EP1368316A1 - Oxoammoniumsalze sowie deren verwendung - Google Patents

Oxoammoniumsalze sowie deren verwendung

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EP1368316A1
EP1368316A1 EP02730001A EP02730001A EP1368316A1 EP 1368316 A1 EP1368316 A1 EP 1368316A1 EP 02730001 A EP02730001 A EP 02730001A EP 02730001 A EP02730001 A EP 02730001A EP 1368316 A1 EP1368316 A1 EP 1368316A1
Authority
EP
European Patent Office
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oxoammonium
oxoammonium salt
salt according
group
alcohols
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02730001A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Rademann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of EP1368316A1 publication Critical patent/EP1368316A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D211/00—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings
    • C07D211/92—Heterocyclic compounds containing hydrogenated pyridine rings, not condensed with other rings with a hetero atom directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D211/94—Oxygen atom, e.g. piperidine N-oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/29—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation of hydroxy groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/30—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with halogen containing compounds, e.g. hypohalogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D207/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D207/46—Heterocyclic compounds containing five-membered rings not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom with hetero atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D207/50—Nitrogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/11—Compounds covalently bound to a solid support

Definitions

  • the invention relates to new oxoammonium salts, their use and new oxidation processes.
  • oxoammonium salts are known as reactive intermediates in oxidations using the 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical (TEMPO), which is also described as polymer-bound (review: Arjan EJ de Nooy, Arie C. Besemer, Hermann van Bekkum, Synthesis 1996, 1153).
  • TEMPO 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical
  • the TEMPO is first converted into the corresponding oxoammonium salt by a cooxidant (e.g. NaOCI), which then oxidizes the substrate to be oxidized in the same reaction batch.
  • a cooxidant e.g. NaOCI
  • a disadvantage that arises from the use of this radical especially in the case of the desired oxidation of alcohols to aldehydes, is the overoxidation of aldehydes to carboxylic acids.
  • Another disadvantage that the use of TEMPO brings with it in oxidation reactions is the low reactivity towards non-benz
  • TEMPO precursor 1-hydroxy-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine which is bound to silica gel
  • this is first converted into TEMPO by a cooxidant, which then - presumably via an intermediate, non-isolated oxoammonium intermediate stage - oxidizes the substrate to be oxidized (Carsten Bolm, Thomas Fey, Chem. Commun., 1999, 1795-1796 ).
  • Alcohols are oxidized, but the yields, especially in the oxidation of secondary alcohols, leave something to be desired.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • Periodinans and various heavy metal reagents the latter mostly based on either chromium or ruthenium oxides.
  • the object of the invention is therefore to provide new compounds which can be used as oxidizing agents and oxidation processes which overcome the disadvantages mentioned.
  • the oxoammonium salt according to the invention has a positively charged reactive section Z + , which has one of the following structures:
  • the counter ion which is denoted by X " , is an anion, in particular a halide ion, preferably a chloride ion.
  • Z + is connected via a linker group L to an insoluble carrier material T as a solid phase.
  • Z + has 4 or 5 radicals R, which are selected independently of one another from the group of alkyl, allyl, aryl and benzyl, C 1 -C 5 -alkyl being preferred. Particularly high yields of oxidized product are achieved when R 1 -R 4 or R 5 are methyl groups.
  • the carrier material T which is insoluble in the solvents usually used for organic syntheses, can be a polymer, in particular 1% divinylbenzene polystyrene resin.
  • T polycondensate of spherical polysilicic acids, also called silica gel.
  • the linker group L preferably has an ether group. However, it is also possible for L to be one or more amide, amine or Has ester groups or the like. Alkyl groups without heteroatoms are also conceivable as linker groups.
  • the oxoammonium salt consists of the above-mentioned positively charged 6-ring (a), a chloride ion, a CH 2 -0 linker group, the methylene group being linked to the insoluble carrier material T, and 1% divinylbenzene Polystyrene resin as an insoluble carrier material T.
  • polymer-bound oxoammonium salts have hitherto only been known as reactive intermediates in oxidations using TEMPO.
