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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Cyanierung von
Aldehyden, insbesondere die asymmetrische Cyanierung von Aldehyden,
einschließlich
der Synthese von chiralen Cyanhydrinen und Derivaten davon wie chiralen
O-Acylcyanhydrinen.
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Die
Synthese von chiralen Zwischenprodukten wie chiralen Cyanhydrinen
und Derivaten davon ist ein wichtiges Verfahren, das bei der Herstellung
von Feinchemikalien, agrochemischen Verbindungen und Pharmazeutika
zum Einsatz gelangt. Enantiomerenreine Cyanhydrine und Derivate
davon sind als vielseitig einsetzbare Zwischenprodukte für die Synthese
kommerziell wichtiger Verbindungen bekannt. Chirale Cyanhydrine
und Derivate davon sind beispielsweise Zwischenprodukte für die Synthese
von: α-Hydroxysäuren, α-Aminoalkoholen
und 1,2-Diolen. Darüber
hinaus sind chirale Cyanhydrine selbst Komponenten hoch erfolgreicher Pyrethroidinsektizide.
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Für die asymmetrische
Synthese von Cyanhydrinen und Derivaten stehen eine Reihe von Synthesewegen
zur Verfügung,
bei denen in fast jedem Fall ein chiraler Katalysator zur Induktion
der asymmetrischen Addition einer Cyanidquelle an einen prochiralen
Aldehyd oder Keton eingesetzt wird. Zu den verfügbaren Katalysatoren zählen Enzyme,
cyclische Peptide und Übergangsmetallkomplexe.
Alle diese Verfahren haben jedoch ein oder mehrere bedeutende Nachteile,
die ihrer kommerziellen Anwendung entgegenstehen. Bei vielen der
Verfahren wird hochtoxisches und gefährliches HCN eingesetzt, sind
sehr niedrige (ca. –80°C) Reaktionstem peraturen
erforderlich und/oder werden Produkte mit niedrigen bis mäßigen Enantiomerenüberschüssen erhalten.
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Verfahren
für die
asymmetrische Synthese Cyanhydrinen und Derivaten sind von M. North,
Synlett, 1993, 807–20;
F. Effenberger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1994, 33, 1555; M.
North, Comprehensive Organic Functional Group Transformations ed.
Katritzky, A. R.; Meth-Cohn, O.; Rees, C. W.; Pattenden, G.; Pergamon Press,
Oxford, 1995, Band 3, Kapitel 18; Y. Belokon' et al., Tetrahedron Asymmetry, 1996,
7, 851–5;
Y. Belokon' et al,
J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997, 1293–5; Y. N. Belokon' et al., Izvestiya
Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, 1997, 2040: übersetzt
als Russian Chem. Bull., 1997, 46, 1936–8; V. I. Tararov et al., Chem,
Commun., 1998, 387–8;
Y. N. Belokon et al., J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 3968–73; V.
I. Tararov et al., Russ. Chem. Bull., 1999, 48, 1128–30; Y.
N. Belokon' et al.,
Tetrahedron Lett., 1999, 40, 8147–50; Y. N. Belokon' et al., Eur. J.
Org. Chem., 2000, 2655–61;
Y. N. Belokon',
M. North, und T. Parsons; Org. Lett., 2000, 2, 1617–9; und
in
JP 07070040 (Sumitomo
Chem Co Ltd) 14. März
1995; und
JP 06271522 (Sumitomo
Chem Co Ltd) 27. September 1994 offenbart.
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Insbesondere
in J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 3968–73 wird die Verwendung der
Katalysatoren 1 und 2 mit den unten angegebenen Formeln (mit R
1 und R
2 = tert.-Butyl)
offenbart, bei denen es sich um die aktivsten für diese Umsetzung bekannten
Katalysatoren handelt (Schema 1).
worin
jedes R
1 und R
2 unabhängig voneinander
H, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy, Halogen, Nitro, Haloalkyl,
Amino (einschließlich
mit Alkyl- oder Arylsubstituenten an dem Stickstoffatom) oder Amido.
