph o-t* p -c*

76 a

O N

R1 R1 R2

b

c

d

* o-t = o-tolil, p -c = p -cimil

76a-j

21. ábra 29

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés A hatáserősség-vizsgálatok során kiderült, hogy a tolserine (76e, 21. ábra) kiemelkedő mértékben, mintegy 189-szer szelektívebben kötődik az AChE enzimen, mint annak butirilmegfelelőjén. Xeu-feng és munkatársai vizsgálták továbbá a C gyűrű felnyitásával keletkező, különböző karbamát-csoportot tartalmazó származékok (77) kötődését az AChE-enzimen. Ehhez a C gyűrűt katalitikus hidrogénezéssel nyitották fel, viszont az így nyert komponensek hatáserőssége elmaradt a „lead”-vegyületekétől55 (21. ábra).

R

H N

H N

O

X

NMe2

O

O O

N 77

N 78, 79

X 78 O 79 S

22. ábra

Cikloalkanoindolok előállítása A physostigmine és phenserine számos, további szubsztituált származéka ismert33-35. A physovenine-t Qian-sheng Lu és munkatársai állították elő (78, 22. ábra)56, melynek kéntartalmú megfelelője a thiaphysovenine Xiao-shu He nevéhez kötődik (79, ahol)53. Luo és munkatársai a pirrolo[2,3-b]indol vázat furo[2,3-b]benzofuránra cserélték (8082, 23. ábra)57, ugyanakkor cikloalkánokkal kondenzált származékokat nem vizsgáltak.

R

H N

O O O

O 80-82 23. ábra

30

R 80 Et 81 2-MePh 82 4-i-PrPh

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés

Célkitűzés Fentiek ismeretében célul tűztem ki cikloalkanoindol-származékok előállítását (83-87, 24. ábra). A kísérleteket a szubsztituálatlan megfelelőkkel (83-85), mint modellvegyületekkel kezdtem, majd ezt követően terveztem a szintéziseket kiterjeszteni továbbalakításra alkalmas származékokká (86-87).

Y n

N 83-87

R' Y n

83 H H 1

84 H H 2

85 H H 3

86 H Me 1

87 MeO Me 1

R' 24. ábra

Az irodalom említést tesz cikloalkanoindolok szintéziséről, melyek közül a legjellemzőbb a Fischer indol szintézis kiegészítése katalitikus hidrogénezéssel (88-ból 91, 25. ábra)58.

N H 88

NH2 +

cc.H2SO4 O

N H

89

N

N H cc.HCl Pd-C/H2

NH NH2

N H 90 25. ábra

31

H

EtOH 3 bar

N H 91

NH

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Irodalmi áttekintés Alternatív megoldást jelenthet az N-cikloalkenil-N-alkilbenzilaminok fotoindukát gyűrűzárása is (92-ből 93)59 vagy 2-cikloalkenilanilinek magas hőmérsékletű gyűrűzárása (94-ből 95, 26. ábra)60. R

R

hν

n

n

N

N 93

92

H

HCl 200-220°C

94

N

N H

95 26. ábra

Az említett szintézisutaktól eltérően aza-Claisen átrendeződés és katalitikus gyűrűzárás felhasználásával terveztem az alapváz előállítását (27.ábra). X

n

[3,3]

X

n

X

n

N

N

NH

R 96-100

R

R 101-105

X n

N R 83c-87c (cisz) 83t-87t (transz)

Pd-kat.

S Im Tc Tt X R n

96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 83c 84c 85c 86c 87c 83t 84t 85t 86t 87t H H H MeO MeO H H H H Me 1 2 3 1 1

S- szubsztrát I m- köztitermék Tc- termék (cisz) Tt- termék (transz)

27. ábra Az aza-Claisen átrendeződés intenzívebb körülményeket követel meg, mint a klasszikus Claisen-átrendeződés, viszont hozzá hasonlóan protikus- és Lewis-savakkal a folyamat katalizálható61-64. Aminok kettőskötésre történő addícióját sikerült Pd-katalízis segítségével megoldani Hegedusnek és munkatársainak65. Eredményeiket a gyűrűzáráshoz kívántam felhasználni.

32

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész

Elvi rész - phenserine

Gyűrűzárási vizsgálatok

A könnyebb elérhetőség miatt a gyűrűzárási kísérleteket 97-ből és 98-ból (27. ábra) kiindulva terveztem vizsgálni. Ehhez Urchenko és munkatársainak eredményeit66 felhasználva ciklohexanonból (106, 28. ábra) és cikloheptanonból (107) első lépésben metilén cikloalkanolt (108b-c), majd klórmetil-cikloalk-1-ént (109b-c) állítottam elő. A metiléncikloalkanolok (108b-c) képződésének nem triviális mechanizmusára Trofimov és munkatársai adtak javaslatot67. A soron következő lépésben a szulfinil-klorid kötődik az oxigénen, majd egy összehangolt reakcióban eredményezi a kívánt alkilezőszert (109b-c).

DMSO + KOH S

O m=0

KO

S

O

O

+ K

S

m

-KOH

O

78, 106, 107 S

m

m

S

O

O

[2,3]

OH

H 2O

m

m

m

SOCl 2 Et 2O -HCl

108b-c Cl

S

O

Cl

O

m

-SO2

m

109b-c 28. ábra

33

S Al T m

78 0

106 108b 109b 1

107 108c 109c 2

S- szubsztrát Al- alkohol T- termék

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész Az átrendeződési kísérletek kiindulási vegyületéhez, 97-hez az anilin (110) alkilezésével jutottam (29. ábra). Cl S T m n

n

+ NH2

N H

m

110

109c 98 2 3

S- szubsztrát T- termék

97, 98

109b-c

109b 97 1 2

29. ábra Az aza-Claisen átrendeződést 97-es vegyületből indulóan a szakirodalomban leírtaknak megfelelően szulfolánban végeztem BF3*OEt2-katalizátor jelenlétében. A nyerstermék

kromatográfiás

elválasztásakor

3

komponenst

sikerült

szerkezet-

meghatározáshoz megfelelő tisztaságban kinyernem (84c, 84t, 84i, 30. ábra). X

H n

N R 83c-87c X

n

X

H n

N

N

R 83t-87t

R 96-100 X

n

S c t i X R n

96 97 98 99

100

83 84 85 86

87

H H 1

H H 2

H H 3

MeO MeO H Me 1 1

S- szubsztrát c- termék: cisz konf iguráció t- termék: transz konf iguráció i- izomer melléktermék

NH R 83i-87i

30. ábra Az izolált komponensek közül (84i) az eredetileg várt termékből (102, 27.ábra, 32. o.) vezethető le a kettőskötés exo-helyzetből endo helyzetbe történő izomerizációjával. Meglepetésre a további két komponens a spontán gyűrűzárás cisz- és transz-racém terméke, melyek beazonosítása NOE-mérésekkel is megtörtént. Utóbbi reakciót feltehetően a relatíve magas hőmérséklet (160-170°C) és a jelen lévő BF3*OEt2 katalizálja.

34

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész Az eddigi reakciókkal teljes analógiát mutató héttagú-gyűrűs származékon is elvégeztem az átalakítást alkohollá (108b, 28. ábra, 33. o.), ill. alkilezőszerré (109c), majd a megfelelő anilinszármazékot (98, 30. ábra.) gyűrűzárásra késztettem. Eredményeim a korábban megfigyeltekkel párhuzamot mutattak, így gyűrűzárt komponensekhez (85c, 85t) és izomerizált termékhez (85i) jutottam. A további vizsgálatokra kiválasztott öttagú gyűrűt tartalmazó származékok esetében kísérletet tettem az alkalmazott reakciósor kiterjesztésére ciklopentanonból indulóan (78, 28. ábra, 33. o.). Viszont ebben az esetben az eddigiektől eltérő, Claisen-típusú kondenzációs termékhez jutottam (111, 31.ábra). O O

KOH DMSO

O

O

O

O +H -H2O

-H

111

78 31. ábra

Ezért a kívánt öttagú gyűrűt tartalmazó származékot (96), más módon, hexán-1,6diolból (112) kiindulva állítottam elő (32. ábra). Az alkoholt PCC segítségével dialdehiddé (113) oxidáltam, amit leforrasztott bombacsőben, víz jelenlétében 120-130 °C-on intramolekuláris Claisen-kondenzációban ciklopentén-karbaldehiddé (114) alakítottam. Az így nyert aldehidet anilinnel (110) reagáltatva, majd a nyert Schiff-bázist (115) izoláció nélkül redukálva jutottam a célvegyülethez (96).

O OH OH

O

PCC DKM

O

PhNH2 110

H 2O 120°C 114

113

112

NaBH4 N

MeOH 96

115 32. ábra 35

N H

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész A reakcióban képződő érzékeny aldehideket (112, 113) várakozás nélkül kell továbbvinni a következő lépésbe oxidációs és polikondenzációs mellékreakciók miatt. A mellékreakciók, a gyenge termelés, ill. a körülményes technológiai lépés kivédésére más úton is előállítottam a 96 alkilezett terméket (33. ábra).

O

Cl

OH

O O

LiAlH4

116

OH

SOCl 2 +

R'

109a

108sz

108a H N

Et 2O

S T X R'

X

109a

X 110, 117, 118

N

110 117 96 99 H OMe H H

118 100 OMe Me

S- szubsztrát T- termék

R' 96, 99, 100 33. ábra

Az oxoészter (116) lítium-tetrahidridoaluminátos redukciója metilén-ciklopentanollá (108a) ismert reakció, mechanizmusára Dreiding és munkatársa tett javaslatot (34. ábra)68. H

H Al

Li O

O

O

O

O OH

O

H

LiAlH4

H

H

H Al

H

O

O OLi

OLi -LiOMe

116 OAlH2 OLi

O

LiAlH4

-Al(OH)H2 -LiOH

OH 108a

34. ábra A kerülő úton előállított alkoholból indulóan ismételten megkíséreltem az Urchenko és munkatársai által leírt reakciósor befejező lépését (28. ábra, 33. o.) alkalmazni öttagú gyűrűre (m = 0) ez utóbbi esetben már sikerrel. Az alkilezési lépésben a megfelelő anilinszármazékot reagáltatva eljutottam a kívánt termékekhez (96, 99, 100, 33. ábra). 36

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész Az öttagú gyűrűt tartalmazó származékok (96, 99, 100) reakciói során csupán két-két izolálható komponenshez jutottam. Melyek a gyűrűzárt termék cisz izomerjei (83c, 86c, 87c), és az átrendeződés után in situ izomerizált termékek (83i, 86i, 87i). A transz racém származék hiánya, ill. izoláláshoz nem elégséges mennyisége gyakori jelenség öttagú gyűrűvel anellált policiklusokban, amely sztérikus okokkal magyarázható.

X

[3,3]

H

X

X +

N R 83c, 86c, 87c

N R 96, 99, 100

NH R 83i, 86i, 87i

S 96 99 100 c 83 86 87 i 83 86 87 X H OMe OMe R H H Me S- szubsztrát c- termék: cisz konf . i- izomerizált melléktermék

35. ábra A gyűrűzárási lépést elvégeztem 99 és 100 esetében is, az izolált termelési adatokat a 2. táblázatban foglaltam össze.

Szubsztrát

X

R

n

96 97 98 99 100

H H H OMe OMe

H H H H Me

1 2 3 1 1

Gyűrűzárt termék cisz 50 83c 20 84c 27 85c 40 86c 87c 2.táblázat

Gyűrűzárt termék transz 83t 7 84t 9 85t 86t 87t

Izomerizált termék 8 83i 6 84i 9 85i 11 86i 53 87i

A táblázat adataiból látható, hogy minden esetben a cisz anelláció a kedvezményezett, ill. a csak cisz racém terméket adó öttagú gyűrűs származékok adják a kedvezőbb termeléseket, ugyanakkor 100 esetben a nitrogén metil szubsztituense gátolja a gyűrűzárást, így csak az izomerizált terméket (87i) sikerült izolálnom.

37

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész Karbamátképzés és vizsgálatai

A Xue-Feng és munkatársai által leírt eljárásban (17. ábra, 27. oldal) a végtermék karbamáthoz a gyűrűzárt termék dezmetilezésével keletkező 4-hidroxi származék és fenilizocianát reakciójában jutnak. Felmerült annak a lehetőségnek a vizsgálata, hogy a karbamát funkciót, még a gyűrűzárás előtt kialakítsuk. Ennek vizsgálatához 4-nitrofenolból (119) indulóan előállítottam az alábbi aminokat (128-131, 36. ábra). Ehhez a megfelelő izocianáttal (120-123) reagáltattam a nitrofenolt, majd a képződött karbamátot (124-127) csontszenes palládium-katalizátor segítségével redukáltam.

H R NCO N 120-123 R

HO

O O

NO2

124-127

119 Cl

n

128-131

109a-c

R

Pd-C/H2

H N

O

n

O

Aceton K2CO3

N H

132-135 S Tn Ta Tk R

NO2

120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 136 137 138 Ph α-n Et cH

R

H N

O O

Aceton K2CO3 R

H N

NH2 128-130 131 H N

O 136-138

OH

S- szubsztrát Tn- nitrof enil szárm. Ta- aminofenil szárm. Tk- karbamid szárm. Ph: f enil, α -n: α- naf til Et: etil, cH: ciklohexil

36. ábra A keletkező aminok (128-131) alkilezési lépése során, a halogenid (109a-c) minőségétől függetlenül, 128-130 vegyületek esetében átrendeződött karbamát származékhoz jutottam (136-138). A kísérletet alkilező távollétében elvégezve ugyancsak az átrendeződött terméket izoláltam, amely ennek megfelelően báziskatalizált folyamatban keletkezik a kiindulási karbamátból.

38

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész A folyamatra magyarázatot az amino-csoport fokozott nukleofilitása jelenthet, amely a reakciókörülmények között intermolekuláris támadást intéz a karbamát karbonil-csoportján, és nukleofil szubsztitúcióban karbamid származékot szolgáltat (37. ábra).

R

H N

O

Y O

O

NH2

R

H N

O

O

-H

O NH2

Y

128-130

R

H N

O

O

O

+H

+ NH2

Y

R

R

H N

H2 N

O

O

H N

H2N

O

O

139-141 R

OH

Y

-Y-OH

+ OH

Y

H N

142 H N

O

OH

136-138 37. ábra

A feltételezett mechanizmust alátámasztja, hogy a reakciók abszolut vízmentes közegben nem vagy csak igen lassan játszódnak le. A reakcióelegyekben minden esetben jelen van a p-aminofenol (142), ill. egy esetben már a kiindulási amin előállításakor lejátszódik a karbamát átésztereződése -amennyiben a redukciót alkoholban (etanol) vezetjük le – egy nem várt vegyületet eredményezve (125-ből in situ 140 képződése, 38. ábra). H N

O O 125

Pd-C/H2 EtOH

NO2

H N

O O 140

38. ábra

Az átrendeződésre vonatkozó megfigyeléseimet a 3. táblázatban foglalom össze.

39

II. fejezet: A phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise – Elvi rész Izolált termelési adatok[%] a karbamát-karbamid átrendeződésre vonatkozóan: Szubsztrát

R-csoport Phα-naftilEtilCiklohexil-

128 129 130 131

Termelés[%] 74 60 17 3. táblázat

Termék 136 137 138 -

A táblázat adataiból látható, hogy az átrendeződési készség telített alkil-csoportok esetén jelentősen csökken. Ciklohexil-karbamát esetén a reakciókörülményeket változtatva sem sikerült a karbamid származék izolálása. Megállapítható, hogy a karbamát funkció előzetes bevitele a reakciósor egy korábbi szakaszában, nem vezetett a várt eredményre, ezért a végtermék előállításához visszatértem a klasszikus előállítási folyamathoz. Végtermék előállítása A végtermék fenilkarbamát származék (144) előállítását, visszatérve a Xue-Feng és munkatársai által leírt módszerhez, az alábbiak szerint végeztem el. (39. ábra) Mivel 87c nem állt rendelkezésre közvetlenül a gyűrűzárásból (a megfelelő komponensből, 100-ból indulóan csak izomerizált termékhez, 87i-hez jutottam, 2. táblázat, 37. o.), ezért azt 86c-ből állítottam elő utólagos metilezéssel (39. ábra). Az N-metil származékból (87c) BBr3-dal végzett dezmetilezéssel jutottam el a szükséges fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó vegyülethez (143), amivel a fenilizocianát (120) készségesen adja a várt ciklopentán gyűrűvel anellált hexahidro-indol származékot (144). O

H

NaH MeI

H

O

BBr3

HO

H

N

N

N H 87c

86c Ph

H NCO N 120 Ph

143 O

H

O

N 144

39. ábra Eredményeinket a Heterocycles c. folyóiratban közöltük (2008, 75, 1, 43-56.)

40

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés

III. fejezet A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete Irodalmi áttekintés

Első és második generációs antihisztamin hatóanyagok Ugyancsak a civilizációs népbetegségek között tartjuk számon a megjelenési formáit tekintve igen változatos allergiás megbetegedéseket. Ezek a szervezet egy adott allergénre jelentkező megszokottól eltérő, intenzív immunválaszában (gyulladásban) nyilvánulnak meg. Legjellemzőbb formái az asztma, a szénanátha, az ekcéma, az étel- és rovarallergia. Enyhébb eseteiben irritáció (pl.: nyálkahártya, kötőhártya) alakul ki, súlyosabb változataiban (pl.: gyógyszerallergia, rovarcsípés) anafilaxiás sokk léphet fel, amely gyors beavatkozás hiányában végzetes kimenetelű is lehet. A betegség kiváltó okai között környezeti és örökölt tulajdonságok egyaránt szerepelnek69, melyek közül utóbbiak meghatározó jelentőségűek70,71. Kezelése - környezeti kiváltó ok esetén - az allergén kerülése/kiváltása, más esetben gyulladáscsökkentők

(szteroidok,

antihisztamin

készítmények)

alkalmazása

vagy

immunoterápia (deszenzibilizáció)72. Az allergiával összefüggő antihisztamin készítmények családjába jellemzően a H1receptor antagonisták tartoznak, melyek a receptor kötőhelyeit elfoglalva gátolják a hisztamin kötődés során fellépő jelenségek (duzzanat, értágulat, gyulladás) kialakulását, ill. mérséklik a már fennállóakat. Sőt, egyes esetekben képesek inverz-agonista hatással közvetlen gyulladáscsökkentést kiváltani73. Közülük

az

első

generációs

hatóanyagok

(diphenhydramine,

clemastine,

promethazine) egyúttal kompetitív muszkarin típusú receptor inhibítorok is, ill. csökkentik az agykérgi ingerületátvitelt és blokkolják a gyors nátriumcsatornákat. Mindezek eredményeként alkalmazásuk során számos mellékhatás léphet fel (bőr- és nyálkahártya-szárazság, nyugtató hatás, depresszió, ritmuszavar esetleg szívroham).

41

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés A második generációs (nem szedatív) antihisztamin-hatóanyagok szelektíven kötődnek, így a fent említett mellékhatásoktól mentesek. Legismertebb képviselőik: cetirizine,

levocetirizine,

fexofenadine,

loratadine,

desloratadine.

Utóbbiak

közül

az

egyik

legszelektívebb és leghatékonyabb a desloratadine74 (146, 36. ábra).

Cl

Cl

N

N

N O

N H

O

146

145 36. ábra

A desloratadine a loratadin (145, készítmény: Clarityn®, gyártó: Schering-Plough, 1988) aktív metabolitja. A loratadine a gyomorsav hatására dezkarbamoileződik a szervezetben, így a tényleges hatást a szabad amin (146), ill. annak a gyomorban keletkező sója fejti ki75. A desloratadine (Neoclarityn®, Spectator, Schering-Plough, 2001) p.o. adagolás esetén 3-4-szer erősebb hatást fejt ki 145-nél, hatástartama csaknem 24 óra, így alkalmazásakor napi egyszeri dózis elegendő, mellékhatásai kevésbé jellemzőek76-80. A desloratadine fejlesztője által publikált előállítási mód81 a 41. ábrán látható. i.)t-BuOH H 2SO4 CN ii.)NH4OH

N

i.)BuLi THF/-40°C N

O ii.)

O

N

Cl

148 HN

147

Cl POCl 3

HN

149

150

Cl

Cl N

CN

ClMg

Cl

N

i.) 152

N

153

ii.)2N HCl

151

N

41. ábra 42

HF/-35°C BF3

O

*HCl

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés

Cl

Cl Benzol BrCN

N

i.)ccHCl AcOH/ ∆

N

154

N

ii.) NH4OH

N

N

Cl

CN

N H

155

146

41. ábra (folytatás a 42. oldalról) A végtermék (146) szintézise megvalósítható közvetlenül a 154-es N-metil származékból vagy a 153-as karbonil vegyületből is82. Alternatív útvonalat jelent a metabolitikus utat követve 146 szintézise 145-ből lúgos módszerekkel83-87 vagy savas eljárással88-90, ill. a szabad amin felszabadítása annak acetát sójából82,91,92 vagy széndioxiddal alkotott adduktjából93. A hidrolitikus módszerekre általánosságban jellemző, hogy a terméket alacsony HPLC-tisztasággal szolgáltatják, ill. a keletkező só instabil (savas eljárás)88. Utóbbi általánosítás alól kivételt képez a Suri és kutatócsoportja által kidolgozott lúgos eljárás, amely 94%-os termeléssel és 99,8%-os tisztasággal adja a végterméket, ugyanakkor a reakcióelegy feldolgozása – léptéknövelt esetben – technológiailag nehezen kivitelezhető, mivel annak lúg- és sómentességét a szűrőn történő nagytömegű vizes szuszpendálással éri el86. A Mezei Tibor és munkatársai által kidolgozott léptéknövelésre alkalmas eljárás87 91,5%-os termeléssel, 99,1%-os HPLC-tisztasággal szolgáltatja a célvegyületet, ugyanakkor a technológiában alkalmazott etil-acetát nem várt N-acil származék (156) keletkezéséhez vezetett a végtermék szárítása során, melyek mértéke meghaladta az előírásokban engedélyezett szintet (42. ábra). Cl

Cl

N

N

N

N H *1/2 CO2

156

157

O

42. ábra 43

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés Ugyancsak Mezei Tibor és munkatársai nevéhez fűződik az általuk leírt desloratadine széndioxid adduktból (157) termikus bontással történő bázis (146) előállítás, amelyhez nagy tisztaságban, de csökkent termeléssel jutottak (63%)93. A 157-es vegyület szintézisére az amorf módosulatú hatóanyag (146) előállításának igénye vezette az EGIS Gyógyszergyár Nyrt. kutatócsoportját. Elvben ugyanis instabil adduktok termikus bontásával amorf vagy új módosulatú kristályszerkezet érhető el.

Célkitűzés Feladatom olyan, szabadalmilag nem védett, méretnövelhető eljárás kidolgozása volt, amely nagy tisztaságban és jó termeléssel szolgáltatja a végterméket (146). Emellett további célkitűzésem volt a leírt desloratadine széndioxid addukt87,93 (157) szerkezetének meghatározása. Utóbbi feladat megoldásához rendelkezésemre álltak a korábbi vizsgálati eredmények, így a desloratadine bázis, valamint a bázisból CO2-dal és dúsított]) adduktok oldatban felvett 1H-,

13

13

CO2-dal készült (157 [13CO2-vel

C-NMR- és szilárdfázisú

13

C-NMR-spektrumai is

(1.1.-6. melléklet).

Amin-CO2: molekuláris adduktok és kovalens vegyületek Számos kismolekulájú amin széndioxiddal alkotott adduktja ismert94-98, melyek közös jellemzője, hogy összetételük nem meghatározott, és rövid élettartammal rendelkeznek. Ezen tulajdonságánál fogva egy desloratadine-CO2 komplex alkalmas lehet termikus bontás során amorf módosulat előállítására. Ezzel szemben a tapasztalatok azt mutatták, hogy a különböző oldószerekben (etil-acetát, aceton) előállított CO2-tartalmú termék sztöchiometriája közel állandó (amin:CO2 = 2:1, melyet elemanalízissel, titrálással és DSC-vizsgálattal is igazoltak), ill. bomlása csak magas hőmérsékleten (120-140°C) következik be, mely körülmények közepette végül nem amorf, hanem ismert, kristályos módosulatú (Form I) terméket szolgáltat.

44

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés Mindezekkel párhuzamosan igaz, hogy a (CDCl3, CD3OD, DMSO-d6, DMF-d7) felvett

12

CO2-addukt különböző oldószerekben

13

C-NMR-spektrumai nem tartalmaznak CO2-

beépülésre utaló új jelet, ill. az izotópjelzett széndioxiddal (13CO2), deuterált metanolban, NMR-csőben készült minta felvételén jelentkező két új karbonil jel (164,09; 161,62 ppm) egyike sem mutat érzékelhető korrelációt a molekula többi részével 2D-NMR felvételeken. A 13

CO2-gáz kristályrácsba épüléséről a szilárdfázisú NMR-spektrum szolgál információval,

melyen egy intenzív karbonil-jel jelentkezik (164,8 ppm). Jól jellemezhető (stabil) CO2-adduktok csak kis számban ismeretesek99-107. Ugyanakkor néhány rég ismert CO2-amin vegyület pontos szerkezete még ma is megosztja a tudományos közvéleményt. Jó példa erre a 1,8-diazabiciklo[5.4.0]undec-7-én (158, DBU) reakciója széndioxiddal, mely komplexet Iwatani és munkatársai írták le először. A gázfázisban, ill. folyadékfázisban is lejátszódó reakció termékét IR-spektrummal és elemanalízissel jellemezték, amely alapján a 159-es szerkezetet valószínűsítik108 (43. ábra).

N+

CO2 N

O DBU *CO2 159

CO2

N N

N+

víznyomok

N

DBU 158

O-

O-

O

160 H OH

CO2 H2O N+

N N H+ HCO3161

N O

O H OH-

43. ábra Pérez és munkatársai publikációjukban109 említést tesznek a DBU*CO2-komplex 13CNMR (D2O) felvételében jelentkező ’karbonil’-jelekről (160,7 és 166,4 ppm), melyeket a karbamátnak, ill. az amidínium-csoport szénatomjának tulajdonítanak, és ezáltal igazolják a zwitterionos szerkezetet. Vizsgálataik szerint (elemanalízis, TGA) a frissen képződő komplex tartalmazhat gyenge másodrendű kötéssel kötött vizet (160), amely átkristályosítás (egykristály „növesztés”) esetén átmeneti karbaminsavon keresztül hidrogén-karbonát sóként (161) stabilizálódik110. 45

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés Utóbbi, dimer formában kristályosodó sóról egykristály-röntgen felvételen alapuló szerkezetet is közölnek, amelyen jól látható, hogy a két DBU részletet a középen planárisan elhelyezkedő, egymással, ill. a nitrogénekkel erős hidrogénhidas kötésben lévő hidrogénkarbonát ionkettős köt össze (44. ábra). Ugyanakkor a hivatkozott klasszikus vizsgálati eredményeket (elemanalízis, TGA) nem csatolják megfigyeléseikhez.

44. ábra Heldebrant és munkatársai is számos kételyt fogalmaznak meg az Iwatani által javasolt szerkezettel kapcsolatban111. Kísérletsorozatokkal igazolták, hogy a fenti reakció abszolút vízmentes közegben nem játszódik le, ill. a víz jelenlétében keletkező minta NMRspektrumai nem tartalmaznak karbamoil-csoportra utaló jeleket. A

13

CO2-dal elvégzett

kísérletek esetében CDCl3-ban készült felvételekkel igazolják, hogy az újonnan jelentkező karbonil-jel (161,1 ppm) nem mutat korrelációt a DBU-molekula egy részletével sem – az imínium-szén jele ebben az oldószerben 162,6 ppm-nél jelentkezik. (Azaz 159, ill. 160 43. ábra) szerkezetek esetében látható, kovalensen kötött széndioxidot a spektrumban nem azonosít. Alternatívaként a 161-es vegyületet jelölik meg, mint közvetlen terméket, viszont nem adnak meg elemanalízis, KF-víz vagy TGA vizsgálati eredményeket.

46

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés A 44. ábrán látható szerkezettel azonos dimer elrendeződést figyelt meg Kantlehner 162-es gyűrűs guanidin származék széndioxiddal képzett komplexének kristályosításakor, ill. 163-as esetében - a szakirodalom szerint instabilis – karbamidsav, hidrogénkarbonát által stabilizált szerkezetét is sikerült meghatároznia szilárd mintából (45. ábra)112. Utóbbi eredmény nem példa nélküli, Arestának és munkatársainak is sikerült a dibenzilamin karbamidsavjának kristályosítása, és jellemzése113. H O

N Me2N N

N

NH

O N

HCO3-

Me2N 163

162 45. ábra

A CO2 megkötésére képes aminok egy másik jellemző csoportja a guanidin- és gyűrűs amidin-származékok mellett a piperidinek. A piperidin CO2-dal alkotott szerkezetéről (164, gázfázisban képződött egykristály felvétel) Huiming és munkatársai közölnek meglepő adatokat114 (46. ábra). Utóbbi érdekessége, hogy víz távollétében is stabilizálódhat a képződő karbamidsav, sót képezve egy szabad aminnal, ill. hogy a mérési eredmények alapján a kristályban kötődő karbamát C-N kötésének erőssége közelíti a delokalizált C-O kötésekét.

H O

N+

N

H O 164 46. ábra A hasonló karbamidsavas sók irodalma jelenleg erősen korlátozott, egyik legismertebb képviselőjük „desztillálható

a

dimetilammónium-dimetil-karbamát ionos

folyadéknak”

Claisen-típusú

makromolekulák szintézisében lehet szerepe116.

47

(DIMCARB)115, kondenzációkban,

amelynek ill.

új

mint típusú

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés A csoport legegyszerűbb megfelelője az ammónium-karbamát, amely vizes oldatban egymással konkuráló karbamát-hidrogénkarbonát-karbonát egyensúlyokban vesz részt. Mani és munkatársai ammónia nehézvizes oldatába CO2-ot vezetve vizsgálták annak pH (azaz CO2tartalom) - 13C-NMR összefüggéseit117 (47. ábra).

47. ábra A vizsgált minták spektrumaiban jellemzően két karboniljelet figyeltek meg, melyek egyike a közel állandó kémiai eltolódású karbamát (166,03) valamint a karbonát (168,24 ppm) és hidrogén-karbonát (160,87) rendszer egyensúlyi megfelelője. A karbamát intenzitása a (pH) semleges tartomány felé haladva erőteljesen csökken, miközben a növekvő intenzitású egyensúlyi karbonátjel fokozatosan a CO2-telítettséget jelentő 160,87-es érték felé tolódik. Masuda és munkatársai a karbamidsav-képződésre gyakorolt oldószerhatást vizsgálták

α-(1-naftil)alkilaminok és CO2 reakciójában118. Részletes tanulmányukban átfogó képet adnak az oldatban CO2 hatására végbemenő, oldószertől függő folyamatokról, melyeket in

situ végzett spektroszkópiai módszerekkel (1H-NMR,

13

C-NMR, HMBC, IR) igazolnak. A

karbamidsav karbonil jelét a 157-160 ppm-ig terjedő tartományban, a karbamátokét ~163 ppm-nél azonosítják 13C-NMR-ben, és 1575 cm-1-nél IR-ben.

48

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés Az oldószereket több csoportra osztva megállapítják, hogy egyes oldószerekben (acetonitril, CHCl3, benzol, 2-PrOH, MeOH) az aminokból jellemzően ammónium karbamátok keletkeznek CO2-hatására. A metanol esetében előfordulhat amintól függő kompetíció a karbamát- és karbonátképződés között. Poláris-aprotikus oldószerekben (dioxán) a karbamidsav keletkezik, melyet kismértékű karbamátleválás kísér, ugyanakkor erősen poláris, aprotikus rendszerekben (DMSO, DMF, piridin) több esetben kizárólag karbamidsav jelenlétét igazolják. Megfigyeléseiket igyekeznek kiterjeszteni más - nem ω-jellegű, láncvégi - aminokra is mérsékelt sikerrel (indolin: 22%, p-anizidin: 11% karbamidsav-képződés), ugyanakkor felsorolásukból hiányoznak a korábban említett potenciális karbamátképző ciklikus amidinek, piperidin- és guanidin-származékok, ill. nem adnak magyarázatot arra, hogy a vizsgált karbamidsavak –COOH-protonja miért nem látható az

1

H-NMR

spektrumokban. H N

NH2 CO2

O OH

N2 [165]

H N

O H 3N O

-CO2 165

167

166

48. ábra Utóbbi, -COOH-1H-NMR hozzárendelésre Hampe és Rudkevich tesz kísérletet119. Kutatómunkájukban (1-naftil)metilamint (165, 48. ábra) reagáltattak CO2-dal, deuterált oldószerekben (DMSO-d6, DMF-d7). A keletkező karbamidsavat (166) NMR-felvételekkel jellemzik, melyek alapján a kérdéses sav protonjának jelét ~10,6 ppm-nél széles szingulettként írják le, viszont a releváns 8 ppm feletti részletet nem tüntetik fel a közölt spektrumban. A karbamidsav karbonil jelét a ~158 ppm közeli tartományban találják. A kísérletet inert gázzal (N2) történő átbuborékoltatással folytatva, azt tapasztalták, hogy a karbamidsav (CO2) mennyisége csökkenni kezd egészen addig a pontig, amíg be nem áll az ammónium karbamátnak (167) megfelelő sztöchiometrikus arány, amely nem változik további gázbeadagolás hatására. Az így nyert oldatban lévő sót a fenti módszerrel jellemezve kismértékű változást tapasztaltak a –NH–COO-eltolódásában és csatolási állandójában (∆δ = 0,05 ppm, ∆J = 0,5 Hz), valamint karbonil jelében (–NH–COO, ∆δ = 0,4 ppm).