  • the compounds according to the invention are polymer-bound oxoammonium salts in isolated form. Such isolated salts are not known from the prior art.
  • oxoammonium salts according to claims 1-9, oxidations of various substrates are possible.
  • the salts described have proven to be particularly efficient in the oxidation of both aliphatic and benzylic alcohols. For example, a conversion of over 95% was achieved in the conversion of heptanol to heptanal.
  • ketones to diketones, diols to lactones and phenols to quinones can also be oxidized.
  • the inventive method for the oxidation of organic compounds according to claim 11 is characterized in that the compound to be oxidized is reacted with an oxoammonium salt according to the invention.
  • the oxoammonium salt is used in pure, isolated form, the formation of by-products, in particular of Overoxidation products, largely avoided.
  • product yields are achieved which are significantly higher than the yields achievable with the polymer-supported oxidizing agents known hitherto, such as the 1-hydroxy-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine from Carsten Bolm and Thomas Fey mentioned above.
  • the compound according to the invention when used in the polymer-assisted solution synthesis carried out here, offers the possibility of taking advantage of solid-phase synthesis, which dominated combinatorial chemistry in its first decade (combinatorial chemistry synthesis, analysis, screening, (publisher: G. Jung) , Wiley-VCH, Weinheim, 1999; Combinatorial Paptide and Non-Peptide Libraris, (ed .: G. Jung), VCH, Weinheim, 1996), with the advantages of synthesis in solution.
  • Polymeric reagents can be used in large excess and removed by filtration, whereas the products can easily be analyzed and further reacted in solution. Polymeric reagents are ideal for parallel combinatorial synthesis.
  • Oxoammonium resin 2 was prepared in a three-step synthesis from chloromethylated polystyrene resin and was used in the oxidation of alcohols 3a to 22a. The oxidation of resin 1 was carried out with Br 2 , Cl 2 or NCS / HCl.
  • Fig. 2 Collection of 20 chemically diverse alcohols 3a to 22a, which represent benzylic, allylic, primary aliphatic, secondary aliphatic alcohols and diols.
  • Fig. 3 GC analysis of the reaction of alcohol 9a in DCM (1 mg / ml) for 1 h with 1, 2 and 3 equivalents of the polymeric oxoammonium salt 2 using a flame ionization detector (FID).
  • FID flame ionization detector
  • Fig. 4 Secondary oxidation products of alcohols 3a to 22a.
  • Fig. 5 GC-FID of a mixture of 15 alcohols (top) and product mixture obtained after oxidation with resin 2 (bottom).
  • the 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical was coupled with sodium hydride as a base to 1% divinylbenzene-polystyrene resin (Fig. 1). Elemental analysis of resin 1 showed a loading of 0.93 mmolg "1 of the radical. ESR spectroscopy confirmed the presence of the free radical electron and showed the characteristic triplet signal which is produced by the coupling with the 14 N core. Accordingly, the spectrum was in the HR-MAS NMR A clear broadening of the lines can be observed, which can be explained by the increased relaxation of the nuclear magnetization due to the interaction with the persistent electron spins ..
  • the resin was filtered off and washed thoroughly with water, water / DMF (1 : 1), DMF, THF, DCM (dichloromethane) and MeOH and dried in vacuo. Loading: 0.93 mmolg "1 chlorine content: 0.07%.
  • 11a lld 83 150 (M + ); 135; 122; 107; 95; 91; 82; 77; 54; 39
  • a compound collection consisting of 15 alcohols (3a-10a, 12a, 13a, 15a, 16a, 18a-20a) was used to investigate the implementation of complex mixtures of chemically diverse alcohols (Fig. 5).
  • the mixture (1 mgml "1 per alcohol) was analyzed by both GC-FID and GC-MS. In the starting mixture, all alcohols could be separated and identified by their mass spectrum.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft neue Oxoammoniumsalze, deren Verwendung sowie neue Oxidationsverfahren. Die Oxoammoniumsalze besitzen die allgemeine Formel (F1) wobei T ein unlösliches Trägermaterial ist, L eine Linkergruppe ist, Z<+> entweder a) (F2) oder b) (F3) oder c) (F4) ist, R<1>, R<2>, R<3>, R<4>, und R<5> unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Alkyl, Allyl, Aryl und Benzyl, X<-> ein Gegenion zum Oxoammoniumion ist.

