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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur enantioselektiven
Hydrierung von prochiralen Ketonen zu (S)-Alkoholen mit Platinkatalysatoren
in Gegenwart von Cinchoninen oder Quinidinen als Modifikatoren und
Wasserstoff, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man als Modifikatoren
in 3-Stellung unsubstituierte Cinchonine, 3-Ethylidenyl- oder 9-Methoxycinchonine
oder Derivate davon, in denen der Chinolinring durch andere Ringe
ersetzt ist, verwendet.
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Die
enantioselektive Hydrierung von α-Ketoestern
mit Platinkatalysatoren in Gegenwart von Cinchonidin oder Cinchonin
und Derivaten dieser Chinuklidine ist von H.-U. Blaser et al. in
Catalysis Today 37 (1997), Seiten 441 bis 463, beschrieben worden.
Aus dieser Publikation ist auch bekannt, dass die Enantioselektivität in Gegenwart
von Cinchonidin zur Herstellung von (R)-Alkoholen erheblich höher ist
als in Gegenwart von Cinchonin zur Herstellung von (S)-Alkoholen.
Die gleiche Beobachtung macht B. Török et al. in Chem. Comm. (1999),
Seiten 1725 bis 1726 bei der enantioselektiven Hydrierung eines α-Ketodiacetals.
Die Hydrierung von α-Ketoacetalen
ist auch von M. Studer et al. in Chem. Comm. (1999), Seiten 1727
bis 1728 beschrieben. H. U. Blaser beschreibt in J. Am. Chem. Soc.
(2000) 122, Seiten 12675 bis 12682 den Einfluss der Modifikation von
Cinchonaalkaloiden bei der Hydrierung von Ethylpyruvat mit Cinchona-modifizierten
Platinkatalysatoren. Es wird festgestellt, dass die Substitution
in 3-Stellung des Chinuklidinrestes praktisch keinen oder nur einen geringen
Einfluss hat. Im Zusammenhang mit der Bestimmung der pKa Werte
von Cinchonaalkaloiden erwähnen
C. Drzewiczak et al. in Polish J. Che., 67, 48ff (1993) 3-Ethyliden-cinchonin
ohne Angabe einer Synthese oder Verwendung.
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Es
wurde nun überraschend
gefunden, dass bei der Hydrierung von prochiralen Ketonen zu (S)-Alkoholen
mit Wasserstoff eine deutlich höhere
Katalysatoraktivität
und erhöhte
Enantioselektivität
erzielt werden kann, wenn man Platinkatalysatoren mit 3-Ethyliden-
oder 9-Methoxy-cinchoninen oder Derivaten davon, in denen der Chinolinring
durch andere Ringe ersetzt ist, modifiziert. Die optische Ausbeute
an (S)-Alkoholen kann über
90% ee betragen und derart hohe Ausbeuten konnten bislang bei der
Herstellung von (S)-Alkoholen auf diesem Hydrierweg nur durch die
Anwendung von Ultraschall (B. Török et al.,
Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 151) oder durch kontinuierliche
Zugabe vom Modifikator (C. LeBlond et al., JACS 121 (1999) 4920 erzielt
werden.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur enantioselektiven Hydrierung
von prochiralen Ketonen zu (S)-Alkoholen mit Platinkatalysatoren
in Gegenwart von Cinchoninen oder Chinidinen als Modifikatoren und in
Gegenwart von Wasserstoff, das dadurch gekennzeich net ist, dass
man als Modifikatoren Cinchonine aus der Gruppe in 3-Stellung unsubstituierte
Cinchonine, 3-Ethylidenyl- oder 9-Methoxy-cinchonine oder Derivate davon,
in denen der Chinolinring durch andere Ringe ersetzt ist, verwendet.
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Prochirale
Ketone sind vielfach bekannt. Bei den prochiralen α-Ketonen
kann es sich um gesättigte oder
ungesättigte,
offenkettige oder cyclische Verbindungen handeln, die vorzugsweise
5 bis 30, besonders bevorzugt 5 bis 20 C-Atome enthalten, die unsubstituiert
oder substituiert sind mit Resten, die unter den Hydrierbedingungen
stabil sind. Die Kohlenstoffkette kann durch Heteroatome bevorzugt
aus der Gruppe -O-, =N- und -NR'-
unterbrochen sein, worin R' für H, C1-C8-Alkyl, bevorzugt
C1-C4-Alkyl, C5-C8-Cycloalkyl wie
zum Beispiel Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cyclooctyl, C6-C10-Aryl wie zum Beispiel Phenyl oder Naphthyl,
oder C7-C12-Aralkyl
wie zum Beispiel Phenylmethyl oder Phenylethyl, steht. Die prochiralen
Ketone enthalten bevorzugt in α-Stellung
eine aktivierende Gruppe, zum ein Carboxyl-, Carbonsäureester-,
Acetal-, Keto- oder Ethergruppe.
