Substituierte y-Aminosäuren, wie Gabapentin der nachstehenden Formel (A) und Pregabalin der nachstehenden Formel (B), werden als Medikamente zur Behandlung von Epilepsie und Schmerzzuständen verwendet (J. S. Bryans, D. J. Wustrow ; Medicinal Research Reviews 19,149-177 (1999) und L. Martin, X. Rabasseda, P.

Leeson, J. Castaner ; Drugs of the Future 24, 862-870 (1999)).

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Gabapentin bzw. Pregabalin bekannt. Beispielhaft wird auf ein Verfahren von J. S.

Bryans et al. (J. Med. Chem. 41,1838-1845 (1998)) zur Herstellung von Gabapentin verwiesen.

Entsprechend diesem Verfahren können aus Ketonen oder Aldehyden durch Wadsworth-Emmons-Olefinierung mit Triethylphosphonoacetat, in Gegenwart von Natriumhydrid als Base und in Tetrahydrofuran als Lösungsmittel Acrylsäureethylester hergestellt werden. Anschließend wird über eine Michael- Additon Nitromethan addiert. Die Nitrogruppe wird zur Aminogruppe reduziert, wobei die gebildeten Verbindungen zu y-Lactamen cyclisieren. Durch saure Hydrolyse können die y-Aminosäuren gewonnen werden. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist die Verwendung von Alkalihydriden zur Herstellung von substituierten Acrylsäureestern in der ersten Reaktionsstufe, wodurch die Verwendung von absoluten organischen Lösungsmitteln und das Arbeiten unter Schutzgas erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die erste Reaktionsstufe zur Herstellung von substituierten Acrylsäureestern so zu verbessern, daß ohne absolute organische Lösungsmittel und ohne Schutzgas gearbeitet werden kann und die substituierten Acrylsäureester in hoher Reinheit und Ausbeute erhalten werden, wodurch auch das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von substituierten y-Aminosäuren, wie Gabapentin und Pregabalin, vereinfacht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung der nachstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von substituierten Acrylsäureestern und daraus hergestellten substituierten y-Aminosäuren, wie Gabapentin und Pregabalin, gelöst.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von substituierten Acrylsäureestern der allgemeinen Formel II, worin R für einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen C1-3-Rest, vorzugsweise eine Ethylgruppe, steht, R1 für Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen C1 6-Rest, vorzugsweise einen C1 3-Rest, steht und R2 für einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen C1 6-Rest, vorzugsweise einen C1 4-Rest, steht oder R1 und R2 zusammen eine gesättigte Kohlenwasserstoff-Kette unter Ausbildung eines 3-8-gliedrigen cycloaliphatischen Ringes bilden, in dem man ein Keton oder Aldehyd der allgemeinen Formel V, worin R1 und R2 die vorstehend genannte Bedeutung haben, mit einem Trialkylphophonoacetat der allgemeinen Formel VI, worin R für einen linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Ci-s-Rest, vorzugsweise eine Ethylgruppe, steht, in Gegenwart von Alkalicarbonat, vorzugsweise Kaliumcarbonat, in einem wäßrigem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, umsetzt.

Vorzugsweise werden die Verbindungen der allgemeinen Formeln V und VI sowie das Alkalicarbonat, vorzugsweise das Kaliumcarbonat, bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 10°C, vorzugsweise unter Eiskühlung, vereinigt und bei einer Temperatur im Bereich von < 25 °C, vorzugsweise unter Eiskühlung, zu einem substituierten Acrylsäureester der allgemeinen Formel 11 umgesetzt. Vorzugsweise wird die Temperatur durch Eiskühlung vor und während der Umsetzung reguliert.

Im Anschluß an die Umsetzung kann der substituierte Acrylsäureester der allgemeinen Formel 11, vorzugsweise durch Extraktion, gereinigt werden, wobei Diethylether als Lösungsmittel bevorzugt ist.

Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, in dem man Cyclohexanon bzw. 3- Methylbutanal als Verbindung der allgemeinen Formel V mit Triethylphosphonoacetat als Verbindung der allgemeinen Formel Vi jeweils zu Cyclohexylidenessigsäureethylester bzw. 5-Methylhex-2-encarbonsäureethylester umsetzt.