Description

Beschreibung:
Oxoammoniumsalze sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft neue Oxoammoniumsalze, deren Verwendung sowie neue Oxidationsverfahren.
Aus dem Stand der Technik, sind Oxoammoniumsalze als reaktive Intermediate bei Oxidationen unter Verwendung des 2,2,6,6- Tetramethylpiperidinoxylradikals (TEMPO), welches auch polymergebunden beschrieben wird, bekannt (Review: Arjan E. J. de Nooy, Arie C. Besemer, Hermann van Bekkum, Synthesis 1996, 1153). Dabei wird das TEMPO zunächst durch ein Cooxidans (z. B. NaOCI) in das entsprechende Oxoammoniumsalz überführt, das dann im selben Reaktionsansatz das zu oxidierende Substrat oxidiert. Ein Nachteil, der sich durch den Einsatz dieses Radikals gerade bei gewünschten Oxidationen von Alkoholen zu Aldehyden ergibt, ist die Überoxidierung von Aldehyden zu Carbonsäuren. Ein weiterer Nachteil, den der Einsatz von TEMPO bei Oxidationsreaktionen mit sich bringt, ist die niedrige Reaktivität gegenüber nicht-benzylischen Alkoholen.
Ebenfalls aus der Literatur bekannt ist der Einsatz des TEMPO- Precursors 1-Hydroxy-4-oxo-2,2,6,6-tetramethyl-piperidin, welches an Kieselgel gebunden ist. Dieses wird bei Oxidationsreaktionen zunächst durch ein Cooxidans in das TEMPO überführt, welches dann - vermutlich über eine intermediär erzeugte, nicht isolierte Oxoammonium-Zwischenstufe - das zu oxidierende Substrat oxidiert (Carsten Bolm, Thomas Fey, Chem. Commun., 1999, 1795-1796). Zwar können mit dem genannten TEMPO-Precursor auch aliphatische Alkohole oxidiert werden, allerdings lassen die Ausbeuten, insbesondere bei der Oxidation von sekundären Alkoholen, zu wünschen übrig.
Zu den eigentlich üblichen Oxidationsmitteln für die Umsetzung von Alkoholen zu Carbonylverbindungen zählen Dimethylsulfoxid (DMSO),
Periodinane und verschiedene Schwermetallreagenzien, letztere zumeist auf der Basis entweder von Chrom- oder von Rutheniumoxiden.
Es gibt einige Beispiele für polymerunterstützte Oxidationsreagenzien
(A. Akelah, D. C. Sherrington, Chem. Rev. 1981 , 81 , 557-587) und für Schwermetalloxide, die an lonenaustauscherharze gebunden sind (G.
Gardillo, M. Orena, S. Sandri, Tetrahedron Lett. 1976, 17, 3985-3988; B.
Hinzen, S. V. Ley, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1 1997, 1907-1910).
Allerdings schränkt der mögliche Verbleib von hochtoxischen
Schwermetallen sowie die bereits bei den oben beschriebenen TEMPO- Verbindungen genannte niedrige Reaktivität gegenüber nicht- benzylischen Alkoholen und die Überoxidierung von Aldehyden die
Anwendung dieser Reagenzien ein.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, neue, als Oxidationsmittel verwendbare Verbindungen sowie Oxidationsverfahren zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile überwinden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verbindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist und durch das Verfahren gemäß Anspruch 11. Bevorzugte
Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen 2-9 bzw. 12-16 sowie im Verwendungsanspruch 10. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser
Beschreibung gemacht.
Das erfindungsgemäße Oxoammoniumsalz besitzt einen positiv geladenen reaktiven Abschnitt Z+, welcher eine der folgenden Strukturen hat:
Das Gegenion, welches mit X" bezeichnet ist, ist ein Anion, insbesondere ein Halogenidion, vorzugsweise ein Chloridion sein.