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Bei
den prochiralen Ketonen kann es sich zum Beispiel um α-Ketocarbonsäuren, α-Ketocarbonsäureester, α-Ketoether, α-Ketoacetale
und α,β-Diketone
handeln. Diese prochiralen Ketone können den Formeln I, II, III,
IV und V entsprechen,
worin
R
1, R
2, R
3 und
R
6 unabhängig
voneinander einen monovalenten, gesättigten oder ungesättigten
aliphatischen Rest mit ein 1 bis 12 C-Atomen, einen gesättigten
oder ungesättigten
cyloaliphatischen Rest mit 3 bis 8 C-Atomen, einen gesättigten
oder ungesättigten
heterocycloaliphatischen Rest mit 3 bis 8 Ringgliedern und ein oder zwei
Heteroatomen aus der Gruppe O, N und NR', einen gesättigten oder ungesättigten
cycloaliphatisch-aliphatischen Rest mit 4 bis 12 C-Atomen, einen
gesättigten
oder ungesättigten
heterocycloaliphatisch-aliphatischen Rest mit 3 bis 12 C-Atomen
und ein oder zwei Heteroatomen aus der Gruppe O, N und NR', einen aromatischen
Rest mit 6 bis 10 C-Atomen, einen heteroaromatischen Rest mit 4
bis 9 C-Atomen und ein oder zwei Heteroatomen aus der Gruppe O und
N, einen aromatisch-aliphatischen Rest mit 7 bis 12 C-Atomen oder
einen heteroaromatisch-aliphatischen Rest mit 5 bis 11 C-Atomen
und ein oder zwei Heteroatomen aus der Gruppe O und N bedeuten,
wobei R' für H, C
1-C
8-Alkyl, bevorzugt
C
1-C
4-Alkyl, C
5- oder C
6-Cycloalkyl, C
6-C
10-Aryl wie zum
Beispiel Phenyl oder Naphthyl, C
7-C
12-Aralkyl wie zum Beispiel Phenylmethyl
oder Phenylethyl steht,
R
1 und R
2 oder R
1 und R
6 zusammen C
1-C
6-Alkylen oder C
3-C
8-1,2-Cycloalkylen oder mit 1,2-Phenylen
kondensiertes C
2-C
4-Alkylen
oder C
3-C
8-Cycloalkylen
darstellen, und R
3 die zuvor angebenen Bedeutungen
hat,
R
2 und R
3 zusammen
C
1-C
6-Alkylen, C
1-C
8-Alkyliden, C
3-C
8-1,2-Cycloalkylen,
C
3-C
8-Cycloalkyliden, Benzyliden,
1,2-Phenylen, 1,2-Pyridinylen, 1,2-Naphthylen oder mit 1,2-Cycloalkylen oder
1,2-Phenylen kondensiertes C
3-C
4-Alkylen
oder C
3-C
8-1,2-Cycloalkylen
darstellen, und R
1 die zuvor angebenen Bedeutungen
hat, und R
1, R
2,
R
3 und R
6 unsubstituiert
oder substituiert sind mit einem oder mehreren, gleichen oder verschiedenen Resten
ausgewählt
aus der Gruppe C
1-C
4-Alkyl,
C
2-C
4-Alkenyl, C
1-C
4-Alkoxy, C
1-C
4-Halogenalkyl,
C
1-C
4-Hydroxyalkyl,
C
1-C
4-Alkoxymethyl
oder -ethyl, C
1-C
4-Halogenalkoxy,
Cyclohexyl, Cyclohexyloxy, Cyclohexylmethyl, Cyclohexylmethyloxy,
Phenyl, Phenyloxy, Benzyl, Benzyloxy, Phenylethyl, Phenylethyloxy,
Halogen, -OH, -OR
4, -OC(O)R
4,
-NH
2, -NHR
4, -NR
4R
5, -NH-C(O)-R
4, -NR
4-C(O)-R
4, -CO
2R
4,
-CO
2-NH
2, -CO
2-NHR
4, -CO
2-NR
4R
5, worin R
4 und R
5 unabhängig voneinander
C
1-C
4-Alkyl, Cyclohexyl,
Cyclohexylmethyl, Phenyl oder Benzyl darstellen.
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Die
heterocyclischen Reste sind über
ein Ring-C-Atom an die O-Atome oder das C-Atom der Carbonylgruppe
in den Verbindungen der Formeln I, II, III, IV und V gebunden.
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Bevorzugte
Substituenten sind Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl, n- und t-Butyl,
Vinyl, Allyl, Methyloxy, Ethyloxy, n- und i-Propyloxy, n- und t-Butyloxy,
Trifluormethyl, Trichlormethyl, β-Hydroxyethyl, Methoxy-
oder Ethoxymethyl oder -ethyl, Trifluormethoxy, Cyclohexyl, Cyclohexyloxy,
Cyclohexylmethyl, Cyclohexylmethyloxy, Phenyl, Phenyloxy, Benzyl,
Benzyloxy, Phenylethyloxy, Phenylethyl, Halogen, -OH, -OR4, -OC(O)R4, -NH2, -NHR4, -NR4R5, -NH-C(O)-R4,
-NR4-C(O)-R4, -CO2R4, -CO2-NH2, -CO2-NHR4, -CO2-NR4R5, worin R4 und R5 unabhängig voneinander
C1-C4-Alkyl, Cyclohexyl,
Cyclohexylmethyl, Phenyl oder Benzyl darstellen.
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Bei
dem aliphatischen Rest handelt es sich bevorzugt um Alkyl, das linear
oder verzweigt sein kann, und bevorzugt 1 bis 8, besonders bevorzugt
1 bis 4 C-Atome enthält,
bzw. bevorzugt Alkenyl oder Alkinyl, die linear oder verzweigt sein
können
und bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 4 C-Atome enthalten.
Stellen R2 und R3 Alkenyl
oder Alkinyl dar, befindet sich die ungesättigte Bindung bevorzugt in β-Stellung
zum O-Atom. Beispiele sind Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl. n-, i-
und t-Butyl, Pentyl, i-Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl,
Undecyl und Dodecyl, Vinyl, Allyl, Ethinyl und Propargyl. Eine bevorzugte
Gruppe der aliphatischen Reste sind Methyl, Ethyl, n- und i- Propyl,
n-, i- und t-Butyl.
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Bei
dem cycloaliphatischen Rest handelt es sich bevorzugt um Cycloalkyl
oder Cycloalkenyl mit bevorzugt 3 bis 8, besonders bevorzugt 5 oder
6 Ring-C-Atomen. Einige Beispiele sind Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl,
Cyclohexyl, Cycloheptyl und Cyclooctyl, sowie Cyclopentenyl, Cyclohexenyl
und Cyclohexadienyl. Besonders bevorzugt sind Cyclopentyl und Cyclohexyl.
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Bei
dem heterocycloaliphatischen Rest handelt es sich bevorzugt um Heterocycloalkyl
oder Heterocycloalkenyl mit bevorzugt 3 bis 6 C-Atomen, 4 bis 7
Ringgliedern, und Heteroatomen, ausgewählt aus der Gruppe -O- und
-NR'-, worin R' für H, C1-C8-Alkyl, bevorzugt
C1-C4-Alkyl, C5- oder C6-Cycloalkyl,
C6-C10-Aryl wie
zum Beispiel Phenyl oder Naphthyl, Phenyl oder Phenylethyl steht.