Substituierte Acrylsäureester der allgemeinen Formel II werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in hoher Ausbeute und Reinheit gewonnen. Die Olefinierungen sind sowohl im 0, 5-molaren Maßstab, wie im mehr-molaren Maßstab ohne Verschlechterung der Reinheit oder der Ausbeute durchführbar. Die erfindungsgemäß hergestellten substituierten Acrylsäureester der allgemeinen Formel II können nach Reinheitskontrolle durch GC/MS-Analytik sofort weiter umgesetzt werden. Im weiteren Syntheseverlauf zur Herstellung von substituierten y- Aminosäuren können die vorstehend aufgeführten Syntheseschritte ohne Änderungen durchgeführt werden. Für die entsprechende Herstellung wird die Offenbarung von J. S. Bryans et al. (J. Med. Chem. 41, 1838-1845 (1998)) hiermit als Referenz eingeführt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Verfahren zur Herstellung einer substituierten y-Aminosäure der allgemeinen Formel I, worin R1 und R2 die vorstehend genannte Bedeutung haben, in denen man a) einen substituierten Acrylsäureester der allgemeinen Formel II, der nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, unter Schutzgasatmosphäre unter Addition von Nitromethan zu einer Verbindung der allgemeinen Formel 111 umsetzt, vorzugsweise in Gegenwart von Tetrabutylammoniumfluorid als Katalysator in einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise Tetrahydrofuran, b) die Verbindung der allgemeinen Formel 111 zu einem Lactam der Formel IV reduziert, vorzugsweise durch Umsetzung mit Wasserstoff in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, vorzugsweise Raney-Nickel, in einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise Methanol, c) das Lactam der allgemeinen Formel IV zu einer y-Aminosäure der Formel I öffnet, vorzugsweise durch Umsetzung mit einer Säure, vorzugsweise Salzsäure, in einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise Dioxan.

Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, in dem man Cyclohexanon bzw. 3- Methylbutanal als Verbindung der allgemeinen Formel V mit Triethylphosphonoacetat als Verbindung der allgemeinen Formel VI jeweils zu Cyclohexylidenessigsäureethylester bzw. 5-Methylhex-2-encarbonsäureethylester in der ersten Reaktionsstufe umsetzt und wie angegeben weiter zu Gabapentin bzw.

Pregabalin verarbeitet.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von substituierten Acrylsäureestern bzw. bei der ersten Reaktionsstufe zur Herstellung von substituierten y-Aminosäuren, wie Gabapentin und Pregabalin, werden Alkalicarbonate als Base eingesetzt. Daher kann bei der Wadsworth-Emmons- Olefinierung nach den erfindungsgemäßen Verfahren auf Schutzgas und absolute organische Lösungsmittel verzichtet und wäßrige Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, verwendet werden.

Substituierte y-Aminosäuren, wie Gabapentin und Pregabalin werden als Arzneimittel zur Behandlung von Epilepsie und Schmerzzuständen verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Beispiele Die eingesetzten Chemikalien und Lösungsmittel wurden kommerziell bei den herkömmlichen Anbietern erworben (Acros, Aldrich, Fluka, Lancaster und Merck).

Die NMR-Spektren wurden mit Spektrometern der Firma Bruker Analytik GmbH, Silberstreifen 4, D-76287 Rheinstetten gemessen. Die Gerätebezeichnungen lauten : für 300 MHz : Avance DPX 300 MHz, für 600 MHz : Avance DRX 600 MHz.

Die GC-Analytik wurde an einem Gaschromatographen HP 6890 (mit PTV-Injektor) und einem gekoppelten Massen-Detektor 5973 (Mass selective Detector) der Firma Hewlett-Packard durchgeführt.

Die ESI-Massenspektren wurden mit einem Gerät vom Typ Finnigan LCQ der Firma Thermoquest, Analytische Systeme GmbH, Boschring 12, D-63329 Egelsbach gemessen und mit der Software Xcalibur ausgewertet.

Beispiel 1 Synthese von Gabapentin-Hydrochlorid 1.1. Synthese von Cyclohexylidenessigsäureethylester 31,1 ml (0,3 mol) Cyclohexanon, 72,1 mi (0,36 mol) Triethylphosphonoacetat und 83 g (0,6 mol) Kaliumcarbonat wurden in 60 ml Wasser unter Eiskühlung zusammengegeben und 20 Stunden unter langsamem Erwärmen auf 25°C gerührt.

