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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen wiederverwendbaren und hoch
stabilen geträgerten
Komplex, der eine hohe Reaktivität,
Stabilität
und Selektivität
für asymmetrische
katalytische Reaktionen zeigt. Spezieller betrifft die vorliegende
Erfindung einen geträgerten
Metallkomplex eines im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden,
der einen Träger,
ein Verankerungsmittel (einen Haftvermittler) und einen Metallkomplex
eines im Wesentlichen reinen Phosphinaminophosphin-Liganden umfasst.
Diese Erfindung betrifft auch neue Verfahren zur Herstellung des
geträgerten
Katalysatorkomplexes und deren Verwendung für asymmetrische katalytische
Reaktionen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
asymmetrische Katalyse ist das wirksamste Verfahren zur Erzeugung
von Produkten mit hoher enantiomerer Reinheit, da die Asymmetrie
des Katalysators viele Male bei der Erzeugung des chiralen Produkts multipliziert
wird. Diese chiralen Produkte haben zahlreiche Anwendungen als Bausteine
für Einzelenantiomer-Pharmazeutika
sowie in einigen Agrochemikalien gefunden. Die verwendeten asymmetrischen
Katalysatoren können
enzymatischer oder synthetischer Natur sein. Die letztgenannten
Katalysatorarten sind aufgrund einer viel größeren Breite der anwendbaren
Reaktionstypen bedeutend vielversprechender als die erstgenannten.
Synthetische asymmetrische Katalysatoren sind gewöhnlich aus
einem Metallreaktionszentrum zusammengesetzt, das von einem organischen
Liganden umgeben ist. Der Ligand wird gewöhnlich in hoher enantiomerer
Reinheit erzeugt und ist das Mittel, welches die Asymmetrie induziert.
Diese Liganden sind im Allgemeinen schwierig herzustellen und deshalb
teuer. Zusätzlich
können
diese Liganden zum Beispiel aufgrund der Schwierigkeiten bei der
Rückgewinnung
und Instabilität
bei der erneuten Isolierung nicht wiederverwendet werden.
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Die
Hauptstrategie, die verwendet wird, um einen homogenen Katalysator
auf einem Träger
zu fixieren (zum Beispiel um ihn zu heterogenisieren), besteht darin,
den Liganden so zu modifizieren, dass er in eine Polymermatrix eingebaut
werden kann. Leider haben derartige Verfahren im Allgemeinen Materialien
zum Ergebnis, die einen signifikanten Verlust sowohl an Aktivität als auch
an Selektivität
im Vergleich zum ursprünglichen löslichen
Katalysator zeigen. Weiter nimmt die Aktivität der heterogenisierten Spezies
bei der versuchten Wiederverwendung häufig rasch ab. Die geträgerten Katalysatoren,
die von Tanielyan et al. in den US-Patenten 6,005,148, 6,025,295 und 6,136,746
beschrieben werden, verwenden eine neue Art der Immobilisierung,
welche keine kovalente Modifikation des chiralen Liganden beinhaltet.
Diese geträgerten
Spezies zeigen im Allgemeinen eine Selektivität, die mit jener der homogenen
Gegenstücke
vergleichbar ist, und behalten ihre katalytische Aktivität über mehrere
Wiederverwendungen bei.
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Die
Herstellung und Verwendung von Metallkomplexen von im Wesentlichen
enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden für die asymmetrische
Katalyse ist von Boaz et al. in der veröffentlichten US-Patentanmeldung
20020065417 beschrieben worden. Es gab dort keinen Bericht über eine
Heterogenisierung der Metallkomplexe von Phosphinaminophosphin-Liganden.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt
die Geschwindigkeit der Hydrierung von Dimethylitaconat unter Verwendung
eines geträgerten
Metallphosphinaminophosphin-Katalysators, der aus einem Träger, einem
Verankerungsmittel (Haftvermittler) und einem Metallkomplex eines
im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphins hergestellt
wurde. Diese Figur zeigt eine ähnliche
Katalysatoraktivität über sieben
Verwendungen desselben geträgerten
Katalysators. 1 spiegelt die experimentellen
Arbeiten in Beispiel 3 wieder.
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2 zeigt
die Geschwindigkeit der Hydrierung von Dimethylitaconat unter Verwendung
eines geträgerten
Metallphosphinaminophosphins, das aus einer geträgerten Katalysator-Vorstufe
und einem im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin
hergestellt wurde. Diese Figur zeigt eine ähnliche Katalysatoraktivität über die
vier Verwendungen desselben geträgerten
Katalysators. 2 spiegelt die experimentellen
Arbeiten in Beispiel 4 wider.
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3 zeigt
die Geschwindigkeit der Hydrierung von Dimethylitaconat unter Verwendung
eines geträgerten
Metallphosphinaminophosphins, das aus einer geträgerten Katalysator-Vorstufe
und einem im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin
hergestellt wurde (zum Beispiel die Hydrierung von Dimethylitaconat
unter Verwendung von C/PTA/Rh-(R)-1 bei S:C 10.000). Diese Figur
zeigt eine ähnliche
Katalysatoraktivität über fünf Verwendungen
desselben geträgerten
Katalysators. 3 spiegelt die experimentellen Arbeiten
in Beispiel 5 wider.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
neuen geträgerten
Katalysatoren unserer Erfindung umfassen einen Träger, ein
Verankerungsmittel (einen Haftvermittler) und einen Metallkomplex
eines im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminosphosphin-Liganden.
