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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
optisch aktiven Epoxids, das einen Katalysator zur asymmetrischen
Epoxidation von Enonen verwendet.
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Als
Reaktion zur asymmetrischen Epoxidation von Enonen ist ein Verfahren
bekannt, bei dem eine Verbindung mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung,
die mit einer Carbonylgruppe konjugiert ist, wie etwa Chalkon, mit
einer Hydroxyperoxid-Verbindung in Gegenwart eines komplexen Katalysators,
der aus einer optisch aktiven Dihydroxyverbindung und einem Seltenerdmetall-Alkoxid
hergestellt ist, asymmetrisch epoxidiert wird.
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Insbesondere
ist die Verwendung einer Tetrahydrofuran-Lösung aus (R)-Binaphthol und
Lanthantriisopropoxid als (R)-Lanthanbinaphthoxid für die asymmetrische
Epoxidationsreaktion bekannt (
JP-A-10-120668 ).
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Wenn
jedoch in dem in
JP-A-10-120668 beschriebenen
Verfahren beispielsweise tert.-Butylhydroperoxid
(nachstehend mit TBHP abgekürzt)
als Oxidans verwendet wird, ist das gewünschte optisch aktive Epoxid nur
mit einer geringen Ausbeute und mit einer geringen optischen Reinheit
gewinnbar. Um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten, sollte ein
spezielles Binaphthol, das Methylol in 3-Stellung hat, oder ein
Alkoxid eines Seltenerdmetalls außer Lanthan, wie etwa Ytterbium,
verwendet werden. Außerdem
sollte die Katalysatormenge 5 bis 10 Mol-%, bezogen auf das zur
Reaktion gebrachte Enon, betragen und die Menge des Katalysators sollte
verringert werden.
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Die
Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung haben bereits eine Patentanmeldung (
JP-10-192743 ) für eine Katalysator-Zusammensetzung
mit (A) einem optisch aktiven Binaphthol, (B) Lanthantriisopropoxid,
(C) Triphenylphosphinoxid usw. eingereicht, die eine höhere Reaktivität als der
vorgenannte herkömmliche
Katalysator hat und die dem Produkt eine hohe optische Reinheit
verleiht.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine weitere Untersuchung
zu einem Katalysator durchgeführt,
der eine hohe optische Aktivität
zeigt, und haben im Ergebnis gefunden, dass ein komplexer Katalysator
mit (A) einem optisch aktiven Binaphthol, (B) Lanthantriisopropoxid,
(C) Triphenylphosphinoxid und (D) tert-Butylhydroperoxid in festgelegten
Anteilen ein Katalysator ist, der dem Produkt eine höhere optische Aktivität verleiht.
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Die
vorliegende Erfindung ist aufgrund dieser Entdeckung realisiert
worden. Und zwar stellt die vorliegende Erfindung Folgendes zur
Verfügung:
ein
Verfahren zum Herstellen eines optisch aktiven Epoxids mit der folgenden
Formel (2):
worin
R
1 und R
2, die voneinander
unabhängig
sind, jeweils eine lineare, verzweigte oder cyclische C
1-20-Alkylgruppe,
eine aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 C
1-5-Alkylgruppen
substituierte aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 C
1-5-Alkoxygruppen
substituierte aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 Halogen-Atome
substituierte aromatische Gruppe, eine durch eine aromatische Gruppe
substituierte lineare, verzweigte oder cyclische C
1-5-Alkylgruppe
oder eine durch eine halogenierte aromatische Gruppe substituierte
lineare, verzweigte oder cyclische C
1-5-Alkylgruppe
sind und das Symbol * optisch aktiven Kohlenstoff darstellt, mit
den folgenden Schritten:
Zugeben eines Enons mit der folgenden
Formel (1):
worin
R
1 und R
2 wie vorstehend
definiert sind,
zu einer Katalysatorlösung, die Folgendes enthält:
- (A) ein optisch aktives Binaphthol,
- (B) Lanthantriisopropoxid,
- (C) Triphenylphosphinoxid und
- (D) tert-Butylhydroperoxid,
