DE10326915A1 - Verfahren zur asymmetrischen Hydrierung von Ketocarbonsäureestern - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von enantiomerenangereicherten alpha- und beta-Hydroxycarbonsäureestern aus den entsprechenden Ketocarbonsäureestern sowie dafür verwendbare Katalysatoren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von enantiomerenangereicherten α- und β-Hydroxycarbonsäureestern aus den entsprechenden Ketocarbonsäureestern sowie dafür verwendbare Katalysatoren.
  • Enantiomerenangereicherte α- und β-Hydroxycarbonsäureester sind wertvolle Reagenzien zur Racematspaltung und wichtige Intermediate bei der Herstellung von Arzneimitteln und Agrochemikalien. Üblicherweise werden enantiomerenangereicherte α- und β-Hydroxycarbonsäureester durch katalytische Hydrierung der entsprechenden α- und β-Ketocarbonsäureester gewonnen, wobei als Katalysatoren häufig Übergangsmetallkomplexe mit chiralen Phosphanen als Liganden eingesetzt werden (siehe z.B. Genet et al., Tetrahedron, Asymmetry, 1994, 5(4), 675–690). Nachteilig an chiralen Phosphanen ist der hoher Preis und die Oxidationsempfindlichkeit weshalb ihr Einsatz im industriellen Maßstab wenn überhaupt überwiegend in homogenen Prozessen erfolgt.
  • Alternativ dazu sind Verfahren unter Verwendung von mit Chinchona-Alkaloiden oder Weinsäurederivaten modifizierten Platin- oder Nickelkatalysatoren bekannt (T. Mallat et al., Fine Chemicals through Heterogeneous Catalysis, Wiley-VCH, 2001, S. 449 ff).
  • Darüberhinaus wird für die Hydrierung von Ketoestern in Ferrand et al. (Tetrahedron: Asymmetry, 13, 2002, S. 1379 bis 1384) der Einsatz von Rhodium-, Ruthenium- und Iridium-Komplexen mit chiralen Diaminen beschrieben. Allen Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass sie allenfalls einen mäßigen Enantiomerenüberschuss erlauben.
  • Es bestand daher das Bedürfnis, Katalysatoren bereitzustellen, die insbesondere in einem Verfahren zur Herstellung von enantiomerenangereicherten α- und β-Hydroxycarbonsäureestern hohe Ausbeuten und Enantioselektivitäten ermöglichen.
  • Es wurden nun Substanzen gefunden,
    enthaltend zumindest
    • ein mikro-, meso- oder makroporöses Trägermaterial und
    • daran und/oder darin adsorbierte Verbindungen der Formel (I)
    Figure 00020001
    in der
    Figure 00020002
    für eine enantiomerenangereicherte chirale Stickstoffverbindung steht,
    (M m+) für ein Metall mit der Wertigkeit m steht
    L für einen anionischen oder neutralen Liganden steht
    (Sulfonat–) für das Anion einer Sulfonsäure steht und
    p für eins oder zwei steht und
    n für eins, zwei, drei oder vier steht,
    wobei die Auflage gilt, dass m-p-[Anzahl der anionischen Liganden] = 0 ist.
  • Enantiomerenangereicherte Verbindungen im Sinne der Erfindung sind enantiomerenreine Verbindungen oder Mischungen von Enantiomeren einer Verbindung, in denen ein Enantiomer in einem Enantiomerenüberschuss, im Folgenden auch ee (enantiomeric excess) genannt, im Vergleich zum anderen Enantiomer vorliegt.
  • Bevorzugt beträgt dieser Enantiomerenüberschuss 10 bis 100 % ee, besonders bevorzugt 90 bis 100 % ee und ganz besonders bevorzugt 95 bis 100 % ee.
  • Im Rahmen der Erfindung können alle oben stehenden und im Folgenden aufgeführten, allgemeinen oder in Vorzugsbereichen genannten Restedefinitionen, Parameter und Erläuterungen untereinander, also auch zwischen den jeweiligen Bereichen und Vorzugsbereichen in beliebiger Weise kombiniert werden.
  • Im Folgenden stehen Alkyl beziehungsweise Alkoxy beziehungsweise Alkylen beziehungsweise Alkenylen jeweils unabhängig für einen geradkettigen, cyclischen, verzweigten oder unverzweigten Alkyl- beziehungsweise Alkoxy- beziehungsweise Alkylen- beziehungsweise Alkenylen-Rest, der gegebenenfalls weiter durch C1-C4-Alkoxy substituiert sein kann. Gleiches gilt für den nichtaromatischen Teil eines Arylalkyl-Restes.
  • C1-C4-Alkyl steht beispielsweise für Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl, C1-C8-Alkyl darüber hinaus beispielsweise für n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, neo-Pentyl, 1-Ethylpropyl, cyclo-Hexyl, cyclo-Pentyl, n-Hexyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 1-Methylpentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 1,1-Dimethylbutyl, 1,2-Dimethylbutyl, 1,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, n-Heptyl und n-Octyl, C1-C20-Alkyl weiter darüber hinaus beispielsweise für Adamantyl, die isomeren Menthyle, n-Nonyl, n-Decyl und n-Dodecyl.
