DE10208592A1 - Polymergebundener Katalysator zur enantioselektiven Öffnung von prochiralen Anhydriden - Google Patents
Polymergebundener Katalysator zur enantioselektiven Öffnung von prochiralen AnhydridenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung von Katalysatoren, aufweisend die Strukturen der allgemeinen Formel (I), (II) oder (III) DOLLAR F1 zur asymmetrischen Anhydridöffnung gerichtet.
Description
Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung von op
tisch aktiven polymervergrößerten Katalysatoren gerichtet.
Insbesondere befaßt die Erfindung sich mit polymervergrö
ßerten Katalysatoren aufweisend als aktive die chirale In
duktion bedingende Einheit eine oder mehrere Strukturen der
allgemeinen Formel (I) bzw. (II)
Homogen lösliche polymervergrößerte chirale Katalysatoren
sind wichtige Hilfsmittel zur Synthese enantiomerenangerei
cherter organischer Verbindungen gerade auch im technischen
Maßstab, helfen sie doch aufgrund der katalytischen Aktivi
tät einerseits und der Fähigkeit zur Recyclierung und Wie
derbenutzung andererseits die Herstellung der gewünschten
Produkte in äußerst kostengünstiger Weise bewerkstelligen
zu können. Darüber hinaus weisen die mit ihnen durchgeführ
ten Reaktionen nicht die für heterogen lösliche polymerver
größerte Katalysatoren immanenten die Reaktion beeinflus
senden Phasenwechsel des Substrats und Produkts auf.
Es besteht weiterhin ein Bedarf an Katalysatoren für den
Einsatz in der organischen katalytischen Synthese chiraler
Verbindungen.
Janda und Bolm et al. berichteten über die in letzter Zeit
synthetisierten Vertreter der Chinin/Chinidin-Liganden
(Chem. Commun. 1999, 1917-1924; Eur. J. Org. Chem. 1988,
21-27).
Auf dem Gebiet der enantioselektiven Dihydroxylierungsreak
tion nach Sharpless sind bereits homogen lösliche polymer
vergrößerte Chinin/Chinidin-Liganden bekannt (J. Am. Chem.
Soc. 1996, 118, 7632; Tetrahedron Lett. 1997, 38, 1527; An
gew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 773).
Es ist weiterhin bekannt Chinin/Chinidin-Liganden als Kata
lysatoren in der enantioselektiven Öffnung prochiraler An
hydride einzusetzen (Deng et al., J. Am. Chem. Soc. 2000,
9542; Bolm et al., Synlett, 1999, 2, 195-196).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war deshalb die Angabe
von weiteren Verwendungen für homogen lösliche polymerver
größerte Katalysatoren des Chinin/Chinidin-Typs für die
asymmetrische Synthese organischer Verbindungen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung der Kataly
satoren mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Ansprüche 2 bis
6 stellen besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Verwendung unter Schutz.
Dadurch, dass man in einem Verfahren zur asymmetrischen
Öffnung von prochiralen Anhydriden optisch aktive homogen
lösliche polymer vergrößerte Katalysatoren aufweisend als
aktive die chirale Induktion bedingende Einheit eine oder
mehrere Strukturen der allgemeinen Formel (I), (II) oder
(III)
verwendet, worin
R1, R2 unabhängig voneinander stehen für H, (C1-C8)-Alkyl, (C1-C8)-Acyl, (C3-C8)-Cycloalkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)- Aralkyl, (C3-C18)-Heteroaryl, (C4-C19)-Heteroaralkyl, ((C1- C8)-Alkyl)1-3-(C3-C8)-Cycloalkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)- Aryl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3-C18)-Heteroaryl,
R3 ist H,
oder R1, R2 oder R3 ist die Anbindung an die Polymervergrö ßerung,
R4 = DHQ (I) oder DHQD (II) darstellt und R5 H oder die An bindung an ein Polymer ist,
gelangt man in ganz ausgezeichneten Ausbeuten und mit hohen Enantiomerenüberschüssen zu den gewünschten optisch ange reicherten Verbindungen. Die Katalysatoren sind dabei durch die Polymeranbindung z. B. durch Filtration sehr gut von den niedermolekularen Verbindungen zu trennen und damit der überaus einfachen damit aber nicht minder vorteilhaften er findungsseits erwünschten Recyclierung zugänglich.
