AT506983B1

AT506983B1 - Häm-komplexe

Info

Publication number: AT506983B1
Application number: AT10742008A
Authority: AT
Inventors: Wolfgang Dr Kroutil; Miguel Mag Lara; Francesco Mutti
Original assignee: Univ Graz
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2011-11-15
Also published as: AT506983A1; WO2010003161A1

Description

österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur oxidativen Spaltung der ethylenischen Doppelbindungen von Vinylaromaten unter Verwendung von Eisenkolmplexen als Katalysatoren.

[0002] Milde und selektive Oxidationsmethoden sowie neue ökologische und ökonomische chemische Verfahren sind aufgrund der wirtschaftlichen Gegebenheiten und des höheren Umweltbewusstseins gefragt wie nie zuvor. Die oxidative Spaltung von Alkenen zu den entsprechenden Aldehyden bzw. Ketonen ist eine häufig verwendete Synthesemethode in der organischen Chemie, (i) um Sauerstoff-Funktionalitäten in Moleküle einzuführen, (ii) um komplexe Moleküle in kleinere Bausteine zu teilen und (iii) um Schutzgruppen zu entfernen. Unter den derzeit verfügbaren Methoden für die chemische oxidative Spaltung von Alkenen wird die reduktive Ozonolyse als die "sauberste" angesehen. Jedoch birgt diese Methode in der Praxis einige Nachteile, wie z.B. die Notwendigkeit der Verwendung spezieller Ausrüstung (Ozonisator), Tieftemperaturtechnik (normalerweise -78 °C) und der zusätzliche Bedarf stöchiometrischer Mengen an Reduktionsmitteln (z.B. Dimethylsulfid, Zink, Wasserstoff, Phosphinen usw.) für die reduktive Aufarbeitung. Zusätzlich sind spezielle Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, um schweren Unfällen, etwa durch Explosionen, vorzubeugen.

[0003] Für andere Methoden unter Verwendung von Metalloxiden als Oxidationsmittel werden (zumindest) stöchiometrische Mengen an Salz oder Peroxiden benötigt. Diese Varianten zeigen jedoch mäßige bis niedrige Chemo-, Regio- und Stereoselektivität. In vielen Fällen ist die Überoxidation der intermediär erhaltenen Aldehyde zu den entsprechenden Säuren eine nur schwer zu unterbindende Nebenreaktion. So wird etwa die Verwendung von Os04 und Nal04m, von Os04 und Oxon® (2 KHSOs + KHS04 + Κ2504)ρι, von RuCI3 in Kombination mit Nal04 oder Oxon®[3], und von Ruthenium-Nanopartikeln mit Nal04[4) beschrieben.

[0004] Somit wäre ein Oxidationsverfahren für Alkene wünschenswert, mit dem die obigen Nachteile vermieden werden und in dem vor allem ein nichttoxisches, leicht verfügbares Oxidationsmittel, wie z.B. Sauerstoff, zum Einsatz kommen kann.

[0005] Die einzige bekannte chemisch-katalytische Methode, die als Oxidationsmittel molekularen Sauerstoff nutzt, erfordert jedoch wiederum eine Co(ll)-Verbindung als Katalysator, ist nur mäßig selektiv und darüber hinaus auf Isoeugenol-Derivate limitiert151.

[0006] Neben zahlreichen Publikationen auf dem Gebiet der Biokatalyse, d.h. der enzymatischen Katalyse [6H29] - auch von den Erfindern des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes pol,[31] (gjehe dje anhängigen österreichischen (AT) Patentanmeldungen A 1062/2007 und A 1902/2007) - wurden zudem Versuche mit Metallkomplex-Katalysatoren für die Alkenspaltung beschrieben. Dabei wurde als Komplexierungsmittel einerseits der "Salen'-Ligand

Rc Rc

[0007] (worin M für ein Metallion - im Literaturzitat: Eisen - steht), dessen Name eine Kurzform für die Kombination aus Salicylaldehyd und Ethylendiamin ist, aus denen diese Schiffschen Basen erzeugt werden, eingesetzt, wobei jedoch als Oxidationsmittel erneut Wasserstoffperoxid verbraucht wird1321.

[0008] Alternativ dazu wurden Alkenspaltungen unter Verwendung von Porphyrin-Mangan-Komplexen als Katalysator beschrieben, 1/15

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Porphyrin-Crundgerüst (Porphin) [0009] wobei jedoch wiederum stöchiometrische Mengen an Periodat I04 als Oxidationsmittel verbraucht werden[33].