Diese Spezies sind für
asymmetrische katalytische Reaktionen, insbesondere für asymmetrische
Hydrierungen, nützlich.
Diese geträgerten
Katalysatoren weisen eine gute Aktivität auf, liefern eine hohe Enantioselektivität und können überraschend
mit einem minimalen Verlust der katalytischen Aktivität wiederverwendet
werden.
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Detaillierte
Beschreibung
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Wie
oben angeführt,
umfasst die vorliegende Erfindung einen geträgerten Katalysator, der einen
Träger,
ein Verankerungsmittel (einen Haftvermittler) und einen Metallkomplex
eines im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden
umfasst. Der Ausdruck "im
Wesentlichen enantiomer rein" soll
anzeigen, dass der Ligand durch einen > 90% enantiomeren Überschuss [ee] des angezeigten
Enantiomers charakterisiert ist.
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Der
Träger
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfasst ein unlösliches,
teilchenförmiges amorphes
oder kristallines Material mit einer ausreichenden Oberfläche, um
die gleichförmige
Verteilung des Verankerungsmittels zu erleichtern. Geeignete Träger umfassen
jene, die leicht und allgemein im Handel erhältlich sind oder durch dem
Fachmann bekannte Techniken hergestellt werden können. Beispiele für geeignete
Trägermaterialien
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Metalloxide, wie
Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Lanthanoxid,
Zeolithe und Tone sowie Kohlenstoffe, Harze, Polymere und dergleichen.
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Der
Träger
kann verwendet werden, wie er ist (z.B. wie erworben oder hergestellt),
oder er kann vor einer weiteren Verwendung behandelt werden, um
unerwünschte
Spezies zu entfernen, welche die Aktivität des Gesamt-Katalysatorkomplexes
nachteilig beeinflussen können.
Zum Beispiel kann der Träger
vor der Verwendung entweder an Luft oder in einer Inertatmosphäre kalziniert
werden. Ähnlich
kann der Träger
mit einem Modifikationsmittel behandelt werden, um die Haftung an
dem Verankerungsmittel zu modifizieren. Geeignete Modifikationsmittel,
die verwendet werden können,
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Metallalkoholate,
wie Titanalkoholat, Aluminiumalkoholat, Silanalkoholat, Vanadiumalkoholat
und dergleichen; Polyisocyanate, Hydroxyepoxide, Cyanoepoxide und
andere funktionalisierte organische Materialien.
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Das
Verankerungsmittel oder der Anker ist eine Heteropolysäure oder
ein -anion. Der Ausdruck "Heteropolysäure" (oder -anion) bedeutet,
wie hierin verwendet, jedes polyprotische gemischte Oxid, das allgemein
aus (einem) Zentralion oder -ionen zusammengesetzt ist, die an eine
geeignete Zahl von Sauerstoffatomen gebunden und von einer nahezu
kugelförmigen
Schale aus oktaedrischen Oxometall-Spezies umgeben sind, welche
durch gemeinsam verwendete Sauerstoffatome zusammengeknüpft sind.
Das zentrale Atom oder "Heteroatom" ist typisch ein
Kation mit einer Oxidationsstufe +3 bis +5, wie P(+5), As(+5), Si(+4)
oder Mn(+4). Die Metallspezies, die mit dem Oktaeder assoziiert
sind, sind gewöhnlich
Mo, W oder V. Der Oktaeder in der Schale der Heteropolysäure kann
eine einheitliche Zusammensetzung sein oder kann verschiedene Metallspezies
enthalten. Geeignete Heteropolysäuren
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Phosphorwolframsäure (PTA),
Phosphormolybdänsäure (PMA),
Kieselwolframsäure
(STA) und dergleichen; Dawson-Spezies; Waugh-Spezies, Anderson-Spezies;
Silverton-Spezies; deren lakunäre
und andere kristalline oder nicht-kristalline Formen; und Anionen
der Vorstehenden. Wenn ein Heteropolyanion verwendet wird, kann es
sich bei den Gegenionen um jede Spezies handeln, welche leicht das
geeignete Heteropolyanion liefert. Geeignete Gegenionen (oder Kationen)
umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Alkali-, Erdalkali- oder
quartäre
Ammoniumionen.
