EP1414569A2 - Einen salenliganden und vanadium(iv) enthaltende optisch aktive katalysatoren, ihre herstellung und ihre verwendung zur herstellung von cyanhydrinen - Google Patents

Einen salenliganden und vanadium(iv) enthaltende optisch aktive katalysatoren, ihre herstellung und ihre verwendung zur herstellung von cyanhydrinen

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EP1414569A2
EP1414569A2 EP02740727A EP02740727A EP1414569A2 EP 1414569 A2 EP1414569 A2 EP 1414569A2 EP 02740727 A EP02740727 A EP 02740727A EP 02740727 A EP02740727 A EP 02740727A EP 1414569 A2 EP1414569 A2 EP 1414569A2
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EP
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optically active
salen ligand
vanadium
salen
formula
Prior art date
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Withdrawn
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EP02740727A
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French (fr)
Inventor
Bettina Kirschbaum
Rainer Fell
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Clariant Produkte Deutschland GmbH
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Clariant GmbH
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Publication date
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    • C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/07—Optical isomers

Definitions

  • the invention relates to a class of optically active vanadyl catalysts which are suitable for the production of optically active cyanohydrins.
  • Optically active cyanohydrins and their secondary products e.g. optically active ⁇ -hydroxycarboxylic acids serve as building blocks for the production of biologically active substances, e.g. used in the pharmaceutical or agro industry.
  • Cyanohydrins are accessible through various chemical reactions, such as in Top. Curr. Chem. 1999, 200, 193-226.
  • a synthesis possibility for optically active cyanohydrins consists in aldehydes in the presence of molecules with "CN" groups (HCN, MCN with M: alkali metal, trimethylsilyl cyanide - also known as TMSCN, cyanohydrins such as acetone cyanohydrin) and an optically active catalyst in (S) - or (R) - to convert cyanohydrins (Ref. Overview, Compr. Asymmetry Catal. I-Ill, 1999 (2), Chap. 28).
  • Vanadyl salen complexes of the formula (Ib) catalyze the reaction of aldehydes with trimethylsilyl cyanide in principle with higher enantioselectivity than the corresponding titanium salen catalysts (YN Belokon, M. North, T. Parsons, Org. Lett. 2000, 2, 1617-1619.), But only the use of TMSCN as a cyanide source is known here. The comparable reaction with the catalyst and HCN as cyanide source described in this literature, carried out at room temperature, is unsatisfactory in terms of conversion and enantioselectivity, see also Comparative Example 2a.
  • a CN source such as trimethylsilyl cyanide is not very suitable for industrial use because it is expensive and also causes large amounts of silicon-containing waste.
  • the implementation of low temperatures such as -80 ° C in technical applications is also expensive and not very practical.
  • the present invention solves this problem and relates to a class of optically active vanadyl catalysts containing 1, 4 to 10, preferably 1, 4 to 5,. in particular 1, 4 to 3 equivalents of a salen ligand of the general formula (II) based on one equivalent of vanadium in the oxidation stage (IV).
  • R, R or S, S enantiomer can independently of one another hydrogen, branched or unbranched C 1 -C 10 alkyl radicals, in particular a methyl or tert -Butylrest, or a group O (C ⁇ -C 4 alkyl), in particular a methoxy group or halogens F, Cl, Br or I, in particular Cl, an optionally substituted aryl group, especially a phenyl group, or - (CH2) m-, where m can be an integer between 1 and 8.
  • vanadium in the oxidation stage (IV) for example in the form of vanadyl (IV) salts, in particular vanadyl (IV) sulfate, is anhydrous or with water of hydration, with 1.4 to 10 equivalents, preferably with 1.4 to 5 equivalents, in particular reacted with 1.4 to 3 equivalents of the corresponding salen ligand.
  • the catalysts consisting of salen ligands of the formula (II) and vanadium in the oxidation state (IV) are preferably in C 6 -C 6 aliphatic or C 6 -C 8 aromatic alcohols, in particular in methanol, ethanol, 1- ⁇ propanol or 2-propanol , or benzyl alcohol, in a heterogeneous reaction environment or in a chlorinated hydrocarbon / alcohol mixture, in particular in a mixture of Dichloromethane, chloroform, dichloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene or chlorotoluene / alcohol mixture, synthesized in a heterogeneous reaction environment.