  • C1-C4-Alkoxy steht beispielsweise für Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, sec.-Butoxy und tert.-Butoxy, C1-C8-Alkoxy darüberhinaus beispielsweise für n-Pentoxy, 1-Methylbutoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, neo-Pentoxy, 1-Ethylpropoxy, cyclo-Hexoxy, cyclo-Pentoxy, n-Hexoxy und n-Octoxy, C1-C20- Alkoxy weiter darüber hinaus beispielsweise für Adamantoxy, die isomeren Menthoxy-Reste, n-Decoxy und n-Dodecoxy.
  • C1-C4-Alkylen steht beispielsweise für Methylen, 1,1-Ethylen, 1,2-Ethylen, 1,1-Propylen, 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, C1-C8-Alkylen darüber hinaus beispielsweise für 1,2-cyclo-Hexylen und 1,2-cyclo-Pentylen.
  • C2-C8-Alkenylen steht beispielsweise für 1,1-Ethenylen 2-Ethoxy-1,1-ethenylen und 2-Methoxy-1,1-ethenylen.
  • Halogenalkyl, beziehungsweise Halogenalkoxy, beziehungsweise Halogenalkylen bedeutet jeweils unabhängig einen geradkettigen, cyclischen, verzweigten oder unverzweigten Alkyl-Rest beziehungsweise Alkylen-Rest, der einfach, mehrfach oder vollständig durch Halogenatome substituiert ist.
  • Beispielsweise steht C1-C20-Halogenalkyl für Trifluormethyl, Chlormethyl, 2-Chlorethyl, 2,2,2-Trifluorethyl, Pentafluorethyl, Nonafluorbutyl, Heptafluorisopropyl, Perfluoroctyl, Perfluordodecyl und Perfluorhexadecyl.
  • Aryl steht jeweils unabhängig für einen heteroaromatischen Rest mit 5 bis 14 Gerüstkohlenstoffatomen, in denen keines, ein, zwei oder drei Gerüstkohlenstoffatome pro Cyclus, im gesamten Molekül mindestens jedoch ein Gerüstkohlenstoffatom, durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff, substituiert sein können, oder und vorzugsweise für einen carbocyclischen aromatischen Rest mit 6 bis 14 Gerüstkohlenstoffatomen.
  • Beispiele für carbocyclische aromatische Reste mit 6 bis 14 Gerüstkohlenstoffatomen sind zum Beispiel Phenyl, Biphenyl, Naphtyl, Phenanthrenyl, Anthracenyl oder Fluorenyl, heteroaromatische Reste mit 5 bis 14 Gerüstkohlenstoffatomen in denen keines, ein, zwei oder drei Gerüstkohlenstoffatome pro Cyclus, im gesamten Molekül mindestens jedoch ein Gerüstkohlenstoffatom, durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff, substituiert sein können, sind beispielsweise Pyridinyl, Oxazolyl, Benzofuranyl, Dibenzofuran-yl oder Chinolinyl.
  • Weiterhin kann der carbocyclische aromatische Rest oder heteroaromatische Rest mit bis zu fünf gleichen oder verschiedenen Substituenten pro Cyclus substituiert sein, die beispielsweise ausgewählt sind aus der Gruppe Nitro, Cyano, Chlor, Fluor, C1-C12-Alkyl, C1-C12-Halogenalkyl, C1-C12-Halogenalkoxy, C1-C12-Halogenalkylthio, C1-C12-Alkoxy, Di(C1-C8-alkyl)amino oder Tri(C1-C6-alkyl)siloxyl substituiert sein.
  • Arylen steht für einen Aryl-Rest, der eine weitere Bindungsstelle am aromatischen Gerüst besitzt und dadurch divalent ist.
  • Arylalkyl bedeutet jeweils unabhängig einen geradkettigen, cyclischen, verzweigten oder unverzweigten Alkyl-Rest nach vorstehender Definition, der einfach, mehrfach oder vollständig durch Aryl-Reste gemäß vorstehender Definition substituiert sein kann.
  • Arylalkylen steht für einen Arylalkyl-Rest, der eine weitere Bindungsstelle am aromatischen Gerüst besitzt und dadurch divalent ist.
  • Im Folgenden werden Vorzugsbereiche für die erfindungsgemäßen Substanzen definiert:
    Bevorzugte Trägermaterialien besitzen eine Porengröße, die im Bereich von 15 bis 250 Å liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 Å. Die im Rahmen der Erfindung geltenden Definitionen für die Begriffe mikro-, meso- und makroporös wie auch die Nomenklatur der Zeolithe sind dabei IUPAC-konform auszulegen (McCusker et al. Pure Appl. Chem, vol. 73, No. 2, pp 381-394, 2001). Geeignete Trägermaterialien sind beispielsweise Silica-Gele, Zeolithe vom Typ Davison, MOR, X, Y, MCM, ZSM, FAU, MFI, L, BEA, FER, A und SBA, sowie solche vom Typ AlPO, MAlPO und SAPO, wobei die genannten Zeolithe gegebenenfalls isomorph substituiert sein können. Besonders bevorzugt sind Trägermaterialien wie insbesondere solche des MCM- oder Davison-Typs wie beispielsweise MCM-41 (ca. 30 Å, Davison 923 (ca. 22 Å, Davison 634 (ca. 60 Å).