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Der
Metallkomplex des im Wesentlichen reinen Phosphinaminophosphin-Liganden
ist ein Komplex eines oder mehrerer Metalle der Gruppen IIB, IVB,
VB, VIIB, VIII, IB oder IIB und einer im Wesentlichen enantiomer
reinen Bisphosphin-Verbindung, die ein im Wesentlichen enantiomer
reines chirales Gerüst
umfasst, welches zwei Phosphinreste verknüpft, wobei einer der Phosphinreste
drei Phosphor-Kohlenstoff-Bindungen
aufweist und der andere Phosphinrest zwei Phosphor-Kohlenstoff-Bindungen
und eine Phosphor-Stickstoff-Bindung aufweist, wobei der Stickstoff
ein Teil des chiralen Gerüsts
ist. Beispiele für
bevorzugte Metalle zur Verwendung mit dem vorliegenden Liganden
umfassen Metalle der Gruppe VIII, wie Rhodium, Iridium oder Ruthenium.
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Beispiele
für die
im Wesentlichen enantiomer reinen Verbindungen (d.h. die vorliegenden
Liganden) umfassen Phosphinometallocenylaminophosphine mit der allgemeinen
Formel 1 oder 2 (dem Enantiomer von 1):
in der
R ausgewählt ist
aus substituiertem und unsubstituiertem, verzweigt- und geradkettigem
(C
1-C
20)-Alkyl,
substituiertem und unsubstituiertem (C
3-C
8)-Cycloalkyl,
substituiertem und unsubstituiertem carbocyclischem (C
6-C
20)-Aryl und substituiertem und unsubstituiertem
(C
4-C
20)-Heteroaryl,
worin die Heteroatome aus Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff ausgewählt sind;
R
1, R
2, R
3,
R
4 und R
5 unabhängig ausgewählt sind
aus Wasserstoff, substituiertem und unsubstituiertem, verzweigt-
und geradkettigem (C
1-C
20)-Alkyl,
substituiertem und unsubstituiertem (C
3-C
8)-Cycloalkyl, substituiertem und unsubstituiertem
carbocyclischem (C
6-C
20)-Aryl
und substituiertem und unsubstituiertem (C
4-C
20)-Heteroaryl,
worin die Heteroatome aus Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff ausgewählt sind;
n
für 0 bis
3 steht;
m für
0 bis 5 steht; und
M aus den Metallen der Gruppen IVB, VB,
VIB, VIIB und VIII ausgewählt
ist.
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Die
Alkylgruppen, die durch jedes von R, R1,
R2, R3, R4 und R5 dargestellt
werden können,
können
gerad- oder verzweigtkettige aliphatische Kohlenwasserstoffreste
sein, die bis zu 20 Kohlenstoffatome enthalten und substituiert
sein können,
zum Beispiel mit einer bis drei Gruppen, die ausgewählt sind
aus (C1-C6)-Alkoxy, Cyano,
(C2-C6)-Alkoxycarbonyl,
(C2-C6)-Alkanoyloxy,
Hydroxy, Aryl und Halogen. Die Ausdrücke "(C1-C6)-Alkoxy", "(C2-C6)-Alkoxycarbonyl" und "(C2-C6)-Alkanoyloxy" werden verwendet, um Reste zu bezeichnen,
welche den Strukturen -OR6, -CO2R6 bzw. -OCOR6 entsprechen,
worin R6 (C1-C6)-Alkyl oder substituiertes (C1-C6)-Alkyl ist. Der Ausdruck "(C3-C8)-Cycloalkyl" wird verwendet, um einen gesättigten
carbocyclischen Kohlenwasserstoffrest mit drei bis acht Kohlenstoffatomen
zu bezeichnen. Die Arylgruppen, welche jedes von R, R1,
R2, R3, R4 und R5 darstellen
kann, können
Phenyl, Naphthyl oder Anthracenyl und Phenyl, Naphthyl oder Anthracenyl
umfassen, das mit einem bis drei Substituenten substituiert ist,
die ausgewählt
sind aus (C1-C6)-Alkyl, substituiertem
(C1-C6)-Alkyl, (C6-C10)-Aryl, substituiertem
(C6-C10)-Aryl, (C1-C6)-Alkoxy, Halogen,
Carboxy, Cyano, (C1-C6)-Alkanoyloxy, (C1-C6)-Alkylthio,
(C1-C6)-Alkylsulfonyl,
Trifluormethyl, Hydroxy, (C2-C6)-Alkoxycarbonyl,
(C2-C6)-Alkanoylamino
und -O-R7, S-R7,
-SO2-R7, -NHSO2R7 und -NHCO2R7, worin R7 Phenyl, Naphthyl oder Phenyl oder Naphthyl
ist, das mit einer bis drei Gruppen substituiert ist, die aus (C1-C6)-Alkyl, (C6-C10)-Aryl, (C1-C6)-Alkoxy und Halogen
ausgewählt
sind.