Einige Beispiele sind Pyrrolidinyl, Pyrrolinyl, Tetrahydrofuranyl,
Dihydrofuranyl und Piperanzinyl.
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Bei
dem cycloaliphatisch-aliphatischen Rest handelt es sich um bevorzugt
Cycloalkyl-alkyl oder -alkenyl mit bevorzugt 3 bis 8, besonders
bevorzugt 5 oder 6 Ring-C-Atomen, und bevorzugt 1 bis 4 bzw. 2–4, besonders
bevorzugt 1 oder 2, bzw. 2 oder 3 C-Atomen in der Alkylgruppe bzw.
Alkenylgruppe. Beispiele sind Cyclopentyl- oder Cyclohexylmethyl
oder -ethyl und Cyclopentyl- oder Cyclohexylethenyl.
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Bei
dem heterocycloaliphatisch-aliphatischen Rest handelt es sich bevorzugt
um Heterocycloalkyl-alkyl oder -alkenyl mit bevorzugt 3 bis 6 C-Atomen,
4 bis 7 Ringgliedern, und Heteroatomen, ausgewählt aus der Gruppe -O- und
-NR'-, worin R' für H, C1-C8-Alkyl, bevorzugt
C1-C4-Alkyl, C5- oder C6-Cycloalkyl,
C8-C10-Aryl wie
zum Beispiel Phenyl oder Naphthyl, Phenyl oder Phenylethyl bedeutet,
und bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 oder 2 C-Atomen in
der Alkylgruppe bzw. 2 bis 4 und besonders bevorzugt 2 oder 3 C-Atomen
in der Alkenylgruppe. Beispiele sind Pyrrolidinylmethyl oder -ethyl
oder -ethenyl, Pyrrolinylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl, Tetrahydrofuranylmethyl
oder -ethyl oder -ethenyl, Dihydrofuranylmethyl oder -ethyl oder
-ethenyl, und Piperazinylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl.
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Bei
den aromatischen Resten handelt es sich besonders um Naphthyl und
insbesondere um Phenyl.
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Bei
den aromatisch-aliphatischen Resten handelt es sich bevorzugt um
Phenyl- oder Naphthyl-C1-C4-Alkyl
oder -C2-C4-Alkenyl.
Einige Beispiele sind Benzyl, Naphthylmethyl, β-Phenylethyl und β-Phenylethenyl.
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Bei
den heteroaromatischen Resten handelt es sich bevorzugt um 5- oder
6-gliedrige, gegebenenfalls kondensierte Ringsysteme. Einige Beispiele
sind Pyridinyl, Pyrimidinyl, Pyrazinyl, Pyrrolyl, Furanyl, Oxazolyl, Imidazolyl,
Benzofuranyl, Indolyl, Benzimidazolyl, Chinolinyl, Isochinolinyl,
Chinazolinyl, Chinoxalinyl.
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Bei
den heteroaromatisch-aliphatischen Resten handelt es sich bevorzugt
um 5- oder 6-gliedrige,
gegebenenfalls kondensierte Ringsysteme, die über eines ihrer C-Atome an
die freie Bindung einer Alkylgruppe oder Alkenylgruppe gebunden
sind, wobei die Alkylgruppe bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt
1 oder 2 C-Atome enthält,
und die Alkenylgruppe bevorzugt 2 bis 4, besonders bevorzugt 2 oder
3 C-Atome enthält. Einige
Beispiele sind Pyridinylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl, Pyrimidinylmethyl
oder -ethyl oder -ethenyl, Pyrrolylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl,
Furanylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl, Imidazolylmethyl oder -ethyl oder
-ethenyl, Indolylmethyl oder -ethyl oder -ethenyl.
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Bei
R6 handelt es sich bevorzugt um aliphatische,
cycloaliphatische oder araliphatische Reste, und besonders bevorzugt
um lineares C1-C4-Alkyl.
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Bevorzugtere
Verbindungen der Formeln I, II, III, IV und V umfassen solche, worin
R1, R2, R3 und
R6 unabhängig
voneinander, lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, C4-C7-Cycloalkyl
oder C4-C6 Heterocycloalkyl
mit Heteroatomen aus der Gruppe O und N, C6-C10-Aryl
oder C4-C9-Heteroaryl
mit Heteroatomen aus der Gruppe O und N, C4-C7-Cycloalkyl-C1-C4-Alkyl
oder C3-C6-Heterocycloalkyl-C1-C4-Alkyl mit Heteroatomen
aus der Gruppe O und N, C6-C10-Aryl-C1-C4-Alkyl oder C4-C9-Heteroaryl-C1-C4-Alkyl mit Heteroatomen
aus der Gruppe O und N bedeuten,
R1 und
R2 oder R1 und R6 zusammen C1-C4-Alkylen oder C4-C7-1,2-Cycloalkylen oder mit 1,2-Phenylen
kondensiertes C2-C4-Alkylen
oder C4-C7-Cycloalkylen
darstellen, und R3 die zuvor angebenen Bedeutungen
hat,
R2 und R3 zusammen
C1-C4-Alkylen, C1-C4-Alkyliden, C4-C7-1,2-Cycloalkylen,
C4-C7-Cycloalkyliden,
Benzyliden, 1,2-Phenylen, 1,2-Pyridinylen, 1,2-Naphthylen oder mit
1,2-Cycloalkylen oder 1,2-Phenylen kondensiertes C3-C4-Alkylen oder C4-C7-Cycloalkylen darstellen, und R1 die
zuvor angebenen Bedeutungen hat,
wobei R1,
R2, R3 und R6 unsubstituiert oder substituiert sind mit
einem oder mehreren, gleichen oder verschiedenen Resten ausgewählt aus
der Gruppe C1-C4-Alkyl,
C1-C4-Alkoxy, C1-C4-Halogenalkyl,
C1-C4-Hydroxyalkyl, C1-C4-Alkoxymethyl
oder -ethyl, C1-C4-Halogenalkoxy,
Cyclohexyl, Cyclohexyloxy, Cyclohexylmethyl, Cyclohexylmethyloxy,
Phenyl, Phenyloxy, Benzyl, Benzyloxy, Phenylethyl, Phenylethyloxy,
Halogen, -OH, -OR4, -OC(O)R4,
-NH2, -NHR4, -NR4R5, -NH-C(O)-R4, -NR4-C(O)-R4, -CO2R4,
-CO2-NH2, -CO2-NHR4, -CO2-NR4R5, worin
R4 und R5 unabhängig voneinander
C1-C4-Alkyl, Cyclohexyl,
Phenyl oder Benzyl darstellen.
