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Unter den zahlreichen chiralen Liganden,
die als Komponenten zur Herstellung enantioselektiver Katalysatoren
beschrieben worden sind, haben atropisomere Bisphosphine der Biphenyl-
und Binaphthylreihe eine herausragende Bedeutung erlangt,(s. z.B.
Helv. Chim. Acta 1988,71, 897–929;
Acc. Chem. Res. 1990,23, 345–350;
Synlett 1994, 501–503;
Angew. Chem. 2001, 113, 40– 75.).
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Sterische und elektronische Faktoren,
die durch Art und Anordnung von Substistuenten am Biarylsystem bzw.
innerhalb der Phosphingruppen bestimmt werden, beeinflussen sowohl
die Enantioselektivität
als auch die Aktivität
der aus solchen Liganden hergestellten Katalysatoren.
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In Einzelfällen werden Rh- u. Ru-Katalysatoren
dieser Art für
enantioselektive C=C-Doppelbindungsisomerisierungen und für enantioselektive
Hydrierungen industriell verwendet. Die Zahl derartiger industrieller Prozesse
ist bislang beschränkt,
weil die Zahl der verfügbaren
Liganden klein ist, die breit für
eine größere Zahl von
Substraten mit Erfolg eingesetzt werden können.
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Vielmehr zeigen die umfangreichen
Untersuchungen auf diesem Gebiet, dass wegen der prinzipiell vorhandenen
Substratspezifität
des oft für
ein ganz bestimmtes Substrat „maßgeschneiderten" Katalysators schon
geringfügige
Veränderungen
innerhalb der gleichen Substratgruppe die erforderliche Enantiomerenreinheit
für ein
sehr ähnliches
Produktes nicht erreichen lassen.
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Es hat sich gezeigt, dass chirale
Bisphosphine vom Typ des MeOBIPHEP,(s.z.B. CHIMIA 50 (1996), Nr.
3, 113,[16]), zu Katalysatoren führen,
die insbesondere bei Verwendung als Hydrierkatalysatoren für verschiedenartige
Substrate hervorragende Enantioselektivität und Aktivität aufweisen.
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Liganden dieses Typs wurden nicht
nur zur Herstellung zahlreicher homogener Katalysatoren eingesetzt,
sondern auch als Komponenten für
vorteilhafte heterogene Katalysatoren verwendet,( s. Helv. Chim. Acta
2001, 84, 232/233;
EP 1 002 801 (24/05/2000);
DE 101 05 104 (08/08/02)).
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Vor kurzem wurden Vertreter einer
neuen Gruppe dieses Ligandentyps bekannt, die in 6,6'-Position überbrückt sind,
( J. Org. Chem. 2000, 65, 6223–6226;
PCT WO 01/21625/. Sie führen
zu besonders effizienten, enantioselektiven Katalysatoren.
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Die Liganden dieser neuen Gruppe
werden jeweils aus einem zentralen, chiral einheitlichem Zwischenprodukt
hergestellt, nämlich
entweder aus (R)- oder aus (S)-(6,6'-Dihydroxy-biphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin),
je nachdem in welcher enantiomerenreiner Form diese Katalysatorkomponente
erwünscht
wird.
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(R)- bzw. (S)-(6,6'-Dihydroxy-biphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin)
und analoge Dihydroxy-biphenylbisphosphine wurden selbst als Liganden
enantioselektiver Katalysatoren mit vorteilhaften Eigenschaften verwendet,(s.
PCT-WO 93/15090 und PCT-WO 93/15089).
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Durch eine in bekannter Weise einfach
durchzuführende
Alkylierung dieser Dihydroxy-biphenyl-bisphosphine oder der analogen
Dihydroxy-biphenylbisphosphinoxide sind auch die ursprünglichen
Liganden dieses Typs wie der Prototyp MeOBIPHEP bzw. seine direkte
Bisphosphinoxid-Vorstufe, das MeOBIPHEPO, leicht zugänglich.
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Wie bereits oben erwähnt, ist
für ein
vorgegebenes Zielprodukt der Ligand in einer bestimmten enantiomerenreinen
Form erforderlich. Die Herstellung der enantiomerenreinen Liganden
nach den bislang bekannten und auch industriell ausgeübten Verfahren
schließt
eine Racemattrennung, meistens durch Kristallisation von diastereomeren
Vorstufen ein, die häufig
erst auf einer späten
Sufe einer vielstufigen Synthesesequenz möglich ist.
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In Schema 1 sind Synthesevorstufen
von McOBIHEP dargestellt, deren Racemate über eine fraktionierte Kristallisation
von geeigneten Diastereomeren trennbar sind: Schema
1
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In Schema 2 sind weitere, vor kurzem
bekannt gewordene,(
EP 1 186 609 ),
Synthesevorstufen von Analogen des MeOBIPHEP dargestellt, deren
Racemate ebenfalls über
Diastereomere getrennt werden: Schema
2
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Aus den Schemata 1 und 2 ist zu erkennen,
dass bei der Herstellung eines Biphenylbisphosphinliganden in der
erwünschten
enantiomerenreinen Form zwangsläufig
mindestens die Hälfte
eines hochwertigen, racemischen Zwischenproduktes als nicht nutzbares
Nebenprodukt anfällt.