Der Reaktionsansatz wurde mit 50 ml Wasser verdünnt und dreimal mit Ether extrahiert. Die organische Phase wurde mit Wasser neutral gewaschen, über MgS04 getrocknet und eingeengt. Cyclohexylidenessigsäureethylester wurde als leicht gelbliche Flüssigkeit in einer Ausbeute von 47,4 g (94% der Theorie) gewonnen.

MS (berechnet : 168,34 g/mol) : 168 (M+), 153 (M+-CH3), 139 (M+-CH2CH3), 123 (M+- OCH2CH3), 95 (M+-C02CH2CH3).

H-NMR (CDC13/TMSint.) 6 = 1,27 ppm (3H, t, CH3, J = 7,2 Hz) ; 1,64 ppm (6H, m, CH2) ; 2,19 ppm (2H, m, CH2) ; 2,83 ppm (2H, m, CH2) ; 4,14 ppm (2H, q, OCH2, J = 7,1 Hz) ; 5,60 ppm (1 H, s, Olefin-H).

1.2. Synthese von (1-Nitromethyl-cyclohexyl)-essigsäureethylester In 50 ml Tetrahydrofuran wurden 14, 8 g (0,088 mol) des nach 1.1. hergestellten Cyclohexylidenessigsäureethylester gelöst, unter Stickstoffatmosphäre 7,11 ml (0,132 mol) Nitromethan und 88 ml Tetrabutylammoniumfluorid (1-molar in Tetrahydrofuran) zugegeben und 20 Stunden unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen wurde mit 50 mi Wasser verdünnt und dreimal mit Diethylether extrahiert.

Die organische Phase wurde mit 10 Gew. -%-iger wäßriger Kaliumhydrogensulfat- Lösung und anschließend mit Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und eingeengt. (1-Nitromethyl-cyclohexyl)-essigsäureethylester wurde als orange- gelbe, ölige Flüssigkeit erhalten. Die Ausbeute betrug 19,8 g (98% der Theorie) MS (berechnet : 229,28 g/mol) : 230 (M+), 184 (M+-OCH2CH3), 169 (M-CH2NO2). 'H-NMR (CDCI3/TMSjnt) : 8 = 1,27 ppm (3H, t, CH3, J = 7.2 Hz) ; 1,48-1, 53 ppm (10, m, CH2) ; 2,54 ppm (2H, s, CH2) ; 4,15 ppm (2H, q, OCH2, J = 7,2 Hz) ; 4,71 ppm (2H, s, CH2).

1.3. Synthese von 2-Azaspiro [4. 5] decan-3-on 22 g (0,096 mol) eines gemäß 1.2. hergestellten (1-Nitromethyl-cyclohexyl)- essigsäureethylesters wurden in 150 ml Methanol gelöst, 2,20 g Raney-Nickel zugegeben und 20 Stunden unter kontinuierlicher Zufuhr von Wasserstoff hydriert.

Der Reaktionsansatz wurde über Filtererde abfiltriert, mit Methanol nachgewaschen und am Rotationsverdampfer eingeengt. Es wurden 15,3 g (100% Ausbeute) einer gelblichen Kristallmasse erhalten.

Durch Verrühren mit Hexan und Abfiltrieren wurden 12,4 g (81 % Ausbeute) farblose Kristalle erhalten.

2-Azaspiro [4.5] decan-3-on wurde als Rohprodukt in der weiteren Synthese eingesetzt.

MS (berechnet : 153,22 g/mol) : 153 (M+), 125 (M+-CO), 123 (M+-CH2NH), 96 (M+- CH2NHCO), 81 (M+-CH2NHCOCH3).

1H-NMR (CDCI3/TMSint.) : 8 = 1,43 ppm (10H, m, CH2) ; 1,98 ppm (2H, s, CH2) ; 2,99 ppm (2H, s, CH2) ; 7,20 ppm (1 H, s (breit), NH).

1.4. Synthese von (1-Aminomethyl-cyclohexyl)-essigsäure-Hydrochlorid (Gabapentin- Hydrochlorid) 12,4 g (0,81 mol) des nach 1.3. hergestellten 2-Azaspiro [4.5] decan-3-on wurden in 4- nomaler Salzsäure aufgenommen und 20 Stunden bei 110°C Badtemperatur gerührt.