  • In Formel (I) steht
    Figure 00060001
    bevorzugt für enantiomerenangereicherte chirale Stickstoffverbindungen der Formel (Π)
    Figure 00060002
    in der
    R1, R2, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C14-Aryl stehen oder NR1R2 und/oder NR4R5 als Ganzes für einen cyclischen Aminorest mit insgesamt 4 bis 20 Kohlenstoffatomen steht,
    R3 für einen divalenten Rest mit insgesamt 2 bis 30 Kohlenstoffatomen stehtoder
    R3 und mindestens einer der Reste R1, R2, R4, R5 zusammen Teil eines cyclischen Aminorestes mit insgesamt 4 bis 20 Kohlenstoffatomen sind.
  • Bevorzugte Verbindungen der Formel (II) sind solche, in der
    R1, R2, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C14-Aryl stehen oder NR1R2 und/oder NR4R5 als Ganzes für einen 5- oder 6-gliedrigen monocyclischen Aminorest steht, der am Kohlenstoffgerüst gegebenenfalls einfach, zweifach, dreifach oder vierfach C1-C4-Alkyl substituiert ist und
    R3 für einen divalenten Rest steht, der ausgewählt ist aus der Gruppe C2-C8-Alkylen, das gegebenenfalls einfach oder zweifach durch C4-C14-Arylreste weiter substituiert sein kann, C5-C15-Arylalkylen, C4-C14-Arylen oder Bis-(C4-C14-arylen) oder
    R3 und einer der Reste R1, R2, R4 und R5 zusammen Teil eines 5- oder 6-gliedrigen monocyclischen Aminorestes sind, der am Kohlenstoffgerüst gegebenenfalls zusätzlich einfach, zweifach, dreifach oder vierfach durch C1-C4-Alkyl substituiert ist.
  • Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (II) sind solche, in denen
    R1, R2, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, Methyl oder Ethyl stehen und
    R3 für einen divalenten Rest steht, der ausgewählt ist aus der Gruppe 1,2-Bis-(C4-C14-aryl)-1,2-ethylen, 1,2-Cyclohexylen, 1,1'-2,2'-Bis-(C4-C14-arylen) oder
    R3 und einer der Reste R1, R2, R4 und R5 zusammen Teil eines Pyrrolidinyl- oder Piperidinyl-Restes sind.
  • Ganz besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (II) sind
    (1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin, (1S,2S)-1,2-Diphenylethylendiamin, (1R,2R)-1,2-Dimethylethylendiamin, (1S,2S)-1,2-Dimethylethylendiamin, (1R,2R)-1,2-cyclohexylendiamin, (1S,2S)-1,2-cyclohexylendiamin, (S)-2-Aminomethyl-1-ethylpyrrolidin, (R)-2-Aminomethyl-1-ethylpyrrolidin, (S)-(2-Pyrrolidinylmethyl)-pyrrolidin, (R)-(2-Pyrrolidinylmethyl)-pyrrolidin, (S)-2-Aminomethyl-1-methylpyrrolidin, (R)-2-Aminomethyl-1-methylpyrrolidin, (R)-1,1'-Diamino-2,2'-binaphthyl, (S)-1,1'-Diamino-2,2'-binaphthyl, (R)-1,1'-Diamino-6,6'-Dimethoxy-2,2'-biphenyl und (S)- 1,1'-Diamino-6,6'-Dimethoxy-2,2'-biphenyl, wobei (R)-2-Aminomethyl-1-ethylpyrrolidin, (S)-(2-Pyrrolidinylmethyl)-pyrrolidin, (R)-(2-Pyrrolidinylmethyl)-pyrrolidin und (S)-2-Aminomethyl-1-methylpyrrolidin noch weiter bevorzugt sind.
  • In Formel (I) steht weiterhin
    (M m+) vorzugsweise für Cobalt in den formalen Oxidationsstufen 0, +2 und +3, Rhodium und Iridium in den formalen Oxidationsstufen +1 und +3, Nickel, Palladium und Platin in den formalen Oxidationsstufen 0 und +2 sowie Ruthenium in der formalen Oxidationsstufe +2, wobei RhI, IrI und PdII bevorzugt sind.
    L steht bevorzugt für folgende Ligandentypen: Monoolefine wie beispielsweise Ethylen, Cycloocten und Cyclohexen, Diolefine wie beispielsweise 1,5-Cyclooctadien (cod), Norbornadien (nbd), und Butadien, Nitrile wie Acetonitril (ACN), Benzonitril und Benzylnitril, Aromaten wie Benzol, Mesitylen und Cymol, sowie anionische Liganden wie Allyl, Methylallyl, Phenylallyl, C1-C8-Alkylacylacetonate, C1-C8-Alkylacylate, Chlorid, Bromid und Iodid.
