Totalsynthese von Ketamin (einschließlich Vorstufen)

fidelis

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Original-Synthese von zealot, übersetzt ins Englische von antoncho :3 Ich weiß, dass es hier noch andere Ketamin-Synthesen gibt, aber ich habe ein paar überflogen und diese sieht anders aus (die einzige Ket-Vorläufer-Synthese, die ich gesehen habe, war eine andere Route). sry, wenn dies eine Wiederholung ist, aber ich hoffe, dass dies für einige Chemiker von Nutzen sein kann!!


Vorwort

Meine Damen und Herren!

Ich freue mich, Ihnen eine weitere Geschichte aus Zealots Traumsammlung vorstellen zu dürfen.

Obwohl die Synthese 11 Schritte umfasst, erklärt sich ihre Länge durch die Tatsache, dass alle Vorstufen und sogar einige Reagenzien von Grund auf selbst hergestellt werden, wobei benutzerfreundliche Techniken und Geräte zum Einsatz kommen (tatsächlich wird die Notwendigkeit eines Vakuums nur ein einziges Mal erwähnt, und das auch nur für die Entfernung des Lösungsmittels); außerdem werden nur leicht zu beschaffende Reaktanten verwendet.

Dennoch ist die Synthese offensichtlich nur für Fachleute geeignet; zum einen geht es um die Herstellung eines Grignards. Es gibt eine potenzielle Möglichkeit, stattdessen zinkorganische Verbindungen zu verwenden [Anmerkung von fidelis: ich weiß nicht, ob er zinkorganische Verbindungen meint, aber das tauchte auf, als ich nach zinkorganischen Verbindungen suchte] (wird weiter unten im Detail besprochen), was viel billiger und technisch einfacher ist.

Außerdem gibt es eine alternative Zubereitung von o-Chlorbenzonitril von Zealot.

In diesem Sinne, lasst uns zur Sache kommen.

- Antoncho

1. o-Chlorbenzoesäure
Anthranilsäure 13,7g
HCl (konz., d=1,19)
NaNO2 8g
CuCl 10g

13,7 g Anthranilsäure werden in einem Becherglas in 40 ml Wasser, 28 ml HCl und 20 g Eis gerührt. Unter ständigem Rühren und Kühlen werden 8 g NaNO2 in 40 ml Wasser zugegeben. Die so erhaltene klare Lösung des Diazoniumsalzes wird sehr langsam unter Rühren in eine Lösung von 10 g CuCl in 25 g konzentrierter HCl gegeben.

Nach Beendigung der Stickstoffentwicklung wird das ppt abfiltriert, mit kaltem Wasser gewaschen und aus wässrigem Na2CO3 wieder ausgefällt. Das Produkt stellt feine Kristalle dar und schmilzt bei 140-141°C.

o-Brombenzoesäure kann auf analoge Weise gewonnen werden, wobei CuCl durch CuBr ersetzt wird.

2. o-Chlorbenzonitril

Zubereitung A.

(RCOO)₂Zn + Pb(SCN)₂ = 2 RCN + ZnS + PbS + 2 CO₂

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn anstelle der freien Säure ein Zinksalz verwendet wird. Diese Rxn ist für Amino-, Nitro- und Oxysäuren ungeeignet, kann aber für Brom- und Chlorbenzoesäuren verwendet werden.

Zu einer heißen Lösung von 50 g NaOH in 400 ml Wasser gibt man 195 g o-Chlorbenzoesäure. Man neutralisiert vorsichtig mit NH3 oder NaHCO3 und gibt unter Erhitzen 105g (~5% Überschuss) ZnSO4 in 400 ml Wasser hinzu. Das ausgefällte Salz wird für längere Zeit bei 200°C getrocknet und mit 205 g Pb(SCN)2 innig vermischt. Das Gemisch wird mit Kaffee gemahlen und längere Zeit bei 120-140°C getrocknet, dann auf offener Flamme erhitzt - das Gemisch schmilzt und es entstehen Gase.

Das destillierte Nitril wird mit NH4OH behandelt, dampfdestilliert und ausgesalzen. Ausbeute 137g (80%), mp 43-46°C, bp 232°C. Die Rxn erfolgt in der Regel innerhalb von 30-60 Min., aber die Dauer der Trocknung macht die Methode recht zeitaufwendig.