R1, R2 unabhängig voneinander stehen für H, (C1-C8)-Alkyl, (C1-C8)-Acyl, (C3-C8)-Cycloalkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)- Aralkyl, (C3-C18)-Heteroaryl, (C4-C19)-Heteroaralkyl, ((C1- C8)-Alkyl)1-3-(C3-C8)-Cycloalkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)- Aryl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3-C18)-Heteroaryl,
R3 ist H,
oder R1, R2 oder R3 ist die Anbindung an die Polymervergrö ßerung,
R4 = DHQ (I) oder DHQD (II) darstellt und R5 H oder die An bindung an ein Polymer ist,
gelangt man in ganz ausgezeichneten Ausbeuten und mit hohen Enantiomerenüberschüssen zu den gewünschten optisch ange reicherten Verbindungen. Die Katalysatoren sind dabei durch die Polymeranbindung z. B. durch Filtration sehr gut von den niedermolekularen Verbindungen zu trennen und damit der überaus einfachen damit aber nicht minder vorteilhaften er findungsseits erwünschten Recyclierung zugänglich.
Die Polymervergrößerung kann im Rahmen der Erfindung frei
gewählt werden. Sie wird einerseits durch Praktikabilitäts-
und Kostenerwägungen, andererseits durch technische Rahmen
bedingungen (Rückhaltevermögen, Löslichkeit etc.) begrenzt.
Aus dem Stand der Technik sind einige Polymervergrößerungen
für Katalysatoren bekannt (Reetz et al., Angew. Chem. 1997,
109, 1559f.; Seebach et al., Helv. Chim Acta 1996, 79,
1710f.; Kragl et al., Angew. Chem. 1996, 108, 684f.; Schu
rig et al., Chem. Ber./Recueil 1997, 130, 879f.; Bolm et
al., Angew. Chem. 1997, 109, 773f.; Bolm et al., Eur. J.
Org. Chem. 1998, 21f.; Baystone et al. in Speciality Chemi
cals 224f.; Salvadori et al., Tetrahedron: Asymmetry 1998,
9, 1479; Wandrey et al., Tetrahedron: Asymmetry 1997, 8,
1529f.; ibid. 1997, 8, 1975f.; Togni et al., J. Am. Chem.
Soc. 1998, 120, 10274f., Salvadori et al., Tetrahedron
Lett. 1996, 37, 3375f; WO 98/22415; insbesondere
DE 199 10 691.6; Janda et al., J. Am. Chem. Soc. 1998, 120,
9481f.; Andersson et al., Chem. Commun. 1996, 1135f.; Janda
et al., Soluble Polymers 1999, 1, 1; Janda et al., Chem.
Rev. 1997, 97, 489; Geckler et al., Adv. Polym. Sci. 1995,
121, 31; White et al., in "The Chemistry of Organic Silicon
Conpounds" Wiley, Chichester, 1989, 1289; Schuberth et al.,
Macromol. Rapid Commun. 1998, 19, 309; Sharma et al., Syn
thesis 1997, 1217; "Functional Polymers" Ed.: R. Arshady,
ASC, Washington, 1996; "Praktikum der Makromolekularen
Stoffe", D. Braun et al., VCH-Wiley, Weinheim 1999).
Weiterhin vorzugsweise wird die Polymervergrößerung durch
Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyvinylpyrrolidinone, Poly
siloxane, Polybutadiene, Polyisoprene, Polyalkane, Polysty
role, Polyoxazoline oder Polyether oder Mischungen dersel
ben gebildet. In einer ganz besonders bevorzugten Ausges
taltung benutzt man Polystyrole zum Aufbau der Polymerver
größerung.
Zwischen eigentlicher aktiver Einheit und der Polymerver
größerung kann ein Linker eingebaut sein. Der Linker dient
dazu, einen Abstand zwischen aktiver Einheit und Polymer
aufzubauen, um gegenseitige für die Reaktion nachteilige
Wechselwirkungen abzumildern bzw. auszuschalten.
Die Linker können durch den Fachmann im Prinzip frei ge
wählt werden. Sie sind nach den Gesichtspunkten auszuwäh
len, wie gut sie einerseits an das Polymer/Monomer, ande
rerseits an das aktive Zentrum anzukoppeln sind. Geeignete
Linker sind unter anderem den oben unter der Rubrik Poly
mervergrößerung erwähnten Literaturstellen zu entnehmen.
Im Rahmen der Erfindung sind diese aktiven Einheiten der
Formeln (I) bis (III) vorteilhafterweise also direkt oder
bevorzugt über einen Linker ausgewählt aus der Gruppe
AL=L<a) -Si(R2 | |
)- | |
b) -(SiR2-O)n- | n = 1-10 000 |
c) -(CHR-CHR-O)n- | n = 1-10 000 |
d) -(X)n- | n = 1-20 |
e) Z-(X)n- | n = 0-20 |
f) -(X)n-W | n = 0-20 |
g) Z-(X)n-W | n = 0-20 |
wobei
R bedeutet H, (C1
R bedeutet H, (C1
-C8
)-Alkyl, (C6
-C18
)-Aryl, (C7
-C19
)-Aralkyl,
((C1
-C8
)-Alkyl)1-3
-(C6
-C18
)-Aryl,
X bedeutet (C6
X bedeutet (C6
-C18
)-Arylen, (C1
-C8
)-Alkylen, (C1
-C8
)-
Alkenylen, ((C1
-C8
)-Alkyl)1-3
-(C6
-C18
)-Arylen, (C7
-C19
)-
Aralkylen,
Z, W bedeuten unabhängig voneinander -C(=O)O-, -C(=O)NH-, -C(=O)-, NR, O, CHR, CH2
Z, W bedeuten unabhängig voneinander -C(=O)O-, -C(=O)NH-, -C(=O)-, NR, O, CHR, CH2
, C=S, S, PR,
an die Polymervergrößerung gebunden.