49

III. fejezet: A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete – Irodalmi áttekintés Függetlenül elkészített, kloroformban vagy acetonitrilben preparált, klasszikus módszerekkel (elemanalízis) is jellemzett ammónium karbamátot DMSO-d6-ban feloldva szintén utóbbi értékek adódtak. A szerzők nem adnak magyarázatot a látszólag azonos spektrumok (karbamidsav, karbamát) hasonlóságának okára, ill. arra, hogy a karbamátsók esetén miért nem jelentkezik jelduplikáció. Az intenzíven érintett –CH2–NHCOO- és –CH2– NH3+-jelei azonosnak adódnak. Ugyanerre a karbamát sóra Masuda és munkatársai duplikált 1H- és spektrumot adnak meg118.

50

13

C-NMR

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész

Elvi rész - desloratadine

A desloratadine bázis (146) előállítása A

kutatócsoport

korábbi

eredményinek87,93,

valamint

Suri

és

munkatársai

tapasztalatainak ismeretében86 látható, hogy a loratadine lúgos hidrolízise további optimalizálást tesz lehetővé saját eljárásunkban. Utóbbi technológiában a hidrolízist metanolban végzik 2 órán keresztül, forrponti hőmérsékleten (82-95°C), több mint 10 mólekvivalens szilárd nátrium-hidroxid alkalmazásával. Feldolgozás során a reakcióelegyből vízzel választják le a terméket, amelyet ezt követően további nagy mennyiségű vizes szuszpendálással mosnak lúg- és sómentesre. A szabadalom kitér olyan megvalósításokra is, melyekben a lúg mennyiségét csökkentik. Ebben az esetben viszont a termelés is csökkenést mutat. Méretnövelés esetén problémát jelent a nagy mennyiségű lúg és lúgos anyalúg kezelése, mind technológiai, mind környezetvédelmi szempontból. Ugyanakkor a kísérleti eredmények arra utalnak, hogy az alkalmazott nátrium-hidroxid mennyiségének növelésével a reakcióidő csökken, ill. a termelés és termékminőség (HPLC) javul. A kutatócsoport korábbi eljárásában a hidrolízist 2 órás, 2-metoxietanolban történő forralással, 40%-os vizes nátronlúggal végezte, amely 91,5%-os termelés mellett, 99,1%-os HPLC tisztasággal eredményezte a desloratadine-t (146)87. Feldolgozás során a termék sómentességének eléréséhez etil-acetátos oldatban történő vizes mosást és hexán:etil-acetát oldószerkeverékből történő átkristályosítást alkalmaz. Az etil-acetát jelenléte léptéknövelt eljárásokban problémát jelent a már említett 156-os vegyület megjelenése miatt. Ezek ismeretében olyan eljárást kíséreltem meg kidolgozni, melyben nem szerepel etil-acetát vagy más észter típusú oldószer, ill. további optimalizációra ad lehetőséget. Ennek megfelelően a végtermék kristályosítási problémái miatt a dezkarbamoilezés oldószereként az etanolt választottam. Az etanolos oldatban történő hidrolízist Suri és munkatársai szabadalmukban86 említik, így ettől eltérő technológia kidolgozására volt szükség.

51

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész A szabadalmilag védett eljárástól való eltérést acél szerkezetű reaktor alkalmazása tette lehetővé. Ennek segítségével a reakcióelegy hőmérsékletét az etanol légköri nyomáson vett forrpontja fölé tudtam emelni. Nyomás alatt végzett reakciók, méretnövelt eljárásokban, ipari körülmények között könnyedén megvalósíthatóak, sőt az ilyen módon elért magasabb forrponti hőmérséklet általában a reakcióidő csökkenését eredményezi, esetenként a termelés növekedése mellett. Az optimalizálást a hőmérsékletre, ill. az alkalmazott nátronlúg mennyiségére végeztem. Cél volt a biztonságos nyomástartományban (max. 6 bar) megtalálni azt a minimálisan szükséges lúgmennyiséget, amellyel kedvező konverzió érhető el. A kísérletek során a 100-105°C-os hőmérséklet-tartomány (3-4 bar) adódott a legcélszerűbb választásnak. A hőbomlás ezen a hőmérsékleten még nem jellemző, ugyanakkor már 3,75 mól-ekvialens nátronlúg használatával 4-5 óra alatt teljessé tehető a konverzió. Az ismert feldolgozási műveleteket86 megváltoztatva a reakcióelegyen oldószercserét hajtottam végre, melynek során az etanolt toluolra cseréltem. Az így nyert oldat már kevés vízzel is sómentesre mosható, amelyből szárítást, derítést, szűrést és bepárlást követően nyertem a végterméket, laboratóriumi méretekben 94%-os kitermeléssel. Kilogrammos méretben 20 L-es acél autoklávot használva a reakciók általában már 4 óra elteltével kevesebb, mint 1 % kiindulási anyag jelenlétét mutatták. Mindeközben a reaktorban uralkodó nyomás nem haladta meg a 3,5-4 bar értéket. A laboratóriumi feldolgozást alkalmazva 96%-os termeléssel jutottunk a ~99%-os (HPLC) tisztaságú célvegyülethez. A desloratadine bázis előállításának egy további, elvi lehetősége a kutatócsoport által publikált CO2-os adduktból (157) történő termikus bontás93. Ennek során az adduktot 1 órán keresztül forralják etanolban, majd az oldószert ledesztillálva a maradékot a kiindulási adduktra vonatkoztatott ~10-szeres mennyiségű aceton:metanol = 18:1 oldószerkeverékben forrón oldják, aktív szénnel derítik, majd kristályosítják. A szabadalmi eljárást módosítva, a reakcióidőt 30 percre, ill. az alkalmazott aceton:metanol oldószerkeverék mennyiségét felére csökkentve sikerült igen nagy, 99,97%-os (HPLC) tisztaságú desloratadine bázishoz jutni (4. táblázat). 52

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész

A desloratadine bázis (146) ismert és fejlesztett eljárásainak összehasonlítása: NaOH [mól Termelés [%] ekvivalens] MeOH86 10,5 94 145 86 EtOH 10,5 88,7 145 87 2-Metoxietanol 6-7 91,5 145 EtOH 3,75 94, 96a 145 EtOH93 63,0 157 EtOH 87b 157 a Méretnövelt, 1,5 kg loratadine-ból induló gyártás; bJavított eljárás. 4. táblázat Szubsztrát

Oldószer

Minőség (HPLC) [%] 99,8 99,5 99,1 99 99,8 99,97

A desloratadine-CO2 komplex (157) előállítása A komplex szabadalmi úton történő laboratóriumi előállítása során93 a desloratadine telített, etanolos oldatát csepegtetik CO2-dal telített acetonba, 45°C-on, folyamatos CO2beadagolás és intenzív kevertetés kíséretében. A beadagolás közben keletkező kristályos szuszpenziót 1 óra leforgása alatt 20°C-ra hűtik, majd ezen a hőmérsékleten további 1 órát kristályosítják. A végtermékhez szűréssel és 3 órán keresztül, szobahőmérsékleten végzett szárítással jutnak 94%-os termeléssel és 99,97%-os tisztasággal. A léptéknövelt (kilogrammos) eljárásban a szabadalmi eljárás alkalmazhatóságát vizsgáltam. A méretnövelés sajátosságaiból adódóan a desloratadine telített, etanolos oldatát a laboratóriumi beadagolásnál lényegesen lassabban, 1 óra leforgása alatt lehetett az acetonba adagolni. Ezen idő alatt a bázis spontán leválását a telített etanolos oldatból 60°C-os hőmérsékleten tartással kerültem el. A bázis beadagolásának végeztével a hűtési és kristályosítási lépést szobahőmérsékleten kiegészítettem egy 0-5°C-on történő további kevertetési periódussal, hogy a nyomószűrőn történő szűrés során biztosított legyen az alacsony hőmérséklet, ill. teljesebb legyen a komplex leválása. A szárítást tálcás vákuumszárító berendezésben végeztem 45-50°C-on, vákuumban, 24 órán keresztül enyhe légáramot biztosítva az oldószergőzök gyors eltávolításához, így 87%os hozammal, 99,97%-os tisztasággal jutottam a célvegyülethez, megfelelő maradékoldószertartalommal.

53

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész Összegezve mind a desloratadine bázis (146), mind a komplex (157) előállítása a rendelkezésre álló87,93, ill. a fentiekben részletezett, továbbfejlesztett technológiákkal méretnövelésre alkalmas. A bázis előállításához az irodalomból ismert legversenyképesebb eljárást, szabadalmilag független lépésekkel közelítettük meg, léptéknövelhető módon. Tapasztalatainkat az Organic Process Research & Development c. folyóiratban közöltük (2008, 12, 855-859.)

A desloratadine-CO2 addukt (157) szerkezete Mint, ahogyan a teljesség igénye nélkül készített irodalmi összefoglaló is mutatja, az amin-CO2 kérdéskörrel számos publikáció foglalkozik. Sőt a „zöld” kémia egyik lehetséges eszközeként, mind gyakrabban irányulnak a desloratadine-CO2 reakcióhoz hasonló folyamatokat vizsgáló kutatások115 erre a területre. Mindazonáltal még a legrégebben ismert DBU-CO2 komplex szerkezetében sem egységes a tudományos közvélemény. Az ellentmondások részben az alkalmazott vizsgálati eredmények nem körültekintő értékelésével, részben a vizsgált vegyület – szerves kémiai értelemben vett – szokatlan tulajdonságaival magyarázhatóak. Szembeötlő volt a párhuzam a desloratadine széndioxid addukt vizsgálatakor felmerült ellentmondások (jó elemanalízis, kérdéses NMR felvételekkel), ill. a DBU-CO2 kapcsán kialakult „vita” Iwatani108, Pérez109 és Heldebrant111 között a valós szerkezetet illetően. Iwatani csupán klasszikus elemzéssel (elemanalízis és IR) jellemzi a szilárd DBUCO2-komplexet,

amelynek

szerkezetét

később

Pérez

kísérli

meg

oldatmintákból

meghatározni. Vizsgálatai során a zwitterionos „köztitermékhez” (160) víz jelenlétét feltételezi, amely átkristályosítás alatt szabályos hidrogén-karbonáttá (161) alakul. Heldebrant ezt követően igazolja, hogy vízmentes körülmények között nem játszódik le a DBU reakciója CO2-dal, amely véleménye szerint egyéb esetben közvetlenül hidrogén-karbonátot szolgáltat. A mára sokat fejlődött szilárdfázisú vizsgálati módszereket (ssNMR, egykristályröntgen) mind gyakrabban használják fel hasonló amin-CO2 komplexek szerkezetének pontos meghatározásához. Így sorra jelennek meg olyan egykristály szerkezetek, melyekben hidrogén-karbonáttal stabilizált guanidin-112, ammónium-karbamát-származék114, esetleg maga a karbamidsav található meg113. 54

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész A karbamidsav (166, 49. ábra) közvetlen jelenlétét oldatban Hampe és Rudkevich119 írja le, ugyanakkor a releváns spektrumrészletet nem csatolják publikációjukhoz. Az ammónium-karbamáthoz (167) tartozó asszignációjuk szintén kérdéseket vet fel. Ez utóbbi hozzárendeléseket a 167-es vegyületen és homológ származékain Masuda és munkatársai tökéletes alapossággal végzik el. Az ionpár megfelelő komponensei esetükben egymástól eltérő, „duplikált” jeleket eredményeznek, ugyanakkor a karbamidsav (166) jelenlétét csak közvetetten sikerül igazolniuk118. H N

O

H N

Cl

O H 3N

OH

N

O

N H *1/2 CO2

167

166

157

49. ábra A 157-es vegyületen végzett vizsgálatok hasonlóan ellentmondásosak voltak. A szilárdfázisú vizsgálatok eredményei (DTG, DSC, elemanalízis, IR)87 egy jól definiált,

desloratadine:CO2 = 2:1 összetételű, igen stabil sóformát sejtetnek, ugyanakkor a szilárd minta oldatban felvett 1H-NMR felvétele (2.1. melléklet) a CO2 jelenlétét csak közvetve igazolja (–CH2–NH-jelek deshielding effektusa a bázis jeleihez viszonyítva). Ugyanez jellemző a 13C-NMR felvételre is (2.2 melléklet), ahol nem található új jel, sem a CO2-ra, sem a karbamát/karbonát/hidrogén-karbonátra jellemző régiókban (A jellemző -

CO2 = 125-130 ppm, -NHCOOH/-NHCOO = 156-166 ppm

118

13

C-NMR értékek:

-

, HCO3 /CO32- = 160-166

ppm117). Meglepetésre a szilárd minta

13

C CPMAS NMR felvételei sem szolgáltak meggyőző

eredménnyel a CO2-beépülés igazolásához. Ezért került sor a desloratadine-13CO2-„komplex” elkészítésére, és vizsgálatára oldatban és szilárd fázisban is. Az újonnan jelentkező rezonanciák (CD3OD-ban 164,09 és 161,62 ppm), valamint az IR adatok eredményei (elnyelés 1560 cm-1-nél) karbamát-csoport jelenlétét valószínűsítik118.

55

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész Ugyanakkor amennyiben a termék ammónium karbamát típusú (168, 50. ábra) – kérdéses miért jelentkezik két új karbonil jel, és miért nem tapasztalható jelduplikáció az NMR felvételeken. Cl N O H N

N O H N 168

Cl

50. ábra A 13C-NMR szilárd és oldatfázisú felvételek ismételt vizsgálata, ill. összehasonlítása a bázis releváns felvételeivel új megfontolásokra vezetett. A halmazállapotfüggő, eltérő vizsgálati eredmények csak úgy magyarázhatóak, ha feltételezünk egy olyan egyensúlyi rendszert, amelyben lényeges szerepe van a reakcióközegnek (oldószer típus, oldószermentesség), ill. a halmazállapot megváltozásával (kristályosodás gáz- és folyadékfázisból, oldódás) az egyensúly döntően a szélsőértékek felé tolódik. Az egyensúly leírására Masuda és munkatársai az alábbi két egyenletet (K1, K2) adják meg118: (K1) RR’NH + CO2 (K2) RR’NCO2H + RR’NH

RR’NCO2H [RR’NCO2-][RR’NH2+]↓.

Ezekkel jól magyarázható a DMSO-d6-ban relatíve jól oldódó 167 (és homológjai) megjelenése a vizsgált spektrumokban. Megítélésük szerint az egyensúly meghatározó második lépése (K2) erősen függ az alkalmazott oldószer karakterétől, így erősen poláris aprotikus oldószerekben (DMF, DMSO) - K2 visszaszorulásával - az amin teljes mennyisége karbamidsavvá alakítható fölös mennyiségű széndioxiddal – bár a csatolt spektrumjaikban (DMF-d7, DMSO-d6, piridin-d5) nem látható sem a sav protonjára sem vízre utaló jel. Metanol esetén a kompetitív karbamát/karbonát egyensúlyok ellenére a (bi)karbonátot adják meg, mint kedvezményezett terméket. 56

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész A desloratadine és „komplexei” (CO2 és

13

CO2) deuterált metanolban felvett NMR

felvételeinek eredményei nem magyarázhatóak csupán K1 és K2 egyensúlyokkal. Ugyanis metanolban jutunk jól mérhető karboniljelekhez CO2 → 13CO2 cserével (2.2 és 3.2 melléklet), melyek közül a Masuda által is megadott HCO3-karbonil (161,6 ppm) mellett, megjelenik egy kisebb intenzitású rezonancia 164,09 ppm-nél, amely viszont jó egyezést mutat a poláris protikus oldószerekben mért karbamáttal és összhangban van az ss-NMR által javasolt 164,8 ppm kémiai eltolódással is. Az ss-NMR felvételeket (4-6. melléklet) újra megvizsgálva látható, hogy a kiindulási bázis alifás jeleinek száma a CO2 beadagolást követően 6-ra duplázódik (sőt duplikáció figyelhető meg néhány aromás proton esetében is). Az oldatban mért alifás jelek száma már bázis szinten 6, mivel a jobb felbontás miatt a „komplex” valamennyi szénatomját külön látjuk, így a piperidin gyűrű kváziszimmetrikus CH2-jeleinek eltolódásbeli különbsége: ∆δ = 0,14 ppm. Ekkora felbontásra az ss-NMR nem képes, ezért a kváziszimmetrikus párokat együtt látjuk. A „komplex”-ről oldatban felvett spektrumban az alifás jelek a magasabb eltolódás irányába mozdulnak el (downfield shift), viszont a jelek száma nem változik. A szilárd mintáknál CO2/13CO2 hatására bekövetkező jelkettőződés mértéke (∆δ = 1,2 ppm) továbbra sem magyarázható a piperidin gyűrű aszimmetriájával, viszont jól értelmezhető az ammónium-karbamát szerkezettel (168). A szakirodalomban jelentkező és oldatminták esetén általunk is tapasztalt ellentmondások feloldhatóak, ha a Masuda által javasolt egyensúlyokat továbbiakkal egészítjük ki (51. ábra). R

O

H

N

Q

R'

O

O

H

R

K3 R R'

R

+ CO2 N

H

H O

R'

N' R'

R

O

H

N

N K1

N' = kémiailag azonos, de újonnan beépülõ atom Q = -OH, -NRR'

O

K2

OH

R'

N' O

H

R K4

H

K5

N'

HO N

R'

H +

H

N' R'

R

R

N' O

R'

R

R' R

R

O

H

N' R'

R'

51. ábra 57

N' O

H

R R'

Karbamát-só

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész A bevezetőben említett egykristály elrendeződésekből látható, hogy a karbamidsav kristályos formában is hidrogénhidas kötésekkel igyekszik stabilizálni szerkezetét, feltételezhető, hogy oldatban hasonló „eszközökkel” élve ér el energiaminimumot. Erre egyik lehetősége az oldatban lévő, az oldószer és a feloldott minta víztartalmából és CO2-ból képződő szénsav/hidrogénkarbonát-rendszerrel történő kölcsönhatás (K3 egyensúly, Q = OH). Feltehetően egy másik karbamidsavval történő dimerképzés (K3 egyensúly, Q = -NRR’) nem jár ekkora energianyereséggel. Mivel egyensúlyi folyamatról van szó, nem indokolt, hogy a szénsav ekvimoláris mennyiségben legyen jelen, viszont speciális esetben – tercier aminok, Heldebrant vizsgálatainak megfelelően111 – jelenléte szükségszerűnek tűnik. Feltételezhetően K2 és K3 egyensúlyok mellett jelen vannak az átkarbamoileződési folyamatok

is

(K4,

K5).

Főként

ez

utóbbiak

vonhatóak

felelősségre

az

ammóniumsók/karbamátok között mutatkozó „jelátfedés” miatt. Mivel a felvétel elkészítése során a gyors karbamát-ammóniumsó átalakulás eredőjét látjuk, így a jelduplikáció megfigyelése esetleges, az egyensúlyokra ható paraméterek (oldószer, koncentráció, víztartalom, hőmérséklet) függvénye. Ezek alapján valóban előfordulhat, hogy ugyanazt a karbamát sót (167, 49. ábra, 55. o.) „átfedő”, egyensúlyi jelekkel119, vagy duplikáltakkal látjuk118. Az egyes egyensúlyok (K1-5) eredőjeként, a kezdetben amin típusú hidrogének (δ = 35 ppm) áthaladnak az ammóniumion (δ = 5-6 ppm) és karbamidsav (δ = 10-12 ppm) állapotokon, mely folyamatokat a szénsav, ill. egyes esetekben az oldószer (poláris protikus) is gyorsít. Ennek megfelelően a keresett két hidrogén a 6-7 ppm-et átfogó tartomány alapvonalába olvad és csak igen szerencsés esetben figyelhető meg egyik vagy másik állapotában119. Apoláris aprotikus oldószerek feltehetően a karbamátok rossz oldhatósága révén hatnak az egyensúlyra, amely jellemzően a sóképződés irányába mutat. Poláris aprotikus oldószerek, különösen ha rendelkeznek Lewis-bázisos karakterrel, (DMSO-d6, DMF-d7, CDCl3) a karbamidsav képződésének kedvezhetnek.

58

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész Poláris protikus oldószerek, mint az alkoholok is, hidrogénkötéseik révén aktívan részt tudnak venni az egyensúlyban – tulajdonképpen további egyensúlyokat teremtenek –, elősegíthetik a karbamidsav képződést, viszont magas víztartalmuk/vízmegkötő képességük miatt erős kompetíció alakulhat ki a karbamátok/karbonátok képződésének irányába. Az oldatfázisban lévő karbamát/karbonát egyensúly leírása feltehetően sokban hasonlít a nehézvízben megfigyelt folyamathoz117. Felvetődik a kérdés, hogy igazolható-e közvetlen módon a karbamidsav jelenléte a vizsgált mintákban. Látható, hogy az egyensúlyi rendszer érzékenyen reagál az oldószerhatásra. Elviekben bármely, az egyensúlyra ható paraméter változtatásával befolyásolhatjuk a domináns komponens arányát, ezáltal az NMR-felvételeket. Ilyen paraméter lehet a hőmérséklet, melynek csökkentésével az egyensúlyi folyamatok (protontranszfer) lelassíthatóak olyan mértékben, hogy az egyes egyensúlyi partnerek megfigyelhetővé válnak. Az egyensúly „befagyasztására” irányuló méréseket -40-(-50)°C-on terveztem elvégezni. A lehetséges oldószerek közül oldóképesség és fagyáspont alapján a deuterált metanol, DMF és kloroform tűnt a legcélszerűbb választásnak. Az 1H- és

13

C-NMR

felvételeket feloldott karbamátból (168, 50. ábra, 56. oldal) és az NMR csőben in situ elállított „komplex”-ből is elkészítettem szobahőmérsékleten és -50°C-on. Metanolt alkalmazva mindkét felvételi mód esetén ugyanazokat a megfigyeléseket tettem. A kiindulási szobahőmérsékletű állapothoz képest a hűtött mintákban kis mértékben tovább erősödött a feloldott komplex CH2-N-jelek eltolódása (1.1. vs. 7.1. és 7.3. melléklet), ill. az NMR csőben CO2-dal telített

13

C-NMR spektrumban megjelent egy kis intenzitású, új

jel 161,79 ppm-nél (1.2. és 7.2. vs. 7.4. melléklet). Utóbbi jelenség egyrészt igazolja, hogy az oldatban lassítható egyensúlyi folyamatok játszódnak le, másrészt megnehezíti a további vizsgálatokat. A megjelent karbonil jel jó egyezést mutat a hidrogén-karbonát rezonanciával, viszont intenzitása olyan kicsi, hogy a jelarányokat ismerve (nehézvizes tapasztalatok117, ill. 13

CO2-vel dúsított karbamát korábbi felvétele - 3.2. melléklet) értelmetlenül sok energiát

emésztene fel a szükséges akkumuláció elérése az oldatban lévő karbamát vagy karbamidsav kimutatására.

Lehetséges

alternatívának

a

megismétlése tűnt alacsony hőmérsékleten. 59

13

CO2-vel

dúsított

minta

vizsgálatának

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész A hűtve készített 1H-NMR felvételek (7.1. vs. 8.1. mellékletek) összevetésénél szembetűnő a 13CO2-dal dúsított komplex alifás jeleinek további eltolódása (downfield shift) és jellegtelen, felbontás nélküli, széles alakja. Az aromás jelek csatolási állandói továbbra is jól leolvashatóak és nem mutatnak lényeges eltérést a korábbi megfigyelésektől. Fenti összehasonlítást a 13C-NMR felvételekkel is elvégezve (3.2. vs. 8.2. mellékletek) eltérések mutatkoznak mind az alifás, mind a karbonil régióban. Az alifás szénjelek közül a piperidin gyűrű -CH2-CH2-N- jelei eltolódást (upfield shift) és erőteljes kiszélesedést mutatnak, ill. egybefolynak aszimmetrikus párjaikkal. A cikloheptil gyűrű távoli Ar-CH2-

CH2-Ar jelei szintén szélesebb jelpárosként jelennek meg, viszont nem olvadnak egybe a relatíve nagy eltolódásbeli különbségek miatt (∆δ = 0,7 ppm). A karbonil régiót várakozásaimnak megfelelően a már ismert karbamát és hidrogénkarbonát jelek uralják, viszont megjelent egy minor karbonil jel is δ = 158,5 ppm-nél, amely az irodalmi tapasztalatok118, ill. a felvázolt egyensúlyi folyamatok szerint a karbamidsavval is értelmezhető. Megállapítható tehát, hogy speciális körülményeket alkalmazva egy időpontban sikerült detektálni az egyensúlyi folyamatban részt vevő karbonil vegyületeket: hidrogénkarbonát- (169), ammónium-karbamát- (168) és karbamidsav-származékokat (170, 52. ábra).

Cl

Cl N O H

NH2 HCO3

N

N O H

N

N 168

Cl Cl OH N O N

170

52. ábra 60

169

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész Az alifás proton- és szénjelek kiszélesedése a lassított átkarbamoileződéssel (51. ábra, K5 egyensúly) magyarázható, amely folyamat -50°C-on még nem lassult le oly mértékben, hogy a duplikáció megfigyelését lehetővé tegye 13C-NMR spektrumban (koaleszcencia). Nyitva maradtak viszont olyan kérdések, mint pl. látható-e a karbamidsav protonjának jele, ill. sikerül-e duplikációt leírni a desloratadine karbamát származékának oldatfázisú vizsgálatai során. Ezen jelenségek megfigyelését az aprotikus oldószerben végzett vizsgálatoktól vártam. A „komplex” (168) oldatmintáiból DMF-d7-ben végzett méréseket (9.1-9.2. melléklet) nehezítette a termék meglepően gyenge oldhatósága a választott oldószerben. Az igen kis koncentrációban beoldódott termék mólaránya az oldószerben lévő vízzel összevethető mértékű volt, így a

13

C-NMR vizsgált tartományában karbonil jel nem látható, ill. átfed az

oldószer jelével. Feltételezve, hogy a megfelelő egyensúlyi reakció CO2 segítségével eltolható és komponensei detektálhatóakká válnak, a kísérletet megismételtem NMR csőben. Az NMR-csőben in situ végzett vizsgálatok esetén a desloratadine bázis (146) DMF-

d7-oldószerrel készült oldatát CO2-gázzal telítettem, majd a lehető legrövidebb időn belül elkészítettem annak 1H- és

13

C-NMR felvételeit (10.1-11.2. melléklet). Sem a gázbevezetés

alatt, sem a -50°C-on végzett vizsgálat közben nem tapasztaltam kristályos anyag leválását. Ez magyarázható abban az esetben, ha feltételezzük, hogy a CO2-dal telített oldatban nem só, hanem karbamidsav van jelen. A szobahőmérsékletű felvételeknél (1H- és

13

C-NMR) a már

tapasztalt CH2-NCOO/CH2-NCOO eltolódásokat és jelkiszélesedéseket figyeltem meg a bázis spektrumához viszonyítva (10.1. vs. 10.3), ill. megjelent egy széles jel 6,1 ppm-nél, amely vízhez és gyenge savhoz is köthető, ugyanakkor újabb karbonil jel nem volt észlelhető. A felvételeket -50°C-on megismételve megjelentek a keresett rezonanciák. Az 1HNMR felvétel 12,42 ppm-nél adódó széles szingulet jele egyértelműen sav jelenlétét valószínűsíti (170, 53. ábra). A

13

C-NMR felvételben megjelenő rezonancia 156,47 ppm-nél

szintén jó egyezést ad a várt karbamidsav karbonil jelével és láthatóan nincs hidrogénkarbonátra vagy karbamátra utaló jel.

61

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész

Cl

OH N O N 170 53. ábra A „komplex” (168) előzőekben DMF-ben elkészített szuszpenziójába CO2-ot vezetve szintén ezekhez az eredményekhez jutottam (12.1-12.2. melléklet). Így a részletezett eljárással sikerült a karbamidsav jelenlétének igazolása, CO2-dal telített rendszerben. Masuda és munkatársai az ammónium-karbamátok jelduplikációját i-PrOD, dioxán-d8 és CDCl3 oldószerek alkalmazásakor tapasztalták. Kloroformban a komplex (168) meglepően jó oldhatóságot mutatott, ezért ebben az oldószerben folytattam a kísérleteket. Az elvárásoktól eltérően a feloldott minta spektrumai (13.1-14.2. melléklet) nem mutattak lényeges különbséget a CO2-mentes bázis spektrumaitól sem szobahőmérsékleten, sem hűtött állapotban. Mindösszesen CH2-CH2-N- jeleinek erős kiszélesedése volt megfigyelhető. Feltételeztem, hogy a kloroform „savas karaktere” a minta spontán elbomlását okozza – amely magyarázhatja a szokatlanul jó oldhatóságot –, ezért az NMR-csőben lévő oldatot CO2-dal telítettem és megismételtem a vizsgálatokat. Az így nyert

1

H- és

13

C-NMR

eredmények (15.1-15.2. melléklet) jelentősen különböznek a korábbiaktól (14.1-14.2. melléklet), és egyértelműen két anyag jelenlétét igazolják 2:1 arányban, melyek közül a minor komponens jelei azonosak a desloratadine bázis (146) megfelelő értékeivel, amelyek feltételezhetően nem mutatnak jelentős eltérést az ammónium sóban (168) mutatott értékektől118. A jelduplikáció kiterjed az aromás tartományra is. Az 1H-NMR felvételen további újdonság a 11,46 ppm-nél jelentkező széles szingulett, amely megfeleltethető a karbamidsavnak, valamint a 3,96 ppm-nél jelentkező ammónium-jel. A sav komponens jelenlétét megerősíti a

13

C-NMR spektrumban 155,1 ppm-nél jelentkező új rezonancia – a

kevésbé apoláris kloroformban a karbamát/karbamidsav jelek fölfelé tolódnak (upfield shift)118. További, az alapvonalba olvadó széles jel jelentkezett ~160 ppm-nél, amely a

62

III. fejezet: A desloratadine-CO2 „komplex” szintézise és szerkezete – Elvi rész keresett karbamáttal mutat jó egyezést. Így a vizsgált oldatminták megfeleltethetőek egy karbamidsav (170, főkomponens)/ammónium-karbamát származék (168, minor) keveréknek. A desloratadine CO2-dal alkotott vegyületének közvetlen, oldatból történő szerkezetmeghatározása tehát nem vezetett eredményre a csekély mértékű oldhatóság, ill. az oldatban fellépő egyensúlyi folyamatok miatt. Ugyanakkor a szilárdfázisú vizsgálatok eredményének újraértékelése, a vonatkozó irodalmakkal történő összevetése, valamint új technikájú NMRvizsgálatok bevezetése (karbamidsav jelenlétének közvetlen igazolása) és kiegészítése NMRcsőben végzett telítési reakciókkal, mind közvetetten azt igazolják, hogy a desloratadine bázis (146) megfelelő oldószerben (etil-acetát, aceton) reagáltatva CO2-dal ammónium-karbamát származékot (168) eredményez.

63

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid

IV. fejezet Kísérleti rész Az imidacloprid származékainak szintézise Alkalmazott berendezések: Az olvadáspont meghatározása Büchi berendezéssel történ. Az IR színképeket Spectromom 2000 spektrofotométerrel, az 1H- és 13C-NMR felvételeket Bruker DRX-500 (500 MHz, TMS, mint belső standard) spektrométerrel határoztuk meg. Az MS vizsgálatok KRATOS MS25 RFA spektrométer segítségével készültek. A VRK-elemzésekhez Merck 60 F254 szilikagéllel bevont lemezek, az oszlopkromatográfiához Merck Kieselgel®60 szilikagél került felhasználásra.

2-Klór-5-klórmetilpiridin (7)120 Feloldunk 8,2 g (0,058 mol) (6-klórpiridin-3-il)metanolt (24) 150 ml absz. CHCl3-ban, és hozzáadunk 15 ml SOCl2-ot. Az elegyet 3 órán át forraljuk, majd az oldószert ledesztilláljuk. A terméket benzollal mossuk, majd az illékony komponensek eltávolításához ismételten bepároljuk. T.: 9,4g (100%). VRK: Rf = 0,77

(Hexán/EtOAC = 7:3, Al2O3 lap).

HPLC: Rt = 5,36 perc (CH3CN/H2O = 25:75, 2 ml/perc, 270 nm). IR (CH2Cl2): 1600, 1480, 1270, 1100 cm-1. 1

H-NMR (CDCl3): δ = 4,6 (2H, s, CH2); 7,2-7,4 (1H, m, Ar); 7,6-7,8 (1H, m, Ar);

8,4 (1H, d, Ar).