[0010] Aus CN 1629120 A1 ist bekannt, Porphyrinatometallkomplexe der folgenden Formeln (I) und (II) als Katalysatoren der Oxidation von Olefinen mit Luft, Sauerstoff oder sauerstoffhältigen Inertgasen, gegebenenfalls in Gegenwart anderer Oxidationsmittel wie NaCIO, H202 oder Peressigsäure, zu Aldehyden, Ketonen und Säuren einzusetzen:

Formel (I) Formel (II) [0011] Darin ist M aus Übergangsmetallen und Lanthaniden, wie z.B. Fe, Mn, Co, Cr, Cu, Pt, Pd und Tb, ausgewählt, R-, bis R3 sind ausgewählt aus Wasserstoff, Hydrocarbyl, Alkoxy, Hyd-roxy, Nitro, Halogenen, Aminen und Amino, Glucosyl, substituiertem Glu-cosyl und Cyclodextri-nen, und X ist ein Atom oder eine Gruppe, die zur Koordination mit dem Metall in der Lage ist, wie z.B. Essigsäure, Acetylaceton oderein Halogen.

[0012] In den Beispielen werden unter anderem auch Vinylaromaten als Substrate offenbart. Die Reaktionsprodukte sind jedoch durchwegs Gemische aus Aldehyden bzw. Ketonen und den entsprechenden Säuren, und die Reaktionsbedingungen umfassen in den meisten Fällen Reaktionstemperaturen von weit über 100°C.

[0013] Ziel der Erfindung war vor diesem Hintergrund weiterhin die Bereitstellung wirksamer Katalysator-Systeme für die oxidative Spaltung von Alkenen zu Aldehyden bzw. Ketonen unter Verbrauch eines nichttoxischen, leicht verfügbaren Oxidationsmittels, wie z.B. Sauerstoff, auf schonende und wirtschaftliche Weise.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0014] Die vorliegende Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur oxidativen Spaltung von gegebenenfalls substituierten Vinylaromaten der nachstehenden Formel (1), welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine oder mehrere Verbindungen der Formel (1) in Gegenwart von molekularem Sauerstoff mit zumindest einem Porphyrinatoeisen(lll)-Komplex, ausgewählt aus Hämin b ("Hämin"), Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(lll) ("Hämin 1"), Chloro[tetrakis(pentafluorphenyl)-protoporphyrinato]eisen(lll) ("Hämin 2"),Chloro[tetrakis(4-sulfophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) ("Hämin 3") und Chloro[tetrakis(4-trimethylammonio-phenyl)protoporphyrinato]eisen(lll)-tetrachlorid ("Hämin 4"), als Katalysator gemäß nachstehendem allgemeinem Reaktionsschema zu Aldehyden bzw. Ketonen der Formeln (2) und (3) oxidiert wird bzw. werden: 2/15

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R

(1)

Porphy rinatoeisen(l 1()-Komplex R R n

o (2) +

R (3) [0015] worin n eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, so dass der aromatische Ring in ortho-, meta-und/oder para-Stellung zur Vinylgruppe mit 0 bis 5 Substituenten R1 substituiert ist, die gleich oder unterschiedlich sein können und ausgewählt sind aus: [0016] a) gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, in denen gegebenenfalls ein oder mehrere Kohlenstoffatome durch ein Heteroatom, ausgewählt aus Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel, ersetzt sind und die gegebenfalls mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus C^-Alkylgruppen, C^-Alkylengruppen, C^-Alkoxygruppen, Amino-, C^-Alkylamino- und Ci-e-Dialkylaminogruppen, Halogenen, Hydroxy, Oxo und Cyano weiter substituiert sind, [0017] b) Amino-, Ci.6-Alkylamino- und Ci.6-Dialkylaminogruppen, sowie [0018] c) Halogenen, Hydroxy und Cyano, [0019] wobei zwei beliebige der Substituenten R1 zu einem alicyclischen oder aromatischen Ring verbunden sein können, und [0020] worin die Substituenten R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine der unter a), b) und c) beschriebenen Optionen sind, [0021] wobei R2 und/oder R3 jeweils mit einem Substituenten R1 zu einem alicyclischen Ring verbunden sein können, wobei in diesem Fall R2 bzw. R3 jeweils für eine chemische Bindung zwischen dem Kohlenstoffatom der Vinylgruppe, an das sie gebunden sind, und dem Substituenten R1 stehen können.

