AT229285B - Verfahren zur Reduktion von Carbonylverbindungen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Reduktion von Carbonylverbindungen 
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 vielen Fällen kann man auch die Reduktionsmittel des vorliegenden Verfahrens in Anwesenheit der zu reduzierenden Carbonylverbindung in dem gewählten Reaktionsmedium herstellen und gleichzeitig die Reduktion in dem gewünschten Sinne bewirken. 



   Die Reduktionen selbst werden in einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel bei Temperaturen zwischen -10 und +800C, bevorzugt zwischen 0 und +25 C, durchgeführt und erfordern je nach Konstitution der zu reduzierenden Verbindung und der Reduktionswirkung des verwendeten komplexen Borhydrids eine Umsetzungszeit zwischen wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Die Aufarbeitung der Reaktionsgemische geschieht nach an sich bekannten Methoden, wobei nach Zersetzung der gebildeten komplexen Borverbindungen bzw. der nicht umgesetzten quartären Ammoniumborhydride mit Säure, bevorzugt mit verdünnter Mineralsäure, die   Reduktionsprodukte   durch Kristallisation, Destillation oder Extraktion mit einem geeigneten Mittel isoliert werden. 



   Das Verfahren kann bequem auch in   technischem Massstab durchgeführt   werden, da es nur solche Reaktionsbedingungen-besonders im Hinblick auf die anzuwendenden Reaktionstemperaturen-erfordert, die unschwer im technischen Betrieb zur Verfügung stehen. 



   Das   erfindungsgemässe Verfahren   ist besonders-beiCarbonylverbindungen. die in reduziertem Zustand Diastereomere bilden, von Vorteil. Die Verwendung von stereospezifischen Reduktionsmitteln ist in solchen Fällen meistens erwünscht. Es war besonders überraschend, festzustellen, dass bei der Verwendung der quartären Ammoniumborhydride, die formal den Alkalimetallborhydriden entsprechen, sich die Mengenverhältnisse der entstehenden isomeren Formen gegenüber der Reduktion mit Alkaliborhydriden erheblich ändern. Der gegenüber der Reduktion mit Alkalimetallborhydriden veränderte sterische Verlauf bei der Anwendung von Erdalkalimetallborhydriden wird nämlich in erster Linie auf die zweifach positiv geladenen Erdalkalimetallionen zurückzuführen sein.

   Da sich zudem durch Variation der Reste RI - RIV in den quartären Ammoniumborhydriden des vorliegenden Verfahrens leicht solche komplexe Borhydride auswählen lassen, die eine gegebene Carbonylverbindung mit besonders   hoher Stereospezifität reduzieren,   stellt das neue Verfahren eine wertvolle Bereicherung der bekannten Arbeitsmethoden dar. 



   Ein Vorteil der stereospezifischen Reduktion nach dem   erfindungsgemässen Verfahren gegenüber be-   kannten Verfahren liegt weiter darin, dass sich diese günstigen Ergebnisse auch bei höheren Temperaturen als bisher erzielen lassen, was besonders für ein technisches Verfahren von besonderer Bedeutung und vielfach nützlich ist. 



   Die erfindungsgemäss verwendeten quartären Ammoniumborhydride können analog den Angaben von Banus et al.   (J. Am. chem. Soc. 74 [1953], S. 2346)   durch Umsetzen eines quartären Ammoniumsalzes bzw. -hydroxydes mit einem Alkalimetallborhydrid gemäss folgender Gleichung 
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 in wässerig-alkoholischer Lösung erhalten werden. (In den Formeln steht x für ein Hydroxylion oder ein Anion wie Halogen, Sulfat u. a.) Aus den Reaktionslösungen muss zur Isolierung der quartären Ammoniumborhydride das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert und der Rückstand mit einem geeigneten zweiten Lösungsmittel extrahiert werden, was jedoch, besonders für technische Zwecke, eine zeitraubende und unwirtschaftliche Arbeitsweise darstellt. 



   Wie schon erwähnt, ist es jedoch nicht nötig, für die erfindungsgemässen Reduktionen die reinen isolierten quartären Ammoniumborhydride einzusetzen ; vielmehr können nach dem beanspruchten Verfahren direkt die Lösungen oder Suspensionen verwendet werden, in denen die komplexen Borhydride hergestellt worden sind. Diese Umsetzungen werden bevorzugt bei Zimmertemperatur oder tiefer, das heisst zwischen einer Temperatur von-10 bis +300C, durchgeführt. So gibt man   z.

   B.   zu einer Lösung von Tetraäthylammoniumchlorid in Dimethylformamid einen geringen Unterschuss an Natriumborhydrid, bevorzugt gelöst in Dimethylformamid, und verwendet die resultierende Lösung, die neben einer geringen Menge nicht umgesetzten Ammoniumsalzes das gebildete quartäre Ammoniumborhydrid neben Kochsalz enthält, gegebenenfalls nach Abfiltrieren der ausgefallenen Menge Kochsalz, direkt für die Reduktionen der Carbonylverbindungen. Für die Auswahl der   Lösungs-oder   Verdünnungsmittel ist ausser der Stabilität der   quartären Ammoniumborhydride   in diesen Medien in erster Linie die Löslichkeit der zu reduzierenden Verbindungen von Bedeutung. 



