DE19816479B4 - Verfahren zur Herstellung von Enaminen, Iminen, Indolen und Diaminen aus Alkinen und deren Weiterverarbeitung durch katalytische Hydrierung - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur intermolekularen Herstellung von Enaminen der allgemeinen Formel
I in der R1,
R2 Wasserstoff, C1-
bis C20-Alkyl, C2-
bis C20-Alkenyl, C2-
bis C20-Alkinyl,
C2- bis C20-Cycloalkyl,
C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl,
C4- bis
C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, C7-
bis C20-Alkylaryl, C7-
bis C20-Aralkyl,
einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen
Rest, C5- bis C20-Aroxy,
C2- bis C20-Silyloxy,
C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl,
C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl,
C3- bis C20-Aroxyvinyl,
C7- bis
C20-Alkoxyaralkyl, Halogen, C1-
bis C20-Perfluoroalkyl, Cyano, C2- bis C20-Cyanalkyl,
C6- bis C20-Cyanaryl,
C1- bis C20-Alkylmercapto, C5- bis C20-Arylmercapto,
C1- bis C20-Alkylsulfonyl, C5- bis C20-Arylsulfonyl,
C2- bis C20-Alkylphosphinoyl,
C5- bis C20-Arylphosphinoyl,
C2- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl,
C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl
oder
R1 und R2 gemeinsam eine C6- bis C12-Alkylendikette und
R3, R4 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, substituiertes Phenyl, C7- bis...
R1 und R2 gemeinsam eine C6- bis C12-Alkylendikette und
R3, R4 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, substituiertes Phenyl, C7- bis...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Enaminen, Iminen, Indolen und Diaminen durch Umsetzung von Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen mit Alkinen in Gegenwart eines homogenen Übergangsmetallkatalysators. Die als Katalysator eingesetzten Verbindungen sind dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine d8 oder d10 Elektronenkonfiguration hat.
- Formal ist die Umsetzung eine Hydroaminierung, bei der ein Amin H-NR2 an eine Dreifachbindung RC≡CR angelagert wird (Gleichung 1). Ohne den Einsatz eines Katalysators ist diese Reaktion für Alkine, die nicht durch stark elektronenziehende Substituenten wie z.B. Carbonyl oder Perfluoroalkyl aktiviert sind, nicht möglich.
- Die Reaktion ermöglicht ein neues Verfahren zur direkten Darstellung von Enaminen aus Aminen und Alkinen. Bei geeigneter Substitution isomerisieren die erhaltenen Enamine zu den thermodynamisch stabileren Iminen. Die entsprechende intramolekulare Reaktion ergibt Indole und andere Stickstoff-Heterozyklen. Die zweifache Addition eines Amins an das Alkin ergibt Diamine und ermöglicht die Darstellung von Polymeren. Obwohl bisher vernachlässigt, ist ein Prozeß zur Hydroaminierung von Alkinen von großer technischer Bedeutung.
- Ein der Hydroaminierung von Alkinen entsprechender Prozess ist die katalytische Addition einer N-H Bindung an Alkene zur Darstellung von Aminen. Die für diese Reaktion bekannten Katalysatoren, meist Alkalimetalle (G. P. Pez, 1981,
US 4,302,603 ), einfache Rhodium- oder Iridiumsalze (D. R. Coulson, 1973,US 3,758,586 ) oder Ruthenium- und Eisenverbindungen (D. M. - Gardner et al., 1984,
US 4,454,321 ), sind mit einer Reihe von Nachteilen verbunden: Sie sind meist ineffizient, erreichen nur geringe Reaktionsgeschwindigkeiten, verfügen nur über eine kurze Lebensdauer, sind spezifisch für ein Substrat, ergeben schlechte Selektivitäten oder erfordern ein Schützen des Amins, z.B. durch Tosylierung (R. C. Larock et al., J. Org. Chem., 1996, 61, 3584). Daher beinhalten viele Verfahren die Umsetzung von Alkoholen zu Aminen, wobei der Alkohol wiederum aus Alkenen dargestellt wird. Dieses Verfahren kann auch katalytisch als einstufiger Prozess ohne Isolierung des Alkohols durchgeführt werden (Y. Brigandat et al., 1990,US 4,937,383 ). Derartige Hydroaminierungen sind formal exotherm, jedoch schwierig in die Praxis umzusetzen, da keine geeigneten Katalysatoren bekannt sind. Bei Temperaturerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht aufgrund des negativen Entropieterms zu den Edukten. - Aus der Patentschrift von T. J. Marks, 1992,
US 5,110,948 ist ein direktes Verfahren zur Hydroaminierung von Alkenen bekannt, wobei als Katalysatoren Organosamarium-Verbindungen eingesetzt werden. Allgemein sind organometallische Verbindungen der Lanthanidmetalle dadurch charakterisiert, daß sie eine geringe Stabilität als isolierte Substanz und eine extreme Empfindlichkeit gegenüber Spuren von Sauerstoff und Wasser haben. Aufgrund einer Zersetzung der Katalysatoren durch Alkohole und viele funktionelle Gruppen, insbesondere durch Gruppen, die einer β-H-Elimination unterliegen können, ist die Wahl geeigneter Lösungsmittel und von Reagentien mit funktionellen Gruppen stark eingeschränkt. - Aus den Patenten U. Dingerdissen et al., 1997,
EP 0,752,411 ; 1997,EP 0,752,409 ; 1997,EP 0,752,410 und 1997,DE 195,30,177 ; G. J. Hutchings et al., 1992,EP 0,510,825 ; M. Bergfeld et al., 1993,DE 42,06,992 ; V. Taglieber et al., 1990,US 4,929,758 ; J. O. H. Peterson et al., 1983,US 4,375,002 und 1981,US 4,307,250 ist ein Verfahren zur Hydroaminierung von Alkenen bekannt, bei dem als Katalysatoren Zeolite, Silikate oder Pillared Clays eingesetzt werden, die jedoch nicht in allen Fällen zu Ergebnissen führen. Die Reaktion wird in der Gasphase durchgeführt. Dies beschränkt die möglichen Substrate auf Stoffe, die unzersetzt verdampft oder sublimiert werden können. Die Reaktion erfolgt in der Regel im Inneren des Zeolites, Silikates oder Pillared Clays. Aufgrund der begrenzten Größe der Hohlräume können nur Moleküle umgesetzt werden, die in die Struktur des Zeolites oder Pillared Clays eindringen können. Substrate mit funktionellen Gruppen werden in den meisten Fällen irreversibel adsorbiert und können daher nicht umgesetzt werden. - Eine Übersicht über die bekannten Methoden zur Aminierung von Alkenen wird in "Functionalisation of Alkenes: Catalytic Amination of Monoolefins", J. J. Brunet et al., J. Mol. Catal., 1989, 49, 235 gegeben. Ein plausibler Mechanismus für Hydroaminierungen mit Lanthanocenen, im speziellen mit (η5-Me5C5)2Sm(THF)2, wird in der Patentschrift T. J. Marks et al., 1992,
US 5,110,948 beschrieben. - Mögliche Mechanismen für eine Katalyse mit späten Übergangsmetallen wurden bisher wenig untersucht. Theoretisch gibt es drei prinzipielle Mechanismen. 1.) Das Alkin koordiniert an einen Metallkomplex. Die so aktivierte Spezies kann von dem nukleophilen Amin angegriffen werden und ein höher aminiertes Produkt bilden. 2.) Das Amin kann an ein Metallzentrum (als Metallamin oder Metallamid) gebunden werden und so aktiviert mit dem Alkin reagieren. Dabei wird das Alkin in die Metall-Stickstoff Bindung eingeschoben. Die Stereochemie des Produktes hängt von dem vorliegenden Mechanismus ab und ist im Ergebnis eine trans- Addition (Mechanismus 1) oder eine cis-Addition (Mechanismus 2). 3.) Ein weiterer denkbarer Mechanismus beruht auf der oxidativen Addition des Amins an das Übergangsmetallzentrum. Dieser Mechanismus ist z.B. für Rhodium-Katalysatoren vorgeschlagen worden (A. L. Casalnuovo et al., J. Am. Chem. Soc. 1988,110, 6738).