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Die
Heteroarylreste umfassen einen 5- oder 6-gliedrigen aromatischen
Ring, der ein bis drei Heteroatome enthält, die aus Sauerstoff, Schwefel
und Stickstoff ausgewählt
sind. Beispiele für
derartige Heteroarylgruppen sind Thienyl, Furyl, Pyrrolyl, Imidazolyl,
Pyrazolyl, Thiazolyl, Isothiazolyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Triazolyl,
Thiadiazolyl, Oxadiazolyl, Tetrazolyl, Pyridyl, Pyrimidyl, Benzoxazolyl,
Benzothiazolyl, Benzimidazolyl, Indolyl und dergleichen. Die Heteroarylreste
können
zum Beispiel mit bis zu drei Gruppen substituiert sein, wie (C1-C6)-Alkyl, (C1-C6)-Alkoxy, substituiertem
(C1-C6)-Alkyl, Halogen,
(C1-C6)-Alkylthio,
Aryl, Arylthio, Aryloxy, (C2-C6)-Alkoxyocarbonyl
und (C2-C6)-Alkanoylamino.
Die Heteroarylreste können
auch mit einem kondensierten Ringsystem substituiert sein, zum Beispiel
einem Benzo- oder Naphthorest, der unsubstituiert oder zum Beispiel
mit bis zu drei Gruppen substituiert sein kann, die im vorangehenden
Satz angegeben sind. Der Ausdruck "Halogen" wird so verwendet, dass er Fluor, Chlor,
Brom und Iod einschließt.
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Beispiele
für bevorzugte
Liganden der Erfindung weisen die Formel 1 oder 2 auf, worin R für C1- bis C6-Alkyl steht;
R1 Wasserstoff oder C1-
bis C6-Alkyl ist; R2 Aryl
(bevorzugt Phenyl), Ethyl, Isopropyl oder Cyclohexyl ist; R3 Aryl, am bevorzugtesten Phenyl, ist; R4 und R5 Wasserstoff
sind; und M Eisen, Ruthenium oder Osmium ist, am bevorzugtesten
Eisen. Die vorstehenden Ligand-Metall-Komplexe können weiter einen oder mehrere
achirale Liganden umfassen, welche, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Spezies wie Cyclopentadien, Kohlenmonoxid, Cyclooctadien, Norbornadien
und tertiäre
Phosphine einschließen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch die Herstellung der oben beschriebenen
geträgerten
Katalysatorkomplexe bereit. Ein Verfahren zur Herstellung der geträgerten Katalysatoren
kann das In-Kontakt-Bringen eines Trägers mit einem Heteropolysäure- oder
-anion-Verankerungsmittel unter Bedingungen, die wirksam sind, um
einen Heteropolysäure-
oder -anion-haltigen Träger
zu bilden, und dann das In-Kontakt-Bringen eines Metallkomplexes
eines im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphins mit
dem Heteropolysäure-
oder -anion-haltigen Träger
unter Bedingungen, die wirksam sind, um einen geträgerten Katalysator
zu bilden, beinhalten.
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Weiter
kann der geträgerte
Katalysator der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem
man eine zuvor hergestellte Träger-
und Anker-Kombination mit einem Metallkomplex des im Wesentlichen
enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden in Kontakt bringt.
Die Herstellung des Anker-Trägers
ist wie von Tanielyan et al. in den US-Patenten 6,005,148, 6,025,295
und 6,136,746 beschrieben. Gleichermaßen ist die Herstellung des
Phosphinaminophosphin-Liganden
und seines Metallkomplexes, wie es in Boaz et al. in der veröffentlichten
US-Patentanmeldung 20020065417 beschrieben ist.
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Das
In-Kontakt-Bringen des Ligand-Metall-Komplexes und der Träger-Anker-Kombination findet
typisch in einem Lösungsmittel
und bei einer Temperatur von etwa –25°C bis etwa 250°C über eine
Zeitspanne von etwa 1 min bis etwa 50 h statt. Bevorzugt findet
dieses In-Kontakt-Bringen bei Temperaturen zwischen etwa 25°C und 50°C über eine
Zeitspanne zwischen etwa 1 h und etwa 24 h statt. Im Allgemeinen
wird der Ligand-Metall-Komplex bei einer solchen Konzentration verwendet,
dass das Molverhältnis
Metallkomplex zu Heteropolysäure-
oder -anion-Ankermaterial etwa 0,1:1 bis etwa 6:1 beträgt; bevorzugter
beträgt
das Verhältnis
etwa 0,5:1 bis etwa 1,5:1. Das verwendete Lösungsmittel ist in der Lage,
die Metallkomplexe zu lösen.
Bevorzugte Lösungsmittel
umfassen Niederalkohole (C1-C5), Ether, Ester, Ketone und aliphatische
oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Mischungen.
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Der
resultierende feste geträgerte
Katalysator der Erfindung kann dann gegebenenfalls unter Verwendung
von dem Fachmann bekannten Techniken, wie Dekantieren, Filtration
oder Zentrifugation, gewonnen werden. Der feste geträgerte Katalysator
kann verwendet werden, wie er ist, oder er kann gegebenenfalls vor der
Verwendung mit einem der oben erwähnten Lösungsmittel gewaschen werden,
um jegliches nicht-geträgerte
Material zu entfernen.
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Ein
alternatives Verfahren zur Herstellung der festen Katalysatoren
der Erfindung beinhaltet zuerst das In-Kontakt-Bringen des Verankerungsmittels
mit dem Ligand-Metall-Komplex
des im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphins, um
eine Mischung zu bilden, und dann, dass die Mischung mit einem Trägermaterial
in Kontakt gebracht wird. Die vorstehende Mischung kann die Form
entweder einer Suspension oder einer Lösung annehmen.