wobei (A) das Binaphthol
1 bis 3 Mol, (C) das Triphenylphosphinoxid 0,1 bis 10 Mol und (D)
das tert-Butylhydroperoxid 1 bis 20 Mol je Mol (B) Lanthantriisopropoxid
beträgt
und die Katalysatorlösung
eine gelbgrüne
bis dunkle Farbe zeigt; und
anschließendes Zuführen von tert-Butylhydroperoxid,
und
ein Verfahren zum Herstellen eines optisch aktiven Epoxids
mit der folgenden Formel (2): worin
R1 und R2, die voneinander
unabhängig
sind, jeweils eine lineare, verzweigte oder cyclische C1-20-Alkylgruppe,
eine aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 C1-5-Alkylgruppen
substituierte aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 C1-5-Alkoxygruppen
substituierte aromatische Gruppe, eine durch 1 bis 5 Halogen-Atome
substituierte aromatische Gruppe, eine durch eine aromatische Gruppe
substituierte lineare, verzweigte oder cyclische C1-5-Alkylgruppe
oder eine durch eine halogenierte aromatische Gruppe substituierte
lineare, verzweigte oder cyclische C1-5-Alkylgruppe
sind und das Symbol * optisch aktiven Kohlenstoff darstellt, mit
dem folgenden Schritt:
Zuführen
eines Gemisches aus:
einem Enon mit der folgenden Formel (1): worin
R1 und R2 wie vorstehend
definiert sind, und tert-Butylhydroperoxid
zu einer Katalysatorlösung, die
Folgendes enthält: - (A) ein optisch aktives Binaphthol,
- (B) Lanthantriisopropoxid,
- (C) Triphenylphosphinoxid und
- (D) tert-Butylhydroperoxid,
wobei (A) das Binaphthol
1 bis 3 Mol, (C) das Triphenylphosphinoxid 0,1 bis 10 Mol und (D)
das tert-Butylhydroperoxid 1 bis 20 Mol je Mol (B) Lanthantriisopropoxid
beträgt
und die Katalysatorlösung
eine gelbgrüne
bis dunkle Farbe zeigt.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsformen
näher beschrieben.
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Zunächst wird
der komplexe Katalysator mit (A) einem optisch aktiven Binaphthol,
(B) Lanthantriisopropoxid, (C) Triphenylphosphinoxid und (D) tert-Butylhydroperoxid
beschrieben.
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In
der vorliegenden Erfindung liegen die konstituierenden Anteile der
vorgenannten Katalysator-Komponenten so vor, dass (A) Binaphthol
1 bis 3 Mol, (C) Triphenylphosphinoxid 0,1 bis 10 Mol, vorzugsweise
1 bis 10 Mol, und (D) tert-Butylhydroperoxid 1 bis 20 Mol, vorzugsweise
1 bis 10 Mol, je Mol (B) Lanthantriisopropoxid beträgt.
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Die
vorgenannten Komponenten, die den Katalysator bilden, werden in
eine nachstehend beschriebene Lösung
gegeben und 0,5 bis 4 Stunden zwischen –50 und 100°C gehalten, wodurch ein Komplex
entsteht. Durch die Bildung des Komplexes erhält die Lösung eine gelblich grüne bis dunkelgrüne Farbe.
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In
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise so verfahren, dass
eine Lösung
des vorgenannten Katalysatorkomplexes vorher in dem Reaktionssystem
hergestellt wird und dann das zur Reaktion zu bringende Substrat
und eine benötigte
Menge eines Oxidans zugegeben werden, um die Reaktion durchzuführen.
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Wenn
die Herstellung einer Lösung
des Katalysatorkomplexes nicht beispielsweise so erfolgt, dass (A) das
optisch aktive Binaphthol, (B) das Lanthantriisopropoxid und (C)
das Triphenylphosphinoxid in einem Lösungsmittel ohne Zugabe von
(D) tert-Butylhydroperoxid gemischt werden und dann das zur Reaktion
zu bringende Substrat und (D) das tert-Butylhydroperoxid gemeinsam zu dem System
gegeben werden, um die Reaktion durchzuführen, nimmt die Ausbeute möglicherweise
ab und die optische Reinheit verringert sich.
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Der
Katalysatorkomplex ist für
eine Reaktion zur asymmetrischen Epoxidation von Enonen geeignet, und
er bietet eine hohe Reaktivität
und verleiht dem Produkt eine hohe optische Reinheit.
