DE1194416B - Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Grignard-Verbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Grignard-Verbindungen Grignard-Verbindungen, die normalerweise in einem organischen Ather aus einem organischen Halogenid, RX, und Magnesium hergestellt werden, zeigen die Struktur eines solvatisierten Komplexes von R2Mg MgX2, wobei kein Austausch zwischen Magnesiumatomen stattfindet. Aus historischen Gründen wird diese Verbindung im allgemeinen mit den Buchstaben RMgX geschrieben oder bezeichnet. obgleich sich gezeigt hat, daß diese Formel nicht richtig ist (vgl. unter anderem W o tiz et al.
• J. Am. Chem. Soc., 79, S. 3476 [1957]). W o t i z et al wiesen nach, daß bei normalen Grignard-Verbindungen, d. h. derjenigen, die allgemein Äthylmagnesiumbromid (kommt als Solvat vor, möglicherweise eine polymere Form von (C2H5)2Mg MgBr2) genannt wird, praktisch kein Austausch zwischen den beiden Magnesiumatomen stattfindet. Aus diesem Grunde ist die aiigemein anerkannte Gleichgewichtsreaktion tatsächlich praktisch nicht vorhanden, während das wirkliche Gleichgewicht in seiner einfachsten Form lautet: Es ist möglich, Verbindungen der Formel RMgX durch die Behandlung von R2Mg MgX2 mit einem Äquivalent von HX oder X2 herzustellen: Diese Verbindungen verhalten sich ebenso wie R2Mg MgX2 wie Grignard-Verbindungen. »Grignard-Alkoxyde«, RMgOR', in denen das Halogen der Grignard-Verbindung durch einen Alkohol-oder Phenolrest ersetzt wurde, kommen im allgemeinen als nicht isolierte Zwischenprodukte oder in geringen Mengen in Mischungen vor, die die üblichen Grignard-Halogenide enthalten (s. Chemistry and Industry, 1960, S. 1533). Ähnliche Verbindungen lassen sich aus primären oder sekundären Aminen herstellen. Auch diese Verbindungen sowie die »Grignard-Alkoxyde« werden im Rahmen dieser Erfindung als Grignard-Verbindung bezeichnet.
• Die Grignard-Verbindungen können in verschiedenen Formen vorkommen, je nachdem, ob MgX2 - mit dem R2Mg ein Addukt bildet, wie in der obigen Gleichung (2) gezeigt ist - oder ein Äther oder tertiäres Amin mit mit dem R2Mg Solvate bildet - vorhanden ist. Daher sind folgende Formen der Grignard-Verbindungen möglich: R2Mg, R2Mg - MgX2, R2Mg Solvat, R2Mg MgX2 Solvat oder polymere Formen dieser Verbindungen, z. B.
• Dimere.
• Das erfindungsgemaße Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Grignard-Verbindungen der allgemeinen Formel RMgZR' in der R einen Kohlenwasserstoffrest mit j bis 28 Kohlenstoffatomen, R' einen optisch aktiven Kohlenwasserstoffrest- mit 4 bis 28 Kohlenstoffatomen, von denen mindestens eines asymmetrisch ist, und Z -0- oder - R" bedeutet, wobei R" einem Rest entspricht, wie er unter R oder R' definiert worden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Grignard-Verbindung der allgemeinen Formel R2Mg - MgX2 in der X Chlor, Brom oder Jod ist und R die oben angegebene Bedeutung hat, mit einer Verbindung der allgemeinen Formel Mg(ZRg2 in der R' und Z die oben angegebene Bedeutung haben, unter Wasser- und Sauerstoffausschluß bei -50 bis 1500C umgesetzt wird.
• Diese neuartigen Grignard-Verbindungen können in folgenden Formen vorkommen: RMgZR', RMgZR' - Solvat, RMgZR' MgX2, RMgZR' MgX2 Solvat, R2Mg Mg(ZR')2, R2Mg Mg(ZRt)2 Solvat, R2Mg Mg(ZR')2 MgX2 und R2Mg Mg(ZR'), MgX2 - Solvat.
• Die spezielle Form, in der die erfindungsgemäßen Verbindungen jeweils hergestellt werden, hängt von den späteren Verwendungszwecken ab, wie nachstehend erläutert wird.