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Es besteht deshalb ein großes Interesse
daran, den zwangsläufig
bei der Racemattrennung anfallenden Antipoden in das erwünschte Enantiomer
umzuwandeln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der vorliegenden
Anmeldung erfüllt
diese Aufgabenstellung für
Biphenylbisphosphin-Liganden vom Typ des MeOBIPHEP und für analoge
Liganden, die dadurch charakterisiert sind, dass sie in o,o'-Position eine Hydroxygruppe oder eine
substituierte Hydroxygruppe enthalten.
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Es wurde gefunden, dass chiral einheitliche
o,o'-Dihydroxy-biphenylderivate,
die als Zwischenprodukte zur Herstellung von enantiomerenreinen
Bisphosphinen vom Typ des McOBIPHEP oder analoger Liganden dienen,
durch thermische Behandlung isomerisiert werden.
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Durch diese Isomerisierung wird es
möglich,
aus dem Zwangsanfallprodukt das erwünschte Enantiomer zu erhalten,
dass anschließend
in an sich bekannter Weise aus dem Produktgemisch abgetrennt wird,
das bei der Isomerisierung erhalten wird, z. B. durch fraktionierte
Kristallisation von daraus herstellbaren Diastereomeren.
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Überraschender
Weise ist es möglich,
solche o,o'-Dihydroxy-biphenylderivate
unterhalb der Zersetzungstemperatur dieser Verbindungen zu isomerisieren,
so daß das
erfindungsgemäße Verfahren
vielfach mit sehr guten Ausbeuten abläuft. Grundsätzlich ist jede o,o'-Dihydroxy-biphenylverbindung,
die als Zwischenprodukt für
Bisphosphine vom MeOBIPHEP-Typ infrage kommt, erfindungsgemäß isomerisierbar.
Insbesondere werden für
dieses neue Verfahren chiral einheitliche Verbindungen oder nicht-racemische
Mischungen von Verbindungen als Ausgangsmaterial eingesetzt, die
durch die Formel 1 beschrieben werden
in der
Y, Z und Z' gleich oder verschieden
sind und für
Wasserstoff, Alkyl oder Alkenyl, Hydroxy, Alkoxy, Aralkoxy, Alkenyloxy,
Halogen oder für
eine unsubstituierte
oder acylierte oder alkylierte Aminogruppe
stehen, wobei Z' bevorzugt
für H steht.
in der
weiterhin A
für
Alkoxy, Aralkoxy, Alkenyloxy, Aroxy oder eine die o,o'-Position überbrückende Gruppierung
der Formel -O-(CH
2)
n-O-,
wobei n 3 bis 8 bedeutet, oder
für eine Gruppierung der Formel
-P(O)
mR
1R
2 steht,
wobei
R
1 und
R
2 gleich oder verschieden sind und für OH, Alkoxy,
Aralkoxy, Aroxy, Aryl, Hetaryl oder Cycloalkyl stehen und m die
Bedeutung null oder 1 besitzt.
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In der Legende der Formel 1 umfassen
die Bezeichnungen
Alkyl,
wenn Y, Z oder Z' diese Bedeutung
hat: C1-C18-Alkyl,
vorzugsweise C1-C6-Alkyl, wobei die
Reste verzweigt u. unverzweigt sein können, wie z. B. Methyl, Propyl,
Isopropyl, n-Hexyl, n-Octyl, n-Dodecyl u. n-Octadecyl;
Alkenyl,
wenn
Y, Z oder Z'diese
Bedeutung hat: C2-C18-Alkenyl,
vorzugsweise C2-C6-Alkenyl, wie z.B.
Vinyl, Propen-1-yl, Allyl, Methallyl, Hexen-1-yl, Dodecen-1-yl und
Styryl;
Alkoxy,
wenn Y, Z, Z'oder A diese Bedeutung hat: C1-C18-Alkoxy, wie
z. B. Ethoxy, Isopropoxy, n-Butyloxy, n-Hexyloxy, Octyloxy und Dodecyloxy,
vorzugsweise Bedeutung ist Methoxy;
Aralkoxy,
wenn Y,
Z, Z'oder A diese
Bedeutung hat: jeweils substituiertes oder unsubstituiertes Phenylmethoxy,
Biphenylmethoxy oder Naphthylmethoxy, wobei als Substituenten am
aromatischen Kern C1-C18-Alkyl,
vorzugsweise C1-C12-Alkyl und C1-C18-Alkoxy, vorzugsweise
C1-C12-Alkoxy, infrage
kommen, wie z.B. Benzyloxy, p-Methylbenzyloxy, p-tert.Butylbenzyloxy,
p-Dodecylbenzyloxy, p-Methoxybenzyloxy, Biphen-4-ylmethoxy und Napth-1-ylmethoxy;
Alkenyloxy,
wenn
Y, Z, Z' oder A
diese Bedeutung hat: C2-C11-Alkenyloxy,
wie z.B. Vinyloxy, Allyloxy, Buten-4-yloxy und Undecen-11-yloxy;
Halogen,
wenn
Y, Z oder Z' diese
Bedeutung hat: Fluor, Chlor, Brom oder Jod, vorzugsweise Chlor,
Brom oder Jod, besonders bevorzugt Chlor;
acylierfe oder alkylierte
Aminogruppe,
wenn Y, Z oder Z' diese Bedeutung hat: eine mit C1-C4-Alkyl mono-
oder dialkylierte Aminogruppe, eine Formamido-, Acetamido-, Benzoylamido- oder eine Phthalimido-Gruppe;
Aroxy,
wenn
A diese Bedeutung hat: eine substituierte oder unsubstituierte Phenoxygruppe,
wobei als Substituenten C1-C18-Alkyl,
vorzugsweise C1-C12-Alkyl
und C1-C18-Alkoxy,
vorzugsweise C1-C12-Alkoxy,
infrage kommen, wie z. B. p-, m- und
o-Tolyloxy-, 3,5-Dimethylphenoxy-, 3,5-Di-tert.butyl-4-methoxyphenoxy,
p-terf.Butylphenoxy und p-Dodecylphenoxy;
Alkoxy,
wenn
R1 u. R2 diese Bedeutung
haben: C1-C8-Alkyl,
vorzugsweise C1-C6-Alkyl, besonders
bevorzugt C2-C4-Alkoxy,
wie z.B. Ethoxy oder Butoxy;
Aralkoxy,
wenn R1 u.