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Die
absolute optische Anordnung, die durch die den erfindungsgemäßen Katalysatorkomplex
verwendende Reaktion erreicht werden soll, hängt im Allgemeinen von der
absoluten optischen Anordnung des den Katalysator bildenden optisch
aktiven Binaphthols ab. Und zwar ist bei einem Substrat, durch das
die absolute Anordnung des asymmetrischen Kohlenstoffs in dem Produkt
eine (R)-Form wird, wenn (R)-Binaphthol verwendet wird, die absolute
optische Anordnung des asymmetrischen Kohlenstoffs in dem Produkt
eine (S)-Form, wenn (S)-Binaphthol verwendet wird. Es gilt jedoch
nicht immer, dass bei Verwendung von (R)-Binaphthol die absolute optische Anordnung
eines asymmetrischen Kohlenstoffs in dem Produkt eine (R)-Form ist,
sondern die absolute optische Anordnung des Produkts ändert sich
in Abhängigkeit
von der Art des Substrats. Wenn eine asymmetrische Epoxidationsreaktion
mit dem Katalysator bei Verwendung von (R)-Binaphthol durchgeführt wird,
sind die absoluten optischen Anordnungen in der 2-Stellung (α-Stellung
der Carbonylgruppe) und 3-Stellung (β-Stellung der Carbonylgruppe) des dadurch
gebildeten Epoxids des Enons meistens (2S, 3R), während bei
Verwendung von (S)-Binaphthol die absolute optische Anordnung meistens
(2R, 3S) ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist die Menge des Katalysatorkomplexes nicht besonders beschränkt, aber
sie beträgt
in der Regel 0,01 bis 50 Mol-%, vorzugsweise 0,1 bis 25 Mol-%, bezogen
auf die Molmenge von Lanthanisopropoxid, für das zur Reaktion zu bringende
Substrat.
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Als
Lösungsmittel,
das für
das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet ist, kann jedes Lösungsmittel verwendet
werden, solange es ein Lösungsmittel
ist, das gegenüber
dem Katalysator und der Epoxidationsreaktion inert ist. Unter dem
Aspekt der Stabilität
des Katalysators und des Ergebnisses der Epoxidationsreaktion wird
jedoch ein Ether-Lösungsmittel,
wie etwa Dimethylether, Diisopropylether, 1,2-Dimethoxyethan oder
Tetrahydrofuran (nachstehend mit THF abgekürzt), bevorzugt, und von diesen
wird mit THF das beste Ergebnis erzielt.
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Die
Menge des Lösungsmittels
beträgt
normalerweise das 2- bis 200-fache, vorzugsweise das 5- bis 100-fache,
der Menge (Masse) des zur Reaktion zu bringenden Enons.
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Das
für das
erfindungsgemäße Verfahren
geeignete Enon kann jedes Enon sein, solange es eine Verbindung
der vorgenannten Formel (1) ist. Insbesondere seien folgende Verbindungen
genannt: Methylvinylketon, trans-3-Penten-2-on, trans-3-Hexen-2-on,
trans-3-Hepten-2-on,
trans-3-Octen-2-on, trans-3-Nonen-2-on, Ethylvinylketon, trans-4-Hexen-3-on,
trans-4-Hegten-3-on, trans-4-Octen-3-on, trans-4-Nonen-3-on, Isopropylvinylketon,
trans-2-Methyl-4-Hexen-3-on,
trans-2-Methyl-4-Hegten-3-on, trans-2-Methyl-4-octen-3-on, trans-2-Methyl-4-nonen-3-on,
trans-1,3-Diphenyl-2-propylen-1-on (Chalkon), trans-2-Methyl-5-phenyl-4-penten-3-on, 4-Methyl-1-phenyl-3-Penten-2-on,
4-Phenyl-3-butylen-2-on, 6-Phenyl-3-hexen-2-on oder 5-Phenyl-3-hexen-2-on.
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Das
in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Oxidans ist TBHP. Als
TBHP, das als Oxidans in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwenden
ist, kann eine handelsübliche
Lösung
in z. B. Decan unverändert
verwendet werden, oder TBHP kann aus einer 70- oder 90-%igen wässrigen
Lösung
mit Toluen extrahiert werden, dann über wasserfreiem Magnesiumsulfat
getrocknet werden anschließend
für die
vorliegende Erfindung verwendet werden.
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Die
Menge des Oxidans müsste
theoretisch ausreichen, wenn eine Menge, die dem zur Reaktion zu bringenden
Enon äquivalent
ist, von der Summe aus der zur Bildung des Katalysators eingesetzten
Menge und der während
der Reaktion zuzugebenden Menge verwendet wird. Um die Reaktion
zum Abschluss zu bringen, wird das Oxidans jedoch vorzugsweise in
der 1,1-fachen Molmenge eingesetzt.