1-[(6-Klórpiridin-3-il)metil]-N-nitro-1H-benzo[d]imidazol-2-amin (19) Feloldunk 1,3 g (7,3 mmol) N-nitro-1H-benzimidazol-2-amint (34) 30 ml absz. DMFben. Hozzáadunk 0,2 g (8,3 mmol) NaH-et, majd ezt követően 1,18 g (7,3 mmol) 2-klór-5klórmetilpiridint (7). A kapott elegyet 80 °C-on kevertetjük 2 órán keresztül. 64

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid Az oldószert vákuumban ledesztilláljuk, a kapott sárga terméket acetonnal, vízzel, majd újra acetonnal mossuk. Az így kapott nyerstermék további kloroformos mosással tisztítható. Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 21-es vegyület. 1-[(6-Klórpiridin-3-il)metil]-N-nitro-1H-imidazol-2-amin (20) Külön-külön reagáltattunk 310 mg (0,897 mmol) (40)-et és 267 mg (0,773 mmol) (41)-et 3-3 ml cc. HCl-oldattal. Az elegyeket szobahőmérsékleten kevertetjük két napig. A kevertetést követően a reakcióelegyeket szűrjük és szárítjuk. További tisztítási lépésre nincs szükség. Mindkét esetben ugyanahhoz a termékhez jutunk. Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 2-es vegyület. 2-Bróm-5-metilpiridin (21)9 Feloldunk 30 g (0,277 mol) 2-amino-5-metilpiridint (8) kis részletekben 150 ml 48%os HBr-oldatban. A beadagolás közben a hőmérséklet nem emelkedhet 40°C fölé. Az oldatot 15°C-ra hűtjük és -20 – -15°C között beadagolunk 40 ml (0,778 mol) hideg Br2-ot. Az oldatot -20°C-on kevertetjük 90 percig, majd hozzáadagoljuk 51 g (0,739 mol) NaNO2 75 ml vízzel készült oldatát, úgy, hogy a hőmérséklet -10°C alatt maradjon. Szobahőmérsékletre hagyjuk melegedni (1h), és 45 percet kevertetjük ezen a hőmérsékleten. Visszahűtjük -15°C-ra, és 500 ml hideg 10N NaOH-oldatot adunk hozzá -15 – -10°C között. Szobahőmérsékleten kevertetjük 1 órát. A kapott reakcióelegyet 7 x 80 ml éterrel extraháljuk, az egyesített szerves fázist 80 ml tel. NaCl-oldattal mossuk, MgSO4-on szárítjuk, az oldószert ledesztilláljuk. T.: 42,6 g (90%), fehér kristályos anyag. Op: 41-43°C (Irod.: 41°C)9. VRK: Rf = 0,81

(hexán/EtOAc = 7:3, Al2O3 lap).

HPLC: tR = 1,74 perc (CH3CN/H2O = 45:55, 2 ml/perc, 272 nm). IR (KBr): 1570, 1440, 1080, 805 cm-1. 1

H-NMR (CDCl3): δ = 2,3 (3H, s, CH3); 7,4 (2H, s, Ar); 8,2 (1H, s, Ar).

65

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid 6-Brómnikotinsav (22)9 Elszuszpendálunk 42 g (0,245 mol) 2-bróm-5-metilpiridint (21) 800 ml vízben, és hozzáadunk 1 ml Aliquat-336-ot. Forralás közben részletekben 3 óra alatt beadagolunk 102 g (0,646 mol) KMnO4-ot. További 2 órát forraljuk, forrón szűrjük, végül a keletkezett MnO2-ot több részletben összesen 1 l forró vízzel mossuk. Az egyesített szűrletet 250 ml-re töményítjük, és kb. 50 ml cc.HBr-oldattal megsavanyítjuk, miközben a termék fehér csapadék formájában leválik. Hűtőszekrényben tároljuk 1 napig, majd a csapadékot szűrjük, és infralámpa alatt szárítjuk. T.: 38,1 g (78%). Op: 195°C

(Irod.: 195°C)9.

IR (KBr): 3400-2500 (b, COOH), 1690 (CO), 1590, 1410, 1300, 1120, 1080, 740 cm-1. 1

H-NMR (CDCl3 + DMSO-d6): δ = 7,6 (1H, d, J = 7 Hz Ar); 7,8 (1H, s, Ar);

8,1 (1H, d, J = 7 Hz, Ar); 8,8 (1H, s, COOH). (6-Klórpiridin-3-il)metanol (24)9 Összekeverünk 20 g (0,1 mol) 6-brómnikotinsavat (22), 22,4 g (0,108 mol) PCl5-ot és 11,2 ml (0,12 mol) POCl3-ot, majd az így kapott elegyet 2 órán át forraljuk. Lehűlés után a reakcióelegyet szárazra pároljuk. A maradékhoz 0 - 10°C között hozzáadjuk 13,6 g (0,36 mol) NaBH4 240 ml vízzel készült oldatát. A kapott oldatot szobahőmérsékleten kevertetjük 2 órát. Szilárd NaCl-ot adunk hozzá, majd 4 x 80 ml éterrel extraháljuk. A szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül az oldószert ledesztilláljuk. T.: 7,9 g (55%). Op: 41-43°C VRK: Rf = 0,58

(Irod: 40°C)9. (Hexán/EtOAc = 2:8, Al2O3 lap).

HPLC: tR = 2,85 perc (CH3CN/H2O = 10:90, 2 ml/perc, 270 nm). IR (KBr): 3400 (OH), 1600, 1590, 1465, 1460, 1100, 800 cm-1. 1

H-NMR (CDCl3): δ = 3,8 (1H, b, OH); 4,9 (2H, s, CH2); 7,1-7,4 (1H, m, Ar);

7,5-7,8 (1H, m, Ar); 8,3 (1H, d, Ar).

66

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid Metil N’-nitroimidotiokarbamát (26)121 Kis részletekben beadagolunk 20 g (0,2 mól) S-metil-tiurónium szulfátot (45) 20 ml 100%-os HNO3 és 60 ml 98%-os H2SO4 keverékébe 0-(-10)°C között. Mintegy 30 perces kevertetést követően a reakcióelegyet 850 g jégre öntjük, a kivált terméket szűrjük. T.: 13,2 g (99%) Op.: 166°C Dimetil N-nitroditioimidokarbonát (27)122 Hozzáadunk 12 ml ecetsavanhidridhez 10°C-on becsepegtetve 1,65 ml füstölgő salétromsavat (ρ=1,52 g/ml), majd 0°C-on 1 csepp cc. H2SO4-at. A keletkezett keverékhez -5 és 0°C között becsepegtetünk 2,4 g dimetil ditioimidokarbonát (32). A becsepegtetés során erős hőfejlődés tapasztalható és az oldat színe mélyül. A beadagolás után 70 percet kevertetjük -5 és 0°C között. Eközben az oldatból zöld csapadék válik le. A keletkező csapadékos oldatot erős keverés közben 100 ml jeges vízbe öntjük, aminek hatására sárga kristálykiválás észlelhető. További 30 perc kevertetést követően a terméket szűrjük, vákuum exszikkátorban szárítjuk. T.: 1,72 g (54 %), sárga kristályos anyag Op. : 72-74°C IR (KBr): 1505, 1420, 1400, 1210 cm-1 1

H-NMR (CDCl3): δ = 2,61, (6H, s, 2xCH3)

13

C-NMR (CDCl3): δ = 16,36, (CH3), 17,04 (CH3), 185,64 (C=N).

Ammónium-ditiokarbamát (29) és Metil ditiokarbamát (30)120 Egy 500 ml-es mechanikus keverővel ellátott négynyakú gömblombikba beadagolunk 280 ml absz. THF-t (frissen desztillálva LiAlH4-ről) és 29 ml (36,5 g 0,48 mol) CS2-ot (28). Erős keverés közben NH3-gázt vezetünk bele - miközben az oldat 40-45 °C-ra melegszik.

67

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid A hőmérséklet megtartása mellett folytatjuk a gázbevezetést, miközben fehér csapadék, ammónium-ditiokarbamát (29) válik le (kb. 1 h). A melegedés megszűnése után fél órát kevertetjük még. Az elegyből szobahőmérsékleten az NH3 gázt vákuumban eltávolítjuk (5 perc), majd 50 ml vizet adunk hozzá, miközben a csapadék feloldódik. Keverés közben becsepegtetünk 42 ml (55,9g , 0,44 mol) (CH3)2SO4-ot, miközben a hőmérsékletet 45-50 °C között tartjuk (30 perc). További 15 percet keveredik, majd 15 ml 17%-os NH4OH-ot adunk hozzá. Ezután további 20 percet kevertetjük. A reakcióelegyet választótölcsérben szétválasztjuk, és a felső fázist mosás nélkül MgSO4-on szárítjuk. Az alsó, vizes fázist 3x60 ml éterrel extraháljuk, MgSO4-on szárítjuk. A fázisokat vákuumban bepároljuk. T.: 50,3 g (98 %), hűtőben állva bekristályosodik.

Dimetil ditioimidokarbonát HI só (31) Feloldunk 50,3 g (0,47 mol) ditiokarbamidsav metil-észtert (30) 300 ml absz. acetonban. Hozzáadunk 50 ml metil-jodidot és 8 órán át szobahőmérsékleten kevertetjük. A kivált csapadékot szűrjük, acetonnal mossuk. T.: 87 g (75 %), fehér por (levegőn állva megsárgul) Op.: 129-130 °C (bomlik). Dimetil ditioimidokarbonát (32)120 Feloldunk 2,8 g (0,033 mol) NaHCO3-ot 25 ml vízben. Hozzáadunk 50 ml étert, majd állandó kevertetés közben kis részletekben beadagolunk 5 g (0,02 mol) dimetil ditioimidokarbonát HI sót (27). A kapott elegyet elválasztjuk, a vizes részt 3x50 ml éterrel mossuk, az egyesített szerves fázist MgSO4-on szárítjuk. Az oldószert vákuumban ledesztilláljuk, a nyomáskiegyenlítést argon gázzal végezzük. T.: 2,42 g (100 %), áttetsző olaj.

N-Nitro-1H-benzimidazol-2-amin (34) Elkeverünk 0,5 g (3 mmol) dimetil nitroditioimidokarbonátot (27) és 0,33 g (3 mmol)

o-feniléndiamint (33) 5 ml vízben (mechanikus keverő). 68

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid Az elegyet 60 °C-os olajfürdővel melegítjük. A melegítést követően heves gázfejlődés indul meg, miközben az elegy színe sárgára változik. A kevertetést 1 órán keresztül folytatjuk. A kapott okkersárga anyagot szűrjük, vízzel mossuk, levegőn majd vákuum exszikkátorban szárítjuk. Szükség esetén a kapott nyerstermékből a szennyező anyagok kioldását 20 ml etil-acetátos forralással, majd szűréssel végezzük. Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 20-as vegyület. Cím szerinti vegyületet (34) előállítottuk a 43a-d altalános előállításnak megfelelő módon is. T.: 1,19 g (67 %), fehér kristályos anyag A termék jellemző adatai megegyeznek a közleményben leírtakkal.

1-Benzil-N-nitro-1H-benzo[d]imidazol-2-amin (35) Feloldunk 0,5 g (2,8 mmol) N-nitro-1H-benzimidazol-2-amint (34) 15 ml absz. DMFben. Hozzáadagolunk 0,074 g (3,08 mmol) NaH-et, majd 0,36 g (0,322 ml, 2,8 mmol) benzilkloridot. A kapott elegyet inert gázáram mellett pár percig szobahőmérsékleten, majd 2 órán keresztül 75-80 °C között kevertetjük. A reakció befejezése után az oldószert vákuumban ledesztilláljuk, a kapott sárga terméket kevés acetonnal, majd vízzel, végül ismételten acetonnal mossuk. T.: 0,7 g (46 %), törtfehér kristályos anyag. Rf = 0,73 (etil-acetát) IR (KBr): 3250 (NH), 1560, 1495, 1280 cm-1 1

H-NMR (DMSO-d6): δ = 5,37 (2H, s, CH2), 7,32 (7H, s, Ar), 7,58 (2H, dd, J =17,5 Hz, J =6

Hz, Ar), 13,31 (1H, b, NH) 13

C-NMR (DMSO-d6): δ = 45,47 (CH2), 110,75 (CH), 112,91 (CH), 123,86 (CH), 124,02

(CH), 127,28 (2 CH, Ph), 127,81 (CH, Ph), 128,74 (2 CH, Ph), 128,79 (C), 129,30 (C), 135,58 (C, Ph), 149,88 (C2). MS: 268 (28, M+), 223 (48), 132 (20), 91 (100), 77 (8), 65 (21).

69

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid 2-(Metiltio)-1H-benzo[d]imidazol (36) A cím szerinti vegyület 34 előállításakor, mint melléktermék keletkezik. Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 19-es vegyület.

(2,2-Dietoxietil)-2-nitroguanidin (38) Elszuszpendálunk 1,0 g (7,4 mmol) N’-nitroimidotiokarbamátot (26) 5 ml vízben. Hozzáadunk 1,1 ml (1 g, 7,4 mmol) 2-aminoacetaldehid dietilacetált (37). Az elegyet szobahőmérsékleten kevertetjük 1,5 órát. Intenzív gázfejlődés tapasztalható. A terméket szűrjük és vákuum exszikkátorban szárítjuk. T.: 1,35 g (83 %), fehér kristályos anyag. Op.: 110°C. 1

H-NMR (CDCl3): δ = 1,2 (6H, t, J=8 Hz, 2xCH3), 3,2-4,0 (6H, m, 2xOCH2, N-CH2), 4,55

(1H, t, J=5,3 Hz, CH), 7,85 (2H, b, NH2), 9,0 (1H, b, NH).

N-Nitro-1H-benzo[d]imidazol-2-amin sósavas só (39) Összekeverünk 0,2 g (1,21 mmol) (2,2-dietoxietil)-2-nitroguanidint (38) és 2 ml 1 Mos sósavoldatot, majd szobahőmérsékleten két napon keresztül kevertetjük. A terméket szűrjük, kevés vízzel mossuk és levegőn szárítjuk. T.: 0,121 g (81%) fehér kristályos anyag. IR (KBr): 3400, 3168, 1608, 1536 cm-1 1

H-NMR (DMSO-d6): δ = 7,05 (2H, s, 2xCH); 12,6 (2H,b,2xNH)

13

C-NMR (DMSO-d6): δ = 113,99 (2xCH); 147,32 (C)

[(6-Klórpiridin-3-il)metil](2,2dietoxietil)-2-nitroguanidin (40) (2,2-dietoxietil)-3-[(6-Klórpiridin-3-il)metil]-2-nitroguanidin (41) Elkeverünk 0,5 g (2,27 mmol) (2,2-dietoxietil)-2-nitroguanidint (38), 0,36 g (2,27 mmol) 2-klór-5-klórmetilpiridint (7) és 1,1 g K2CO3-ot 20 ml acetonitrilben. 70

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid Az elegyet 19 órán át forraljuk. A K2CO3 kiszűrése után az oldószert vákuumban ledesztilláljuk.

A

kapott

nyersterméket

szilikagél

adszorbensen

EtOAc-hexán

8:2

oldószerkeverékkel tisztítjuk. Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 8-as és 9-es vegyületek.

mezo-1,2-Difeniletiléndiamin (42c)123 Elszuszpendálunk

20

g

(0,05

mol)

mezo-N-(1,2-difenil-2-{[(1E/Z)-

fenilmetilén]amino}etil)benzamidot (48a) 120 ml vízben, és visszafolyó hűtő jelenlétében 5 perc alatt 152 ml. cc. H2SO4-et adunk hozzá. (A reakció erősen exoterm, aminek következtében spontán forrás indul be.) A forrás csendesedésével a folyamatos refluxálást fűtés segítségével fenntartjuk. A keveréket 1,5 óra forralás után 100 g jégre öntjük, és erős keverés közben 460 ml cc NH4OH-ot adagolunk hozzá. A kiváló csapadékot kiszűrjük, és a szűrlet pH-ját cc. NH4OH-dal 8-9-re állítjuk. Utóbbi, leváló fehér csapadékot kiszűrjük, vákuumexszikkátorban szárítjuk. A nyersterméket dietiléterből átkristályosítjuk. T.: 4,4 g (42%) Op.: 122-123 oC 1

H-NMR (CDCl3): δ = 1,38 (4H, s, 2xNH2); 4,0 (2H, s, 2xCH); 7,38 (10H, s, Ar)

mezo-1,2-bisz(4-Klórfenil)etan-1,2-diamin (42d)123 Elszuszpendálunk 7,0 g (0,013 mol) mezo-N-(1,2-bisz(4-klórfenil)-2-{[(1E/Z)-(4klórfenil)metilén]amino}etil-4-klórbenzamid (48b) 40 ml víz és 51 ml cc. H2SO4 elegyében, és 1,5 órát forraljuk. Szobahőmérsékletre hűtjük, és a nem oldódó anyagot kiszűrjük. A szűrletet 35 ml cc. NH4OH-dal lúgosítjuk. A kiváló csapadékot szűrjük. A szűrlethez további 120 ml cc. NH4OH-ot adunk. Utóbbi, leváló anyagot szűrjük, vákuum exszikkátorban szárítjuk, éterből kristályosítjuk. T.: 2,1 g (57%) Op.: 138-139oC IR (KBr): 3430 (NH) 1

H-NMR (CDCl3): δ = 1,5 (4H, s, 4xNH); 3,95 (2H, s, 2xCH); 7,0-7,4 (8H, m, Ar)

71

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid Különböző diaminok és szénsavszármazékok általános kapcsolási reakciója (43a-d, 34): Elkeverünk 12 mmol diamint (42a-d, 33) és 10 mmol szénsavszármazékot (25-27) 8 ml vízben. A keveréket mechanikus keverővel 60 nyersterméket

a

szennyezők

vízoldhatóságának

o

C-on, 60 percig kevertetjük. A

megfelelően

43a-d

esetén

vízzel

szobahőmérsékleten 34-es termék esetében vízzel és etil-acetáttal kezelve forrpontra melegítve tisztítjuk, végül a termékeket szürjük. 4,5-Dihidro-N-nitro-1H-imidazol-2-amine (43a) Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 10-es vegyület.

cisz és transz 3a,4,5,6,7,7a-Hexahidro-N-nitro-1H-benzo[d]midazol-2-amin (43b) Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 15a,b vegyületek.

cisz és transz 4,5-Dihidro-N-nitro-4,5-difenil-1H-imidazol-2-amin (43c) Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 23a vegyület.

cisz és transz 4,5-bisz(4-Klórfenil)-4,5-dihidro-N-nitro-1H-imidazol-2-amin (43d) Fizikai tulajdonságok: az 1. közleményben a 23b vegyület.

S-Metil tiurónium szulfát (45) Hozzáadunk 15,2 g (0,2 mol) tiokarbamid (44) és 7 ml víz keverékéhez 13,8 g (0,11 mol) dimetilszulfátot. A kezdeti heves reakciót követőnen 1 órán keresztül refluxáltatjuk a reakcióelegyet, majd a szobahőmérsékletre hűlt elegyhez 20 ml etanolt adva a kivált terméket szűrjük, etanollal mossuk. T.: 20,1 g (99%) Op.: 240°C (bomlik)

72

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid

mezo-N-(1,2-Difenil-2-{[(1E/Z)-fenilmetilén]amino}etil)benzamid (48a)123 Összekeverünk 30 g (0,283 mol) benzaldehidet (46a) és 60 g (0,78 mol) ammónium acetátot. A kapott elegyet 3,5 órán át refluxáltatjuk. A keletkező sárga színű terméket kiszűrjük, 60 ml vízzel mossuk, végül infralámpa alatt szárítjuk. T.: 22 g (77%) Op.: 251oC IR(KBr): 3390 (NH), 1620 (CO)

mezo-N-(1,2-bis(4-Klórfenil)-2-{[(1E/Z)-(4-klórfenil)metilén]amino}etil-4-klórbenzamid (48b)123 Összekeverünk 8 g (0,057 mol) 4-klórbenzaldehidet (46b) és 16 g (0,2 mol) ammóniun-acetátot, majd 3 órán át refluxáltatjuk. A keletkező sárga színű csapadékot szűrjük, vízzel mossuk, és vákuumexszikkátorban szárítjuk. T.: 7,0 g (90%) nyerstermék Op.: 212-230 oC.

73

IV. fejezet: Kísérleti rész - imidacloprid

Phenserine cikloalkanoindol származékainak szintézise Alkalmazott berendezések, módszerek: Az olvadáspont meghatározása Büchi berendezéssel történ. Az IR színképeket Zeiss Specord M 80 spektrofotométerrel, az 1H- és 13C-NMR felvételeket Bruker DRX-500 és -300 (500, ill. 300 MHz, TMS, mint belső standard) spektrométerrel határoztuk meg. Az MS vizsgálatok Quattro Ultima Platinum spektrométer segítségével készültek. A VRK-elemzésekhez Merck 60 F254 szilikagéllel bevont lemezek, az oszlopkromatográfiához Merck Kieselgel®60 szilikagél került felhasználásra.

cisz-3a-Metil-1,2,3,3a,4,8b-hexahidrociklopent[b]indol (83c) és 2-(2-Metilciklopent-1-enil)anilin (83i) A gyűrűzáráshoz 155 mg (0,9 mmol) kiindulási anyag (96) 6 ml szulfolánnal készült oldatába 0,14 ml (1,1 mmol) BF3*OEt-ot adagolunk, majd a reakcióelegyet Ar-atmoszféra alatt 160-170°C-ra melegítjük, és 100 percen keresztül kevertetjük. A szobahőmérsékletűre hűlt elegyhez 10 ml vizet adagolunk és kloroformmal extraháljuk. A szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, vákuumban bepároljuk. A nyersterméket Al2O3-oszlopon hexán-EtOAc 9:1 oldószerkeverékben

kromatográfiásan

szulfolán-mentesítjük,

majd

vékonyréteg

kromatográfiával (SiO2) az egyes komponenseket elválasztjuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 5c és 7c vegyületek.

cisz-5,6,7,8,8a,9-Hexahidro-8a-metil-4bH-karbazol (84c) transz-5,6,7,8,8a,9-Hexahidro-8a-metil-4bH-karbazol (84t) és 2-(2-Metilciklohex-1-enil)anilin (84i) A gyűrűzárási kísérlethez 0,48 g (2,6 mmol) kiindulási anyagot (97) 10 ml szulfolánban oldunk, majd 0,33 ml (2,6 mmol) BF3*OEt-oldatot csepegtetünk hozzá. Az így kapott keveréket Ar-atmoszféra alatt 170-175°C-ra melegítjük, és ezen a hőmérsékleten 2 órán keresztül kevertetjük. A szobahőmérsékletűre hűtött reakcióelegyhez 10 ml vizet adunk és 2 x 20 ml kloroformmal extraháljuk. A szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. 74

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine A

nyerstermékeket

szilikagél

oszlopon

hexán-EtOAc

9:1

oldószerkeverékben

kromatográfiásan tisztítjuk, majd az így nyert szulfolán mentes termékkeveréket vékonyrétegkromatográfiás módszert alkalmazva tovább szeparáljuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 5a, 6a és 7a vegyületek.

cisz-5a-Methyl-5,5a,6,7,8,9,10,10a-octahydrocyclohepta[b]indole (85c) transz-5a-Methyl-5,5a,6,7,8,9,10,10a-octahydrocyclohepta[b]indole (85t) és 2-(2-Metilciklohept-1-enil)anilin (85i) A héttagú gyűrűt tartalmazó gyűrűzáráshoz 0,35 g (1,7 mmol) kiindulási anyagot (98) 13 ml szulfolánban oldunk, majd 0,22 ml (1,7 mmol) BF3*OEt-oldatot csepegtetünk hozzá. Az így kapott keveréket Ar-atmoszféra alatt 160-170°C-ra melegítjük és ezen a hőmérsékleten

40

percen

keresztül

kevertetjük.

A

szobahőmérsékletűre

hűtött

reakcióelegyhez 15 ml vizet adunk és kloroformmal extraháljuk. A szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. A nyerstermékeket szilikagél oszlopon hexán-EtOAc 9:1 oldószerkeverékben kromatográfiásan tisztítjuk, majd az így nyert szulfolán mentes termékkeveréket vékonyréteg-kromatográfiás módszert alkalmazva tovább szeparáljuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 5b, 6b és 7b vegyületek.

cisz-7-Metoxi-3a-metil-1,2,3,3a,4,8b-hexahidrociklopent[b]indol (86c) és 4-Metoxi-2-(2-metil-ciklopent-1-enil)anilin (86i) Az előállításhoz alkalmazott módszer megegyezik a (83c) szintézisénél leírtakkal 99ből indulóan. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 5e és 7e vegyületek.

cisz-7-Metoxi-3a,4-dimetil-1,2,3,3a,4,8b-hexahidrociklopent[b]indol (87c) A gyűrűzárt vegyület utólagos metilezéséhez 0,54 g (86c, 2,7 mmol)-t oldunk 5 ml vízmentes dimetilformamidban, hozzá adagolunk 0,19 g (8 mmol) nátrium-hidridet, majd az így nyert elegyet lehűtjük 0°C-ra, és 10 percig kevertetjük. 75

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine Ezt követően 1,13 g (8 mmol) metil-jodidot csepegtetünk a reakcióelegybe 0°C-on, hagyjuk szobahőmérsékletre melegedni, és további egy órát kevertetjük. A reakcióelegyet a kevertetés végeztével 40 ml víz beadagolásával bontjuk, és háromszor 30 ml dietiléterrel extraháljuk. Az egyesített szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, vákuumban bepároljuk. A nyersterméket további tisztítás nélkül visszük a következő lépésbe. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 5f vegyület.

N-(Ciklopentenilmetil)anilin (96) Az első változatban a Schiff-bázis képzéshez 1,8 g (19 mmol) aldehidet (114) és 7,0 g (75 mmol) anilint (110) 50 ml vízmentes metanolban oldunk, majd forrponti hőmérsékletre melegítve egy órán keresztül reagáltatjuk. Ezt követően 45-50°C-ra hűtjük a reakcióelegyet és kis adagokban 1,43 g (38 mmol) NaBH4-et adagolunk hozzá és további 10 percig kevertetjük. A szobahőmérsékletűre hűtött reakcióelegybe 25 ml vizet adagolunk, majd 3 x 50 ml éterrel extraháljuk. A szerves fázist 3 x 25 ml vízzel, és 25 ml telített NaCl-oldattal mossuk MgSO4on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. A nyersterméket szilikagél oszlopon hexán-EtOAc 8:2 oldószerkeverékben kromatográfiásan tisztítjuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 3c vegyület. A 2. eljárásban az alkilezett terméket a 97, 98-as vegyületeknél részletezett úton állítottuk elő, az anilint 109a-val alkilezve. A reakcióidő ebben az esetben 2,5 óra. T.: 0,40 g (59%) sárga olaj VRK: Rf = 0,71 (diklórmetán/metanol = 99:1, SiO2 lap). A termék spektrális tulajdonságai egyeznek a közleményben részletezett adatokkal.

N-(Ciklohexenilmetil)anilin (97) N-(Cikloheptenilmetil)anilin (98) Általános eljárásban 1,43 g (15 mmol) anilin és 3 ml víz keverékébe erőteljes kevertetés

kíséretében

becsepegtetünk

3.8

mmol

alkilezőszert

(109b-c)

és

szobahőmérsékleten kevertetjük további 2,5 (97 esetén: 1) órát. Ezt követően a reakcióelegyet dietiléterrel extraháljuk, a szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. 76

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine A

nyerstermékeket

szilikagél

oszlopon

hexán-EtOAc

9:1

oldószerkeverékben

kromatográfiásan tisztítjuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 3a és 3b vegyületek.

N-(-Ciklopentenilmetil)-4-metoxianilin (99) A terméket a (97, 98) vegyületeknél részletezett általános eljárással kaptam panizidinből (117) és 1-(klórmetil)ciklopent-1-én (109a)-ból kiindulva. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 3e vegyületnél.

N-(-Ciklopentenilmetil)-4-metoxi-N-metilanilin (100) Becsepegtetünk 3,43 g (28 mmol) 4-(N-metilamino)-anizol (117), 5,06 g (50 mmol) trietilamin és 25 ml víz intenzíven kevertetett elegyébe 2,87 g (25 mmol) 1(klórmetil)ciklopent-1-ént (109a). A reakcióelegyet 1,5 órát szobahőmérsékleten kevertetjük, majd 2 x 40 ml diklórmetánnal extraháljuk. A szerves fázist 40 ml telített NaCl-odattal mossuk, MgSO4-on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. A nyersterméket szilikagél oszlopon hexán-EtOAc-oldószerkeverékben kromatográfiásan tisztítjuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 3f vegyületnél. 2-Metilén-ciklopentanol (89a)68 Az öttagú telítetlen alkoholhoz 10,0 g (70 mmol) metil 2-oxociklopentánkarboxilátot (116) feloldunk 50 ml dietiléterben és becsepegtetjük 6,0 g (158 mmol) LiAlH4 és 100 ml dietiléter kevertetett szuszpenziójába. A reakcióelegyet 20-25 perc elteltével forrponti hőmérsékletre melegítjük, és további 1 órát kevertetjük. A szobahőmérsékletűre hűlt reakcióelegyet 5M NaOH-oldattal bontjuk, a képződött csapadéktól szűrjük, MgSO4-on szárítjuk, végül szobahőmérsékleten vákuumban bepároljuk.

77

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine A nyerstermék alkoholok keveréke, melyeket elválasztás nélkül vihetünk a további reakcióba, mivel a potenciális izomer szennyező (108sz, 33. ábra, 36. oldal) halogénezésével is a kívánt alkilezőhöz (109a) jutunk. T.: 5,5 g (~80%) halványsárga folyadék.

2-Metilén-ciklohexanol (108b) és 2-Metilén-cikloheptanol(108c)23 Porított KOH-ot (3,5 mól ekvivalens) elszuszpendálunk 50 ml vízmentes DMSO-ban, az elegyet 110°C-ra melegítjük, és ezen a hőmérsékleten becsepegtetünk 5,0 g cikloalkanont (88b: ciklohexanon, 88c: cikloheptanon), amit ezt követően további 1 órát kevertetünk. A reakció végeztével a reakcióelegyet szobahőmérsékletűre hűtjük, és jeges hűtés kíséretében 50 ml vizet adagolunk hozzá. A lehűlt oldatot öt lépésben 20-20 ml dietil-éterrel extraháljuk, az egyesített éteres fázist vízzel mossuk, MgSO4-on szárítjuk, végül szobahőmérsékleten vákuumban bepároljuk. Az így kapott nyersterméket szilikagél-oszlopon hexán-etil-acetát oldószerkeverékkel kromatográfiásan tisztítjuk. (108b) T.: 2,74 g (48%) halványsárga folyadék. VRK: Rf = 0,39 (hexán/EtOAc = 7:3, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,44 (m, 3H), 1,66 (m, 3H), 1,80 (m, 1H), 2,00 (m, 2H), 2,40 (m, 1H),

4,09 (m, 1H), 4,75 (s, 1H), 4,89 (s, 1H). (108c) T.: 2,94 g (52%) halványsárga folyadék. VRK: Rf = 0,62 (hexán/EtOAc = 1:1, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,27 (m, 2H), 1,48 (m, 1H), 1,67 (m, 4H), 1,83 (m, 1H), 2,04 (m, 1H),

2,17 (m, 1H), 2,31 (m, 1H), 2,5 (m, 1H), 4,27 (m, 1H), 4,89 (s, 1H), 5,04 (s, 1H),

1-(Klórmetil)ciklopent-1-én (109a) 1-(Klórmetil)ciklohex-1-én (109b) és 1-(Klórmetil)ciklohept-1-én (109c) Az általános eljárásban 3,0 g alkoholt (108a-c) feloldunk 50 ml vízmentes dietiléterben, hozzácsepegtetjük a tionil-kloridot (1 mól ekvivalens), majd a reakcióelegyet 10 órán keresztül forrponti hőmérsékleten kevertetjük. 78

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine A szobahőmérsékletű reakcióelegyet jeges vízre öntjük, majd a szerves fázist vízzel mossuk, MgSO4-on szárítjuk, végül szobahőmérsékleten vákuumban bepároljuk. A nyerstermékeket szilikagél oszlopon 109b esetén hexán-EtOAc 7:3-ban, 109c esetében diklórmetánban kromatográfiásan tisztítjuk. (109a) A nyers reakcióelegyet ebben az esetben vákuumdesztillációval tisztítjuk. A termék 36 mbaron (20 Hgmm) 38-39°C-on desztillál. T.: 2,41 g (68%) színtelen folyadék. VRK: Rf = 0,66 (hexán/EtOAc = 9:1, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,87 (m, 2H, CH2), 2,42 (m, 4H, 2 CH2), 4,29 (s, 2H, CH2-Cl), 5,75 (s,

1H, HC=). 13

C NMR (CDCl3): δ = 22,88; 32,05; 32,42; 43,53; 129,82; 140,14.

(109b) T.: 2,10 g (60%) halványsárga folyadék. VRK: Rf = 0,39 (hexán/EtOAc = 7:3, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ 1,60 (m, 2H), 1,66 (m, 2H), 2,05 (s, 2H), 2,09 (s, 2H), 3,99 (s, 2H), 5,81

(s, 1H), (109c) T.: 2,05 g (58%) halványsárga folyadék. VRK: Rf = 0,77 (diklórmetán, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,53 (m, 4H, 2 CH2), 1,75 (m, 2H, CH2), 2,15 (m, 2H, CH2), 2,26 (m,

2H, CH2), 4,02 (s, 2H, CH2-Cl), 5,95 (t, J = 6,4 Hz, 1H, HC=). 13

C NMR (CDCl3): δ = 24,20; 25,12; 28,71; 31,35; 32,61; 53,22 (CH2Cl); 132,54; 140,61.