[0022] Auf diese Weise wird ein Oxidationsverfahren für die oben genannten Verbindungen bereitgestellt, mit dem das zuvor definierte Ziel erreicht werden kann. Das heißt, Arylalkene können unter Verwendung von Sauerstoff, eines allgegenwärtigen, harmlosen Oxidationsmittels, und zumindest eines speziellen Porphyrinatoeisen(lll)-Komplexes, d.h. eines Komplexes von Eisen(lll) mit einem Porphyrin-Derivat und einem weiteren axialen Liganden, kostengünstig und auf umweltschonende Weise zu den gewünschten Aldehyden und Ketonen, z.B. zu Vanillin, oxidiert werden. Die Reaktionen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos sogar bei Raumtemperatur durchgeführt werden.

[0023] Es sind somit weder teure bzw. toxische Katalysatoren noch komplizierte und ebenfalls kostspielige Ausrüstung (Ozonisator, Tieftemperaturkühlsysteme) erforderlich, und es fallen keine aufwändig zu entsorgenden Abfallprodukte an, da als Nebenprodukte der obigen Reaktion lediglich geringe Mengen der jeweiligen Diole (4) anfallen können, die von den gewünschten Aldehyden bzw. Ketonen leicht abzutrennen sind.

R2 OH

(4) [0024] Die aus der CN 1629120 A1 bekannte Bildung der entsprechenden Säuren als Oxi-dations(neben)produkte wird im Verfahren der vorliegenden Erfindung vollständig unterdrückt.

[0025] Die fünf Porphyrinatoeisen(lll)-Komplexe im erfindungsgemäßen Verfahren sind (gemäß der breit gefassten lUPAC-Definition) Häm-Derivate, genauer gesagt Ferrihäm-Derivate. Zwar können auch die Eisen(ll)-Komplexe, d.h. Ferrohäm-Derivate, eingesetzt werden, darin wird 3/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 jedoch den Erfahrungen der Erfinder zufolge unter den herrschenden Reaktionsbedingungen das Eisenatom rasch zu Eisen(lll) oxidiert, das anschließend die oben beschriebene oxidative Spaltung katalysiert. Noch genauer sind die fünf Katalysatoren Hämine, d.h. Häm-Derivate mit Chlor als Ligand des Metallions.

[0026] Die Struktur der fünf Hämin-Katalysatoren wird nachstehend - zunächst anhand des bekanntesten Beispiels, d.h. von Hämin b, das mitunter einfach als "Hämin" bezeichnet wird -veranschaulicht.

HOOC

[0027] Die vier übrigen erfindungsgemäßen Katalysatoren wurden als "Hämin 1" bis "Hämin 4" bezeichnet, und ihre Strukturen sind wie folgt.

Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(lll)

"Hämin 2" Chloro[tetrakis(pentafluoiphenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) 4/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15

"Hämin 3" Chloro[tetrakis{4-sulfophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) CI- Cl-

"Hämin 4"

Chloro[tetrakis(4-trimethylammoniophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll)-tetrachlorid [0028] Die Substituenten und deren Positionen am Porphyrin-Gerüst bewirken - unter anderem - unterschiedliche Aktivität des Katalysators für verschiedene Vinylaromaten (1), z.B. aufgrund unterschiedlicher Elektronegativitäten, sowie unterschiedliche Löslichkeit desselben in Wasser und organischen Lösungsmitteln, wie dies in den späteren Beispielen ausführlicher dokumentiert wird.

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren wird, bevorzugt in einem Puffer durchgeführt, um die Reaktionsbedingungen, insbesondere den pH, während der Oxidation stabil halten zu können. Vorzugsweise erfolgt die Reaktion in Bis-Tris-Puffer, Acetatpuffer, Formiatpuffer oder Phosphatpuffer. Der pH-Wert des Reaktionsgemischs wird vorzugsweise auf 5 bis 8, noch bevorzugter auf etwa 7, eingestellt, da in diesem Bereich die jeweiligen Katalysatoren gute Aktivität aufweisen bzw. keine stark sauren oder basischen Reaktionslösungen anfallen, was deren Entsorgung vereinfacht.