    (Sulfonat–) steht bevorzugt für Salze des Typs R6SO3 –, wobei R6 für C1-C12-Alkyl, C1-C20-Halogenalkyl, C4-C14-Aryl oder C5-C15-Arylalkyl steht. Bevorzugt steht R6 für Methyl, Phenyl, p-Tolyl und C1-C20-Perfluoralkyl, besonders bevorzugt für C1-C4-Perfluoralkyl wie insbesondere Trifluormethyl.
  • Besonders bevorzugt steht
    Figure 00080001
    als ganzes Fragment für Rh(cod)OTf, Ir(cod)OTf, Rh(nbd)OTf, Ir(nbd)OTf, Pd(Allyl)OTf, Rh(cod)OMes, Ir(cod)OMes, Rh(nbd)OMes, Ir(nbd)OMes, Pd(Allyl)OMes, Rh(cod)ONf, Ir(cod)ONf, Rh(nbd)ONf, Ir(nbd)Onf und Pd(Allyl)ONf wobei OTf für Trifluormethansulfonat, OMes für Methansulfonat und ONf für Nonafluorbutansulfonat steht.
  • Ganz besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (I) sind solche der Formeln (Ia), (Ib), (Ic), (Id), (Ie) und (If)
    Figure 00090001
    in denen jeweils
    * ein stereogenes Zentrum markiert, das entweder R oder S konfiguriert ist, wobei die Auflage gilt, dass Mesoformen ausgeschlossen sind (Verbindungen der Formel (Ic) und (Id))
    M+ für RhodiumI oder IridiumI steht und
    L für cod oder nbd steht und
    Sulfonat– für Trifluormethansulfonat, Mesylat oder Nonafluorbutansulfonat steht.
  • Die Verbindungen der Formel (I) sind von der Erfindung ebenfalls umfasst, wobei folgende ausgenommen sind:
    [Rh(cod)((S)-2-aminomethyl-1-ethylpyrrolidin)]OTf und [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]OTf.
  • Die Herstellung der Verbindungen der Formel (I) wie insbesondere solchen der Formeln (Ia) bis (If) kann in an sich bekannter Weise beispielsweise dadurch erfolgen, dass enantiomerenangereicherte chirale Stickstoffverbindungen der Formel (II) vorzugsweise in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels mit Übergangsmetallverbindungen umgesetzt werden.
  • Als organische Lösungsmittel für die Umsetzung eignen sich üblicherweise aliphatische oder aromatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Petrolether, Benzol, Toluol, die isomeren Xylole, Chlorbenzol, die isomeren Dichlorbenzole, Hexan, Cyclohexan, Dichlormethan oder Chloroform sowie vorzugsweise Ether, wie Diethylether, Diisopropylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, Methyl-tert.-butylether oder Ethylenglykoldimethyl- oder -diethylether. Besonders bevorzugte organische Lösungsmittel sind Toluol, Diethylether, Tetrahydrofuran und Methyl-teri.-butylether.
  • Bevorzugte Übergangsmetallverbindungen für die Umsetzung mit enantiomerenangereicherten chiralen Stickstoffverbindungen der Formel (II) sind solche der Formel (IIIa) M1(An1)p1 (IIIa)in der
    M1 für Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium oder Platin und
    An1 für Halogenid und
    P1 für Ruthenium, Rhodium und Iridium für 3, für Nickel, Palladium und Platin für 2 steht,
    oder Übergangsmetallverbindungen der Formel (IIIb) M2(An2)p2L1 2 (IIIb)in der
    M2 für Ruthenium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium oder Platin und
    An2 für Halogenid oder ein Sulfonat
    p2 für Rhodium und Iridium für 1, für Nickel, Palladium, Platin und Ruthenium für 2 steht und
    L1 jeweils für ein C2-C12-Alken wie beispielsweise Ethylen oder Cycloocten, oder ein Nitril wie beispielsweise Acetonitril, Benzonitril oder Benzylnitril steht, oder
    L1 2 zusammen für ein (C4-C12)-Dien wie beispielsweise Norbornadien oder 1,5-Cyclooctadien steht
    oder Übergangsmetallverbindungen der Formel (IIIc) [M3L2An3 2]2 (IIIc)in der
    M3 für Ruthenium und
    L2 für cod, nbd, Allyl, Methylallyl oder Arylreste wie zum Beispiel Cymol, Mesitylen, Benzol und
    An3 für Halogenid oder Sulfonat steht
    oder Übergangsmetallverbindungen der Formel (IIId) M4 p3[M5(An3)4] (IIId),wobei
    M5 für Palladium, Nickel, Iridium oder Rhodium und
    An3 für Chlorid oder Bromid steht und
    M4 für Lithium, Natrium, Kalium, Ammonium oder organisches Ammonium steht und
    P3 für Rhodium und Iridium für 3, für Nickel, Palladium und Platin für 2 steht,
    oder Ubergangsmetallverbindungen der Formel (IIIe) [M6(L3)2]An4 (IIIe),wobei
    M6 für Iridium oder Rhodium und
    L3 für ein (C4-C12)-Dien wie beispielsweise Norbornadien oder 1,5-Cyclooctadien steht und
    An4 für ein Sulfonat steht.