  • the reaction takes place at a temperature of 0 to 120 ° C, preferably at 10 to 110 ° C, in particular at 20 to 90 ° C.
  • the salen ligand is used in a concentration of 0.005 to 5.0 mol / l, preferably in a concentration of 0.01 to 2.5 mol / l, in particular in a concentration of 0.05 to 1.0 mol / l with respect to the solvent.
  • the reaction time for the preparation of the catalysts is 1 to 24 h, preferably 2 to 12 h, in particular 3 to 5 h.
  • the catalysts of the invention can be used in particular. for the production of optically active cyanohydrins by reacting aldehydes with a CN source in an organic solvent at a temperature in the range from 0 to 60 ° C.
  • optically active center * has the absolute configuration (R) or (S)
  • R represents an optionally branched, alkyl, alkenyl or alkynyl radical of chain length Ci to C 2 o or a radical of the formula (purple)
  • the vanadyl salen catalysts according to the invention are used by mixing the respective catalyst with the aldehyde and HCN in a suitable solvent. 0.00005 to 0.05 equivalents of catalyst, preferably 0.0001 to 0.01 equivalents of catalyst, based on the aldehyde, are used.
  • the reaction is carried out in the presence of the catalysts according to the invention at 0 to 60 ° C., in particular at 10 to 50 ° C., preferably at 20 to 40 ° C. In many cases it has proven useful to let the reaction proceed at room temperature.
  • pure hydrocyanic acid hydrocyanic acid stabilized with acid or a cyanohydrin, in particular acetone cyanohydrin, can be used as the CN source.
  • the cyanohydrin of the formula (III) contained in the reaction mixture can, if appropriate, be converted directly into the corresponding ⁇ -hydroxycarboxylic acid by hydrolysis.
  • the advantage of using the catalysts according to the invention is that it is possible not only to work the reaction of aldehydes in comparatively low concentrations, for example 0.1 mol of aldehyde / liter, as has hitherto been customary, but also the reaction with considerably higher aldehyde concentrations , for example 2.0 mol aldehyde / liter up to 10 mol aldehyde / liter, preferably 2 to 4 mol aldehyde / liter. Accordingly, the space-time yield for stereoselective cyanohydrin reactions is unusually high.
  • the reaction with HCN in the presence of the catalysts of the invention is carried out in an organic solvent.
  • organic solvents or solvent mixtures which are inert under the reaction conditions are suitable for this.
  • Particularly suitable solvents are C 6 -C 1o aromatic and C 1 -C 10 aliphatic, optionally halogenated hydrocarbons or solvent mixtures thereof, and aliphatic ethers with 1 to 5 carbon atoms per alkyl radical, or cyclic ethers with 4 to 5 carbon atoms in the ring.
  • the optically active cyanohydrin can be isolated from the reaction mixture and, if necessary, purified. Using toluene as solvent, to crystallize the optically active cyanohydrin, for example in the cold, preferably at temperatures ranging from -20 C to 10 C ° C.
  • the optically active cyanohydrin if appropriate in the form of the reaction mixture, can also be converted, for example by acid hydrolysis, into the corresponding optically active ⁇ -hydroxycarboxylic acid.
  • acid hydrolysis usually strong mineral acids, such as conc. HCI or aqueous sulfuric acid.
  • the aqueous phase, in which the acid is contained, and the organic phase, in which the optically active cyanohydrin is located, must be thoroughly mixed.
  • an ether e.g. diisopropyl ether
  • a phase transfer catalyst e.g. one
  • Polyethylene glycol the speed of the saponification reaction can be increased.
  • the catalysts of the invention surprisingly make it possible to use aldehydes with high conversions and good ee values with free hydrocyanic acid
  • a complex is prepared in the examples below from salen ligands of the formula (II) and vanadium in the oxidation state (IV), such as, for. B. Vanadyl (IV) sulfate is used.

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Abstract

Optisch aktiver Katalysator enthaltend einen Salenliganden der Formel (II) und Vanadium in der Oxidationsstufe (IV), worin die Reste R, R' und R" des Salen-Liganden unabhängig voneinander Wasserstoff, verzweigte oder unverzweigte C1-C10 Alkylreste, oder eine Gruppe O(C1-C4-Alkyl), oder F, Cl, Br oder l, eine, gegebenenfalls substituierte, Arylgruppe, oder -(CH2)m-, wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist, bedeuten und der Katalysator 1,4 bis 10 Äquivalente Salenligand bezogen auf ein Äquivalent Vanadium-(IV) enthält.