Nach dem Abkühlen wurde mit Wasser verdünnt und zweimal mit Dichlormethan extrahiert. Die wäßrige Phase wurde mit Aktivkohle verrührt, über Filtererde abfiltriert, eingeengt und im Hochvakuum getrocknet. Der farblose Feststoff wurde in Methanol/Aceton (5/3, v/v) gelöst und durch Zugabe von Diethylether gefällt. Nach Abfiltrieren, Waschen mit Diethylether wurden 12,4 g (74% der Theorie) von (1- Aminomethyl-cyclohexyl)-essigsäure-Hydrochlorid erhalten.

ESI-MS (berechnet : 168, 34 g/mol) : 1H-NMR (d6-DMSO/TMSext.) â = 1,40 ppm (10H, m, 5 x CH2) ; 2,40 ppm (2H, m, CH2) ; 2,90 ppm (2H, m, CH2) ; 8,00 ppm (3H, s (breit), NH3+) ; 12,30 ppm (1H, s (breit), C02H).

Beispiel 2 Synthese von Pregabalin-Hydrochlorid 2.1. Synthese von (2E)-5-Methyl-hex-2-en-carbonsäureethylester 1 mol (138 g) Kaliumcarbonat wurde in 100 ml Wasser gelöst und in Eiswasser gekühlt. Es wurden 0,6 mol (120 ml) Phosphonoessigsäuretrieethylester und 0,5 mol (43,1 g) 3-Methylbutanal zugegeben und 20 Stunden unter langsamer Erwärmung auf 25°C gerührt. Anschließend wurde der Reaktionsansatz mit 150 ml Wasser verdünnt und viermal mit Diethylether extrahiert. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt. Es wurde eine klare Flüssigkeit erhalten.

Die Rohausbeute betrug 75,8 g (97% der Theorie).

Die gaschromatographische Untersuchung zeigte, daß das Rohprodukt nur Spuren der beiden Edukte enthielt. Es wurde ohne weitere Reinigungsschritte in die nächste Synthesestufe eingesetzt.

MS (berechnet : 156,23 g/mol) : 156 (M+), 141 (M+-CH2), 128 (M+-CH2CH3), 111 (M+- OCH2CH3), 86 (M+- (CH3) 2CHCH2).

1H-NMR (d6-DMSO/TMSext) : 8 = 0, 89 ppm (6H, d, 2 x CH3, J = 6,8 Hz) ; 1,22 ppm (3H, t, CH3, J = 7,2 Hz) ; 1,76 ppm (1 H, h, CH (CH3) 2, J = 6,5 Hz, J = 6,8 Hz) ; 2,01 ppm (2H, m, CH2, J = 6,8 Hz) ; 4,11 ppm (2H, q, CH20, J = 7,2 Hz) ; 5,83 ppm (1 H, dd, CH, J = 1, 5 Hz, J = 15, 5 Hz) ; 6, 85 ppm (1H, m, CH), J = 7, 5 Hz).

2.2. Synthese von 5-Methyl-3-nitromethyl-hexancarbonsäureethylester 0,485 mol (75,8 g) des nach 2.1. hergestellten (2E)-5-Methyl-hex-2-en- carbonsäureethylester wurden unter Stickstoffatmosphäre in THF (abs.) gelöst. 0,73 mol (39,1 ml) Nitromethan und 0,49 mol (485 ml) einer 1-molaren Tetrabutylammoniumfluorid-Lösung in THF wurden zugegeben, wobei eine orange Lösung entstand. Es wurde 20 Stunden unter Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen wurde mit 280 ml Wasser versetzt und viermal mit Diethylether extrahiert. Die organische Phase wurde dreimal mit 10%-iger wäßriger Kaliumhydrogensulfat- Lösung extrahiert und mit Wasser neutral gewaschen. Die organische Phase wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt. Es wurde eine orange Flüssigkeit erhalten.

Die Rohausbeute betrug 95,2 g (90% der Theorie).

Die gaschromatographische Untersuchung zeigte, daß im Rohprodukt neben 91 % Produkt noch 7% Tetrabutylammoniumfluorid und 2% nicht identifizierbares Nebenprodukt enthalten waren.