Z+ ist über eine Linkergruppe L mit einem unlöslichen Trägermaterial T als fester Phase verbunden.
Z+ weist 4 bzw. 5 Reste R auf, die unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Alkyl, Allyl, Aryl und Benzyl, wobei Cι-C5-Alkyl bevorzugt sind. Besonders hohe Ausbeuten an oxidiertem Produkt werden erzielt, wenn R1-R4 bzw. R5 Methylgruppen sind.
Das in den für organische Synthesen üblicherweise verwendeten Lösungsmitteln unlösliche Trägermaterial T kann ein Polymer, insbesondere 1 %-Divinylbenzen-Polystyrenharz sein. Neben Polymeren sind für T noch andere Materialien, wie beispielsweise ein Polykondensat kugelförmiger Polykieselsäuren, auch Kieselgel genannt, möglich.
Die Linkergruppe L weist vorzugsweise eine Ethergruppe auf. Es ist jedoch auch möglich, daß L eine oder mehrere Amid-, Amin- oder Estergruppen oder ähnliche aufweist. Auch Alkylgruppen ohne Heteroatome sind als Linkergruppen denkbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Oxoammoniumsalz aus dem oben genannten positiv geladenen 6-Ring (a), einem Chloridion, einer CH2-0 - Linkergruppe, wobei die Methylengruppe mit dem unlöslichen Trägermaterial T verbunden ist, und aus 1 %-Divinylbenzen-Polystyrenharz als unlösliches Trägermaterial T.
Wie bereits oben erwähnt, sind polymergebundene Oxoammoniumsalze bisher lediglich als reaktive Intermediate bei Oxidationen unter Verwendung von TEMPO bekannt. Bei den erfindungsgemäßen Verbindungen handelt es sich dagegen um polymergebundene Oxoammoniumsalze in isolierter Form. Solche isolierte Salze sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Mit den Oxoammoniumsalzen nach den Ansprüchen 1-9 sind Oxidationen verschiedener Substrate möglich. Als besonders effizient haben sich die beschriebenen Salze bei der Oxidation von sowohl aliphatischen als auch benzylischen Alkoholen erwiesen. So wurde beispielsweise bei der Umsetzung von Heptanol zu Heptanal eine Ausbeute von über 95 % erzielt. Neben Alkoholen zu Ketonen bzw. Aldehyden lassen sich auch Ketone zu Diketonen, Diole zu Lactonen und Phenole zu Chinonen oxidieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Oxidation organischer Verbindungen gemäß Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu oxidierende Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Oxoammoniumsalz umgesetzt wird. Bei diesem Verfahren, bei dem das Oxoammoniumsalz in reiner, isolierter Form eingesetzt wird, wird die Bildung von Nebenprodukten, insbesondere von Überoxidationsprodukten, weitgehend vermieden. Dadurch werden Produktausbeuten erreicht, die deutlich über den mit den bisher bekannten polymerunterstützten Oxidationsmitteln, wie beispielsweise das bereits oben erwähnte 1-Hydroxy-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin von Carsten Bolm und Thomas Fey, erreichbaren Ausbeuten liegen.
Nicht zuletzt bietet die erfindungsgemäße Verbindung bei ihrem Einsatz in der hier durchgeführten polymerunterstützten Lösungssynthese die Möglichkeit, die Vorteile der Festphasensynthese, welche die kombinatorische Chemie in ihrem ersten Jahrzehnt dominierte (Combinatorial Chemistry-Synthesis, Analysis, Screening, (Hrsgb.: G. Jung), Wiley-VCH, Weinheim, 1999; Combinatorial Paptide and Non- Peptide Libraris, (Hrsgb.: G. Jung), VCH, Weinheim, 1996), mit den Vorteilen der Synthese in Lösung zu verbinden. Polymere Reagenzien können in großem Überschuß eingesetzt werden und durch Filtration entfernt werden, wohingegen die Produkte leicht analysiert und in Lösung weiter umgesetzt werden können. Polymere Reagenzien sind hervorragend für die parallele kombinatorische Synthese geeignet. Sie ermöglichen die Herstellung von komplexen Verbindungsbibliotheken durch mehrstufige Synthesen in Lösung, sie können in automatisierten wie auch in Durchflußsystemen verwendet werden. Schließlich können sie eingesetzt werden, um Einzelverbindungen wie auch komplexe Gemische zu transformieren. Als Vorteile der Synthese in Lösung seien die Vielseitigkeit von Reaktionen, die verwendbar sind, und die umfangreichen, in Synthesevorschriften gesammelten Erfahrungen genannt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Darstellung der erfindungsgemäßen Verbindung und von bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.
Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, sowie der korrespondierenden Anmeldung DE 101 13 710.9, eingereicht am 16.03.2001 , sind durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.
In den Zeichnungen zeigen:
Abb. 1 : Reaktionsschema zur Darstellung einer erfindungsgemäßen
Verbindung. Das Oxoammoniumharz 2 wurde in einer dreistufigen Synthese ausgehend von chloromethylierten Polystyrenharz hergestellt und wurde in der Oxidation der Alkohole 3a bis 22a eingesetzt. Die Oxidation von Harz 1 wurde mit Br2, Cl2 oder NCS/HCI durchgeführt.
Abb. 2: Kollektion von 20 chemisch diversen Alkoholen 3a bis 22a, die benzylische, allylische, primäre aliphatische, sekundäre aliphatische Alkohole und Diole repräsentieren.
Abb. 3: GC-Analyse der Reaktion von Alkohol 9a in DCM (1 mg/ml) für 1 h mit 1 , 2 und 3 Äquivalenten des polymeren Oxoammoniumsalzes 2 mit Hilfe eines Flammenionisationsdetektors (FID).
Abb. 4: Sekundäre Oxidationsprodukte der Alkohole 3a bis 22a. Abb. 5: GC-FID eines Gemisches von 15 Alkoholen (oben) und Produktgemisch erhalten nach der Oxidation mit Harz 2 (unten).
Experimentelle Beispiele:
I. Zur Synthese der erfindungsgemäßen Verbindungen:
Das 4-Hydroxy-2,2,6,6-Tetramethylpiperidinoxylradikal wurde mit Natriumhydrid als Base an 1 %-Divinylbenzen-Poiystyrenharz gekoppelt (Abb. 1 ). Elementaranalyse des Harzes 1 ergab eine Beladung von 0.93 mmolg"1 des Radikals. ESR-Spektroskopie belegte die Anwesenheit des freien Radikalelektrons und zeigte das charakteristische Tripletsignal, welches durch die Kopplung mit dem 14N-Kem entsteht. Dementsprechend war im HR-MAS NMR Spektrum eine deutliche Linienverbreiterung beobachtbar, die durch die verstärkte Relaxation der Kernmagnetisierung auf Grund der Wechselwirkung mit den persistenten Elektronenspins erklärbar ist. Die Oxidation des Radikals wurde mit elementarem Brom, Chlor und N-Chlorsuccinimid/HCI (Methoden A-C) durchgeführt. Im Anschluß an die Oxidation zeigte das Harz 2 im FT-ATR-IR eine starke Absorptionsbande bei 1700 cm"1, die vermutlich für die N=0 Doppelbindung der reaktiven Zwischenstufe charakteristisch ist. Die Oxidation wird durch eine deutliche Farbänderung von farblos zu einem hellen Orange-Rot im Falle des Chlorids begleitet. Detaillierte Beschreibung der Synthese einer erfindungsgemäßen Verbindung:
A. Darstellung des TEMPO-Harzes 1. Natriumhydrid (1.28 g, stabilisiert mit Paraffinöl, 60 %, 32.1 mmol) wurde in trockenem DMF
(Dimethylformamid, 40 ml) in einem 100 ml Rundhalskolben suspendiert. 2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-1-oxyl (3.57 g, 20.7 mmol) wurde langsam hinzugegeben, der Kolben wurde mit einem Trockenrohr verschlossen und 3 h lang gerührt. Chlormethyliertes 1 % Divinylbenzen/polystyrenharz (Beladung 1.07 mmolg"1 , 100-200 mesh, 2 g, 2.14 mmol) wurde hinzugegeben und die Reaktionsmischung 3 Tage lang bei RT geschüttelt. Das Harz wurde abfiltriert und gründlich mit Wasser, Wasser/DMF (1 :1 ), DMF, THF, DCM (Dichlormethan) und MeOH gewaschen und in vacuo getrocknet. Beladung: 0.93 mmolg"1 Chlorgehalt: 0.07 %.