Bevorzugt R
1 und R
2 =
CMe
3. Während
die in Schema 1 gezeigte Chemie akademisch von Interesse ist, ist
sie jedoch aufgrund der untragbaren Kosten von Trimethylsilylcyanid
von geringer kommerzieller Relevanz. Darüber hinaus ist Trimethylsilylcyanid
hochflüchtig
und in der Handhabung gefährlich.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Cyanierung eines Aldehyds bereitgestellt, umfassend das Umsetzen
des Aldehyds mit: i) einer Cyanidquelle, die keine Si-CN- oder C-(C=O)-CN-Einheit
umfasst; und ii) einem Substrat, das die allgemeine Formel Q-Y besitzt,
wo Q ein organisches Säureradikal
reprä sentiert,
das ausgewählt
ist aus der Gruppe, umfassend: R-(C=O)-, R-(C=S)-, RO-(C=O)-, RN-(C=O)-,
RO-(C=S)-, RN-(C=S)-,
RS-(C=O)-, RS-(C=S)-, R-(P=O)(OR)-, R-SO2-
und R-SO-, worin
R eine substituierte oder unsubstituierte Hydrocarbylgruppe repräsentiert;
und Y eine Nichthalogenabgangsgruppe repräsentiert; in Anwesenheit eines
Katalysators, der einen chiralen Komplex von Titan oder Vanadium
umfasst.
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Aldehyde,
welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt werden können,
haben die chemische Formel R-CHO, worin R eine substituierte oder
unsubstituierte Hydrocarbylgruppe, einschließlich perhalogenierter Hydrocarbylgruppen,
ist. Hydrocarbylgruppen, welche durch R repräsentiert werden können, schließen Alkyl-,
Alkenyl-, Aryl und heterocyclische Gruppen und jede Kombination
davon, wie Aralkyl- und Alkaryl-, zum Beispiel Benzylgruppen, ein.
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Alkylgruppen,
die durch R wiedergegeben werden können, schließen geradkettige
und verzweigte Alkylgruppen mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere
1 bis 7 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise 1 bis 5 Kohlenstoffatomen
ein. Sind die Alkylgruppen verzweigt, so enthalten die Gruppen häufig bis
zu 10 verzweigtkettige Kohlenstoffatome, vorzugsweise bis zu 4 verzweigttketige
Atome. Bei bestimmten Ausführungsformen
kann die Alkylgruppe cyclisch sein und enthält gewöhnlich 3 bis 10 Kohlenstoffatome
im größten Ring und
weist gegebenenfalls einen oder mehrere verbrückende Ringe auf. Beispiele
für Alkylgruppen,
die durch R wiedergegeben werden können, schließen Methyl-,
Ethyl-, Propyl-, 2-Propyl-, Butyl-, 2-Butyl-, t-Butyl- und Cyclohexylgruppen
ein.
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Alkenylgruppen,
die durch R wiedergegeben werden können, schließen C2-20- und vorzugsweise C2-6-Alkenylgruppen
ein. Es können
eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen vorhanden sein. Die
Alkenylgruppe kann einen oder mehrere Substituenten tragen, insbesonder
Phenylsubstituenten. Beispiele für
Alkenylgruppen schließen
Vinyl-, Styryl- und Indenylgruppen ein.
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Arylgruppen,
die durch R wiedergegeben werden können, können 1 Ring oder 2 oder mehr
kondensierte Ringe enthalten, die Cycloalkyl-, Aryl- oder heterocyclische
Ringe einschließen
können.
Beispiele für Arylgruppen,
die durch R wiedergegeben werden können, schließen Phenyl-,
Tolyl-, Fluorphenyl-, Chlorphenyl-, Bromphenyl-, Trifluormethylphenyl-,
Anisyl-, Naphthyl- und Ferrocenylgruppen ein.
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Perhalogenierte
Hydrocarbylgruppen, die durch R wiedergegeben werden können, schließen perhalogenierte
Alkyl- und Arylgruppen und alle Kombinationen davon, wie Aralkyl- und Alkarylgruppen,
ein. Beispiele für
perhalogenierte Alkylgruppen, die durch R wiedergegeben werden können, schließen -CF3 und -C2F5 ein.
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Heterocyclische
Gruppen, die durch R wiedergegeben werden können, schließen aromatische,
gesättigte
und teilweise ungesättigte
Ringsysteme ein und können
aus 1 Ring oder 2 oder mehr kondensierten Ringen, die Cycloalkyl-,
Aryl- oder heterocyclische
Ringe einschließen
können,
bestehen. Die heterocyclische Gruppe enthält wenigstens einen heterocyclischen
Ring, wobei der größte dieser
Ringe gewöhnlich
3 bis 7 Ringatome enthält,
von denen wenigstens eines ein Kohlenstoffatom und wenigstens eines
ein beliebiges N-, O-, S- oder P-Atom ist. Beispiele für heterocyclische
Gruppen, die durch R wiedergegeben werden können, schließen Pyridyl-,
Pyrimidyl-, Pyrrolyl-, Thiophenyl-, Furanyl-, Indolyl-, Chinolyl-,
Isochinolyl-, Imidazoyl- und Triazoylgrupen
ein.
