AT412155B

AT412155B - Verfahren zur generierung von singulett sauerstoff und verwendung desselben

Info

Publication number: AT412155B
Application number: AT0020603A
Authority: AT
Original assignee: Dsm Fine Chem Austria Gmbh
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-10-25
Also published as: JP2004244310A; CA2457464A1; US20040166052A1; EP1447379A2; ATA2062003A

Description

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Nachteil dieses Verfahrens ist durch die hohen Kosten der benötigten photochemischen Einrich- tungen, sowie durch eine beschränkte Lebensdauer gegeben. Die benötigten Lampen degenerie- ren durch Verschmutzung der Glasoberfläche relativ rasch während der Oxidation. Ausserdem eignet sich dieses Verfahren nicht für gefärbte Substrate. Das Verfahren ist eigentlich nur für Feinchemikalien geeignet, die im kleineren Massstab hergestellt werden. (La Chimica e l'lndustria, 1982, Vol. 64, Seite 156)
Aus diesem Grund wurde versucht andere Verfahrensvarianten für die 102-Ox zu finden, die für
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ben, bei welcher 1O2 nicht photochemisch sondern chemisch generiert wird.

Dabei werden hydro- phobe Substrate mittels eines Hypochlorit/H202 - Systems in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und organischem Lösungsmittel oxidiert. Dieses Verfahren hat jedoch lediglich einige synthetische Anwendungen gefunden, da viele Substrate in dem benötigten Medium nur schwer löslich sind. Die Einsatzmöglichkeit ist ausserdem aufgrund von Nebenreaktionen zwischen Hypo- chlorit und Substrat oder Lösungsmittel ziemlich eingeschränkt. Ausserdem wird in der Gasphase ein grosser Teil des 1O2 deaktiviert. Weiters ist dieses Verfahren nicht für den industriellen Massstab geeignet, da es im organischen Medium zur Anlagerung des Hypochlorits an H202 kommt und ein grosser Überschuss an H202 zur Unterdrückung der Nebenreaktion von Substrat mit Hypochlorit be- nötigt wird.

Ein zusätzlicher Nachteil ergibt sich durch das Anfallen stöchiometrischer Salzmengen.
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zum Teil vermeiden soll, ist beispielsweise aus J. Org. Chem., 1989,54, 726 oder J. Mol. Cat., 1997,117, 439 bekannt, wonach einige wasserlösliche organische Substrate mit H202 und einem Molybdatkatalysator in Wasser als Lösungsmittel oxidiert werden. Gemäss Membrane Lipid Oxid.

Vol. ll, 1991,65 ist die 102-OX von wasserunlöslichen, organischen Substraten mit dem Molybdat/ H2O2- System schwierig, da angenommen wurde, dass keines der üblichen Lösungsmittel geeig- net ist, die von Molybdat katalysierte Disproportionierung von H202 in Wasser und 1O2 aufrecht zu erhalten. Die Verwendung von Molybdän-Katalysatoren bringt jedoch auch andere Nachteile mit sich. So katalysieren sie neben der H2O2- Disproportionierung auch andere, unerwünschte Oxida- tionen von manchen Substraten. Allylalkohole können beispielsweise nicht effektiv mit dem Molyb- dat/ H202-System peroxidiert werden, da diese Substanzgruppe von Molybdän in Gegenwart von H202 epoxidiert wird. Ein weiterer Nachteil dieser Katalysatoren ist der relativ geringe pH-Bereich in dem diese funktionieren.

Diese Katalysatoren können nur im basischen Bereich zwischen pH 9 und pH 12 eingesetzt werden, die Verwendung dieses Systems ist demnach nicht geeignet für saure Bedingungen.

Eine weitere Möglichkeit 1O2 chemisch zu generieren stellt beispielsweise das Erwärmen von Triphenylphosphitozonid dar, das aus Triphenylphosphit und Ozon erhalten wird. Nachteil diese Methode ist, dass bei sehr tiefen Temperaturen gearbeitet werden muss, wobei das Ozonid zuerst gebildet und danach durch Erwärmen zersetzt wird, wobei 102 freigesetzt wird. Diese Methode wird jedoch, wie etwa in J. Org. Chem., Vol. 67, No 8,2002, Seite 2418 beschrieben, nur für Mecha- nismusstudien angewendet, da Triphenylphosphit eine teure und zudem gefährliche Chemikalie darstellt.

Bei der basenkatalysierten Disproportionierung von Persäuren werden neben 1O2 weitere reak- tive Verbindungen gebildet, die zu Nebenprodukten führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach, eine Möglichkeit zu finden 102 unter Ver- meidung obiger Nachteile zu generieren.