R2 diese Bedeutung haben: substituiertes
oder unsubstituiertes Benzyloxy, wobei als Substituenten am aromatischen
Kern C1-C4-Alkyl
und C1-C1
2-Alkoxy infrage kommen, wie z.B. p-terf.Butylbenzyloxy,
p-Methoxybenzyloxy und p-Dodecyloxy-benzyloxy;
Aroxy,
wenn
R1 u. R2 diese Bedeutung
haben: substituiertes oder unsubstituiertes Phenoxy, wobei als Substituenten C1-C1
2 Alkyl,
C1-C12-Alkoxy, Fluor
oder Chlor infrage kommen, wie z.B. p-Methylphenoxy, p-Dodecylphenoxy und
p-Chlorphenoxy;
Aryl,
wenn R1 und
R2 diese Bedeutung haben: substituiertes
oder unsubstituiertes Phenyl, wobei als Substituenten C1-C8-Alkyl und Alkoxy infrage kommen, weiterhin
Fluor, Chlor und Trimethylsilyl, bevorzugte Arylreste sind Phenyl,
p-, m- u. o-Tolyl, 3,5-Dimethylphenyl, 3,5-Di-tert.butylphenyl,
3,5-Dimethyl-4-methoxyphenyl, 3,5-Di-tert.butyl-4-methoxyphenyl,
3,5-Dimethoxyphenyl und 4-Fluorphenyl;
Hetaryl,
wenn R1 und R2 diese Bedeutung
haben: den substituierten oder unsubstituierten Rest eines 5-gliedrigen
oder eines kondensierten Heteroaromaten, der ein Stickstoffatom
oder ein Sauerstoffatom oder ein Schwefelatom enthält, wobei
als Substituenten C1-C6-Alkyl,
C1-C6-Alkoxy, Trimethylsilyl,
Fluor und Chlor infrage kommen, wie z.ß. Furyl-2,5-Chlorthienyl-2
und N-Methyl-pyrrolyl-2;
Cycloalkyl,
wenn R1 und
R2 diese Bedeutung haben: substitiuiertes
oder unsubstituiertes Cyclopentyl oder Cyclohexyl, wobei als Substituent
C1-C4-Alkyl infrage
kommt; die bevorzugte Bedeutung ist (unsubstituiertes) Cyclohexyl.
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Bevorzugte Verbindungen sind neue
Bisphosphonsäuren
bzw. deren Salze und Ester sowie neue Bisphosphine und Bisphosphinoxide
der Formel 1a,
Y und Z gleich oder verschieden
sind und für
Alkyl oder Alkenyl, Hydroxy, Alkoxy, Aralkoxy, Alkenyloxy, Halogen,
(bevorzugt Chlor ), oder für
eine unsubstituierte oder acylierfe oder alkylierte Aminogruppe
stehen, wobei
Z außerdem
und bevorzugt Wasserstoff bedeutet, und in der
A für eine Gruppierung
der Formel P(O)
mR
1R
2 steht,
wobei
R
1 und
R
2 gleich oder verschieden sind und für OH, Alkoxy,
Aralkoxy, Aroxy, Aryl, Hetaryl oder Cycloalkyl stehen und m die
Bedeutung null oder 1 hat. Diese Verbindungen bereichern den Stand
der Technik nicht nur dadurch, dass sie vorteilhaft in das erfindungsgemäße Verfahren
als Ausgangsmaterial eingesetzt werden können bzw. als Produkte dieses
Verfahrens erhalten werden, sondern ermöglichen auch die Herstellung
einer Vielzahl von Katalysatoren, die durch die spezifischen elektronischen
und sterischen Wirkungen der Substituenten Y und Z einem speziellen
Substratmolekül
angepasst werden können,
um eine optimale Enantioselektivität u./o. Aktivität des Katalysators
zu erreichen.
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Als Vertreter dieser neuen Verbindungen
seien besonders genannt:
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor 6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin),
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis [bis(3,5-dimethylphenyl)phosphin],
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-di-tert.butyiphenyl)phosphin],
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-di-tert.
butyl-4-methoxyphenyl)phosphin], (R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxy biphenyl-2,2'-diyl)bis(di-p-tolylphosphin),(R)-
und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'diyl)bis(dicyclohexylphosphin),
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-2-furylphosphin),
(R)-
und (S)-(5,5' ,6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin),
(R)-
u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethylphenyl)
phosphin], (R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-p-tolylphosphin),(R)-u.