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Steht
R für eine
substituierte Hydrocarbyl- oder heterocyclische Gruppe, so sollte(n)
der/die Substituent(en) die Reaktion nicht beeinträchtigen.
Gegebenenfalls vorhandene Substituenten schließen Halogen-, Cyan-, Nitro-,
Hydroxy-, Amino-, Thiol-, Acyl-, Hydrocarbyl-, perhalogenierte Hydrocarbyl-,
Heterocyclyl-, Hydrocarbyloxy-, Mono- oder Dihydrocarbylamino-,
Hydrocarbylthio-, Ester-, Carbonat-, Amid-, Sulfonyl- und Sulfonamidogruppen
ein, wobei die Hydrocarbylgruppen wie oben für R definiert sind. Es können ein
oder mehrere Substituenten vorhanden sein.
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Cyanidquellen,
die keine Si-CN- oder C-(C=O)-CN-Einheit enthalten und die sich
im Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzen lassen, schließen Dicyan;
Ammoniumcyanidsalze, insbesondere quaternäre Ammoniumsalze wie Tetraalkyl-,
vorzugsweise Tetra-C1-6-alkyl-, ammoniumsal ze;
Sulfonylcyanide, beispielsweise Tosylcyanid und Mesylcyanid; und
organische Cyanide der Formel R3-O-CO-CN,
wobei R3 für H oder eine wie oben beschriebene
substituierte oder unsubstituierte Hydrocarbylgruppe, gewöhnlich eine
C1-6-Alkylgruppe, steht, ein. Bei vielen
Ausführungsformen
handelt es sich bei der Cyanidquelle um ein anorganisches Cyanid,
vorzugsweise ein Metallcyanid oder eine in-situ-Quelle von anorganischem
Cyanid wie Acetoncyanhydrin. Zu den besonders bevorzugten Cyanidquellen
zählen
Alkali- und Erdalkalicyanide, beispielsweise Lithium-, Natrium-,
Kalium-, Rubidium-, Caesium-, Magnesium- und Calciumcyanide. Die
am meisten bevorzugte Cyanidquelle ist Kaliumcyanid.
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Die
Reaktion zwischen dem Aldehyd und der Cyanidquelle findet in Gegenwart
eines gegenüber
einem nukleophilen Angriff empfindlichen Substrat, das keine Halogenabgangsgruppe
enthält,
statt. Beispiel für solche
Substrate sind Verbindungen der allgemeinen Formel Q-Y, wobei Q
für einen
organischen Säurerest und
Y für eine
Nichthalogen-Abgangsgruppe
steht. Bei vielen Ausführungsformen
handelt es sich bei der Abgangsgrupppe Y um eine Abgangsgruppe der
korrespondierenden Säure
mit einem pKa von mehr als etwa –2, wie mehr als 3, und häufig weniger
als 12. Beispiele für
Abgangsgruppen schließen
Alkyl- und Arylsulfonate, wie Mesylat und Tosylat; Carbonate; vor
allem Alkylcarbonate; Carboxylate, vor allem Alkylcarboxylate; und Gruppen
der Formel -NRXRY,
wobei RX und RY zusammen mit dem Stickstoffatom
einen ungesättigten
heterocyclischen Ring bilden, der ein oder mehrere weitere Heteroatome,
vor allem Stickstoff, insbesondere Imidazol- oder Benzimidazolringe,
ein. Reste organischer Säuren,
die durch Q wiedergegeben werden können, schließen Gruppen
der Formel R-(C=O)-, R-(C=S)-, RO-(C=O)-, RN-(C=O)-, RO-(C=S)-, RN-(C=S)-, RS-(C=O)-,
RS(C=S)-, R-(P=O)(OR)-, R-SO2- und R-SO- ein, wobei R für eine wie
oben beschriebe ne substituierte oder unsubstituierte Hydrocarbylgruppe
steht.