B. Oxidation zum Oxoammoniumharz 2 (Methode C). N-Chlorsuccinimid (6 equiv) wurde in DCM gelöst, 4 M HCI in Dioxan wurde hinzugefügt (5 equiv). Nach 5 min. wurde die Lösung zu Harz 1 (1 equiv) gegeben, das in trockenem DCM vorgequollen war. Nach 15 min. Schütteln wurde das Harz abfiltriert und mit trockenem DCM gewaschen.
II. Zu den Reaktionen der erfindungsgemäßen Verbindung
Es wurde untersucht die Reaktivität von Reagenz 2 gegenüber einer Auswahl von 20 verschiedenen Alkoholen 3a-22a, welche benzylische, allylische, primäre und sekundäre aliphatische repräsentieren (Abbildung 2). Im Vergleich der verschiedenen Gegenionen, war Chlorid reaktiver als Bromid und führte zu weniger Nebenprodukten, vermutlich auf Grund der Br3 "-Anionen, die im Bromidharz anwesend sind. Verschiedene Temperaturen wurden getestet, alle Vergleichsreaktionen wurden bei Raumtemperatur (RT) durchgeführt (Tabelle 1 ). Analyse und Quantifizierung aller Reaktionen wurde mittels GC vorgenommen, entweder mit einem Flammenionisationsdetektor (FID) oder einem massensensitiven Detektor (EI-MS, 70 eV). Die Verbindungen wurden durch den Vergleich mit reinen Substanzproben, durch den Vergleich der Massenspektren mit denen, die aus der NIST Spektralbibliothek erhalten wurden oder durch NMR-Analyse identifiziert.
Zuerst wurde Alkohol 9a mit verschiedenen Äquivalenten von Harz 2 umgesetzt. Vollständige Umsetzung innerhalb 1 h wurde mit 3 equiv von Harz 2 erreicht (Abb. 3).
Die Ergebnisse der Oxidationen (Tabelle 1 ) können wie folgt zusammengefasst werden: Saubere und schnelle quantitative Umsetzung der Alkohole wurde generell beobachtet, nur im Falle von Alkohol 17a wurden Reste des Ausgangsmaterials nach der Reaktion detektiert. Alle benzylischen oder allylischen Alkohole lieferten Aldehydoder Ketonprodukte in sehr guter Reinheit. Gleiches wurde für offenkettige primäre und sekundäre Alkohole gefunden. Repräsentative Ausbeuten für die weniger flüchtigen Produkte wie die Aldehyde 9b, 10b, oder 20b wurden durch Wiegen bestimmt und lagen bei 90 %.