  • Darüber hinaus sind als Übergangsmetallverbindungen beispielsweise Ni(cod)2, Pd2(dibenzylidenaceton)3, Cyclopentadienyl2Ru, Rh(acetylacetonat)(CO)2, Ir(pyridin)2(cod) oder mehrkernige verbrückte Komplexe wie beispielsweise [Pd(Allyl)Cl]2, [Pd(Allyl)Br]2, [Rh(cod)Cl]2, [Rh(cod)Br]2, [Rh(Ethen)2Cl]2, [Rh(Cycloocten)2Cl]2, [Ir(cod)Cl]2 und [Ir(cod)Br]2, [Ir(Ethen)2Cl]2 und [Ir(Cycloocten)2Cl]2 geeignet.
  • Besonders bevorzugte Ubergangsmetallverbindungen sind: [Pd(Allyl)Cl]2, [Pd(Allyl)Br]2, [Rh(cod)Cl]2, [Rh(cod)2Br, [Rh(cod)2]OTf, [Rh(cod)2]OMes, [Rh(cod)2]ONf, RuCl2(cod), [(Cymol)RuCl2]2, [(Benzol)RuCl2]2, [(Mesitylen)RuCl2]2, [(Cymol)RuBr2]2, [(Cymol)RuI2]2, [Ir(cod)2Cl]2, [Ir(cod)2]OTf, [Ir(cod)2]OMes, [Ir(cod)2]Onf, [Rh(nbd)2Br], [Rh(nbd)2]OTf, [Rh(nbd)2]OMes, [Rh(nbd)2]Onf, RuCl2(nbd), [Ir(nbd)2]OTf, [Ir(nbd)2]OMes, [Ir(nbd)2]ONf, Ir(pyridin)2(nbd)OTf, [Ru(DMSO)4Cl2], [Ru(ACN)4Cl2], [Ru(PhCN)4Cl2] und [Ru(cod)Cl2]n.
  • Er sei darauf hingewiesen, dass es bei Verwendung von halogenidhaltigen Übergangsmetallverbindungen erforderlich ist, zusätzlich in etwa äquimolarer Menge zum vorhandenen Halogenid beispielsweise Thallium-, Silber- oder Kalium-Sulfonate gemäß oben stehender Definition einzusetzen.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Substanzen wird das Trägermaterial mit Verbindungen der Formel (I) umgesetzt.
  • Das Gewichtsverhältnis von Verbindungen der Formel (I) zu Trägermaterial kann dabei beispielsweise und bevorzugt 0,02 : 1 bis 100 : 1, besonders bevorzugt 0,1 : 1 bis 5 : 1 und ganz besonders bevorzugt 0,1 : 1 bis 1 : 1 betragen.
  • Die Reaktionstemperatur kann beispielsweise und bevorzugt –20 bis 100°C, besonders bevorzugt 0 bis 80°C und ganz besonders bevorzugt 10 bis 30°C betragen.
  • Die Aufarbeitung der erfindungsgemäßen Substanzen kann in an sich bekannter Weise durch Filtration und/oder Zentrifugation und/oder Sedimentation und gegebenenfalls anschließendem Waschen mit organischem Lösungsmittel erfolgen, wobei das Waschen beispielsweise diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden kann. Zu Lagerzwecken werden die erfindungsgemäßen Verbindungen vorzugsweise getrocknet.
  • Die erfindungsgemäßen Substanzen können direkt als Katalysator für asymmetrische Reaktionen eingesetzt werden.
  • Von der Erfindung sind daher auch Katalysatoren umfasst, die die erfindungsgemäßen Substanzen enthalten.
  • Weiterhin ist von der Erfindung ein Verfahren zur katalytischen Herstellung von enantiomerenangereicherten Verbindungen umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Katalysatoren solche eingesetzt werden, die erfindungsgemäßen Substanzen enthalten.
  • Bevorzugte Verfahren zur Herstellung von enantiomerenangereicherten Verbindungen sind asymmetrische Hydrierungen, wie beispielsweise Hydrierungen von prochiralen C=C-Bindungen wie prochiralen Enaminen, Olefinen, Enolethern; C=O-Bindungen wie prochiralen Ketonen und C=N-Bindungen wie prochiralen Iminen. Besonders bevorzugte asymmetrische Hydrierungen sind Hydrierungen von prochiralen Ketonen wie insbesondere α- und β-Ketocarbonsäureestern.
  • Bevorzugte α- und β-Ketocarbonsäureester sind Verbindungen der Formel (IV),
    Figure 00150001
    in der
    R6 und R8 jeweils unabhängig voneinander für C1-C12-Alkyl, C1-C12-Halogenalkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C14-Aryl stehen und
    R7 fehlt oder für 1,1-(C1-C4-Alkylen) steht.
  • Vorzugsweise stehen
    R6 und R8 jeweils unabhängig voneinander für gegebenenfalls chloriertes C1-C4-Alkyl oder Phenyl und
    R7 für Methylen oder fehlt.
  • Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (IV) sind Phenylglyoxylsäuremethylester, Benzoylameisensäuremethylester und Chloracetessigester.