Weitere bevorzugte Verbindungen, die als Linker eingesetzt
werden können, sind in folgendem Schema dargestellt:
Ganz besonders bevorzugt sind jedoch Linker wie z. B.
1,4'-Biphenyl, 1,2-Ethylen, 1,3-Propylen, PEG-(2-10),
α,ω-Siloxanylen oder 1,4-Phenylen sowie α,ω-1,4-
Bisethylenbenzol oder Linker, welche ausgehend von Siloxa
nen der allgemeinen Formel IV
erhältlich sind. Diese lassen sich unter Hydrosilylierungs
bedingungen (Übersicht über die Hydrosilylierungsreaktion
von Ojima in The Chemistry of Organic Silicon Compounds,
1989 John Wiley & Sons Ltd., 1480-1526) leicht an evt.
vorhandene Doppelbindungen in den Polymeren und geeignete
funktionelle Gruppen der aktiven Zentren binden.
Die Größe der Polymervergrößerung sollte so bemessen sein,
dass der Katalysator sich in dem zu verwendenden Lösungs
mittel löst, man also in homogener Phase arbeiten kann. Es
handelt sich bei dem verwendeten Katalysator also vorzugs
weise um einen homogen löslichen. Dadurch lassen sich nega
tive Effekte, die durch die ansonsten bei Einsatz von hete
rogenen Katalysatoren notwendigen Phasenwechsel der Sub
strate und Produkte auftreten, vermeiden.
Die polymervergrößerten Katalysatoren können ein mittleres
Molekulargewicht im Bereich von 1000-1 000 000, vorzugs
weise 5000-500 000, besonders bevorzugt 5000-300 000,
g/mol aufweisen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nach Maßgabe des
Wissens eines Fachmanns die oben genannten Bestandteile der
polymervergrößerten Katalysatoren (I) bis (III) (Polymer,
Linker, aktives Zentrum/Einheit) im Hinblick auf eine opti
male Reaktionsführung beliebig kombiniert werden können.
Im Prinzip gibt es zwei Vorgehensweisen, wie die Lin
ker/aktive Einheit an die Polymervergrößerung angehängt
werden können:
- a) die aktive die chirale Induktion bedingende Einheit wird mit angebundenem Linker oder direkt an ein Monomer gebunden und dieses mit weiteren nicht modifizierten Monomeren copolymerisiert, oder
- b) die aktive die chirale Induktion bedingende Einheit wird über einen Linker oder direkt an das fertige Polymer gebunden.
Ggf. können Polymere nach a) oder b) erstellt und diese mit
anderen Polymeren blockcopolymerisiert werden, welche eben
falls die aktiven die chirale Induktion bedingenden Einhei
ten aufweisen oder welche diese nicht aufweisen.
Weiterhin gilt prinzipiell für die Anzahl der Lin
ker/aktiven Einheiten pro Monomer im Polymer, dass mög
lichst viele derartige katalytisch aktiver Einheiten auf
einem Polymer Platz finden sollten, so dass der Umsatz pro
Polymer dadurch gesteigert ist. Auf der anderen Seite soll
ten die Einheiten jedoch einen solchen Abstand voneinander
einnehmen, dass eine gegenseitige negative Beeinflussung
der Reaktivität (TOF, Selektivität) minimiert wird bzw. gar
nicht erst stattfindet. Vorzugsweise sollte daher der Ab
stand der Linker/aktiven Zentren im Polymer voneinander im
Bereich von 1-200 Monomereinheiten, vorzugsweise 5-25 Mono
mereinheiten, liegen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden dabei solche
Stellen im Polymer oder zu polymerisierendem Monomer zur
Anbindung des Linkers/aktiver Einheit herangezogen, welche
sich leicht funktionalisieren lassen bzw. es erlauben,
schon eine vorhandene Funktionalität zur Anbindung zu be
nutzen. So eignen sich bevorzugt Heteroatome oder ungesät
tigte Kohlenstoffatome zum Aufbau der Anbindung.