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Eine
bevorzugte Untergruppe der Verbindungen der Formeln I, II, III,
IV und V sind solche, worin
R1, R2, R3 und R6 unabhängig
voneinander, lineares oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, C2-C4-Alkenyl,
C5-C6-Cycloalkyl,
Phenyl, Phenylethenyl, C5-C6-Cycloalkyl-C1-C2-Alkyl, oder
C6-C10-Aryl-C1-C2-Alkyl bedeuten,
R1 und
R2 oder R1 und R6 zusammen C1-C3-Alkylen oder C5-C6-1,2-Cycloalkylen darstellen,
R2 und R3 zusammen
C2-C4-Alkylen, C1-C4-Alkyliden, C5-C6-1,2-Cycloalkylen,
C5-C6-Cycloalkyliden,
Benzyliden, 1,2-Phenylen darstellen,
wobei R1,
R2, R3 und R6 unsubstituiert oder wie zuvor definiert
substituiert sind.
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Eine
besonders bevorzugte Untergruppe der Verbindungen der Formeln I,
II, III, IV und V sind solche, worin
R1 und
R6 C1-C4-Alkyl,
C2-C4-Alkenyl, Cyclohexyl,
Phenyl, Benzyl, Phenylethyl, oder Phenylethenyl darstellt,
R2 und R3 unabhängig voneinander,
lineares oder verzweigtes C1-C4-Alkyl,
Cyclohexyl, Phenyl, Benzyl oder Phenylethyl bedeuten,
R1 und R2 oder R1 und R6 zusammen
C2-C3-Alkylen oder
1,2-Cyclohexylen darstellen,
R2 und
R3 zusammen C2-C3-Alkylen, C1-C4-Alkyliden, 1,2-Cyclohexylen, Cyclohexyliden,
Benzyliden oder 1,2-Phenylen darstellen,
wobei R1,
R2, R3 und R6 unsubstituiert oder substituiert sind mit
Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl,
n- und t-Butyl, Vinyl, Allyl, Methyloxy, Ethyloxy, n- und i-Propyloxy,
n- und t-Butyloxy, Trifluormethyl, Trichlormethyl, β-Hydroxyethyl,
Methoxy- oder Ethoxymethyl oder -ethyl, Trifluormethoxy, Cyclohexyl,
Cyclohexyloxy, Cyclohexylmethyl, Cyclohexylmethyloxy, Phenyl, Phenyloxy,
Benzyl, Benzyloxy, Phenylethyloxy, Phenylethyl, Halogen, -OH, -OR4, -OC(O)R4, -NH2, -NHR4, -NR4R5, -NH-C(O)-R4, -NR4-C(O)-R4, -CO2R4,
-CO2-NH2, -CO2-NHR4, -CO2-NR4R5, worin R4 und R5 unabhängig voneinander
C1-C4-Alkyl, Cyclohexyl,
Cyclohexylmethyl, Phenyl oder Benzyl darstellen.
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Die
Verbindungen der Formeln I, II, III, IV und V sind teilweise bekannt
oder in an sich bekannter Weise mittels analoger Verfahren herstellbar.
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Die
Verbindungen der Formeln I, II, III, IV und V werden zu chiralen
sekundären
Alkoholen der Formel VI, VII, VIII und IX hydriert,
worin
R
1, R
2, R
3 und R
6 die zuvor
angegebenen Bedeutungen haben und das Zeichen * für überwiegend
die S-Form eines der Stereoisomeren steht.
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Platinkatalysatoren
sind bekannt, vielfach beschrieben und käuflich. Es kann sowohl Platin
in Metallform, zum Beispiel als Pulver, verwendet werden, als auch,
was bevorzugt ist, auf feinteilige Träger aufgebrachtes Platinmetall.
Geeignete Träger
sind zum Beispiel Kohlenstoff, Metalloxide wie zum Beispiel SiO2, TiO2, Al2O3, Metallsalze,
und natürliche
oder synthetische Silikate. Bei dem Katalysator kann es sich auch
um ein Platinkolloid handeln. Die Menge an Platinmetall auf dem
Träger
kann zum Beispiel 1 bis 10, vorzugsweise 3 bis 8 Gew.-% betragen,
bezogen auf den Träger.
Die Katalysatoren können
vor ihrem Einsatz durch Behandlung mit Wasserstoff bei erhöhter Temperatur
und/oder mit Ultraschall aktiviert werden. Bevorzugte Katalysatoren
sind Platin auf Al2O3.
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Die
erfindungsgemäss
zu verwendenden in 3-Stellung unsubstituierten Cinchonine, 3-Ethylidenyl- oder
9-Methoxy-cinchonine oder Derivate davon können zum Beispiel der Formel
XI mit 8(R),9(S)-Konfiguration entsprechen,
worin
R
9 CH
2=CH- und R
7 Methyl
bedeuten, oder
R
9 für H oder CH
3-CH=
und R
7 für
H oder Methyl stehen, und
R
8 unsubstituiertes
oder mit C
1-C
4-Alkyl
oder C
1-C
4-Alkoxy
substituiertes C
6-C
14-Aryl
oder C
5-C
13-Heteroaryl mit Heteroatomen ausgewählt aus
der Gruppe -N=, -O-, -S- und -N(C
1-C
4-Alkyl)- darstellen.
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R8 als Aryl und Heteroaryl kann ein monocyclischer
oder kondensierter polycyclischer Rest mit vorzugsweise 2 oder drei
Ringen sein. Die Ringe enthalten vorzugsweise 5 oder 6 Ringglieder.