2-(Ciklopentilén)ciklopentanon (111) A reakciót a (108b-c) előállításánál részletezett metódus szerint végezzük 5,0 g (60 mmol) ciklopentanonból (78) kiindulóan. T.: 1,93 g sárga olaj (43%) VRK: Rf = 0,45 (diklórmetán/MeOH = 50:1, SiO2 lap). 79

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,69 (m, 4H, 2xCH2), 1,91 (m, 2H, CH2), 2,29 (m, 4H, 2xCH2), 2,53

(bs, 2H, CH2), 2,78 (bs, 2H, CH2). 13

C NMR (CDCl3): δ = 20,05; 25,18; 26,89; 29,46; 32,47; 34,21; 39,69; 127,55; 158,14;

206,73. Elemanalízis: -számított C10H14O-ra: C, 79.95; H, 9.39; O, 10.65. - mért: C, 80.12; H, 9.42; N, 10.46. Hexán-1,6-dial (113) A dialdehid képzéséhez elszuszpendálunk mechanikus keverővel 26,6 g (123 mmol) PCC oxidálószert 160 ml vízmentes diklórmetánban, majd intenzív keverés kíséretében hozzá adagoljuk 5,0 g (42 mmol) diol (112) 70 ml vízmentes diklórmetánnal készült oldatát. A reakcióelegyet 2,5 órán keresztül szobahőmérsékleten kevertetjük, majd hozzá adagolunk 230 ml

dietilétert.

A

csapadékos

oldatot

~100

g

szilikagél

rétegen

szűrjük,

majd

szobahőmérsékleten vákuumban bepároljuk. A nyersterméket szilikagél oszlopon hexánaceton 6:4 oldószerkeverékben kromatográfiásan tisztítjuk. T.: 1,46 g (30%) színtelen olaj VRK: Rf = 0,55 (hexán/aceton = 6:4, SiO2 lap). 1

H NMR (CDCl3): δ = 1,67 (m, 4H, 2xCH2), 2,46 (m, 4H, 2xCH2), 9,78 (s, 2H, 2xCHO).

13

C NMR (CDCl3): δ = 21,82; 43,76; 201,71.

Elemanalízis: -számított C6H10O2-re: C, 63.13; H, 8.83; O, 28.04. - mért: C, 62.82; H, 8,96; O, 28,22.

Ciklopent-1-én-karbaldehid (114) Nyomásálló reaktoredénybe, ill. bombacsőbe adagolunk 3,0 g (26 mmol) aldehidet (113) és 20 ml vizet. A reaktor lezárását követően a reakcióelegyet 120-130°C-ra melegítjük és 3 órán keresztül ezen a hőmérsékleten tartjuk. A szobahőmérsékletűre hűlt reakcióelegyet 2 x 20 ml éterrel extraháljuk a szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül szobahőmérsékleten vákuumban

bepároljuk.

A

nyersterméket

oldószerkeverékben kromatográfiásan tisztítjuk. T.: 0,59 g (23%) vörös folyadék VRK: Rf = 0,59 (hexán/aceton = 7:3, SiO2 lap). 80

szilikagél

oszlopon

hexán-aceton

7:3

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine 1

H NMR (CDCl3): δ = 2,00 (m, 2H, CH2), 2,53 (m, 2H, CH2), 2,60 (m, 2H, CH2), 6,88 (s, 1H,

CH=), 9,80 (s, H, CHO). 13

C NMR (CDCl3): δ = 23,30; 28,68; 34,01; 124,28; 147,94; 153,07.

Elemanalízis: -számított C6H8O-ra: C, 72,06; H, 8,06; O, 16,64. - mért: C, 72.36; H, 8,01; O, 19,63.

Fenil-karbaminsav 4-nitrofenil észter (124),

α-Naftil-karbaminsav 4-nitrofenil észter (125), Etil-karbaminsav 4-nitrofenil észter (126) és Ciklohexil-karbaminsav 4-nitrofenil észter (127) Az általános eljárásban 1,0 g (14,4 mmol) 4-nitrofenol 20 ml benzollal képzett szuszpenziójához keverés kíséretében hozzáadagoljuk a megfelelő izocianátot (120-123, 15,8 mmól), majd az elegyet forrponti hőmérsékleten kevertetjük 24 órán keresztül (125-ös komponenshez 15 órán keresztül) Ar-atmoszféra alatt. A szobahőmérsékletűre hűlt reakcióelegyet a kivált szennyezőktől szűrjük, vákuumban bepároljuk.

(124) T.: 2,63 g (71%) sárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,76 (diklórmetán/MeOH = 9:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 152-153oC IR (KBr): 3320, 1712, 1545, 1528, 1488, 1448, 1352, 1232, 1200 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 6,94 (dt, 2 H,

J = 2,7, 11,5 Hz), 6,99 (s, 1 H), 7,27 (t, 2 H, J = 10,5 Hz), 7,46 (d, 2 H, J = 10,2 Hz), 8,11 (dt, 2 H, J = 2,7, 10,2 Hz), 8,65 (s, 1 H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 115;8; 118; 118,2; 121,8; 126,1; 128,7; 139,7; 152,5; 163,9.

(125) T.: 1,90 g (43%) sárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,73 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 163-164oC IR (KBr): 3200, 1708, 1520, 1488, 1344, 1232, 1216 cm-1. 81

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine Az általunk alkalmazott deuterált oldószerekben 125-ből -gyors bomlása miatt- NMRfelvételt nem tudtunk készíteni, viszont szerkezetét a belőle készített amin (129) igazolja.

(126) T.: 2,30 g (76%) sárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,66 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 127-128oC. IR (KBr): 3336, 1540, 1520, 1488, 1348, 1264, 1220 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 1,10 (t, 3 H, J = 7,2 Hz), 3,12 (dt, 2 H, J = 7,2, 12,9 Hz),

7,41 (d, 2 H, J = 9 Hz), 8,02 (t, 1 H, J = 5,1 Hz), 8,23 (d, 2 H, J = 9 Hz). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 4,2; 34,9; 121,9; 124,6; 143,5; 152,4; 155,8.

(127) T.: 3,50 g (95%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,9 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 125-139oC. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 1,27 (m, 4H, 2xCH2), 1,63 (m, 2H, CH2), 1,69 (m, 2H,

2xCH2), 1,83 (m, 2H, 2xCH2), 3,55 (m, 1H, CH-N), 7,39 (d, 2 H, J = 10,2 Hz), 8,00 (d, 1H, J = 7,8, NH-C=O), 8,25 (d, 2 H, J = 10,2 Hz). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 24,5; 25,1; 32,4; 50,0; 122,3; 125,1; 152,2; 156,3; 164,0.

Fenil-karbaminsav 4-aminofenil észter (128),

α-Naftil-karbaminsav 4-aminofenil észter (129), Etil-karbaminsav 4-aminofenil észter (130) és Ciklohexil-karbaminsav 4-aminofenil észter (131) Az általános eljárásban a nitrofenil karbamátokat (124, 126, 127, 2,4 mmol) 15 ml vízmentes etanolban oldjuk, és hozzá adagolunk 0,12 g Pd/C-t (10% Pd), majd a szuszpenziót szobahőmérsékleten hidrogén-atmoszféra alatt kevertetjük 128 esetén 60-, 130-nál 30-, 131nél 15-percen kersztül. A naftalin származéknál fenti körülmények között 140 keletkezik ezért a redukciót 100 ml diklórmetánban vezetjük. A reakció végeztével a katalizátort celit rétegen keresztül kiszűrjük, majd az anyalúgot vákuumban bepároljuk. A nyersterméket szilikagél oszlopon diklórmetán-MeOH 9:1 oldószerkeverékkel kromatográfiásan tisztítjuk.

82

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine (128) T.: 0,41 g (74%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,54 (diklórmetán/MeOH = 9:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 132-133oC. IR (KBr): 3480, 3384, 1720, 1544, 1512, 1224, 1200 cm-1. 1

H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ = 5,01 (s, 2 H), 6,57 (d, 2 H, J = 9Hz), 6,85 (d, 2 H, J = 9

Hz), 7,03 (t, 1 H, J = 7 Hz), 7,31 (t, 2 H, J = 8 Hz), 7,51 (d, 2 H, J = 8 Hz), 10,02 (s, 1 H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 114,9; 119,2; 123; 123,6; 129,7; 139,7; 141,4; 147,1; 153,3.

MS: m/z (%) = 229 (100), 230 (28), 134 (10), 110 (16). Elemanalízis: -számított: C13H12N2O2-re: C, 65.37; H, 5.81; - mért: C, 65.08; H, 5.68. (129) T.: 0,65 g (98%) törtfehér kristályos anyag. VRK: Rf = 0,40 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 160oC. IR (KBr): 3256, 1704, 1504, 1256, 1240, 1204 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 5,0 (s, 2 H), 6,58 (dt, 2 H, J = 6, 14,5Hz), 6,89 (dt, 2 H, J

= 6, 14 Hz), 7,56-7,61 (m, 3 H), 7,67 (d, 1 H, J = 7,2 Hz), 7,77 (d, 1 H, J = 8,1 Hz), 7,92-7,97 (m, 1 H), 8,13-8,19 (m, 1 H), 9,9 (s, 1H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 114; 122,2; 122,7; 125,2; 125,6; 126; 126,1; 128,1; 133,5; 133,7;

141; 146,2. MS: m/z (%) = 279 (100), 280 (22), 142 (16). Elemanalízis: -számított: C17H14N2O2-re: C, 73.36; H, 5.07; - mért: C, 73.12; H, 4.92. (130) T.: 0,33 g (76%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,26 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 70-71oC. IR (KBr): 3312, 1704, 1548, 1508, 1264, 1212 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 1,05 (t, 3 H, J = 7,2 Hz), 3,05 (dt, 2 H, J= 5,7, 12,9 Hz),

4,91 (s, 2 H), 6,51 (dt, 2 H, J = 3,3, 9 Hz), 6,72 (dt, 2 H, J = 3,3, 9 Hz), 7,45 (t, 1 H, J = 5,7 Hz). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 15,4; 35,7; 144,4; 122,6; 141,8; 146,3; 155,5. 83

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine MS: m/z (%) = 181 (100), 110 (6). Elemanalízis: -számított: C9H12N2O2-re: C, 59.98; H, 6.71; - mért: C, 60.15; H, 6.61. (131) T.: 0,52 g (93%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,46 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 1,24 (m, 4H, 2xCH2), 1,55 (m, 2H, CH2), 1,63 (m, 2H,

2xCH2), 1,81 (m, 2H, 2xCH2), 3,27 (m, 1H, CH-N), 4,90 (bs, 2H, NH2), 6,52 (d, 2 H, J = 12 Hz), 6.70 (d, 2 H, J = 12 Hz), 7,32 (d, 1H, J = 8,7, NH-C=O). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 24,6; 25,2; 32,6; 49,6; 113,9; 122,1; 141,3; 145,7; 154,3.

1-Fenil-3-(4-hidroxifenil)karbamid (136), 1-(4-Hidroxifenil)-3-α-naftil-karbamid (137) és 1-Etil-3-(4-hidroxifenil)karbamid (138) Az általános eljárásban a megfelelő karbamátot (128-130, 2 mmol) 5 ml acetonitrilben szuszpendáljuk, majd Ar-atmoszférában forrponti hőmérsékletre melegítve (136): 1,5-, (137): 0,5 órán keresztül kevertetjük. Az etil származék (138) csökkent reaktivitása miatt az alkalmazott körülmények: aceton/9 óra reflux. A reakció végeztével a reakcióelegyet szűrtük, a szűrletet vákuumban bepároljuk. (136) T.: 0,34 g (74%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,38 (diklórmetán/MeOH = 9:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 217-219oC. IR (KBr): 3304, 1636, 1572, 1512, 1224 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 6,68 (d, 2 H, J = 8,5 Hz), 6,93 (t, 1 H, J = 7,5 Hz), 7,21

(d, 2 H, J = 8,5 Hz), 7,25 (d, 2 H, J = 8 Hz), 7,42 (d, 2 H, J = 8 Hz), 8,34 (s, 1 H), 8,55 (s, 1 H), 9,05 (s, 1 H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 115,2; 118; 120,4; 121,5; 128,7; 131,1; 140; 152,5; 152,8.

MS: m/z (%) = 229 (100), 230 (35), 136 (24), 120 (28).

84

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine (137) T.: 0,33 g (60%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,38 (diklórmetán/MeOH = 9:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 216-217oC. IR (KBr): 3288, 1640, 1560, 1504, 1208 cm-1. 1

H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ = 6,70 (d, 2 H, J = 7 Hz), 7,27 (d, 2 H, J = 7 Hz), 7,45-

7,60 (m, 3 H), 7,91 (d, 1 H, J = 7 Hz), 8,03 (d, 1 H, J = 6 Hz), 8,15 (d, 1 H, J = 7 Hz), 8,82 (b, 1 H), 8,91 (b, 1 H), 9,5 (b, 1 H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 115,2; 116,6; 120,1; 121,1; 122,1; 125,3; 125,48; 125,54; 125,6;

128,1; 130,5; 133,4; 134,5; 152,9; 153,1. MS: m/z (%) = 279 (100), 280 (18), 144 (6). Elemanalízis: -számított: C17H14N2O2-re: C, 73.36; H, 5.07; - mért: C, 73.16; H, 4.82. (138) T.: 61 mg (17%) világossárga kristályos anyag. VRK: Rf = 0,20 (hexán/etil-acetát = 1:4, SiO2 lap). Olvadáspont: 240-241oC. IR (KBr): 3336, 1640, 1584, 1512, 1224 cm-1. 1

H NMR (300 MHz, DMF-d7): δ = 1,10 (t, 3 H, J = 7,5 Hz), 3,20 (m, 2 H), 6,0 (b, 1 H), 6,74

(d, 2 H, J = 8,5 Hz), 7,31 (d, 2 H, J = 8,5 Hz), 8,5 (s, 1 H), 9,11 (s, 1 H). 13

C NMR (DMF-d7): δ = 15,7; 34,7; 115,3; 120,4; 133,3; 153; 156,4.

Elemanalízis: -számított: C9H12N2O2: C, 59.98; H, 6.71; - mért: C, 60.10; H, 6.52.

α-Naftilkarbamidsav etilészter (140) A 124, 126,127 vegyületeknél alkalmazott általános redukciót és feldolgozást 125 esetében elvégezve 140-hez jutunk(38. ábra, 39. oldal). T.: 0,42 g (63%) színtelen kristályos anyag. VRK: Rf = 0,40 (diklórmetán/MeOH = 20:1, SiO2 lap). Olvadáspont: 76-78oC.

85

IV. fejezet: Kísérleti rész - phenserine 1

H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ = 1,27 (t, 3H, J = 7 Hz), 4,16 (q, 2H, J = 7 Hz), 7,48 (t, 1

H, J = 7,5Hz), 7,52 (m, 2 H), 7.61 (d, 1 H, J = 7 Hz), 7.73 (d, 1 H, J = 8 Hz), 7.92 (m, 1 H), 8,07 (m, 1 H), 9,5 (s, 1 H). 13

C NMR (DMSO-d6): δ = 14,8; 60,5; 121,2; 122,9; 125,0; 125,8; 125,9; 126,1; 128; 128,2;

133,9; 134,0; 155,1.

7-Hidroxi-3a,4-dimetil-1,2,3,3a,4,8b-hexahidrociklopenta[b]indol (143) A demetilezéshez 150 mg metoxi származékot (87c, 0,7 mmol) 3,5 ml vízmentes kloroformban oldunk, majd 519 mg (2,1 mmol) BBr3-ot adunk hozzá, és 1 órán keresztül szobahőmérsékleten kevertetjük. A reakció végeztével 9 ml metanolt adagolunk a reakcióelegybe, és vákuumban olószermentesítjük. A bepárlási maradékot 15 ml 5%-os nátrium-hidrogén-karbonát oldatban oldjuk, és éterrel háromszor extraháljuk. Az egyesített szerves fázist MgSO4-on szárítjuk, végül vákuumban bepároljuk. A nyersterméket további tisztítás nélkül visszük a következő reakcióba. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 8b vegyületnél.

7-Fenilkarbamoil-3a,4-dimetil-1,2,3,3a,4,8b-hexahidrociklopenta[b]indol (144) A végtermék képzéséhez 120 mg hidroxi-származékot (143, 0,6 mmol), 8 ml vízmentes THF-ban oldunk, és hozzá adagolunk 77 mg fenilizocianátot (120, 0,65 mmol), majd a keveréket forrponti hőmérsékleten 36 órát kevertetjük. Ezt követően a reakcióelegyet bepároljuk és szilikagél oszlopon hexán-etil-acetát 7:3 oldószerkeverékkel tisztítjuk. Fizikai tulajdonságok: az 2. közleményben a 9b vegyületnél.

86

IV. fejezet: Kísérleti rész - desloratadine

A desloratadine-CO2 komplex szintézise és szerkezete Alkalmazott berendezések: Az olvadáspont meghatározása Büchi 535 berendezéssel történ. Az IR színképeket Bruker IFS-113v FT spektrofotométerrel (KBr), az 1H- és 13C-NMR felvételeket Varian Inova Unity 500 és Bruker DRX-400 (500 és 400 MHz, TMS, mint belső standard) spektrométerrel határoztuk meg 303 K-en és 223-230 K-tartományban (CD3OD, DMF-d7, CDCl3). Az elemanalízis Perkin-Elmer 2400 analizátoron készült, a szilárdfázisú NMR felvételek Varian Unity 300 (7T) spektrométerrel lettek meghatározva 293 K-en, glicin mint külső standard használatával (forgási sebesség: 4000-11000 Hz, Zr-rotor, N2-áram). A VRK-elemzésekhez Merck 60 F254 szilikagéllel bevont lemezek, az oszlopkromatográfiához Merck Kieselgel®60 szilikagél került felhasználásra.

8-Klór-6,11-dihidro-11-(4-piperidilidén)-5H-[5,6]ciklohepta[1,2-b]piridin (146) Desloratadine-szintézis, laboratóriumi eljárás 145 vegyületből kiindulva Acél szerkezetű autoklávban 500 ml etanol és 75 ml 40%-os NaOH-oldatának keverékéhez 75,0 g (0,2 mol) 8-kloro-6,11-dihidro-11-(1-etoxikarbonil-4-piperidilidén)-5H[5,6]ciklohepta[1,2-b]piridin -t (145) adagolunk keverés kíséretében. A reakcióelegyet 105°Cra melegítjük és ezen a hőmérsékleten kevertetjük 5 órán keresztül. Ezt követően az oldószert ledesztilláljuk, majd 100 ml víz és 350 ml toluol elegyében 50°C-on oldjuk. A fázisokat elválasztjuk, majd a szerves fázist 50 ml telített nátrium-klorid oldattal extraháljuk. A vízmentesítést teljessé tesszük K2CO3 és 3,5 g aktív szén keveréken történő szárítással. Az oldatot 2,0 perliten átszűrjük, majd a szűrletet vákuumban bepároljuk. Fizikai tulajdonságok: a 3. közleményben a 2 vegyület. (laboratóriumi eljárás)

Desloratadine-szintézis, laboratóriumi eljárás 157 vegyületből indulóan (146) A desloratadine, CO2-dal alkotott ammónium-karbamát származékának bontásához 40 g (60 mmol) 157-t adagolunk 120 ml etanolba, majd a keletkező szuszpenziót forrponti hőmérsékletre melegítve 30 percen keresztül kevertetjük - eközben a fehér szuszpenzió színtelen, áttetsző oldattá alakul és a CO2-képződés befejeződik.

87

IV. fejezet: Kísérleti rész - desloratadine Ezt követően az oldószert ledesztilláljuk, majd a bepárlási maradékot 200 ml aceton és 18 ml metanol elegyében, forrponti hőmérsékleten, 15 percen keresztül kevertetjük. Az oldatot melegen szűrjük, szobahőmérsékletre hűtve 1, majd -10°C-ra hűtve további 4 órán keresztül kristályosítjuk. A terméket szűrjük, 25 ml acetonnal mossuk és 50°C-on 3 órán keresztül szárítjuk. Fizikai tulajdonságok: a 3. közleményben a 2 vegyület. (I-es módosulat)

Desloratadine-szintézis, kísérleti gyártás 145-ös vegyületből indulóan (146) Egy 20 literes, gázbevezető és leszellőztető szeleppel, nyomásmérővel, hőmérővel felszerelt és termosztáttal összekötött duplikált falú acél autoklávba bemérünk 1,5 kg (3,92 mol)

8-kloro-6,11-dihidro-11-(1-etoxikarbonil-4-piperidilidén)-5H-[5,6]ciklohepta[1,2-

b]piridin –t, 0,85 kg (21,25 mol) NaOH 1,25 l vízzel készített és szobahőmérsékletre hűtött oldatát, valamint 10 l etanolt. Az autokláv nitrogénnel történő inertizálása után keverés kíséretében (600 min-1) a reakcióelegyet 100-105°C-ra melegítjük és ezen a hőmérsékleten kevertetjük 4-5 órán keresztül – az autoklávban ezalatt fellépő nyomás 3,5-4 bar. A reakció végeztét analitikai VRK-val állapítjuk meg (145 < 0,25 %). A végpontot elérve a reakcióelegyet szobahőmérsékletűre hűtjük, majd duplikált, üveg falú, termosztált reaktorban az oldószert ledesztilláljuk. A bepárlási maradékhoz 7 l toluolt, 2 l vizet és 0,4 l 40%-os NaOH-oldatot adagolunk, majd a keletkező kétfázisú rendszert 50-55°C-on 30 percen keresztül kevertetjük. A szerves fázist elválasztást követően 1,1 l telített NaCl-oldattal és 1 l vízzel mossuk, K2CO3-on szárítjuk, majd 60-65°C-on aktív szénnel derítjük. A derített oldatot zeitz-lappal szerelt nyomószűrőn szürjük (1-1,5 bar nitrogén túlnyomás), a szűrőn lévő anyagot 0,5 l toluollal mossuk. A szűrt oldatot oldószermentesre pároljuk. Fizikai tulajdonságok: a 3. közleményben a 2 vegyület. (Kísérleti üzemi gyártás)

88

IV. fejezet: Kísérleti rész - desloratadine A 146-os vegyület CO2-dal alkotott ammónium-karbamát származéka (157, 168) (laboratóriumi eljárás) Egy különálló, gázkivezetéssel ellátott lombikba 100 g (2,27 mol) szárazjeget helyezünk, majd a keletkező CO2-gázt egy másik, 1,2 l acetont tartalmazó lombikba vezetjük a kevertetett oldószer folyadékszintje alá. A CO2-dal folyamatosan telített oldatba 45°C-on becsepegtetjük 80 g (0,257 mol) 146 40 ml etanollal készített oldatát intenzív keverés kíséretében. A beadagolás végeztével az időközben keletkező szuszpenziót 20°C-ra hűtjük és ezen a hőmérsékleten 1 órán keresztül kristályosítjuk. A gázbevezetést kristályosítás végéig fenntartjuk. A terméket szűrjük, 150 ml 5°C-os acetonnal mossuk és szobahőmérsékleten 3 órán keresztül szárítjuk. Fizikai tulajdonságok: a 3. közleményben a 5 vegyület. (laboratóriumi eljárás) A 146-os vegyület CO2-dal alkotott ammónium-karbamát származéka (157, 168) Kísérleti gyártás Egy 20 literes duplikált, üveg falú, impeller keverővel, hűtővel, csepegtető tölcsérrel és gázbevezető csővel szerelt termosztált reaktorba 17,5 l acetont töltünk, majd ~20 cm-rel a folyadékfelszín alá vezetve CO2-gázzal telítjük 45°C-on intenzív keverés kíséretében (250 min-1). A gázbevezetést fenntartjuk a kristályosítási folyamat végéig. Egy elkülönített lombikban 1,15 kg (3,7 mol) 146-et feloldunk 2 l etanolban 70-75°C-on és a reaktorra szerelt csepegtető tölcséren keresztül 1 óra lefogása alatt a reakcióelegybe adagoljuk. (A csepegtetőtölcsér hőmérsékletét 60°C felett tartjuk.) A beadagolás végeztével a keletkező szuszpenziót 1 óra alatt szobahőmérsékletűre, majd ezt követően 0-5°C-ra hűtjük és ezen a hőmérsékleten további 1 órát kristályosítjuk. A szuszpenziót 25 literes nyomószűrőn 1-1,5 bar nitrogén túlnyomással szűrjük, majd a szűrőn lévő anyagot 2 x 1 l acetonnal mossuk. Az oldószernedves terméket 45-50°C-on 2-4 órán keresztül tálcás vákuumszárító berendezésben szárítjuk, enyhe légáramot biztosítva az oldószergőzök gyors eltávolításához. Fizikai tulajdonságok: a 3. közleményben a 2 vegyület. (Kísérleti üzemi gyártás)

89

IV. fejezet: Kísérleti rész - desloratadine Szerkezetmeghatározás - mintakezelés A desloratadine-CO2 vegyületének szerkezetmeghatározása során általános módszert alkalmazva 30 mg mintát oldottunk fel 0,75 ml deuterált oldószerben. A szárazjégből fejlesztett CO2-gázzal való telítést, 2 percen keresztül végeztük, az NMR csőben a folyadékszint alá helyezhető kapilláris segítségével. Illékony oldószerek esetében az eltávozott oldószer mennyiségét pótoltuk. Kiváló vagy oldatban maradt szilárd anyag esetében (157 – DMF-d7) a szuszpenziót szűrtük. A mérések minden CO2-os telítést követően 0,5-1 órán belül elkészültek.

90

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine

Összefoglalás Az imidacloprid vizsgálatai során sikerült a mind a benzolgyűrűvel kondenzált (19, 8. ábra, 14.oldal), mind a metabolízis során keletkező imidazol-gyűrűt tartalmazó származék (20, 9. ábra, 16. oldal) szintézisét megvalósítani. A gyűrűzárásokhoz alkalmazott szénsavszármazékok (25-27, 11. ábra, 19. oldal) diaminokkal mutatott eltérő gyűrűzárási készségét vizsgálva megállapítottam, hogy a 27-es származék mutatja a legkedvezőbb tulajdonságokat (1. táblázat, 21. oldal). Segítségével enyhe körülmények között alakíthatunk ki benzimidazol származékokat. A

phenserine-analogonok

előállítását

célzó

kísérleteimben,

az

Aza-Claisen

átrendeződés körülményei között in situ gyűrűzáródást figyeltem meg, amely tapasztalatot felhasználva cikloalkanoindol származékokat sikerült előállítanom közvetlenül aromás cikloalkenilmetil szubsztituenst tartalmazó anilin származékokból. A gyűrűzárt termékek mellett egy biciklusos mellékterméket is izoláltam és azonosítottam. (30. ábra, 34. oldal) A végtermék karbamát (144) származékot megíséreltem alternatív úton is előállítani a karbamoil-funkció korai bevitelével (36.ábra, 38. oldal), viszont ekkor spontán karbamátkarbamid átrendeződést tapasztaltam, mely jelenséget több esetre is általánosítottam. A célvegyülehez végül a már ismert módszerek alkalmazásával jutottam el (39. ábra, 40. oldal). A desloratadine (146) szintézis méretnövelése során sikerült olyan technológiai változtatásokat bevezetni, mellyel egyrészt kiváltható a szennyezést okozó etil-acetát használata, másrészt léptéknövelhető, versenyképes módon juthatunk nagy tisztaságú termékhez. A desloratadine-CO2 addukt szerkezeti kérdéseinek vizsgálatakor a releváns irodalom bizonytalansága és saját mérési eredményeim ellentmondásai vezettek arra a megfontolásra, hogy az amin-CO2 kapcsolat feltérképezésekor téves információkra vezethet, ha figyelmen kívül hagyjuk az alkalmazott vizsgálati módszer hatását a mintára (szilárd-, ill. oldatfázis). Kísérleteim során közvetlenül sikerült igazolnom a karbaminsav (170, 52. ábra, 60. oldal) jelenlétét oldatban, alacsony hőmérsékleten végzett NMR-vizsgálatokkal. A desloratadineCO2 adduktjának szilárdfázisú vizsgálati eredményei egy ammónium-karbamát típusú szerkezetet (168) igazolnak. Utóbbi komponens oldatfázisban a gyenge oldhatóság és a fellépő egyensúlyi folyamatok miatt csak közvetetten igazolható, ugyanakkor az egyensúlyi kísérleti tapasztalatok a 168-as szerkezetet nagymértékben valószínűsítik. 91

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine

A PhD dolgozatban felhasznált publikációk: 1. Közlemény: Lajos Novák, Gábor Hornyánszky, Imre Király, János Rohály, Pál Kolonits, Csaba Szántay Heterocycles 2001, 55, 1, 45-58. 2. Közlemény: Imre Király, Gábor Hornyánszky, Katalin Kupai, Lajos Novák

Heterocycles 2008, 75, 1, 43-56. 3. Közlemény: Tibor Mezei, Balázs Volk, Imre Király, Gyula Simig Organic Process

Research & Development 2008, 12, 855-859. A PhD dolgozatban nem érintett egyéb publikációk: Találmányi bejelentés: WO 2009047576 (2009) Találmányi bejelentés: WO 2009047577 (2009) Találmányi bejelentés: WO 2010082072 (2010) Találmányi bejelentés: Magyar Szabadami Hivatal P1000069 (2010)

92

Biológiailag aktív szénsavszármazékok vizsgálata: imidacloprid, phenserine, desloratadine

Rövidítésjegyzék (az alkalmazott vegyületekhez) DMF

Dimetil-formamid

BnBr

Benzilbromid

TBMAB

Tributil-metil-ammónium-bromid

TIPS-Cl

Triizopropil-szilil-klorid

(S)-BINAP

(S)-(−)-2,2′-Bisz(difenilfoszfino)-1,1′-dinaftil

PCC

Piridínium-klórkromát

DKM

Diklórmetán

DBU

1,8-diazabiciklo[5.4.0]undec-7-én

DIMCARB

dimetilammónium-dimetil-karbamát

DMSO

Dimetil-szulfoxid

93

Felhasznált irodalom

Irodalomjegyzék [1] Shiokawa, Kozo; Tsuboi, Shinichi; Kagabu, Shinzo; Moriya, Koichi; (Nihon Tokushu Noyaku Seizo K.K.) EP 0.192.060 (1986). [2] Born, L., Pflanzenschutz-Nachrichten Bayer, 1991, 44, 2, 137-144. [3] Elbert, A.; Becker, B.; Hartwig, J.; Erdelen, C., Pflanzenschutz-Nachrichten Bayer, 1991,

44, 2, 113-136. [4] Diehr, H.J.; Gallenkamp, B.; Jelich, K.; Lantzsch, R.; Shiokawa, K., Pflanzenschutz-

Nachrichten Bayer, 1991, 44, 2, 107-112. [5] Liu, Ming-Yie; Lanford, Jonathan, Casida, John E., Pestic. Biochem. and Physiology, 1991, 46, 200-206. [6] Liu, Ming-Yie; Casida, E., Pestic. Biochem. and Physiology, 1993, 46, 40-46. [7] Lagadic, Laurent; Bernard, Ludovic; Leicht, Wolfgang, Pestic. Sci., 1993, 38, 323-328. [8] Tomizawa, Motohiro; Yamamoto, Izuru, J. Pesticide Sci., 1992, 17, 231-236. [9] P. M. Windscheif, T. Vögtle, Synthesis 1994, 87. [10]

Luk'yanov,

O.A.;

Mel'nikova,

T.G.;

Shagaeva,

M.E.;

Bull.Acad.Sci.USSR

Div.Chem.Sci.(Engl.Transl.), 1991, 40, 11, 2255-2261. [11] Ralf Nauen, Klaus Tietjen, Klaus Wagner & Alfred Elbert, Pestic. Sci. 1998, 52, 53-57 [12a] S. Tippett, J. Chem. Soc. 1957, 4407-08 [12b] M. V. Proskurnina, N. A. Lozinskaya, S. E. Tkachenko, N. S. Zefirov Russian Journal

of Organic Chemistry 2002, 38, 8, 1149-1153. [13] Bermejo-Pareja F., Benito-León J., Vega S., Medrano M.J., Román G.C., J. Neurol. Sci., 2008, 264 (1–2), 63–72. [14] Di Carlo A., Baldereschi M., Amaducci L., et al., J Am Geriatr Soc., 2002, 50 (1), 41–8. [15] Brookmeyer, R.; Johnson, E.; Ziegler-Graham, K.; Arrighi, H.M., Alzheimer's and

Dementia, 2007, 3 (3), 186–91. [16] Strittmatter W.J., Saunders A.M., Schmechel D., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993,

90 (5), 1977–81. [17] http://www.alz.org/research/science/alzheimers_treatment_horizon.asp [18] Shen Z.X., Med Hypotheses, 2004, 63 (2), 308–21. [19] Hardy J., Allsop D., Trends Pharmacol. Sci., 1991, 12 (10), 383–88. [20] Mudher A., Lovestone S., Trends Neurosci., 2002, 25 (1), 22–26. 94

Felhasznált irodalom [21] Howard L. Weiner, Dan, Nature Reviews Immunology, 2006, 6, 404-416. [22] Lacor P.N., et al., Journal of Neuroscience, 2007, 27 (4), 796–807. [23] Nikolaev, Anatoly; Todd McLaughlin, Dennis O'Leary, Marc Tessier-Lavigne, Nature, 2009, 457 (7232), 981–989. [24] Suzanne Craft, Laura D. Baker, Thomas J. Montine, Jing Zhang, G. Stennis Watson, Stephen Plymate, Elaine Tsai, Maureen Callaghan, James Leverenz, Brooke Gerton, Emily Trittschuh, Alzheimer's Association International Conference on Alzheimer's Disease, 14.06.2010 (AAICAD 2010) in Honolulu. [25] Sugaya, K.; Kwak, Y. D.; Ohmitsu, O.; Marutle, A.; Greig, N. H.; Choumrina, E.,

Current Alzheimer Research, 2007, 4 (4), 370-377. [26] D. A. Drachman, J. Leavitt, Arch. Neurol., 1974, 30, 113. [27] E. K. Perry, Age and Ageing, 1980, 9, 1. [28] D. M. Quinn, Chem. Rev., 1987, 87, 955. [29] B. Witkop, Heterocycles, 1998, 49, 9.