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Das
In-Kontakt-Bringen des Verankerungsmittels und des Metallkomplexes
des im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphins findet
typisch in einem Lösungsmittel
und bei einer Temperatur von etwa –25°C bis etwa 250°C über eine
Zeitspanne von etwa 1 min bis etwa 50 h statt. Bevorzugt findet
dieses In-Kontakt-Bringen
bei Temperaturen zwischen etwa 25°C
und etwa 50°C über eine
Zeitspanne zwischen etwa 1 h und etwa 24 h statt. Im allgemeinen
wird in der vorliegenden Erfindung der Metallkomplex bei einer solchen Konzentration verwendet,
dass das Molverhältnis
Metallkomplex zu Heteropolysäure
oder -anion etwa 0,1:1 bis etwa 6:1, bevorzugter etwa 0,5:1 bis
etwa 1,5:1 beträgt.
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Die
resultierende Mischung, die das Verankerungsmittel und den Metallkomplex
enthält,
kann mit dem Trägermaterial
wie es ist in Kontakt gebracht werden, oder alternativ kann die
resultierende Lösung
oder Suspension getrocknet und dann vor dem In-Kontakt-Bringen mit
einem der oben angeführten
Trägermaterialien in
einem vergleichbaren Lösungsmittel
aufgeschlämmt
werden. Dieses In-Kontakt-Bringen
findet im Allgemeinen in einem Lösungsmittel
bei einer Temperatur von etwa –25°C bis etwa
250°C über eine
Zeitspanne von etwa 1 min bis etwa 50 h statt. Vorzugsweise findet
dieses In-Kontakt-Bringen bei einer Temperatur von etwa 25°C bis etwa
50°C über eine
Zeitspanne von etwa 3 h bis etwa 12 h statt. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden
Erfindung liegt die Verankerungsmittelund Metallkomplex-Lösung oder
-Suspension zu etwa 0,01 bis etwa 150 Gew.-% des in diesem Kontaktierungsschritt
verwendeten Trägers
vor. Lösungsmittel,
die in beiden Schritten dieser Ausführungsform verwendet werden
können,
umfassen Niederalkohole (C1-C5), Ether, Ester, Ketone und aliphatische
oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Mischungen.
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Der
feste geträgerte
Katalysator dieser Erfindung kann dann gegebenenfalls unter Verwendung
von dem Fachmann bekannten Techniken, wie Dekantieren, Filtration
oder Zentrifugation, gewonnen werden. Der feste geträgerte Katalysator
kann verwendet werden, wie er ist, oder er kann gegebenenfalls mit
einem der oben erwähnten
Lösungsmittel
vor der Verwendung gewaschen werden, um jegliches nicht-geträgerte Material zu
entfernen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein geträgerter Katalysatorkomplex hergestellt,
indem man eine geträgerte
Katalysator-Vorstufe mit einem im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden
in Kontakt bringt. Die Herstellung einer geträgerten metallhaltigen Katalysator-Vorstufe
wird von Tanielyan et al. in den oben angegebenen US-Patenten beschrieben.
Wenn sie hergestellt ist, wird die geträgerte Katalysator-Vorstufe
dann mit einem vorstehend beschriebenen, im Wesentlichen enantiomer
reinen Phosphinaminophosphin-Liganden in Kontakt gebracht, um den
geträgerten
Metallkomplex zu bilden.
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Die
geträgerte
Katalysator-Vorstufe zur Verwendung hierin umfasst einen Träger, ein
Verankerungsmittel und ein Metallsalz oder einen Metallkomplex,
aus dem eine katalytisch aktive Einheit hergestellt werden kann.
Beispiele für
Katalysator-Vorstufen-Materialien
umfassen Rhodiumcyclooctadien-Dimer, Bis(cyclooctadien)rhodiumtetrafluoroborat,
Bis(cyclooctadien)rhodiumtrifluormethansulfonat, Bis(norbornadien)rhodiumtetrafluoroborat,
Rutheniumcyclooctadien-Dimer, Allylpalladiumchlorid-Dimer und Rhodiumchlorid.
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Die
Konzentration des im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden,
der zu der geträgerten
Katalysator-Vorstufe gegeben wird, beträgt typisch etwa 1 bis etwa
6 mMol pro mMol geträgertes
Katalysator-Vorstufen-Material.
Die Behandlung der geträgerten
Katalysator-Vorstufe mit dem im Wesentlichen enantiomer reinen Phosphinaminophosphin-Liganden
findet typisch in einem Lösungsmittel
bei Temperaturen von etwa –25°C bis etwa
250°C und
bevorzugt etwa 25°C
bis etwa 50°C über eine
Zeitspanne von etwa 1 min bis etwa 50 h statt. Bevorzugte Lösungsmittel
für diese
Ausführungsform
umfassen Niederalkohole (C1-C5), Ether, Ester, Ketone und aliphatische
oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Mischungen.