Einige Beispiele sind Phenyl, Furyl, Thiophenyl, N-Methylpyrrolyl,
Pyridinyl, Naphthyl, Tetrahydronaphthyl, Anthracenyl, Phenanthryl,
Chinolinyl, Tetrahydrochinolinyl, Isochinolinyl, Indenyl, Fluorenyl,
Benzofuranyl, Dihydrobenzofuranyl, Benzothiophenyl, Dihydrobenzothiophenyl,
N-Methylindolyl, Dihydro-N-methylindolyl, Dibenzofuranyl, Dibenzothiophenyl
und N-Methylcarbazolyl.
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Die
erfindungsgemäss
zu verwendenden in 3-Stellung unsubstituierten Cinchonine, 3-Ethylidenyl- oder
9-Methoxy-cinchonine oder Derivate davon entsprechen bevorzugt der
Formel XIa mit 8(R),9(S)-Konfiguration,
worin
R
9 CH
2=CH- und R
7 Methyl
bedeuten, oder
R
9 für H oder CH
3-CH=
und R
7 für
H oder Methyl stehen,
R
8 einen Rest
gemäss
einer der Formeln
darstellt
und R
10 H, OH oder C
1-C
4-Alkoxy bedeutet.
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R10 steht bevorzugt für H, OH oder Methoxy.
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Die
Verbindungen der Formel XI mit R9 gleich
CH2=CH- und R7 Methyl
können
in einfacher Weise durch Methylierung der an C9 gebundenen Hydroxylgruppe
von entsprechenden natürlichen
Cinchonaalkaloiden hergestellt werden.
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Die
Verbindungen der Formel XI mit R9 gleich
CH3-CH= können durch Isomerisierung der
R9-Vinylgruppe in Gegenwart von Metallkomplexen,
zum Beispiel Ruthenium/Phosphin-Komplexen, hergestellt werden. Ein
Durchführung
des Verfahrens ist in den Beispielen beschrieben. Man erhält im allgemeinen
Gemische der Z- und E-Isomeren, die als solche direkt verwendet
werden können.
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Die
Verbindungen der Formel XI, die sich nicht von natürlichen
Cinchoninen ableiten, sind zum Beispiel synthetisch zugänglich mittels
Umsetzung von Chinuklidin-N-oxid mit Lithiumalkylen (Li-Methyl oder Li-n-Butyl)
mit Aldehyden R8-CH=O, anschliessende Umsetzung
mit einer Lewissäure
wie zum Beispiel TiCl3, und nachfolgende
alkalische Hydrolyse. Die Diastereomeren können chromatographisch an Silicagel,
und die Enantiomeren können
chromatographisch an chiralen Säulen
getrennt werden. Näheres
ist in den Beispielen beschrieben.
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Das
Platinmetall kann zum Beispiel in einer Menge von 0,01 bis 10, bevorzugt
0,05 bis 10 und besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% verwendet werden,
bezogen auf das eingesetzte prochirale Keton, wobei Mengen von 0,1
bis 3 Gew.-%, beziehungsweise 0,1 bis 1 Gew.-% im allgemeinen genügen. Die
erhöhte
Aktivität
des erfindungsgemäss
zu verwendenden Hydriersystems erlaubt insgesamt niedrigere Mengen
an Katalysator, wodurch das Verfahren wirtschaftlicher ist.
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Der
Modifikator kann zum Beispiel in einer Menge von 0,1 bis 10000,
bevorzugt 1 bis 500 und besonders bevorzugt 10 bis 200 Gew.-% verwendet
werden, bezogen auf das eingesetzte Platinmetall. Der Modifikator
kann zusammen mit dem Platinmetallkatalysator in das Reaktionsgefäss gegeben
werden, oder der Platinmetallkatalysator kann zuvor mit dem Modifikator
imprägniert
werden.
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Die
Hydrierung wird bevorzugt unter einem Wasserstoffdruck von bis zu
200 bar, bevorzugter bis zu 150 bar, und besonders bevorzugt 10
bis 100 bar durchgeführt.
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Die
Reaktionstemperatur kann zum Beispiel von –50 bis 100 °C, bevorzugter
0 bis 50 °C,
und besonders bevorzugt 0 bis 35 °C
betragen. Bei niedrigen Temperaturen können im allgemeinen bessere
Enantioselektivitäten
erzielt werden.
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Die
Reaktion kann ohne oder in einem inerten Lösungsmittel beziehungsweise
Gemische von Lösungsmitteln
durchgeführt
werden. Geeignete Lösungsmittel
sind zum Beispiel aliphatische, cycloaliphatiche und aromatische
Kohlenwasserstoffe (Pentan, Hexan, Petrolether, Cyclohexan, Methylcyclohexan,
Benzol, Toluol, Xylol), Ether (Diethylether, Dibutylether, Ethylenglykoldimethylether,
Ethylenglykoldiethylether, Diethylenglykoldimethylether, Tetrahydrofuran,
Dioxan), Wasser, Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol,
Ethylenglykol, Diethylenglykol, Ethylenglykolmonomethyl- oder monoethyether,
Diethylenglykolmonomethyl- oder monoethyether), Ketone (Aceton,
Methylisobutylketon), Carbonsäureester
und Lactone (Essigsäureethyl-
oder -methylester, Valerolacton), N-substituierte Carbonsäureamide
und Lactame (Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon), und Carbonsäuren (Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure). Mit
der Wahl des Lösungsmittels
kann die optische Ausbeute beinflusst werden. So haben sich zum
Beispiel bei α-Ketoacetalen
und aromatischen α- Ketocarbonsäureestern
aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Xylol) besonders
bewährt,
während
bei aliphatischen α-Ketocarbonsäuren mit
Carbonsäuren
wie zum Beispiel Essisäure
bessere Ergebnisse erzielen lassen.