Zubereitung B.
Hier ist keine lange Trocknung erforderlich. Sulfaminsäure ist spottbillig und kann ohne Verdacht erworben werden.

o-Brombenzonitril
50 g o-Brombenzamid und 35 g (25 g = Theorie) Sulfaminsäure werden gründlich gemischt und in einem Wurtz-Kolben erhitzt. Bei 250-255°C beginnt die Destillation, die bei 285-295°C beendet ist (Dauer ca. 1,5-2 Std.). Das gesammelte Produkt wird redestilliert, Ertrag 36g (80% der Theorie).

mp 53-57°C, bp 251-253°C

Wie ich kürzlich herausgefunden habe, kann dies noch weiter vereinfacht werden, indem man Benzamide in situ aus der entsprechenden Säure und Harnstoff bildet... aber da dies ein sehr guter Weg ist, um Benzaldehyde aus Benzoesäuren zu substituieren, werde ich es später separat posten. [fidelis note: ich werde versuchen, das auszugraben, hoffentlich kann ich es finden. wenn jemand anderes das für mich tut, werde ich für immer dankbar sein lol]

3. Cyclopentanon

100 g Adipinsäure und 10 g Ba(OH)₂ werden innig vermischt und in einen Kolben mit einem Thermometer gegeben. Der Kolben wird auf 280°C erhitzt, das Gemisch schmilzt zunächst, dann erfolgt die Destillation, die etwa 1-2 Stunden dauert. Das heiße Destillat wird mit NaCl gesättigt, die obere Schicht wird dekantiert und destilliert, wobei die bei 128-130°C siedende Fraktion gesammelt wird. Mit MgSO₄ trocknen.

Ausbeute: 51 g (89 % der Theorie).

Anmerkungen:
Ca(OH)2 kann durch Ba(OH)₂ ersetzt werden, ohne dass sich die Ausbeute wesentlich verringert.
Bei Verwendung von vorgefertigtem Ca- oder Ba-Adipinat ist keine Temperaturkontrolle erforderlich.

4. Aluminiumisopropoxid
Al(i-PrO)₃ - Bp 130-140°C bei 7mmHg; mp 118°C.

In ein 250ml RBF mit effizientem Rückflusskühler werden 6g Al-Folie, 70mls (theoretisch 51mls) abs. IPA (handelsübliches IPA in Reagenzienqualität wurde ohne Trocknung verwendet) und 0,1 g HgSO₄. Die Mischung wird erhitzt.

Zu Beginn des Siedens werden 0,5 ml CCl₄ (VORSICHT! Äußerst giftig!) zugegeben und das Erhitzen wird fortgesetzt, bis die H₂-Entwicklung einsetzt, dann wird sie gestoppt, manchmal muss sogar gekühlt werden. Nach Abklingen der Rxn wird das Erhitzen bis zur fast vollständigen Auflösung des Al fortgesetzt (5-7 Stunden). Die erhaltene Lösung wird sofort für die folgende Zubereitung verwendet.

5. Cyclopentanol
In ein 250-ml-RBF mit 15-cm-Vigreux-Kolonne und Destillationskühler werden 53 ml (50 g) Cyclopentanon in 50 ml IPA und die Lösung aus der vorherigen Zubereitung, die etwa 40 g Al-Isopropoxid enthält, gegeben. Die Lösung wird leicht erhitzt, wodurch Aceton mit etwas Wasser abdestilliert wird. Die Destillation wird beendet, wenn die Temperatur der Dämpfe auf ~85°C ansteigt.

Das ppt im Kolben wird vorsichtig mit 50% H₂SO₄ zersetzt, bis es sauer und mit NaCl gesättigt ist. Die obere Schicht wird dekantiert und destilliert, wobei die bei 137-140°C siedende Fraktion gesammelt wird. Trocknen mit MgSO₄.

6. Cyclopentylbromid
In einem Kolben werden 47 ml (45 g) Cyclopentanol und 60 ml (90 g) 48%iges wässriges HBr gemischt. 10 g Na₂SO₄ werden hinzugefügt. Die Lösung wird 24 Stunden lang unter kräftigem Rühren stehen gelassen. Danach wird sie mit 200 ml Wasser verdünnt und die untere organische Phase abgetrennt und zweimal mit Wasser gewaschen. Destillieren, wobei die Fraktion zwischen 137-138°C gesammelt wird. Mit MgSO₄ getrocknet.