Ta.be/le 4 :
Ausgangs- Haupt- Produkt- GC-EI-MS-Analyse alko ol produkt reinheit charakteristische Signale. [%] [m/z ]
3a 3b >95 106 (M+) ; 105 ; 77 ; 51
4a 4b >95 178 (M+) ; 163 ; 121; 93 ; 77 ; 65 ; 5 ; 41
5a 5b >95 164 (M+) ; 133; 119; 105; 77; 51
6a 6b >95 151 (M+) ; 150; 105; 77; 51
7a 7b 85 132 (M+) ; 104; 78; 63; 51
8a 8b >95 134 (M+) ; 105; 77; 51
9a 9b >95 150 (M*) ; 149,-121; 91; 63
10a 10b >95 132 (M+) ; 131; 103; 77; 51
11a lld 83 150 (M+) ; 135 ; 122 ; 107 ; 95 ; 91 ; 82 ; 77 ; 54 ; 39
12a 12b 90 134 (M+) ; 105 ; 91 ; 78 ; 65 ; 51 ; 39 1 133aa 1 133bb 7 722 12 (M+) ; 106 ;95 ; 91; 80 ; 67 ; 55
14a 14c 60 154 (MM ; 139 ; 136 ; 121 ; 111 ; 95 ; 84 ; 81 ; 71 ; 55 ; 41
15a 15c 65 86 (M+) ; 56; 42; 41; 39
16a 16b >95 96;86;81;70;57;55;44;41
17a 17c 30 146 ; 102 ; 86 ; 73 ; 58 ; 45 ; 43 ; 32
18a 18b 90 114 (M+) ; 99; 85; 71; 58; 3; 39
19a 19c 85 112 (M+) ; 97 ; 83 ; 70 ; 55 ; 51 ; 43 ; 39
20a 20b >95 152 (M+) ; 137; 108,-95; 81; 69,-55; 41
21a 21c 76 148 (M+) ; 105,-77; 51; 43 2 222aa 2 222cc 7 799 398 (M+) ; 383 ; 370 ; 356 ; 285 ; 243 ; 137 Sehr leicht enolisierbare Ketone, wie sie ausgehend von Cyclohexanol (19a), 1-Phenylpropan-2-ol (21a) und Cholesterin (22a) erhalten wurden, konnten weiter zu den Dionen 19c, 21 c bzw. 22c umgesetzt werden. In dieser Reaktion wurde das primäre Oxidationsprodukt, z. B. Cyclohexanon über eine Enolform als Intermediat weiter zum Keton umgewandelt. Im Gegensatz dazu wurden die Diole (15a, 17a) im sekundären Oxidationsschritt in Lactone überführt (15c, 17c)(Abb. 4). Interessanterweise wurden bei Terpenalkoholen wie bei Geraniol (11a) und Citronellol (14a) bei einem Überschuß von Reagenz 2 kaskadenähnliche Reaktionen beobachtet. In einer En-Reaktion cyclisierten sie und bildeten dabei die sekundären Alkohole (1 1c, 14c). Diese sekundären Produkte konnten weiter zu den Terpen-Ketonen (1 1 d, 14d) oxidiert werden. Beim Geraniolsystem verlief diese Reaktion in besonders guter Reinheit.
Schließlich wurde eine Verbindungskollektion bestehend aus 15 Alkoholen (3a-10a, 12a, 13a, 15a, 16a, 18a-20a) verwendet, um die Umsetzung von komplexen Gemischen von chemisch diversen Alkoholen zu untersuchen (Abb. 5). Das Gemisch (1 mgml"1 pro Alkohol) wurde sowohl mit GC-FID als auch mit GC-MS analysiert. Im Ausgangsgemisch konnten alle Alkohole getrennt und durch ihr Massenspektrum identifiziert werden. Im Anschluß an die Behandlung mit Harz 2 für 2 h, offenbarte GC-Analyse das vollständige Verschwinden aller Alkohole. Alle bis auf eines der erwarteten Aldehyd-, Keton-, Lacton- oder Dionproduktekonnten getrennt und identifiziert werden. 8b und 12b koeluierten, wohingegen 16b überhaupt nicht detektiert wurde. Die Konzentration der Produkte mit einem niedrigen Siedepunkt, die zuerst in der GC eluieren, war reduziert, wohingegen die Konzentration der höhersiedenden Aldehyde und Ketone im komplexen Gemisch unverändert blieb. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß das polymergebundene Oxoammoniumreagenz hocheffizient in der polymerunterstützten Oxidation verschiedener Alkohole ist. Das Reagenz ist in hohem Überschuß verwendbar und lieferte sehr reine Produkte ausgehend von Einzelverbindungen. Darüber hinaus war es möglich, komplexe Verbindungskollektionen sauber umzusetzen. Keine Überoxidation zu Carbonsäuren wurde beobachtet. Es ist offensichtlich, daß dieses Reagenz von großem Wert in polymerunterstützten Transformationen in Lösung, in der automatisierten Parallelsynthese und bei Durchflußanwendungen in Produktionsprozessen mit größeren Ansätzen ist.