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Der
feste geträgerte
Katalysator dieser Erfindung kann dann gegebenenfalls unter Verwendung
von dem Fachmann bekannten Techniken, wie Dekantieren, Filtration
oder Zentrifugation, gewonnen werden. Der feste geträgerte Katalysator
kann verwendet werden, wie er ist, oder er kann gegebenenfalls vor
der Verwendung mit einem der vorstehenden Lösungsmittel gewaschen werden,
um jegliches nichtgeträgerte
Material zu entfernen.
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Diese
geträgerten
Komplexe der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um asymmetrische
katalytische Reaktionen durchzuführen.
Beispiele für
derartige Reaktionen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein:
asymmetrische Hydrierungen, asymmetrische Reduktionen, asymmetrische
Hydroborierungen, asymmetrische Olefin-Isomerisierungen, asymmetrische
Hydrosilylierungen, asymmetrische Allylierungen, asymmetrische Hydroformylierungen
und asymmetrische organometallische Additionen. Eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der geträgerten Komplexe
für asymmetrische
Hydrierungsreaktionen, für
die ein Beispiel die katalytische asymmetrische Hydrierung von prochiralen
substituierten α, β-ungesättigten
Säuren
oder Estern oder anderen prochiralen Substraten ist, um das gesättigte,
chirale Gegenstück
bereitzustellen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Hydrierungsbedingungen
sind jene, die typisch vom Fachmann für die Durchführung einer
derartigen Reaktion verwendet werden.
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Die
verwendete Menge an geträgertem
Katalysatorkomplex kann zwischen 0,000005 und 0,5 Äquivalenten,
bezogen auf die Reaktanten-Verbindung, variieren, wobei mehr Komplex
gewöhnlich
für schnellere
Reaktionen sorgt. Die Atmosphäre
für die
Reaktion ist Wasserstoff, kann aber auch andere Gase oder Materialien enthalten,
die gegenüber
den Reaktionsbedingungen inert sind. Die Reaktion kann bei Atmosphärendruck oder
bei erhöhtem
Druck, im Allgemeinen von etwa 0,5 bis etwa 200 Bar Überdruck
(Barü),
durchgeführt
werden. Die Reaktion wird bei einer Temperatur durchgeführt, welche
eine vernünftige
Umwandlungsgeschwindigkeit liefert und so niedrig sein kann wie –50°C, aber gewöhnlich zwischen
Umgebungstemperatur und dem Siedepunkt (oder scheinbaren Siedepunkt
bei erhöhtem
Druck) der am niedrigsten siedenden Komponente der Reaktionsmischung
liegt. Die Reaktion kann in Anwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden, das
aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie Hexan, Heptan, Octan
und dergleichen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie Toluol, Xylolen
und dergleichen, cyclischen oder acyclischen Ethern, wie tert-Butylmethylether,
Diisopropylether, Tetrahydrofuran und dergleichen, Nieder alkoholen,
wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol und dergleichen,
halogenierten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen,
wie Dichlormethan, Tetrachlorethylen, Chloroform, Chlorbenzol und
dergleichen, Estern, wie Methylacetat, Ethylacetat, Methylpropionat,
Isopropylacetat und dergleichen, Dialkylketonen, wie Aceton, 2-Butanon, 3-Pentanon,
Methylisopropylketon, Methylisobutylketon und dergleichen, oder
polaren aprotischen Lösungsmitteln,
wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid oder dergleichen oder Mischungen
derselben, ausgewählt
ist. Die Produkte einer derartigen Reaktion werden im Allgemeinen
mit hohem enantiomerem Überschuss
( > 85% ee) erhalten.
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Wie
vorstehend erwähnt,
können
die hierin beschriebenen geträgerten
Katalysatoren mehrere Male ohne wesentlichen Verlust an katalytischer
Aktivität
oder Enantioselektivität
wiederverwendet werden. Die Möglichkeit,
die geträgerten
Katalysatoren dieser Erfindung wiederzuverwenden, ist überraschend
und unerwartet, da der Fachmann erwarten würde, dass ein Phosphinaminophosphin-Katalysator aufgrund
der Spaltung der Stickstoff-Phosphor-Bindung des Aminophosphins über fortgesetzte
Verwendungen verschlechtert oder desaktiviert wird, selbst wenn
man in der Lage wäre,
ihn an einem Träger
zu fixieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn derartige Phosphinaminophosphin-Katalysatoren
alkoholischen Lösungsmitteln
ausgesetzt werden. Selbstverständlich
würde die
Spaltung der Stickstoff-Phosphor-Bindung einen Verlust an katalytischer
Aktivität
und Enantioselektivität
zur Folge haben.
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Beispiele
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Die
neuen Verbindungen und Verfahren, die von der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt werden, werden weiter durch die folgenden Beispiele
erläutert.