Zur Reinigung wurde das Rohprodukt 4 Stunden in Ether gerührt, die Lösung filtiert und eingeengt.

MS (berechnet : 217,27 g/mol) : 202 (M-CH3), 172 (M-OCH2CH3), 156 (M-CH2NO2), 143 (M-C02CH2CH3).

H-NMR (d6-DMSO/TMSext.) : 6 = 0,96 ppm (6H, t, 2 x CH3, J = 6,8 Hz) ; 1,14-1, 21 ppm (5H, m, CH2 und CH3, J = 7,2 Hz) ; 1,63 ppm (1 H, sept., CH, J = 6,8 Hz) ; 2,38 ppm (2H, d, CH2CO2Et, J = 6, 4 Hz) ; 2,58 ppm (1 H, sept., CH, J = 6,4 Hz, J = 6,8 Hz) ; 4,07 ppm (2H, q, OCH2, J = 7, 0 Hz) ; 4,55 ppm (2H, d, CH2N02, J = 6,4 Hz).

2.3. Synthese von 4-Isobutyl-pyrrolidin-2-on 0,39 mol (85,3 g) des nach 2.2. hergestellten und gereinigten 5-Methyl-3-nitromethyl- hexancarbonsäureethylester wurden in ca. 900 ml Methanol gelöst, 25 g Raney- Nickel zugegeben und bei einer Temperatur von 35°C und einem Druck von 2 bar 20 Stunden hydriert. Der Reaktionsansatz wurde über Filtererde abfiltriert, vorsichtig mit Methanol gewaschen und am Rotationsverdampfer eingeengt. Nach Trocknen im Hochvakuum wurden 59,3 g einer farblosen Flüssigkeit erhalten.

MS (berechnet : 141,21 g/mol) : 141 (M+), 126 (M+-CH3), 111 (M+-CO), 98 (M+- CH (CH3) 2), 84 (M+-CH2NHCOCH3).

1H-NMR (d6-DMSO/TMSext.) : 8 = 0, 87 ppm (3H, d, CH3, J = 6,4 Hz) ; 0, 88 ppm (3H, d, CH3, J = 6,4 Hz) ; 1,28 ppm (2H, t, CH2, J = 7,2 Hz) ; 1,55 ppm (1 H, sept, CH, J = 6,4 Hz, 8,8 Hz) ; 1,79 ppm (1 H, dd, CH, J = 8, 7 Hz) ; 2,20 ppm (1 H, dd, CH, J = 8, 3 Hz) ; 2, 40 ppm (1 H, sept, CH, J=7, 5Hz, J=8, 3Hz) ; 2, 83 ppm (1 H, dd, CH, J = 7, 5 Hz) ; 3,33 ppm (1 H, dd, CH, J = 8, 3 Hz), 7,46 ppm (s (breit), 1 H, NH).

2.4. Synthese von 3-Aminomethyl-5-methyl-hexansäure-Hydrochlorid (Pregabalin- Hydrochlorid) 7,16 g (0,06 mol) des nach 2.3. hergestellten 4-Isobutyl-pyrrolidin-2-on wurden in 550 ml 4-normaler Salzsäure aufgenommen und 20 Stunden bei einer Ölbadtemperatur von 125°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde mit 500 ml Wasser verdünnt und dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Die wäßrige Phase wurde mit Aktivkohle verrührt, über Filtererde abfiltriert und eingeengt. Nach Trocknen im Hochvakuum wurde das 3-Aminomethyl-5-methyl-hexansäure-Hydrochlorid als orange-gelbe Kristallmasse in einer Ausbeute von 100% erhalten.

ESI-MS (berechnet : 159,23 g/mol) : 160 (MH+), 142 (MH+-H20).

1H-NMR (d6-DMSO/TMSext) : 8 = 0, 88 ppm (6H, dd, 2 x CH3, J = Hz) ; 1,18 ppm (1H, dd, CH2, J = Hz) ; 1,20 ppm (1 H, dd, CH2, J = Hz) ; 1,61 ppm (1 H, sept, CH, J = Hz) ; 2,18 ppm (2H, m, CH2, J = Hz) ; 2,45 ppm (1H, dd, CH, J = Hz) ; 2,78 ppm (2H, m, CH2, J = Hz) ; 8, 10 ppm (3H, s (breit), NH3+).