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Bei
vielen Ausführungsformen
hat das gegenüber
einem nukleophilen Angriff empfindliche Substrat, das keine Halogenabgangsgruppe
enthält,
die allgemeine Formel R4-(C=X)-A-Z, wobei R4 für einen
organischen Rest wie eine wie oben beschriebene substituierte oder
unsubstituierte Hydrocarbylgruppe oder eine Hydrocarbyloxygruppe,
wobei die Hydrocarbylgruppe wie oben beschrieben ist, steht; X für O, S,
N-R oder NOR steht, wobei R für
H oder eine wie oben beschriebene substituierte oder unsubstituierte
Hydrocarbylgruppe steht; A für
ein Chalkogen, vorzugsweise O oder S, steht und Z für eine Gruppe
der Formel (C=O)-R4 oder (C=S)-R4, wobei R4 wie oben
beschrieben ist; oder -A-Z für
eine wie oben beschriebene Gruppe der Formel -NRXRY steht. Vorzugsweise stehen X und A jeweils
für O,
und Z steht für
eine Gruppe der Formel (C=O)-R4.
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Bei
dem gegenüber
einem nukleophilen Angriff empfindlichen Substrat, das keine Halogenabgangsgruppe
enthält,
handelt es sich gewöhnlich
um ein Carbonsäureanhydrid
oder ein Anhydrid einer Kohlensäure. zu
den Carbonsäureanhydriden
zählen
gemischte Anhydride, und sie sind häufig die Anhydride von C1-8-Alkyl- oder Arylcarbonsäuren wie
Essigsäureanhydrid
und Trifluoressigsäureanhydrid.
Zu den Kohlensäureanhydriden
zählen
Ditert.-butyldicarbonat, (tBuOCOOCOOtBu), N,N'-Disuccinyldicarbonat, N,N'-Dimaleimyldicarbonat, N-(tert.-Butyloxycarbonyloxy)maleimid
oder -succinimid, und N-(Benzyloxycarbonyloxy)maleimid oder -succinimid.
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Bei
den im Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzbaren chiralen
Katalysatoren handelt es sich um die im Stand der Technik als für die Katalyse
der Addition einer Cyanidgruppe an eine Carbonylgruppe geeignet
bekannten, zu denen auch Enzyme und cyclische Peptide zählen. Vorzugsweise
sind die chiralen Katalysatoren Metallkomplexe von Metallen wie
beispielsweise B, Mg, Al, Sn, Bi, insbesondere Übergangsmetallkomplexe, die
einen chiralen Liganden enthalten, beispielsweise Re und Lanthanide.
Bei vielen Ausführungsformen
ist das Übergangsmetall
eine Lewissäure,
die dazu in der Lage ist, vierfach koordinierte Komplexe mit chiralen
Liganden zu bilden. Bevorzugte Übergangsmetallkomplexe
sind Komplexe von Titan und Vanadium, vor allem Titan(IV) und Vanadium(V).
Die chiralen Liganden sind vorzugsweise vierzähnig und koordinieren sich
gewöhnlich über Sauerstoff-
und/oder Stickstoffatome. Beispiele schließen Binol, Taddol, Sulfoximine,
Salicylimine und Tartrate, vor allem Tartratester, ein. Die am meisten
bevorzugte Klasse von Liganden sind jedoch chirale Salenliganden
und Derivate davon. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem
in dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzten chiralen Katalysator um einen Katalysator
der oben beschriebenen Formel 1 oder 2. Setzt man einen Katalysator
der Formel 1 ein, so ist es auch möglich, einen gemischten Katalysator
zu verwenden, der in jeder bimetallischen Katalysatoreinheit ein
Vanadium- und ein Titanion enthält.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird herkömmlicherweise
in Gegenwart eines Lösungsmittel
durchgeführt.
Bevorzugte Lösungsmittel
sind polare, aprotische Lösungsmittel
einschließlich
halogenierter Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Dichlormethan,
Chloroform und 1,2-Dichlorethan;
Nitrile, beispielsweise Acetonitril; Ketone, beispielsweise Aceton
und Methylethylketon; Ether, beispielsweise Diethylether und Tetrahydrofuran;
und Amide, beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamid und
N-Methylpyrolidinon.