[30] S. Takano and K.Ogasawara, Alkaloids, 1989, 36, 225-251. [31] T. Matsuura, L. E. Overman, and D. J. Poon, J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 6500. [32] Q. S. Lu, X.-P. Pei, H. W. Holloway, and N.H. Greig, J. Med. Chem., 1997, 40, 2895. [33] Q. S. Lu, H. W. Holloway, T. Utsuki, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 1999,

42, 1855. [34] Q. S. Lu, H. W. Holloway, J. L. Flippen-Anderson, B. Hoffman, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 2001, 44, 4062. [35] Marta, M.; Castellano, C.; Oliverio, A.; Pavone, F.; Pagella, P. G.; Brufani, M.; Pomponi, M., Life Sciences, 1988, 43 (23), 1921-8. [36] Brossi, Arnold; Pei, Xue-Feng; Greig, Nigel H., Australian Journal of Chemistry, 1996,

49 (2), 171-181. [37] Al-Jafari, Abdulaziz A.; Kamal, Mohammad A.; Greig, Nigel H.; Alhomida, Abdullah S.; Perry, Elaine R., Biochemical and Biophysical Research Communications, 1998, 248 (1), 180-185. [38] Barak, Dov; Ordentlich, Arie; Stein, Dana; Yu, Qian-sheng; Greig, Nigel H.; Shafferman, Avigdor., Biochemical Journal, 2009, 417 (1), 213-222. [39] Thatte, Urmila., IDrugs, 2000, 3 (10), 1222-1228.]

95

Felhasznált irodalom [40] Shaw, Karen T. Y.; Utsuki, Tadanobu; Rogers, Jack; Yu, Qian-Sheng; Sambamurti, Kumar; Brossi, Arnold; Ge, Yuan-Wen; Lahiri, Debomoy K.; Greig, Nigel H., Proceedings of

the National Academy of Sciences of the United States of America 2001, 98 (13), 7605-7610. [41] Lahiri, D. K.; Utsuki, T.; Shaw, K. T. Y.; Ge, Y.-W.; Sambamurti, K.; Eder, P. S.; Rogers, J. T.; Farlow, M. R.; Giordino, T.; Greig, N. H., Advances in Behavioral Biology 2002, 51, 211-215. [42] Greig, Nigel H.; Utsuki, Tada; Yu, Qian-sheng; Holloway, Harold W.; Perry, Tracyann; Tweedie, David; Giordano, Tony; Alley, George M.; Chen, De-Mao; Kamal, Mohammad A.; Rogers, Jack T.; Sambamurti, Kumar; Lahiri, Debomoy K., Advances in Behavioral Biology 2008, 57, 445-462. [43] Thatte, Urmila., Current Opinion in Investigational Drugs (Thomson Scientific), 2005, 6 (7), 729-739. [44] Winblad B., 7th International Conference on Alzheimer's Disease and Parkinson's

Disease, 12.03.2005; Sorrento, Italy. [45] Sabbagh, Marwan N., American Journal of Geriatric Pharmacotherapy, 2009, 7 (3), 167-185. [46] Heidi Ledford , Nature, 2010, 466, 1031. [47] Klein, Jochen., Expert Opinion on Investigational Drugs 2007, 16 (7), 1087-1097. [48] Maria Maccecchini, International Congress on Alzheimer's Disease, 2010, Honolulu, Hawaii [49] Percy L. Julian, Josef Pikl, J. Am. Chem. Soc., 1935, 536 [50] Percy L. Julian, Josef Pikl, J. Am. Chem. Soc., 1935,.755 [51] Pei, Xue-Feng; Yu, Qian-sheng; Lu, Bao-yuan; Greig, Nigel H.; Brossi, Arnold.,

Heterocycles 1996, 42 (1), 229-36. [52] Malgozata Brzostowska, I. Rapoport, Med. Chem. Res., 1992, 2, 238-246 [53] Xiao-shu He, Nigel H. Greig, Stanley I. Rapoport, Arnold Brossi, Med. Chem. Res., 1992, 2, 229-237.

96

Felhasznált irodalom [54] Xue-Feng Pei, Nigel H. Greig, Sheng Bi,Arnold Brossi, Med. Chem. Res., 1995, 5, 455461 [55] Xeu-feng Pei, Qian-sheng Lu, Harold W. Holloxay, Arnold Brossi, Nigel H. Greig, Med.

Chem. Res., 1999, 50-60 [56] Qian-sheng Lu, Chi Liu, Margareth Brzostowska, Linda Chrisey, Arnold Brossi, Nigel H. Greig, John R. Atack, Timothy T. Soncrant, Stanley I. Rapoport, Hans-Eckart Radunz,

Helvetia Chimika Acta, 1991, 74, 4, 761-766. [57] W. Luo, Q. S. Lu, S. S. Kulkarni, D. A. Parrish, H. W. Holloway, D. Tweedie, A. Shafferman, D. K. Lahiri, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 2006, 49, 2174. [58] G. S. Welmaker, J. E. Sabalski, Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4851. [59] O. L. Chapman, G. L. Eian, J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 5329. [60] Gataullin, R. R.; Kazhanova, T. V.; Il'yasova, L. T.; Fatykhov, A. A.; Spirikhin, L. V.; Abdrakhmanov, I. B., Russian Chemical Bulletin, 1999, 48, 5, 967-970.; Izvestiya Akademi

Nauk, Seriya Khimicheskaya, 1999, 5, 975–978. [61] A. M. M. Castro, Chem. Rev., 2004, 104, 29. [62] W. K. Anderson and G. Lai, Synthesis, 1995, 1287. [63] M. A. Cooper, M. A. Lucas, J. M. Taylor, A. D. Ward, and N. M. Williamson, Synthesis, 2001, 621. [64] Z. Mao and S. W. Baldwin, Org. Lett., 2004, 6, 2425. [65] Louis S. Hegedus, James M. McKearin, J. Am. Chem. Soc., 1982, 104, 2444-2451. [66] A. G. Urchenko , A. V. Kini , N. N. Mel’nik , I. R. Likhotvorik , P. Zakharsh , Zh. Org.

Khim., 1990, 26, 3, 516. [67] B.A. Trofimov, A. I. Mikhaleva, O. V. Petrova, M. B. Sigalov, J. Org. Chem. USSR, 1988, 24, 10, 1889-1894. [68] Andre S. Dreiding, John A. Hartman, J. Am. Chem. Soc., 1953, 939-943. [69] Grammatikos A.P., Ann. Med. 2008, 40 (7), 482–95. [70] Galli S.J., Curr. Biol. 2000, 10 (3), R93–5. [71] De Swert L.F., Eur. J. Pediatr. 1999, 158 (2), 89–94. [72] Canonica et al., (World Allergy Organization) WAO Journal, 2010, Nov., 236-239. [73] Leurs R., Church M.K., Taglialatela M., Clin Exp Allergy 2002, 32 (4), 489–98. [74] Devillier P, Roche N, Faisy C., Clin Pharmacokinet., 2008, 47(4), 217-30. 97

Felhasznált irodalom [75] Yumibe, N.; Huie, K.; Chen, K. J.; Snow, M.; Clement, R. P.; Cayen, M. N. Biochem. Pharmacol., 1996, 51, 165. [76] Kreutner W, Hey JA, Anthes J, Barnett A, Young S & Tozzi S., Arzneimittelforschung/

drug Res, 2000;50, 345–352. [77] Aberg, A. K. G.; McCullough, J. R.; Smith, E. R. PCT Int. Appl. WO 9620708, 1996. [78] Handley, D. A.; Rubin, P. D. PCT Int. Appl. WO 9834611, 1998. [79] Redmon, M. P.; Butler, H. T.; Wald, S. A.; Rubin, P. D. PCT Int. Appl. WO 9834614, 1998. [80] McCullough, J. R. PCT Int. Appl. WO 9837889, 1998. [81] Schumacher Doris Pickel; Villani Frank J.; Wong Jesse Kwok-Keung; Murphy Bruce Lee; Clark Jon Edward, 1987, EP0208855 [82] Piwinski, John J.; Wong, Jesse K.; Green, Michael J.; Ganguly, Ashit K.; Billah, M. Motasim; et al.; Journal of Medicinal Chemistry; 1991, 34, 1, 457-461 [83] Villani, F. J. et al. US 4659716, 1987 [84] Piwinski, J. J. et al. US 4826853, 1989 [85] Vijayabaskar, V. US 20070060756, 2007 [86] Suri, S. et al. WO 2004029039, 2004 [87] Mezei Tibor, Simig Gyula, Lukács Gyula, Porcs-Makkay Márta, Volk Balázs, Molnár Enikő, Hofmanné Fekete Valéria, Szent-Királlyi Zsuzsanna, WO2006/003479, 2006 [88] Fischer, J. et al. WO 0242290, 2002 [89] Jesingbhai, J. K.; Sekhar, U. R.; Sivaramchandra, K.; Rao, C. T.; Rajamamannar, T. Indian Pat. Appl. IN 2003MU00406, 2003; Chem. Abstr. 2008, 148, 11079. [90] Zhu, H. Y. et al. US 20030229099, 2003 [91] Indravadan, Ambalal; WO2008/107777; 2008 [92] Villani, F. J. PCT Int. Appl. WO 8503707, 1985. [93] Mezei Tibor, Simig Gyula, Molnár Enikő, Lukács Gyula, Porcs-Makkay Márta, Katona Zoltán, Bartha Ferenc, Vereckeyné Donáth Györgyi, Nagy Kálmán WO2008050162, 2008 [94] Schroth, W. et al. Z. Chem. 1989, 29, 129 [95] Maier, G. et al. Eur. J. Org. Chem. 1998, 1517 [96] Maier, G. et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1709 [22] [97] Goto, A. et al. J. Phys. Chem. 1986, 90, 2370 [98] Clarke, C. S. et al. Chem. Comm. 2003, 2774 [99] Trinka, P. et al. J. Prakt. Chem. 1996, 338, 675. 98

Felhasznált irodalom [100] Israel, M. et al. J. Med. Chem. 1964, 7, 710. [101] LaMontagne, M. P. et al. J. Med. Chem. 1976, 19, 360. [102] Saitoh, A. et al. EP 1437353, 2007. [103] Penning, Th. D. et al. J. Med. Chem. 2000, 43, 721. [103] Brit. Pat. Appl. GB 1121783, 1966. [105] Waldmann, A. et al. Justus Liebigs Ann. Chem. 1957, 609, 125. [106] Palmer, R. M. J. et al. US 2005049416, 2005. [107] Appel, R. et al. Chem. Ber. 1966, 99, 3118 [108] Iwatani et al. Sekiyu Gakkaishi 1978, 21, 290-296 [109] Pérez et al., Tetrahedron Letters 2002, 43, 4091-4093 [110] Pérez et al., J.Org.Chem 2004, 69, 23, 8005-8011 [111] Heldebrant et al. J.Org.Chem 2005, 70, 5335-5338 [112] Willi Kantlehner, Ioannis Tiritiris, XXIVth European Colloquium on Heterocyclic Chemistry, 23.-27. August 2010, Vienna, Austria [113] Aresta, M.; Ballivet-Tkatchenko, D.; Belli Dell’ Amico, D.; Bonnet, M. C.; Boschi, D.; Calderazzo, F.; Faure, R.; Labella, L.; Marchetti, F. Chem. Commun. 2000, 1099–1100 [114] Huiming et al. African Journal of Pure and Applied Chemistry 2009, 3, 7, 126-130 [115] Kreher et al. Organic Letters 2003, 5, 17, 3107-3110 [116] Anthony E. Rosamilia, Christopher R. Strauss, Janet L. Scott Pure Appl. Chem. 2007,

79, 11, 1869–1877 [117] Fabrizio Mani, Maurizio Peruzzini, Piero Stoppioni Green Chem. 2006, 8, 995–1000 [118] Koji Masuda, Yoshikatsu Ito, Masahiro Horiguchi, Haruo Fujita Tetrahedron 2005, 61 213–229 [119] Erin M. Hampe, Dmitry M. Rudkevich Tetrahedron 2003, 59, 9619–9625 [120] B. Latli and J. E. Casida, J. of Labelled Comp. and Radiopharm., 1992, 31, 8, 609. [121] L. Fishbein and J. A. Gallaghan, J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, 1877. [122] M. Yokohama and H. Hatanaka, Synthesis, 1985, 891-892. [123] M. V. Proskurnina, N. A. Lozinskaya, S. E. Tkachenko, N. S. Zefirov Russian Journal

of Organic Chemisrty 2002, 38, 8, 1149-1153

99

Mellékletek

1.1. melléklet (1H-NMR, CD3OD, 146, 30°C) 100

Mellékletek

1.2. melléklet (13C-NMR, CD3OD, 146, 30°C) 101

Mellékletek

2.1. melléklet (1H-NMR, CD3OD, 168, 30°C) 102

Mellékletek

2.2. melléklet (13C-NMR, CD3OD, 168, 30°C) 103

Mellékletek

3.1. melléklet (1H-NMR, CD3OD, 168 [13CO2-dúsított], 30°C) 104

Mellékletek

3.2. melléklet (13C-NMR, CD3OD, 168 [13CO2-dúsított], 30°C) 105

Mellékletek

30.1

32.9

48.9

123.0

131.7

135.6

138.2

146.2

161.8

ME 3045 CPMAS 7800 Hz

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

77.3

180

29.2

190

11.6

200

144.5

210 ppm (f1)

9.1

10.0

aromatic

40

30

20

10

0

4. melléklet (13C CP/MAS NMR, 146, 30°C)

ME 2791 30.2

32.9

34.1

44.2

45.4

124.1 126.0

131.1

132.8

134.1

139.1

142.6

145.5 152.8

153.8

164.6

CPMAS 10600 Hz 1k

200 190 ppm (f1)

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

5. melléklet (13C CP/MAS NMR, 168, 30°C) 106

50

40

30

20

10

0

Mellékletek

30,5

33,1 34,4 44,4 45,6

58,0

124,3

126,1

131,3

133,0 134,4

139,3

142,2 142,9

145,6

153,0 154,0

164,8

271,6

HK-2102 cpmas sr= 8040 Hz tpwr=62 pw=4.6 at=0.05s nt= ZrO2 rotor thin wall KEL-F caps (short) level1=55 level1f=780 lb= hr

A karbamát

alfa karbonil= 176.5 ppm ref. operator: Szalontai G. University of Veszprem, NMR Laboratory Unity 300 Doty CX5 5mm Probe

-N-COO--jele.

δ = 164,8 ppm

Forgási

2005. junius 1.

oldalsávok.

275

250

225

200

175

150

125

100

75

ppm (f1)

6. melléklet (13C CP/MAS NMR, 168 [13CO2-vel dúsított], 30°C)

107

50

25

0

Mellékletek

7.1. melléklet (1H-NMR, CD3OD, 146 + CO2 in situ, -50°C) 108

Mellékletek

7.2. melléklet (13C-NMR, CD3OD, 146 + CO2 in situ, -50°C) 109

Mellékletek

8.1. melléklet (1H-NMR, CD3OD, 168 [13CO2-dúsított], -50°C) 110

Mellékletek

8.2. melléklet (13C-NMR, CD3OD, 168 [13CO2-dúsított], -50°C) 111

Mellékletek

9.1. melléklet (1H-NMR, DMF-d7, 168, -50°C) 112

Mellékletek

9.2. melléklet (13C-NMR, DMF-d7, 168, -50°C) 113

Mellékletek

10.1. melléklet (1H-NMR, DMF-d7, 146, 30°C) 114

Mellékletek

10.2. melléklet (1H-NMR, DMF-d7, 146 + CO2 in situ, 30°C) 115

Mellékletek

11.1. melléklet (1H-NMR, DMF-d7, 146 + CO2 in situ, -50°C) 116

Mellékletek

11.2. melléklet (13C-NMR, DMF-d7, 146 + CO2 in situ, -50°C) 117

Mellékletek

12.1. melléklet (1H-NMR, DMF-d7, 168 + CO2 in situ, -50°C) 118

Mellékletek

12.2. melléklet (13C-NMR, DMF-d7, 168 + CO2 in situ, -50°C) 119

Mellékletek

13.1. melléklet (1H-NMR, CDCl3, 168, 30°C) 120

Mellékletek

13.2. melléklet (13C-NMR, CDCl3, 168, 30°C) 121

Mellékletek

14.1. melléklet (1H-NMR, CDCl3, 168, -50°C) 122

Mellékletek

14.2. melléklet (13C-NMR, CDCl3, 168, -50°C) 123

Mellékletek

15.1. melléklet (1H-NMR, CDCl3, 168 + CO2 in situ, -50°C) 124

Mellékletek

15.2. melléklet (13C-NMR, CDCl3, 168 + CO2 in situ, -50°C) 125

1. KÖZLEMÉNY

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

45

PREPARATION OF NEW IMIDACLOPRID ANALOGUES Lajos Novák*a, Gábor Hornyánszkya, Imre Királya, János Rohálya, Pál Kolonitsa, and Csaba Szántaya,b a

Institute for Organic Chemistry, Budapest University of Technology and

Economics, 1111 Budapest, Gellért tér 4, Hungary b

Central Research Institute of Chemistry, 1525 Budapest, P.O. box 17, Hungary

Abstract - A 3-step synthesis of the biologically active metabolites (2 and 3) of imidacloprid from aminoacetaldehyde diethyl acetal or ethylenediamine was developed. A series of new imidacloprid analogues were also prepared.

One of the most promising new pest controlling agent is imidacloprid (1).1-5 It shows promise not only as highly active compound against homopteran pests but also for controlling some chewing pests. Furthermore, acting on nicotinic acetylcholine receptor it can be expected to control pests resistant to conventional insecticides.6-8 For practical reasons imidacloprid is mainly used in soil application and seed treatment. In both cases two biologically active metabolites (2 and 3) were formed and isolated.9 Compound (2) showed sixteen times higher activity than imidacloprid on some aphid pests.9 The nitroso derivative (3) also showed higher aphicidal potency than the parent compound imidacloprid.9

N

NH

N

N

Cl

N

NO N Cl

2

NH N

NO2

Cl

1

N

HN NO2

N

N

3

46

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

Our general interest in the preparation of new potent insecticides prompted us to elaborate efficient synthetic route to biologically active metabolites (2 and 3) and to prepare new analogues of imidacloprid. The synthesis of compound (2) was straightforward with S-methyl-N-nitroisothiourea (5)10 as the starting material (Scheme 1). Thus treatment of isothiourea derivative (5) with aminoacetaldehyde diethyl acetal (4) in water afforded guanidine derivative (6) in 83% yield. Reaction of the latter with 2-chloro-5chloromethylpyridine (7)11 in the presence of an excess of K2CO3 gave a mixture of two isomers which was separated by column chromatography to furnish compounds (8) and (9) (15 and 41% yields, respectively)12. Treatment of either compounds (8) or (9) with HCl resulted in the formation of the expected product (2) (54 and 57% yields, respectively). Scheme 1 CH2Cl

OEt OEt

N

+ OEt

H2N

OEt

NO2

MeS

HN

7 Cl

N

NH2

H2N N

OEt

OEt OEt

N

NH2 N NO2

N Cl

NO2

6

5

4

OEt

+ HN

HCl

NH

2

N NO2 N

8

Cl

9

The N-nitroso analogue (3) of imidacloprid (1) was prepared from ethylenediamine (Scheme 2). Treatment of isothiourea derivative (5) with ethylenediamine afforded compound (10) in 72% yield. Catalytic reduction of 10 in the presence of Raney nickel catalyst afforded the nitroso compound (11) in 47% yield. However, the alkylation of compound (11) with 7 gave only 2-imidazolidone derivative (12). Therefore, we treated the nitro compound (10) with 7 to furnish imidacloprid (1) and then this was hydrogenated catalytically to give nitroso compound (3). For the preparation of cyclohexano analogue (16) of imidacloprid (1) 1,2-diaminocyclohexane (a mixture of cis- and trans-isomers (13)) was reacted with nitroguanidine (14) to give an unseparable mixture of

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

47

cis- and trans-isomers (15a,b). This mixture was then alkylated with compound (7) in the presence of K2CO3 in boiling acetonitrile. The isomers formed were separated by column chromatography to furnish 16a and 16b in 28% yields.12

Scheme 2. H2/Raney Ni

5

+ H2N

HN

NH

NH2

7 HN

NH

DMF

N

N NO2

NO

10

N

11

NH O

N

Cl

12 H2/Raney Ni

10

+

7

1

3 EtOH

Scheme 3.

NH2

H2N

NO2

+

N

+

HN

H2N

NH2

13

NH

HN

N

14

NH N

NO2

NO2

15b

15a 6

5 4

7

7 N 1 2 3 NH

+ N

N Cl

N

NO2

N

Cl

16a

NH

NO2

N

16b

48

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

The structural assignment of compounds (16a) and (16b) was made mainly on the bases of their NMR spectra. For instance, in the trans-isomer (16b) the axial hydrogen in position 3a is rather close to the methylene group on nitrogen at position 1 generating a strong Van der Waals interaction. Therefore, in the

13

C NMR spectrum of 16b the carbons at positions 3a and 7a resonate at higher field (δ 61.84 and

64.13) than those in the corresponding cis-isomer (16a; δ 69.45 and 69.70). The attempted cyclization reaction between 1,2-phenylenediamine (Scheme 4, 17) and nitroguanidine (14) failed. Likewise, the reaction between 17 and 5 also gave negative result. The inefficiency of these reactions was probably due to the lack of reactivity of the relatively weak nucleophile amino groups of 17. To overcome this problem we tested a more reactive reagent for the synthesis. The reaction between 17 and dimethyl N-nitrodithiocarbamate (18)15 gave the expected product (20) in 67% yield, besides some methyl sulfide derivative (19).

Compound (20) was then treated successively with NaH and 7 to furnish the benzimidazole analogue of imidacloprid (21).12

Scheme 4.

NH2

MeS

NO2 N

+ NH2

17

NH NH

NH

18

20 + 7

+

SMe

MeS

19

20

NO2

N

NaH

NO2

N

N

NH

DMF

N Cl

21

N

For the preparation of 4,5-diphenylimidacloprid derivatives (Scheme 5, 24) we used 1,2-diphenylethane derivatives (22; a mixture of meso and racemic stereoisomers).18 Reaction of 22 with compound (5) afforded an unseparable mixture of cis- and trans-isomers of 23. This mixture was successively treated with compound (7) in the presence of K2CO3 to yield a mixture of 24 and its cis-isomer12, from which the

trans-isomer (24) was separated by chromatography.

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

49

Scheme 5 X X

X

Y

Y

Y

Z

5

+

Y

Z

Z HN

Z H2N

X

NH2

NH N

22

NO2

23 X

X

Y

Y

22 - 24

X Y Z

a

H H H

b c

Cl H H H NO2 H

d

H H Cl

1. NaH Z

2. + 7

Z N

NH N NO2

N Cl

24

Comparing the reactivity of the above utilized carbonic acid derivetives (5, 14 and 18) towards amines we generally observed that the reaction rate for nitroguanidine (14) was slower as compared with that of compounds (5) and (18) (Table 1). For the latter two the yields are good or appreciable but slightly lower for compound (5) than for compound (18). Furthermore, compound (5) did not react with aromatic amine (17), probably due to the reduced nucleophilicity of its amino groups.

Table 1. Reaction of carbonic acid derivatives with amines Amines

Product

14

5

18

Ethylenediamine

10 (%)

57

65

61

13

15a + 15b (%)

62

84

90

22a

23a (%)

No reaction

61

88

22b

23b (%)

No reaction

74

99

17

20 (%)

No reaction

No reaction

67

All reaction were carried out in water at 60 °C for 1 h with ratio of amine/carbonic acid derivative 1.2:1

50

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

In summary, we have synthesized a series of new imidacloprid analogues and elaborated new method for the preparation of its biologically active metabolites.

EXPERIMENTAL

Reagents were obtained from commercial suppliers and were used without further purification. All reactions were conducted under an atmosphere of dry N2 or Ar. Melting points were determined on a Büchi apparatus and are uncorrected. IR spectra were obtained with a Spectromom 2000 spectrophotometer. 1H and

13

C NMR spectra measurements were carried out using a Bruker DRX-500

spectrometer (500 MHz; internal standard: TMS). MS spectra were obtained on a KRATOS MS25 RFA spectrometer. Merck precoated silica gel 60 F254 plates were used for thin-layer chromatography and KieselgelR60 for column chromatography. All solvents were dried by means of standard methods.

N-(2,2-Diethoxyethyl)-N'-nitroguanidine (6). To a stirred suspension of S-methylisothionitrourea10 (5; 1.0 g, 7.4 mmol) in water (5 mL) was added 2,2diethoxyethylamine (4; 1.0 g, 7.4 mmol) and the resulting mixture was stirred at rt for 1.5 h. The precipitated product was filtered and dried in vacuum desiccator to afford 6 (1.35 g, 83%), mp 110oC (water). 1H NMR (CDCl3): δ = 1.20 (6H, t, J=8 Hz, 2 CH3), 3.20-4.00 (6H, m, 2 OCH2 and N-CH2), 4.55 (1H, t, J=5.3 Hz, CH), 7.85 (2H, br s, NH2), 9.0 (1H, br s, NH).

N-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)-N-(2,2-diethoxyethyl)-N'-nitroguanidine (8) and N-(6chloropyridin-3-ylmethyl)-N'-(2,2,-diethoxyethyl)-N"-nitroguanidine (9) To a stirred solution of 6 (1.0 g, 4.54 mmol) in acetonitrile (40 mL) was added K2CO3 (2.2 g, 16 mmol) and 2-chloro-5-chloromethylpyiridine11 (7: 0.72 g, 4.44 mmol), and the resulting mixture was refluxed for 19 h. The mixture was cooled to rt, filtered, the solvent was evaporated in vacuo, and then the residue was chromatographed with EtOAc/hexane 4:1 to yield 0.24 g (15%) of 8 and 0.66 g (41%) of 9. Compound (8): oil. TLC (EtOAc-hexane 4:1) Rf = 0.49. 1H NMR (CDCl3): δ = 1.25 (6H, m, 2CH3) 3.37 (2H, d, J=4.2 Hz, CH2), 3.56 (2H, m, OCH2) 3.77 (2H, m, OCH2), 4.56 (1H, m, CH), 4.74 (2H, s, NCH2), 7.33 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.78 (1H, dd, J=8.2 and 2.0 Hz, C(4')H), 8.14 (2H, br s, NH2), 8.28 (1H, d, J=2.0 Hz, C(2')H). Anal. Calcd for C13H20N5O4Cl: C, 45.16, H, 5.83, N, 20.25, Cl, 10.25.. Found: C, 45.25, H, 5.89, N, 20.15, Cl, 10.11. Compound (9): oil. TLC (EtOAc-hexane 4:1) Rf= 0.38. 1H NMR (CDCl3): δ 1.22 (6H, m, 2CH3), 3.43 (2H, m, CH2), 3.54 (2H, m, OCH2), 3.72 (2H, m, OCH2), 4.50 (2H, d, J=5.6 Hz, N-CH2), 4.53 (1H, m,

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

51

CH), 6.78 (1H, br s, NH), 7.32 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.72 (1H, dd, J=8.2 and 2.2 Hz, C(4')H), 8.33 (1H, d, J=2.2 Hz, C(2')H), 9.53 (1H, br s, NH). Anal. Calcd for C13H20N5O4Cl: C, 45.16, H, 5.83, N, 20.25, Cl, 10.25. Found: C, 45.21, H, 5.86, N, 20.18, Cl, 10.15. 1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)-N-nitro-1H-imidazol-2-ylamine (2). a) A solution of 8+9 (2.0 g, 5.79 mmol) in concentrated HCl (20 mL) was stirred at rt for 3 days. The precipitate was collected by filtration, washed with water and dried in vacuum desiccator to yield 2 (0.75 g, 51%). b) Following the above procedure, using compounds (8) or (9), with reaction time 2 days, we isolated compound (2) in 54 and 57% yields (respectively). mp 190-192oC (decomp); TLC (CH2Cl2/MeOH 9:1): Rf = 0.5. IR (KBr): 3340 (NH), 1580, 1536 (NO2), 1410, 1310 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 5.13 (2H, s, CH2), 7.01 (1H, s, C(5)H), 7.36 (1H, s, C(4)H), 7.53 (1H, d, J=8.3 Hz, C(5')H), 7.77 (1H, dd, J=8.3 and 2.2 Hz, C(4')H), 8.40 (1H, d, J=2 Hz, C(2')H), 12.78 (1H, br s, NH). 13C NMR (DMSOd6): δ = 45.26 (CH2), 114.00 (C-4), 117.07 (C-5), 124.60 (C-5'), 131.49 (C-3'), 139.48 (C-4'), 145.87 (C-2'), 149.52 (C-6'), 150.04 (C-2). MS: m/z = 254 (M++H, 25), 208 (100). Anal. Calcd for C9H8N5O2Cl: C, 42.62, H, 3.18, N, 27.61, Cl, 13.98. Found: C, 42.45, H, 3.10, N, 27.71, Cl, 14.12. Imidazolidin-2-ylidenenitroamine (10) To a stirred suspension of 5 (6.0 g, 44 mmol) in water (30 mL) was added ethylenediamine (3 mL, 44 mmol) and the resulting mixture was stirred at 75oC for 1.5 h. After cooling, the precipitate was collected by filtration, washed with water and then dried to afford 10 (4.5 g, 72%), mp 226-228oC (lit.,20 mp 220221oC).

Imidazolidin-2-ylidenenitrosoamine (11) Compound (10) (5.4 g, 42 mmol) was dissolved in DMF (350 mL) and mixed with Raney nickel catalyst (24 g). The resultant mixture was stirred under H2 atmosphere until 1.24 equiv. of H2 (1.22 L) had been absorbed. The catalyst was removed by filtration, the solvent evaporated in vacuo, and the residue was purified by column chromatography (CH2Cl2-MeOH 5:1) to yield 11 (1.545 g, 33%), and 1.62 g (12.5 mmol) of 10 was recovered, mp 180-182oC (CH2Cl2-MeOH 5:1). TLC (CH2Cl2-MeOH 5:1): Rf = 0.33. IR (KBr): 3300 (NH), 1620, 1570 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 3.69 (4H, s, 2CH2), 8.65 (2H, br, 2NH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ = 42.17 (C-4 and C-5), 171.50 (C-2). MS: m/z = 115 (M++H, 12), 87

(100), 71 (20), 69 (15). Anal. Calcd for C3H6N4O: C, 31.58, H, 5.30, N, 49.10. Found: C, 31.65, H, 5.35, N, 49.02.

52

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)imidazolidin-2-one (12) To a suspension of 11 (0.42 g, 3.7 mmol) and K2CO3 (1.9 g, 13.7 mmol) in acetonitrile (30 mL) was added compound (7) (0.6 g, 3.7 mmol) and the resulting mixture was heated with stirring for 23 h. After cooling, the solid was filtered, washed with acetonitrile and the combined filtrate and washing was evaporated under vacuum. The residue was purified by column chromatography (columm; Al2O3, Brockmann II neutral; eluent: CH2Cl2-MeOH 5:1, v/v) to give 12 as a white crystal. Yield: 0.12 g (16%), mp 140-142oC (CH2Cl2-MeOH); TLC (Al2O3, Brockmann II neutral; CH2Cl2-MeOH 14:1): Rf = 0.68. IR (KBr): 3220 (NH), 1690 cm-1 (CO). 1H NMR (CDCl3): 3.32 (2H, t, J=6 Hz, CH2), 3.42 (2H, t, J=6 Hz, CH2), 4.35 (2H, s, CH2), 5.14 (1H, br s, NH), 7.30 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.62 (1H, dd, J=8.2. and 2.2 Hz, C(4')H), 8.29 (1H, d, J=2.2 Hz, C(2')H).

13

C NMR (CDCl3): 38.04 (C-4), 44.58 (C-5), 44.64 (CH2),

124.45 (C-5'), 131.81 (C-3'), 138.82 (C-4'), 149.17 (C-2'), 150.83 (C-6'). MS: m/z = 211 (M+, 100), 140 (28), 126 (90), 99 (70).