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Das
erfindungsgemässe
Verfahren kann zum Beispiel so durchgeführt werden, dass man den Katalysator
mit der Stickstoffbase in einem Autoklaven vorlegt, gegebenenfalls
mit einem Lösungsmittel,
dann das prochirale α-Keton
zugibt, danach die Luft mit einem Inertgas wie zum Beispiel Edelgasen
verdrängt,
Wasserstoff aufpresst, und dann die Reaktion gegebenenfalls unter
Rühren
oder Schütteln
startet und solange hydriert, bis keine Wasserstoffaufnahme mehr
beobachtet wird. Die gebildete α-Hydroxyverbindung
kann mit üblichen
Methoden isoliert und gereinigt werden, zum Beispiel Destillation,
Kristallisation und chromatographischen Methoden.
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Die
erfindungsgemäss
herstellbaren (S)-α-Alkohole
sind wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von natürlichen
Wirkstoffen (B. T. Cho et al. in Tetrahedron: Asymmetry Vol. 5,
No. 7 (1994), Seiten 1147 bis 1150), und synthetischen pharmazeutischen
Wirkstoffen und Pestiziden. Die erhältlichen (S)-α-Alkohole können zuvor
nach bekannten Verfahren in Derivate übergeführt werden, die dann als Zwischenprodukte
für die
Herstellung von Wirkstoffen verwendet werden können. Die saure Hydrolyse von
zum Beispiel α-Ketoacetalen
führt zu
1,4-Dioxanen oder den entsprechenden Aldehyden, die entweder zu
1,2-Diolen mit einer sekundären
optisch aktiven Hydroxylgruppe hydriert, oder mit Aminen in Gegenwart
von Phenylboronsäuren
zu gegebenenfalls substituierten optisch aktiven 1-Phenyl-1-amino-2-hydroxy-alkanen
umgesetzt werden. Nach dem Schützen
der OH Gruppe, z.B. durch Reaktion mit Benyzlbromid, können durch
Umsetzung mit starken Säuren
die hydroxyl-geschützten
Aldehyde erhalten werden, die zu 1,2-Diolen hydriert werden können, oder die
durch Oxidation (zum Beispiel mit Chromtrioxid) und Entfernung der
Schutzgruppe in S-α-Hydroxycarbonsäuren umgewandelt
werden können.
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Die
nachfolgenden Beispiele erläutern
die Erfindung näher.
Die optische Ausbeute wird gaschromatographisch bestimmt mit einer
Beta-dex Säule
der Firma Supelco (Artikel Nr. 2-4301),
Wasserstoff als Trägergas und
erhöhten
Temperaturen; oder mittels HPLC (Säule Chiracel OD, mit Hexan
und Isopropanol 95:5). Der Umsatz wird mittels 1H-NMR
bestimmt.
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A) Herstellung von Modifikatoren
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Beispiel A1: Herstellung
von O-Methyl-cinchonin (MeO-Cn, R7 in Formel
XIb = Methyl, R10 = H, R9 =
CH2=CH-)
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In
einem 250 ml Zweihalskolben mit Rückflusskühler und Tropftrichter werden
unter Argon 0,60 g Kaliumhydrid (15,0 mmol) eingewogen. Dieses wird
dreimal mit absolutem n-Pentan gewaschen und anschliessend in 50
ml absolutem Tetrahydrofuran suspendiert. Unter Eiskühlung gibt
man nun portionsweise 3,24 g (11,0 mmol) Cinchonin (Cn) zu, wobei
eine deutliche Gasentwicklung zu beobachten ist. Nach beendeter
Zugabe wird noch etwa eine halbe Stunde bei 0 °C gerührt, bis eine fast klare orange
Lösung
entsteht. Danach erwärmt
man für
weitere 2 Stunden auf 50 °C,
bis keine Gasentwicklung mehr zu erkennen ist. Bei Raumtemperatur
(RT) werden dann langsam 0,69 ml (1,56 g; 11,0 mmol) Iodmethan zugetropft.
Die Lösung
wird für
12 Stunden bei RT gerührt
und anschliessend mit 50 ml H2O unter Eiskühlung hydrolisiert.
Man trennt die organische und die wässrige Phase, und extrahiert
die wässrige
Phase noch dreimal mit Essigsäureethylester
(EE). Die vereinigten organischen Phasen werden über MgSO4 getrocknet
und am Rotationsverdampfer (RV) eingeengt. Chromatographische Reinigung
an einer Kieselgel-Säule
(EE/NEthyl3 9:1) und Trocknen am Hochvakuum
ergeben 2,82 g (83 %) der Titelverbindung als blassgelben Feststoff.
Durch Umkristallisation aus wenig n-Hexan erhält man 2,50 g (74 %) farblose,
rhombische Kristalle. Schmelzpunkt: 113–114 °C; [α]D 20: + 242 ° (c =
0,90, CHCl3).
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Beispiel A2: Herstellung
von O-Methyl-chinidin (MeO-Qd, R7 in Formel
XIb = Methyl, R10 = OMethyl, R9 = CH2=CH-)
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Es
wird gemäss
Beispiel A1 unter Verwendung von Chinidin verfahren. Man erhält die Titelverbindung mit
einer Ausbeute von 71 % als gelbes, zähflüssiges Öl. [α]D 20: + 202 ° (c
= 0,78, CHCl3).
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Beispiel A3: Herstellung
von (E)/(Z)-Isocinchonin (iso-Cn, R7 in
Formel XIb = H, R10 = H, R9 =
CH3-CH=)
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In
einem 100 ml Zweihalskolben mit Rückflusskühler werden 106,0 mg (408 μmol) Triphenylphosphin und
25,0 mg (100 μmol)
RuCl3x nH2O in 30
ml absolutem Dimethylformamid unter Argon solange auf 150 °C erhitzt,
bis eine klare orange Lösung
entsteht (ca. 15 Minuten). Man lässt
die Lösung
anschliessend auf 100 °C
abkühlen,
gibt dann 2 g (6,8 mmol) Cinchonin zu und erhitzt für eine halbe
Stunde abermals auf 150 °C. Das
noch heisse Reak tionsgemisch wird auf 100 ml vorgekühltes Wasser
gegossen und 1 Stunde bei 5 °C gerührt. Der
ausgefallene farblose Feststoff wird abfiltriert und im Hochvakuum
getrocknet. Nach Umkristallisation aus Dimethoxyethan erhält man 1,10
g (55 %) der Titelverbindung als untrennbares 1:1-Gemisch der Z- und
E-Isomeren in Form feiner, farbloser Nadeln. Schmelzpunkt des Diastereomerengemisches:
229–231 °C; [α]D 20: + 173 ° (c = 0,93,
CHCl3).