(S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethyl-4-methoxyphenyl)phosphin],
(R)- u. (S)-(5,5' ,6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-2-N-methyl-pyrrolylphosphin),
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dicyclohexylphosphin),
(R)-
u. (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'dihydroxybiphenyl-2,2 'diyl)bis(diphenylphosphin),
(R)- u. (S)-(5,5 '-Dimethoxy-6,6 '-dihydroxybiphenyl2,2'-diyl)bis(di-p-tolytphosphin),
(R)- u. (S)-(5,5'-Dimethoxy-,6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyt)bis [bis(3,5-dimethylphenyl)phosphin],
(R)- u. (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dicyclohexylphosphin),
(R)- u.(S)-(5,5 '-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-2-furylphosphin),
(R)- u. (S)-(5,5 '-Diisopropyloxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2-diyl)bis(diphenytphosphin),
(R)- u. (S)-(5,5'-Di-n-hexyloxy-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2 '-diyl)bis[bis(3,5-dimethylphenyl)phosphin],
(R)- u. (S)-(5,5'-Di-n-dodecyloxy-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis (3,5-dimethylphenyl)phosphin],
(R)-
und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin
oxid), (R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'diyl)bis[bis(3,5-dimethylphenyl)phosphinoxid],
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2 '-diyl)bis[bis(3,5-di-tert.butylphenyl)phosphinoxid],
(R)- und (S)-(5,5 '-Dichlor-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- und (S)-(5,5 '-Dichlor-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2'diyl)bis[bis(3,5-di-tert.butyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-p-tolylphosphinoxid),
(R)-
und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dicyciohexylphosphinoxid);
(R)- und (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis (di-2-furylphosphinoxid),
(R)-
u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
(R)-
u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethylphenyi)phosphinoxid],
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-p-tolylphosphinoxid),
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxy-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-di-tert.butyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- u. (S)-(5,5',
6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dicyclohexylphosphinoxid),
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-2-furylphosphinoxid),
(R)-
und (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
(R)- und (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis [bis(3,5-dimethylphenyl)phosphinoxid],
(R)- und (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-di-terf.butyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- u. (S)(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethyl-4-methoxyphenyl)phosphinoxid],
(R)- u. (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(di-p-tolylphosphinoxid),
(R)- u. (S)-(5,5'-Dimethoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dicyclohexylphosphinoxid),
(R)- u. (S)-(5,5'-Diisopropoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis[bis(3,5-dimethylphenyl)-phosphinoxid].
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Weiter seien als bevorzugte, erfindungsgemäß verwendete
Stoffe die folgend aufgeführten
Bisphosphonsäuren
und von ihnen abgeleitete Alkali- u. i Erdalkalimetallsalze sowie
Ester genannt:
(R)-u. (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bisphosphonsäure,
(R)-u.
(S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bisphosphonsäure,
(R)-u.
(S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bisphosphonsäure Di-Natrium- u. Di-Kaliumsalz,
(R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl) bisphosphonsäure Calciumsalz,
(R)- u. (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(phosphonsäure-D-menthylester)
und (R)- u. (S)-(5,5',6,6'-Tetrahydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(phosphonsäure-L-menthylester).
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Die genannten Stoffe sind nach an
sich bekannten Synthesemethoden herstellbar.
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(R)- u. (S)-(5,6),(5',6')-bis(methylendioxy)biphenylbis(diphenylphosphinoxid)
und die entsprechenden Bisphosphine sind bekannt, (
EP 0 850 945 ). Daraus werden nach
bekannten Methoden der Acetal- bzw. Etherspaltung, z.B. durch Einwirkung
von Lewis-Säuren
und anschließender
Hydrolyse unter sauren Bedingungen die neuen Tetrahydroxybiphenyl-bisphosphinoxide
bzw. -bisphosphine erhalten, die erfindungsgemäß verwendet werden.
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(5,5'-Dialkoxy-6,6'-dihydroxybiphenyl)bis(di-aryl(alkyl,cycloalkyl)-phosphinoxide) lasssen
sich durch Kombination an sich bekannter Syntheseschritte herstellen.
Unter Anwendung der Tavs- oder Hirao-Reaktion, (s. Chem. Ber. 103,
2428–2436(1970)
u. Synthesis 1981, 56), wird aus p-Bromanisol ein gewünschtes
4-Methoxyphenyl-diaryl(dialkyl,dicycloalkyl)phosphinoxid hergestellt.
Durch Etherspaltung erhält
man aus diesem Zwischenprodukt ein Phosphinoxid, das einen 4-Hydroxyphenylrest
enthält.
Durch Bromierung wird anschließend
ein Phosphinoxid mit einem 3-Brom-4-hydroxyphenylrest erhalten.
Der im Endprodukt in 5- bzw. 5'-Position
erwünschte
Alkoxyrest wird im folgenden Schritt durch Alkylierung der Hydroxygruppe
mit einem entsprechenden Alkylhalogenid eingeführt. Anschließend wird
der Bromsubstituent durch eine bekannte in-situ-Transforrnation,
(Metallierung, Umsetzung mit Borsäureester, Oxidation mit Peroxid),
in eine Hydroxylgruppe umgewandelt, die im Endprodukt die Position
6 bzw. 6' besetzt.
Die Verknüpfung
der jetzt generierten Bausteine erfolgt in bekannter Weise durch
Umsetzung mit Methylenjodid unter Bildung eines Formaldehydacetals,
das anschließend
nach Metallierung oxidativ zum Biphenylsystem umgesetzt wird, (zur
Ausführung
der oxidativen Kupplung s.