[0030] Das Reaktionsgemisch kann gegebenenfalls erforderliche Mengen an organischem Lösungsmittel umfassen, um gute Löslichkeit der Katalysator-Komplexe zu gewährleisten. Das oder die Lösungsmittel ist/sind vorzugsweise aus Ci^-Alkanolen, Dimethylsulfoxid, Toluol, Aceton, Dioxan, Tetrahydrofuran, Dimethylformamid und Gemischen davon ausgewählt und ist/sind vorzugsweise in einem Anteil von 1 bis 20, noch bevorzugter 5 bis 15, Vol.-% des Reaktionsgemischs enthalten.

[0031] In weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird das erfindungsgemäße Verfahren unter 02-Überdruck durchgeführt, um so eine höhere Konzentration an Sauerstoff im Reaktionsgemisch zu erzielen und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute zu erhöhen. Vorzugsweise wird die Oxidation unter einem 02-Überdruck von 1 bis 6 bar, vorzugsweise 2 bis 5/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 3 bar, durchgeführt. Noch höhere Werte ergeben kaum zusätzliche Verbesserungen, erhöhen jedoch den apparativen Aufwand deutlich. In den obigen Druckbereichen ist beispielsweise eine herkömmliche Parr-Apparatur problemlos einsetzbar.

[0032] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung somit die Verwendung von Hämin b ("Hämin"), Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(lll) ("Hämin 1"), Chloro-[tetrakis (pen-tafluorphenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) ("Hämin 2"), Chloro[tetrakis(4-sulfophenyl)protopor-phyrinato]eisen(lll) ("Hämin 3") und/oder Chloro[tetrakis(4-trimethylammoniophenyl)protopor-phyrinato]eisen(lll)-tetrachlorid ("Hämin 4") als Katalysatoren bei der oxidativen Spaltung der ethylenischen Doppelbindungen von Vinylaromaten mit molekularem Sauerstoff.

BEISPIELE

[0033] Die Erfindung wird nun anhand spezifischer, nichteinschränkender Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Sämtliche Beispiele wurden in Dreifachansätzen durchgeführt, deren Mittelwerte als jeweilige Ergebnisse angegeben sind.

[0034] Nachdem in Vorversuchen die Reaktivität unterschiedlicher Porphyrinatoeisen(lll)-Komplexe als Katalysatoren der Oxidation von Arylalkenen mit molekularem Sauerstoff festgestellt worden war, wurde zunächst die pH-Abhängigkeit der Aktivität des gängigsten Hämins, d.h. von Hämin b, bei derartigen Reaktionen in einer Modellreaktion mit trans-Anethol als Vinyl-aromat der Formel (1) ermittelt. Zur Einstellung der pH-Werte von 5 bis 8 wurde ein entsprechender Phosphatpuffer eingesetzt. BEISPIELE 1 BIS 4

[0035] Oxidation von trans-Anethol mittels Hämin bei unterschiedlichem pH

trans-Anethol p-Anisaldehyd Acetaldehyd [0036] Aufgrund der Wasserunlöslichkeit von Hämin, d.h. Hämin b, wurde eine Stammlösung in Dimethylsulfoxid hergestellt, indem im Handel erhältliches Hämin (siehe den späteren Abschnitt "Materialien und Bezugsquellen"; MG 651,94, 3,5 mg, 0,005 mmol) in 2,5 ml DMSO gelöst wurde, was eine Hämin-Konzentration von 2,1 x 10"3 M ergab.

HOOC

Hämin b, "Hämin” [0037] Jeweil 50 μΙ der Stammlösung wurden in die Wells von "Riplate LV" 5 ml Deep Well Plate (HJ-Bioanalytik GmbH) gefüllt. Danach wurden 950 ul des jeweiligen Phosphatpuffers 6/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 (Na2HP04.2H20/KH2P04, 1 mM) und 6 μΙ (0,04 mmol) trans-Anethol zugesetzt, so dass die Hämin-Konzentration in jedem Well etwa 10'4 M betrug. Die Platten wurden anschließend in aufrechter Position in einen 02-Druckreaktor gestellt. Der Reaktor wurde mit reinem molekularem Sauerstoff gespült, und der Druck wurde auf 2 bar Sauerstoff eingestellt und mit 170 U/min bei 25°C geschüttelt. Nach 24 h wurden die Reaktionsgemische in 2-ml-Eprouvetten übergeführt, und die Wells wurden mit EtOAc (600 μΙ) nachgewaschen. Diese 600 μΙ wurden zu den jeweiligen Eprouvetten zugesetzt, um damit auch eine erste Extraktion der wässrigen Reaktionsgemische durchzuführen. Nach einer zweiten Extraktion mit reinem EtOAc (500 μΙ) wurden die vereinigten organischen Phasen über Na2S04 getrocknet und mittels GC bezüglich des Umsatzes zu p-Anisaldehyd (4-Methoxybenzaldehyd) analysiert.