- Alle für die Addition von Aminen an Alkene oder Alkine bekannten Katalysatoren haben – wie oben beschrieben – gravierende Nachteile. Insbesondere können nur ausgewählte Substrate umgesetzt werden. Eine allgemeines Verfahren zur Umsetzung verschiedener Edukte konnte bisher nicht realisiert werden. Alle bisher bekannten Verfahren unterliegen Einschränkungen, die bei der Auswahl möglicher funktioneller Gruppen in den Edukten berücksichtigt werden müssen. Weitere Nachteile liegen in der geringen Aktivität, Selektivität und Stabilität der bisher bekannten Katalysatoren.
- Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, neue Katalysatoren für die Addition von Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen an Alkine zu entwickeln.
- Den Nachteilen, der gemäß dem Stand der Technik bekannten Alkalimetall- und Lanthanoid-Katalysatoren, war bei der Auswahl geeigneter Katalysatoren für die Hydroaminierung von Alkinen Sorge zu tragen. Demgemäß war es die erfindungsgemäße Aufgabe, Katalysatoren zu finden, die auf mittleren bis späten Übergangsmetallen beruhen. In diesem Kontext sind dies Elemente, die gemäß IUPAC (1985) in den Gruppen 5 bis 12 des Periodensystems klassifiziert sind.
- Der vorliegenden Erfindung lag außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur intermolekularen bzw. intramolekularen Darstellung von Enaminen, Iminen, Indolen und Diaminen anzugeben, wobei Katalysatoren verwendet werden sollen, die eine breite Umsetzbarkeit der betreffenden Reaktanden ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 4 angegebenen Verfahren, unter Verwendung der angegebenen Katalysatoren für die intermolekulare und intramolekulare Darstellung von Enaminen, Iminen, Indolen und Diaminen, gelöst. Die Ansprüche Nr. 5 bis 13 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der oben genannten Verfahren wieder.
- Überraschenderweise katalysieren Verbindungen beinahe aller mittleren bis späten Übergangsmetalle der Gruppen 5 bis 12 des Periodensystems die Hydroaminierung von Alkinen. Diese Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, daß das Metall in einer bestimmten Oxidationsstufe vorliegt. Letztere ist dadurch definiert, daß das Metallzentrum formal eine d8 oder d10 Elekronenkonfiguration hat (Tabelle 1). Demgemäß sind Verbindungen, die Übergangsmetalle in folgender Oxidationstufe enthalten, katalytisch aktiv:
- • d10-Komplexe von allen Übergangsmetallen der 4. Periode wie Mn(-III), Fe(-II), Co(-I), Ni(0), Cu(I), Zn(II)
- • d10-Komplexe von Übergangsmetallen der Gruppen 11 und 12 in der 5. Periode wie Ag(I), Cd(II)
- • d10-Komplexe von Übergangsmetallen der Gruppe 12 in der 6. Periode wie Hg(II)
- • d8-Komplexe von Übergangsmetallen der 5. Periode wie Nb(-III), Mo(-II), Ru(0), Rh(I), Pd(II) mit Ausnahme der Gruppen 11 und 12
- • d8-Komplexe von Übergangsmetallen der 6. Periode wie Ta(-III), W(-II), Re(-I), Os(0), Ir(I), Pt(II), Au(III) mit Ausnahme der Gruppe 12
- Eine andere Elektronenkonfiguration des Zentralatoms ergibt keine katalytisch aktive Spezies.
- Mechanistisch ist dies mit den oben beschriebenen Szenarien 1 und 2 vereinbar, während ein Mechanismus, der auf einer oxidativen Addition des Amins an das Übergangsmetall-Zentrum beruht, ausgeschlossen werden kann. Folgende Beobachtungen für die Hydroaminierung von Alkinen mit späten Übergangsmetall-Katalysatoren unterstützen diese Schlußfolgerung: 1.) Die Reaktion wird auch von Metallen wie Zink und Silber, die keine oxidativen Additionen erlauben, katalysiert. 2.) Es konnte gezeigt werden, daß von den typischen Redoxpaaren Ni0/NiII, Ru0/RuII, RhI/RhIII, Pd0/PdII, AuIII/AuI jeweils nur die Komplexe, die das Metall in der zuerst genannten Oxidationsstufe enthalten, katalytisch aktiv sind.
- Die als Katalysator eingesetzten Verbindungen können allgemein durch die Formel MxLy beschrieben werden. In dieser Formel beschreibt L denselben oder eine beliebige Kombination verschiedener ein-, zwei- und mehrzähniger Liganden. Typische Liganden sind CO, CN, NO, PF3, H2O, Halogen, π-aromatische Liganden, π-olefinische Liganden, π-acetylenische Liganden, ein-, zwei- und mehr-zähnige Phosphane. Der Ligand NO kann sowohl als neutraler wie auch als kationischer Ligand vorliegen. Wasserstoff als Ligand kann sowohl als anionischer wie auch als kationischer Ligand vorliegen. M bedeutet ein Element oder eine beliebige Kombination verschiedener Elemente der Gruppen 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 des Periodensystems als Zentralatom, im besonderen Kobalt, Kupfer, Silber, Rhenium wobei das Metall die oben genannte Elektronenkonfiguration besitzt. Die Zahlen x und y bedeuten eine ganze Zahl, wobei 1 ≤ x ≤ 6 und 1 ≤ y ≤ 8. Außerdem kann das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 als Katalysator eingesetzt werden.
- Mechanistisch ist für einen erfolgreichen Ablauf der Katalyse notwendig, daß mindestens eine, bevorzugt zwei benachbarte Koordinationsstellen zur Verfügung stehen. Daher ist es wichtig, daß bei quadratisch Planaren Komplexen mindestens ein Ligand und bei oktaedrischen Komplexen mindestens einer, bevorzugt mindestens zwei benachbarte Liganden abdissoziieren können. Beispiele für katalytisch aktive Homogenkatalysatoren sind die in Tabelle 2 angegebenen Verbindungen.
- Als Katalysatoren können auch Verbindungen eingesetzt werden, in denen die Metalle in einer höheren Oxidationsstufe vorliegen und durch Reduktion in die angegebene, katalytisch aktive, Oxidationsstufe übergeführt werden. Bedeutsam ist dies insbesondere für Verbindungen folgender Metalle: Kobalt, Kupfer, Rhenium. Ausgehend von leicht zugänglichen Verbindungen dieser Metalle kann die katalytisch aktive Spezies durch Reduktion mit einem Reduktionsmittel wie NaBH4, KBH4, Borhydriden, Hydrazin, Zinkpulver, Magnesium, K-Na Legierung erhalten werden. Der dargestellte Komplex kann in situ oder nach einer vorhergehenden Reinigung und Isolierung für das katalytische Verfahren eingesetzt werden.