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Vorteilhaft
führt man
das Verfahren der vorliegenden Erfindung in Gegenwart eines Zusatzstoffes
aus, der die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Herkömmlicherweise handelt es sich
bei diesen Zusatzstoffen um anorganische Basen wie Na2CO3, K2CO3 oder
CaCO3, oder sie enthalten ein nukleophiles
Heteroatom, und oft haben sie einen pKa von mehr als 10, beispielsweise
im Bereich von 15–35,
wie von 15–25.
Beispiele bevorzugter Zusatzstoffe schließen organische Basen wie Pyridin,
2,6-Lutidin und Imidazol; Alkohole wie C1-6-Alkohole,
vor allem tertiäre
Alkohole wie t-Butanol;
und Wasser ein.
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Es
leuchtet ein, daß die
Reaktionsmischung, wenn es sich bei der Cyanidquelle um ein Metallcyanid handelt,
heterogen sein wird. Unter diesen Umständen ist es daher wünschenswert,
die Reaktionsmischung wirkungsvoll zu rühren. Je nach Dafürhalten
kann man im Stand der Technik bekannte Rührvorrichtungen, die entsprechend
dem Reaktionsmaßstab
ausgewählt
werden, beispielsweise mechanische Rührer und Ultraschallrührer, einsetzen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird häufig bei einer Temperatur von
etwa –40°C bis etwa 40°C durchgeführt. Falls
gewünscht
kann man niedrigere Temperaturen anwenden; man nimmt jedoch nicht an,
daß dies
vorteilhaft ist. Gewöhnlich
führt man
die Umsetzung bei einer Temperature von –25°C bis Raumtemperatur, wie z.
B. bei 15–25°C, durch.
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Das
Produkt der Cyanierungsreaktion in Gegenwart des gegenüber einem
nukleophilen Angriff empfindlichen Substrats, das keine Halogenabgangsgruppe
enthält,
kann man dann unter Bildung eines Cyanhydrins umsetzen, beispielsweise
durch Hydrolyse. Hat das gegenüber
einem nukleophilen Angriff empfindliche Substrat, das keine Halogenab gangsgruppe
enthält,
die allgemeine Formel Q-Y, so kann man das Verfahren durch die folgende
Sequenz wiedergeben:
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich insbesondere für die enantioselektive Cyanierung
von Aldehyden. Es wurde gefunden, daß sich eine besonders effektive
enantioselektive Cyanierung von Aldehyden erzielen läßt, indem
man eine Zugabereihenfolge anwendet, bei der eine Mischung aus chiralem
Katalysator, Cyanidquelle, Lösungsmittel
und Aldehyd zubereitet und diese Mischung vorzugsweise mit einem
wie oben beschriebenen Zusatzstoff versetzt wird. Die Temperatur
dieser Mischung wird dann, falls erforderlich, auf die gewünschte Reaktionstemperatur
eingestellt, und das gegenüber
einem nukleophilen Angriff empfindliche Substrat, das keine Halogenabgangsgruppe
enthält,
wird zugegeben. Es wurde gefunden, daß sich dieser Ansatz vor allem
dann eignet, wenn der Zusatzstoff Lutidin enthält und das gegenüber einem nukleophilen
Angriff empfindliche Substrat, das keine Halogenabgangsgruppe enthält, ein
Carbonsäureanhydrid
ist.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung setzt man eine heterogene Mischung eines
Alkalicyanids oder Erdalkalicyanids (oder einer anderen billigen
Cyanidquelle wie Acetoncyanhydrin), einen Zusatzstoff (bei dem es
sich um eine Base, z. B. Pyridin; oder Wasser handeln kann) und
Essigsäureanhydrid
(oder andere Carbonsäureanhydride)
zum Erzeugen eines Cyanierungsmittel für Aldehyde ein. Dies kann in
situ mit Katalysator 1 (und verwandten Katalysatoren) und einem
Aldehyd erfolgen, wo durch man chirale O-Acylcyanhydrine erhält (Bedingungen
wie in Schema 2 erläutert).
Bei dieser Vorgehensweise werden ausschließlich billige Reagentien eingesetzt
und Cyanhydrinderivate erzeugt, die nicht feuchtigkeitsempfindlich
sind und nicht spontan racemisieren.
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R5 = Alkyl, Aryl, Aralkyl und kann Halogen-,
Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome in der Gruppe enthalten.
R6 = Alkyl, Aryl, Aralkyl und kann Halogen-,
Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome in der Gruppe enthalten.