Description

Beschreibung
Optisch aktive Katalysatoren
Die Erfindung betrifft eine Klasse von optisch aktiven Vanadyl-Katalysatoren, die zur Herstellung von optisch aktiven Cyanhydrinen geeignet sind. Optisch aktive Cyanhydrine und deren Folgeprodukte, wie z.B. optisch aktive α-Hydroxycarbonsäuren, dienen als Bausteine für die Gewinnung biologisch wirksamer Stoffe, die z.B. in der Pharma- oder Agro-Industrie Einsatz finden. Cyanhydrine sind durch verschiedene chemische Reaktionen zugänglich, wie in Top. Curr. Chem. 1999, 200, 193 - 226 beschrieben.
Eine Synthesemöglichkeit für optisch aktive Cyanhydrine besteht darin, Aldehyde in Anwesenheit von Molekülen mit "CN"-Gruppen (HCN, MCN mit M: Alkalimetall, Trimethylsilylcyanid - auch als TMSCN bezeichnet, Cyanhydrine wie z. B. Acetoncyanhydrin) und einem optisch aktiven Katalysator in (S)- oder (R)- Cyanhydrine umzuwandeln (Lit. Übersicht, Compr. Asymmetrie Catal. I-Ill, 1999 (2), Kap. 28).
Mit einer Reihe von Katalysatoren gelingt die enantioselektive Addition der CN- Gruppe an Aldehyde, jedoch in erster Linie mit Trimethylsilylcyanid als CN-Quelle (Lit.: I.P. Holmes, H. B. Kagan, Tetrahedron Lett. 2000, 41 , 7457-7460. Y. Hamashima et al., Tetrahedron 2001 , 57, 805-814. E. Le ere et al., Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11 , 3471 -3474.). .
So ist beim Einsatz von optisch aktiven Übergangsmetallkatalysatoren, wie beispielsweise Titan-Salen-Komplexen der Formel (la), eine enantioselektive Addition von Trimethylsilylcyanid an Aldehyde bekannt (Y. Belokon, J. Chem. Soc, Perkin Trans. 1 1997, 1293-1295. Y. N. Belokon et al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121 , 3968-3973.).
Von Y. N. Belokon et al. (J. Am. Chem. Soc. 1999, 121 , 3970) wurde berichtet, dass mit Titan-Salen-Komplexen beim Einsatz von freier HCN unter den gleichen Bedingungen (bei -80°C) keine Reaktion erfolgt. Y. N. Belokon et al. berichten zudem in Eur. J. Org. Chem. 2000, 2655-2661 , dass mit Titan-Salen-Komplexen beim Einsatz von freier HCN auch bei Raumtemperatur nur eine sehr langsame Reaktion im Vergleich zum Einsatz von TMSCN erfolgt. Gute Umsätze und Enantioselektivitäten erfordern folglich üblicherweise tiefe Temperaturen (-80 °C) und TMSCN als Cyanidquelle.
b: X = VO
Vanadyl-Salen-Komplexe der Formel (Ib) katalysieren die Reaktion von Aldehyden mit Trimethylsilylcyanid zwar prinzipiell mit höherer Enantioselektivität als die korrespondierenden Titan-Salen-Katalysatoren (Y. N. Belokon, M. North, T. Parsons, Org. Lett. 2000, 2, 1617-1619.), hier ist jedoch nur der Einsatz von TMSCN als Cyanidquelle bekannt. Die vergleichbare Reaktion mit dem in dieser Literatur beschriebenen Katalysator und HCN als Cyanidquelle, durchgeführt bei Raumtemperatur, verläuft hinsichtlich Umsatz und Enantioselektivität nicht befriedigend, siehe auch Vergleichsbeispiel 2a.
Eine CN-Quelle wie Trimethylsilylcyanid ist für den technischen Einsatz wenig geeignet, da sie teuer ist und zudem große Mengen siliziumhaltiger Abfälle verursacht. Die Realisierung von tiefen Temperaturen wie -80°C in der technischen Anwendung ist ebenfalls teuer und wenig praktisch.