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Wenn
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Lösung
des vorgenannten Katalysatorkomplexes zur asymmetrischen Epoxidation
verschiedener Arten von Enonen verwendet wird, kann es jedoch je
nach Art des Enons vorkommen, dass die Ausbeute tendenziell niedrig
ist, obwohl das Produkt eine hohe optische Reinheit hat. Daher wird
als Verfahren für
die Reaktion ein halbkontinuierliches Verfahren gegenüber einem diskontinuierlichen
Verfahren bevorzugt. Nach Zugabe des vorgenannten Enons zu der vorher
hergestellten Lösung
des Katalysatorkomplexes wird TBHP zugesetzt, um die Reaktion durchzuführen, oder
es wird zu der vorher hergestellten Katalysatorlösung ein Gemisch mit dem vorgenannten
Enon und TBHP zugegeben, um die Reaktion durchzuführen, wodurch
das gewünschte
Produkt mit einer höheren
Ausbeute erhalten werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es wichtig, dass der Katalysatorkomplex in einem stabilisierten
Zustand in dem System vorliegt. Hierfür ist das Verhältnis des
in dem System vorhandenen Oxidans (TBHP) zu dem Lanthan-Element
wichtig. Wenn die Geschwindigkeit der Zugabe des Oxidans zu niedrig
ist und das Oxidans in dem System nicht ausreicht, ist die optische
Reinheit des Produkts meistens gering. Wenn jedoch die Geschwindigkeit
der Zugabe des Oxidans zu hoch ist und zu viel Oxidans in dem System
vorliegt, kann die Ausbeute sinken. Daher wird die Zugabegeschwindigkeit
des Oxidans auf die Verbrauchsgeschwindigkeit des zur Reaktion zu
bringenden Enons eingestellt. Wenn möglich, sollte die Zugabegeschwindigkeit des
Oxidans nach dem Messen der Reaktionsgeschwindigkeit des zur Reaktion
zu bringenden Enons in einem Reaktionssystem, das dem praktischen
Betrieb ähnlich
ist, bestimmt werden.
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Wenn
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Enon, das langsam reagiert, zur Reaktion gebracht wird, sollte
ein Verfahren verwendet werden, bei dem das Enon zu einer vorher
hergestellten Katalysatorlösung
gegeben wird und dann das Oxidans zu dieser Lösung gegeben wird. Wenn jedoch
ein schnell reagierendes Enon wie Chalkon zur Reaktion gebracht
wird, sollte ein Verfahren gewählt
werden, bei dem ein Gemisch aus dem Enon und dem Oxidans zu der
vorher hergestellten Katalysatorlösung gegeben wird, um die Reaktion
durchzuführen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ändert sich
zwar die Reaktionstemperatur in Abhängigkeit von dem Enon-Substrat,
liegt aber in der Regel in einem Bereich von –50°C bis 100°C. Was die Reaktionsdauer betrifft,
so ist die Reaktion meistens innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann gegebenenfalls Zeolith zum Wasserentzug in dem System während der
Herstellung des Katalysators oder während der Reaktion oder zum
Beschleunigen der Katalysatorbildungsreaktion oder der Epoxidationsreaktion
eingesetzt werden.
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Dieser
Zeolith kann in jedem Verhältnis
zu dem Enon eingesetzt werden, aber er wird meistens in einer Menge
von 10 mg bis 2 g je mmol Enon eingesetzt. Was die Art des Zeoliths
betrifft, so können
verschiedene Zeolithe verwendet werden, unter anderem der Zeolith
Typ A, der durch das Molekularsieb 3A, 4A oder 5A verkörpert wird,
und die Zeolithe Typ Y und L, die durch das Molekularsieb 13X verkörpert werden.
Von diesen wird das Molekularsieb 4A bevorzugt.
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Nach
Abschluss der Reaktion kann eine Nachbehandlung oder Reinigung beispielsweise
durch Säulenchromatographie
durchgeführt
werden, um das gewünschte
optisch aktive Epoxid mit einer guten Ausbeute und einer hohen optischen
Reinheit zu erhalten.
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Der
erfindungsgemäße Katalysator
ermöglicht
eine asymmetrische Epoxidationsreaktion eines Enons mit einer hohen
Reaktivität
mit einer guten Ausbeute und einer hohen optischen Reinheit. Daher
ist das erfindungsgemäße Verfahren
sehr gut als Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten für verschiedene
Arzneimittel oder Agrochemikalien geeignet.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben.
Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls auf
diese speziellen Beispiele beschränkt ist.