[0038] Die in den jeweiligen Beispielen erzielten Umsätze von trans-Anethol zu p-Anisaldehyd (in % der Theorie) sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

[0039] Tabelle 1

Beispiel pH Umsatz zu p-Anisaldehyd (%) 1 5 75 2 6 73 3 7 73 4 8 74 [0040] Neben den erwünschten Reaktionsprodukten p-Anisaldehyd und Acetaldehyd waren in allen vier Beispielen auch geringe Mengen eines Nebenprodukts festzustellen, dass als 1-(4-Methoxyphenyl)propan-1,2-diol der nachstehenden Formel identifiziert wurde:

[0041] Dieses Nebenprodukt kann jedoch mittels fachbekannter Verfahren zur Reinigung von Carbonylverbindungen, z.B. unter Überführung der Aldehyde in Acetale oder Schiffsche Basen, abgetrennt und gegebenenfalls mittels bekannter Oxidationsverfahren fürvicinale Diole (z.B. mit Os04 oder I04. als Oxidationsmittel) ebenfalls in die gewünschten Aldehyde übergeführt werden. Zudem kann wohl durch eine Optimierung des eingesetzten Katalysators sowie der Verfahrensbedingungen wie Konzentration, Reaktionszeit, -druck und -temperatur die Nebenproduktbildung noch weiter unterdrückt werden.

[0042] Aus Tabelle 1 geht jedenfalls bereits eindeutig die überraschende katalytische Wirkung des Hämins in der obigen Oxidationsreaktion hervor. Der pH-Wert hatte praktisch keinen Einfluss auf die Aktivität des getesteten Hämin-Katalysators.

[0043] Als nächstes wurde die Wirksamkeit weiterer Häm in-Derivate getestet. BEISPIELE 5 BIS 8 [0044] Oxidation von trans-Anethol mit unterschiedlichen Häm in-Derivaten [0045] Die Reaktion und GC-Messung erfolgte im Wesentlichen wie in Beispiel 3, d.h. in Phosphatpuffer mit pH 7, nur dass die folgenden vier, aus im Handel erhältlichen Porphyrinliganden nach literaturbekannten Verfahren synthetisierten (siehe "Materialien und Bezugsquellen") Hämin-Derivate, als Hämin 1 bis 4 bezeichnet, als Katalysatoren eingesetzt wurden: 7/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15

"Hämin 1"

Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(ffl)

Chloro[tetrakis{pentafluorphenyl)protoporphyrinato]eisen(ill)

"Hämin 3"

Chloro[tetrakis(4-sulfophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) 8/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 ci- ci-

Chloro[tetrakis(4-trimethylammoniophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll)-tetrachlorid [0046] Dabei wurden zu Beginn 10'4 M Stammlösungen der Katalysatoren in Phosphatpuffer (pH 7, 1 mM) hergestellt, wobei für Hämin 1 und Hämin 3 (Beispiele 5 und 7) jeweils 5 Vol.-% und für Hämin 2 (Beispiel 6) 10 Vol.-% DMSO als Co-Lösungsmittel zugesetzt wurden und die Stammlösung gegebenenfalls auf 40-50 °C erwärmt wurde, um den Katalysator zu lösen. Allerdings blieb die Hämin-2-Stammlösung in Beispiel 6 auch nach Zusatz von 10 Vol.-% DMSO leicht trüb. Hämin 4 (Beispiel 8) löste sich hingegen auch ohne DMSO-Zusatz vollständig im Phosphatpuffer.

[0047] Die Ergebnisse der Tests sind zusammen mit jenem von Beispiel 3 in nachstehender Tabelle 2 zusammengefasst.