Detaillierte Beschreibung der Oxidation von Alkoholen mit einer erfindungsgemäßen Verbindung:
C. Oxidation der Alkohole. Die Alkohole 3a-22a (1 equiv) wurden in trockenem DCM aufgelöst. Frisch hergestelltes Oxoammoniumharz 2 (5 equiv, berechnet nach der Beladung von Harz 1 ) wurde hinzugegeben und bei RT geschüttelt, 1 h lang im Falle der primären Alkohole und 2 h lang im Falle der sekundären Alkohole. Das Harz wurde abfiltriert und mit DCM gewaschen. Die erhaltene Lösung wurde GC-analytisch untersucht, wozu eine Fused-Silica Kapillare verwendet wurde (25 m x 0.32 mm Permabond SE 54, df = 1.0 μ). Temperaturprogramm: 50 °C, 2 min. isothermisch, 5 °Cmin"1 bis 200 °C. H2 wurde als Trägergas für die Fl- Detektion verwendet (pι = 50 kPa) und He für GC-MS im El-Modus (70 eV). Reinheiten sind in Tabelle 1 angegeben. Beispielhafte Ausbeuten für 10 mg Alkohol, bei 1 h Reaktionszeit, 4-maligem Waschen mit je 3 ml DCM und nach Verdampfung des Lösungsmittels bei RT: 9b (8.9 mg, 90 %), 10b (8.7 mg, 88 %) und 20b (9.2 mg, 91 %).

Claims

Patentansprüche:
1. Oxoammoniumsalz in isolierter Form mit der allgemeinen Formel
T-L-Z+X- (l)
wobei T ein unlösliches Trägermaterial ist,
L eine Linkergruppe ist,
Z+ entweder a)
ist, R1 , R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe von Alkyl, Allyl, Aryl und Benzyl, X" ein Gegenion zum Oxoammoniumion ist.
2. Oxoammoniumsalz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß L eine Ethergruppe aufweist.
3. Oxoammoniumsalz nach Anspuch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß L eine Alkylgruppe ist.
4. Oxoammoniumsalz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß L eine Estergruppe aufweist.
5. Oxoammoniumsalz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß L eine Amidgruppe aufweist.
6. Oxoammoniumsalz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzichnet, daß R1, R2, R3, R4 und R5 C C5-Alkylgruppen, vorzugsweise Methylgruppen sind.
7. Oxoammoniumsalz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß X" ein anorganisches Ion, vorzugsweise ein Halogenidion ist.
8. Oxoammoniumsalz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß T ein Polystyrenharz, vorzugsweise 1% Divinylbenzen-Polystyrenharz ist.
9. Oxoammoniumsalz nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Z+ = a), X" = CI"' L = -CH2-0-, wobei die CH2-Gruppe mit T verbunden ist, und T = 1 %-Divinylbenzen-Polystyrenharz.
10. Verwendung eines Oxoammoniumsalzes nach einem der Ansprüche 1-9 als Oxidationsmittel, insbesondere zur Oxidation von Alkoholen zu Ketonen bzw. Aldehyden.
1 1. Verfahren zur Oxidation organischer Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu oxidierende Verbindung mit einem Oxoammoniumsalz nach einem der Ansprüche 1-9 umgesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die in einem ersten Lösungsmittel gelöste, zu oxidierende Verbindung mit mindestens 2, vorzugsweise 5 Äquivalenten des Oxoammoniumsalzes nach einem der Ansprüche 1-9 umgesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt vom ersten Lösungsmittel entfernt, vorzugsweise abfiltriert wird, anschließend mit einem zweiten Lösungsmittel gewaschen wird und das zweite Lösungsmittel entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Lösungsmittel identisch sind.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu oxidierende Verbindung ein Alkohol, insbesondere ein aliphatischer Alkohol ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von zu oxidierenden Verbindungen umgesetzt wird.
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