Z. B. können im Falle von Styrol/Polystyrol die vorhandenen
Aromaten als Verbindungspunkte zu den Linkern/aktiven Zent
ren herangezogen werden. An diese Aromaten können, vorzugs
weise in 3-, 4-, 5-Stellung, besonders bevorzugt ist die 4-
Stellung, über die normale Aromatenchemie Funktionalitäten
gut angeknüpft werden. Vorteilhaft ist aber auch, der zu
polymerisierenden Mischung z. B. bereits funktionalisiertes
Monomer zuzumischen und nach der Polymerisation an die im
Polystyrol vorhandenen Funktionalitäten den Linker zu bin
den. Vorteilhaft für diesen Zweck sind z. B. para-Hydroxy-,
para-Chlormethyl- oder para-Aminostyrolderivate geeignet.
Im Falle der Polyacrylate ist im Monomerbestandteil jeweils
eine Säuregruppe oder Estergruppe vorhanden, an der vor
oder nach der Polymerisation der Linker oder die aktive Ein
heit vorzugsweise über eine Ester- oder Amidbindung ange
bunden werden kann.
Polysiloxane als Polymervergrößerung werden vorzugsweise
gleich so aufgebaut, dass neben Dimethylsilaneinheiten auch
Hydromethylsilaneinheiten vorliegen. An diesen Stellen kön
nen dann weiterhin die Linker/aktiven Einheiten über eine
Hydrosilylierung angekoppelt werden. Vorzugsweise lassen
sich diese unter Hydrosilylierungsbedingungen (Übersicht
über die Hydrosilylierungsreaktion von Ojima in The Che
mistry of Organic Silicon Compounds, 1989, John Wiley & Sons
Ltd., 1480-1526) an die ins Auge gefaßten Funktionalitä
ten im Polymer anbinden.
Geeignete derart modifizierte Polysiloxane sind in der Li
teratur bekannt ("Siloxane polymers and copolymers", White
et al., in Ed. S. Patai "The Chemistry of Organic Silicon
Compounds" Wiley, Chichester, 1989, 46, 2954; C. Wandrey et
al., TH: Asymmetry 1997, 8, 1975).
Was für die Verbindung von Polymer zu Linker/aktiver Ein
heit gilt, ist synonym für die Anbindung des aktiven Zent
rums (aktive Einheit) an den Linker anzuwenden.
So kann die Linkeranbindung an die aktiven Einheiten bevor
zugt über Heteroatome oder bestimmte Funktionalitäten wie
C=O, CH2, O, N, S, P, Si, B erfolgen, wobei bevorzugt
Ether-/Thioetherbindungen, Aminbindungen, Amidbindungen ge
knüpft oder Veresterungen, Alkylierungen, Silylierungen so
wie Additionen an Doppelbindungen durchgeführt werden.
Besonders bevorzugt sind solche Anbindungsmöglichkeiten,
welche im Stand der Technik für die Polymervergrößerung der
monomeren aktiven Einheiten schon beschrieben sind
(WO 98/35927; Chem. Commun. 1999, 1917; Angew. Chem. 1997,
16, 1835; J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7632; Tetrahedron
Lett. 1997, 38, 1527; Eur. J. Org. Chem. 1998, 21; Angew.
Chem. 1997, 109, 773; Chem. Commun. 1997, 2353; Tetra
hedron: Asymmetry 1995, 6, 2687; ibid 1993, 4, 2351; Tetra
hedron Lett. 1995, 36, 1549; Synlett 1999, 8, 1181; Tetra
hedron: Asymmetry 1996, 7, 645; Tetrahedron Lett. 1992, 33,
5453; ibid 1994, 35, 6559; Tetrahedron 1994, 50, 11321;
Chirality 1999, 11, 745; Tetrahedron Lett. 1991, 32, 5175;
Tetrahedron Lett. 1990, 31, 3003; Chem. Commun. 1998, 2435;
Tetrahedron Lett. 1997, 38, 2577).
Die Herstellung eines polymervergrößerten Katalysators für
den erfindungsgemäßen Zweck kann prinzipiell auch nach der
Vorschrift in DE 100 29 600 erfolgen.
Die aktiven Einheiten werden vorzugsweise über folgende
Gruppen von Verbindungen an die Polymere/Linker angeknüpft.
Für die Reste R4 und R5 gelten die weiter oben angegebenen
Definitionen. Die gezeigten Strukturen können über die Res
te R5 günstigerweise an das Polymer/Linker angeknüpft wer
den, wobei mindestens einer der angegebenen Anbindungsmög
lichkeiten pro Verbindung realisiert sein sollte.
Besonders bevorzugt verwendet man die betrachteten Kataly
satoren zur asymmetrische Öffnung prochiraler Anhydride,
wobei das Verfahren in einem Membranreaktor durchgeführt
wird. Die in dieser Apparatur neben der batch und semikon
tinuierlichen Fahrweise mögliche kontinuierliche Fahrweise
kann dabei wie gewünscht im Cross-Flow-Filtrationsmodus
(Fig. 2) oder als Dead-End-Filtration (Fig. 1) durchgeführt
werden.