[1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)imidazolidin-2-ylidene]nitrosoamine (3) A mixture of 10 (1.8 g, 14 mmol), compound (7) (2.24 g, 14 mmol) and K2CO3 (6.80 g, 49 mmol) in acetonitrile (40 mL) was stirred at 70 ºC for 24 h. After cooling, the mixture was filtered, the filtrate was evaporated in vacuo and the residue was purified by column chromatography (CH2Cl2–MeOH, 5:1) to give imidacloprid (1, 1.85 g, 52%). mp 140ºC (EtOH). Imidacloprid (1.9 g, 7.4 mmol) was dissolved in ethanol (250 mL) and mixed with Raney nickel catalyst (5 g). The resulting mixture was stirred under H2 atmosphere until 1.05 equiv. of H2 (193 mL) had been absorbed. The catalyst was removed by filtration, the filtrate was concentrated in vacuo, and the residue was purified by column chromatography (CH2Cl2–MeOH, 9:1) to yield 3 (0.65 g, 36%), and 0.6 g (2.4 mmol) of Imidacloprid was recovered, mp 153ºC (CHCl3) (decomp). TLC (CH2Cl2–MeOH, 9:1) Rf = 0.25. IR (KBr): 3264 (NH), 1576, 1560, 1424 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6): δ = 3.70 (4H, br, 2CH2), 4.60 (2H, s, N-CH2), 7.55 (1H, d, J=8 Hz, C(5')H), 7.78 (1H, d, J=8 Hz, C(4')H), 8.38 (1H, s, C(2')H), 9.01 (1H, s, NH). 13C-NMR (DMSO-d6): δ = 40.99 (C-4), 44.09 (C-5), 46.12 (N-CH2), 124.36 (C-5'), 131.48 (C-3'), 139.44 (C-4'), 149.37 (C-2'), 149.57 (C-6'), 169.58 (C-2). MS: m/z = 240 (M++H, 60), 212 (100), 196 (18), 178 (10). Anal. Calcd for C9H10N5OCl: C, 45.10, H, 4.21, N, 29.22, Cl, 14.79. Found: C, 45.25, H, 4.40, N, 29.15, Cl, 14.61.

cis and trans-(3a,4,5,6,7,7a-Hexahydro-1H-benzimidazolidin-2-ylidene)nitroamine (15a and 15b) To a solution of KOH (5.0 g, 88 mmol) in water (15 mL) were successively added nitroguanidine (14:6.0 g, 58 mmol) and 1,2-diaminocyclohexane hydrochloride (13, a mixture of cis- and trans-isomers: 8.3 g,

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

53

44 mmol) and the resultant mixture was stirred at 70oC for 2 h. After cooling, the precipitate was collected by filtration, washed with water and dried to afford 15a,b (5.0 g, 62%), as a white powder. IR (KBr): 3430, 3200 (NH), 1610 cm-1. 1H NMR (CDCl3+DMSO-d6): δ = 1.40 (2H, m, CH2), 1.52 (2H, m, CH2), 1.68 (2H, m, CH2), 1.82 (2H, m, CH2), 2.18 (0.6H, dm, J=10 Hz, CH-trans), 3.20 (0.6H, dm, J=8 Hz, CH-trans), 3.90 (0.8H, s, 2CH-cis).

13

C NMR (CDCl3+DMSO-d6): δ = 19.17, 23.2, 26.36, 28.35,

52.88, 61.70, 77.27, 162.83, 164.50. Anal. Calcd for C7H12N4O2: C, 45.65, H, 6.57, N, 30.42. Found: C, 45.45, H, 6.49, N, 30.56.

Alternate method for the preparation of compounds 15a and 15b: A mixture of N-nitrodithiocarbamate15 (18: 3.2 g, 20 mmol) and 1,2-diaminocyclohexane (13: 2.73 g, 24 mmol) in water (15 mL) was heated at 60oC for 1 h. After cooling, the precipitate was filtered off, washed with water and dried to afford 15a,b (3.3 g, 90%).

cis- and trans-[[1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)-3a,4,5,6,7,7a-hexahydro-1H-benzimidazolidin-2ylidene]nitroamine (16a and 16b) A suspension of 15 (3.0 g, 16 mmol), compound (7) (2.6 g, 16 mmol) and K2CO3 (10.64 g, 76 mmol) in acetonitrile (125 mL) was heated with stirring for 48 h. After cooling, the solid was filtered off, washed with acetonitrile and the combined filtrate and washing was evaporated under vacuum. The residue was purified by column chromatography (column: Al2O3, Brockmann II neutral; eluent: hexane-acetone 7:3, v/v) to give pure 16a (1.4 g, 28%) and 16b (1.4 g, 28%). Compound (16a): mp 122-124oC (CHCl3); TLC (hexane-acetone 3:2) Rf = 0.35. 1H NMR (CDCl3): δ = 1.40 (3H, m, CH2), 1.59 (1H, m, CH2), 1.70 (2H, m, CH2), 1.85 (2H, m, CH2), 3.58 (1H, m, C(3a)H), 3.95 (1H, m, C(7a)H), 4.21 (1H, d, J=15.6 Hz, CH2-N), 4.86 (1H, d, J=15.6 Hz, CH2-N), 7.34 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.72 (1H, dd, J=8.2 and 2.4 Hz, C(4')H), 8.21 (1H, br s, NH), 8.32 (1H, d, J=2.4 Hz, C(2')H).

13

C NMR (CDCl3): δ = 24.19, 27.43, 29.24, 31.67, 42.53 (N-CH2), 69.45 (C-3a), 69.70 (C-7a),

124.60 (C-5'), 130.39 (C-3'), 138.97 (C-4'), 149.04 (C-2'), 151.30 (C-6'), 161.56 (C-2). Anal. Calcd for C13H16N5O2Cl: C, 50.41, H, 5.21, N, 22.61, Cl, 11.45. Found: C, 50.55, H, 5.29, N, 22.51, Cl, 11.31. Compound (16b): mp 180-182oC (CHCl3); TLC (hexane-acetone 3:2) Rf = 0.37. 1H NMR (CDCl3): δ = 1.35 (3H, m, CH2), 1.51 (1H, m, CH2), 1.89 (2H, m, CH2), 2.05 (1H, m, CH2), 2.18 (1H, m, CH2), 2.91 (1H, m, C(3a)H), 3.29 (1H, m, C(7a)H), 4.48 (1H, d, J=15.4 Hz, CH2-N), 4.58 (1H, d, J=15.4 Hz, CH2N), 7.32 (1H, d, J=8 Hz, C(5')H), 7.74 (1H, d, J=8 Hz, C(4')H), 8.30 (1H, s, C(2')H), 8.37 (1H, br s, NH). 13

C NMR (CDCl3): δ = 23.67, 23.84, 27.83, 28.81, 43.71 (N-CH2), 61.84 (C-3a), 64.13 (C-7a), 124.65

(C-5'), 130.38 (C-3'), 139.17 (C-4'), 149.17 (C-2'), 151.35 (C-6'), 163.39 (C-2). Anal. Calcd for C13H16N5O2Cl: C, 50.41, H, 5.21, N, 22.61, Cl, 11.45. Found: C, 50.51, H, 5.31, N, 22.55, Cl, 11.36. 1H-Benzimidazol-2-ylnitroamine (20) and 2-methylthio-1H-benzimidazole (19)

54

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

A mixture of N-nitrodithiocarbamate15 (18: 3.2 g, 20 mmol) and 1,2-phenylenediamine (17: 2.16 g, 20 mmol) in water (15 mL) was heated at 60oC for 1 h. After cooling, the yellow precipitate was filtered off, washed with water. Compound (20): 2.4 g (67%), as white powder, mp > 230oC (water); TLC (EtOAc): Rf = 0.38. IR (KBr): 3240 (NH), 1620, 1595, 1490, 1390, 1300, 1200 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 7.29 (2H, m, arom. H), 7.46 (2H, m, arom. H), 12.99 (2H, br, 2 NH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ = 112.05 (C-4 and C-7), 123.65

(C-5 and C-6), 128.97 (C-3a and C-7a), 151.23 (C-2). MS: m/z = 178 (M+, 5), 133 (100), 118 (8), 105 (32). Anal. Calcd for C7H6N4O2: C, 47.19, H, 3.39, N, 31.45. Found: C, 47.25, H, 3.29, N, 31.51. Compound (19): 0.5 g (15%). mp 202 oC (hexane-EtOAc 2:8). IR (KBr): 3250 (NH), 1620, 1595 cm-1. 1

H NMR (DMSO-d6): δ = 2.69 (3H, s, S-CH3), 7.10 (2H, m, arom. H), 7.36 (1H, br, arom. H), 7.49 (1H,

br, arom. H), 12.49 (1H, br, NH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ = 14.66 (CH3), 111.06 (C-7), 118.06 (C-4),

121.95 (C-6), 122.27 (C-5), 136.41 (C-7a), 144.59 (C-3a), 152.06 (C-2). MS: m/z = 164 (M+, 100), 149 (13), 131 (80), 122 (23), 118 (26), 91 (12).

[1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)-1H-benzimidazol-2-yl]nitroamine (21). To a stirred solution of 20 (1.3 g, 7 mmol) in dry DMF (30 mL) were successively added NaH (0.4 g (50% purity), 8 mmol) and compound (7) (1.18 g, 7 mmol). The resulting mixture was heated at 80oC for 2 h. After cooling, the solvent was evaporated in vacuo, the residue was washed with acetone and water. The crude product was dissolved in CHCl3, filtered and the filtrate was evaporated in vacuo to afford 0.8 g (36%) of 21, as light yellow crystals, mp 221 oC (CHCl3) (decomp); TLC (EtOAc): Rf = 0.63. IR (KBr): 3328 (NH), 1560, 1496, 1280, 1136 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 5.41 (2H, s, CH2), 7.32 (2H, m, arom. H), 7.47 (1H, d, J=8.4 Hz, C(5')H), 7.60 (1H, m, arom. H), 7.63 (1H, m, arom. H), 7.79 (1H, dd,

J=8.4 and 2.5 Hz, C(4')H), 8.50 (1H, d, J=2.5 Hz, C(2')H), 13.26 (1H, br, NH). 13C NMR (DMSO-d6): δ = 42.48 (CH2), 110.44 (C-4), 112.91 (C-7), 123.89 (C-5), 124.01 (C-6), 124.34 (C-5'), 128.83 (C-3'), 129.02 (C-3a), 130.90 (C-7a), 138.98 (C-4'), 149.11 (C-2'), 149.73 (C-6'), 149.92 (C-2). MS: m/z = 303 (M+, 5), 258 (62), 132 (100), 126 (62). Anal. Calcd for C13H10N5O2Cl: C, 51.41, H, 3.32, N, 23.06, Cl, 11.67. Found: C, 51.55, H, 3.39, N, 22.91, Cl, 11.45.

(4,5-Diphenylimidazolidin-2-ylidene)nitroamines (23). General Procedure A stirred suspension of appropriate ethylenediamine derivative (15 mmol)18 and compound (5) (3.7 g, 27 mmol) in water (10 mL) was heated at 90-95oC for 2 h. After cooling, the solid was filtered and purified by column chromatography (CH2Cl2-MeOH 10:1), as a white powder.

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

55

Compound (23a): Yield 61%. TLC (hexane-acetone 6:4) Rf = 0.33. 1H NMR (CDCl3): δ = 5.42 (2H, s, 2CH), 6.90 (4H, m, arom. H), 7.08 (6H, m, arom. H), 8.05 (2H, br, 2NH). 13C NMR (CDCl3): δ = 63.30 (C-4 and C-5), 127.09, 128.2, 128.29, 134.73 (C-1' and C-1"), 163.42 (C-2). Compound (23b): Yield 74%; TLC (CH2Cl2-MeOH 5:1) Rf = 0.68. IR (KBr): 3420 (NH), 1600 cm-1. 1H NMR (CDCl3): δ = 5.42 (2H, s, 2CH), 6.88 (4H, d, J=8 Hz, arom. H), 7.17 (4H, d, J=10 Hz, arom. H), 8.24 (2H, br s, 2NH). 13C NMR (CDCl3): δ = 62.62 (C-4 and C-5), 128.40, 128.72, 133.06 (C-1' and C1"), 134.61 (C-4' and C-4"), 163.27 (C-2). Compound (23c): Yield 52%; TLC (CH2Cl2-MeOH 9:1): Rf = 0.44. IR (KBr): 3400 (NH), 1600, 1520, 1360 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 5.74 (2H, s, 2CH), 7.41 (4H, m, arom. H), 7.83 (2H, s, arom. H), 7.91 (2H, d, J=8 Hz, arom. H), 8.33 (2H, br s, 2NH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ = 60.99 (C-4 and C-5),

121.92 (C-4' and C-4"), 122.61 (C-2' and C-2"), 129.73 (C-5' and C-5"), 133.83 (C-6' and C-6"), 138.95 (C-1' and C-1"), 147.29 (C-3' and C-3"), 163.25 (C-2). Compound (23d): Yield 40%; TLC (CH2Cl2-acetone 4:1): Rf = 0.71. IR (KBr): 3420 (NH), 1600 cm-1. 1

H NMR (CDCl3): δ = 5.83 (2H, s, 2CH), 7.15 (6H, m, arom. H), 7.21 (2H, m, arom. H), 9.17 (2H, br s,

2NH). 13C NMR (CDCl3): δ = 58.98 (C-4 and C-5), 127.43, 129.80, 130.20, 130.40, 133.38 (C-2' and C2"), 134.37 (C-1' and C-1"), 163.92 (C-2).

Alternate method for the preparation of compounds 23a and 23b: A mixture of N-nitrodithiocarbamate15 (18: 1.6 g, 10 mmol) and 1,2-diamino-1,2-diphenylethane (22a: 2.5 g, 12 mmol) or 1,2-diamino-1,2-bisz(4-chlorophenyl)ethane (22b: 3.35 g, 12 mmol) in water (10 mL) was heated at 60oC for 1 h. After cooling, the precipitate was filtered off, washed with water and dried to afford 23a (2.5 g, 88%) or 23b (3.45 g, 99%).

[1-(6-Chloropyridin-3-ylmethyl)-4,5-diphenylimidazolidin-2-ylidene]nitroamines (24). General Procedure To a suspension of compound (23) (4 mmol) and compound (7) (0.65 g, 4 mmol) in acetonitrile (40 mL) was added K2CO3 (3.0 g, 20 mmol), and the resulting mixture was heated for 24 h. After cooling, the reaction mixture was filtered, the solid washed with acetonitrile and then the combined filtrate and washing was evaporated in vacuo. The residue was purified by column chromatography (CH2Cl2methanol 20:1 as eluent) to yield 24. Compound (24a): Yield 54%, mp 103-104oC (CH2Cl2-MeOH). TLC (hexane-acetone 4:1, Al2O3): Rf = 0.15. 1H NMR (CDCl3): δ = 3.79 (1H, d, J=15.2 Hz, CH2), 4.89 (1H, d, J=9.8 Hz, CH), 5.14 (1H, d,

J=15.2 Hz, CH2), 5.35 (1H, d, J=9.8 Hz, CH), 6.77 (2H, d, J=7.2 Hz, arom. H), 6.89 (2H, d, J=6.6 Hz, arom. H), 7.15 (6H, m, arom. H), 7.32 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.66 (1H, dd, J=8.2 and 2.2 Hz,

56

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

C(4')H), 8.03 (1H, d, J=2 Hz, C(2')H), 8.57 (1H, s, NH). 13C NMR (CDCl3): δ = 43.25 (CH2), 62.79 (C4), 65.30 (C-5), 124.71 (C-5'), 126.89, 128.00, 128.44, 128.61, 128.75, 129.08, 129.51 (arom. C), 131.67 (C-3'), 134.25 (arom.C), 139.64 (C-4'), 149.64 (C-2'), 151.68 (C-6'), 161.79 (C-2). MS: m/z = 409 (15), 407 (M+, 45), 363 (16), 361 (48), 256 (22), 229 (38), 180 (48), 126 (100). Anal. Calcd for C21H18N5O2Cl: C, 61.84, H, 4.45, N, 17.17, Cl, 8.69. Found: C, 61.65, H, 4.29, N, 17.31, Cl, 8.81. Compound (24b): Yield 68%; mp 205-208oC (hexane-acetone). TLC (hexane-acetone 4:1, Al2O3): Rf = 0.12. 1H NMR (CDCl3): δ = 3.81 (1H, d, J=15.2 Hz, CH2), 4.92 (1H, d, J=9.7 Hz, CH), 5.22 (1H, d,

J=15.2 Hz, CH2), 5.40 (1H, d, J=9.7 Hz, CH), 6.81 (2H, d, J=8.2 Hz, arom. H), 6.92 (2H, d, J=8.3 Hz, arom. H), 7.23 (2H, d, J=8.4 Hz, arom. H), 7.26 (2H, d, J=8.2 Hz, arom. H), 7.41 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.72 (1H, dd, J=8.2 and 2.2 Hz, C(4')H), 8.11 (1H, d, J=2 Hz, C(2')H), 8.63 (1H, s, NH). MS:

m/z = 477 (12), 475 (M+, 8), 433 (98), 432 (100), 398 (80), 306 (28). Anal. Calcd for C21H16N5O2Cl3: C, 52.91, H, 3.38, N, 14.69, Cl, 22.31. Found: C, 53.05, H, 3.49, N, 14.51, Cl, 22.11. Compound (24c): Yield 32%, mp 244-246oC (hexane-acetone). TLC (hexane-acetone 7:3, Al2O3): Rf = 0.28. IR (KBr): 3410 (NH), 1590, 1540, 1480 cm-1. 1H NMR (DMSO-d6): δ = 4.08 (1H, d, J=16 Hz, CH2), 4.83 (1H, d, J=16 Hz, CH2), 5.57 (1H, d, J=10.3 Hz, CH), 5.79 (1H, d, J=10.3 Hz, CH), 7.33 (1H, d, J=6.8 Hz, arom. H), 7.37-7.40 (2H, m, arom. H and C(5')H), 7.48 (2H, t, J=8.4 Hz, arom. H), 7.67 (1H, br s, arom. H), 7.76 (1H, dd, J=8.2 and 2.2 Hz, C(4')H), 7.86 (1H, s, arom. H), 7.92 (2H, m, arom. H), 8.20 (1H, d, J=1.5 Hz, C(2')H), 9.82 (1H, s, NH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ = 43.49 (CH2), 61.10 (C-4),

63.38 (C-5), 121.86, 122.40, 123.03 (arom.C), 124.21 (C-5'), 129.49, 129.91 (arom.C), 131.02 (C-3'), 133.78, 136.11, 138.63 (arom. C), 139.70 (C-4'), 147.14, 147.33 (arom. C), 149.50 (C-2'), 149.58 (C-6'), 161.13 (C-2). Anal. Calcd for C21H16N7O6Cl: C, 50.66, H, 3.24, N, 19.69, Cl, 7.12. Found: C, 50.50, H, 3.19, N, 19.51, Cl, 7.21. Compound (24d): Yield 55%, mp 232-234oC (CH2Cl2-MeOH). TLC (CH2Cl2-acetone 9:1): Rf = 0.69. IR (KBr): 3200 (NH), 1560, 1540, 1460 cm-1. 1H NMR (CDCl3): δ = 3.75 (1H, d, J=15 Hz, CH2), 5.07 (1H, d, J=15 Hz, CH2), 5.66 (1H, d, J=9.7 Hz, CH), 5.90 (1H, d, J=9.7 Hz, CH), 6.82 (1H, d, J=7.4 Hz, arom. H), 7.05 (1H, t, J=7.5 Hz, arom. H), 7.16 (4H, m, arom. H), 7.21 (1H, m, arom. H), 7.25 (1H, d, J=8 Hz, arom. H), 7.34 (1H, d, J=8.2 Hz, C(5')H), 7.65 (1H, dd, J=8.2 and 2.2 Hz, C(4')H), 8.12 (1H, d, J=2 Hz, C(2')H), 8.54 (1H, s, NH). 13C NMR (CDCl3): δ = 43.70 (CH2), 58.92 (C-4), 60.05 (C-5), 124.87 (C-5'), 126.87, 126.92, 128.33 (arom. C), 129.27 (C-3'), 129.47, 129.51, 129.86, 130.25, 130.32, 130.55, 132.08, 133.82, 135.16 (arom. C), 139.87 (C-4'), 150.18 (C-2'), 151.98 (C-6'), 161.87 (C-2). Anal. Calcd for C21H16N5O2Cl3: C, 52.91, H, 3.38, N, 14.69, Cl, 22.31. Found: C, 52.75, H, 3.29, N, 14.71, Cl, 22.41.

HETEROCYCLES, Vol. 55, No. 1, 2001

57

ACKNOWLEDGEMENTS Financial support from Hungarian OTKA Foundation (T022955) and Chinoin-Sanofi AgroChem Business Unit Budapest is gratefully acknowledged.

REFERENCES

1. A. Elbert, B. Becker, J. Hartwig, and C. Erdelen, Pflanzenschutz-Nachr. Bayer, 1991, 44, 113. 2. J.W. Mullins, ″Imidacloprid: A new nitroguanidine insecticide″. In pest Control with Enhanced

Enviromental Safety, ACS Symp. Ser. 524, ed. by S. O. Duke, J. J. Menn, and J. L. Plimmer, Wasington D.C., 1993, pp. 183-90. 3. W. Leich, Pestic Outlook, 1993, 4, 17. 4. M-Y. Liu and J. E. Casida, Pestic. Biochem. Physiol., 1993, 46, 40. 5. M-Y. Liu, B. Latli, and J. E. Casida, Pestic. Biochem. Physiol., 1994, 50, 171. 6. A. Elbert, R. Nanen, M. Cahill, A. L. Devonshire, A. W. Scarr, S. Sone, and R. Steffens,

Pflanzenschutz-Nachr. Bayer, 1996, 49, 5. 7. R. Nanen, J. Strobel, K. Tietjen, Y. Otsu, C. Erdelen, and A. Elbert, Bull. Entomol. Res., 1996, 86, 165. 8. J. Stetter, and F. Lieb, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 2000, 39, 1724. 9. R. Nanen, K. Tietjen, K. Wagner, and A. Elbert, Pestic. Sci., 1998, 52, 53. 10. L. Fishbein and J. A. Gallaghan, J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, 1877. 11. 2-Chloro-5-chloromethylpyridine (7)14 was synthesized from 2-amino-5-picoline via 2-chloro-5hydroxymethylpyridine.13 12. Determination of structures of the compounds 8, 9, 16a, 16b, 21 and 24 was taken by comparison of their 1H and 13C NMR spectra with that of imidacloprid. 13. P. M. Windscheif and T. Võgdle, Synthesis, 1994, 87. 14. B. Latli and J. E. Casida, J. of Labelled Comp. and Radiopharm., 1992, 31, 8, 609. 15. Dimethyl N-nitrodithiocarbamate (18)19 was synthesized from carbondisulfide via dithiocarbamic acid methyl ester16 and dithiocarbimidoic acid dimethyl ester.17 16. L. Brandsma, R. L. P. de Jong and H. D. Ver Kruijsse, Synthesis, 1985, 948. 17. M. Yokohama and H. Hatanaka, Synthesis, 1985, 891-892. 18. S. Trippett, J. Chem. Soc., 1957, 4407.

58

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

19. S. Kojima, M. Funabora, N. Kawahara, and Y. Iijoshi (Nippon Soda Co. Ltd), DPCT Int. Appl. WO 9204,329(Cl.C07D233/52), 1. Mar. 1992, JP Appl. 90/239,099, 11. Sep. 1990, 15pp (Chem. Abstr., 1992, 117, P26596h). 20. B. A. F. McKay and G. F. Wright, J. Am. Chem. Soc., 1948, 70, 430.

2. KÖZLEMÉNY

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

43

HETEROCYCLES, Vol. , No. , , pp. -. © The Japan Institute of Heterocyclic Chemistry Received, , Accepted, , Published online, . COM-06- (Please do not delete.)

SYNTHESIS OF CYCLOALKANOINDOLES, THE CARBA ANALOGS OF PHYSOSTIGMINE

Imre Kiraly, Gabor Hornyanszky, Katalin Kupai, and Lajos Novak*

Department of Organic Chemistry and Technology, Budapest University of Technology and Economics, Research Group for Alkaloid Chemistry of the Hungarian Academy of Sciences, Gellért tér 4, 1111 Budapest, Hungary. Fax +36(1)4633297; E-mail: [email protected]

Abstract – The title compounds 9 were prepared by combined aza-Claisen rearrangement/intramolecular ring-closure reaction of N-allylaniline derivatives 3, followed by BBr3 mediated cleavage of methoxy group and subsequent formation of the phenylcarbamyl derivatives.

INTRODUCTION Alzheimer’s disease is one of the leading cause of death in the Western societies. The disease is a progressive dementia associated with the cholinergic system. Acetylcholinesterase enzyme rapidly metabolizes the naturally released acetylcholine causing a lack in this neurotransmitter.1-3 An alkaloid of the African Calabar bean (Physostigma venesonum), (-)-physostigmine, inhibits the acetylcholinesterase by transcarbamylation. This inhibition reduces the rate of hydrolysis of acetylcholine in the brain and increases its colinerg activity. Physostigmine has been used medically to improve memory and relief in Alzheimer’s disease.4-6 Phenserine, in which the methylcarbamyl group of Physostigmine was substituted by phenylcarbamyl group, is highly potent in inhibiting acetylcholinesterase due to its increased ability to cross the blood-brain barrier. The growing need for new acetylcholinesterase inhibitors in clinical trials and applications had focused interest on the preparation of physostigmine congeners.7-9 For instance, the pyrrolo[2,3-b]indole skeleton had been replaced by furo[2,3-b]indole and furo[2,3-b]benzofuran ring.10 However, the carba analogs, in which one of the nitrogen-containing ring had been substituted by cycloalkano skeleton, have not got attention.

44

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

Our general interest in the preparation of new heterocyclic compounds, which might be promising in the treatment of mental diseases, prompted us to elaborate methods for the synthesis of the carba analogs of pyrrolo[2,3-b]indole. In this report we present methods for the preparation of the cycloalkano-indole derivatives (Scheme 1, 5 and 6).11

H N

H N

O

O

O

O N

N

N

(-)-physostigmine

N

phenserine

RESULTS AND DISCUSSION Our synthesis was based on combined aza-Claisen rearrangement/intramolecular ring-closing reaction of N-allylaniline derivatives 3.12 Treatment of aniline with 1-(chloromethyl)cyclohex-1-ene (2a) afforded N-(cyclohexenylmethyl)benzeneamine (3a), which was subjected to thermal rearrangement using BF3.OEt2 as a catalyst. A mixture of three products (5a, 6a and 7a) were formed, which was easily separated by column chromatography, in (20 %, 7 %, and 6 %) yields, respectively (Table 1, Entries 1 and 8).

The structure of these compounds were determined based on their spectroscopic properties. The stereochemistry of 5a and 6a were established on the basis of NOE difference experiments. Irradiation of CH3-8a of 5a (1.24 ppm) showed NOE on H-4b (2.67 ppm, 1.9 %), indicating a cis relationship between H-4b/CH3-8a. Furthermore, irradiation of H-4b (2.67 ppm) also showed an increase (5 %) in the intensity of methyl signal. However, in the case of 6a irradiation of CH3-8a (0.87 ppm) did not give significant change of the H-4b signal (2.49 ppm). Likewise, irradiation of H-4b (2.49 ppm) resulted only a moderate increase of the intensity of CH3-8a signal (2 %), indicating a trans relationship between these groups. Compound 7a was formed from the product of rearrangement reaction (4a) by double bond migration.

Likewise, reaction between aniline and (E)-1-(chloromethyl)cyclohept-1-ene (2b) afforded compound 3b. Thermal rearrangement of the latter, followed by ring-closure, furnished 5b and 6b in (27 % and 9 %) yields, respectively. Here the side product 7b was formed in 9 % yield (Entries 2 and 9).

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

45

n

Cl R1

R1

BF3.Et2 O

+

NH

N

n

R2

1

R2

3

2

n

n

R

R1

1

NH

N

R2

4

R2

n R1

R1

H n

R1

n +

N

5

H

R2

+ N

6

NH

R2

7

R2

Scheme 1

Attempted reaction of 1a with 1-(chloromethyl)cyclopent-1-ene (2c) afforded compound 3c. Thermal rearrangement of this compound, followed by ring-closure reaction, furnished only the cis-isomer (5c) and the side-product (7c) in 50% and 8% yields, respectively (Entries 3 and 10).

Having achieved the synthesis of 5a,b and 6a,b, we turned our attention to obtain substituted analogs, too. Reaction of 1b with 2a afforded 3d in 65 % yield. However, the attempted rearrangement of the latter failed. From the reaction mixture we could isolate only the unchanged starting compound and some degradation products (Entries 4 and 11). In the case of alkylation of compound 1b with 2c gave the wanted product 3e in moderate yield (44 %). Then 3e underwent thermal rearrangement followed by ring closure to afford the single stereoisomer 5e and the side-product 7e (Entries 5 and 12).

46

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

H

HO

n

BBr3

N C O

5 N

8 H N

R2 H

O

n

O N

9

R2

Scheme 2

Table 1. Compounds Prepared

Entry Substrate Reagent

R1

R2

n

Product(s)

Yields (%)

1

1a

2a

H

H

1

3a

68

2

1a

2b

H

H

2

3b

71

3

1a

2c

H

H

0

3c

59

4

1b

2a

OMe H

1

3d

65

5

1b

2c

OMe H

0

3e

44

6

1c

2c

OMe Me

0

3f

36

7

1c

2a

OMe Me

1

3g

78

8

3a

BF3.Et2O

H

H

1

5a, 6a, 7a

20, 7, 6

.

9

3b

BF3 Et2O

H

H

2

5b, 6b, 7b

27, 9, 9

10

3c

BF3.Et2O

H

H

0

5c, 7c

50, 8

11

3d

BF3.Et2O

OMe H

1

-

-

12

3e

BF3.Et2O

OMe H

0

5e, 7e

40, 11

13

3f

BF3.Et2O

OMe Me

0

7f

53

OMe Me

1

5g, 7g

51, 18

14

3g

.

BF3 Et2O

During the synthesis of compounds 3 we got a dialkylated side-product in all cases. In order to overcome this difficulty, 4-methylaminoanisole (1c) was prepared and treated by the 5 and 6-membered cyclic alkylatig agents (2a, 2c) to obtain the products 3g and 3f, respectively.

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

47

However the ring-closure reaction of 3f was unsuccessful, we got only the rearranged form (7f) of the expected product (Entry 13). Finally we could prepare 5f from 5e with the reaction of NaH and methyl iodide (Table 2, Entry 1). Fortunately 3g underwent ring-closure reaction in the high boiling sulfolane, in the presence of BF3.OEt2 catalyst, providing two main compounds, such as the cis-isomer of the product (5g) and the rearranged derivative (7g) (Entry 14). Presumably the sterical hindrance of the methyl group could be attributed to the absence of trans-isomer (6g). Table 2. Compounds Prepared Entry Substrate Reagent

R1

1

5e

NaH, MeI

2

5g

3

R2

n

Product(s)

Yields (%)

OMe Me

0

5f

71

BBr3

OH

Me

1

8a

73

5f

BBr3

OH

Me

0

8b

93

4

8a

PhNCO

-

Me

1

9a

48

5

8b

PhNCO

-

Me

0

9b

58

To finish the synthesis, 5g and 5f had been treated with BBr3 and the hydroxyl derivatives 8a,b formed were then reacted with phenyl isocyanate to afford the carba analog of physostigmine 9b and its congeners 9a (Scheme 2. Table 2, Entries 2-5).

In summary, we have developed a straightforward approach to the analogs of physostigmine based on the combined aza-Claisen rearrangement/intramolecular ring-closure reaction of the N-allylaniline derivatives, followed by BBr3 mediated cleavage of methoxy group and subsequent formation of the phenylcarbamyl derivatives.

EXPERIMENTAL IR spectra were recorded on Spekord 75 IR spectrometer. 1H and 13C NMR spectra were obtained with a Bruker DRX-500 spectrometer; internal standard TMS. All solvents were dried by means of standard methods. Reactions were followed by TLC on Merck pre-coated silica gel 60F254 plates. Merck Kieselgel® 60 was employed for column chromatography. 1-(Chloromethyl)cyclohex-1-ene

(2a)13

was

prepared

by

known

procedure.

1-(Chloromethyl)cyclohept-1-ene (2b) was prepared from cycloheptanone according to the procedure

48

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

used for the preparation of 2a, in 30 % overall yield. 1-(Chloromethyl)cyclopent-1-ene (2c) was prepared from methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate by LiAlH4-reduction14 followed by the chlorination step according to that of 2a and 2b, in 54 % overall yield. 1-(Chloromethyl)cyclohept-1-ene (2b). Yellowish oil. TLC (CH2Cl2): Rf = 0.77. 1H NMR (CDCl3): δ 1.53 (m, 4H, 2 CH2), 1.75 (m, 2H, CH2), 2.15 (m, 2H, CH2), 2.26 (m, 2H, CH2), 4.02 (s, 2H, CH2-Cl), 5.95 (t, J = 6.4 Hz, 1H, HC=). 13C NMR (CDCl3): δ 24.20, 25.12, 28.71, 31.35, 32.61, 53.22 (CH2Cl), 132.54, 140.61. 1-(Chloromethyl)cyclopent-1-ene (2c). TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.66. 1H NMR (CDCl3): δ 1.87 (m, 2H, CH2), 2.42 (m, 4H, 2 CH2), 4.29 (s, 2H, CH2-Cl), 5.75 (s, 1H, HC=). 13C NMR (CDCl3): δ 22.88, 32.05, 32.42, 43.53, 129.82, 140,14.

N-(-Cyclohexenylmethyl)benzenamine (3a). A mixture of 2a (0.5 g, 3.8 mmol) and freshly distilled aniline (1.43 g, 15 mmol) in water (3 mL) was vigorously stirred at rt for 1 h. The reaction mixture was extracted with ether, the ethereal extract was dried (MgSO4) and then concentrated in vacuo. The residue was purified by column chromatography using hexane/EtOAc (9:1) as eluent to yield 3a as yellow oil (0.49 g, 68 %). TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.4. 1H NMR (CDCl3): δ 1.59 (m, 4H, 2 CH2), 2.00 (br. s, 4H, 2 CH2), 3.60 (s, 2H, N-CH2), 4.35 (br. s, 1H, NH), 5.67 (m, 1H, HC=), 6.64 (d, J = 7.95 Hz, 2H, ArH), 6.71 (t, J = 7.2 Hz, 1H, ArH), 7.50 (t, J = 7.50 Hz, 2H,ArH).