Es besteht daher die Aufgabe ein Katalysatorsystem zur Verfügung zu stellen, das die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten und Einschränkungen bezüglich der einzusetzenden CN-Quelle und der Reaktionstemperatur überwindet und darüber hinaus auf einfache Art zugänglich ist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe und betrifft eine Klasse von optisch aktiven Vanadyl-Katalysatoren, enthaltend 1 ,4 bis 10, vorzugsweise 1 ,4 bis 5, . insbesondere 1 ,4 bis 3 Äquivalente eines Salen-Liganden der allgemeinen Formel (II) bezogen auf ein Äquivalent Vanadium in der Oxidationsstufe (IV).
* R,R oder S,S-Enantiomer Die Reste R, R' und R" des Salen-Liganden der allgemeinen Formel (II) können unabhängig voneinander Wasserstoff, verzweigte oder unverzweigte C1-C10 Alkylreste, insbesondere einen Methyl- oder tert-Butylrest, oder eine Gruppe O(Cι-C-4-Alkyl), insbesondere eine Methoxygruppe oder Halogene F, Cl, Br oder I, insbesondere Cl, eine gegebenenfalls substituierte Arylgruppe, insbesondere eine Phenylgruppe, oder -(CH2)m-, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und 8 sein kann, bedeuten.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird Vanadium in der Oxidationsstufe (IV), beispielsweise in Form von Vanadyl-(IV)-salzen, insbesondere Vanadyl-(IV)-sulfat, wasserfrei oder mit Hydratwasser, mit 1,4 bis 10 Äquivalenten, bevorzugt mit 1 ,4 bis 5 Äquivalenten, insbesondere mit 1 ,4 bis 3 Äquivalenten des entsprechenden Salen-Liganden zur Reaktion gebracht.
Die Katalysatoren bestehend aus Salenliganden der Formel (II) und Vanadium in der Oxidationsstufe (IV) werden vorzugsweise in Cι-C6-aliphatischen oder C6-Cιo- aromatischen Alkoholen, insbesondere in Methanol, Ethanol, 1-^Propanol oder 2-Propanol, oder Benzylalkohol, in heterogener Reaktionsumgebung oder in einer Chlorkohlenwasserstoff/Alkohol-Mischung, insbesondere in einer Mischung von Dichlormethan, Chloroform, Dichlorethan, Trichlorethan, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Trichlorbenzol oder Chlortoluol/Alkohol-Mischung, in einer heterogenen Reaktionsumgebung synthetisiert.
Die Reaktion findet bei einer Temperatur von 0 bis 120°C, bevorzugt bei 10 bis 110°C, insbesondere bei 20 bis 90°C statt.
Der Salenligand wird eingesetzt in einer Konzentration von 0,005 bis 5,0 mol/l, bevorzugt in einer Konzentration von 0,01 bis 2,5 mol/l, insbesondere in einer Konzentration von 0,05 bis 1 ,0 mol/l bezüglich des Lösungsmittels.
Die Reaktionszeit zur Herstellung der Katalysatoren beträgt 1 bis 24 h, bevorzugt 2 bis 12 h, insbesondere 3 bis 5 h.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können insbesondere eingesetzt werden . zur Herstellung optisch aktiver Cyanhydrine durch Umsetzung von Aldehyden mit einer CN-Quelle in einem organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 60°C.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Cyanhydrine der Formel (III)
wobei das optisch aktive Zentrum * die absolute Konfiguration (R) oder (S) besitzt, R für einen, gegebenenfalls verzweigten, Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest der Kettenlänge Ci bis C2o steht oder für einen Rest der Formel (lila)
worin X, Y und Z unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und für H,
F, Cl, Br, I, OH, NH2, O(C C4-Alkyl), OCOCH3, NHCOCH3, N02 oder d-C-4-Alkyl stehen, erhalten, durch Umsetzung eines Aldehyds der Formel (IV)
wobei R die vorstehend genannte Bedeutung hat.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Cyanhydrine wird in der prioritätsgleichen deutschen Anmeldung P (interne Nummer R 4474) beschrieben auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vanadyl-Salen-Katalysatoren erfolgt, indem der jeweilige Katalysator mit dem Aldehyd und HCN in einem geeigneten Lösungsmittel gemischt werden. Dabei werden 0,00005 bis 0,05 Äquivalente Katalysator, vorzugsweise 0,0001 bis 0,01 Äquivalente Katalysator, bezogen auf den Aldehyd, eingesetzt.