• Die neuen Verbindungen besitzen eine erhebliche Bedeutung als Katalysatoren oder Cokatalysatoren für die Polymerisation und Kondensationspolymerisation von Vinylverbindungen sowie zur Synthese optisch aktiver Alkohole.
• Die erfindungsgemäß erhältlichen optisch aktiven Verbindungen eignen sich außerdem, besonders in der Form ihrer Halogenidaddukte, zur asymmetrischen Synthese optisch aktiver Alkohole.
• Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer unerwarteten Gleichgewichtsreaktion, die den Feststellungen von W o t i z et al zuwiderläuft und sich durch folgende Gleichung darstellen läßt: Die obige Reaktion wird außerdem durch die Anwesenheit einer Lewisbase als Lösungsmittel, z. B. eines Äthers oder tertiären Amins, kompliziert, da die entstehende Grignard-Verbindung in der Form ihres Solvates erhalten wird.
• Die normale Grignard-Verbindung, R2Mg MgX2, kann nach jedem der bekannten Verfahren hergestellt werden, die von Kharasch und Reinmuth in »Grignard Reactions of Non-Metallic Substances«, 5. 1 bis 114, beschrieben werden. Das einfachste Verfahren besteht in der Anwendung der direkten Umsetzung RX + Mg, wobei R für den gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 28 Kohlenstoffatomen steht, wie oben beschrieben.
• Das X des organischen Halogenids RX muß nicht mit einem tertiären Kohlenstoffatom verbunden sein und kann entweder für Chlor, Brom oder Jod stehen.
• Vorzugsweise ist R optisch inaktiv. Die Verbindung R2Mg MgX2 kann durch die Zugabe ihrer Komponenten RX und Mg in praktisch stöchiometrischen Mengen zu der Reaktionsmischung in situ in bekannter Weise gebildet werden.
• Der Keaktionsteilnehmer Mg(ZR')2 kann durch die Umesterung von Mg(ZR")2 mit R'ZH in an sich bekannter Weise hergestellt werden, wobei R, R" und Z die oben angegebene Bedeutung haben. Es ist ferner möglich. Mg(ZR'), direkt durch die Umsetzung von Magnesium mit R'ZH in an sich bekannter Weise zu erhalten. Die Umsetzung eines Magnesiumalkyls oder seines Hydrids mit R'ZH ergibt ebenfalls die gewünschte Verbindung. Dieses Verfahren ist im allgemeinen das beste.
• Mg(ZR')2 kann außerdem in hier nicht beanspruchter Weise in situ durch die Umsetzung von M(ZR')m mit einer Grignard-Verbindung nach folgender Gleichung hergestellt werden: 2 M(ZR')m + mR2Mg - MgX2 In dieser Gleichung bedeutet M ein Metall der I. bis III. Hauptgruppe des Periodensystems. Z und R' haben die oben angegebene Bedeutung, und m ist die Wertigkeit des Metalls.
• Die Herstellung der neuen Grignard-Verbindungen erfolgt bei einer Temperatur zwischen 50 und 150°C. Es ist kostspieliger und daher unzweckmäßig, mit Temperaturen unter - 500 C zu arbeiten. und bei Temperaturen von über 100 bis 150"C besteht eine erhebliche Gefahr, daß entweder die Reaktionsteilnehmer oder die entstehende Grignard-Verbindung zerstört werden.
• Die Umsetzung erfolgt zweckmäßigerweise bei atmosphärischem Druck; durch die Anwendung niedrigerer Drücke wird kein Vorteil erzielt. Höhere Drücke können zweckmäßig sein, wenn RMgX aus flüchtigen Halogeniden, wie Methylchlorid oder -bromid, hergestellt wird.
• Das Molverhältnis der Reaktionsteilnehmer ist nicht entscheidend. Für die meisten Zwecke ist es am besten, praktisch stöchiometrische Mengen zu verwenden, doch ist es zweckmäßig, die Mengen entsprechend dem späteren Verwendungszweck des Produktes zu bestimmen. So ist für die asymmetrischen Synthesen von Alkoholen aus den erfindungsgemäß erhältlichen Verbindungen im allgemeinen eine geringere Menge an Mg(ZR')2 weniger nachteilig als ein leichter Uberschuß, während bei einer Verwendung als Kondensationskatalysatoren das Gegenteil der Fall ist. Auch die Art der für Z verwendeten Gruppe übt einen Einfluß aus: die Amidine sind stärker basisch als die Oxyde.