  • Durch erfindungsgemäße Hydrierung von α- und β-Ketocarbonsäureestern sind enantiomerenangereicherte Verbindungen der Formel (V) erhältlich,
    Figure 00160001
    in der
    * ein stereogenes Zentrum markiert, das S oder R-konfiguriert ist und
    R5, R6 und R7 die unter der Formel (V) angegebenen Bedeutungen und Vorzugsbereiche besitzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform von erfindungsgemäßen asymmetrischen Hydrierungen beträgt die Reaktionstemperatur 0 bis 200°C, bevorzugt 10 bis 150°C, der Wasserstoffpartialdruck beispielsweise 0,1 bis 200 bar, bevorzugt 0,9 bis 100 bar und besonders bevorzugt 4 bis 30 bar.
  • Als Lösungsmittel für erfindungsgemäße asymmetrische Hydrierungen eignen sich insbesondere aliphatische oder aromatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Petrolether, Benzol, Toluol, die isomeren Xylole, Chlorbenzol, die isomeren Dichlorbenzole, Hexan, Cyclohexan, Dichlormethan oder Chloroform, Ether, wie Diethylether, Diisopropylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, Methyl-tert.-butylether oder Ethylenglykoldimethyl- oder -diethylether sowie vorzugsweise Alkohole wie Methanol, Ethanol und Iso-Propanol.
  • Das Gewichtsverhältnis der erfindungsgemäßen Katalysatoren zu Substrat kann beispielsweise 1 : 1 bis 1 : 10000 betragen, bevorzugt ist ein Verhältnis von 1 : 5 bis 1 : 1000.
  • Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass auf effiziente Weise heterogene Katalysatoren in hohen Ausbeuten hergestellt werden können und diese Katalysatoren hohe Umsätze und Enantioselektivitäten in asymmetrischen Synthesen erlauben. Dieser Umstand ist insofern als besonders überraschend einzustufen, dass die Verbindungen der Formel (I) im Falle des homogenen Einsatzes wenn überhaupt nur sehr geringe Enantioselektivitäten erlauben, wie die Vergleichsbeispiele zeigen.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Herstellung von [Rh(cod)((S)-2-Aminomethyl-1-ethylpyrrolidin)]CF3SO3
  • [RhCl(cod]2 (100 mg, 0.20 mmol) wurde in THF (10 ml) gelöst, AgCF3SO3 (104 mg, 0.40 mmol) zugegeben und die Lösung für eine Stunde gerührt. Die Lösung wurde anschließend filtriert, das Filtrat mit (S)-2-Aminomethyl-1-ethylpyrrolidin (52 mg, 0.40 mmol) versetzt und die resultierende Lösung eine Stunde gerührt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum eingeengt und mit Hexan (25 ml) versetzt, wobei das Produkt ausfiel. Es wurde filtriert, das Produkt mit Hexan (2 × 20 ml) und Diethylether (2 × 20 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Es wurde ein gelbes Pulver erhalten (172 mg, 88 %).
    Anal.: Berechnet für C15H28N2RhBF4 C, 39.34; H, 5.74; N, 5.74. Gefunden: C, 39.84; H, 5.54; N, 5.69.
    1H NMR (CDCl3) 1.76-4.3 (28H, Amin und Olefin).
    13C NMR (CDCl3) = 12.2 (1), 21.7 (4), 24.4 (5), 45.5 (7), 51.0 (2), 56.5 (3), 67.1 (6), 30.4, 30.7 (CH2) 79.7, 83.6 (CH).
    +ve ESI = 339 (M+).
  • Beispiel 2
  • Herstellung von heterogenisiertem [Rh(cod)((S)-2-Aminomethyl-1-ethyl-pyrrolidin)]CF3SO3
  • Zu trockenem calciniertem MCM-41 (500mg) und CH2Cl2 (20 ml) wurde der Komplex aus Beispiel 1 gegeben. Es wurde drei Stunden gerührt. In dieser Zeit färbte sich der Träger MCM-41 gelb. Anschliessend wurde filtriert, der Rückstand mit reichlich CH2Cl2 gewaschen bis kein Komplex mehr erkennbar ausgewaschen wurde und das Produkt im Vakuum getrocknet.
    Anal: C, 3.77; H, 0.83; N, 0.42.
  • Beispiel 3
  • Herstellung von [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]CF3SO3
  • [RhCl(cod]2 (100 mg, 0.20 mmol) wurde in THF (10 ml) gelöst, AgCF3SO3 (104 mg, 0.40 mmol) zugegeben und die Lösung für eine Stunde gerührt. Die Lösung wurde anschließend filtriert, das Filtrat mit (1R, 2R)-1,2-Diphenylethylendiamin (80 mg, 0.4 mmol) versetzt und die resultierende Lösung eine Stunde gerührt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum eingeengt und mit Hexan (25 ml) versetzt, wobei das Produkt ausfiel. Es wurde filtriert, das Produkt mit Hexan (2 × 20 ml) und Diethylether (2 × 20 ml) gewaschen und im Vakuum getrocknet. Es wurde ein gelbes Pulver erhalten (200 mg, 88 %).
    Anal.: Berechnet für C23H28N2RhF3SO3 C, 48.25; H, 4.90; N, 4.90. Gefunden: C, 47.95; H, 4.86; N, 4.60.