Man führt die Umsetzung in Anwesenheit der erfindungsgemäßen Katalysatoren, wie bereits erwähnt, bei 0 bis 60°C, insbesondere bei 10 bis 50°C, bevorzugt bei 20 bis 40°C durch. In vielen Fällen hat es sich bewährt, die Reaktion bei Raumtemperatur ablaufen zu lassen.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Katalysatoren kann als CN-Quelle reine Blausäure, mit Säure stabilisierte Blausäure oder ein Cyanhydrin, insbesondere Acetoncyanhydrin verwendet werden.
Das in der Reaktionsmischung enthaltene Cyanhydrin der Formel (III) kann gegebenenfalls durch Hydrolyse direkt in die entsprechende α-Hydroxycarbonsäure überführt werden. Der Vorteil beim Einsatz der erfindungsgemäßen Katalysatoren besteht darin, dass es möglich ist, die Umsetzung von Aldehyden nicht nur wie bislang üblich in vergleichsweise niedrig konzentrierten Mengen, beispielsweise 0,1 mol Aldehyd/Liter, zu arbeiten, sondern auch die Umsetzung mit erheblich höheren Aldehydkonzentrationen, beispielsweise 2,0 mol Aldehyd/Liter bis zu 10 mol Aldehyd/Liter, vorzugsweise 2 bis 4 mol Aldehyd/Liter, durchzuführen. Dementsprechend fällt auch die Raumzeitausbeute für stereoselektive Cyanhydrin-Reaktionen ungewöhnlich hoch aus.
Die Umsetzung mit HCN in Anwesenheit der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Hierfür eignen sich prinzipiell alle organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische, die sich unter den Bedingungen der Reaktion inert verhalten. Besonders geeignet als Lösungsmittel sind C6-Cιo aromatische und C1-C10 aliphatische, gegebenenfalls halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Lösungsmittelgemische derselben, und aliphatische Ether mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen je Alkylrest, oder cyclische Ether mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen im Ring. Insbesondere geeignet sind aromatische gegebenenfalls substituierte Cβ-Cio , vorzugsweise C6 bis Cg-Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Toluol, ortho-, meta-, und/oder para-Xylol, chlorierte aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Dichlorethan, Trichlorethan, Chloroform, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und Trichlorbenzol, oder Ether, wie z. B. Diethylether, Di-n- propylether, Di-iso-propylether, Di-n-butylether und Methyl-tert-butylether.
Nach Beendigung der Umsetzung kann man - falls gewünscht - das optisch aktive Cyanhydrin aus der Reaktionsmischung isolieren und gegebenenfalls noch reinigen. Mit Toluol als Lösungsmittel kann man das optisch aktive Cyanhydrin z.B. in der Kälte, vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von -20CC bis 10°C, auskristallisieren.
Man kann aber auch das optisch aktive Cyanhydrin, gegebenenfalls in Form der Reaktionsmischung, beispielsweise durch saure Hydrolyse in die entsprechende optisch aktive α-Hydroxycarbonsäure überführen. Für die saure Hydrolyse verwendet man üblicherweise starke Mineralsäuren, wie konz. HCI oder wässrige Schwefelsäure. Bei der Hydrolyse ist für eine gute Durchmischung der wässrigen Phase, in der die Säure enthalten ist, und der organischen Phase, in der sich das optisch aktive Cyanhydrin befindet, zu sorgen. Durch Zugabe eines Ethers (z.B. Diisopropylether) oder eines Phasentransferkatalysators (z.B. eines
Polyethylenglykols) kann die Geschwindigkeit der Verseifungsreaktion erhöht werden.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren ermöglichen es, überraschenderweise Aldehyde mit hohen Umsätzen und guten ee-Werten mit freier Blausäure als
Cyanidquelle, bei Raumtemperatur, in die optisch aktiven Cyanhydrine sowohl der (S)- als auch der (R)-Reihe zu überführen. Insbesondere lassen sich auch für z.B. enzymatische Verfahren besonders schwierige Substrate, wie in 2-Stellung substituierte Benzaldehyde, beispielsweise 2-Chlorbenzaldehyd, mit gutem Erfolg mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wahlweise zu den entsprechenden optisch aktiven (S)- oder (R)-Cyanhydrinen umsetzen.