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Beispiel 1
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Ein
Reaktor, der Al2O3/PTA-Träger (0,4221
g) enthielt, wurde mehrere Male mit Argon evakuiert und wieder gefüllt, bevor
15 ml entgastes absolutes Ethanol über eine Kanüle zugegeben
wurden. Nach dieser Zugabe wurde die Kanüle entfernt und der Reaktor
wurde etwa 10 Minuten, oder bis keine Blasen beobachtet wurden,
evakuiert. Während
dieser Zeit wurden Bis(norbornadien)rhodiumtetrafluoroborat (0,0075
g; 20 Mikromol) und (R)-N-Diphenylphosphino-1-[(S)-2-(Diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamin
(1, R = R1 = CH3,
R2 = R3 = Ph, n
= m = 0, M = Fe) (0,0122 g; 20 Mikromol) abgewogen und in einen
10 ml-Messkolben überführt. Nach
Evakuieren des Inhalts des Kolbens für etwa 5 Minuten wurde der
Inhalt bis zur Marke mit absolutem Ethanol verdünnt und 25 Minuten beschallt.
Der Inhalt dieses Kolbens wurde dann über eine Kanüle mit langsamer
Geschwindigkeit (~10 Minuten) in den Reaktor gegeben. Nach vollständiger Zugabe
und Entfernung der Kanüle
wurde der Reaktor mindestens dreimal evakuiert, mit Argon wieder
gefüllt
und dann zum Rühren
(~550 U/min) über
Nacht in ein Wasserbad (37°C)
gegeben. Am nächsten
Tag wurde der Träger
3-bis 4-mal mit
absolutem Ethanol gewaschen und dann unter Vakuum getrocknet.
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Beispiel 2
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Ein
Reaktor, der Al2O3/PTA-Träger (0,4221
g) enthielt, wurde mehrere Male evakuiert und wieder mit Argon gefüllt, bevor
15 ml entgastes absolutes Ethanol über eine Kanüle zugegeben
wurden. Nach dieser Zugabe wurde die Kanüle entfernt und der Reaktor
wurde etwa 10 Minuten oder bis keine Blasenbildung beobachtet wurde,
evakuiert. Während
dieser Zeit wurde Bis(cyclooctadien)rhodiumtetrafluoroborat (0,0081
g; 20 Mikromol) abgewogen und in einen 10 ml-Messkolben überführt. Nach Evakuieren des Inhalts
des Kolbens für etwa
5 Minuten wurde der Kolben bis zur Marke mit absolutem Ethanol verdünnt. Der
Inhalt dieses Kolbens wurde dann über eine Kanüle mit langsamer
Geschwindigkeit (~10 Minuten) in den Reaktor gegeben. Nach vollständiger Zugabe
und Entfernung der Kanüle
wurde der Reaktor mindestens dreimal evakuiert, wieder mit Argon
gefüllt
und dann in ein Wasserbad (37°C)
zum Rühren
(~550 U/min) über
Nacht gegeben. Am nächsten Tag
wurde der Träger
zweimal mit absoluten Ethanol gewaschen. An diesem Punkt kann der
Träger
für die weitere
Verwendung getrocknet oder in 15 ml absolutem Ethanol resuspendiert
werden. Eine Lösung,
die 20 Mikromol (R)-N-Diphenylphosphino-1-[(S)-2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamin
(1, R = R1 = CH3,
R2 = R3 = Ph, n
= m = 0, M = Fe) (0,0122 g) enthielt, wurde zu dem Träger getropft,
und der Inhalt wurde über
Nacht bei einer Temperatur von 37°C
gerührt.
Am nächsten
Tag wurde der Träger
3- bis 4-mal mit absolutem Ethanol gewaschen und dann unter Vakuum
getrocknet.
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Beispiel 3
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Der
in Beispiel 1 beschriebene geträgerte
Komplex wurde an eine Wasserstoffleitung angeschlossen und das gesamte
System wurde 8-mal evakuiert, bevor der Träger Wasserstoff ausgesetzt
wurde. Es wurde eine Farbänderung
beobachtet, sobald der Träger
Wasserstoff ausgesetzt wurde (von orange zu rot-orange). Zu diesem
Zeitpunkt wurden 15 ml 15% Toluol/abs.Ethanol über eine Spritze zugegeben,
gefolgt von der gewünschten
Menge an Dimethylitaconat (8,5 ml für eine Reaktion mit einer Umsatzzahl
von 3000). Die Hydrierung wurde bei Umgebungstemperatur unter 50
psig Wasserstoff durchgeführt
und eine Wasserstoffaufnahme folgte. Nach Beendigung der Reaktion
wurde der Überstand
entfernt und der Reaktor wurde mit einer zweiten Charge Lösungsmittel
und Substrat beschickt, wie oben beschrieben. Der geträgerte Komplex
wurde für
insgesamt sieben Ansätze
verwendet. Die Geschwindigkeitsdaten aus diesen Ansätzen sind
in 1 grafisch dargestellt und die Umsatzfrequenzen
und enantiomeren Überschüsse des
Produkts sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Tabelle
1. TON ist die Gesamt-Umsatzzahl des geträgerten Katalysators. TOF ist
die Katalysator-Umsatzfrequenz pro Stunde in den anfänglichen
Stadien der Reaktion.