Beide Verfahrensvarianten sind prinzipiell im Stand der
Technik beschrieben (Engineering Processes for Bioseparati
ons, Ed.: L. R. Weatherley, Heinemann, 1994, 135-165; Wan
drey et al., Tetrahedron Asymmetry 1999, 10, 923-928).
Besonders bevorzugt ist die Verwendung der vorliegenden Er
findung dergestalt, dass man die Reaktion im repetitive-
Batch-Modus betreibt und zwischen den Reaktionen den Kata
lysator im Membran-Reaktor wäscht. Repetitive-batch bedeu
tet dabei die Ausführung der Reaktion mehrmals hintereinan
der, wobei zu Anfang die Reaktanden dem Reaktor zugeführt
und nach Beendigung der Reaktion die Produkte abgezogen
werden, bevor eine erneute Beschickung des Reaktors er
folgt. Das Waschen des im Reaktors verbleibenden Katalysa
tors erfolgt dabei jeweils vor der Beschickung des Reaktors
mit den Reaktanden. Es hat die Aufgabe noch im Reaktor an
heftende Reaktionsrückstände wie Produkt, Edukt und der
gleichen aus dem Reaktor zu entfernen, um jeweils von
gleich guten Startvoraussetzungen ausgehen zu können. Es
hat sich gezeigt, dass die Produkte zum Teil durch den Ka
talysator gebunden werden (z. B. Säure-Base Paar). Das Wa
schen kann daher bevorzugt auch dazu dienen und kann so
ausgeführt werden, dass im Reaktor kein Produktmolekül che
misch oder physikalisch gebunden verbleibt.
Auf der anderen Seite ist es jedoch auch möglich, diese Re
aktion der Anhydride mit dem Katalysator unter Bedingungen
zu betreiben, die eine Reaktion des Produkts mit dem Kata
lysator unterbinden hilft. Als solche wäre z. B. die Tatsa
che anzusehen, dass weitere Basen der Reaktion zugesetzt
werden, um die Säure-Base-Reaktion der Produkte mit dem Ka
talysator zurückzudrängen.
Damit ein Katalysator für den Einsatz in einem Membranreak
tor geeignet erscheint, muß er verschiedensten Kriterien
genügen. So ist zum einen darauf zu achten, dass ein ent
sprechend hohes Rückhaltevermögen für den polymervergrößer
ten Katalysator vorhanden sein muß, damit eine zufrieden
stellende Aktivität im Reaktor über einen gewünschten Zeit
raum gegeben ist, ohne dass fortwährend Katalysator nachdo
siert werden muß, was betriebswirtschaftlich nachteilig ist
(DE 199 10 691). Weiterhin sollte der eingesetzte Katalysator
eine angemessene tof (turn over frequency) besitzen, um das
Substrat in ökonomisch vernünftigen Zeiträumen in das Pro
dukt umwandeln zu können. Die aus dem Stand der Technik be
kannten Katalysatoren des Chinin/Chinidin-Typs mit Reakti
onsgeschwindigkeiten im Zeitraum von 2 h und ee-Werten von
85% konnten für den Einsatz im Membranreaktor auf Reakti
onsgeschwindigkeiten von 15 min und <90%ee optimiert wer
den. Dafür muß der Katalysator im bis zu 10fachen Über
schuß gegenüber dem Anhydrid eingesetzt werden. Durch das
Konzept der in-situ-Recyclierung des Katalysators mittels
Membranreaktor ist ein wirtschaftlicher Betrieb trotz hohem
Katalysatoreinsatz möglich.
Eine Herstellung eines polymervergrößerten (DHQ)2AQN-
Katalysators kann wie folgt aussehen:
Mit diesem Katalysator würde folgende Reaktion im Menbran-
Reaktor im repetitive-batch-Modus durchgeführt:
Bedingungen: repetitive-batch in der Dead-End-Apparatur (Fig. 1) mit 10 ml Toluol, 0,25 mmol Anhydrid, 2,5 mmol
Methanol pro Batch und insgesamt 0,25 mmol Katalysator.
Das Ergebnis ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist zu ersehen,
dass hinsichtlich des Umsatzes eine fast quantitative Aus
beute erzielt wird. Der ee-Wert fällt jedoch nach kurzer
Zeit dramatisch ab. Durch das ein oder mehrmalige Waschen
des Katalysators im Membranreaktor zwischen den einzelnen
Runs z. B. mit einer Lösung aus Toluol und Methanol (10 eq.