- Demgemäß wurde folgendes neue und verbesserte Verfahren zur Herstellung von Enaminen, Iminen, Indolen und Diaminen entwickelt: 1.) Intermolekulare Herstellung von Enaminen der allgemeinen Formel I in der R1, R2 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, C7- bis C20-Alkylaryl, C7- bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C5- bis C20-Aroxy, C3- bis C20-Silyloxy, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C3- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, Halogen, C1- bis C20-Perfluoroalkyl, Cyano, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C1- bis C20-Alkylmercapto, C5- bis C20-Arylmercapto, C1- bis C20-Alkylsulfonyl, C5- bis C20-Arylsulfonyl, C2- bis C20-Alkylphosphinoyl, C5- bis C20-Arylphosphinoyl, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder
R1 und R2 gemeinsam eine C6- bis C12-Alkylendikette und
R3, R4 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, substituiertes Phenyl, C7 bis C20-Alkylaryl, C7 bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C3- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder
R3 und R4 gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkylendikette oder eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette,
bedeuten,
durch Umsetzung von Alkinen der allgemeinen Formel II in der R1 und R2 die oben genannten Bedeutungen haben, mit Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen der allgemeinen Formel III in der R3 und R4 die oben genannten Bedeutungen haben,
in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt, wobei
für R3 Wasserstoff, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl,
die Enamine in situ zu Iminen der allgemeinen Formel IV isomerisieren. 2.) Intramolekulare Herstellung von Enaminen der allgemeinen Formel V und in der R1 und R3 die in Punkt 1 angegebenen Bedeutungen besitzen und
R5 und R6 gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette,
bedeuten, durch Umsetzung von Amino-Alkinen der allgemeinen Formel VII in der R1, R3, R5, R6 die oben genannten Bedeutungen haben,
in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt, wobei
für R3 Wasserstoff, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl,
die Enamine V in situ zu Iminen der allgemeinen Formel VIII und die Enamine VI in situ zu Iminen der allgemeinen Formel IX isomerisieren. 3.) Herstellung von Indolen der allgemeinen Formel X
in der R3 die in Punkt 1 angegebene Bedeutung hat und
R7 bis R11 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, C7- bis C20-Alkylaryl, C7- bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C5- bis C20-Aroxy, C3- bis C20-Silyloxy, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20- Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C3- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, Halogen, C1- bis C20-Perfluoroalkyl, Cyano, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C1- bis C20-Alkylmercapto, C5- bis C20-Arylmercapto, C1- bis C20-Alkylsulfonyl, C5- bis C20-Arylsulfonyl, C2- bis C20-Alkylphosphinoyl, C5- bis C20-Arylphosphinoyl, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder
je zwei benachbarte Reste R8 bis R11 gemeinsam
ein 1,2 gebundenes Aryl, eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, eine gesättigte oder ungesättigte C7- bis C20-Aralkylendikette, einen 1,2 gebundenen heterocyclischen Rest, eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette,
bedeuten, durch intramolekulare Umsetzung von Alkinen der allgemeinen in der R3, R8 bis R11 die oben genannten Bedeutungen haben,
in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt. 4.) Herstellung von Diaminen der allgemeinen Formeln XII und XIII in der R1, R2, R3, R4 die in Punkt 1 angegebenen Bedeutungen haben, durch zweifache Umsetzung von Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen der allgemeinen Formel III in der R3 und R4 die oben genannten Bedeutungen haben, mit Alkinen der allgemeinen Formel II, in der R1 und R2 die oben genannten Bedeutungen haben,
in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt. - Das vorliegende Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aus: Amine können besonders effektiv unter Einsatz der genannten homogenen Katalysatoren an Alkine addiert werden. Hierbei wird eine breite Umsetzbarkeit von Substraten erzielt; insbesondere wird eine Vielzahl von funktionellen Gruppen toleriert. Das erfindungsgemäße Verfahren findet in flüssiger Phase statt. Eine Umsetzung in flüssiger Phase hat insbesondere den Vorteil, daß auch Stoffe als Edukte eingesetzt werden können, die in der Gasphase nicht beständig sind oder nicht unzersetzt aus dem festen oder flüssigen Zustand in die Gasphase übergeführt werden können.
- Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß die für die Umsetzung benötigten Temperaturen deutlich niedriger als für die bekannten Verfahren in der Gasphase liegen. Ein Verfahren bei nur wenig erhöhten Temperaturen vermeidet Nebenreaktionen und verbessert die Selektivität. Dadurch können höhere Ausbeuten des gewünschten Produktes erzielt werden. Für den Einsatz von besonders temperaturempfindlichen Edukten kann das Verfahren auch bei Raumtemperatur oder reduzierten Temperaturen bis –30°C stattfinden. Da das Verfahren in flüssiger Phase stattfindet ist der eingesetzte Druck nur bei gasförmigen oder niedrig siedenden Edukten bedeutsam.
- Das vorliegende Verfahren zeichnet sich durch eine gute Ausbeute bei hoher Selektivität und guter Raum-Zeit-Ausbeute aus. Bereits mit keinem oder niedrigem Amin-Überschuß wird eine hohe Selektivität an gewünschtem
- Reaktionsprodukt erzielt und eine Dimerisierung und/oder Oligomerisierung des eingesetzten Alkins vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch keine oder einen geringen Anteil an Nebenprodukten aus.
- Vergleichbare Verbindungen können mit Zeoliten, Silikaten oder Pillared Clays nicht oder nur in geringem Ausmaß umgesetzt werden. Da auch komplizierte und/oder funktionalisierte Moleküle umgesetzt werden können, kann bereits ein geringer Umsatz für ein wirtschaftliches Verfahren ausreichend sein. Bei geringen Umsätzen ist eine Rückführung der nicht umgesetzten Edukte notwendig.
- Eine Ausführungsform dieses Verfahrens besteht darin, daß man Ammoniak oder ein primäres oder ein sekundäres Amin der allgemeinen Formel III zusammen mit dem Alkin II im molaren Verhältnis 1:20 bis 20:1 einem gerührten Reaktor zuführt und in Gegenwart eines homogenen Katalysators bei einem Druck von 0 bis 200 bar und einer Temperatur von – 30°C bis 250°C in einem inerten Lösungsmittel umsetzt. Eine alternative Ausführungsform besteht darin, daß man die Amino-Alkine VII oder XI als Edukt einsetzt.
- Das Verfahren wird in Lösung durchgeführt: In Lösung bedeutet, daß die Reaktanden und der Katalysator entweder Flüssigkeiten sind oder in einer Flüssigkeit gelöst vorliegen. Als Lösungsmittel für die Reaktanden und den Katalysator während der Reaktion kann einer der Reaktanden, das Produkt oder eine inerte Flüssigkeit dienen. Typische Beispiele für diese optionalen inerten Lösungsmittel sind: gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Isooctan, Octadecan; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylen, Ethylbenzol; Ether wie Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Diethylether, 1,2-Dimethoxyxethan, 1,2-Diethoxyethan; gesättigte aliphatische Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol; tertiäre Amine wie Trimethylamin, Triethylamin, Pyridin, N-Ethylpiperidin und andere Lösungsmittel wie Wasser, Acetonitril, Hexamethylphosphoramid. Die Menge des Lösungsmittels ist bevorzugt so bemessen, daß der Katalysator vollständig gelöst vorliegt. Besonders bevorzugt ist eine darüber hinausgehende Menge an Lösungsmittel. Jedoch ist es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht zwingend notwendig, daß die gesamte Menge des eingesetzten Katalysators gelöst vorliegt.