M = Alkalimetall oder Erdalkalimetall. Vorzugsweise verwendet man
als Cyanidquelle Kaliumcyanid, als Anhydrid Essigsäureanhydrid,
als Zusatzstoff 2,6-Lutidin und als Katalysator Katalysator 1 (oder
das entsprechende, von (R, R-Cyclohexan-1,2-diamin abgeleitete Enantiomer)
mit R1 und R2 =
tBu.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
die Synthese von chiralen Cyanhydrinderivaten, die sich von einer
Vielzahl verschiedener Aldehyde ableiten. Die Produkte lassen sich
durch chemische Standardverfahren an den funktionellen Acyl- oder
Nitrilgruppen in andere chirale Verbindungen umwandeln.
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Nach
einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein verfahren
zur Cyanierung einer Aldehydgruppe bereizgestellt, bei dem man den
Aldehyd mit.
- i) einem Alkalicyanid; und
- ii) einem Carbonsäureanhydrid;
in
Gegenwart eines Katalysators, der einen chiralen Titan- oder Vanadiumkomplex
enthält,
umsetzt.
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Gemäß einem
anderen bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines O-Acylcyanhydrins
bereitgestellt, bei dem man ein Aldehyd in Gegenwart eines einen
chiralen Titan- oder Vanadiumkomplex enthaltenden Katalysators mit
Kaliumcyanid und einem Carbonsäureanhydrid umsetzt.
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Bei
den bevorzugten Aspekten sind weitere bevorzugte Versionen wie oben
hinsichtlich des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
kann man den chiralen Übergangsmetallkatalysator
und ein Metallcyanid als eine Mischung zusetzen. Es wird angenommen,
daß es
sich bei einer solchen Mischung um eine neue Stoffzusammensetzung
handelt, und daß sie
infolgedessen einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet.
Bevorzugte Übergangsmetallkatalysatoren
und Metallcyanide sind wie oben hinsichtlich des ersten Aspekts
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, jedoch nicht eingeschränkt. In
den Beispielen hat der Katalysator 1a die Formel:
und der Katalysator 1b hat
die Formel:
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BEISPIEL 1
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Eine
Mischung von KCN (5,0 g, 77 mmol) und Katalysator 1a (R1 =
R2 = tBu) (0,3 g, 0,25 mmol) in CH2Cl2 (60 ml) wurde
unter Rühren
mit Benzaldehyd (2,5 ml, 25 mmol), 2,6-Lutidin (0,28 ml, 2,4 mmol) und Wasser
(0,4 ml, 24 mmol) versetzt. Die Reaktionsmischung wurde auf –30°C abgekühlt und
mit Ac2O (5 ml, 53 mmol) versetzt. Die Reaktionsmischung
wurde 10 Stunden lang bei –30°C gerührt und
dann zum Entfernen des Katalysators filtriert und in einer 10: 1
Hexan/AcOEt-Mischung über
eine SiO2-Säule (1 cm × 10 cm) gegeben. Das Filtrat
wurde eingedampft und im Vakuum destilliert, wodurch man 2,7 g (63%)
O-Acetyl-(S)-mandelsäurenitril
mit einem durch chirale Gaschromatographie bestimmten 87%igen Enantiomerenüberschuß erhielt.
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Die
experimentelle Vorschrift wurde unter den gleichen Bedingungen mit
Ausnahme der Reaktionstemperatur auf eine Reihe von Aldehyden angewandt.
Die angewandte Temperatur und die erzielten Ergebnisse sind unten
in Tabelle 1 angeführt. TABELLE 1
R2 (R1 = H) | Temperatur
= 24°C | Temperatur
= –40°C | Temperatur
= –78°C |
| ee
(%) | ee
(%) | ee
(%) |
C6H5 | 80 | 90 | 86 |
4-CF3C6H4 | 60 | 76 | 54 |
4-FC6H4 | 65 | 90 | 84 |
4-ClC6H4 | - | 90 | - |
2-FC6H4 | 45 | 86 | 88 |
3-PhOC6H4 | - | 90 | - |
C6H5CH2CH2 | 40 | 82 | - |
(CH3)2CH | - | 64 | - |
(CH3)3H | 40 | 62 | |
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Die
Umsetzungen können
bei Raumtemperatur durchgeführt
werden, wobei sie innerhalb von 2–3 Stunden quantitative chemische
Ausbeuten liefern, oder bei niedrigeren Temperaturen, was bessere
Enantiomerenüberschüsse ergiebt,
jedoch auf Kosten niedrigerer chemischer Ausbeuten (40–70%) und
längerer
Reaktionszeiten (10 Stunden).