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Beispiel A4: Herstellung
von (E)/(Z)-Apoisochinidin (iso-Qd, R7 in
Formel XIb = H, R10 = OMethyl, R9 = CH3-CH=)
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Es
wird wie in Beispiel A3 unter Verwendung von Chinidin verfahren.
Zur Isolierung wird das Reaktionsgemisch nach der wässrigen
Aufarbeitung zunächst
mit 1 M NaOH-Lösung
auf einen pH Wert von 9–10 eingestellt
und dann mehrfach mit Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten
organischen Phasen werden im Hochvakuum eingeengt und dann der Rückstand
aus Diethylether umkristallisiert. Man erhält die Titelverbindung als
untrennbares 1:1-Gemisch
der Z- und E-Isomeren in Form eines beigen Feststoffs. Schmelzpunkt
des Diastereomerengemisches: 161–165 °C; [α]
D 20: + 148 ° (c
= 0,88, CHCl
3). Beispiel
A5: Herstellung von Rubanol, R
7 in Formel
XIa = H, R
9 = H, R
8 =
Naphthyl
BuLi: n-Butyllithium; TMEDA: Tetramethylethylendiamin.
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Zu
einer Lösung
aus 0,66 g (5,2 mmol) Azabicyclo[2.2.2]octan-N-oxid und 0,86 ml
(0,67 g; 5,7 mmol) TMEDA in 30 ml absolutem THF werden bei –78 °C innerhalb
von 30 min 3,58 ml (5,7 mmol) n-Butyllithium (1,6 M in n-Hexan)
getropft. Die gelbe Reaktionslösung
wird 1 h bei –78 °C gerührt. Dann
werden 0,78 g (5,0 mmol) α-Naphthaldehyd
in 10 ml absolutem Tetrahydrofuran langsam zugegeben. Man lässt weitere
2 h bei –78 °C rühren und
erwärmt
anschliessend in 12 h auf Raumtemperatur (RT). Nach der Zugabe von
10 ml gesättigter,
wässriger
NH4Cl-Lösung
wird 30 Minuten bei RT gerührt.
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Die
Reduktion des N-Oxids zum tertiären
Amin wird ohne weitere Aufarbeitung mit TiCl3-Lösung (1,9 M in 2,0 M HCl aq.)
in situ durchgeführt.
Unter Eiskühlung
wird solange salzsaure Titan-(III)-Lösung zugegeben, bis auch nach
längerem
Rühren
eine tiefviolette Farbe bestehen bleibt. Nach dem Erwärmen auf
RT wird die Reaktionsmischung mit 15-prozentiger wässriger
NaOH-Lösung
auf pH = 10 eingestellt. Die ausgefallenen Salze werden über Celite
abfiltriert, und das Filtrat wird mehrfach mit Essigsäureethylester
extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit gesättigter
wässriger
NaCl-Lösung
gewaschen, über
Kaliumcarbonat getrocknet, filtriert und am Rotationsverdampfer
eingeengt. Das 1H-NMR-Spektrum des Rohproduktes zeigt, dass
die beiden Diastereomeren im Verhältnis 1:1 entstehen. Mittels
chromatographischer Reinigung an einer Kieselgelsäule (Essigsäureethylester/Triethylamin,
9:1) werden 0,55 g (41 %) des gewünschten erythro-Isomeren als
farblose Nadeln erhalten werden. Durch präperative HPLC (Daicel Chiralcel
OD®,
20 × 250
mm, n-Hexan/iso-Propanol, 95:5, 1 % Diethylamin), 20,0 ml/min, tr[(–)-Enantiomer]
= 10,4 min, tr[(+)-Enantiomer] = 15,9 min)
werden die beiden erythro-Enantiomeren mit Jeweils 98 % ee getrennt. 1H-NMR (CDCl3, 400
MHz): 8,06 (d, 1H, 3J = 8,2 Hz), 7,86 (dd,
1H, 3J = 7,8 Hz, 4J
= 1,5 Hz), 7,76 (d, 1H, 3J = 8,2 Hz), 7,71
(d, 1H, 3J = 7,1 Hz), 7,48–7,41 (m,
3H), 5,77 (d, 1H, 3J = 4,6 Hz), 3,58–2,52 (m,
6H), 1,91–1,31
(m, 7H). 13C-NMR (CDCl3,
101 MHz): 139,7 (q), 133,8 (q), 130,5 (q), 128,9 (t), 127,8 (t),
126,0 (t), 125,4 (2x t), 123,4 (t), 123,2 (t), 72,9 (t), 60,1 (t),
50,7 (s), 43,9 (s), 26,6 (s), 26,5 (s), 25,8 (s), 22,1 (t). Schmelzpunkt:
202–204 °C. [α]D 20 – 135 ° (c = 0,35, CHCl3).
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Beispiel
A6: Herstellung von EXN-1, R
7 in Formel
XIa = H, R
9 = H, R
8 =
Chinolinyl
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Die
Synthese wird analog Beispiel A5 mit 3,58 g (28,2 mmol) Azabicyclo[2.2.2]octan-N-oxid,
4,70 ml (31,1 mmol) TMEDA, 20,00 ml (32,0 mmol) n-Butyllithium (1,6
M in n-Hexan) und 5,00 g (31,7 mmol) Chinolin-4-carbaldehyd durchgeführt. Das 1H-NMR-Spektrum des Rohproduktes zeigt, dass
die beiden Diastereomere im Verhältnis
1:1 entstehen. Mittels chromatographischer Reinigung an einer Kieselgelsäule (Essigsäureethylester/Triethylamin,
9:1) werden 2,95 g (39 %) Rubanol als farbloser Feststoff erhalten.