Beispiele:
Die nachfolgenden Beispiele beschreiben die Erfindung näher, ohne sie zu beschränken.
Die ee-Werte der erhaltenen Cyanhydrine wurden nach Derivatisierung mit Acetanhydrid/Pyridin gaschromatographisch über eine ß-Cyclodextrin-Säule bestimmt.
Als VO-Salen-Komplex wird in den nachfolgenden Beispielen ein Komplex hergestellt aus Salenliganden der Formel (II) und Vanadium in der Oxidationsstufe (IV), wie z. B. Vanadyl-(IV)-sulfat verwendet.
Herstellung des VO-Salen-Komplexes mit dem Salenliganden lla
(Na), R,R-Enantiomer, R = R' = tert-Butyl
Beispiel 1
Synthese von VO-Salen-Komplex mit dem Salenliganden (Ha):
5,46 g (0,01 mol) (R,R)-2,2,-[1 ,2-Cyclohexandiyl)bis(nitrilomethylidyn)]bis[4,6-di- tert.-butyl)-phenol] werden in 50 ml Ethanol vorgelegt und mit 1 ,14 g (0,0045 mol) Vanadylsulfat-Pentahydrat versetzt. Nach drei Stunden unter Rückfluss und vollständigem Umsatz (DC-Kontrolle) wird das Lösungsmittel abdestilliert, der Rückstand in 200 ml Dichlormethan aufgenommen und die Lösung mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Phasentrennung, Trocknen der Lösung mit Natriumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man 5,4 g hellgrünes, amorphes Pulver (Ausbeute: 96 % der Theorie, bezüglich eines Verhältnisses von Vanadium : Salenligand = 1 : 2).
Charakterisierung: Farbe hellgrün Schmelzpunkt 208°C, unter Zersetzung [α]D 20 = -300 (c = 0,01 ; CHCI3) paramagnetisch
IR (KBr) . v = 2950 (s), 2870 (m), 2350 (w), 2320 (w), 1610 (vs), 1550 (m), 1270 (s) [cm'1].
Vergleichsbeispiel 1a:
Synthese von VO-Salen-Komplex mit dem Salenliganden (lla): 5,56 g (0,01 mol) (R,R)-2,2'-[1 ,2-Cyclohexandiyl)bis(nitrilomethylidyn)]bis[4,6-di- tert.-butyl)-phenol] werden in 50 ml Ethanol vorgelegt und mit 2,53 g (0,01 mol) Vanadylsulfat-Pentahydrat versetzt. Nach drei Stunden unter Rückfluss und vollständigem Umsatz (DC-Kontrolle) wird das Lösungsmittel abdestilliert, der Rückstand in 200 ml Dichlormethan aufgenommen und die Lösung mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Phasentrennung, Trocknen der Lösung mit Natriumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man 5,7 g dunkelgrünes, amorphes Pulver (Ausbeute: 81 % der Theorie, bezüglich eines Verhältnisses von Vanadium : Salenligand = 1 :1).
Charakterisierung (vgl. Y. N. Belokon: Tetrahedron 57, 2001 , 777): Farbe dunkelgrün
Schmelzpunkt 233°C [α]D 20 = -1000 (c = 0,01 ; CHCI3) diamagnetisch
IR (KBr) v = 2950 (s), 2870 (m), 2350 (w), 2320 (w), 1610 (s), 1550 (m), 1250 (vs), 1210 (s), 1010 (m) [cm-1].
Vergleichsbeispiel 1 b: Synthese von VO-Salen-Komplex mit dem Salenliganden (lla):
5,56 g (0,01 mol) (R(R)-2,2'-[1 ,2-Cyclohexandiyl)bis(nitrilomethylidyn)]bis[4,6-di- tert.-butyl)-phenol] werden in 50 ml Ethanol vorgelegt und mit 3,8 g (0,015 mol) Vanadylsulfat-Pentahydrat versetzt. Nach drei Stunden unter Rückfluss und vollständigem Umsatz (DC-Kontrolle) wird das Lösungsmittel abdestilliert, der Rückstand in 200 ml Dichlormethan aufgenommen und die Lösung mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Phasentrennung, Trocknen der Lösung mit Natriumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man 5,0 g grünes, amorphes Pulver.