13

C NMR (CDCl3): δ 22.50, 22.71, 26.83, 50.80

(N-CH2), 113.32, 117.74, 119.32, 123.50, 129.16, 134.80, 148.00. Anal. Calcd for C13H17N: C, 83.37; H, 9.15; N, 7.48. Found: C, 83.20; H, 8.91; N, 7.36.

N-(-Cycloheptenylmethyl)benzenamine (3b). Compound 2b (0.4 g, 2.8 mmol) was added dropwise to a mixture of aniline (1.03 g, 11 mmol) and water (3 mL). The two phase system was vigorously stirred at rt for 2.5 h and then extracted with ether. The organic layer was dried (MgSO4) and concentrated in vacuo. The residue was purified by column chromatography using hexane/EtOAc (9:1) as eluent to afford 3b as light yellow liquid (0.39 g, 71 %). TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.61. 1H NMR (CDCl3): δ 1.48 (m, 4H, 2 CH2), 1.73 (m, 2H, CH2), 2.11 (m, 2H, CH2), 2.16 (m, 2H, CH2), 3.60 (br.s, 1H, NH), 3.61 (s, 2H, CH2), 5.80 (t, J = 6.3 Hz, 1H, HC=), 6.60 (d, J = 8.5 Hz, 2H, ArH), 6.68 (t, J = 7.2 Hz, 1H, ArH), 7.15 (t, J = 8.5 Hz, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 26.85, 27.11, 28.19, 31.12, 32.47, 51.90, 112.93, 117.18, 127.79, 129.12, 141.29, 148.41. Anal. Calcd for C14H19N: C, 83.53; H, 9.51; N, 6.96. Found: C, 83.27; H, 9.29; N, 7.02.

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

49

N-(-Cyclopentenylmethyl)benzenamine (3c). This compound was prepared accordingly to the method applied for 3b, using 1a and 2c as starting materials. 3c was yielded as a yellowish oil in 59 %. TLC (CH2Cl2/MeOH 99:1): Rf = 0,71. 1H NMR (CDCl3): δ 1.93 (m, 2H, CH2), 2,36 (m, 4H, 2 CH2), 3.78 (br.s, 1H, NH), 3.81 (s, 2H, N-CH2), 5.62 (br.s, 1H, HC=), 6.68 (d, J = 8.0 Hz, 2H, ArH), 6.74 (t, J = 7.4 Hz, 1H, ArH), 7.20 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 23.58, 32.55, 33.89, 45.19, 113.29, 117.73, 125.98, 129.07, 141.60, 147.78 N-(-Cyclohexenylmethyl)-4-methoxybenzenamine (3d). This compound was prepared using the same procedure as for the preparation of 3b and compounds 1b and 2a as starting materials: yield 65 %. Light yellow liquid. TLC (hexane/EtOAc 4:1): Rf = 0.49. 1H NMR (CDCl3): δ 1.60 (m, 4H, 2 CH2), 2.01 (m, 4H, 2 CH2), 3.58 (s, 2H, N-CH2), 3.76 (s, 3H, OCH3), 3.90 (s, 1H, NH), 5.68 (s, 1H, HC=), 6.57 (d, J = 8.45 Hz, 2H, ArH), 6.79 (d, J = 8.8 Hz, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 22.60, 22.93, 25.32, 27.10, 52.21 (N-CH2), 56.00 (OCH3), 115.02, 115.20, 123.90, 135.11, 141.91, 152.80. Anal. Calcd for C14H19NO: C, 77.38; H, 8.81; N, 6.45. Found: C, 77.27; H, 9.05; N, 6.22. N-(-Cyclopentenylmethyl)-4-methoxybenzenamine (3e). This compound was prepared accordingly to that method applied for 3b, using 1b and 2c as starting materials and was yielded as a yellowish oil in 44%.TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.51. 1H NMR (CDCl3): δ 1.90 (m, 2H, CH2), 2,33 (m, 4H, 2 CH2), 3,74 (s, 5H, N-CH2 + CH3), 4.10 (s, 1H, NH), 5.59 (s, 1H, HC=), 6.61 (d, J = 8.5 Hz, 2H, ArH), 6.77 (d, J = 9.0 Hz, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 23.57, 32.57, 33.94, 46.07, 56.01, 114.66, 115.03, 125.94, 142.39, 142.65, 152.46 N-(-Cyclopentenylmethyl)-4-methoxy-N-methylbenzenamine (3f). Compound 2c (2.87 g, 25 mmol) was added dropwise to a mixture of 1c (3.43 g, 25 mmol), triethylamin (5.06 g, 50 mmol) and water (25 mL). The two phase system was vigorously stirred at rt for 1.5 h and then extracted with dichloromethane. The organic layer was washed with brine, dried (MgSO4) and concentrated in vacuo. The residue was purified by column chromatography using hexane/EtOAc (7:3) as eluent to afford 3f as light yellow liquid (1.95 g, 36 %). TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf = 0.73. 1H NMR (CDCl3): δ 1.87 (m, 2H, CH2), 2.22 (m, 2H, CH2), ), 2.30 (m, 2H, CH2), 2.86 (s, 3H, CH3), 3.75 (s, 3H, CH3), 3.84 (s, 2H, N-CH2), 5.47 (s, 1H, HC=), 6.71 (d, J = 8.4 Hz, 2H, ArH), 6.82 (d, J = 8.7 Hz, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 23.66, 32.44, 33.85, 39.12, 54.75, 56.00, 114.5, 114.85, 126.71, 141.60, 141.64, 151.77

N-(-Cyclohexenylmethyl)-4-methoxy-N-methylbenzenamine (3g). To a suspension of 1c (0.5 g, 3.6 mmol) in water (5 mL) were added successively compound 2a (0.47 g, 3.6 mmol) and triethylamine (1

50

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

mL), and the resulting mixture was stirred at rt for 3 h. The reaction mixture was extracted with ether (2x20 mL), the ethereal extracts were dried (MgSO4), and the solvent was evaporated in vacuo. The residue was purified by flash chromatography using hexane/acetone (7:3) as eluent to afford 3f as light yellow oil (0.63 g, 78 %). TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf = 0.67. 1H NMR (CDCl3): δ 1.60 (m, 4H, 2 CH2), 1.9 (m, 2H, CH2), 2.82 (s, 3H, N-CH3), 3.64 (s, 2H, N-CH2), 3.74 (s, 3H, OCH3), 5.53 (s, 1H, =CH), 6.69 (m, 2H, ArH), 6.80 (m, 2H, ArH).

13

C NMR (CDCl3): δ 2.66, 22.75, 25.07, 26.58, 38.55 (N-CH3), 55.84 (O-CH3), 60.42

(N-CH2), 114.15, 114.69, 122.76 (=CH), 134.53 (=C), 145.14, 151.48. Anal. Calcd for C15H21NO: C, 77.88; H, 9.15; N, 6.05. Found: C, 77.59; H, 8.82; N, 6.21. 5,6,7,8,8a,9-Hexahydro-8a-methyl-4bH-carbazole (5a and 6a). To a solution of compound 3a (0.48 g, 2.6 mmol) in sulfolane (10 mL) was added BF3.OEt2 (0.33 mL, 2.6 mmol) and the resulting mixture was stirred at 170-175 oC for 2 h under Ar. After cooling, water (10 mL) was added and the mixture was extracted with chloroform. The organic extract was dried (MgSO4), concentrated in vacuo, and the sulfolane was removed by column chromatography (using hexane/EtOAc 9:1 as eluent). The crude product was purified by preparative thin layer chromatography to give 5a (95 mg, 20 %), 6a (32 mg, 7 %), and 7a (30 mg, 6 %). Compound 5a: yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.29. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.20 (m, 2H, C6-H and C7-H), 1.24 (s, 3H, CH3), 1.39 (m, 2H, C6-H and C7-H), 1.42 (m, 2H, C8-H), 1.67 (m, 1H, C5-H), 1.82 (m, 1H, C5-H), 2.67 (m, 1H, C4b-H), 5.31 (s, 1H, NH), 6.47 (d, J = 7.6 Hz, 1H, C1-H), 6.53 (t, J = 7.4 Hz, 1H, C3-H), 6.88 (t, J = 7.6 Hz, 1H, C2-H), 6.95 (d, J = 7.3 Hz, 1H, C4-H). 13C NMR (DMSO-d6): δ 21.94 (C-7), 21.96 (C-6), 25.05 (C-5), 25.93 (CH3), 35.11 (C-8), 46.98 (C-4b), 63.08 (C-8a), 108.83 (C-1), 116.69 (C-3), 122.38 (C-4), 126.65 (C-2), 132.11 (C-4a), 150.42 (C-9a). Anal. Calcd for C13H17N: C, 83.37; H, 9.15; N, 7.48. Found: C, 83.44; H, 9.02; N, 7.21. Compound 6a: yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.23. 1H NMR (DMSO-d6): δ 0.87 (s, 3H, CH3), 1.35 (m, 1H, C7-H), 1.40 (m, 1H, C5-H), 1.47 (m, 1H, C6-H), 1.64 (m, 2H, C6-H and C7-H), 1.80 (m, 2H, C7-H and C8-H), 2.05 (m, 1H, C5-H), 2.49 (m, 1H, C4b), 5.40 (s, 1H, NH), 6.54 (d, J = 7.7 Hz, 1H, C1-H), 6.55 (t, J = 7.4 Hz, 1H, C3-H), 6.89 (t, J = 7.6 Hz, 1H, C2-H), 6.92 (d, J = 7.0 Hz, 1H, C4-H). 13C NMR (DMSO-d6): δ 17.74 (CH3), 21.77 (C-5), 22.52 (C-6), 25.68 (C-7), 37.70 (C-8), 51.42 (C-4b), 65.84 (C-8a), 109.28 (C-1), 117.01 (C-3), 121.34 (C-4), 126.27 (C-2), 131.32 (C-4a), 150.84 (C-9a). Anal. Calcd for C13H17N: C, 83.37; H, 9.15; N, 7.48. Found: C, 83.09; H, 8.87; N, 7.57. Compound 7a: light yellow oil. TLC (hexane/CH2Cl2 1:1): Rf = 0.27. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.40 (s, 3H, CH3), 1.68 (m, 4H, 2 CH2), 2.05 (m, 4H, 2 CH2), 4.50 (br.s, 2H, NH2), 6.16 (t, J = 7.5 Hz, 1H, ArH), 6.64 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 6.75 (d, J = 6.5 Hz, 1H, ArH), 6.91 (t, J = 6.5 Hz, 1H, ArH).13C NMR

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

51

(DMSO-d6): δ 21.29 (CH3), 23.87, 24.16, 31.47, 31.73, 115.00, 117.02, 128.94, 129.31, 129.83, 130.69, 145.31. Anal. Calcd for C13H17N: C, 83.37; H, 9.15; N, 7.48. Found: C, 83.57; H, 8.93; N, 7.52. 5a-Methyl-5,5a,6,7,8,9,10,10a-octahydrocyclohepta[b]indole (5b and 6b). To a solution of 3b (0.35 g, 1.7 mmol) in sulfolane (13 mL) was added BF3.OEt2 (0.22 mL, 1.7 mmol) and the resultant mixture was stirred at 160-170 oC for 40 min under Ar. After cooling, water (15 L) was added and the reaction mixture was extracted with chloroform. The organic layer was dried (MgSO4), concentrated in vacuo, and the sulfolane was removed by column chromatography using hexane/EtOAc (9:1) as eluent. The crude product was purified by preparative thin layer chromatography to yield 5b (93 mg, 27 %), 6b (31 mg, 9 %), and 7b (30 mg, 9 %). Compound 5b: colorless semisolid. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.51. 1H NMR ( CDCl3): δ 1.27 (s, 3H, CH3), 1.38 (m, 1H, C7-H), 1.40 (m, 1H, C8-H), 1.42 (m, 1H, C9-H), 1.63 (m, 1H, C8-H), 1.70 (m, 1H, C7-H), 1.74 (m, 1H, C6-H), 1.76 (m, 2H, C9-H and C10-H), 1.80 (m, 2H, C6-H and C10-H), 2.95 (dd, J = 8 and 2 Hz, 1H, C10a-H), 3.1 (br.s, 1H, NH), 6.53 (d, J = 7.8 Hz, 1H, C4-H), 6.68 (t, J = 7.4 Hz, 1H, C2-H), 7.00 (t, J = 7.4 Hz, 1H, C3-H), 7.01 (d, J =7.4 Hz, 1H, C1-H). 13C NMR (CDCl3): δ 24.65 (C-7), 28.50 (C-9), 30.81 (CH3), 31.37 (C-8), 32.33 (C-10), 40.39 (C-6), 53.96 (C-10a), 65.94 (C-5a), 108.75 (C-4), 118.07 (C-2), 124.64 (C-1), 127.38 (C-3), 133.28 (C-10b), 149.08 (C-4a). Anal. Calcd for C14H19N: C, 83.53; H, 9.51; N, 6.96. Found: C, 83.36; H, 9.27; N, 7.05. Compound 6b: colorless semisolid. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.42. 1H NMR ( CDCl3): δ 1.12 (s, 3H, CH3), 1.37 (m,1H, C7-H), 1.52 (m, 1H, C8-H), 1.55 (m, 1H, C9-H), 1.63 (m, 1H, C10-H), 1.75 (m, 1H, C8-H), 1.80 (m, 1H, C6-H), 1.91 (m, 2H, C6-H and C7-H), 2.00 (m, 2H, C9-H), 2.25 (m, 1H, C10-H), 3.19 (dd, J = 12.5 and 5.5 Hz, 1H, C10a-H), 3.3 (br.s, 1H, NH), 6.55 (d, J = 7.6 Hz, 1H, C4-H), 6.70(t, J = 7.5Hz, 1H, C2-H), 6.95 (t, J = 7.5 Hz, 1H, C3-H), 6.98 (d, J = 8 Hz, 1H, C1-H). 13C NMR (CDCl3): δ 20.48 (CH3), 23.55 (C-10), 25.76 (C-8), 26.05 (C-9), 27.49 (C-7), 42.58 (C-6), 48.12 (C-10a), 69.38 (C-5a), 109.02 (C-4), 118.37 (C-2), 122.75 (C-1), 126.90 (C-3), 133.32 (C-10b), 149.76 (C-4a). Anal. Calcd for C14H19N: C, 83.53; H, 9.51; N, 6.96. Found: C, 83.42; H, 9.32; N, 6.68. Compound 7b: yellow oil. TLC hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.47. 1H NMR (CDCl3): δ 1.55 (m, 1H, CH2), 1.56 (s, 3H, CH3), 1.60 (m, 3H, CH3), 1.77 (m, 1H, CH2), 1.85 (m, 1H, CH2), 2.22 (m, 1H, CH2), 2.32 (m, 1H, CH2), 2.34 (m, 1H, CH2), 2.42 (m, 1H, CH2), 3.60 (br.s, 2H, NH2), 6.68 (d, J = 8.3 Hz, 1H, ArH), 6.71 (t-d, J = 7.5 and 1 Hz, 1H, ArH), 6.90 (dd, J = 7.5 and 1 Hz, 1H, ArH, 7.02 (t-d, J = 7.5 and 1.5 Hz, 1H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 22.63(CH3), 26.36, 27.39, 32.48, 35.09, 35.39, 114.93, 118.30, 127.03, 128.77, 131.95, 134.60, 138.15, 142.58. Anal. Calcd for C14H19N: C, 83.53; H, 9.51; N, 6.96. Found: C, 83.72; H, 9.39; N, 7.16.

52

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

3a-Methyl-1,2,3,3a,4,8b-hexahydrocyclopent[b]indole

and

2-(2-methylcyclopent-1-enyl)benzen-

amine (5c and 7c) To a solution of 3c (0.155 g, 0.9 mmol) in sulfolane (6 mL) was added BF3.OEt2 (0.14 mL, 1.1 mmol) and the resultant mixture was stirred at 160-170 oC for 100 min under Ar. After cooling, water (10 L) was added and the reaction mixture was extracted with chloroform. The organic layer was dried (MgSO4), concentrated in vacuo, and the sulfolane was removed by column chromatography on Al2O3 gel using hexane/EtOAc (9:1) as eluent. The crude product was purified by preparative thin layer chromatography to yield 5c (77 mg, 50 %), 7c (12 mg, 8 %). Compound 5c: yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.45. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.28 (s, 3H, CH3), 1.45 (m, 1H, CH2), 1,55 (m, 3H, CH2), 1,72 (m, 1H, CH2), 2,00 (m, 1H, CH2), 3,13 (d, J = 8.5 Hz, 1H, CH), 5.50 (br.s, 1H, NH), 6.32 (d, J = 7.5 Hz, 1H, ArH), 6.44 (t, J = 7.0 Hz, 1H, ArH), 6.84 (t, J = 7.5 Hz, 1H, ArH), 6.89 (d, J = 7.0 Hz, 1H, ArH).

13

C NMR (DMSO-d6): δ 25.35, 28.04, 35.39, 42.41, 53.42, 70.59,

107.03, 116.21, 124.28, 127.23, 132.28, 151.43. Compound 7c: yellow oil. TLC hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.36. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.53 (s, 3H, CH3), 1.88 (m, 2H, CH2), 2.42 (m, 2H, CH2), 2.53 (m, 2H, CH2), 4.54 (br.s, 2H, NH2), 6.50 (t, J = 7.5 Hz, 1H, ArH), 6.64 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 6.81 (d, J = 7.5 Hz, 1H, ArH), 6.92 (t, J = 8.0 Hz, 1H, ArH). 13C NMR (DMSO-d6): δ 15.11, 22.0, 37.19, 38.22, 114.51, 115.96, 122.95, 127.38, 128.84, 133.47, 135.31, 145.27.

7-Methoxy-3a-methyl-1,2,3,3a,4,8b-hexahydrocyclopent[b]indole

and

4-metoxy-2-(2-methyl-

cyclopent-1-enyl)benzenamine (5e and 7e) These compounds were prepared accordingly to the method applied for 5c and 7c using 3e as a starting material. Compound 5e: yellow oil, yielded in 40%. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.48. 1H NMR (CDCl3): δ 1.40 (s, 3H, CH3), 1.63 (m, 3H, CH2), 1,17 (m, 2H, CH2), 2,00 (m, 1H, CH2), 3,00 (br.s, 1H, NH), 3,25 (d, J = 7.8 Hz, 1H, CH), 3.74 (s, 3H, CH3), 6.55 (d, J = 20.4 Hz, 1H, ArH), 6.62 (d, J = 20.4 Hz, 1H, ArH), 6.65 (br.s, 1H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 25.77, 28.26, 35.23, 43.19, 54.72, 56.17, 72.05, 110.03, 111.53, 112.77, 135.40, 144.33, 153.85. Compound 7e: yellow oil, yielded in 11%. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.41. 1H NMR (CDCl3): δ 1.61 (s, 3H, CH3), 1.95 (m, 2H, CH2), 2,45 (m, 2H, CH2), 2,62 (m, 2H, CH2), 3,77 (br.s, 5H, NH2+CH3), 6.57 (s, 1H, ArH), 6.68 (m, 2H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 15.27, 22.65, 37.98, 38.86, 55.91, 113.59, 114.71, 116.77, 126.65, 133.45, 137.00, 137.32, 152.74.

4-metoxy-N-methyl-2-(2-methylcyclopent-1-enyl)benzenamine (7f) The preparation of 7f was similar to that of 5c and 7c using 3f as a starting material. Compound 7f: yellow oil, yielded in 53%. TLC (hexane/EtOAc 9:1): Rf = 0.61. 1H NMR (CDCl3): δ 1.57

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

53

(s, 3H, CH3), 1.94 (m, 2H, CH2), 2,47 (m, 2H, CH2), 2,59 (m, 2H, CH2), 2.81 (s, 3H, N-CH3), 3,18 (br.s, 1H, NH), 3.74 (s, 3H, O-CH3), 6.59 (s, 2H, ArH), 6.76 (m, 1H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 15.17, 22.60, 32.03, 38.04, 38.83, 56.00, 111.00, 113.02, 115.31, 123.23, 133.33, 137.46, 141.04, 151.51. 5,6,7,8,8a,9-Hexahydro-3-methoxy-8a,9-dimethyl-4bH-carbazole (5g). To a solution of 3g (0.5 g, 2.2 mmol) in sulfolane (6 mL) was added BF3.Et2O (0.28 mL, 2.2 mmol) and the resulting mixture was heated at 185-190 oC for 30 min. After cooling, the reaction mixture was diluted with water (20 mL) and extracted with CH2Cl2 (3x50 mL). The combined extracts were dried (MgSO4), the solvent was evaporated in vacuo, and the sulfolane was removed by column chromatography on Al2O3 gel using hexane/EtOAc (9:1) as eluent. The resulting mixture of 5g and side product 7g (R1= OMe, R2= Me, n= 1) was dissolved in ether (15 mL) and treated with phenylisocyanate (0.185 mL). After stirring at rt for 18 h, the solvent was evaporated in vacuo, and the residue was purified by chromatography on Al2O3 gel (using hexane/EtOAc 9:1 as eluent) to afford 5g (0.26 g, 51 %) and the phenylcarbamate of 7g (0.14 g, 18 %). Compound 5g: light yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 9:1, Al2O3): Rf = 0.62. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.19 (s, 3H, CH3), 1.50 (m, 8H, 4 CH2), 2.7 (s, 3H, N-CH3), 3.66 (s, 3H, O-CH3), 6.28 (d, J = 4.05 Hz, 1H, ArH), 6.66 (s, 1H, ArH), 6.72 (m, 1H, ArH). 13C NMR (DMSO-d6): δ 21.49, 21.58, 21.94, 24.29, 28.38, 29.07 (CH3), 46.83 (O-CH3), 67.06 (N-CH3), 106.91, 109.89, 110.86, 133.56, 145.76, 152.12. Anal. Calcd for C15H21NO: C, 77.88; H, 9.15; N, 6.05. Found: C, 77.60; H, 9.02; N, 5.86. Compound phenylcarbamate of 7g: yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf = 0.41. 1H NMR (CDCl3): δ 1.42 (s, 3H, CH3), 1.66 (m, 4H, 2 CH2), 2.04 (br.s, 3H, 2 CH2), 2.10 (br.s, 1H,CH2), 3.12 (s, 3H, N-CH3), 3.84 (s, 3H, O-CH3), 6.18 (s, 1H, NH), 6.71 (d, J = 3.0 Hz, 1H, ArH), 6.86 (dd, J =8.5 and 3.0 Hz, 1H, ArH), 6.96 (t, J =6.5 Hz, 1H, ArH), 7.23 (m, 5H, ArH). 13C NMR (CDCl3): δ 21.14 (CH3), 22.96, 23.29, 30.95, 31.28, 36.23 (N-CH3), 55.55 (O-CH3), 113.55, 116,79, 119.14, 122.65, 128.78, 129.29, 130.32, 130.72, 132.83, 139.11, 144.87, 154.79 (CO), 159.19. 7-Methoxy-3a,4-dimethyl-1,2,3,3a,4,8b-hexahydrocyclopent[b]indole (5f). To a solution of 5e (0,54 g , 2,7 mmol) in dry dimethyl-formamide (5 ml) sodium-hydride (0,19 g, 8 mmol) was added and the resulting mixture was cooled down to 0°C and stirred for 10 minutes. Methyl-iodide was added dropwise to the mixture at 0°C, then it was allowed to reach the ambient temperature and stirred one hour additionally. The mixture was quenched by water (40 ml) and extracted three times with diethyl ether (30 ml). The combined ethereal phases were dried and the solvent was evaporated in vacuo. The crude product 5f (0,54 g, 93%) was used without further purification. Compound 5f: light yellow oil. TLC (hexane/EtOAc 9/1): Rf = 0,63. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.22 (s, 3H, CH3), 1.38 (m, 1H, CH2), 1.44 (m, 1H, CH2), 1.59 (m, 1H, CH2), 1.62 (m, 1H, CH2), 1.79 (m, 1H,

54

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

CH2), 2.05 (m, 1H, CH2), 2.59 (s, 3H, N-CH3), 3.10 (m, 1H, CH), 3.62 (s, 3H, OCH3), 6.14 (d, J= 8.3 Hz, 1H, ArH), 6.54 (dd, J= 8.3 and 2.4 Hz, 1H, ArH), 6.60 (d, J= 2.4 Hz, 1H, ArH). 13

C NMR (DMSO-d6): δ 23.34, 25.20, 29.15, 34.19, 36.43, 52.91, 55.67, 75.55, 104.97, 11.49, 111.92,

133.81, 146.15, 151.62. Anal. Calcd for C14H19NO: C, 77.38; H, 8.81; N, 6.45. Found: C, 77.22; H, 8.57; N, 6.30.

5,6,7,8,8a,9-Hexahydro-8a,9-dimethyl-4bH-carbazol-3-ol (8a). To a solution of 5g (0.25 g, 1.13 mmol) in chloroform (6 mL) was added BBr3 (0.3 mL) and the resulting mixture was stirred at rt for 1 h. The reaction mixture was then treated with MeOH (15 mL) and concentrated in vacuo. The residue was dissolved in sodium hydrogen carbonate solution (25 mL) and extracted with ether (3x15 mL). The combined ethereal extracts were dried (MgSO4), the solvent was evaporated in vacuo, and the residue was purified by column chromatography using CH2Cl2/MeOH (20:1) as eluent to afford 8a (0.18 g, 73 %), light yellow oil. TLC (CH2Cl2/MeOH 20:1): Rf =0.58. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.13 (m, 1H, CH2), 1.15 (m, 1H, CH2), 1.21 (s, 3H, CH3), 1.23 (m, 1H, CH2), 1.35 (m,2H, CH2), 1.40 (m, 1H, CH2), 1.65 (m, 1H, CH2), 1.84 (m, 1H, CH2), 2.45 (s, 3H, N-CH3), 2.66 (m, 1H, CH), 6.18 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 6.40 (dd, J = 8.1 and 1.9 Hz, 1H, ArH), 6.48 (br.s, 1H, ArH), 8.40 (br.s, 1H, OH). 13C NMR (DMSO-d6): δ 21.78, 22.15, 24.58, 28.71 (CH3), 29.14, 47.06, 67.08, 107.49, 110.66, 112.57, 133.47, 144.62, 149.71. Anal. Calcd for C14H19NO: C, 77.38; H, 8.81; N, 6.45. Found: C, 77.57; H, 8.62; N, 6.21. 5,6,7,8,8a,9-Hexahydro-8a,9-dimethyl-4bH-carbazol-3-yl phenylcarbamate (9a). To a stirred solution of 8a (0.45 g, 2 mmol) in dry THF (30 mL) was added phenyl isocyanate (0.24 mL, 2.2 mmol) and the resulting mixture was refluxed for 36 h. The solvent was evaporated in vacuo and the residue was purified by column chromatography using hexane/EtOAc (7:3) as eluent to yield 9a as a gray semisolid (0.32 g, 48 %). TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf = 0.20. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.16 (m, 1H, CH2), 1.23 (m, 1H, CH2), 1.27 (s-m, 4H, CH3, CH2), 1.43 (m, 2H, CH2), 1.44 (m, 1H, CH2), 1.68 (m, 1H, CH2), 1.94 (m, 1H, CH2), 2.56 (s, 3H, CH3), 2.76 (m, 1H, CH), 6.35 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 6.80 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 6.85 (s, 1H, ArH), 7.02 (t, J = 7.3 Hz, 1H, ArH), 7.30 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArH), 7.49 (d, J = 7.9 Hz, 2H, ArH), 10.02 (s, 1H, NH). 13C NMR (DMSO-d6): δ 21.52, 21.89 (CH3), 22.04, 24.35, 28.33 (CH3), 29.59, 46.80, 67.65, 106.58, 116.57, 118.49, 120.02, 122.85, 128.97, 133.15, 139.08, 142.24, 149.25, 152.76 (CO).

7-Hydroxy-3a,4-dimethyl-1,2,3,3a,4,8b-hexahydrocyclopenta[b]indole (8b). This compound was prepared accordingly to the method applied for 8a, using 5f as a starting material. The crude 8b was yielded as a yellowish oil in 93 % and was used without further purification. TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf =

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

55

0.51. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.21 (s, 3H, CH3), 1.36 (m, 1H, CH2), 1.45 (m, 1H, CH32), 1.59 (m, 2H, CH2), 1.77 (m, 1H, CH2), 2.04 (m, 1H, CH2), 2.55 (s, 3H, CH3), 3.05 (m, 1H, CH), 6.05 (d, J = 8,2 Hz, 1H, ArH), 6.38 (dd, J = 8,2 and 1,8 Hz, 1H, ArH), 6.42 (br.s, 1H, ArH), 8.29 (s, 1H, OH).

13

C NMR

(DMSO-d6): δ 23.32, 25.18, 29.45, 33.99, 36.23, 52.95, 75.46, 105.52, 112.15, 113.16, 133.65, 144.85, 149.04. Phenylcarbamate of 8b (9b). This compound was prepared accordingly to the method applied for 9a, using 8b as a starting material and yielded in 58 %. TLC (hexane/EtOAc 7:3): Rf =0.30. 1H NMR (DMSO-d6): δ 1.26 (s, 3H, CH3), 1.44 (m, 2H, CH2), 1.62 (m, 2H, CH2), 1.85 (m, 1H, CH2), 2.07 (m, 1H, CH2), 2.66 (s, 3H, CH3), 3.17 (m, 1H, CH), 6.19 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 6.75 (dd, J = 8.2 and 2,1 Hz, 1H, ArH), 6.78 (br.s, 1H, ArH), 7.02 (t, J = 7.4 Hz, 1H, ArH), 7.30 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArH), 7.49 (d, J = 7.9 Hz, 2H, ArH), 10.00 (br.s, 1H, NH). 13C NMR (DMSO-d6): δ 23.67, 25.23, 28.63, 34.69, 36.90, 52.58, 75.67, 104.04, 118.06, 118.44, 120.44, 122.80, 128.96, 133.13, 139.11, 141.20, 149.21, 152.84.

ACKNOWLEDGEMENTS Financial support from the Hungarian OTKA Foundation (F 034544 and T 42515) is gratefully acknowledged.

REFERENCES (AND NOTES) 1.

D. A. Drachman and J. Leavitt, Arch. Neurol., 1974, 30,113.

2.

E. K. Perry, Age and Ageing, 1980, 9, 1.

3.

D. M. Quinn, Chem. Rev., 1987, 87, 955.

4.

B. Witkop, Heterocycles, 1998, 49, 9.

5.

S. Takano and K.Ogasawara, Alkaloids, 1989, 36, pp.225-251.

6.

T. Matsuura, L. E. Overman, and D. J. Poon, J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 6500.

7.

Q. S. Yu, X.-P. Pei, H. W. Holloway, and N.H. Greig, J. Med. Chem., 1997, 40, 2895.

8.

Q. S. Yu, H. W. Holloway, T. Utsuki, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 1999, 42, 1855.

9.

Q. S. Yu, H. W. Holloway, J. L. Flippen-Anderson, B. Hoffman, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 2001, 44, 4062.

10. W. Luo, Q. S. Yu, S. S. Kulkarni, D. A. Parrish, H. W. Holloway, D. Tweedie, A. Shafferman, D. K. Lahiri, A. Brossi, and N. H. Greig, J. Med. Chem., 2006, 49, 2174. Hexahydrocyclopenta[b]indole skeleton was synthetized with standard Fischer indole cyclization of cyclopentanone phenylhydrazone followed by catalytic hydrogenation. G. S. Welmaker, J. E. Sabalski,

56

HETEROCYCLES, Vol. 75, No. 1, 2008

Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4851. The N-methyl derivative was prepared by photochemical cyclization of N-cyclopentenyl-N-methylbenzenamine. O. L. Chapman, G. L. Eian, J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 5329. O. L. Chapman, G. L. Eian, A. Bloom, J. Clardy, J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, 2918. 11. Aza-Claisen rearrangement is a thermal [3,3]sigmatrop rearrangement of N-allyl-N-arylamines. This rearrangement usually requires more forcing conditions than those required for the classical Claisen rearrangement. However, both protic acids and Lewis acids promote aromatic aza-Claisen rearrangement. A. M. M. Castro, Chem. Rev., 2004, 104, 29. W. K. Anderson and G. Lai, Synthesis, 1995, 1287. M. A. Cooper, M. A. Lucas, J. M. Taylor, A. D. Ward, and N. M. Williamson, Synthesis, 2001, 621. Z. Mao and S. W. Baldwin, Org. Lett., 2004, 6, 2425. 12. A. G. Urchenko , A. V. Kini , N. N. Mel’nik , I. R. Likhotvorik , P. Zakharsh , Zh. Org. Khim., 1990, 26, 3, 516. 13. A. S. Dreiding and J. A. Hartman, J. Am. Chem. Soc., 1953, 75, 939.

3. KÖZLEMÉNY

Organic Process Research & Development 2008, 12, 855–859

A New Addition Compound of Desloratadine with Carbon Dioxide Tibor Mezei,† Bala´zs Volk,*,† Imre Kira´ly,‡ and Gyula Simig† Chemical Research DiVision, EGIS Pharmaceuticals Plc., P.O. Box 100, H-1475 Budapest, Hungary, and Pilot Plant for API, EGIS Pharmaceuticals Plc., P.O. Box 100, H-1475 Budapest, Hungary

Abstract: The addition compound of 8-chloro-6,11-dihydro-11-(4-piperidylidene)-5H-benzo[5,6]cyclohepta[1,2-b]pyridine (descarboethoxyloratadine, desloratadine) with CO2, in molar ratio 2:1, is described. This unique form of desloratadine drug substance can be prepared in exceedingly high purity by a simple process from crude desloratadine. The addition compound is a useful intermediate in the manufacturing process of desloratadine Form I polymorph. An improved, environmental friendly manufacturing process for the synthesis of desloratadine starting from loratadine is also disclosed here.

