Katalysator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen neuen Katalysator, insbesondere zum Racemisieren von optisch aktiven Isochinolinen.
Der Katalysator gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er auf Raney Kobalt niedergeschlagenes Kupfer enthält.
Der erfindungsgemässe Katalysator kann dadurch erhalten werden, dass man Raney-Kobalt in einem wässrigen Medium mit einer verdünnten wässrigen Lösung eines Kupfersalzes behandelt.
Es wurde gefunden, dass der erfindungsgemässe Katalysator einerseits gewisse Hydrier mgsreaktionen selektiv katalysiert, anderseits aber auch stark dehydrierend wirkt, so dass er als Racemisierungskatalysator für die Durchführung gewisser Racemisierungsreaktionen besonders wertvoll ist. So kann man mit dem neuen Katalysator beispielsweise L-1-(p- Methoxy-benzyl)-2-methyl-1, ,2,3,4,5 ,6,7,8-octahydro- isochinolin und verwandte Verbindungen in viel höheren Ausbeuten, als dies mit den bisher verwendeten Katalysatoren möglich war, katalytisch racemisieren. Der erfindungsgemässe Katalysator besitzt ferner den Vorteil, dass er viel langsamer desaktiviert wird als die bisher für den gleichen Zweck verwendeten Edelmetallkatalys atoren.
Beim Racemisieren von optisch aktiven Octahydroisochinolinen kann man in der Weise vorgehen, dass man z. B. eine optisch aktive Verbindung der Formel
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in welcher R1 Wasserstoff oder einen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen und R2 Wasserstoff oder einen niederen Alkylrest bezeichnet, in einem flüssigen Medium in einer Wasserstoffatmosphäre in Gegenwart des erfindungsgemässen Katalysators erhitzt.
Die Menge des auf dem Raney-Kobalt niedergeschlagenen Kupfers kann erheblich schwanken und beispielsweise zwischen 2 und 50 Gew.O/o, bezogen auf den Kobaltgehalt des Katalysators, liegen.
Die bevorzugte Kupfermenge liegt bei etwa 16 16 /o, bezogen auf das Gewicht des Kobalts. Mit solchen Kupfer-Kobalt-Katalysatoren kann man z. B. bei Racemisierungen der obgenannten Art Umsätze bis zu etwa 90 /o erzielen.
Das zur Herstellung des erfindungsgemässen Katalysators verwendete Raney-Kobalt kann aus einer Raney-Kobalt-Legierung, z. B. aus einer Kobalt Aluminium-Legierung, durch Auslagen mit Natronlauge bei mässig erhöhter Temperatur, z. B. von 55 bis 600, und nachfolgendes wiederholtes Waschen und Dekantieren erhalten werden.
Bei der Behandlung mit der Kupfersalzlösung wird das Raney-Kobalt zweckmässigerweise in heftiger Bewegung gehalten, da dadurch ein gleichmässigeres Niederschlagen des Kupfers bewirkt wird.
Als Kupfersalz kann man beispielsweise Kupfersulfat verwenden.
Zur Durchführung des genannten Racemisierungsverfahrens verwendet man zweckmässigerweise Methanol als flüssiges Medium. Die Racemisierungsreaktion wird vorzugsweise unter Druck, z. B. unter einem Wasserstoffdruck von etwa 30-40 Atm., und bei erhöhter Temperatur, z. B. bei 100-170 , durchgeführt.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind alle Temperaturen in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1
Einer kräftig gerührten Suspension von 25 g Raney-Kobalt in Wasser wird eine durch Verdünnen von 3,75 cm einer 10 /o, igen (Gew. lVol.) wässrigen Kupfersulfatlösung mit 25 g Wasser erhaltene Lösung tropfenweise zugesetzt. Das Gemisch wird durch mehrmaliges Zugeben von Wasser und Dekantieren gewaschen. Der erhaltene Katalysator weist einen Kupfergehalt von etwa 16 Gew. /o auf, bezogen auf das Gewicht des Raney-Kobalts.