Vergleichsbeispiele 1c und d
Synthese des VO-Salen-Komplexes mit dem Salenliganden (lla) Diese Katalysatoren wurden hergestellt analog Beispiel 1, mit einem Verhältnis von c) Vanadium : Salenligand = 1 : 2,5 d) Vanadium : Salenligand = 1 : 2,9
Umsetzung von Aldehyden (IV) mit VO-Salen-Komplexen
Beispiel 2
Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit VO-Salen-Komplex aus Beispiel 1:
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 150 ml Toluol vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,09 g (0,08 x10"3 mol) (R,R)- VO-Salen-Komplex aus Beispiel 1 und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die dunkelgrüne, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 98 %; 73 % ee für das (S)-2-Chlormandelsäurecyanhydrin. Verseifung: Zur Reaktionsmischung gibt man 150 ml Diisopropylether und 112,5 g konzentrierte Salzsäure (36,5 %). Man rührt 6 Stunden bei 60°C. Dabei bilden sich zwei Phasen aus.
Anschließend fügt man 100 ml Wasser zu der Reaktionsmischung hinzu und trennt die organische Phase ab. Die wässrige Phase wird zweimal mit je 100 ml DIPE (Diisopropylether) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden zur Trockene eingeengt. Das Rohprodukt wird aus 150 ml Toluol umkristallisiert. Die Ausbeute beträgt 15,4 g (S)-2-Chlormandelsäure (55 % d.Th. bezüglich 2-Chlorbenzaldehyd; 96 % ee).
Vergleichsbeispiel 2 a - d Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit dem VO-Salen-Komplex aus den Vergleichsbeispielen 1 a - d:
Die Cyanhydrinreaktionen werden durchgeführt wie in Beispiel 2 beschrieben, mit den jeweils in den Vergleichsbeispielen 1 a - d hergestellten Komplexen. Die Ergebnisse der Cyanhydrinreaktionen sind der Tabelle zu entnehmen.
Vergleichsbeispiel 2 e
Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit Salen-Ligand lla: In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 150 ml Toluol vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,16 g (0,3 x10"3 mol) Salen- Ligand lla und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die gelbe, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 78 %; 0 % ee.
Vergleichsbeispiel 2 f Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit Salen-Ligand-(lla)-Mono-Lithium-Salz (THL 2000, 41 , 7457-7460):
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 150 ml Toluol vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,17 g (0,3 x10"3 mol) Salen- Ligand-(lla)-Mono-Lithium-Salz und 21,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die gelbe, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 78 %; 1 % ee. Beispiel 3
Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit VO-Salen-Komplex aus Beispiel 1 :
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 150 ml Dichlormethan vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,18 g (0,15 x10"3 mol) (R,R)- VO-salen-Komplex aus Beispiel 1 und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die dunkelgrüne, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 95 %; 80 % ee für das (S)-2-Chlormandelsäurecyanhydrin.
Beispiel 4
Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit VO-Salen-Komplex aus Beispiel 1 :
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 150 ml
Diisopropylether vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,09 g (0,08 x10"3 mol) (R,R)-VO-salen-Komplex aus Beispiel 1 und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die dunkelgrüne, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 99 %; 70 % ee für das (S)-2- Chlormandelsäurecyanhydrin.
Beispiel 5 Synthese von VO-Salen-Komplex mit dem Salenliganden (llb): (llb), R,R-Enantiomer, R = tert-Butyl , R' = Methyl
4,63 g (0.01 mol) (R,R)-2,2'-[1 ,2-Cyclohexandiyl)bis(nitrilomethylidyn)]bis[4-methyl- 6-tert.-butyl)-phenol] werden in 50 ml Ethanol vorgelegt und mit 1 ,14 g (0,0045 mol) Vanadylsulfat-Pentahydrat versetzt. Nach drei Stunden unter Rückfluss und vollständigem Umsatz (DC-Kontrolle) wird das Lösungsmittel abdestilliert, der Rückstand in 200 ml Dichlormethan aufgenommen und die Lösung mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Phasentrennung, Trocknen der Lösung mit Natriumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man 5,3 g grünes, amorphes Pulver.
