DE60118752T4 - Verfahren zur cyanierung von aldehyden - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Insbesondere in J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 3968–73 wird die Verwendung der Katalysatoren 1 und 2 mit den unten angegebenen Formeln (mit R1 und R2 = tert.-Butyl) offenbart, bei denen es sich um die aktivsten für diese Umsetzung bekannten Katalysatoren handelt (Schema 1).
    Figure 00030001
    worin jedes R1 und R2 unabhängig voneinander H, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy, Halogen, Nitro, Haloalkyl, Amino (einschließlich mit Alkyl- oder Arylsubstituenten an dem Stickstoffatom) oder Amido. Bevorzugt R1 und R2 = CMe3. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
    Figure 00110001
  • 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.
  • 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.
  • Figure 00120001
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei den bevorzugten Aspekten sind weitere bevorzugte Versionen wie oben hinsichtlich des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, jedoch nicht eingeschränkt. In den Beispielen hat der Katalysator 1a die Formel:
    Figure 00130001
    und der Katalysator 1b hat die Formel:
    Figure 00140001
  • BEISPIEL 1
  • 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.
  • 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
  • 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).
  • BEISPIEL 2
  • 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.
  • BEISPIEL 3
  • 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.
  • BEISPIEL 4
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Cyanierung eines Aldehyds, umfassend die Umsetzung des Aldehyds mit: i) einer Cyanidquelle, welche keinen Si-CN oder C-(C=O)-CN-Rest enthält; und i) einem Substrat mit der allgemeinen Formel Q-Y, wobei Q einen organischen Säurerest darstellt, ausgewählt 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 darstellt; and Y eine Nichthalogenabgangsgruppe darstellt; in Gegenwart eines Katalysators, der einen chiralen Komplex mit Titan oder Vanadium umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem die Cyanidquelle ein Alkalimetallcyanid ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, in welchem die Cyanidquelle Kaliumcyanid ist.
  4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, in welchem Q-Y ein Carbonsäureanhydrid oder ein Kohlensäureanhydrid ist.
  5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei dem Katalysator um einen Übergangsmetallkomplex handelt der einen chiralen Liganden enthält, wobei der chirale Ligand ein Binol-, Taddol-, Sulfoximin-, Salicylimin-, Tartrat- oder Salenligand ist.
  6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Katalysator die allgemeine Formel
    Figure 00190001
    besitzt, worin R1 and R2 unabhängig voneinander H, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy, Halogen, Nitro, Halo-O-Alkyl, Amino oder Amido sind.
  7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Verfahren in Gegenwart eines Zusatzstoffes mit einem pKa-Wert größer als 10 durchgeführt wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin der Zusatzstoff ausgewählt ist aus Pyridin, 2,6-Lutidin, Imidazol, t-Butanol; und Wasser.
  9. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Verfahren in einem polaren, aprotischen Lösemittel durchgeführt wird.
  10. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, worin Q-Y zu einer Mischung aus Katalysator, Cyanidquelle, Aldehyd, polarem aprotischen Lösemittel und Zusatzstoff mit einem pKa-Wert größer als 10 hingefügt wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Cyanierung einer Aldehydgruppe, umfassend die Umsetzung des Aldehyds mit: i) einem Alkalimetallcyanid; und ii) einem Carbonsäureanhydrid; in Gegenwart eines Katalysators.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines O-Acylcyanhydrins, welches die Umsetzung eines Aldehyds mit Kaliumcyanid und einem Carbonsäureanhydrid in Gegenwart eines Katalysators umfasst.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der chirale Komplex mit Titan oder Vanadium die allgemeine Formel:
    Figure 00210001
    besitzt, worin R1 and R2 unabhängig voneinander H, Alkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Aryloxy, Halogen, Nitro, Halo-O-Alkyl, Amino oder Amido sind.
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