Unerwarteterweise konnte diese Aufgabe durch die Verwendung von Ozon und einer Ferrocen- Verbindung gelöst werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Generierung von 1O2, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Ferrocenderivat der Formel
Fc (X)n (I)
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oder Carboxyalkylgruppen substituiertes Ferrocen bedeutet, n 1 oder 2 sein kann und X für einen Rest der Formel
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steht, wobei m 0 oder 1 sein kann und R1 einen Phenylrest, Cyclohexylrest, teil. Butylrest, Ethyl- rest, Isopropylrest, Methylrest, Methoxyrest, Ethoxyrest, Phenoxyrest oder Butoxyrest bedeutet, in einem organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur von -80 C bis +20 C mit 1 bis 4 mol Ozon pro mol Ferrocenverbindung versetzt wird wodurch sich 1O2 bildet.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird 102 durch die Umsetzung eines Ferrocenderivates der Formel (I) mit Ozon generiert.

In der Formel (I) bedeutet Fc Ferrocen. Das Ferrocenderivat ist sodann ein- oder 2-fach mit
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In der Formel (ll) bedeutet m 0 oder 1. R1 kann einen Phenylrest, Cyclohexylrest, tert. Butyl- rest, Ethylrest, Isopropylrest, Methylrest, Methoxyrest, Ethoxyrest, Phenoxyrest oder Butoxyrest bedeuten.

Gegebenenfalls kann das Ferrocen noch durch weitere Reste, beispielsweise durch Dimethy-
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Für das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich sowohl chirale als auch nicht chirale Ferro- cenverbindungen der Formel (I).

Beispiele für geeignete Ferrocenverbindungen der Formel (I) sind 1,1'-Bis-(diphenylphosphino)- ferrocen, (S,R)-1-(1-Dimethylaminoethyl)-1',2-bis-(diphenylphosphino)-ferrocen, (R,R)-1-(1-
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Die Ferrocenverbindung wird in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Als Lösungsmittel eignen sich dabei Ethylacetat, Butylacetat, Methanol, Ethanol, Dichlormethan, Cyclohexan, Hexan, oder Essigsäure.

Bevorzugt wird Dichlormethan verwendet.

Anschliessend wird auf -80 C bis +20 C, bevorzugt auf -50 C bis 0 C abgekühlt und Ozon zu- geführt.

Ozon wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren in einer Menge von 1 bis 4,0 mol pro mol Ferrocenderivat zugesetzt. Bevorzugt werden 1 bis 2 Äquivalente Ozon eingesetzt.

Der sich bildende 1O2 wird sodann zur Oxidation von organischen Substraten, die mit 102 rea- gieren eingesetzt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach die Verwendung des durch die oben angeführten Ferrocenverbindungen generierten 1O2 zur Oxidation von organischen Sub- straten, die mit 102 reagieren.

Dies kann erfindungsgemäss dadurch erfolgen, dass bereits während der Umsetzung des Fer- rocenderivates mit Ozon eine Lösung des entsprechenden Substrates zudosiert wird. Die Dosie- rung erfolgt dabei bevorzugt kontinuierlich.

Als Lösungsmittel für das Substrat eignen sich dabei wiederum Ethylacetat, Butylacetat, Me- thanol, Ethanol, Dichlormethan oder Essigsäure.

Bevorzugt wird Dichlormethan eingesetzt.

Bevorzugt wird das Lösungsmittel eingesetzt, das auch zum Lösen des Ferrocenderivates ver- wendet wird.

Anschliessend wird gegebenenfalls überschüssiges Ozon ausgeblasen, beispielsweise durch Spülen mit Argon oder Stickstoff und die verbleibende Reaktionslösung, die das Oxidationsprodukt enthält, aufgearbeitet.

Die Zugabe der Substratlösung kann jedoch auch erst nach erfolgter Umsetzung des Ferro- cenderivates mit Ozon und abschliessendem Entfernen von gegebenenfalls überschüssiges Ozon erfolgen.

Erfolgt die Umsetzung des Ferrocenderivates mit Ozon bei tieferen Temperaturen (z.B. -80 C), so kann die mit der Substratlösung versetzte Reaktionslösung gegebenenfalls erwärmt werden, beispielsweise auf -10 C.

Die Aufarbeitung der Reaktionslösung, die das Oxidationsprodukt enthält, erfolgt durch übliche Methoden wie etwa Einengen, Extraktion, Trocknung und Isolierung des Oxidationsproduktes, beispielsweise durch Säulenchromatographie. Die Abtrennung des Ferrocenderivates kann mittels Membrantechnologie erfolgen.