Beispiel 2 120 kg 28 28 /oige Natronlauge und 60 kg Wasser werden gerührt und auf 600 erhitzt. Der erhaltenen Lösung werden im Verlaufe von 1,5 bis 2 Stunden 30 kg einer Kobalt-Aluminium-Legierung zugesetzt, wobei die Temperatur durch Kühlen auf 600 gehalten wird. Nach beendeter Zugabe der Legierung wird das Gemisch noch während 2 Stunden bei 50 bis 600 weitergerührt. Dann gibt man 80 kg Wasser zu und unterbricht das Rühren, wenn die Temperatur auf 200 gefallen ist. Man lässt das Gemisch während 20 Minuten stehen und entfernt dann die wässrige Flüssigkeit durch Abhebern. Man rührt den festen Rückstand mit 150 kg Wasser auf, lässt das Gemisch stehen und hebert die Flüssigkeit vom niedergeschlagenen festen Produkt ab.
Diese Operationen des Aufrührens mit Wasser, Stehenlassens und Abheberns werden so lange wiederholt, bis das pH der wässrigen Phase unter 9 gesunken ist. Man rührt das auf diese Weise erhaltene feste Produkt mit 150 kg Wasser auf und gibt dem Gemisch bei etwa 200 eine Lösung von 12,9 kg Kupfersulfat in 70 kg Wasser zu. Es vergehen etwa 20 Minuten, bis die Reaktion beendet ist. Das Gemisch wird dann noch 2 Stunden weitergerührt und anschliessend während 30 Minuten stehengelassen. Die wässrige Lösung wird abgehebert, worauf der zurückbleibende Katalysator wiederholt mit 70 kg Wasser gewaschen wird. Nach jeder Waschung lässt man den Katalysator absinken und hebert die Waschflüssigkeit ab.
Es sind etwa 6-7 Waschungen erforderlich. Der Katalysator wird anschliessend dreimal unter Verwendung von insgesamt 45 kg Methanol gewaschen, dann mit 20 kg Methanol gespült und in einen Vorratsbehälter abgefüllt.
Zur Racemisierung von Isochinolinen kann man den erfindungsgemässen Katalysator wie folgt verwenden: a) Man löst 5 g L- 1 -(p-Methoxy-benzyl)-2- methyl-1 2,3,4,5 ,6,7,8-octahydroisochinolin in 17cm Methanol und gibt der Lösung 2,5 g eines Kobalt Kupfer-Katalysators mit einem Kupfergehalt von 16 Gew. /s, bezogen auf das Gewicht des Kobalts, zu. Das Gemisch wird während 16 Stunden bei 1066 in einer Wasserstoffatmosphäre unter einem Druck von 40 Atmosphären geschüttelt. Man filtriert das Racemisierungsgemisch, dampft das Lösungsmittel ab und verteilt den Rückstand zwischen Petrol äther und Wasser.
Durch Eindampfen der Petrol ätherfraktion erhält man das gewünschte Racemat in einer Ausbeute von 70 /o. b) Man löst 5 g L-1-(p-Methoxy-benzyl-2-me- thyl-1 ,2,3,4,5,6,7,8-octahydro-isochinolin in 17 cm Methanol und gibt der Lösung 2,5 g eines Kobalt Kupfer-Katalysators mit einem Kupfergehalt von 32 Ges.0/6, bezogen auf das Kobalt, zu. Das Gemisch wird während 16 Stunden bei 106 in einer Wasserstoffatmosphäre unter einem Druck von 40 Atmosphären geschüttelt. Das Racemisierungsgemisch wird filtriert, das Lösungsmittel abgedampft und der Rückstand zwischen Petroläther und Wasser verteilt.
Durch Eindampfen der Petrolätherfraktion erhält man das gewünschte Racemat in einer Ausbeute von 74 /o. c) Man vermischt 40 kg L-l-(p-Methoxy-benzyl)- 2 - methyl - 1,2,3,4,5,6,7,8-octahydro-isochinolin mit 40 kg Methanol und rührt das Gemisch, bis Lösung eingetreten ist. Die erhaltene Lösung wird dann mit 0,4 kg Entfärbungskohle behandelt und filtriert. Der gemäss dem ersten Beispiel 2 hergestellte Katalysator wird mit 20 kg Methanol zu einer Paste verarbeitet, die der filtrierten Lösung zugesetzt wird. Das erhaltene Gemisch wird in einen Autoklaven eingefüllt.