• Die Umsetzung kann ohne Lösungsmittel durchgeführt werden, wenn R2Mg MgX und Mg(ZR')2 in einer anaeroben Atmosphäre trocken zermahlen werden. Wird jedoch ein Lösungsmittel verwendet. so darf dieses die Grignard-Verbindungen nicht zerstören und muß sich ihnen gegenüber inert verhalten.
• Geeignete Lösungsmittel dieser Art sind: Äther, wie Diäthyläther, Di-n-propyläther, Di-n-butyläther. Tetrahydrofuran oder Diglyme. und tertiäre Amine, wie Triäthylamin, Trimethylamin. Tri-n-butylamin, Tri-n-propylamin. n-Methylpiperidin und Dimethylanilin. Sowohl die Äther als auch die Amine bilden Solvate mit dem Produkt.
• Die halogenidfreie Form des Produktes läßt sich durch Ausfällen von MgX2 in Dioxan erhalten. Die nicht solvatierte Grignard-Verbindung erhält man durch Eindampfen des solvatierten Produktes unter hohem Vakuum. Lösungsmittelfreies (solvatireies) RMgZR' MgX2 wird am einfachsten hergestellt. indem Mg(ZR')2 zu gelöstem R2Mg MgX2 Solvat zugegeben und diese Mischung dann unter gemäßigten Bedingungen eingedampft wird, bis sie trocken ist. Lösungen von R2Mg2(ZR')2 MgX2 Solvat können durch Wiederherstellung von R2Mg durch Zugabe von Mg(ZR')2 in jedem beliebigen Zeitpunkt während der Herstellung des R2Mg MgX2 Solvates erhalten werden.
• Die nachstehenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung. Soweit nicht anders angegeben. wurde die spezifische Drehung bei 22° gemessen.
• Beispiel 1 Durch die Umsetzung von reinem, trockenem Magnesium (12,1 g, 0,5 Mol) mit einer stöchiometrischen Menge destilliertem l-Menthol (156,2 g, 1 Mol) in 1.2-Dimethoxyäthan wurde Magnesiuml-methoxyd, Mg(OC10H19-1)2. hergestellt. Das gleiche Produkt wurde durch Umesterung von Magnesiumisopropoxyd (142g 0,1 Mol) mit überschüssigem l-Menthol (75 g) bei 95 bis 100"C erhalten. Ferner wurde Magnesium-l-menthoxyd hergestellt, indem eine stöchiometrische Menge l-Menthol (15,6 g, 0.1 Mol) zu einer fertigen und analysierten normalen Grignard-Lösung (Äthylmagnesiumbromid) in Äther zugegeben wurde.
• Nach jedem dieser Verfahren wurde Magnesium-I-mentholi'yd erhalten, das eine amorphe weiße und feste Masse darstellt. Die Produkte zeigten die gleiche spezifische Drehung ([a]26 = 51,2 i 0,6°) bei gleicher Konzentration in Äther. Jedes der isolierten Produkte lieferte nach hier nicht beanspruchter Hydrolyse, Extraktion und Isolierung l-Menthol ([a]2n2 47,6 i: 6°) Dieser Vergleich zeigt die Gleichwertigkeit der drei Verfahren bei der Herstellung der Lösungen, ohne daß dabei das Menthol racemisiert wird.
• 0,00512 Mol des in oben beschriebener Weise hergestellten reinen Magnesium-l-menthoxyds wurden in Ather mit 25 ccm 0,41 n-Athylmagnesiumbromid umgesetzt. Das hierbei entstehende Produkt, das als C-HoMgOCloHl9-l MgBr nEtzO in Lösung bezeichnet werden kann, zeigte, bezogen auf den 1-Menthol-Gehalt, eine spezifische Drehung von [a]o = -49,6£ 1,0°. Beim Eindampfen bis zur Trockne ergab sich das theoretische Gewicht von pyrophorem Solvat, einer gelblichen festen Masse.