Als organische Substrate, die mit 1O2 reagieren können folgende Verbindungen eingesetzt wer- den : Olefine, die eine oder mehrere, d. h. bis zu 10, bevorzugt bis zu 6, besonders bevorzugt bis zu 4 C=C-Doppelbindungen enthalten ; elektronenreiche Aromaten, wie C6-C50, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Phenole, Polyalkylbenzole, Polyalkoxybenzolen; polycyclische Aromaten mit 2 bis 10, bevorzugt bis 6, besonders bevorzugt bis 4 aromatischen Ringen ; wie etwa Alkylsulfide, Alkenylsulfide, Arylsulfide, die am Schwefelatom entweder mono- oder disubstituiert sind, sowie Heterocyclen mit einem O-, N- oder S-Atom im Ring, wie beispielsweise
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ders bevorzugt bis C20 Pyrrole, C4-C60, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Thiophene.

Die Substrate können dabei einen oder mehrere Substituenten, wie Halogen (F, Cl, Br, J), Cyanid,
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bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Arylgruppen, C2-C50, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Alkenylgruppen, C2-C50, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Alkinylgruppen, Carbonsäuregruppen, Estergruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrogruppen, Silylgruppen, Silyloxygruppen, Sulfongruppen, Sulfoxidgruppen, aufweisen.

Weiters können die Substrate substi-
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sein können sowie H; C1-C50, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Alkyl; Formyl; C2-CSO, bevorzugt bis C30, besonders bevorzugt bis C20 Acyl; C7-C50, bevorzugt bis C30, besonders bevor- zugt bis C20 Benzoyl bedeuten, wobei R1 und R2auch gemeinsam einen Ring bilden können, wie z. B. in einer Phthalimidogruppe.

Beispiele für geeignete Substrate sind : 2-Buten;Isobuten; 2-Methyl-1-buten; 2-Hexen ;
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Butadien; 2,4-Hexadien ; 2-Chlor-4-methyl-3-penten; 2-Brom-4-methyl-3-penten; 1-Trimethylsilyl- cyclohexen; 2,3-Dimethyl-2-butenyl-para-tolylsulfon; 2,3-Dimethyl-2-butenyl-para-tolylsulfoxid; N-Cyclohexenylmorpholin; 2-Methyl-2-norbornen; Terpinolen; a-Pinen; &num;-Pinen; &num;-Citronellol; Ocimen ; Citronellol; Geraniol; Farnesol; Terpinen ; Limonen ; trans-2,3-Dimethylacrylsäure; a-Terpi- nen ; Isopren; Cyclopentadien; 1,4-Diphenylbutadien; 2-Ethoxybutadien ; 1,1'-Dicyclohexenyl; Cholesterol;

Ergosterolacetat; 5-Chlor-1,3-cyclohexadien; 3-Methyl-2-buten-1-ol; 3,5,5-Trimethyl- cyclohex-2-en-1-ol; Phenol, 1,2,4-Trimethoxybenzol, 2,3,6-Trimethylphenol, 2,4,6-Trimethylphenol, 1,4-Dimethylnaphthalen, Furan, Furfurylalcohol, Furfural, 2,5-Dimethylfuran, Isobenzofuran, Diben-
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Aus den Substraten wird durch die erfindungsgemässe Oxidation das korrespondierende Oxida- tionsprodukt erhalten. Aus Alkenen, (polycyclischen) Aromaten oder Heteroaromaten werden insbesondere Hydroperoxide, Peroxide, Alkohole oder Ketone erhalten.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird 1O2 auf einfache und effiziente Weise generiert.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, das bei der Reaktion kein Wasser gebildet wird.

Beispiel 1-4 : Generierung von Singulett-Sauerstoff mittels Ozon und 1,1'-Bis-(diphenyl- phosphino)-ferrocen
0,67 g (1,2 mmol) 1,1'-Bis-(diphenylphosphino)-ferrocen wurden in 50 ml Dichlormethan aufge- nommen und auf -20 C abgekühlt. In diese Lösung wurden 6 g 03/m3 (Gas-Flow 0,06 m3) 9,5 Minuten lang eingeleitet. Das Substrat wurde zuvor in 15 ml Dichlormethan aufgenommen und während der Ozonolyse kontinuierlich zudosiert. Nach beendeter Ozonaufnahme wurde das Rekti- onsgemisch bis auf 1/3 des ursprünglichen Volumens eingedampft, vom ausgefallenen Ferrocen- derivat abfiltriert und das erhaltene Filtrat bis zur Trockene eingedampft. Die Resultate sind in nachstehender Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1:
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Beispiel 5 : Generierung von Singulett-Sauerstoff mittels Ozon und 1,1'-Bis-(diphenyl- phosphino) -ferrocen bei -10 C.