EP
1 095 946 ,
EP 0 926
152 u.
EP1 186 609 ).
Durch säurekatalysierte
Hydrolyse wird abschließend
das 5,5'-dialkoxy-6,6'-dihydroxy-substituierte Biphenylbisphosphinoxid
erhalten, das in bekannter Weise mit Trichlorsilan zum entsprechenden
Bisphosphin reduziert werden kann.
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In analoger Weise sind auch die genannten
Biphenylbisphosphonsäureester
bzw. durch deren Hydrolyse die entsprechenden Biphenylbisphosphonsäuren und
ihre Salze zugänglich.
Nach der beschriebenen Verfahrensweise werden sie zunächst in
racemischer Form erhalten. Nach an sich bekannten Trennverfahren
, z.B. durch fraktionierte Kristallisation daraus hergestellter
diastereomerer Verbindungen, lassen sich die (R)- u. (S)-Enantiomere
herstellen, die erfindungsgemäß verwendet
werden. In einzelnen Fällen
kann auch die Racemattrennung durch eine bisher nicht beschriebene
Chromatographie von Biphenyl-2,2'-diyl-bisphosphonsäureestern
erreicht werden, die eine chiral einheitliche Estergruppierung enthalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperaturen
von etwa 100°C
bis etwa 300°C
durchgeführt,
vorzugsweise bei 140°C
bis 250° C.
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Die Isomerisierung erfolgt beim Erwärmen der
oben beschriebenen Ausgangsstoffe in dem genannten Temperaturbereich.
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Es ist zweckmäßig dabei Lösungs- oder Verdünnungsmittel
zu verwenden, die inert gegenüber
den beschriebenen 2,2'-Dihydroxybiphenylderivaten
und thermisch stabil sind.
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Genannt seien beispielsweise aromatische
Kohlenwasserstoffverbindungen wie Xylol oder 2,2-Diphenylpropan,
aromatische Chlorkohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol und Dichlorbenzole,
aromatische Hydroxyverbindungen wie Phenol, o-, m- und p-Kresol,
Alkohole wie Butanol, Octanol, Ethylenglykol, Di- und Triethylenglykol, Verbindungen
mit Ethergruppierunge wie Diethylenglykol-monomethylether, Diethylenglykol-monobutylether
oder Diphenylether. Weiterhin kommen als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel
Nitrile und Sulfone in Betracht, wie z. B. Benzonitril oder Adipinsäuredinitril
oder Sulfolan; geeignet sind auch aliphatische und aromatische Amine
wie z. B. Butylamin, Cyclohexylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin,
Tributylamin, N,N-Dimethylanilin, N,N-Di- Dimethylbenzylamin. Auch Amide können als
Lösungs-
oder Verdünnungsmittel
verwendet werden, beispielsweise Formamid, N-tert.Butylformamid,
N,N-Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid, ferner seien genannt
Substituierte Harnstoffderivate wie z. B. N,N'-Tetramethylharnstoff.
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Die erfindungsgemäße Isomerisierung kann auch
bei erhöhtem
Druck ausgeführt
werden. Eine solche Druckreaktion kommt in Betracht, wenn ein Lösungs- oder
Verdünnungsmittel
verwendet wird, dessen Siedepunkt bei Normaldruck unterhalb der
ausgewählten
Isomerisierungstemperatur liegt, unter solchen Druckbedingungen
ist es beispielsweise möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren
auch unter Verwendung von Wasser oder Acetonitril als Lösungs- bzw.
Verdünnnungsmittel
auszuführen.
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Vorteilhaft wird die Isomerisierung
unter Verwendung von Katalysatoren durchgeführt. Als Katalysatoren sind
basisch wirkende Verbindungen geeignet. Es ist anzunehmen, dass
aus der jeweilig eingesetzten Dihydroxyverbindung und basischen
Stoffen in situ – zumindestens
intermediär
und gegebenenfalls in einer Gleichgewichtsreaktion – die entsprechenden
Phenolate gebildet werden, deren Isomerisierung rascher erfolgt als
die der Hydroxyverbindung selbst.
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Als solche Hilfsstoffe, die eine
raschere Isomerisierung herbeiführen,
sind sowohl basisch wirkende anorganische als auch organische Verbindungen
geeignet, beispielsweise Alkali- oder Erdalkalihydroxide, wie Lithium-,
Natrium- oder Calciumhydroxid oder Carbonate oder Hydrogencarbonate
wie Lithium- oder Kaliumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat. Weiterhin
kommen als Katalysatoren Ammoniak oder davon abgeleitete Verbindungen
wie Amine oder Tetra(ar)alkylammoniumhydroxide in Betracht, genannt
seien z. B. (ar)aliphatische Amine wie Tributylamin, Dimethylbenzylamin
oder Tetramethyl- oder Tetrabutylammoniumhydroxid. Alkali-alkoholate,
-phenolate und -amide sind ebenfalls als beschleunigend wirkende
Zusatzstoffe verwendbar.
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Die beschleunigend wirkenden Hilfsstoffe
werden i. a. in einer Menge von ca. 0,1–100 molaren Äquivalenten
der Substratmenge eingesetzt, wobei insbesondere bei Verwendung
von Lösungs-
bzw. Verdünnungsmitteln,
die gleichzeitig als basische Hilfsstoffe beschleunigend wirken,
wie z. B. Tributylamin, die Mengenverhältnisse zum Substrat im oberen
Bereich der angegebenen Äquivalente
liegen, ebenso bei der Verwendung von Hilfsstoffen, die im Lösungs- bzw.