Beispiel 6 Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit VO-Salen-Komplex aus Beispiel 5:
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 75 ml Toluol vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,09 g (0,09 x10"3 mol) (R.R)-VO-salen- Komplex aus Beispiel 5 und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die dunkelgrüne, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 99 %; 65 % ee für das (S)-2-Chlormandelsäurecyanhydrin.
Beispiel 7
Synthese von VO-Salen-Komplex mit dem Salenliganden (llc): (llc), R,R-Enantiomer, R = terkButyl , R' = Methoxy
4,95 g (0.01 mol) (R,R)-2,2'-[1 ,2-Cyclohexandiyl)bis(nitrilomethylidyn)]bis[4- methoxy-6-tert.-butyl)-phenol] werden in 50 ml Ethanol vorgelegt und mit 1 ,14 g (0,0045 mol) Vanadylsulfat-Pentahydrat versetzt. Nach drei Stunden unter Rückfluss und vollständigem Umsatz (DC-Kontrolle) wird das Lösungsmittel abdestilliert, der Rückstand in 200 ml Dichlormethan aufgenommen und die Lösung mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach Phasentrennung, Trocknen der Lösung mit Natriumsulfat und Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man 6,0 g grünes, amorphes Pulver.
Beispiel 8
Umsetzung von 2-Chlorbenzaldehyd mit VO-Salen-Komplex aus Beispiel 7:
In einem Kolben mit Rührer und Innenthermometer werden 75 ml Toluol vorgelegt. Es werden nacheinander unter Rühren 0,09 g (0,09 x10"3 mol) (R.R)-VO-salen- Komplex aus Beispiel 7 und 21 ,1 g (0,15 mol) 2-Chlorbenzaldehyd (frisch dest.) zugegeben. Dann werden 10,1 g (0,375 mol) Blausäure auf einmal zugegeben. Die dunkelgrüne, homogene Lösung wird in der geschlossenen Apparatur bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt. Der Umsatz beträgt laut GC: 91 %; 54 % ee für das (S)-2-Chlormandelsäurecyanhydrin.

Claims

Patentansprüche:
1. Optisch aktiver Katalysator enthaltend einen Salenliganden der Formel (II) und Vanadium in der Oxidationsstufe (IV),
worin die Reste R, R' und R" des Salen-Liganden unabhängig voneinander Wasserstoff, verzweigte oder unverzweigte Cι-C10 Alkylreste, oder eine Gruppe O(Cι-C-4-Alkyl), oder F, Cl, Br oder I, eine .gegebenenfalls substituierte,
Arylgruppe, oder -(CH2)m-, wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist, bedeuten und der Katalysator 1 ,4 bis 10 Äquivalente Salenligand bezogen auf ein Äquivalent Vanadium-(IV) enthält.
2. Optisch aktiver Katalysator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator 1 ,4 bis 5 Äquivalente des Salenliganden der Formel (II) bezogen auf ein Äquivalent Vanadium-(IV) enthält.
3. Optisch aktiver Katalysator nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator 1 ,4 bis 3 Äquivalente eines Salenliganden der Formel (II) bezogen auf ein Äquivalent Vanadium (IV) enthält.
4. Verfahren zur Herstellung eines optisch aktiven Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vanadyl-(IV)-Salz, mit 1 ,4 bis 10 Äquivalenten des entsprechenden Salen- Liganden in einem Lösungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 120°C zur Reaktion gebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel aliphatische oder aromatischer Alkohole, gegebenenfalls Gemische von aliphatischen halogenierten oder aromatischen Alkoholen mit Kohlenwasserstoffen verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Salenligand (II) in einer Konzentration von 0,005 bis 5 mol/l bezogen auf das Lösungsmittel eingesetzt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit zur Umsetzung 1 bis 24 h beträgt.
8. Katalysatoren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 erhältlich gemäß eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7.
9. Verwendung eines optisch aktiven Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von optisch aktiven Cyanhydrinen.
10. Verwendung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Cyanhydrine der Formel (III) hergestellt werden,
wobei das optisch aktive Zentrum * die absolute Konfiguration (R) oder (S) besitzt, R für einen, gegebenenfalls verzweigten, Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest der Kettenlänge Ci bis C2o steht oder für einen Rest der Formel (lila)
worin X, Y und Z unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und für H, F, Cl, Br, I, OH, NH2, 0(C C4-Alkyl), OCOCH3, NHCOCH3, N02 oder C C4-Alkyl stehen.
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