Introduction Histamine H1 receptor antagonists represent the most widely used class of drugs for the treatment of allergic disorders, especially rhinitis and urticaria. The significant side effects of the early drugs in this therapeutic field were first eliminated by the widely marketed non-sedating antihistamine loratadine (1), which was initially launched in 1988 as Claritin by ScheringPlough. Nevertheless, 1 undergoes extensive first-pass metabolism (Scheme 1) to yield the active metabolite desloratadine (2),1 which was identified as having increased potency and improved safety as compared to 1.2-5 It displayed radioligand binding to cloned H1 human receptors with significantly greater potency than 1, while showing negligible affinity for H2 and H3 subtype receptors. Also, desloratadine (2) was 20 times more potent in antagonizing histamine-induced contractions in isolated guinea pig ileum strips.6 Therefore, 2 was selected for further development and was finally launched in 2001 as Neoclarityn, as Form I polymorph.7 Essentially, two different synthetic pathways are described in the literature for the synthesis of 2. According to the first method, demethylation of key intermediate 3 was carried out by treatment with highly toxic cyanogen bromide (Scheme 2, * To whom correspondence should be addressed. Telephone: +36 1 2655874. Fax: +36 1 2655613. E-mail: [email protected].. † Chemical Research Division. ‡ Pilot Plant for API.

(1) Yumibe, N.; Huie, K.; Chen, K. J.; Snow, M.; Clement, R. P.; Cayen, M. N. Biochem. Pharmacol. 1996, 51, 165. (2) Aberg, A. K. G.; McCullough, J. R.; Smith, E. R. PCT Int. Appl. WO 9620708, 1996. (3) Handley, D. A.; Rubin, P. D. PCT Int. Appl. WO 9834611, 1998. (4) Redmon, M. P.; Butler, H. T.; Wald, S. A.; Rubin, P. D. PCT Int. Appl. WO 9834614, 1998. (5) McCullough, J. R. PCT Int. Appl. WO 9837889, 1998. (6) Handley, D. A.; McCullough, J. R.; Fang, Y.; Wright, S. E.; Smith, E. R. Ann. Allergy, Asthma, Immunol. 1997, 78, Abstr. P164. (7) Schumacher, D. P.; Lee, J.; Rogers, L. R.; Eckhart, Ch.; Sawant, N. S.; Mitchell, M. B. PCT Int. Appl. WO 9901450, 1999. 10.1021/op8001036 CCC: $40.75  2008 American Chemical Society Published on Web 08/06/2008

Scheme 1. Conversion of loratadine (1) to desloratadine (2)

route A, von Braun reaction) affording cyanamide 4, which was hydrolyzed and decarboxylated in one step by refluxing (20 h) in a mixture of acetic acid and concentrated HCl. After alkalization of the reaction mixture, 2 was prepared and finally purified by multiple recrystallization from hexane.8 This procedure is obviously inappropriate for scale-up. The second literature procedure (Scheme 2, route B) for the synthesis of desloratadine (2) proceeds via loratadine (1), which was obtained by the reaction of N-methyl derivative 3 with ethyl chloroformate.9 Several methods have been described for the removal of the ethoxycarbonyl group of loratadine under basic and acidic conditions. For example, desethoxycarbonylation of loratadine (1) was performed by long refluxing (64 h) with potassium hydroxide in aqueous ethanol affording desloratadine (2) in 77% yield, after recrystallization from toluene.9 In another procedure, treatment of loratadine (1) with sodium hydroxide in aqueous ethanol for 24 h at reflux temperature, followed by acidification with glacial acetic acid, provided the acetate salt of 2, which was converted into the free base, and then purified by multiple recrystallization from a benzene-hexane mixture.8,10 Use of solvents with higher boiling points led to a decreased reaction time. A recent patent application11 disclosed the hydrolysis of 1 with sodium hydroxide, in a mixture of toluene and polyethylene glycol 400. After a 2-h reaction time and a multistep purification procedure, the process furnished 2 in only 48% yield, as a mixture of polymorphs, Form I and Form II. A process leading to a similar polymorphic mixture was described by Sriraman et al. in aqueous alcohols, using potassium hydroxide.12 Suri et al. published the transformation of loratadine to desloratadine in methanol with 10.5 mol equiv of sodium hydroxide.13 The reaction was complete in 2 h; however, the (8) Villani, F. J. PCT Int. Appl. WO 8503707, 1985. (9) Piwinski, J. J.; Ganguly, A. K.; Green, M. J.; Villani, F. J.; Wong, J. U.S. Pat. Appl. U.S. 4826853, 1989. (10) Villani, F. J.; Wong, J. K. U.S. Pat. Appl. U.S. 4659716, 1987. (11) (a) Vijayabaskar, V.; Rao, S. M.; Kannan, P. V.; Prabhu, D. S. D. U.S. Pat. Appl. U.S. 20070060756, 2007; (b) Vijayabaskar, V.; Rao, S. M.; Kannan, P. V.; Prabhu, D. S. D. PCT Int. Appl. WO 2008032136, 2008. (12) Sriraman, M. C.; Harikesh, V. J.; Prasad, S. J.; Natwarlal, S. M. Indian Pat. Appl. IN 2005MU00147, 2005; Chem. Abstr. 2008, 148, 85840. Vol. 12, No. 5, 2008 / Organic Process Research & Development

•

855

Scheme 2. Synthetic procedures leading to desloratadine (2)

high excess of sodium hydroxide caused difficulties during the workup. A slight reduction of the amount of base to 8.8 mol equiv led to a significant increase of the reaction time (8 h), most probably because of the lower reflux temperature of the reaction mixture. Acidic removal of the ethoxycarbonyl moiety of loratadine (1) is also described. After treatment of 1 in sulfuric acid (60-80 w/w%) at 120 °C for 6-8 h, the disulfate salt of desloratadine (2) was obtained.14,15 A similar process in 50 w/w % sulfuric acid (3 h, 100-105 °C) is also known from the patent literature.16 Acidic desethoxycarbonylation can also be accomplished in 70% aqueous HCl (12 h at reflux), followed by basic treatment.17 Nevertheless, the quality of the product obtained after acidic treatments was unsatisfactory. The procedures mentioned above, in our hands, gave products contaminated with coloured impurities, which could be removed only by laborious recrystallizations resulting in low yields. Due to the rich polymorphism (Form I,7,18-20 II,18 III,21 (13) Suri, S.; Singh, J.; Naim, S. S. PCT Int. Appl. WO 2004029039, 2004. (14) Fischer, J.; Fodor, T.; Trischler, F.; Le´vai, S.; Pete´nyi, E. PCT Int. Appl. WO0242290, 2002. (15) In our hands, the stoichiometry of this disulfate salt and that of similar 1:2 salts was unstable during their storage. (16) Jesingbhai, J. K.; Sekhar, U. R.; Sivaramchandra, K.; Rao, C. T.; Rajamamannar, T. Indian Pat. Appl. IN 2003MU00406, 2003; Chem. Abstr. 2008, 148, 11079. (17) (a) Zhu, H. Y.; Njoroge, F. G.; Cooper, A. B.; Guzi, T.; Rane, D. F.; Minor, K. P.; Doll, R. J.; Girijavallabhan, V. M.; Santhanam, B.; Pinto, P. A.; Vibulbhan, B.; Keertikar, K. M.; Alvarez, C. S.; Baldwin, J. J.; Li, G.; Huang, C.-Y.; James, R. A.; Bishop, W. R.; Wang, J. J.-S.; Desai, J. A. U.S. Pat. Appl. U.S. 20030229099, 2003; (b) Zhu, H. Y.; Njoroge, F. G.; Cooper, A. B.; Guzi, T.; Rane, D. F.; Minor, K. P.; Doll, R. J.; Girijavallabhan, V. M.; Santhanam, B.; Pinto, P. A.; Vibulbhan, B.; Keertikar, K. M.; Alvarez, C. S.; Baldwin, J. J.; Li, G.; Huang, C.-Y.; James, R. A.; Bishop, W. R.; Wang, J. J.-S.; Desai, J. A. U.S. Pat. Appl. U.S. 20040122018, 2004. (18) (a) To´th, Z. G.; Gyollai, V.; Kova´csne´-Mezei, A.; Szabo´, C.; Aronhime, J.; Singer, C. U.S. Pat. Appl. U.S. 20040242619, 2004; (b) To´th, Z. G.; Kova´cs, P.; Peto˜, C.; Kova´csne´-Mezei, A. U.S. Pat. Appl. U.S. 20060135547, 2006. (c) The mixture of Form I and Form II is described in: To´th, Z. G. ; Kova´cs, P. ; Peto˜, C. ; Kova´csne´-Mezei, A. PCT Int. Appl. WO 2008056202, 2008. (19) For the single-crystal X-ray structure of Form I of desloratadine, see: Bhatt, P. M.; Desiraju, G. R. Acta Crystallogr. 2006, 362. (20) Murpani, D.; Rafeeq, M.; Raheja, P.; Sathyanarayana, S.; Prasad, M. U.S. Pat. Appl. U.S. 20070244144, 2007. 856

•

Vol. 12, No. 5, 2008 / Organic Process Research & Development

V,21 and the amorphous form22) of desloratadine (2), the purity of the primary product is a very important factor in the efficient production of the active substance. The last recrystallization of the manufacturing procedure should be focused rather on the formation of the required polymorph than on further purification of the active substance. Results and Discussion Herein we report a new, stable addition compound of desloratadine with CO2 as well as the application of this new substance for the purification of crude desloratadine and its conversion into crystalline Form I desloratadine. First, an improved version of the desethoxycarbonylation of loratadine under basic conditions has been elaborated in our laboratory. We carried out the reaction in a laboratory autoclave, in ethanol at 105 °C, with 3.75 mol equiv of sodium hydroxide. After 5 h reaction time, 2 was obtained in high yield and high purity. Our next target was to develop the amorphous form of desloratadine active substance. It is known that amines form addition compounds with CO2, however, mostly with undefined molar composition,23 low stability, and sometimes with very limited shelf life.24-27 We expected that evaporation of a desloratadine solution saturated with CO2 may afford such an undefined addition compound, which may then result in amorphous desloratadine by decomposition upon heating. To our great surprise, during the addition of a solution of desloratadine in ethanol into ethyl acetate saturated with CO2, (21) Kumar, B. V. S.; Kale, S. A.; Choudhari, R. B.; Pradhan, N. S. C. U.S. Pat. Appl. U.S. 2007135472, 2007. (22) Venkatraman, S.; Srinivasulu, G.; Khunt, M. D.; Reddy, M. S.; Majadia, H. R.; Devarkonda, S. N. PCT Int. Appl. WO 2005084674, 2005. (23) Schroth, W.; Scha¨dler, H.-D.; Andersch, J. Z. Chem. 1989, 29, 129. (24) Maier, G.; Endres, J. Eur. J. Org. Chem. 1998, 1517. (25) Maier, G.; Endres, J.; Reisenauer, H. P. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1709. (26) Goto, A.; Fujii, M.; Mikami, N.; Ito, M. J. Phys. Chem. 1986, 90, 2370. (27) Clarke, C. S.; Haynes, D. A.; Rawson, J. M.; Bond, A. D. Chem. Commun. 2003, 2774.

Figure 1. Addition compound of desloratadine with CO2 (2: 1).

a crystalline product precipitated immediately. The NMR (1H, 13 C) and MS spectra of the product were identical with those of desloratadine. However, the IR and XRPD data were significantly different from those of crystalline Forms I-III and V, published in the literature.18,21 Elemental analysis and DTG measurements unambigously proved that the product is a 2:1 addition compound (5, Figure 1) of desloratadine and CO2. According to the DTG and DSC measurements, addition compound 5 is stable up to 120 °C, and its crystal structure remains also unchanged, as shown by XRPD measurements. At 140 °C 5 decomposes, losing about 6.6% of its weight, which corresponds to the CO2 content of the 2:1 addition compound. Nevertheless, despite all our efforts, we could not obtain single crystals from 5, the reason being that the primarily precipitating fine solid was not appropriate for X-ray measurements. Moreover, since the dissolution of 5 in any solvent led immediately to the loss of CO2, the compound could not be recrystallized. In order to characterize 5 more thoroughly, comparative solid-state 13C NMR studies with Form I polymorph of desloratadine were carried out. Although a significant difference between the 13C ssNMR spectra of the two forms was observed, the presence of CO2 in 5 could not be convincingly proved, due to the weak signal of the quaternery carbon atom of CO2 and to the disturbance caused by the atmospheric CO2. When using 13CO2, an analogous 13CO2 addition compound (6) was synthesised. As expected, the product (6) exhibited a strong signal in 13C ssNMR at 164.6 ppm, unambiguously indicating the presence of 13CO2 in the substance. The literature abundance of crystalline CO2 addition compounds of amines with integral molecular ratio is very scarce.28 To the best of our knowledge, 5 is the first CO2 addition compound of a drug substance. The HPLC purity of 5 is exceedingly high, almost independently from the quality of the crude desloratadine starting material. Even when starting from desloratadine base (2) of only 99.1% purity, the precipitated 5 exhibited an HPLC purity over 99.9%. This is probably due to the fact that the impurities present in the solution do not form insoluble addition compounds with CO2. During drying at 80 °C and the forced stability studies (40 °C, 75% relative humidity, 6 weeks) of 5 we encountered an unexpected problem: formation and continuous increase of an impurity was observed quickly exceeding 0.10%, as determined by HPLC. HPLC/MS measurements suggested that the impurity is the N-acetyl derivative of desloratadine (7, Figure 2). The structure assignment was confirmed by the synthesis of an authentic sample. The formation of impurity 7 can be explained by the presence of residual ethyl acetate in the product, which acetylates desloratadine upon heating.

Figure 2. N-acetyl desloratadine (7).

In order to avoid the problem caused by ethyl acetate we had to find an alternative solvent for the preparation of 5. Acetone proved to be the appropriate choice.29 When the ethanol solution of 2 was added at 45 °C to acetone saturated with CO2, 5 precipitated in similarly high yield and purity as with ethyl acetate. The substance obtained from acetone kept its high purity after drying, and during subsequent stability tests performed under various conditions. Thus, 5 synthesised by this method proved to be an appropriate drug substance. Furthermore, it served as an ideal intermediate for the preparation of desloratadine Form I polymorph. After dissolution of 5 in ethanol and subsequent evaporation, the resulting desloratadine base was recrystallized from a mixture of methanol and acetone to give Form I base in good yield and excellent purity. The improved procedure described above represents a green chemistry approach for the manufacure of desloratadine. In contrast with the majority of known methods, the improved desethoxycarbonylation procedure does not necessitate long (12-64 h) boiling of the reaction mixture. It applies a decreased excess of alkali hydroxide, and only environmental friendly (Class III) solvents are used. The new purification procedure via the CO2 addition compound results directly in a drug substance of outstanding purity, thereby eliminating the need of laborious, low-yielding recrystallization steps from toxic (28) Crystalline CO2 addition compounds are only described for (a) Base of benzyl amine type: Trinka, P.; Sle´gel, P.; Reiter, J. J. Prakt. Chem. 1996, 338, 675. (b) 1,3-Diaminopropane derivative: Israel, M.; Rosenfield, J. S.; Modest, E. J. J. Med. Chem. 1964, 7, 710. (c) 4-Substituted piperidine: LaMontagne, M. P.; Ao, M. S.; Markovac, A.; Menke, J. R. J. Med. Chem. 1976, 19, 360. (d) 3-Substituted pyrrolidine: Saitoh, A.; Iwakami, N.; Takamatsu, T. Eur. Pat. EP 1437353, 2007. (e) Two 1-pyrrolidine-ethanamine derivatives: Penning, Th. D.; Chandrakumar, N. S.; Chen, B. B.; Chen, H. Y.; Desai, B. N.; Djuric, S. W.; Docter, S. H.; Gasiecki, A. F.; Haack, R. A.; Miyashiro, J. M.; Russell, M. A.; Yu, S. S.; Corley, D. G.; Durley, R. C.; Kilpatrick, B. F.; Parnas, B. L.; Askonas, L. J.; Gierse, J. K.; Harding, E. I.; Highkin, M. K.; Kachur, J. F.; Kim, S. H.; Krivi, G. G.; VillaniPrice, D.; Pyla, E. Y.; Smith, W. G.; Ghoreishi-Haack, N. S. J. Med. Chem. 2000, 43, 721. (e-ii) Chandrakumar, N. S.; Chen, B. B.; Clare, M.; Desai, B. N.; Djuric, S. W.; Docter, S. H.; Gasiecki, A. F.; Haack, R. A.; Liang, C-D.; Miyashiro, J. M.; Penning, Th. D.; Russell, M. A.; Yu, S. S. Eur. Pat. Appl. EP 1221441, 2002. (f) 3,6-Dioxo-hexahydropyridazine: Knoevenagel, K.; Himmelreich, R. Brit. Pat. Appl. GB 1121783, 1966. (g) 10,5-Aza-ethano-dibenzo[a,d]cycloheptene: Waldmann, A.; Chwala, Ch. Justus Liebigs Ann. Chem. 1957, 609, 125. (h) 1-Azabicyclo[3.3.1]nonan-4-amine: Palmer, R. M. J.; Meyers, N. L.; Knight, J. U.S. Pat. Appl. U.S. 2005049416, 2005. (i) Trimethylamine imine: Appel, R.; Heinen, H.; Scho¨llhorn, R. Chem. Ber. 1966, 99, 3118. (29) Mezei, T.; Simig, G.; Molna´r, E.; Luka´cs, G.; Porcs-Makkay, M.; Katona, Z.; Bartha, F.; Vereczkey-Dona´th, G.; Nagy, K. Hungarian Pat. Appl. P0600805, 2006. Vol. 12, No. 5, 2008 / Organic Process Research & Development

•

857

solvents (e.g., hexane, benzene). The robustness of the improved desethoxycarbonylation and CO2 addition procedure is demonstrated by the fact that the process was successfully scaled up in our pilot plant in good yields. Conclusion The search for new patentable polymorphs, solvates, hydrates, and salts of promising drugs is a continuous effort in the pharmaceutical industry. In our laboratory, an addition compound of desloratadine with CO2, in molar ratio 2:1, has been developed. It is interesting to note that no drug substance has ever been described in the form of an addition compound with CO2. According to our experience, isolation of addition compound 5 is the most efficient tool of purification of crude desloratadine (2) obtained after desethoxycarbonylation of loratadine (1). Moreover, 5 is a new, patentable30 form of desloratadine, which is an appropriate drug substance itself, or alternatively, it can also be applied as a useful intermediate in the manufacturing process of Form I polymorph. Experimental Section General Remarks. All melting points were determined on a Buchi 535 capillary melting point apparatus and are uncorrected. IR spectra were obtained on a Bruker IFS-113v FT spectrometer in KBr pellets. Elemental analyses were performed on a Perkin-Elmer 2400 analyzer. 1H and 13C NMR spectra were recorded in CD3OD or DMSO-d6 on a Varian Unity Inova 500 spectrometer (500 and 125 MHz for 1H and 13C NMR spectra, respectively), using TMS as internal standard. Solid state 13C NMR measurements were performed on a Varian Unity 300 (7 T) spectrometer, at 293 K, with glycine as external standard, using CP/MAS (xpolar) and direct MAS experiments (rotation speeds: 4000-11000 Hz; rotors: zirkonia 5 mm, thin wall, N2 flow; contact time: 2-3 ms; relaxation delay: 5-7 s). Chemical shifts (δ) and coupling constants (J) are given in ppm and in Hz, respectively. HPLC measurements were run on a Kromasil 100-5 C-18 column (150 mm × 4.6 mm, 5 µm) with the following eluent: 725 mL of buffer (4.14 g NaH2PO4 + 14.20 g of sodium dodecyl sulfate in 1000 mL of water, pH ) 3.0) + 1775 mL of methanol. Column temperature was 45 °C, UV detection occurred at λ ) 220 nm. TG measurements were run on a Perkin-Elmer Pyris 1 TG apparatus at a heating rate of 10 °C/min, with a 10 mg sample, Al sample holder, and N2 as flushing gas. DSC was performed with a Perkin-Elmer DSC 7 calorimeter at a heating rate of 10 °C/min, with a 2 mg sample, Al sample holder, without flushing gas. XRPD measurements were performed on a Bruker D8 Advance diffractometer [radiation: Cu KR1 (λ ) 1.54060 Å) and Cu KR2 (λ ) 1.54439 Å), voltage: 40 kV, zero-signal current: 30 mA, accessories: Go¨del mirror and Soller slot, standard reference: SRM 640c silicon powder, continuous measurement Θ/Θ scan 5.00°-35.00° 2Θ, step scale: 0.04°, room temperature]. Some reactions were carried out in autoclaves (volume: 70 or 850 mL, depending on the amount of reagents used), which were equipped with a temperature controller, a manometer (60 bar), a valve for gas (30) Mezei, T.; Simig, G.; Luka´cs, G.; Porcs-Makkay, M.; Volk, B.; Molna´r, E.; Hofmann Fekete, V.; Szent-Kira´llyi, Z. PCT Int. Appl. WO 2006003479, 2006. 858

•

Vol. 12, No. 5, 2008 / Organic Process Research & Development

inlet and a magnetic stirrer. All reactions were followed by TLC on silica gel 60 F254. 13CO2 (99 atom % 13C) was purchased from Fluka in a 250 mL cylinder. Desloratadine (2). Laboratory Process. In a laboratory autoclave, loratadine (1, 75.0 g, 0.20 mol) was added to a mixture of ethanol (500 mL) and 40 w/w% NaOH (75 mL) under stirring. The reaction mixture was heated to 105 °C for 5 h. Ethanol was distilled off, the residual off-white crystals were dissolved at 50 °C in a mixture of water (100 mL) and toluene (350 mL). The layers were separated, and the organic layer was extracted with brine (50 mL) and dried over K2CO3. Charcoal (3.5 g) was added, and the suspension was filtered through a pad of perlite (2.0 g). The filtrate was evaporated in vacuo to give 57.4 g (94%) of off-white crystals. The product was used without further purification. Pilot-Plant Process. A 20-L stainless steel autoclave was equipped with a turbine stirrer, baffles, a pressure gauge, a thermometer, a thermostat (oil heating jacket), a valve for inert gas inlet, and a flush-out valve. Into the autoclave were introduced loratadine (1, 1.5 kg, 3.92 mol), a solution of NaOH pellets (0.85 kg, 21.25 mol) in purified water (1.25 L), and finally ethanol (10.0 L). The autoclave was purged with nitrogen three times, and the stirred (600 min-1) mixture was heated to 100-105 °C for 4-5 h. The end-point of the reaction (<0.25% of remaining 1) was determined by TLC. The autoclave was cooled to ambient temperature, the mixture was transferred into a glass autoclave, and the solvent was evaporated. To the solid residue, toluene (7.0 L) and purified water (2.0 L) were added at 50-55 °C. After complete dissolution, a 40 w/w% NaOH solution (0.4 L) was introduced, and the two-phase system was stirred at 50-55 °C for 30 min. The organic layer was washed first with brine (1.1 L) and then with purified water (1.0 L). The solution was dried over K2CO3 and treated with charcoal at 60-65 °C. It was filtered off on a 25-L Nutsche filter under moderate argon pressure (1.0-1.5 bar). The filter cake was washed with toluene (0.5 L), and the filtrate was concentrated in vacuo to give 1.17 kg (96%) of pale-pink crystals. The product was used without further purification. Desloratadine CO2 Addition Compound 2:1 (5). Laboratory Method A. Dry ice (100 g, 2.27 mol) was placed into a flask, and the CO2 gas formed was led into another flask, which was filled with ethyl acetate (700 mL). A solution of desloratadine (2, 57.4 g, 0.185 mol) in ethanol (80 mL) was added into the ethyl acetate flask at 60 °C under intense stirring. Bubbling of CO2 was continued until the end of the addition. The crystallization of the CO2 addition compound began approximately after the addition of one-fifth of the volume. After the additon was complete (1-1.5 h), the suspension was cooled to 5 °C and stirred for 1 h further, under continuous CO2 bubbling. The solid was filtered, washed with ethyl acetate (100 mL), and dried at 80 °C to give 59.3 g (91%) of white crystals. HPLC purity >99.97%. Mp 144-158 °C (under decomposition to 2). IR (KBr): 2927, 1560, 1468, 1421, 1279. 1H NMR (CD3OD, 500 MHz): δ 8.31 (dd, 1H, J ) 4.9, 1.6 Hz), 7.63 (dd, 1H, J ) 7.8, 0.9 Hz), 7.23 (dd, 1H, J ) 7.7, 4.9 Hz), 7.21 (d, 1H, J ) 2.0 Hz), 7.16 (dd, 1H, J ) 7.8, 2.2 Hz), 7.13 (d, 1H, J ) 8.2 Hz), 3.41 (m, 2H), 3.03 (m, 2H), 2.85 (m, 2H), 2.75 (m, 2H), 2.39 (m, 2H), 2.35 (m, 1H), 2.22 (m, 1H). 13C

NMR (CD3OD, 125 MHz): δ 158.7, 147.1, 141.3, 139.7, 139.5, 138.6, 136.0, 134.3, 134.0, 131.9, 130.5, 127.2, 124.2, 48.0, 47.9, 32.8, 32.4, 32.4, 32.1. Anal. Calcd. for 2 C19H19ClN2 · CO2: C, 70.37; H, 5.75; N, 8.42; Cl, 10.65. Found: C, 70.23; H, 5.69; N, 8.34; Cl, 10.48. For XRPD data, see ref 30. Laboratory Method B. Dry ice (100 g, 2.27 mol) was placed into a flask, and the CO2 gas formed was bubbled through another flask, which was filled with acetone (1200 mL). A solution of desloratadine (2, 80.0 g, 0.257 mol) in ethanol (40 mL) was added into the acetone flask at 45 °C under intense stirring. Bubbling of CO2 was continued until the end of addition. The crystallization of the CO2 addition compound began approximately after the addition of half of the volume. After the additon was complete (30 min), the suspension was cooled to 20 °C over a period of 1 h, and stirred for 1 h further, under continuous CO2 bubbling. The solid was filtered, washed with cold (5 °C) acetone (150 mL), and dried at 25 °C for 3 h to give 80.7 g (94%) of white crystals. HPLC purity >99.97%. Mp, IR, 1H NMR, 13C NMR and XRPD were identical to those of the product synthesised by Method A. Pilot-Plant Process. A 20-L glass autoclave was equipped with an impeller stirrer, a condenser, a dropping funnel, and a gas injection tube. The vessel was filled with acetone (17.5 L), and CO2 gas was injected into the solvent ∼20 cm below its surface at 45 °C and dispersed by intense stirring (250 min-1). Inlet of CO2 was maintained until the end of the process. In a separate vessel, desloratadine (2, 1.15 kg, 3.7 mol) was dissolved in ethanol (2.0 L) at 70-75 °C. This solution was added dropwise into the CO2-acetone vessel during 1 h. The temperature of the ethanolic solution was kept above 60 °C during the addition. After the addition was completed, the white suspension was cooled to room temperature and stirred for 1 h. Then it was cooled to 0-5 °C and kept at this temperature for 1 h further. It was filtered on a 25-L Nutsche filter under moderate argon pressure (1.0-1.5 bar). The equipment was rinsed, and the filter cake was washed twice with acetone (2 × 1.0 L). The white solid was dried in a tray dryer at 45-50 °C for 2-4 h, under smooth air flow, to yield 1.1 kg (84%) of the title compound. HPLC purity: 99.96%. Desloratadine 13CO2 Addition Compound 2:1 (6). Desloratadine CO2 addition compound (5, 1.5 g, 2.25 mmol) was dissolved in a mixture of EtOAc (24 mL) and EtOH (3 mL) under boiling. The solution was cooled to ambient temperature, and it was poured into a laboratory autoclave. The autoclave was placed under vacuum, and it was filled with 13CO2 gas. The reaction mixture was stirred for 16 h in the vessel, and then the precipitated solid was filtered, washed with EtOAc (20 mL), and dried under vacuum to give 1.38 g (92%) of white crystals. HPLC purity: 99.95%. Mp 144-158 °C (under decomposition to 2). IR (KBr): 2928, 2394, 1559, 1437, 1408, 1262, 1242. 1H NMR (CD3OD, 500 MHz): δ 8.31 (d, 1H, J ) 4.9 Hz, H-2), 7.63 (d, 1H, J ) 7.8 Hz, H-4), 7.23 (dd, 1H, J ) 7.8, 4.9 Hz, H-3), 7.21 (d, 1H, J ) 2.1 Hz, H-7), 7.16 (dd, 1H, J ) 8.2, 2.1 Hz, H-9), 7.13 (d, 1H, J ) 8.2 Hz, H-10), 3.40

(m, 2H, 5-CH2+6-CH2), 3.06 (m, 2H, CH2-NH-CH2), 2.85 (m, 2H, 5-CH2+6-CH2), 2.76 (m, 2H, CH2-NH-CH2), 2.41 (m, 2H, NH-CH2-CH2), 2.35 (m, 1H, NH-CH2-CHH), 2.23 (m, 1H, NH-CH2-CHH).13C NMR (CD3OD, 125 MHz): δ 164.0, 161.5 (13CO2), 158.5 (C-11a), 147.0 (C-2), 141.2 (C-6a), 139.6 (C4), 139.1 [(C-11)dC], 138.5 (C-10a), 135.9 (C-4a), 134.2 (C11), 134.0 (C-8), 131.7 (C-10), 130.4 (C-7), 127.1 (C-9), 124.1 (C-3), 47.8 (NH-CH2), 47.7 (NH-CH2), 32.6 (C-6), 32.1 (C-5), 32.0 (NH-CH2-CH2). Anal. Calcd for 2 C19H19ClN2 · 13CO2: C, 70.41; H, 5.74; N, 8.41; Cl, 10.63. Found: C, 70.21; H, 5.88; N, 8.50; Cl, 10.35. 4-(8-Chloro-5,6-dihydro-benzo[5,6]cyclohepta[1,2-b]pyridin-11-ylidene)-1-acetyl-piperidine (7). To desloratadine (2, 2.0 g, 6.4 mmol), acetic acid (10 mL), and acetic anhydride (3.0 mL, 31.8 mmol) were added. The reaction mixture was stirred at ambient temperature for 2 h, and then it was poured onto ice-water (50 mL). After extraction with toluene (50 mL), the organic layer was dried over MgSO4 and evaporated to give 1.81 g (80%) of the title compound as pale-yellow oil. IR (neat): 2919, 1718, 1645, 1439, 1234.1H NMR (CDCl3, 500 MHz): δ 8.42 (d, 1H, H-2, J ) 4.7 Hz), 7.45 (d, 1H, H-4, J ) 6.0 Hz), 7.24 (t, 1H, H-3, J ) 7.4 Hz), 7.17 (m, 1H, H-7), 7.13 (m, 1H, H-9), 7.12 (m, 1H, H-10), 4.04 (m, 1H, NH-CH2), 3.65 (m, 1H, NH-CH2), 3.36 (m, 2H, 5-CH2+6-CH2), 3.26 (m, 1H, N-CH2-CH2), 3.19 (m, 1H, NH-CH2), 2.82 (m, 2H, 5-CH2+6CH2), 2.51 (m, 1H, NH-CH2), 2.39 (m, 2H, NH-CH2-CH2), 2.32 (m, 1H, NH-CH2-CH2), 2.10 (s, 3H, CH3). Anal. Calcd for C21H21ClN2O: C, 71.48; H, 6.00; N, 7.94; Cl, 10.05. Found: C, 71.19; H, 6.08; N, 7.75; Cl, 9.98. Desloratadine (2), Polymorph Form I. Desloratadine CO2 addition compound 2:1 (5, 40.0 g, 60 mmol) was added to ethanol (120 mL), and the suspension was heated to reflux temperature. While the suspension changed to a clear, colourless solution, the evolution of CO2 stopped. After 0.5 h at reflux temperature, ethanol was distilled off. To the residue were added acetone (200 mL) and methanol (18 mL), and the solution was heated to reflux for 15 min. The solution was filtered while hot, and then it was cooled to ambient temperature. The suspension was stirred for 1 h at room temperature and for 4 h further at -10 °C. The solid was filtered, washed with acetone (25 mL), and dried at 50 °C for 3 h to give 32.5 g (87%) of the title product as white crystals, mp 257-258 °C. HPLC purity >99.97%. Mp, IR and XRPD were in accordance with the literature data of the Form I polymorph.7,18 Acknowledgment We thank Mrs. Eniko¨ Molna´r for technical assistance, Dr. Tibor Bako´ for the NMR assignments, Prof. Ga´bor Szalontai for the ss-NMR studies, Dr. Erika Szila´gyi and Mr. Botond Boga´ti for HPLC measurements, and Ms. Adrienn Hegedu¨s for DSC and TG analyses of the compounds. Received for review April 25, 2008. OP8001036

Vol. 12, No. 5, 2008 / Organic Process Research & Development

•

859

NYILATKOZAT

Alulírott Király Imre kijelentem, hogy ezt a doktori értekezést magam készítettem és abban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint, vagy azonos tartalomban, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem.

Budapest, 2010.12.06.

Király Imre