Verdünnungsmittel
unlöslich
sind, wie z. B. Kaliumcarbonat.
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Die Isomerisierung kann auch ohne
Verwendung eines Lösungs-
oder Verdünnungsmittels
ausgeführt werden,
wobei das Substrat oder die Mischung von Substrat und basisch wirkendem
Hilfsstoff als Feststoff erhitzt wird, vorzugsweise jedoch das Substrat
oder seine Mischung mit dem Hilfsstoff auf Schmelztemperatur erhitzt
wird.
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Welche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isomerisierung
anzuwenden ist, kann durch einfache Vorversuche ermittelt werden.
Die Isomerisierung sollte in jedem Falle unterhalb der Zersetzungstemperatur
von Ausgangsstoff und Produkt ausgeführt werden.
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Die Reaktionszeit ist abhängig vom
jeweiligen Substrat, dem verwendeten Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel,
dem verwendeten Hilfsstoff sowie der angewendeten Isomerisierungstemperatur.
Sie liegt im Bereich von einigen Minuten bis zu etwa 80 Stunden,
wenn wirtschaftlich vertretbare Raum-Zeit-Ausbeuten erreicht werden sollen.
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Isomerisierungen, die bei hohen Temperaturen,
etwa im Bereich von 240 C bis 300 C ausgeführt werden , z. B. in der Schmelze,
haben den Vorteil einer hohen Raum-Zeit- Ausbeute, müssen aber
wegen möglicher
Zersetzungen sehr genau kontrolliert und gesteuert durchgeführt werden.
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Isomerisierungen im Bereich von etwa
120 C bis etwa 240 C erfordern Reaktionszeiten von mindestens einigen
Stunden, um einen wirtschaftlich vertretbaren Umsatz zu erreichen.
Sie haben den Vorteil mit hoher Produktionssicherheit eine hohe
Selektivität
und Reinheit der Produkte zu erbringen.
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Die Isomerisierung kann bis zur Racemisierung
geführt
werden. 1. allg. erhält
man bei der Isomerisierung nicht-racemische Mischungen. Es ist zweckmäßig, einen
Gehalt am erwünschten
Enantiomer zu erzielen, der dem Racemat nahe kommt, jedoch kann
es für
die praktische Durchführung
günstiger
sein, die isomerisierung nicht bis zur Racemisierung zu führen und
als Zielgröpe
bei einer Verfahrensoptimierung die Raum-Zeit-Ausbeute an erwünschtem
Enantiomeren zu berücksichtigen.
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Nach Beendigung der Isomerisierung
wird das Stoffgemisch in üblicher
Weise aufgearbeitet, beispieisweise indem das Lösungs- bzw. das Verdünnungsmittel
im Vakuum weitgehend abdestilliert wird und das aufkonzentrierte
Rohgemisch der Enantiomeren durch Chromatographie oder Umkristallisieren
gereinigt wird. Mitunter ist es möglich, das erhaltene Rohgemisch
der Enantiomeren durch Verwendung chiraler Trennphasen (CSP) in
die Enantiomeren aufzutrennen und geringfügige Verunreinigungen gleichzeitig
bei dieser Trennoperation zu entfernen.
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Wie oben dargestellt, wird üblicherweise
eine Trennung der als Vorprodukte für die Herstellung der Bisphosphinliganden
anfrage kommenden Zwischenprodukte auf der Stufe der Bisphosphinoxide über Diastereomere
durchgeführt,
(s. Schema 1). Diese Diastereameren werden aus den racemischen Bisphosphinoxiden
und (+)- oder (–)-Dibenzoylweinsäure erhalten,
wobei zunächst
der Lösung
des racemischen Enantiomerengemisches, z. B. in Ethylacetat, mindestens
eine Menge von (+)- oder (–)-Dibenzoylweinsäure zugesetzt wird,
die einem der zu trennenden Enantiomeren äquivalent ist. Beim Erwärmen dieser
Mischung entstehen die diastereomeren Addukte und nach dem Abkühlen der
Lösung
kristallisiert das Diastereomere mit der geringere Löslichkeit
in reiner Form aus.
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Anschließend wird das in Lösung gebliebene
Diastereomer, das noch mit Anteilen des zuvor zum größeren Teil
auskristallisierten Stereoisomers verunreinigt ist, in reiner Form
gewonnen, indem man mit diesem nichtracemischen Produktgemisch die
analoge Trennoperation unter Verwendung des jeweilig anderen Enantiomeren
der Dibenzoylweinsäure
als chiralem Hilfsreagenz durchführt,(s.
z. B.
EP 0 926 152 ,
Beispiel 5).
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In analoger Weise zu diesem bekannten
Verfahren der Racemattrennung von atropisomeren Bisphosphinoxiden
, insbesondere vom MeOBIPHEPO-Typ, kann das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Isomerisierung erhaltene Produktgemisch in die Enantiomeren
aufgetrennt werden.
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In analoger Weise können auch
Bisphosphonsäureester,
die der Formel 1 entsprechen über
diastereomere Addukte, die aus diesen Zwischenprodukten und (+)-
oder(–)Dibenzoyl
weinsäure
gebildet werden, in die reinen Enantiomeren aufgetrennt werden,
(s. z.B. PCT WO 92/16535, S. 9 u. 10).