   Als Lösungsmittel oder gegebenenfalls als Verdünnungsmittel können besonders Alkohole wie Äthanol oder n-Butanol, Amine, Äther und Amide, besonders Dimethylformamid, verwendet werden. Nach einer 

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 oft besonders einfachen Ausführungsform lässt man zu einem Gemisch der zu reduzierenden Carbonylverbindung mit dem entsprechenden quartären Ammoniumsalz, das vorteilhaft im Überschuss vorhanden sein 
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 gebnis der Reduktion muss man annehmen, dass sich auch hiebei das quartäre Ammoniumborhydrid als eigentliches Reduktionsmittel bildet und nicht das zugegebene Natriumborhydrid allein die Reduktion bewirkt. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert :   Beispiel l :   Eine Lösung von 23 g Natriumborhydrid in 300 ml Dimethylformamid tropft man bei   OOC   in ein Gemisch von 100 g Tetraäthylammoniumchlorid in 300 ml Dimethylformamid. Man saugt nach 1 h Rühren das ausgefallene Natriumchlorid (33 g) ab und engt das Filtrat im Vakuum etwas ein. 



  Beim Abkühlen scheiden sich aus der Lösung weisse, klare Kristalle des   Tetraäthylammonium -borhydrids   ab. 



    8 g dieses Tetraäthylammoniumborhydrids, gelöst in 20 ml HO, tropft man in 30 min zu einer auf 0-10 C gekühlten Lösung von 33 g Chloralhydrat in 50 ml Wasser. Man erwärmt anschliessend noch 1 h   auf 35 C, säuert den Ansatz mit Salzsäure bis PH 4 an und sättigt die Lösung mit Kochsalz. Man extrahiert den gebildeten Trichloräthylalkohol mit zweimal 50 ml Benzol, trocknet die Extrakte mit Natriumsulfat und destilliert das Lösungsmittel ab. Bei der Destillation des Rückstandes erhält man 21, 6 g    2,2,2-Trichloräthanol, Kp12 = 57-60 C   (Ausbeute 73% d. Th.). Bei der Reduktion von Chloralhydrat mit Natriumborhydrid erhält man nach S. W. Chaikin und W.   G.   Brown (J. Am. Chem. Soc. 71, S. 124) Trichloräthanol nur in einer Ausbeute von 61% d. Th. 



   Beispiel 2 : Zu einem Gemisch von 17g Trimethylphenylammoniumchlorid in 100 ml Dimethylformamid lässt man bei   00C   unter Rühren eine Lösung von 3, 5 g Natriumborhydrid, gelöst in 100 ml Dimethylformamid, eintropfen. Es fällt sofort Natriumchlorid aus, das nach 1 h in einer Menge von 5, 1 g, entsprechend   95,5go,   der zu erwartenden Menge abgesaugt und mit Dimethylformamid ausgewaschen wurde. Proben der erhaltenen Lösung (251 ml) wurden mit verdünnter Salzsäure zersetzt und die Menge an freigesetztem Wasserstoff gemessen bzw. die bei der Hydrolyse gebildete Borsäure durch Titration bestimmt. Dabei wurde ein Gehalt der Lösung an Trimethylphenylammoniumborhydrid von 0, 37 Mol pro ml ermittelt, was einer nahezu quantitativen Ausbeute entspricht. 



   245 ml der so dargestellten Lösung wurden bei 0-10 C unter Rühren in 31, 8 g frisch destillierten Benzaldehyd eingetropft. Nach beendetem Eintragen erwärmt man die Lösung auf 60 C, bis eine Probe bei der Prüfung mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin keinen Benzaldehyd mehr anzeigt. Dann kühlt man auf Zimmertemperatur ab, verdünnt mit Wasser und stellt durch Zugabe von Salzsäure auf einen PH-Wert von 4 ein. Man extrahiert den gebildeten Benzylalkohol mit Chloroform, trocknet die Extrakte mit Natriumsulfat und destilliert. Man erhält 29 g Benzylalkohol entsprechend 90% d. Th. 



   Beispiel 3 : Zu einem Gemisch aus 5g Tetraäthylammoniumchlorid und 12 g p-Nitrobenzaldehyd in 20 ml Äthanol wird bei einer Temperatur zwischen 0 und   100C   langsam eine Lösung von 1 g Natriumborhydrid in 20 ml Dimethylformamid eingetropft. Man rührt noch 2 h bei derselben Temperatur und lässt den Ansatz ohne weiteres Kühlen über Nacht stehen. Dann stellt man mit verdünnter Säure auf einen PHWert von 3 bis 4 ein und gibt 100 ml warmes Wasser zu. Beim   Abkühlen scheiden sich 10, 3   g Kristalle des   p-Nitrobenzylalkohols   ab, die gesammelt, mit Wasser gewaschen und getrocknet bei   930C   schmelzen. Aus der Mutterlauge kann man durch Extraktion mit Äther weitere   0,   8 g p-Nitrobenzylalkohol vom Fp.   92 - 930C   isolieren.