[0048] Tabelle 2

Beispiel Katalysator Umsatz zu p-Anisaldehyd (%) 3 Hämin b 73 5 Hämin 1 74 6 Hämin 2 44 7 Hämin 3 24 8 Hämin 4 21 [0049] Aus der Tabelle geht hervor, dass nur Hämin 1 ähnlichen Umsatz zu p-Anisaldehyd zeigte wie "natürliches" Hämin. Hämin 2 war etwa halb so wirksam, was jedoch an der unvollständigen Auflösung im Reaktionsgemisch gelegen sein könnte. Die Ergebnisse von Hämin 3 und Hämin 4 waren deutlich schlechter. Um zu überprüfen, ob dies an zu geringer Reaktivität der Katalysatoren mit trans-Anethol oder an mangelnder Stabilität derselben im Reaktionsgemisch lag, wurde der zeitliche Verlauf der Reaktionen untersucht. BEISPIELE 9 BIS 13 [0050] Zeitlicher Verlauf der Oxidation von trans-Anethol [0051] Die Beispiele 3 sowie 5 bis 8 wurden im Wesentlichen wiederholt, wobei jedoch der 9/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15

Umsatz nach 2 h, 5 h und 7,5 h mittels GC kontrolliert und über der Zeit aufgetragen wurde. Da die erhaltenen Messwerte für jeden Katalysator annähernd linear anstiegen, war einerseits bewiesen, dass die Katalysatoren in Lösung stabil waren. Mittels linearer Regression wurden andererseits die Anstiege k, der jeweiligen Regressionsgeraden berechnet, die ein Maß für die Reaktivität der Katalysatoren darstellen, und für jeden Katalysator auf Hämin b bezogen, d.h. als Verhältnis kj/kHämm angegeben. Die Ergebnisse finden sich in nachstehender Tabelle 3.

[0052] Tabelle 3

Beispiel Katalysator k, ki/knämin 9 Hämin b 5,7 1,00 10 Hämin 1 15,8 2,77 11 Hämin 2 0,4 0,07 12 Hämin 3 0,5 0,09 13 Hämin 4 1,3 0,23 [0053] Aus den Werten geht klar hervor, dass Hämin 1 für trans-Anethol nahezu die Dreifache Aktivität von Hämin b besaß, während die übrigen Katalysatoren in dieser Reaktion weitaus weniger wirksam waren. Das belegt, dass unterschiedliche Substitutionsmuster am Porphingerüst deutlich unterschiedliche Reaktivitäten mit sich bringen, so dass zur Erzielung höherer Umsätze mitunter längere Reaktionszeiten erforderlich sind. Andererseits sollte für den jeweils zu oxidierenden Vinylaromaten ein selektiv wirksamer Porphyrinatoeisen(lll)-Komplex ermittelbar sein. Zur Überprüfung dessen wurden zunächst weitere Versuche mit Inden als Vinylaromat (1) durchgeführt. BEISPIELE 14 BIS 18 [0054] Oxidation von Inden

o2 Hämin

Inden - 2-(Formylniethyl)benzaldehyd [0055] Analog zu den Beispielen 3 und 5 bis 8 wurde anstelle von trans-Anethol Inden mit den fünf verschiedenen Hämin-Derivaten als Katalysatoren binnen 24 h bei pH 7 oxidiert, in diesem Fall zu 2-(Formylmethyl)benzaldehyd, das aufgrund der Verknüpfung von R1 und R3 in Formel (1), wobei R2 = H ist, die einzige entstehende Carbonylverbindung darstellt. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle 4 angeführt.

[0056] Tabelle 4

Beispiel Katalysator Umsatz zu 2-(Formylmethyl)benzaldehyd (%) 14 Hämin b 68 15 Hämin 1 77 16 Hämin 2 55 17 Hämin 3 7 18 Hämin 4 14 [0057] Wiederum übertraf Hämin 1 die gute Leistungsfähigkeit von Hämin b geringfügig, wäh- 10/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 rend die übrigen drei Katalysatoren innerhalb von 24 h schlechtere Umsätze ergaben. Allerdings war bei der vorliegenden Inden-Oxidation Hämin 2 die wirksamste dieser drei Verbindungen, während sie zuvor bei trans-Anethol die schlechtesten Ergebnisse geliefert hatte. Hämin 3 war erneut sehr wenig aktiv und wurde daher in den folgenden Experimenten nicht weiter untersucht. Eine gewisse Selektivität der Katalysatoren für bestimmte Reaktanten war somit zwar bereits belegt, dennoch wurde in weiteren Versuchen die Wirksamkeit von vier der fünf Katalysatoren mit anderen Vinylaromaten getestet. BEISPIELE 19 BIS 22 [0058] Oxidation von 2-Chlorstyrol

2-Chlorstyrol 2-Chlorbenzaldehyd Formaldehyd [0059] Die Beispiele 3, 5, 6 und 8 wurden im Wesentlichen wiederholt, nur dass 2-Chlorstyrol anstelle von trans-Anethol oxidiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.