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Es ist selbstverständlich auch
möglich,
solche Bisphosphonsäureestergemische,
die nach der Isomerisierung erhalten werden, nach bekannten Verfahren
in entsprechende Gemische der analogen Bisphosphinoxide umzuwandeln
und diese dann in der beschriebenen Weise aufzutrennen.
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Ebenso können durch die erfindungsgemäße Isomerisierung
erhaltene Gemische von Bisphosphinen, die der Formel 1 entsprechen,
nach bekannten Verfahren zu entsprechenden Gemischen der analogen
Bisphosphinoxide umgesetzt werden, die anschließend in der beschriebenen Weise über Diastereomere
getrennt werden.
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Das nach der Enantiomerentrennung
anfallende Stereoisomer, das nicht erwünscht ist, wird erneut dem
erfindungsgemäßen Isomerisierungsprozess
zugeführt.
Gleiches gilt für
Bisphenole der Formel.
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Die folgenden Beispiele dienen der
Erläuterung
der Erfindung, sowohl hinsichtlich der Ausführung des Verfahrens als auch
hinsichtlich der Herstellung wertvoller neuer Zwischenprodukte,
die erfindungsgemäß isomeriert
werden können:
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Beispiel 1
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Isomerisierung von (R)-(6,6'-Dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenyiphosphin)
(hergestellt aus (R)-MeOBIPHEP nach Beispiel 1 der PCT-Anmeldung
WO 93/15090)
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In einem Rührgefäß, das mit Magnetrührer, Thermometer
und Tropftrichter ausgerüstet
war, wurden unter Argon 100 mg (R)-(6,6'-Dihydroxybiphenyl-2;2'-diyl)bis(diphenylphosphin) in 4,0 ml
Ethylenglykol gelöst. Unter
Rühren
u. Kühlen
auf 5° C
wurden 0,21 ml (= 23 mg BuLi) einer 1,5 molaren Lösung von
BuLi in Hexan zugetropft. Die hellcremefarbige Lösung wurde unter Argon 24 Stunden
bei 160° C
gerührt.
Dann wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, 4,0 ml Salzsäure (2,0
N Lsg. In Wasser) eingetropft und 15 Minuten weiter gerührt. Danach
wurden je 20,0 ml Wasser und Methylenchlorid zugegeben, wobei der
nach der Salzsäurezugabe
entstandene Niederschlag in Lösung
ging. Anschließend
wurden die Phasen getrennt, die organische Phase mit 10,0 ml Wasser
gewaschen und anschließend
zur Trockene eingeengt. Man erhielt 96 mg eines Gemisches von (R)-
und (S)-(6,6'-Dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin), ohne Nebenprodukte,
das anschließend
zur Bestimmung des Enantiomerenverhältnisses und zum Nachweis der
einfachen Rückführbarkeit
in ein gut trennbares Zwischenprodukt durch Oxidation und Alkylierung
in MeOBIPHEPO umgewandelt wurde.
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Dazu wurde das erhaltene Isomerisierungsprodukt
(96 mg) in 5,0 ml Methylenchlorid gelöst, 0,5 ml 30%iges H2O2zugesetzt u. diese
Mischung 12 h bei RT gerührt.
Danach wurden die Phasen getrennt, die organische Phase zur Trockene
gebracht und das erhaltene Gemisch von (R)- u. (S)-(6,6'-Dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid)
in 4,0 ml DMF gelöst.
Nach Zugabe von 97 mg K2CO3 und
86 mg CH3J wurde diese Mischung unter Rühren 6 Stunden
auf 40° C
erwärmt.
Dann wurde das DMF im Vakuum entfernt und der Rückstand mit Chloroform (3x
5 ml) extrahiert. Nach Eindampfen der Chloroformlösung erhielt
man 101 mg MeOBIPHEPO, (Isomerengemisch, keine Nebenprodukte). Die
Messung der Rotation ergab [α]D = +5,22°,
(c = 1,5, CHCl3) für das erhaltene MeOBPHEPO-Enantiomerengemisch.
Das als Ausgangmaterial eingesetzte (R)-MeOBIPHEPO zeigte ein [α]D= + 130,4° (c
= 1,5, CHCl3). Daraus folgt, dass die Isomerisierung zu
einem (R,S)-Gemisch von 52 % (R)- und 48%(S)-MeOBIPHEP bzw. -MeOBIPHEPO
führte.
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Beispiel 2
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Herstellung von (S)- (5,5'-Dichlor-6,6'dihydroxybiphenyl-2,2-diyl)bis(diphenylphosphin),
einem neuen Zwischenprodukt zur Herstellung von Bisphosphinliganden,
das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
isomerisierbar ist:
Zu einer Lösung von 1,2 g (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dimethoxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin)
in 20 ml Methylenchlorid,
die in einem Rührgefäß unter
Argon u. Feuchtigkeitsausschluß auf –78° C gekühlt wurde,
gab man 0,53 ml (= 1,38 g) Borfribromid, anschließend ließ man unter
Rühren innerhalb
von 1 Stunde die Temperatur der Reaktionsmischung auf RT ansteigen
und rührte
noch weitere 12 Stunden bei Raumtemperatur. Danach wurde das Methylenchlorid
abdestilliert und der Rückstand
mit 20 ml Wasser versetzt und die Mischung unter Rühren 4 Stunden
auf 80° C
erwärmt.