    1H NMR (CD3OD) 1.95 (br m, CH2 4H), 2.45 (br m, CH2, 4H), 4.01 (s, NCH, 2H), 4.23 (m, CH, 2H), 4.35 (m, CH, 2H), 7.1–7.3 (m, Ph, 10H).
    13C NMR (CD3OD) 31.5 (CH2), 66.3 (NCH) 81.4 (CH), 128.5, 129.2, 129.68, 140.5 (Ph).
    +ve ESI = 423 (M+).
  • Beispiel 4
  • Herstellung von heterogenisiertem [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]CF3SO3
  • Zu trockenem calciniertem MCM-41 (500mg) und CH2Cl2 (20 ml) wurde der Komplex aus Beispiel 3 gegeben. Es wurde drei Stunden gerührt. In dieser Zeit färbte sich der träger MCM-41 gelb. Anschließend wurde filtriert, der Rückstand mit reichlich CH2Cl, gewaschen bis kein Komplex mehr erkennbar ausgewaschen wurde und das Produkt im Vakuum getrocknet.
    Anal: C, 3.76; H, 0.72; N, 0.39.
  • Beispiele 5 und 6
  • Analog zu Beispiel 3 wurden erhalten:
    • 5) [Rh(cod)((S)-(2-Pyrrolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3
    • 6) [Pd(allyl)((S)-(2-Pyrrolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3
  • Beispiele 7-16
  • Analog zu Beispiel 4 wurden erhalten:
    • 7) [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]CF3SO3 auf/in Davison 923
    • 8) [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]CF3SO3 auf/in Davison 634
    • 9) [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]CF3SO3 auf/in Davison 654
    • 10) [Rh(cod)((S)-(2-Pynolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 923
    • 11) [Rh(cod)((S)-(2-Pyrrolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 634
    • 12) [Rh(cod)((S)-(2-Pyrrolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 654
  • Analog zu Beispiel 2 wurden erhalten:
    • 13) [Rh(cod)((S)-2-Aminomethyl-1-ethyl-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 923
    • 14) [Rh(cod)((S)-2-Aminomethyl-1-ethyl-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 634
    • 15) [Rh(cod)((S)-2-Aminomethyl-1-ethyl-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in Davison 653
    • 16) [Pd(allyl)((S)-(2-Pyrrolidinmethyl-)-pyrrolidin)]CF3SO3 auf/in MCM 41
  • Beispiele 17 bis 44: Asymmetrischen Hydrierungen
  • Allgemeine Arbeitsvorschrift
  • Die asymmetrischen Hydrierungen wurden in einem Hochdruckautoklaven aus rostfreiem Edelstahl mit einem Volumen von 150 ml durchgeführt. Jeweils 10 mg des homogenen Katalysators bzw. jeweils 50 mg der immoblilisierten Katalysatoren wurden unter Inertatmossphäre in den Hochdruckautoklaven transferiert.
  • Das Substrat (0.5 g), Methanol (30 g), und ein interner Standard (Cyclododecan) wurden zugegeben und der Hochdruckautoklav verschlossen. Der Hochdruckautoklav und seine Zu- und Ableitungen wurden anschließend durch dreimaliges Spülen mit Stickstoff inertisiert und zur Prüfung der Dichtigkeit schließlich unter einen Wasserstoffdruck von 5 bar gesetzt. Anschließend wurde der Wasserstoffdruck auf 20 bar erhöht, der Hochdruckautoklav auf Reaktionstemperatur gebracht (313 K) und der Inhalt mit einem mechanischen Rührer bei 400 U/min gerührt.
  • Über ein automatisches Entnahmeventil wurden Proben des Inhalts entnommen um den Verlauf der Reaktion untersuchen zu können. Am Ende der Reaktion wurde der Hochdruckautoklav zwei Stunden im Eisbad gekühlt, entspannt und die Produkte durch Gaschromatographie (GC, Varian, Model 3400 CX) über eine chirale Säule identifiziert (Chiraldex, 20 m × 0.25 mm).
  • Die Ergebnisse der Hydrierungsexperimente sind in nachstehender Tabellen zusammengefasst: Substrat: Benzoylameisensäuremethylester
    Figure 00220001
    Figure 00230001
    Substrat: Phenylglyoxylsäuremethylester
    Figure 00230002

Claims (20)

  1. Substanzen enthaltend zumindest • ein mikro-, meso- oder makroporöses Trägermaterial und • daran und/oder darin adsorbierte Verbindungen der Formel (I)
    Figure 00240001
    in der
    Figure 00240002
    für eine enantiomerenangereicherte chirale Stickstoffverbindung steht, (M m+) für ein Metall mit der Wertigkeit m steht L für einen anionischen oder neutralen Liganden steht (Sulfonat–) für das Anion einer Sulfonsäure steht und p für eins oder zwei steht und n für eins, zwei, drei oder vier steht, wobei die Auflage gilt, dass m-p-[Anzahl der anionischen Liganden] = 0 ist.
  2. Substanzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermaterialien eine Porengröße von 15 bis 250 Å aufweisen.
  3. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermaterialien Silica-Gele oder Zeolithe vom Typ MOR, X, Y, MCM, ZSM, FAU, MFI, L, BEA, FER, A und SBA, AlPO, MAlPO und SAPO sind, wobei die genannten Zeolithe gegebenenfalls isomorph substituiert sein können.