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In
den folgenden Beispielen wurde die optische Reinheit der Produkte
wie folgt bestimmt.
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Und
zwar erfolgte die Bestimmung unter Verwendung der Hochleistungsflüssigchromatographie
mit einer OB-H- oder AD-Chiralsäule
der Firma Daicel Co., Ltd., bei der die Flussgeschwindigkeit des
Elutionsmittels [Hexan-i-PrOH = 2/1 bis 100/1 (Volumenverhältnis)]
1 ml/min betrug.
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Wenn
für trans-2,3-Epoxy-1,3-diphenylpropan-1-on
bei Verwendung einer OB-H-Chiralsäule mit
dem Elutionsmittel Hexan/i-PrOH = 2/1 die Zugabe mit einer Flussgeschwindigkeit
von 1 ml/min durchgeführt
wurde, traten Enantiomer-Peaks von (2S, 3R) und (2R, 3S) bei Retentionszeiten
von 24 Minuten bzw. 32 Minuten auf.
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Beispiel: Reaktion von trans-1-Phenyl-2-buten-1-on
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In
einen 100-ml-Auberginenkolben (A) wurden ein Magnetrührwerk und
Molekularsiebe 4A (550 mg; ein Produkt, das 4 Stunden bei 180°C unter mittels
einer Vakuumpumpe erzeugtem reduzierten Druck vorgetrocknet worden
war) eingebracht und mit einem Wärmestrahlrohr
10 Minuten unter Rühren
unter mittels einer Vakuumpumpe erzeugtem reduzierten Druck erhitzt
und getrocknet. Nach dem Abkühlen
auf Raumtemperatur wurden Triphenylphosphinoxid (229,7 mg, 0,8255
mmol) und (R)-Binaphthol (78,8 mg, 0,2752 mmol) zugegeben, und das
Innere des Reaktionssystems wurde mit Stickstoff ausgespült. Dann
wurde THF (6 ml) zugegeben, und anschließend wurde das Gemisch 5 Minuten
gerührt.
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In
einen anderen 100-ml-Auberginenkolben (B), der ein Magnetrührwerk enthielt,
wurde Lanthantriisopropoxid [La(O-iPr)3,
87,0 mg, 0,2752 mmol] und dann THF (10 ml) gegeben, und dann wurde
das Gemisch zur Auflösung
gerührt.
Anschließend
wurde das Gemisch, das vorher in dem Auberginenkolben (A) hergestellt worden
war, mit einer 10-ml-Spritze in den Kolben (B) gegeben, und dann
wurde der Kolben einmal mit THF (2 ml) ausgespült.
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Das
Gemisch in dem Kolben (B) wurde 1 Stunde unter Rühren bei Raumtemperatur gehalten.
Dann wurde TBHP (5,2 M/Decanlösung,
63 μl, 0,3302
mmol) zugegeben und anschließend
wurde 1 Stunde weitergerührt.
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1
Stunde später
wurde visuell beurteilt, dass sich die hergestellte Katalysatorlösung gelbgrün gefärbt hatte,
und dann wurde eine Lösung
aus trans-1-Phenyl-2-buten-1-on (MeCH=CHCOPh: 804,5 mg, 5,5034 mmol),
TBHP (5,2 M/Decanlösung,
1,06 ml, 5,5034 mmol) und THF (8 ml) über einen Zeitraum von 4 Stunden mittels
eines Tropftrichters tropfenweise zugegeben. Nach Abschluss der
tropfenweisen Zugabe wurde diese TBHP-Lösung (0,25 ml, 1,32076 mmol)
weiter zugegeben. Hierbei wurde die Zuführgeschwindigkeit auf 37%/h mittels
der gleichen Untersuchung wie in den Bezugsbeispielen 1 und 2 festgelegt.
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Nach
Abschluss der tropfenweisen Zugabe wurde 1 Stunde weitergerührt. Dann
wurden 500 mg Kieselgel und 3 ml Methanol zugegeben, dann wurde
15 Minuten gerührt
und anschließend
wurden eine Filtration und Eindickung durchgeführt, um einen Rückstand
zu erhalten, der dann mit einer Kieselgelsäule (Hexan/AcOEt = 9/1) gereinigt
wurde, um trans-(2S,3R)-Epoxy-1,3-diphenylpropan-1-on
als farbloses transparentes Öl (Menge:
839 mg, Ausbeute: 94%, optische Reinheit: 78%ee) zu erhalten.