Das Reaktionsprodukt wurde anschließend mit 10 ml Chloroform extrahiert,
die Lösung
zweimal mit je 20 ml Wasser gewaschen und dann im Vakuum zur Trockene
gebracht. Man erhielt 0,92 g (80,1% d. Th.) (S)-5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphin), Fp. 214–216° C, [α]D= – 60,5° (c = 1,
CHCl3).
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Beispiel 3
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Herstellung von (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
einem neuen Zwischenprodukt zur Herstellung von Bisphosphinliganden,
das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
isomerisierbar ist: In eine Lösung
von 8g (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dimethoxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid)
in 160 ml über
CaH2 getrocknetem Methylenchlorid, die in
einem Rührgefäß unter
Feuchtigkeitsausschluß auf –78° C gekühlt wurde,
tropfte man 3,4 ml BBr3 (= 8,778g) unter Rühren ein
und hielt die Reaktionsmischung 1 Stunde bei dieser Temperatur.
Dann ließ man
die Temperatur innerhalb von 2 Stunden auf Raumtemperatur ansteigen
und rührte
bei dieser Temperatur weitere 24 Stunden. Unter Eiskühlung wurden
anschließend
unter guter Durchmischung innerhalb 1 Stunde insgesamt 50 ml Wasser
zugetropft, danach wurde das Methylenchlorid abdestilliert und nach
Zugabe von weiteren 110 ml Wasser 6 Stunden unter Rühren bei
80° C gehalten.
Nach dem Abkühlen
auf RT wurde der entstandene Niederschlag über eine Glasfilterfritte abgesaugt,
mit 100 ml Wasser und danach mit 200 ml Methylenchlorid unter intensiver Durchmischung
ausgewaschen. Nach dem Trocknen des verbleibenden Produktes erhielt
man 6,3g (= 82% d. Th.) reines (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
Fp. 236–237° C.
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Beispiel 4
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Isomertsierung von (S)-(5,5 '-Dichlor-6,6 '-dihydroxybiphenyl-2,2 '-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
ohne Zusatz von basisch wirkendem Hilfsstoff:
100 mg des nach
Beispiel 3 erhaltenen Produktes wurden in 4,0 ml Chlorbenzol gelöst bzw.
suspendiert und unter Rühren
80 Stunden auf 120° C
erwärmt.
Danach wurde das Chlorbenzol im Vakuum abdestilliert, das zurückgebliebene
Isomerisierungsprodukt mit 4,0 ml DMF versetzt und nach Zugabe von
100 mg K2CO3 und von
87 mg Methyljodid unter intensiver Vermischung 6 Stunden auf 40° C erwärmt. Die
Aufarbeitung und Isolierung erfolgte ana log zu der in Beispiel 1.
Man erhielt 99 mg einer Mischung von (R)- u. (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'-dimethoxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid),
ohne Nebenprodukte, die einen Rotationswert von [α]D = –39.7° (c=4.2,
CHCl3) zeigte. Der [α]D-Wert
von dem reinen (S)-Enantiomer betrug –52.2° (c = 1.55, CHCl3).
Daraus ergibt sich für
das Isomerisierungsprodukt ein Enantiomerenverhältnis (S)- : (R)-Enantiomer
von 88 : 12.
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Beispiel 5
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Isomerisierung von (S)-(5,5'-Dichlor-6,6'dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(dihenylphcsphin)
in Tributylamin, einem basisch wirkenden Lösungsmittel:
100 mg des
nach Beispiel 2 erhaltenen Produktes wurden analog Beispiel 4 behandelt
und umgesetzt mit dem Unterschied, dass als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel
4,0 ml Tributylamin verwendet wurden, die Isomerisierungstemperatur
160° C u.
die Isomerisierungszeit 48 Stunden betrug. (In diesem Falle wurde
die Isomerisierung unter Argonatmosphäre ausgeführt.) Das erhaltene Enantiomerengemisch
von (R)- u. (S)-(5,5 '-Dichlor-6,6 '-dimethoxybiphenyl-2,2 '-diyl)bis(diphenylphosphinoxid)
(101 mg) zeigte einen Rotationswerf von [α]D = –12.1° (c = 1.2,
CHCl3). Daraus ergibt sich für das Isomerisierungsprodukt
ein Enantiomerenverhältnis
(S)- : (R)-Enantiomer von 61,5 : 38,5.
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Beispiel 6 .
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Isomerisierung von (S)-(5,5'-Dichior-6,6'-dihydroxybiphenyl-2,2'-diyl)bis(diphenylphosphinoxid)
in Wasser als Lösungsmittel
unter Zusatz von Natriumhydroxid als Hilfsstoff:
5,0 g des
nach Beispiel 3 erhaltenen Produktes wurden in einem Autoklaven
zu einer Lösung
von 0,65 g Natriumhydroxid in 120 ml Wasser gegeben, darauf wurde
die Mischung unter Rühren
24 Stunden auf 180° C
erhitzt. Nach dem Abkühlen
auf Raumtemperatur wurde die Lösung
mit Salzsäure
versetzt, bis ein pH-Wert von 5 erreicht war. Das Isomerisierungsprodukt
wurde abfiltriert, mit Wasser ausgewaschen, bis das Waschwasser einen
pH-Wert von 7 zeigte. Man erhielt nach dem Trocknen 4,9 g racemisches
Ausgangsprodukt.