Unter Rühren werden 1200 Liter Wasserstoff mit einem Druck von 20 Atmosphären in den Autoklaven eingeleitet. Die Temperatur wird auf 140 erhöht, wobei der Druck auf 30 Atmosphären steigt.
Dann werden weitere 600 Liter Wasserstoff eingeleitet, so dass der Druck auf etwa 38 Atmosphären steigt. Das Racemisierungsgemisch wird dann während 7 Stunden bei 1400 gerührt, wobei zur Aufrechterhaltung des Druckes 400 Liter Wasserstoff eingeleitet werden. Dann kühlt man das Reaktionsgemisch auf 30G ab, unterbricht das Rühren und entfernt den überschüssigen Wasserstoff. Man filtriert das Gemisch und dampft das Filtrat ein.
Man löst den Rückstand in 87 kg Toluol und wäscht die Lösung zuerst mit 50 kg Wasser und dann mit 20 kg Wasser. Die wässrige Phase wird durch Zugabe von etwa 1- kg Natriumhydroxyd auf pH 9 eingestellt und dann mit 20 kg Toluol extrahiert. Der Toluolextrakt wird zwei- bis dreimal mit je 10 kg Wasser gewaschen, bis die Waschflüssigkeit neutral ist. Man vereinigt den Toluolextrakt mit der bereits vorhandenen Toluollösung und arbeitet die erhaltene Lösung, die das gewünschte Racemat enthält, in üblicher Weise auf. Das Racemat kann mit Hilfe von Weinsäure in die optischen Antipoden gespalten werden.
catalyst
The present invention relates to a new catalyst, particularly for the racemization of optically active isoquinolines.
The catalyst according to the present invention is characterized in that it contains copper deposited on Raney cobalt.
The catalyst according to the invention can be obtained by treating Raney cobalt in an aqueous medium with a dilute aqueous solution of a copper salt.
It has been found that the catalyst according to the invention on the one hand catalyzes certain hydrogenation reactions selectively, but on the other hand also has a strongly dehydrogenating effect, so that it is particularly valuable as a racemization catalyst for carrying out certain racemization reactions. So you can use the new catalyst, for example, L-1- (p-methoxy-benzyl) -2-methyl-1,, 2,3,4,5, 6,7,8-octahydroisoquinoline and related compounds in much higher Yields than was possible with the catalysts previously used, catalytically racemize. The catalyst according to the invention also has the advantage that it is deactivated much more slowly than the noble metal catalysts previously used for the same purpose.
When racemizing optically active octahydroisoquinolines one can proceed in such a way that one z. B. an optically active compound of the formula
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in which R1 denotes hydrogen or a hydrocarbon radical with up to 8 carbon atoms and R2 denotes hydrogen or a lower alkyl radical, heated in a liquid medium in a hydrogen atmosphere in the presence of the catalyst according to the invention.
The amount of copper deposited on the Raney cobalt can vary considerably and can be, for example, between 2 and 50% by weight, based on the cobalt content of the catalyst.
The preferred amount of copper is about 16-16 / o based on the weight of the cobalt. With such copper-cobalt catalysts you can, for. B. achieve conversions of up to about 90 / o in racemizations of the type mentioned above.
The Raney cobalt used to prepare the inventive catalyst can be made from a Raney cobalt alloy, e.g. B. from a cobalt aluminum alloy, by displays with caustic soda at a moderately elevated temperature, z. From 55 to 600, followed by repeated washing and decanting.
When treating with the copper salt solution, the Raney cobalt is expediently kept in vigorous motion, since this causes a more even deposition of the copper.
Copper sulfate, for example, can be used as the copper salt.
To carry out the said racemization process, it is expedient to use methanol as the liquid medium. The racemization reaction is preferably carried out under pressure, e.g. B. under a hydrogen pressure of about 30-40 atm., And at an elevated temperature, e.g. At 100-170.
In the following exemplary embodiments, all temperatures are given in degrees Celsius.
example 1
A solution obtained by diluting 3.75 cm of a 10 / o strength (1 by weight) aqueous copper sulfate solution with 25 g of water is added dropwise to a vigorously stirred suspension of 25 g of Raney cobalt in water. The mixture is washed by adding water several times and decanting. The catalyst obtained has a copper content of about 16% by weight, based on the weight of the Raney cobalt.