Ausbeute = 58 g (74 %)

7. Cyclopentylmagnesiumbromid
In einen 250-ml-Dreihalskolben, der mit einem Rückflusskühler, einem Zugabetrichter und einem Inertgaseinlass ausgestattet ist, gibt man 50 ml THF (über KOH gehalten, zuvor 150 ml über 30 g CaO 6 h lang unter Rückfluss gehalten und destilliert). 9 g feine Mg-Späne werden hinzugefügt, gefolgt von einigen Jodkristallen. Die Apparatur wird mit Argon gespült und ein leichter Gasstrom eingelassen. Man beginnt, magnetisch zu rühren. Das Gemisch wird sofort von MgI getrübt. Aus dem Zugabetrichter werden 55 g (40 ml) Cyclopentylbromid in 100 ml THF abgetropft, so dass die Lösung gleichmäßig kocht. Die Reaktion ist in der Regel nach einer Stunde beendet, es fällt eine weiße, geleeartige Masse aus, und am Boden bleibt vielleicht etwas nicht umgesetztes Mg als dunkelgraues Pulver zurück.

Die Verwendung von THF anstelle von Ether ist vorzuziehen, da die rxn darin besser und schneller verläuft (THF ist ein spezifischeres Lösungsmittel für Grignards), auch die Ausbeute ist besser. Außerdem kann THF mit CaO getrocknet werden, während für Ether normalerweise Natriummetall verwendet wird.

Hinweise zur möglichen Verwendung von Zn-Organika:

".. Nitrile sind als Elektrophile nicht schlecht, so dass es möglich ist, dass sie trotz der geringeren Reaktivität von ZnR2-Verbindungen hier ebenso gut funktionieren würden - vor allem, wenn die rxn-Bedingungen schärfer gemacht werden (sanfter Rückfluss statt RT?).

Was man mit Sicherheit sagen KANN, ist, dass die rxn mit ZnR₂ sehr gut funktioniert, wenn man o-Chlorbenzoylchlorid statt Benzonitril verwendet. Haloanhydride eignen sich im Allgemeinen am besten für die Kopplung mit metallorganischen Stoffen.

Bis-Dicyclopentylzink lässt sich bequem aus dem entsprechenden Bromid herstellen, so dass man hier kein Iodid herstellen muss. Und o-Chlorbenzoylchlorid lässt sich leicht aus o-Chlorbenzoesäure (erhalten in Schritt 1) und PCl₅ oder ähnlichem herstellen."


8. o-Chlorphenylcyclopentylketon
Zu dem so erhaltenen Grignard-Soln gibt man 48 g o-Chlorbenzonitril und rührt das Gemisch 3 Tage lang bei RT. Dann wird es in eine Mischung aus Eis und NH₄Cl gegossen, wobei etwas konz. wässriges NH₃ zugegeben wird, und bei Raumtemperatur stehen gelassen, bis das Eis schmilzt. Das Keton schwimmt teilweise auf, teilweise sinkt es zu Boden. Es wird mit Benzol extrahiert.

Die Ausbeuten schwanken, sinken aber selten unter 55 %.

9. alpha-Brom-(o-chlorphenyl)-cyclopentylketon
40 g Keton werden in 70 ml CCl₄ gelöst und unter Abkühlung im Schnee in ein Soln von 48 g Dioxandibromid in 50 ml Dioxan gegeben und 30 Minuten bei RT gerührt. Dann werden 30 ml Wasser zugegeben und das Soln wird mit Na₂CO₃-Äquivalent gewaschen, bis es neutral ist. Dies kann zu einer gewissen Ausfällung des Bromketons führen, das in CCl₄ verbleibt. Das Lösungsmittel wird entfernt, wobei 47 g (85 %) des Bromketons erhalten werden.

10. (1-Hydroxy-cyclopentyl)-(o-chlorphenyl)-N-methylketimin
45 g des obigen Bromketons werden in 50 ml Benzol gelöst und mit 50 ml Triethylamin versetzt (17 g/23 ml werden für die Neutralisation von HBr benötigt, es wird jedoch ein zweifacher Überschuss verwendet). Die Lösung wird dann mit 5 g Methylamin gesättigt, das man durch Abtropfen einer gesättigten Lösung von 15 g MeNH₂-HCl auf 10 g NaOH erhält, und durch NaOH getrocknet. Die Lösung wird 1 Tag lang stehen gelassen und die Lösungsmittel werden unter Vakuum abgesaugt, wobei 30 g (80 %) Methylketimin erhalten werden.

11. Ketamin
10 g Methylketimin werden in 100 ml Undecan gelöst und bei 195°C 3-4 Stunden lang gekocht. Ketamin wird mit 20%iger HCl extrahiert. Der saure Extrakt wird basisch gemacht und mit DCM extrahiert. Das Lösungsmittel wird entfernt, wobei das Produkt als Öl anfällt, das schnell kristallisiert. Es kann durch Umkristallisation aus Pentan/Ether oder Hexan/Ether gereinigt werden.

Die Ausbeuten sind nahezu quantitativ.
 
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