- Das Verhältnis zwischen Alkin und Amin ist für die intramolekulare Ausführungsform dieses Verfahrens auf 1:1 festgelegt. Dagegen ist für die intermolekulare Ausführungsform das Verhältnis zwischen Alkin und Amin prinzipiell frei wählbar. Bevorzugt werden die Reaktanden in einem Verhältnis von 0.05 bis 20 mol Amin zu einem mol Alkin eingesetzt. Ein Überschuß des Amins kann als Lösungsmittel verwendet werden. Der Katalysator wird in einem Verhältnis von ca. 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt, der in geringerer Menge vorliegt. Bevorzugt wird die Menge des Katalysators so gering wie möglich gehalten, sollte aber andererseits ausreichend sein, um gute Aubeuten und kurze Reaktionszeiten zu erzielen. Bevorzugt wird daher der Katalysator in einem Verhältnis von ca. 0.0001 bis 0.01 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt, der in geringerer Menge vorliegt.
- Ein entscheidender Faktor für die Reaktionsgeschwindigkeit ist die Konzentration der Eingangsstoffe in der Lösung. Im Allgemeinen ist diese von dem verwendeten Druck unabhängig. Eine Ausnahme sind gasförmige und niedrig siedende Edukte wie niedere Alkine und einfache Amine, bei denen die Konzentration in Lösung von dem Partialdruck des Gases über der Lösung abhängt. Für diese gasförmigen Edukte wird das Verfahren daher bei 10 bis 200 bar, bevorzugt bei 10 bis 150 bar, besonders bevorzugt bei 30 bis 100 bar durchgeführt. Für Edukte, deren Siedepunkt höher ist als der Siedepunkt des Lösungsmittels, ist der nötige Druck dadurch bestimmt, daß ein Verdampfen des Lösungsmittels verhindert wird.
- Die Selektivität der Reaktion wird – neben Größen wie Amin-Überschuß und Katalysator – in hohem Maß durch die Temperatur beeinflußt. Zwar nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der Additionsreaktion mit steigender Temperatur stark zu, doch werden konkurrierende Reaktionen des Alkins gleichzeitig stark gefördert. Zudem ist eine Temperaturerhöhung aus thermodynamischer Sicht nicht vorteilhaft. Die Lage des Temperaturoptimums bezüglich Umsatz und Selektivität ist von der Konstitution des Alkins, des eingesetzten Amins und des Katalysators abhängig und liegt meist im Bereich von 30 bis 150°C.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Batch- oder als kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden. Aus dem Reaktionsaustrag kann das gewünschte Produkt mit Hilfe bekannter Methoden, beispielsweise Destillation, Chromatographie oder Extraktion, erhalten und nötigenfalls mittels weiterer Trennoperationen auf die gewünschte Reinheit gebracht werden. Die nicht umgesetzten Eingangsstoffe werden in der Regel bevorzugt in den Reaktor zurückgeführt. Methoden für den Eintrag der Reaktanden, des Katalysators und – optional – des Lösungsmittels in den Reaktionsraum, sowie die Entnahme der Produkte bzw. zur Rückgewinnung und Rückführung des Katalysators, sowie nicht umgesetzter Edukte aus dem Reaktionsraum sind bekannt.
- Ein Überblick über das synthetische Potential der Reaktion wird in Tabelle 3 gegeben. Man kann nicht aktivierte Alkine, insbesondere solche mit 2 bis 10 C-Atomen bzw. deren Mischungen und Polyalkine als Ausgangsstoffe verwenden. Die Substituenten R1 bis R11 in den Verbindungen I bis XIII haben unabhängig voneinander folgende Bedeutungen:
R1, R2, R7, R8, R9, R10, R11
– Wasserstoff,
– C1- bis C20-Alkyl, bevorzugt C1- bis C12-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, iso-Heptyl, n-Octyl, iso-Octyl, n-Nonyl, iso-Nonyl, n-Decyl, iso-Decyl, n-Undecyl, iso-Undecyl, n-Dodecyl, iso-Dodecyl, besonders bevorzugt C1- bis C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
– C2- bis C20-Alkenyl, bevorzugt C2- bis C12-Alkenyl, besonders bevorzugt C2- bis C8-Alkenyl wie Vinyl und Allyl,
– C2- bis C20-Alkinyl, bevorzugt C2- bis C8-Alkinyl, insbesondere CH und Propargyl,
– C2- bis C20-Cycloalkyl, bevorzugt C2- bis C12-Cycloalkyl wie Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl und Cyclooctyl, besonders bevorzugt C5- bis C8-Cycloalkyl wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cyclooctyl,
– C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, bevorzugt C4- bis C12-Alkyl-cycloalkyl, besonders bevorzugt C5- bis C10-Alkyl-cycloalkyl wie 2-Methylcylcopentyl, 3-Methylcyclohexyl, 4-Methylcyclohexyl,
– C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, bevorzugt C4- bis C12-Cycloalkyl-alkyl, besonders bevorzugt C5- bis C10-Cycloalkyl-alkyl wie Cyclopentylmethyl, Cyclohexylmethyl, Cyclohexylethyl,
– Aryl wie Phenyl, 1-Naphtyl und 2-Naphthyl, 1-Anthryl, 2-Anthryl, 9-Anthryl, bevorzugt Phenyl,
– substituiertes Phenyl mit einem oder mehreren gleichen oder verschiedenen Substituenten wie Alkyl, Alkoxy, Nitro, Halogen,
– C7- bis C20-Alkylaryl, bevorzugt C7- bis C16-Alkylaryl, bevorzugt C7- bis C12-Alkylphenyl wie 2-Methylphenyl, 3-Methylphenyl, 4-Methylphenyl, 2,4-Dimethylphenyl, 2,5-Dimethylphenyl, 2,6-Dimethylphenyl, 3,4-Dimethylphenyl, 3,5-Dimethylphenyl, 2,3,4,-Trimethylphenyl, 2,3,5-Trimethylphenyl, 2,3,6-Trimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2-Ethylphenyl, 3-Ethylphenyl, 4-Ethylphenyl, 2-n-Propylphenyl, 3-n- Propylphenyl, 4-n-Propylphenyl, 2-iso-Propylphenyl, 3-iso-Propylphenyl, 4-iso-Propylphenyl,
– C7- bis C20-Aralkyl, bevorzugt C7- bis C16-Aralkyl, besonders bevorzugt C7- bis C12-Phenalkyl wie Phenylmethyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl, 1-Phenylpropyl, 2-Phenylpropyl, 3-Phenylpropyl, 1-Phenylbutyl, 2-Phenylbutyl, 3-Phenylbutyl, 4-Phenylbutyl,