[0060] Tabelle 5

Beispiel Katalysator Umsatz zu 2-Chlorbenzaldehyd (%) 19 Hämin b 32 20 Hämin 1 21 21 Hämin 2 32 22 Hämin 4 8 [0061] Es zeigte sich, dass in diesem Fall Hämin b und Hämin 2 etwa gleich wirksam waren, während Hämin 1 und besonders Hämin 4 in 24 h signifikant geringere Umsätze ermöglichten. BEISPIELE 23 BIS 26 [0062] Oxidation von Isoeugenol

Hämin Q* c

H

Acetaldehyd [0063] Die Beispiele 3, 5, 6 und 8 wurden im Wesentlichen wiederholt, nur dass Isoeugenol anstelle von trans-Anethol oxidiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben.

[0064] Tabelle 6

Beispiel Katalysator Umsatz zu Vanillin (%) 23 Hämin b 66 24 Hämin 1 63 25 Hämin 2 61 26 Hämin 4 36 11/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 [0065] In diesem Fall waren Hämin b, Hämin 1 und Hämin 2 ungefähr gleich wirksam, während Hämin 4 deutlich geringere Umsätze ermöglichte. Dennoch war dies das beste mit Hämin 4 erzielte Ergebnis, so dass auch für diesen Katalysator eine deutliche Selektivität erkennbar war. Da Vanillin ein industriell bedeutendes Produkt darstellt, wurden zwei weitere Versuche zu dessen Herstellung unternommen. BEISPIELE 27 UND 28 [0066] Oxidation von Coniferylalkohol

OH Coniferylalkohol Hämin

C H

"OH

Glykolaldehyd [0067] Die Beispiele 3 und 8 wurden im Wesentlichen wiederholt, nur dass Coniferylalkohol anstelle von trans-Anethol oxidiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben.

[0068] Tabelle 7

Beispiel Katalysator Umsatz zu Vanillin (%) 27 Hämin b 3 28 Hämin 4 3 [0069] Weder Hämin b noch Hämin 4 lieferten zufrieden stellende Ergebnisse, so dass für die Oxidation von Coniferylalkohol zu Vanillin ein wirksamerer Katalysator sowie die dafür optimalen Reaktionsbedingungen zu ermitteln wären.

[0070] Somit wurden Wirksamkeit und Selektivität der fünf Porphyrinatoeisen(lll)-Komplexe als Katalysatoren im erfindungsgemäßen Verfahren eindeutig belegt. Der einschlägige Fachmann kann anhand der obigen Lehre durch Optimierungsreihen leicht die optimalen Bedingungen bezüglich pH, Druck und Lösungsmittelanteil für spezielle Vinylaromaten in den jeweiligen Oxidationsreaktionen ermitteln. Die Erfindung erweitert daher das Gebiet der organischen Katalyse zur Herstellung organischer Carbonylverbindungen um einen bedeutenden Beitrag.

MATERIALIEN UND BEZUGSQUELLEN

[0071] Hämin b: Chloro(protoporphyrinato)eisen(lll); Sigma-Aldrich, Lot&Filling No. 1354234 33607379 [0072] Hämin 1: Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(lll); Porphyrinligand im Handel erhältlich von Frontier Scientific, Batch WC04-53; Fe(lll)-Derivat gemäß Literaturvorschrift 1341 synthetisiert.

[0073] Hämin 2: Chloro[tetrakis(pentafluorphenyl)protoporphyrinato]eisen(lll); Porphyrinligand im Handel erhältlich von Frontier Scientific, Batch JY04-634; Fe(lll)-Derivat gemäß Literaturvorschrift1341 synthetisiert.

[0074] Hämin 3: Chloro[tetrakis(4-sulfophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll); Porphyrinligand im Handel erhältlich von Frontier Scientific, Batch 04-701; Fe(lll)-Derivat gemäß Literaturvorschrift1341 synthetisiert.