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BEISPIEL 2
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Das
Verfahren von Beispiel 1 wurde für
die Cyanierung von 3-Phenylpropanal bei –35°C wiederholt, wobei allerdings
Imidazol anstelle von 2,6-Lutidin eingesetzt wurde. Das O-Acetylcyanhydrin
wurde in 90% Ausbeute und 85% ee erhalten.
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BEISPIEL 3
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Das
Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei allerdings der
Katalysator 1a, bei dem R1 = Ph und R2 = H, angewendet bei –35°C mit Benzaldehyd als Substrat,
eine chemische Ausbeute von 90% und 82% ee lieferte.
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BEISPIEL 4
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Eine
gerührte
Mischung von KCN (12,37 g, 0,19 mol), Katalysator 1b (0,487 g, 4 × 10–4 mol),
t-BuOH (3,7 g, 4,8 ml, 5,0 × 10–2 mol)
und 2-Chlorbenzaldehyd (6,68 g, 5,35 ml, 4,75 × 10–2 mol)
in trocknem Dichlormethan (120 ml) wurde auf –42°C abgekühlt und dann in einer Portion
mit Essigsäureanhydrid
(19,4 g, 17,9 ml, 0,19 mol) versetzt. Die Reaktionsmischung wurde
7 Stunden lang bei der gleichen Reaktionstemperatur gerührt. Die
festen Salze wurde abfiltriert und gründlich mit Dichlormethan gewaschen.
Zum Entfernen des Katalysators wurde das Filtrat über eine
Schicht Kieselgel (10 mm × 50
mm) gegeben, wobei mit Dichlormethan extrahiert wurde. Das Lösungsmittel
wurde abgedampft und der so erhaltene gelbliche Rückstand
wurde im Vakuum destilliert, wodurch man (R)-2-Chlorbenzaldehydcyanhydrinacetat
erhielt. Ausbeute 8,87 g (88,6%); Sdp. 127–130°C (0,2 mm); ee (R), 88,3%; [a]25 D = +27,4° (c = 1,
in CHCl3); n25 D = 1,5189; 1H-=NMR (200 MHz, CDCl3, 25°C) δ = 2,15 (s,
3H; CH3); 6,66 (s, 1H; CH); 7,32–7,70 (m,
4H; ArH). Elementaranalyse (%) berechnet für C10H8ClNO2 C 57,30, H
3,85, Cl 16,91, N 6,68; gefunden C 56,93, H 3,83, Cl 17,03, N 6,69.
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Die
Vorschrift wurde mit anderen Aldehyden und Katalysatoren wiederholt.
Details der eingesetzten Aldehyde und Katalysatoren und die erhaltenen
Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 aufgeführt. Die chemischen Ausbeuten
wurden, wenn nicht anders angegeben, durch NMR bestimmt. Tabelle 2. Enantioselektive Synthese von
O-Acetylcyanhydrinen gemäß Schema
2, katalysiert durch 1a oder 1b.
[a] Aldehyd | Katalysator | chemische Ausbeute, % | Enantiomerenüberschuß,
ee
%[c] Konfiguration |
PhCHO | 1a [1b] | 93 [92] | 90(S) [89(R)] |
p-MeOC6H4CHO | 1b | 74 | 93(R) |
m-MeOC6H4CHO | 1b | [99] | 93(R) |
m-PhOC6H4CHO | 1a [1b] | 99 [99] | 90(S) [89(R)] |
p-FC6H4CHO | 1a [1b] | 98 [99] | 92(S) [93(R)] |
o-FC6H4CHO | 1a [1b] | 87 [86] | 85(S) [82(R)] |
m-FC6H4CHO | 1b | 99 | 89(R) |
o-ClC6H4CHO | 1a [1b] | 87 [89[d]] | 86(S) [88(R)] |
PhCH2CH2CHO | 1a [1b] | 80 [79[d]] | 84(S) [82(R)] |
(CH3)2CHCHO | 1a [1b] | 64 [62[d]] | 69(S) [72(R)] |
(CH3)3CCHO | 1a [1b] | 40 [40[d]] | 62(S) [60(R)] |
- [c] Bestimmt durch
chirale GLC. [d] Ausbeute an isoliertem
Produkt.