– einen heterocyclischen Rest wie einen aromatischen oder nichtaromatischen Heterocyclus mit ein bis drei Heteroatomen wie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, bevorzugt Stickstoff und Sauerstoff, insbesondere 2-Furyl, 3-Furyl, Morpholino, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, 2-Indolyl, 3-Indolyl,
– eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, insbesondere 2-Furfuryl, 3-Furfuryl, Morpholinomethyl, 1-Morpholinoethyl, 2-Morpholinoethyl,
– C1- bis C20-Alkoxy, bevorzugt C1- bis C18-Alkoxy, besonders bevorzugt C1- bis C6-Alkoxy wie Methoxy, Ethoxy,
– C5- bis C20-Aroxy, bevorzugt C5- bis C18-Aroxy, besonders bevorzugt C5- bis C10-Aroxy wie Phenoxy, 1-Naphtoxy, 2-Naphtoxy,
– C2- bis C20-Silyloxy, bevorzugt C2- bis C18-Silyloxy, insbesondere Trimethylsilyloxy, Triethylsilyloxy, Triphenylsilyloxy,
– C2- bis C20-Alkoxyalkyl, bevorzugt C2- bis C18-Alkoxyalkyl, besonders bevorzugt C2- bis C8-Alkoxyalkyl wie Methoxymethyl, Ethoxymethyl, 1-Ethoxyethyl, 2-Ethoxyethyl,
– C6- bis C20-Aroxyalkyl, bevorzugt C6- bis C18-Aroxyalkyl, besonders bevorzugt C6- bis C11-Aroxyalkyl wie Phenoxymethyl, Naphtoxymethyl, 1-Phenoxyethyl, 2-Phenoxyethyl,
– C6- bis C20-Alkoxyaryl, bevorzugt C6- bis C18-Alkoxyaryl, besonders bevorzugt C6- bis C15-Alkoxyaryl wie 2-Methoxyphenyl, 3-Methoxyphenyl, 4-Methoxyphenyl, 2-Methoxy-1-naphtyl, 3-Methoxy-1-naphtyl, 4-Methoxy-1-naphtyl, 1-Methoxy-2-naphthyl, 1-Methoxy-8-naphthyl, 10-Methoxy-9-anthryl,
– C3- bis C20-Alkoxyvinyl, bevorzugt C3- bis C18-Alkoxyvinyl, besonders bevorzugt C3- bis C9-Alkoxyvinyl wie 1-Methoxyvinyl, 2-Methoxyvinyl,
– C3- bis C20-Aroxyvinyl, bevorzugt C3- bis C18-Aroxyvinyl, besonders bevorzugt C3- bis C9-Aroxyvinyl wie 1-Phenoxyvinyl, 2-Phenoxyvinyl,
– C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, insbesondere 2-Methoxybenzyl, 3-Methoxybenzyl, 4-Methoxybenzyl,
– Halogen wie Fluoro, Chloro, Bromo, Iodo,
– C1- bis C20-Perfluoroalkyl, insbesondere Trifluormethyl,
– Cyano,
– C2- bis C20-Cyanalkyl, bevorzugt C2- bis C18-Cyanalkyl, besonders bevorzugt C2- bis C7-Cyanalkyl wie Cyanmethyl, 1-Cyanethyl, 2-Cyanethyl, 1-Cyanpropyl, 2-Cyanpropyl, 3-Cyanpropyl,
– C6- bis C20-Cyanaryl, bevorzugt C6- bis C18-Cyanaryl, besonders bevorzugt C6- bis C15-Cyanaryl wie 2-Cyanphenyl, 3-Cyanphenyl, 4-Cyanphenyl, 8-Cyan-1-naphthyl, 10-Cyan-9-anthryl,
– C1- bis C20-Alkylmercapto, bevorzugt C1- bis C18-Alkylmercapto, besonders bevorzugt C1- bis C7-Alkylmercapto wie Methylmercapto, Ethylmercapto, Benzylmercapto,
– C5- bis C20-Arylmercapto, bevorzugt C5- bis C18-Arylmercapto, besonders bevorzugt C5- bis C10-Arylmercapto wie Phenylmercapto, 1-Naphthylmercapto, 2-Naphthylmercapto,
– C1- bis C20-Alkylsulfonyl, bevorzugt C1- bis C6-Alkylsulfonyl, insbesondere Methylsulfonyl,
– C5- bis C20-Arylsulfonyl, bevorzugt C5- bis C18-Arylsulfonyl, besonders bevorzugt C5- bis C14-Arylsulfonyl, insbesondere Phenylsulfonyl, 1-Naphthylsulfonyl, 2-Naphthylsulfonyl, 9-Anthrylsulfonyl-,
– C2- bis C20-Alkylphosphinoyl, insbesondere Dimethylphosphinoyl,
– C5- bis C20-Arylphosphinoyl, insbesondere Diphenylphosphinoyl,
– C3- bis C20-Alkylsilyl, bevorzugt C3- bis C12-Alkylsilyl, insbesondere Trimethylsilyl, Triethylsilyl, Tri-n-propylsilyl, Tri-iso-propylsilyl, Tri-n-butylsilyl, Tri-tert.-butylsilyl,
– C9- bis C20-Arylsilyl, insbesondere Triphenylsilyl,
– C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl, insbesondere Dimethylphenylsilyl,
R1 oder R2
– C21- bis C200-Alkyl, bevorzugt C40- bis C200-Alkyl, wie Polybutyl, Polyisobutyl, Polypropyl, Polyisopropyl und Polyethyl, besonders bevorzugt Polybutyl und Polyisobutyl,
– C21- bis C200-Alkenyl, bevorzugt C40- bis C200-Alkenyl, besonders bevorzugt C70- bis C170-Alkenyl,
R1 und R2
– gemeinsam eine C6- bis C12-Alkylendikette, bevorzugt -(CH2)6-,
R3, R4
– Wasserstoff,
– C1- bis C20-Alkyl, bevorzugt C1- bis C12-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, iso-Heptyl, n-Octyl, iso-Octyl, n-Nonyl, iso-Nonyl, n-Decyl, iso- Decyl, n-Undecyl, iso-Undecyl, n-Dodecyl, iso-Dodecyl, besonders bevorzugt C1- bis C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl,
– C2- bis C20-Alkenyl, bevorzugt C2- bis C12-Alkenyl, besonders bevorzugt C2- bis C8-Alkenyl wie Vinyl und Allyl,
– C2- bis C20-Alkinyl, bevorzugt C2- bis C8-Alkinyl, insbesondere C2H und Propargyl,
– C3- bis C20-Cycloalkyl, bevorzugt C3- bis C12-Cycloalkyl wie Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl und Cyclooctyl, besonders bevorzugt C5- bis C8-Cycloalkyl wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cyclooctyl,
– C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, bevorzugt C4- bis C12-Alkyl-cycloalkyl, besonders bevorzugt C5- bis C10-Alkyl-cycloalkyl wie 2-Methylcylcopentyl, 3-Methylcyclohexyl, 4-Methylcyclohexyl,
– C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, bevorzugt C4- bis C12-Cycloalkyl-alkyl, besonders bevorzugt C5- bis C10-Cycloalkyl-alkyl wie Cyclopentylmethyl, Cyclohexylmethyl, Cyclohexylethyl,
– Aryl wie Phenyl, 1-Naphtyl und 2-Naphthyl, 1-Anthryl, 2-Anthryl, 9-Anthryl, bevorzugt Phenyl,
– substituiertes Phenyl mit einem oder mehreren gleichen oder verschiedenen Substituenten wie Alkyl, Alkoxy, Nitro, Halogen,
– C7- bis C20-Alkylaryl, bevorzugt C7- bis C16-Alkylaryl, bevorzugt C7- bis C12-Alkylphenyl wie 2-Methylphenyl, 3-Methylphenyl, 4-Methylphenyl, 2,4-Dimethylphenyl, 2,5-Dimethylphenyl, 2,6-Dimethylphenyl, 3,4-Dimethylphenyl, 3,5-Dimethylphenyl, 2,3,4, Trimethylphenyl, 2,3,5-Trimethylphenyl, 2,3,6-Trimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2-Ethylphenyl, 3-Ethylphenyl, 4-Ethylphenyl, 2-n-Propylphenyl, 3-n-Propylphenyl, 4-n-Propylphenyl, 2-iso-Propylphenyl, 3-iso-Propylphenyl, 4-iso-Propylphenyl,