• Beispiel 2 Es wurde Äthylmagnesiumbromid in einer Ausbeute von 70 bis 890/0 hergestellt, indem 120 g(1,l Mol) Athylbromid in einem trockenen, mit Stickstoff gespülten Kolben zu einer gekühlten, gut gerührten Aufschlämmung von 24g reinem, trockenem Magnesium in 1000 ccm trockenem. peroxydfreiem Äther gegeben wurden, worauf die Mischung unter Stickstoffdruck filtriert wurde. Ein Teil dieser Lösung, der 0,4 Äquivalente (C2H5)2Mg- MgBr2 in Form des Atherats enthielt, wurde unter Stickstoff in einen anderen Kolben gegeben. Die Grignard-Verbindung wurde dann langsam bei 15 bis 20"C mit 31,25 g (0,20 Aquivalente) reinem l-Menthol ([aj2o2 = 47,70) umgesetzt. Es fand sofort eine exotherme Reaktion statt, bei der Athan quantitativ entwickelt wurde. Dabei wurde eine klare, farblose Lösung erhalten, die 0,20 Äquivalente Sithylmagnesium-l-menthoxyd C2H5MgO CloH19 nMgBr2 Ätherat enthielt.
• Beispiel 3 Die nach Beispiel 2 erhaltene Lösung, die die neue Grignard-Verbindung enthielt. wurde unter Stickstoff bei niedriger Temperatur destilliert, um den größten Teil des Diäthyläthers zu entfernen, und dann 24 Stunden unter einem Stickstoffdruck von 0,5 Torr gehalten, um alles Lösungsmittel und alle Solvatflüssigkeit zu entfernen. Auf diese Weise wurde eine quantitative Ausbeute an ätherfreiem Sithylmagnesium-l-menthoxyd MgBr2 erhalten, ein hellgelbes, mikrokristallines festes Material, das außerordentlich pyrophor war. In einem mit Stickstoff gefüllten verschlossenen Röhrchen zersetzten sich die Kristalle unter Gasentwicklung. Die Kristalle konnten in trockenem Heptan gelöst werden, wobei nur eine geringe Spur unlöslichen Materials zurückblieb.
• Beispiel 4 Zur Herstellung von salzfreiem Athylmagnesium-I-menthoxyd, das als Kondensationskatalysator verwendet werden kann, wird zweckmäßigerweise das Salz aus dem (C2H5)2Mg MgBr2 Ätherat entfernt.
• Zunächst wurde normales Grignard-Bromid aus 24 g trockenem Magnesium, 130 g Athylbromid und 1000 g Ather hergestellt. Diese Mischung wurde mit 115 g (1,3 Mol) trockenem, peroxydfreiem Dioxan in einer gleichen Volumenmenge trockenem, peroxydfreiem Äther behandelt. Die dabei entstehende Mischung wurde 8 Stunden unter Stickstoff gerührt, dann filtriert, um das ausgefällte Salz zu entfernen.
• Hierauf wurde zu dem Filtrat 1 Mol l-Menthol je Mol Diäthylmagnesium bei 10 bis 15"C gegeben, wodurch eine klare Lösung der optisch aktiven Grignard-Verbindung erhalten wurde, die sich durch eine der Gleichgewichts- (solvatierten) Formen darstellen läßt: Die Menge des erhaltenen Produktes entsprach 63010 der theoretischen Ausbeute. In der Lösung war kein Bromid mehr enthalten. In dieser Form, d. h. als bromidfreies Solvat in Dioxan, hat Sithylmagnesium-l-menthoxyd größere Wirksamkeit als Kondensationskatalysator und -cokatalysator in einem Polymerisationssystem mit freien Radikalen als bei asymmetrischen Synthesen oder in ionischen Polymerisationskatalysatorsystemen .
• Die klare Lösung wurde bei einer etwas über 17,aumtemperatur liegenden Temperatur destilliert, um den Äther zu entfernen, und dann 48 Stunden bei 70 bis 80°C/I Torr das Dioxan entfernt. Das Produkt, das einer 48 0/obigen Ausbeute der optisch aktiven Grignard-Verbindung entsprach, war eine trockene, amorphe, pyrophore, weißliche feste Masse, die weder Ather noch Dioxan enthielt und auch praktisch frei von Bromidionen war. In dieser Form ist das Produkt ein guter Kondensationskatalysator, eignet sich jedoch jetzt besser für ionische Polymerisationskatalysatorsysteme, wobei es gute Ausbeuten an optisch aktivem Polymerisat liefert. Im Aussehen ist dieses Produkt praktisch identisch mit den getrockneten Grignard-Alkoxyden der Beispiele 1 und 3.