Durch semipräperative HPLC
(Chiracel OD-H®,
n-Heptan/i-Propanol 98:2, 0,5 ml/min, tr[(–)-Rubanol]
= 52,1 min, tr[(+)-Rubanol] = 63,8 min) werden die erythro-Enantiomeren
mit jeweils 99 % ee voneinander getrennt. 1H-NMR
(CDCl3, 400 MHz): 8,90 (d, 1H, 3J
= 4,6 Hz), 8,12 (dd, 1H, 3J = 8,6 Hz, 4J = 0,8 Hz), 7,97 (d, 1H, 3J
= 8,4 Hz), 7,69–7,64 (m,
2H), 7,43 (dt, 1H, 3J = 7,0 Hz, 4J = 1,2 Hz), 5,78 (d, 1H, 3J = 3,5 Hz),
4,70 (br, 1H), 3,57–3,52
(m, 1H), 3,14–2,49
(m, 4H), 1,89–1,27
(m, 7H). 13C-NMR (CDCl3,
101 MHz): 150,6 (q), 148,7 (t), 148,4 (q), 130,8 (t), 129,4 (t),
126,9 (t), 126,1 (t), 125,5 (q), 123,4 (t), 118,7 (t), 72,0 (t),
60,4 (t), 51,1 (s), 44,3 (s), 26,7 (s), 26,3 (s), 25,9 (s), 22,3
(t). Schmelzpunkt: 222–224 °C. [α]D 20: + 99 ° (c = 0,51,
CHCl3).
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B) Hydrierungen von prochiralen α-Ketonen
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Beispiele B1–B8: Hydrierung
von Methylpyruvat [CH3-C(O)-COOC2H5] zu (2S)-Hydroxypropionsäureethylester
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In
einem 2 ml Mikroanalysenglas mit Magnetrührer werden 10 mg 5% Pt/Al2O3 (Katalysator
JMC 94, Batch 14017/01, während
2 Stunden bei 400°C
unter Wasserstoff vorbehandelt) vorgelegt und mit 1 mg Modifikator
versetzt. Dann werden 100 Mikroliter Ethylpyruvat, gelöst in 1
ml Lösungsmittel
zugegeben, und das Mikroanalysenglas wird zusammen mit 3 weiteren
Mikroanalysengläsern
in einen 50 ml Druckautoklaven gestellt. Der Autoklav wir dreimal
mit Argon und dreimal mit Wasserstoff gespült und dann 60 bar Wasserstoff aufgepresst.
Die Reaktionen werden durch einschalten des Magnetrührers gestartet
und bei Raumtemperatur durchgeführt.
Nach 60 bis 70 Minuten wird der Druck abgelassen, der Autoklav dreimal
mit Argon gespült
und geöffnet.
Die Katalysatoren werden abfiltriert und das Reaktionsgemisch untersucht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle
1: [Abkürzungen:
AcOH gleich Essigsäure]
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Beispiele B13–B24: Hydrierung
von Phenylketoessigsäuremethylester
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Es
wird wie in Beispiel B1 verfahren unter Verwendung von Phenylketoessigsäuremethylester.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
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Beispiele B25–B36: Hydrierung
von Methylglyoxal-1,1-dimethylacetal
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Es
wird wie in Beispiel B1 verfahren unter Verwendung von Methylglyoxal-1,1-dimethylacetal.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
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Beispiele B37–B48: Hydrierung
von 2,4-Diketobuttersäureethylester
zu (S)-4-Keto-2-hydroxybuttersäreethylester.
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Es
wird wie in Beispiel B1 verfahren unter Verwendung von 2,4-Diketobuttersäureethylester.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
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Beispiele B49–B60: Hydrierung
von 2,4-Dioxo-4-phenylbuttersäureethylester
zu (S)-4-Keto-4-phenyl-2-hydroxybuttersäreethylester
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Es
wird wie in Beispiel B1 verfahren unter Verwendung von 2,4-Dioxo-4-phenylbuttersäureethylester. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.
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Beispiele B61–B71: Hydrierung
von 4-Phenyl-2-oxobuttersäureethylester
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Es
wird wie in Beispiel B1 verfahren unter Verwendung von 4-Phenyl-2-oxobuttersäureethylester.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben.
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Beispiel B72 und Vergleichsbeispiel:
Hydrierung von Ethylpyruvat
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5
mg Modifikator werden in einem 50 ml Druckautoklaven mit Magnetrührer und
Strömungsbrecher vorgelegt.
50 mg Katalysator (JMC 94, Batch 14017/01, während 2h bei 400°C unter Wasserstoff
vorbehandelt) werden in 2 ml Essigsäure aufgeschlämmt und
in den Autoklaven überführt. Das
Substrat wird im Rest des Lösungsmittels
gelöst
(total 20 ml) und ebenfalls in den Autoklaven transferiert. Der
Autoklav wir dreimal mit Argon und dreimal mit Wasserstoff gespült und dann
60 bar Wasserstoff aufgepresst. Die Reaktion wir durch einschalten
des Magnetrührers
gestartet. Die Temperatur wird mit Hilfe eines Kryostaten bei 25 °C konstant
gehalten. Der Druck im Autoklaven wird durch Verwendung eines Domdruckreglers
während
der Reaktion konstant gehalten, die Wasserstoffaufnahme im Reaktor
wird durch die Druckabnahme in einem Reservoir gemessen. Nach beendeter
Reaktion wird der Reaktor entspannt, der Autoklav dreimal mit Argon
gespült
und dann geöffnet.
Der Katalysator wird abfiltriert. Der Umsatz wird gaschromatographisch
bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben. HCn bedeutet
10,11-Dihydrocinchonin.
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Beispiel B73 und Vergleichsbeispiel:
Hydrierung von Methylglyoxal-1,1-dimethylacetal
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Es
wird wie in Beispiel B72 verfahren. Der Umsatz wird gaschromatographisch
bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 angegeben. HCn bedeutet
10,11-Dihydrocinchonin.
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Beispiele B74–B75 und
Vergleichsbeispiel: Hydrierung von 4-Phenyl-2,4-dioxobuttersäureethylester
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Es
wird wie in Beispiel B72 verfahren. Der Umsatz wird gaschromatographisch
bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 angegeben. HCn bedeutet
10,11-Dihydrocinchonin.
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