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Beispiel 4
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Der
in Beispiel 2 beschriebene geträgerte
Komplex wurde an eine Wasserstoffleitung angeschlossen und das gesamte
System wurde 8-mal evakuiert, bevor der Träger Wasserstoff ausgesetzt
wurde. Es wurde eine Farbänderung
beobachtet, sobald der Träger
Wasserstoff ausgesetzt wurde (von orange zu rot-orange). Zu diesem
Zeitpunkt wurde 15 ml 15% Toluol/abs.Ethanol über eine Spritze zugegeben,
gefolgt von der gewünschten
Menge an Dimethylitaconat (8,5 ml für eine Reaktion mit einer Umsatzzahl
von 3000). Die Hydrierung wurde bei Umgebungstemperatur unter 50
psig Wasserstoff durchgeführt
und eine Wasserstoffaufnahme folgte. Nach Beendigung der Reaktion
wurde der Überstand
entfernt und der Reaktor wurde mit einer zweiten Charge Lösungsmittel
und Substrat beschickt, wie oben beschrieben. Der geträgerte Komplex
wurde für
insgesamt fünf
Ansätze
verwendet. Die Geschwindigkeitsdaten aus diesen Ansätzen sind
in 2 grafisch dargestellt, und die Umsatzfrequenzen
und enantiomeren Überschüsse des
Produkts sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Tabelle
2. TON ist die Gesamt-Umsatzzahl des geträgerten Katalysators. TOF ist
die Katalysator-Umsatzfrequenz pro Stunde in den anfänglichen
Stadien der Reaktion.
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Beispiel 5
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Phosphorwolframsäure auf
Kohlenstoff (0,164 g; enthält
10 μMol
Phosphorwolframsäure)
und 1,5-Cyclooctadienrhodium-(R)-N-diphenylphosphino-1-[(S)-2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamin
(10 μMol) wurden
in 15 ml 5% Toluol in Methanol unter Argon vereinigt. Die Mischung
wurde über
Nacht gerührt,
was eine Suspension des geträgerten
Katalysators lieferte. Der Überstand
wurde über
eine Kanüle
entfernt und der Festkörper
wurde gewaschen, bis die Waschlösungen
farblos waren. Dazu wurden 40 ml mit Argon entgastes 3% Toluol in
Methanol gegeben. Die Suspension wurde gerührt und frisch gereinigtes
Dimethylitaconat (14,1 ml; 100 mMol; S:C 10.000) wurde dazugegeben.
Die Reaktionsmischung wurde auf 40°C erwärmt und die Argonatmosphäre wurde
durch 75 psig Wasserstoff ersetzt. Die Reaktionsmischung wurde gerührt und
eine Wasserstoffaufnahme folgte. Nach Beendigung der Reaktion wurde
der Überstand
entfernt und der Reaktor wurde mit einer zweiten Charge Lösungsmittel
und Substrat beschickt, wie oben beschrieben. Der geträgerte Komplex
wurde für
insgesamt fünf
Ansätze
verwendet. Die Geschwindigkeitsdaten aus diesen Ansätzen sind in 3 grafisch
dargestellt und die Umsatzfrequenzen und enantiomeren Überschüsse des
Produkts sind in Tabelle 3 gezeigt.
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Tabelle
3. TON ist die Gesamt-Umsatzzahl des geträgerten Katalysators. TOF ist
die Katalysator-Umsatzfrequenz pro Stunde in den anfänglichen
Stadien der Reaktion.
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Beispiel 6
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Phosphorwolframsäure auf
Kohlenstoff (0,082 g; enthält
5 μMol Phosphorwolframsäure) und
1,5-Cyclooctadienrhodium-(R)-N-diphenylphosphino-1-[(S)-2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamin
(5 μMol)
wurden in 15 ml 5% Toluol in Methanol unter Argon vereinigt. Die
Mischung wurde über
Nacht gerührt,
was eine Suspension des geträgerten
Katalysators lieferte. Der Überstand
wurde über
eine Kanüle
entfernt und der Festkörper
wurde gewaschen, bis die Waschlösungen
farblos waren. Dazu wurden 120 ml mit Argon entgastes Methanol gegeben.
Die Suspension wurde gerührt
und frisch gereinigtes Dimethylitaconat (100 ml; 708 mMol; S:C 141.600)
wurde dazugegeben. Die Reaktion wurde auf 50°C erwärmt und die Argonatmosphäre wurde durch
75 psig Wasserstoff ersetzt. Die Reaktionsmischung wurde etwa 15
Stunden gerührt,
was das Dimethylitaconat vollständig
aufbrauchte und Dimethyl-(R)-2-methylsuccinat mit 88% ee und einer
katalytischen Aktivität
von 12.500 Umwandlungen pro Stunde lieferte.
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Die
Erfindung wurde in Einzelheiten mit spezieller Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen derselben
beschrieben, aber es versteht sich, dass Abwandlungen und Modifikationen
innerhalb des Geistes und Bereichs der Erfindung durchgeführt werden
können.