   Der Mischschmelzpunkt mit authentischem Material ergab keine Depression. Ausbeute 92, 5% d. Th. Reduziert man in gleicher Weise p-Nitrobenzaldehyd, jedoch ohne Verwendung von Tetraäthylammoniumchlorid, so erhält man nur 9, 9g p-Nitrobenzylalkohol vom Smp.   930C   entsprechend einer Ausbeute von   82, 5% d. Th.   



   Beispiel 4 : Zu 100 g Tetraäthylammoniumchlorid in 300 ml Dimethylformamid tropft man unter Rühren bei einer Temperatur von   00C   eine Lösung von 23 g Natriumborhydrid in 300 ml Dimethylformamid ein. Man rührt noch insgesamt 3 h nach und verwahrt den Ansatz über Nacht im Eisschrank. Das abgeschiedene Natriumchlorid, das abgetrennt und mit Dimethylformamid ausgewaschen wurde, fällt in einer Menge von 33 g, entsprechend 94% der zu erwartenden Menge an. Die erhaltene Lösung des Tetraäthylammoniumborhydrids wird direkt für die folgende Reduktion verwendet. 



   Zu 37 g   p-Nitro-cx-acetamino-B-hydroxy-propiophenon,   suspendiert in 300 ml n-Butanol, tropft man unter Rühren bei einer Temperatur zwischen -10 und   OOC   190ml   derTetraäthylammoniumborhydrid-   Lösung ein. Nach beendetem Eintragen rührt man noch 4h nach und lässt den Ansatz über Nacht bei Zim-   mertemperatur   stehen. Dann versetzt man mit 400 ml Wasser, stellt mit Salzsäure auf einen PH-Wert 

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 von 4 ein und engt die Lösung nach Zugabe von festem Calciumcarbonat im Vakuum auf ein Drittel ihres Volumens ein. Nach Absaugen des überschüssigen   Calc iumcarbonats extrahiert   man den Rückstand mit dreimal 200 ml wässerigem Butanol. Aus diesen Butanolextrakten kann man nach Ausschütteln mit gesät- 
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   3-propandiols,Beispiel 5 : Zu einem Gemisch aus   37 g I-p-Nitrophenyl-2-acetamino-3-hydroxypropanon- (l)   und 30 g Tetraäthylammoniumchlorid in 300 ml Dimethylformamid trägt man langsam und unter Rühren eine Lösung von 6 g Natriumborhydrid in 200 ml Dimethylformamid ein. Man hält dabei die Reaktionstemperatur durch Kühlen mit einer Eis-Kochsalzmischung bei -100C. Man lässt den Ansatz über Nacht sich auf Zimmertemperatur erwärmen, versetzt mit 400 ml Wasser und säuert mit Salzsäure bis auf einen pH-Wert von 4 an. Man arbeitet analog auf wie im Beispiel 4 angegeben und erhält 23 g threo-   -l-p-Nitrophenyl-2-acetamino-1, 3-propandiol   = 62% d. Th. neben 2 g der entsprechenden erythro-Verbindung vom Schmelzpunkt 190 C = 5, 5%   d. Th.   



   Arbeitet man nicht in der erfindungsgemässen Weise, sondern reduziert nur mit Natriumborhydrid, so verläuft die Reduktion sterisch in ganz anderer, durchaus unerwünschter Weise, wie aus folgendem hervorgeht :
Zu 37 g p-Nitro-a-acetamino-ss-hydroxy-propiophenon in 300 ml Butanol gibt man langsam eine Suspension von 6 g Natriumborhydrid in 200 ml Butanol zu, wobei die Temperatur durch Kühlen mit EisKochsalz-Mischung bei -100C gehalten wird. Man rührt noch 4 h nach und lässt den Ansatz sich auf Zimmertemperatur erwärmen. Dann versetzt man mit 200 ml Wasser und säuert mit 15 ml Salzsäure an und trennt die Butanolschicht ab. Die wässerige Phase extrahiert man zweimal mit 200 ml Butanol.

   Aus den vereinigten Butanol-Extrakten kann man durch Einengen 23 g   erythro-l-p-Nitrophenyl-2-acetamino-     - 1, 3 -propandiol   vom Schmelzpunkt   190-191 C   (= 62%   d.   Th.) und aus den Mutterlaugen 3 g der entsprechenden threo-Verbindung vom Schmelzpunkt   160 - 161 C   isolieren (= 8, l% d.   Th.).   



    PATENTANSPRÜCHE :      1.   Verfahren zur Reduktion von Carbonylverbindungen zu primären bzw. sekundären Alkoholen, dadurch gekennzeichnet, dass man als Reduktionsmittel quartäre Ammoniumborhydride der Formel 
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