– C7- bis C20-Aralkyl, bevorzugt C7- bis C16-Aralkyl, besonders bevorzugt C7- bis C12-Phenalkyl wie Phenylmethyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl, 1-Phenylpropyl, 2-Phenylpropyl, 3-Phenylpropyl, 1-Phenylbutyl, 2-Phenylbutyl, 3-Phenylbutyl, 4-Phenylbutyl,
– einen heterocyclischen Rest wie einen aromatischen oder nichtaromatischen Heterocyclus mit ein bis drei Heteroatomen wie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, bevorzugt Stickstoff und Sauerstoff, insbesondere 2-Furyl, 3-Furyl, Morpholino, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, 2-Indolyl, 3-Indolyl,
– eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, insbesondere 2-Furfuryl, 3-Furfuryl, Morpholinomethyl, 1-Morpholinoethyl, 2-Morpholinoethyl,
– C2- bis C20-Alkoxyalkyl, bevorzugt C2- bis C18-Alkoxyalkyl, besonders bevorzugt C2- bis C8-Alkoxyalkyl wie Methoxymethyl, Ethoxymethyl, 1-Ethoxyethyl, 2-Ethoxyethyl,
– C6- bis C20-Aroxyalkyl, bevorzugt C6- bis C18-Aroxyalkyl, besonders bevorzugt C6- bis C11-Aroxyalkyl wie Phenoxymethyl, Naphtoxymethyl, 1-Phenoxyethyl, 2-Phenoxyethyl,
– C6- bis C20-Alkoxyaryl, bevorzugt C6- bis C18-Alkoxyaryl, besonders bevorzugt C6- bis C15-Alkoxyaryl wie 2-Methoxyphenyl, 3-Methoxyphenyl, 4-Methoxyphenyl, 2-Methoxy-1-naphtyl, 3-Methoxy-1-naphtyl, 4-Methoxy-1-naphtyl, 1-Methoxy-2-naphthyl, 1-Methoxy-8-naphthyl, 10-Methoxy-9-anthryl,
– C3- bis C20-Alkoxyvinyl, bevorzugt C3- bis C18-Alkoxyvinyl, besonders bevorzugt C3- bis C9-Alkoxyvinyl wie 1-Methoxyvinyl, 2-Methoxyvinyl,
– C3- bis C20-Aroxyvinyl, bevorzugt C3- bis C18-Aroxyvinyl, besonders bevorzugt C3- bis C9-Aroxyvinyl wie 1-Phenoxyvinyl, 2-Phenoxyvinyl,
– C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, insbesondere 2-Methoxybenzyl, 3-Methoxybenzyl, 4-Methoxybenzyl,
– C2- bis C20-Cyanalkyl, bevorzugt C2- bis C18-Cyanalkyl, besonders bevorzugt C2- bis C7-Cyanalkyl wie Cyanmethyl, 1-Cyanethyl, 2-Cyanethyl, 1-Cyanpropyl, 2-Cyanpropyl, 3-Cyanpropyl,
– C6- bis C20-Cyanaryl, bevorzugt C6- bis C18-Cyanaryl, besonders bevorzugt C6- bis C15-Cyanaryl wie 2-Cyanphenyl, 3-Cyanphenyl, 4-Cyanphenyl, 8-Cyan-1-naphthyl, 10-Cyan-9-anthryl,
– C3- bis C20-Alkylsilyl, bevorzugt C3- bis C18-Alkylsilyl, insbesondere Trimethylsilyl, Triethylsilyl, Tri-n-propylsilyl, Tri-iso-propylsilyl, Tri-n-butylsilyl, Tri-tert.-butylsilyl,
– C9- bis C20-Arylsilyl, insbesondere Triphenylsilyl,
– C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl, insbesondere Dimethylphenylsilyl,
R3 und R4
– gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkylendikette, bevorzugt -(CH2)4-, -(CH2)5-, -(CH2)7- und -CH=CH-CH=CH-,
– gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette, insbesondere -(CH2)2-O-(CH2)2-,
R5 und R6
– gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, bevorzugt -(CH2)2-, -(CH2)3-, -(CH2)4-, -(CH2)5-, -(CH2)6-, -(CH2)7- und -CH=CH-, insbesondere -(CH2)2-, -(CH2)3-, -(CH2)4-, -CH=CH-,
– gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkoxydikette, insbesondere -(CH2)2-O-(CH2)2-,
je zwei benachbarte Reste R8 bis R11 gemeinsam
– ein 1,2 gebundenes Aryl,
– eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, bevorzugt -(CH2)3-, -(CH2)4-, -(CH2)5-, -(CH2)6-, -(CH2)7-, -CH=CH-CH=CH-, insbesondere -(CH2)3-, -(CH2)4-, -CH=CH-CH=CH-,
– eine gesättigte oder ungesättigte C7- bis C20-Aralkylendikette, insbesondere -(C6H4)-(CH2)-, -(C6H4)-(CH2)2-, -(CH2)-(C6H4)-(CH2)-,
– einen 1,2 gebundenen heterocyclischen Rest wie einen aromatischen oder nicht-aromatischen Heterocyclus mit ein bis drei Heteroatomen wie Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, bevorzugt Stickstoff und Sauerstoff,
– eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkoxydikette, insbesondere (-CH2)2-O-(CH2)2-. - Bei der intramolekularen Ausführungform des Verfahrens können Enamine der allgemeinen Formel V oder VI erhalten werden. Faktoren, die bestimmen, welches der beiden Produkte gebildet wird, liegen in der Wahl des Katalysators und der Reaktionsbedingungen begründet. Ein weiterer wichtiger Faktor liegt in der Wahl des Eduktes. So kann beispielsweise 1-Amino-4-pentin zu den beiden folgenden Molekülen reagieren:
- Jedoch wird für 1-Amino-4-pentin bevorzugt der kleinere 5-Ring gebildet. Allgemein gilt für alle Substrate, die zwei Orientierungen für den Ringschluß zulassen, daß bevorzugt der kleinere der beiden möglichen Ringe gebildet wird. Die höchsten Reaktionsgeschwindigkeiten werden in der Regel für die Bildung von 5-Ringen beobachtet. 4- oder 3-gliedrige Ringe werden nicht gebildet.
- Die dargestellten Enamine und Imine können anschließend einer Hydrierung unterworfen werden, wobei diese auch enantioselektiv durchgeführt werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, die anschließende Hydrierung durchzuführen ohne die Produkte der Hydroaminierung zu isolieren.
- Durch Einsatz von Katalysatoren, die chirale Liganden enthalten, kann die Hydrierung enantioselektiv durchgeführt werden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht in der Verwendung von bidentaten chiralen Phosphinen als Liganden für den Hydrierungskatalysator. Besonders bevorzugt sind Alkyl, Aryl- und Arylalkyl-Phosphane, die ein oder mehrere Chiralitätszentren enthalten. Beispiele werden in Tabelle 4 gegeben. Die jeweiligen optischen Antipoden der angegebenen Verbindungen können ebenfalls eingesetzt werden.