Methanol bezogen auf das eingesetzte Anhydrid) und an
schließend ein oder mehrmals mit reinem Toluol kann der ee-
Wert bei gleich gutem Umsatz auf ca. 60% konstant gehalten
werden. Ein NMR-Protokoll des eingesetzten Katalysators
zeigte anschließend jedoch, dass pro AQN-Einheit 2 eq. Pro
dukt vorhanden waren, was darauf schließen läßt, dass das
Produkt (Säure) an dem Katalysator (Base) gebunden zu sein
scheint. Dies könnte der Grund dafür sein, dass der ee-Wert
nicht die Güte hat, wie sie der Monomere Ligand zeigt, da
der monomere Ligand nur einmal eingesetzt wird und somit
eine Bildung des Säure-Base-Paares nicht auf die Selektivi
tät Einfluß nehmen kann. Dieses wird auch beim Einsatz des
molekulargewichtsvergrößerten Katalysators 3 deutlich, da
auch hier im ersten Batch eine mit dem monomeren Katalysa
tor vergleichbare Selektivität erzielt wird. Erst die wei
teren Einsätze des Katalysators führen zur Verringerung der
Selektivität durch Ausbildung des Produkt-Katalysator-
Paares. Durch geeignete Protokolle zum Waschen des Kataly
sators zwischen den Batch-Versuchen in einem repetitive-
Batch kann dieser Komplex aufgebrochen werden, wobei die
Selektivität erhöht werden kann. (Fig. 3). Das Prinzip der
Umsetzung dieser Reaktion im Membran-Reaktor ist jedoch
eindrucksvoll unter Beweis gestellt worden.
Unter Mischungen von polymervergrößerten Polymeren wird im
Rahmen der Erfindung die Tatsache verstanden, dass einzelne
Polymere verschiedener Provenienz zu Blockpolymeren zusam
menpolymerisiert werden. Auch statistische Mischungen der
Monomere im Polymer sind möglich.
Unter Polymervergrößerung wird im Rahmen der Erfindung die
Tatsache verstanden, dass ein oder mehrere aktive die chi
rale Induktion bedingende Einheiten in dazu geeigneter Form
mit weiteren Monomeren copolymerisiert werden oder dass
diese Einheit/en an ein schon vorhandenes Polymer nach dem
Fachmann bekannten Methoden angekoppelt werden. Zur Copoly
merisation geeignete Formen der Einheiten sind dem Fachmann
wohl bekannt und von ihm frei wählbar. Vorzugsweise geht
man dabei so vor, dass man das betrachtete Molekül je nach
Art der Copolymerisation mit zur Copolymerisation befähig
ten Gruppen derivatisiert z. B. bei der Copolymerisation mit
(Meth)acrylaten durch Ankopplung an Acrylatmoleküle.
Als (C1-C8)-Alkyl sind anzusehen Methyl, Ethyl, n-Propyl,
Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pen
tyl, Hexyl, Heptyl oder Octyl samt aller Bindungsisomeren.
Unter einem (C6-C18)-Arylrest wird ein aromatischer Rest mit
6 bis 18 C-Atomen verstanden. Insbesondere zählen hierzu
Verbindungen wie Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl-, Phe
nanthryl-, Biphenylreste. Diese können einfach oder mehr
fach mit (C1-C8)-Alkoxy, (C1-C8)-Haloalkyl, OH, Cl, NH2, NO2
substituiert sein. Außerdem kann der Rest ein oder mehrere
Heteroatome wie N, O, S aufweisen.
(C1-C8)-Alkoxy ist ein über ein Sauerstoffatom an das be
trachtete Molekül gebundener (C1-C8)-Alkyl-Rest.
Ein (C7-C19)-Aralkylrest ist ein über einen (C1-C8)-
Alkylrest an das Molekül gebundener (C6-C18)-Arylrest.
Unter dem Begriff Acrylat wird im Rahmen der Erfindung auch
der Begriff Methacrylat verstanden.
(C1-C8)-Haloalkyl ist ein mit einem oder mehreren Halogen
atomen substituierter (C1-C8)-Alkyl-Rest. Als Halogenatome
kommen insbesondere Chlor und Fluor in Betracht.
Ein (C3-C18)-Heteroarylrest bezeichnet im Rahmen der Erfin
dung ein fünf-, sechs- oder siebengliedriges aromatisches
Ringsystem aus 3 bis 18 C-Atomen, welches Heteroatome wie
z. B. Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel im Ring auf
weist. Als solche Heteroaromaten werden insbesondere Reste
angesehen, wie 1-, 2-, 3-Furyl, wie 1-, 2-, 3-Pyrrolyl,
1-, 2-, 3-Thienyl, 2-, 3-, 4-Pyridyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-,
7-Indolyl, 3-, 4-, 5-Pyrazolyl, 2-, 4-, 5-Imidazolyl, Acri
dinyl, Chinolinyl, Phenanthridinyl, 2-, 4-, 5-,
6-Pyrimidinyl. Dieses kann einfach oder mehrfach mit
(C1-C8)-Alkoxy, (C1-C8)-Haloalkyl, OH, Halogen, NH2, NO2,
SH, S-(C1-C8)-Alkyl substituiert sein.
Unter einem (C4-C19)-Heteroaralkyl wird ein dem
(C7-C19)-Aralkylrest entsprechendes heteroaromatisches Sys
tem verstanden.