Example 2 120 kg of 28% sodium hydroxide solution and 60 kg of water are stirred and heated to 600. 30 kg of a cobalt-aluminum alloy are added to the solution obtained in the course of 1.5 to 2 hours, the temperature being kept at 600 by cooling. After the addition of the alloy is complete, the mixture is stirred at 50 to 600 for a further 2 hours. Then 80 kg of water are added and stirring is stopped when the temperature has dropped to 200. The mixture is left to stand for 20 minutes and then the aqueous liquid is removed by siphoning. The solid residue is stirred up with 150 kg of water, the mixture is allowed to stand and the liquid is siphoned off from the precipitated solid product.
These operations of stirring with water, leaving to stand and siphoning off are repeated until the pH of the aqueous phase has dropped below 9. The solid product obtained in this way is stirred up with 150 kg of water and at about 200 a solution of 12.9 kg of copper sulfate in 70 kg of water is added to the mixture. It takes about 20 minutes for the reaction to end. The mixture is then stirred for a further 2 hours and then left to stand for 30 minutes. The aqueous solution is siphoned off, whereupon the remaining catalyst is repeatedly washed with 70 kg of water. After each washing, the catalyst is allowed to sink and the washing liquid is siphoned off.
Approximately 6-7 washes are required. The catalyst is then washed three times using a total of 45 kg of methanol, then rinsed with 20 kg of methanol and filled into a storage container.
The catalyst according to the invention can be used as follows for the racemization of isoquinolines: a) 5 g of L- 1 - (p-methoxy-benzyl) -2-methyl-1 2,3,4,5, 6,7,8- octahydroisoquinoline in 17 cm methanol and 2.5 g of a cobalt copper catalyst with a copper content of 16 wt. / s, based on the weight of the cobalt, are added to the solution. The mixture is shaken for 16 hours at 1066 in a hydrogen atmosphere under a pressure of 40 atmospheres. The racemization mixture is filtered off, the solvent is evaporated off and the residue is partitioned between petroleum ether and water.
Evaporation of the petroleum ether fraction gives the desired racemate in a yield of 70 / o. b) 5 g of L-1- (p-methoxy-benzyl-2-methyl-1, 2,3,4,5,6,7,8-octahydroisoquinoline are dissolved in 17 cm of methanol and added to the solution 2.5 g of a cobalt copper catalyst with a copper content of 32 total 0/6, based on the cobalt, are added. The mixture is shaken for 16 hours in a hydrogen atmosphere under a pressure of 40 atmospheres at 106. The racemization mixture is filtered , the solvent evaporated and the residue partitioned between petroleum ether and water.
Evaporation of the petroleum ether fraction gives the desired racemate in a yield of 74%. c) 40 kg of Ll- (p-methoxy-benzyl) -2-methyl-1,2,3,4,5,6,7,8-octahydroisoquinoline are mixed with 40 kg of methanol and the mixture is stirred until it is dissolved has occurred. The resulting solution is then treated with 0.4 kg of decolorizing charcoal and filtered. The catalyst prepared according to the first example 2 is processed with 20 kg of methanol to form a paste which is added to the filtered solution. The mixture obtained is placed in an autoclave.
While stirring, 1200 liters of hydrogen are introduced into the autoclave at a pressure of 20 atmospheres. The temperature is increased to 140 with the pressure increasing to 30 atmospheres.
Then a further 600 liters of hydrogen are introduced so that the pressure rises to about 38 atmospheres. The racemization mixture is then stirred at 1400 for 7 hours, 400 liters of hydrogen being introduced to maintain the pressure. The reaction mixture is then cooled to 30G, stirring is interrupted and the excess hydrogen is removed. The mixture is filtered and the filtrate is evaporated.
The residue is dissolved in 87 kg of toluene and the solution is washed first with 50 kg of water and then with 20 kg of water. The aqueous phase is adjusted to pH 9 by adding about 1 kg of sodium hydroxide and then extracted with 20 kg of toluene. The toluene extract is washed two to three times with 10 kg of water each time until the washing liquid is neutral. The toluene extract is combined with the toluene solution already present and the solution obtained, which contains the desired racemate, is worked up in the usual way. The racemate can be split into the optical antipodes with the help of tartaric acid.