- Die zweifache Aminierung von Alkinen ermöglicht die Synthese von Diaminen.
- Enamine, Imine, Indole und Diamine sind in der Regel wertvolle Bausteine in der organische Synthese. Besondere Bedeutung haben solche Verbindungen als Vorprodukte oder Wirkstoffe in Pharmazeutika, Herbiziden, Fungiziden und Insektiziden. Chirale Amine sind wichtige pharmakologisch oder biologisch aktive Substanzen. Tertiäre Amine werden als Antioxidatien für Gummi usw. eingesetzt und für die Herstellung von Tensiden.
- Tabelle 2: Beispiele für Komplexe, die eine Addition von Aminen an Alkine homogen katalysieren.
- Kobalt(-I)
- Co(CO)3-n(PR3)n(NO) mit n = 0, 1, 2, 3; Co(CO)(DPPE)(NO), XCo(CO)4-n(PR3)n mit n = 0, 1, 2, 3, 4; XCo(N2)(PPh3)3, XCoI(CO)2(NO),
- Kupfer(I)
- CuAc, Cu(C≡CPh), Cu(CF3COCHCOCF3)(PR3), CuCp(PR3), Cu(NH3)2(BF4), Cu(PR3)2NO3, Cu(py)4(BF4),
- Zink(II)
- Zn(SO3CF3)2
- Silber(I)
- AgAc, AgAsF6, AgBF4, Ag(CF3COCHCOCF3)(PR3), AgClO4, AgI(PR3)2, Ag(NH3)2(BF4), AgNO3, AgOOCCF3, AgPF6, Ag(PPh3)4(BF4), Ag(PPh3)2NO3, AgSbF6, AgSO3CF3,
- Rhenium(-I)
- XRe(CO)n(PF3)5-n mit n = 0, 1, 2, 3, 4, 5,
- Bimetallisch
- (OC)4CoZnCo(CO)4 (Ph3P)2CuCo(CO)4,
-
- Ac bedeutet Acetat; Cp Cyclopentadienyl oder Pentamethylcyclopentadienyl; DPPE 1,2-Bis(diphenylphosphino)ethan; PR3 ein Phosphan (R = Alkyl, Aryl, Ferrocenyl) oder Phosphit (R = OAlkyl, OAryl); py Pyridyl; X ein Kation wie H+, Li+, Na+, K+, PPN+, 0.5 Zn2+;
- Beispiele
- Die folgenden Beispiele demonstrieren verschiedene Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Verfahren. Das Verfahren ist jedoch nicht auf die genannten Beispiele beschränkt. Angegebene Ausbeuten basieren auf der Menge des isolierten Produktgemisches. Alle Stoffe wurden mit Hilfe von spektroskopischen Methoden (NMR, GC, MS, IR und/oder EA) analysiert und zweifelfrei identifiziert. Die Reaktion erfolgt jeweils in flüssiger Phase, wobei die Reaktanden und der Katalysator in einem inerten Lösungsmittel oder in einem der Reaktanden gelöst sind. In allen Fällen wurde beobachtet, daß keine Produkte in der Abwesenheit eines Katalysators erhalten werden. Ebenfalls keine Produkte werden bei gleicher Versuchsführung in Gegenwart eines – als Katalysator ineffektiven – Komplexes wie beispielsweise Jacobsen-Katalysator, CoCp(CO)2, Ni(PPh3)2(NO3)2, RuCl2(PPh3)3, RhI2(COD)Cl, Pd(PtBu3)2, Pd(DPPF)2, Pd2Br2(PtBu3)4, AuCl(PPh3) beobachtet.
- A.) Umsetzung von 1-Amino-5-hexin HC≡C(CH2)4NH2 zu 2-Methyl-3,4,5,6-tetrahydropyridin (weitere Beispiele siehe Tabelle 5):
- 1.) 5.7 mg (8.8 μmol) Cu(PPh3)2(NO3) werden in 25 ml CH2Cl2 gelöst, 100 μl (0.88 mmol) 1-Amino-5-hexin zugegeben und die Lösung 20 Stunden zum Sieden erhitzt. Nachdem der Katalysator durch Vakuum-Transfer abgetrennt wurde, wird 1 ml (1.0 mmol) HCl in Et2O (1M) zugegeben und dann das Lösungsmittel abdestilliert. Das als Hydrochlorid vorliegende Produkt wird im Vakuum getrocknet (Ausbeute 70.5 mg, 60 %). Integration des 1H-NMR-Spektrums (MeOH-d4) ergibt ein Verhältnis Edukt:Produkt 82:18.
- 2.) 3.2 mg Cu(Phen)(NO3) werden in 25 ml CH2Cl2 gelöst und entsprechend zu Beispiel A1 als Katalysator eingesetzt. Ausbeute 82.4 mg, 70%, Edukt:Produkt 87:13)
- 3.) 1.7 mg AgBF4 werden in 25 ml CH2Cl2 gelöst und entsprechend zu Beispiel A1 als Katalysator eingesetzt. Ausbeute 17.0 mg, 15%, Edukt:Produkt 38:62)
- 4.) 1.7 mg AgBF4 werden in 25 ml CH3CN gelöst und entsprechend zu Beispiel A1 als Katalysator eingesetzt. Ausbeute 91.8 mg, 78%, Edukt:Produkt 74:26)
- 5.) 6.1 mg Ag(PPh3)2NO3 werden in 25 ml CH2Cl2 gelöst und entsprechend zu Beispiel A1 als Katalysator eingesetzt. Ausbeute 87.4 mg, 75%, Edukt:Produkt 84:16)
-
- Abkürzungen: Triphos = Bis(diphenylphosphinoethyl)phenylphosphin; DPPF =1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocen; CF3SO3 = Trifluoromethanesulfonat.
- a Allgemeine Arbeitsvorschrift: 25 ml des angegebenen Lösungsmittels werden mit 8.8 μmol Katalysator versetzt, 100 μl (0.88 mmol) 1-Amino-5-hexin (E) zugegeben und die Lösung 20 Stunden auf der angegebenen Temperatur gehalten. Nachdem der Katalysator durch Vakuum-Transfer abgetrennt wurde, wird 1 ml (1.0 mmol) HCl in Et2O (1M) zugegeben und das Lösungsmittel abdestilliert. Das als Hydrochlorid vorliegende Produkt wird im Vakuum getrocknet und die Ausbeute gravimetrisch bestimmt. Neben 2-Methyl-3,4,5,6-tetrahydropyridin (P) wird in manchen Fällen 1-Aza-1,2-dehydro-cycloheptan (N) als Nebenprodukt gebildet. Durch Integration des 1H-NMR-Spektrums (MeOH-d4) wird das Verhältnis 1-Amino-5-hexin zu 2-Methyl-3,4,5,6-tetrahydropyridin zu Nebenprodukt (E:P:N) bestimmt.