Unter dem Begriff (C1-C8)-Alkylen-Kette ist ein (C1-C8)-
Alkylrest zu verstehen, der über zwei verschiedene C-Atome
an das betreffende Molekül gebunden ist. Dieser kann ein
fach oder mehrfach mit (C1-C8)-Alkoxy, (C1-C8)-Haloalkyl,
OH, Halogen, NH2, NO2, SH, S-(C1-C8)-Alkyl substituiert
sein.
Unter (C3-C8)-Cycloalkyl versteht man Cyclopropyl, Cyclobu
tyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl bzw. Cycloheptyl oder Cyclooc
tylreste.
Halogen ist Fluor, Chlor, Brom, Iod.
Im Rahmen der Erfindung wird unter Membranreaktor jedwedes
Reaktionsgefäß verstanden, bei dem der Katalysator in einem
Reaktor eingeschlossen wird, während niedermolekulare Stof
fe dem Reaktor zugeführt werden oder ihr verlassen können.
Dabei kann die Membran direkt in den Reaktionsraum integ
riert werden oder außerhalb in einem separaten Filtrations
modul eingebaut sein, bei der die Reaktionslösung kontinu
ierlich oder intermittierend durch das Filtrationsmodul
strömt und das Retentat in den Reaktor zurückgeführt wird.
Geeignete Ausführungsformen sind u. a. in der WO 98/22415 und
in Wandrey et al. in Jahrbuch 1998, Verfahrenstechnik und
Chemieingenieurwesen, VDI S. 151ff.; Wandrey et al. in Ap
plied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds,
Vol. 2, VCH 1996, S. 832ff.; Kragl et al., Angew. Chem.
1996, 6, 684f. beschrieben.
Die dargestellten chemischen Strukturen beziehen sich auf
alle möglichen Stereoisomeren, die durch Abänderung der
Konfiguration der einzelnen chiralen Zentren, Achsen oder
Ebenen erreicht werden können, also alle möglichen Diaste
reomere, sowie alle darunter fallenden optischen Isomere
(Enantiomere). Es sei jedoch klargestellt, dass innerhalb
eines polymervergrößerten Katalysators alle vorhandenen ak
tiven Einheiten gemäß der Erfindung von gleicher Chiralität
sein sollten.
Fig. 1 zeigt einen Membranreaktor mit Dead-End-Filtration.
Das Substrat 1 wird über eine Pumpe 2 in den Reaktorraum 3
überführt, der eine Membran 5 aufweist. Im rührerbetriebe
nen Reaktorraum befinden sich neben dem Lösungsmittel der
Katalysator 4, das Produkt 6 und nicht umgesetztes Substrat
1. Über die Membran 5 wird hauptsächlich niedermolekulares
6 abfiltriert.
Fig. 2 zeigt einen Membranreaktor mit Cross-Flow-
Filtration. Das Substrat 7 wird hier über die Pumpe 8 in
den gerührten Reaktorraum überführt, in dem sich auch Lö
sungsmittel, Katalysator 9 und Produkt 14 befindet. Über
die Pumpe 16 wird ein Lösungsmittelfluß eingestellt, der
über einen ggf. vorhandenen Wärmetauscher 12 in die Cross-
Flow-Filtrationszelle 15 führt. Hier wird das niedermoleku
lare Produkt 14 über die Membran 13 abgetrennt. Hochmoleku
larer Katalysator 9 wird anschließend mit dem Lösungsmit
telfluß ggf. wieder über einen Wärmetauscher 12 ggf. über
das Ventil 11 zurück in den Reaktor 10 geleitet.
In 10 ml Toluol werden 81,4 mg (0,5 mmol) cis-4-Cyclohexen-
1,2-dicarbonsäureanhydrid (95%ig) und 449,6 mg (DHQ)2AQN-
Katalysator (0,5 mmol) suspendiert. Durch Zugabe von 63,3 µl
Methanol (2,5 mmol) entstand eine klare homogene Lösung.
Nach 15 Minuten konnte mittels HPLC kein Edukt nachgewiesen
werden. Das Produkt wurde mit einem Enantiomerenüberschuß
von 90,4% gebildet.
Die Reaktion wurde in 10 ml Toluol durchgeführt 0,25 mmol
Anhydrid und 2,5 mmol Methanol wurden eingesetzt. Als Kata
lysator wurden Katalysator 3 eingesetzt. Nach Ende der Re
aktion wurde die Reaktionslösung über eine Membran aus dem
Reaktor gedrückt. Der molekulargewichtsvergrößerte Kataly
sator 3 verblieb jedoch hinter der Membran. Der nächste
Batch Versuch wurde durch Zugabe der Edukte, die in Toluol
gelöst waren, gestartet.