  4. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel (I)
    Figure 00250001
    für enantiomerenangereicherte chirale Stickstoffverbindungen der Formel (II) steht
    Figure 00250002
    in der R1, R2, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C14-Aryl stehen oder NR1R2 und/oder NR4R5 als Ganzes für einen cyclischen Aminorest mit insgesamt 4 bis 20 Kohlenstoffatomen steht, R3 für einen divalenten Rest mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen steht oder R3 und mindestens einer der Reste R1, R2, R4, R5 zusammen Teil eines cyclischen Aminorestes mit insgesamt 4 bis 20 Kohlenstoffatomen sind.
  5. Substanzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass R1, R2, R4 und R5 jeweils unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C8-Alkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C1 4-Aryl stehen oder NR1R2 und/oder NR4R5 als Ganzes für einen 5- oder 6-gliedrigen monocyclischen Aminorest steht, der am Kohlenstoffgerüst gegebenenfalls einfach, zweifach, dreifach oder vierfach C1-C4-Alkyl substituiert ist und R3 für einen divalenten Rest steht, der ausgewählt ist aus der Gruppe C2-C8-Alkylen, das gegebenenfalls einfach oder zweifach durch C4-C14-Arylreste weiter substituiert sein kann, C5-C15-Arylalkylen, C4-C14-Arylen oder Bis-(C4-C14-arylen) oder R3 und einer der Reste R1, R2, R4 und R5 zusammen Teil eines 5- oder 6-gliedrigen monocyclischen Aminorestes sind, der am Kohlenstoffgerüst gegebenenfalls zusätzlich einfach, zweifach, dreifach oder vierfach durch C1-C4-Alkyl substituiert ist.
  6. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel (I) (M m+) für Cobalt in den formalen Oxidationsstufen 0, +2 und +3, Rhodium und Iridium in den formalen Oxidationsstufen +1 und +3, Nickel, Palladium und Platin in den formalen Oxidationsstufen 0 und +2 oder Ruthenium in der formalen Oxidationsstufe +2 steht.
  7. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel (I) L für folgende Ligandentypen steht: Monoolefine, Diolefine, Nitrile, Aromaten sowie anionische Liganden.
  8. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel (I) (Sulfonat-) für Salze des Typs R6SO3- steht, wobei R6 für C1-C12-Alkyl, C1-C20-Halogenalkyl, C4-C14-Aryl oder C5-C15-Arylalkyl steht.
  9. Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der Formel (I) solche der Formeln (Ia), (Ib), (Ic) und (Id) sind
    Figure 00270001
    Figure 00280001
    in denen jeweils * ein stereogenes Zentrum markiert, das entweder R oder S konfiguriert ist, wobei die Auflage gilt, dass Mesoformen ausgeschlossen sind (Verbindungen der Formel (Ic) und (Id)) M+ für RhodiumI oder IridiumI steht und L für cod oder nbd steht und Sulfonat– für Trifluormethansulfonat, Mesylat oder Nonafluorbutansulfonat steht.
  10. Verbindungen der Formel (I) mit der in Anspruch 1 genannten Bedeutung, wobei folgende Verbindungen ausgenommen sind: [Rh(cod)((S)-2-aminomethyl-1-ethylpyrrolidin)]OTf und [Rh(cod)((1R,2R)-1,2-Diphenylethylendiamin)]OTf.
  11. Verwendung von Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 als Katalysator für asymmetrische Reaktionen.
  12. Katalysatoren enthaltend Substanzen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9.
  13. Verfahren zur katalytischen Herstellung von enantiomerenangereicherten Verbindungen umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Katalysatoren nach Anspruch 12 eingesetzt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren zur katalytischen Herstellung von enantiomerenangereicherten Verbindungen asymmetrische Hydrierungen sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass asymmetrische Hydrierungen Hydrierungen von prochiralen C=C-Bindungen, C=O-Bindungen und C=N-Bindungen sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Hydrierungen von prochiralen C=O-Bindungen Hydrierungen α- und β-Ketocarbonsäureestern sind.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass α- und β-Ketocarbonsäureester solche der Formel (IV) sind
    Figure 00290001
    in der R6 und R8 jeweils unabhängig voneinander für C1-C12-Alkyl, C1-C12-Halogenalkyl, C5-C15-Arylalkyl oder C4-C1 4-Aryl stehen und R7 fehlt oder für 1,1-(C1-C4-Alkylen) steht.
  18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für asymmetrische Hydrierungen die Reaktionstemperatur 0 bis 200°C und der Wasserstoffpartialdruck 0,1 bis 200 bar beträgt.
  19. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für asymmetrische Hydrierungen als aliphatische oder aromatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ether und/oder Alkohole eingesetzt werden.
  20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Katalysatoren nach Anspruch 12 zu Substrat 1 : 1 bis 1 : 10000 beträgt.
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CN115209993A (zh) * 2020-03-03 2022-10-18 高砂香料工业株式会社 包含吸附有钌配合物的活性碳的催化剂和使用该催化剂的还原产物的制造方法

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