7,0 g 1,1'-Bis-(diphenylphosphino)-ferrocen wurden in 160 ml Dichlormethan gelöst und in einer Batch-Ozonolyse Apparatur auf -10 C gekühlt. Diese Lösung wurde bei -10 C mit zwei Äquivalen- ten Ozon versetzt. Während der Ozonolyse wurden der Reaktionslösung 1,78 g a-Terpinen in 20 ml Dichlormethan mittels einer Perfusorpumpe kontinuierlich zudosiert. Anschliessend wurde überschüssiges Ozon durch Spülen der Apparatur mit Argon ausgeblasen. Die Reaktionslösung wurde eingedampft.

Zunächst wurde aus dem erhaltenen Rückstand das Ferrocenphosphat mittels Säulenchroma- tographie abgetrennt. Dazu wurden 150 g Kieselgel 60A als stationäre Phase und eine Mischung aus n-Hexan:MTBE 9 :1 als mobile Phase verwendet. Das Eluat wurde eingedampft, wodurch man ein gelbes Öl als Rückstand erhielt.

Aus dem erhaltenen Öl wurde das Singulett-Oxidationsprodukt (Ascaridol) mittels Säulenchro- matographie isoliert. Dazu wurden 50 g Kieselgel 60A als stationäre Phase und eine Mischung aus n-Hexan :MTBE 9 :1 als mobile Phase verwendet.

Die vereinigten Fraktionen, welche Ascaridol enthielten, wurden eingedampft, wobei man ein gelbes, öliges Produkt erhielt. Das Produkt wurde mittels H-NMR und Dünnschichtchromatographie charakterisiert.

Ausbeute : 75 mg Ascaridol (25% d.Th).

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Generierung von 1O2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ferrocen der For- mel
Fc (X)n (I)
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Arylgruppen oder Carboxyalkylgruppen substituiertes Ferrocen bedeutet, n 1 oder 2 sein kann und X für einen Rest der Formel
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steht, wobei m 0 oder 1 sein kann und R, einen Phenylrest, Cyclohexylrest, tert. Butylrest,
Ethylrest, Isopropylrest, Methylrest, Methoxyrest, Ethoxyrest, Phenoxyrest oder Butoxyrest bedeutet, in einem organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur von -80 C bis +20 C mit 1 bis 4 mol Ozon pro mol Ferrocenverbindung versetzt wird wodurch sich 1O2 bildet.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ferrocenverbindung 1-(Diphenylphosphino)-ferrocen, 1,1'-Bis-(diphenyl-phosphino)-ferrocen, (S,R)-1-(1-Di- EMI5.3 ethyl)-1',2-bis-(diphenyl-phosphino)-ferrocen, (S,S)-1-(Dicyclohexylphosphino)-2-[1-(diphe- nylphosphino)ethyl]-ferrocen, (S,S)-1-(Dicyclohexylphosphino)-2-[1-(di-cyclohexylphosphi- no)ethyl]-ferrocen, (R,R)-1-(Dicyclohexylphosphino)-2-[1-(di-cyclohexylphosphino)ethyl]- ferrocen, (R,R)-1-(Dicyclohexylphosphino)-2-[1-(di-phenylphosphino)ethyl]-ferrocen, (R, R)- 1-[1-Di-tert.-butylphosphino)ethyl]-2-(di-phenylphosphinoferrocen oder (R,R)-1-[1- (Dicyclohexyl-phosphino)-ethyl]-2-(di-phenylphosphino)-ferrocen eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmit- tel Ethylacetat, Butylacetat, Methanol, Ethanol, Dichlormethan oder Essigsäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur bei -50 bis -5 C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bis zwei Äquivalente Ozon eingesetzt werden.

6. Verwendung von gemäss Anspruch 1 generiertem 1O2 zur Oxidation von organischen Sub- straten, die mit 1O2 reagieren.

7. Verfahren zur Oxidation von organischen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass be- reits während der Umsetzung der Ferrocenverbindung mit Ozon gemäss Anspruch 1 eine Lösung eines organischen Substrates, das mit 1O2 reagiert, zudosiert wird.

8. Verfahren zur Oxidation von organischen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass an- schliessend an die Umsetzung der Ferrocenverbindung mit Ozon gemäss Anspruch 1, nach Entfernen von gegebenenfalls überschüssigem Ozon eine Lösung eines organischen Sub- strates, das mit 1O2 reagiert, zudosiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel für das Substrat Ethylacetat, Butylacetat, Methanol, Ethanol, Dichlormethan oder Essigsäure verwendet wird. <Desc/Clms Page number 6>

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