- b (+) bedeutet eine homogene Lösung am Ende der Katalyse, (o) bedeutet eine geringfügige und (-) eine deutliche Zersetzung des Katalysators
Claims (13)
- Verfahren zur intermolekularen Herstellung von Enaminen der allgemeinen Formel I in der R1, R2 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C2- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, C7- bis C20-Alkylaryl, C7- bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C5- bis C20-Aroxy, C2- bis C20-Silyloxy, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C3- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, Halogen, C1- bis C20-Perfluoroalkyl, Cyano, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C1- bis C20-Alkylmercapto, C5- bis C20-Arylmercapto, C1- bis C20-Alkylsulfonyl, C5- bis C20-Arylsulfonyl, C2- bis C20-Alkylphosphinoyl, C5- bis C20-Arylphosphinoyl, C2- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder R1 und R2 gemeinsam eine C6- bis C12-Alkylendikette und R3, R4 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, substituiertes Phenyl, C7- bis C20-Alkylaryl, C7- bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C2- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder R3 und R4 gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette oder eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkoxydikette, bedeuten, durch Umsetzung von Alkinen der allgemeinen Formel II in der R1 und R2 die oben genannten Bedeutungen haben, mit Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen der allgemeinen Formel III in der R3 und R4 die oben genannten Bedeutungen haben, in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt, wobei für R3 Wasserstoff, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl, die Enamine in situ zu Iminen der allgemeinen Formel IV isomerisieren.
- Verfahren zur intramolekularen Herstellung von Enaminen der allgemeinen Formel V und VI in der R1 und R3 die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen besitzen und R5 und R6 gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, gemeinsam eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette, bedeuten, durch Umsetzung von Amino-Alkinen der allgemeinen Formel VII in der R1, R3, R5, R6 die oben genannten Bedeutungen haben, in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt, wobei für R3 Wasserstoff, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl, die Enamine V in situ zu Iminen der allgemeinen Formel VIII und die Enamine VI in situ zu Iminen der allgemeinen Formel IX isomerisieren.
- Verfahren zur Herstellung von Indolen der allgemeinen Formel X in der R3 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat und R7 bis R11 Wasserstoff, C1- bis C20-Alkyl, C2- bis C20-Alkenyl, C2- bis C20-Alkinyl, C3- bis C20-Cycloalkyl, C4- bis C20-Alkyl-cycloalkyl, C4- bis C20-Cycloalkyl-alkyl, Aryl, C7- bis C20-Alkylaryl, C7- bis C20-Aralkyl, einen heterocyclischen Rest, eine Alkylkette mit einem heterocyclischen Rest, C5- bis C20-Aroxy, C3- bis C20-Silyloxy, C2- bis C20-Alkoxyalkyl, C6- bis C20-Aroxyalkyl, C6- bis C20-Alkoxyaryl, C3- bis C20-Alkoxyvinyl, C3- bis C20-Aroxyvinyl, C7- bis C20-Alkoxyaralkyl, Halogen, C1- bis C20-Perfluoroalkyl, Cyano, C2- bis C20-Cyanalkyl, C6- bis C20-Cyanaryl, C1- bis C20-Alkylmercapto, C5- bis C20-Arylmercapto, C1- bis C20-Alkylsulfonyl, C5- bis C20-Arylsulfonyl, C2- bis C20-Alkylphosphinoyl, C5- bis C20-Arylphosphinoyl, C3- bis C20-Alkylsilyl, C9- bis C20-Arylsilyl, C7- bis C20-Alkyl-aryl-silyl oder je zwei benachbarte Reste R8 bis R11 gemeinsam ein 1,2 gebundenes Aryl, eine gesättigte oder ungesättigte C2- bis C9-Alkylendikette, eine gesättigte oder ungesättigte C7- bis C20-Aralkylendikette, einen 1,2 gebundenen heterocyclischen Rest, eine gesättigte oder ungesättigte C3- bis C9-Alkoxydikette, bedeuten, durch intramolekulare Umsetzung von Alkinen der allgemeinen Formel XI in der R3, R8 bis R11 die oben genannten Bedeutungen haben, in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt.
- Verfahren zur Herstellung von Diaminen der allgemeinen Formeln XII und XIII in der R1, R2, R3, R4 die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben, durch zweifache Umsetzung von Ammoniak oder primären oder sekundären Aminen der allgemeinen Formel III in der R3 und R4 die oben genannten Bedeutungen haben, mit Alkinen der allgemeinen Formel II, in der R1 und R2 die oben genannten Bedeutungen haben, in Gegenwart eines homogenen Katalysators, der in einem Verhältnis von 0.00001 bis 0.1 mol pro mol desjenigen Reaktanden, Alkin oder Amin, eingesetzt wird, der in geringerer Menge vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt(-I), Kupfer(I), Silber(I), Rhenium(-I) in der angegebenen Oxidationsstufe oder das Zinksalz Zn(CF3SO3)2 einsetzt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, V, VI, VIII, IX, X, XII, XIII nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das gebildete Produkt abtrennt und den Katalysator und/oder die nicht umgesetzten Einsatzstoffe II, III, VII, XI zurückführt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, XII, XIII nach Ansprüchen 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkin II Acetylen, Propin, 1-Butin, 2-Butin, 2-Methylpropin, 1-Pentin, 2-Pentin, 1-Hexin, 2-Hexin, 3-Hexin oder Cyclooctin einsetzt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, XII, XIII nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Amin III Ammoniak, Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, iso-Propylamin, n-Butylamin, iso-Butylamin, sec.-Butylamin, 2-Methyl-2-n-propylamin, 3-Methyl-1-n-butylamin, n-Hexylamin, n-Octylamin, 2-Ethylhexylamin, n-Tridecylamin, Dimethylamin, Diethylamin, Di-n-propylamin, Di-iso-propylamin, Di-n-butylamin, Di-iso-butylamin, Di-sec.- butylamin, N-Methyl-N-n-butylamin, N-Ethyl-N-n-butylamin, Anilin, Pyridin, Pyrrolidin, Morpholin, Piperidin, Dihydropyrrol, Tetrahydropyrrol einsetzt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten V, VI, VIII, IX nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Amino-Alkin VII 1-Amino-4-pentin, N-Methyl-1-amino-4-pentin, 1-Amino-2,2-dimethyl-4-pentin, 1-Amino-5-hexin, 2-Amino-5-hexin einsetzt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten X nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Edukt XI 2-Ethinylanilin einsetzt.
- ) Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, V, VI, VIII, IX, X, XII, XIII nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Homogenkatalysatoren die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Verbindungen einsetzt:
- Kobalt(-I)
- Co(CO)3(NO), PPNCo(CO)4,
- Kupfer(I)
- CuAc, Cu(C≡CPh), Cu(CF3COCHCOCF3)(PMe3), CuCp(PEt3), Cu(NH3)2(BF4), Cu(PPh3)2NO3,
- Silber(I)
- Ag(CF3COCHCOCF3)(PMe3), Ag(PPh3)4(BF4), Ag(PPh3)2NO3,
- Rhenium(-I)
- NaRe(CO)5,
- Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, V, VI, VIII, IX, X, XII, XIII nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der Metalle Kobalt, Kupfer, Rhenium in einer höheren Oxidationsstufe einsetzt und durch Reduktion in die katalytisch aktive Oxidationsstufe überführt.
- Verfahren zur Herstellung von Produkten I, IV, V, VI, VIII, IX, X, XII, XIII nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei Temperaturen von –30°C bis 250°C und Drücken von Normaldruck bis 200 bar durchführt.
- Weiterverarbeitung der nach Ansprüchen 1 bis 3 erhaltenen Produkte I, IV, V, VI, VIII, IX, X durch katalytische Hydrierung der Enamin bzw. Imin Bindung.
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