Claims (9)
1. Verwendung von optisch aktiven homogen löslichen poly
mervergrößerten Katalysatoren aufweisend als aktive
die chirale Induktion bedingende Einheit eine oder
mehrere Strukturen der allgemeinen Formel (I), (II)
oder (III)
worin
R1, R2 unabhängig voneinander stehen für H, (C1-C8)- Alkyl, (C1-C8)-Acyl, (C3-C8)-Cycloalkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)-Aralkyl, (C3-C18)-Heteroaryl, (C4-C19)- Heteroaralkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3-C8)-Cycloalkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Aryl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3- C18)-Heteroaryl,
R3 ist H,
oder R1, R2 oder R3 ist die Anbindung an die Polymer vergrößerung,
R4 = DHQ (I) oder DHQD (II) darstellt und R5 H oder die Anbindung an ein Polymer ist
in einem Verfahren zur asymmetrischen Öffnung von pro chiralen Anhydriden.
worin
R1, R2 unabhängig voneinander stehen für H, (C1-C8)- Alkyl, (C1-C8)-Acyl, (C3-C8)-Cycloalkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)-Aralkyl, (C3-C18)-Heteroaryl, (C4-C19)- Heteroaralkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3-C8)-Cycloalkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Aryl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C3- C18)-Heteroaryl,
R3 ist H,
oder R1, R2 oder R3 ist die Anbindung an die Polymer vergrößerung,
R4 = DHQ (I) oder DHQD (II) darstellt und R5 H oder die Anbindung an ein Polymer ist
in einem Verfahren zur asymmetrischen Öffnung von pro chiralen Anhydriden.
2. Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aktive die chirale Induktion bedingende Einheit
über einen Linker ausgewählt aus der Gruppe
AL=L<a) -Si(R2
)-
b) -(SiR2-O)n- n = 1-10 000
c) -(CHR-CHR-O)n- n = 1-10 000
d) -(X)n- n = 1-20
e) Z-(X)n- n = 0-20
f) -(X)n-W n = 0-20
g) Z-(X)n-W n = 0-20
wobei
R bedeutet H, (C1-C8)-Alkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)- Aralkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Aryl,
X bedeutet (C6-C18)-Arylen, (C1-C8)-Alkylen, (C1-C8)- Alkenylen, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Arylen, (C7-C19)- Aralkylen,
Z, W bedeuten unabhängig voneinander -C(=O)O-, -C(=O)NH-, -C(=O)-, NR, O, CHR, CH2, C=S, S, PR, an das Polymer gebunden ist.
R bedeutet H, (C1-C8)-Alkyl, (C6-C18)-Aryl, (C7-C19)- Aralkyl, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Aryl,
X bedeutet (C6-C18)-Arylen, (C1-C8)-Alkylen, (C1-C8)- Alkenylen, ((C1-C8)-Alkyl)1-3-(C6-C18)-Arylen, (C7-C19)- Aralkylen,
Z, W bedeuten unabhängig voneinander -C(=O)O-, -C(=O)NH-, -C(=O)-, NR, O, CHR, CH2, C=S, S, PR, an das Polymer gebunden ist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Polymervergrößerung durch Polyacrylate, Polyacryl
amide, Polyvinylpyrrolidinone, Polysiloxane, Polybu
tadiene, Polyisoprene, Polyalkane, Polystyrole, Polyo
xazoline oder Polyether oder Mischungen derselben ge
bildet wird.
4. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich um einen homogen löslichen Katalysator
handelt.
5. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mittlere Molekulargewicht des Katalysators im Be
reich von 5000-300 000 g/mol liegt.
6. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
man die asymmetrische Öffnung prochiraler Anhydride in
einem Membranreaktor durchführt.
7. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
man die Reaktion im repetitive-Batch-Modus betreibt
und zwischen den Reaktionen den Katalysator im Memb
ran-Reaktor wäscht.
8. Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
man das Waschen derart ausführt, dass im Reaktor kein
Produktmolekül chemisch oder physikalisch gebunden
verbleibt.
9. Verwendung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
man die Reaktion unter Bedingungen betreibt, die eine
Reaktion des Anhydrids mit dem Katalysator unterbin
det.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10208592A DE10208592A1 (de) | 2001-04-26 | 2002-02-27 | Polymergebundener Katalysator zur enantioselektiven Öffnung von prochiralen Anhydriden |
JP2002585353A JP2004527555A (ja) | 2001-04-26 | 2002-03-20 | プロキラル無水物のエナンチオ選択開環のためのポリマー結合した触媒 |
US10/475,752 US20040204606A1 (en) | 2001-04-26 | 2002-03-20 | Polymer-bound catalyst for the enantioselective cleavage of pro-chiral anhydrides |
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EP02706770A EP1381583A1 (de) | 2001-04-26 | 2002-03-20 | Polymergebundener katalysator zur enantioselektiven öffnung von prochiralen anhydriden |
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