[0075] Hämin 4: Chloro[tetrakis(4-trimethylammoniophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll)-tetra-Chlorid; Porphyrinligand im Handel erhältlich von Frontier Scientific, Batch NM08-337; Fe(lll)-Derivat gemäß Literaturvorschrift1341 synthetisiert. 12/15 österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 [0076] trans-Anethol: Sigma-Aldrich, Cat. 11,787-0, Lot No. S16146-283 [0077] Inden: Merck-Schuchard, S17014 843, 8.20701.0005 [0078] 2-Chlorstyrol: Sigma-Aldrich, 132683 [0079] Isoeugenol: Sigma-Aldrich, 117206 [0080] Conferylalkohol: Sigma-Aldrich, 223735

LITERATURZITATE

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Claims

österreichisches Patentamt AT 506 983 B1 2011-11-15 [00101] [21] [00102] [22] [00103] [23] [00104] [24] [00105] [25] [00106] [26] [00107] [27] [00108] [28] [00109] [29] [00110] [30] [00111] [31] [00112] [32] [00113] [33] [00114] [34] "A dioxygenase from Acinetobacter johnsonii is restricted to 1,3-diones", G.D. Straganz, H. Hofer, W. Steiner, B. Nidetzky, J. Am. Chem. Soc. 126, 12202-12203(2004). G. Straganz, A. Glieder, L. Brecker, D.W. Ribbons, W. Steiner, Biochem. J. 369, 573-581 (2003). "Lignostilbene-a,ß-dioxygenase isozymes cleave various substituted stilbene derivatives", S. Kamoda, T. Terada, Y. Saburi, Biosci. Biotechnol. Biochem. 62, 2575-2576 (1997). S. Kamoda, M. Samejima, Agric. Biol. Chem. 55,1411-1412 (1991). S. Kamoda, Y. Saburi, Biosci. Biotechnol. Biochem. 57, 931-934 (1993). S. Kamoda, T. Terada, Y. Saburi, Biosci. Biotechnol. Biochem. 67, 1394-1396 (2003). S. Kamoda, T. Terada, Y. Saburi, Biosci. Biotechnol. Biochem. 69, 635-637 (2005). "Heme-dependent oxygenase cleaves double bonds of rubber (poly(cis-1,4-isoprene))", R. Braaz, P. Fischer, D. Jendrossek, Appl. Environ. Microbiol. 70, 7388-7395 (2004). "ß-Diketone cleavage", G. Grogan, Biochem. J. 388, 721-730 (2005). H. Mang, J. Gross, M. Lara, C. Goessler, G.M. Gübitz, H.E. Schoemaker, W. Kroutil, Angew. Chem. Int. Ed. 45, 5201-5203 (2006). H. Mang, J. Gross, M. Lara, C. Goessler, G.M. Gübitz, H.E. Schoemaker, W. Kroutil, Angew. Chem. 118, 5325-5328 (2006). "Clay-anchored non-heme iron-salen complex catalyzed cleavage of C=C bond in aqueous medium", A. Dhakshinamoorthy, K. Pitchumani, Tetrahedron 62, 9911-9918(2006). "Oxidative cleavage of alkenes. catalyzed by a water/organic soluble manganese porphyrin complex", S.-T. Liu, K. V. Reddy, R.-Y. Lai, Tetrahedron 63, 1821- 1825(2007). K. Dürr et al., J. Am. Chem. Soc. 129, 4217-4228 (2007). Patentansprüche 1. Verfahren zur oxidativen Spaltung von gegebenenfalls substituierten Vinylaromaten der nachstehenden Formel (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Verbindungen der Formel (1) in Gegenwart von molekularem Sauerstoff mit zumindest einem Porphyrinatoeisen(lll)-Komplex, ausgewählt aus Hämin b ("Hämin"), Chloro(dibromdiphenylprotoporphyrinato)eisen(lll) ("Hämin 1"), Chloro[tetrakis(pentafluorphenyl)protoporphyrinato]-eisen(lll) ("Hämin 2"), Chloro[tetrakis(4-sulfophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll) ("Hämin 3") und Chloro[tetrakis(4-trimethylammoniophenyl)protoporphyrinato]eisen(lll)-tetrachlorid ("Hämin 4"), als Katalysator gemäß nachstehendem allgemeinem Reaktionsschema zu Aldehyden bzw. Ketonen der Formeln (2) und (3) oxidiert wird bzw. werden:

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