• Das gleiche Produkt läßt sich herstellen, indem das feste ätherfreie Magnesiumbromidaddukt von Äthylmagnesium-l-menthoxyd mit der gleichen molaren Menge trockenen Dioxans während 4 Stunden aufgeschlämmt und dann filtriert wird, worauf das Filtrat im Vakuum bis zur Trockenheit eingedampft wird.
• Beispiel 5 Es wurde eine Lösung von Phenylmagnesiumchlorid in 43 0/oiger Ausbeute hergestellt, indem eine gerührte Suspension von 5 g Magnesiummetall und einer katalytischen Menge Äthyljodid in 500 ccm gereinigtem Chlorbenzol während 48 Stunden unter trockenem Stickstoff unter Rückfluß erhitzt wurde.
• Ein Teil des Filtrates, der 0,4g (C6H5)2Mg MgC12 enthielt, wurde unter anaeroben Bedingungen in einen kleineren Kolben gegeben und bei 20 bis 25"C unter trockenem Stickstoff gerührt, wobei er während 25 Minuten mit einer Lösung von 0,625 (etwas weniger als 1 Mol Alkohol je Mol der Grignard-Verbindung) a-d-Tocopherol in 15 ccm Chlorbenzol behandelt wurde. Die Mischung wurde lj2 Stunde bei 60 bis 70"C gerührt und dann im Vakuum zur Trockne eingedampft. Das Gewicht des Rückstandes entsprach ungefähr demjenigen, das theoretisch für das Monosolvat CeH5MgOC28H49O ' MgCl zu CiH5Cl erforderlich war. Das dicke, braune, ölige Phenylmagnesium-d-a-tocopheroxyd in Benzol hatte eine optische Drehung von 0,860.
• Beispiel 6 Zu 12g getrocknetem Magnesium wurden langsam unter Stickstoff bei Raumtemperatur und unter Rühren 66,3 g reines Benzylchlorid in 70 ccm Diäthyläther gegeben. Die Grignard-Verbindung wurde als weiße, amorphe, feste Masse erhalten. Dann wurden weitere 200 ccm Diäthyläther zugegeben und das Rühren fortgesetzt, während eine Lösung von 37,4g l-Borneol in 100 ccm Äther über 3 Stunden zugegeben wurde. Wegen der bei der Zugabe des l-Borneols stattfindenden exothermen Reaktion mußte ein Wasserbad verwendet werden. Ein Teil dieser Suspension, der einer berechneten Menge von 1,5 g Benzylmagnesium-l-borneoxyd entsprach, wurde unter anaeroben Bedingungen in einen anderen Kolben gegeben und bei etwa 5 Torr und 20 bis 30"C getrocknet, wobei ein weißes, amorphes, pyrophores Polyätherat erhalten wurde. Das Produkt war in peroxydfreiem Dioxan löslich. Nach dem Abfiltrieren des ausgefällten Magnesiumchlorids hatte die halogenidfreie weißliche Lösung eine optische Drehung von 13,80. Bezogen auf den berechneten Borneolgehalt ist diese Drehung etwa die gleiche wie bei einer Dioxanlösung, die durch Auflösen des eingedampften Rückstandes bei einer Reaktion von Benzylmagnesiumchloridbenzyl - 1 - borneoxyd in Äther erhalten wurde.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Grignard-Verbindungen der allgemeinen Formel RMgZR' in der R einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 28 Kohlenstoffatomen, R' einen optisch aktiven Kohlenwasserstoffrest mit 4 bis 28 Kohlenstoffatomen, von denen mindestens eines asymmetrisch ist, und Z -0- oder -N-R" bedeutet, wobei R" einem Rest entspricht, wie er unter R oder R' definiert worden ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß eine Grignard-Verbindung der allgemeinen Formel R2Mg MgX2 in der X Chlor, Brom oder Jod ist und R die oben angegebene Bedeutung hat, mit einer Verbindung der allgemeinen Formel Mg(ZR?2 in der R' und Z die oben angegebene Bedeutung haben, unter Wasser- und Sauerstoffausschluß bei -50 bis 1500C umgesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem inerten Lösungsmittel durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel ein Äther verwendet wird.