EP1841518A1 - Verfahren zur durchführung von kontinuierlichen olefin-ringschluss-metathesen in komprimiertem kohlendioxid - Google Patents

Verfahren zur durchführung von kontinuierlichen olefin-ringschluss-metathesen in komprimiertem kohlendioxid

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Publication number
EP1841518A1
EP1841518A1 EP06707713A EP06707713A EP1841518A1 EP 1841518 A1 EP1841518 A1 EP 1841518A1 EP 06707713 A EP06707713 A EP 06707713A EP 06707713 A EP06707713 A EP 06707713A EP 1841518 A1 EP1841518 A1 EP 1841518A1
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EP
European Patent Office
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aryl
alkyl
substituted
carbon dioxide
phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06707713A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Leitner
Nils Theyssen
Zhenshan Hou
Konstantin Kottsieper
Maurizio Solinas
Daniela Giunta
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.)
Boehringer Ingelheim International GmbH
Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG
Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Original Assignee
Boehringer Ingelheim International GmbH
Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG
Studiengesellschaft Kohle gGmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Boehringer Ingelheim International GmbH, Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG, Studiengesellschaft Kohle gGmbH filed Critical Boehringer Ingelheim International GmbH
Publication of EP1841518A1 publication Critical patent/EP1841518A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C6/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a different number of carbon atoms by redistribution reactions
    • C07C6/02—Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond
    • C07C6/04—Metathesis reactions at an unsaturated carbon-to-carbon bond at a carbon-to-carbon double bond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07B37/00—Reactions without formation or introduction of functional groups containing hetero atoms, involving either the formation of a carbon-to-carbon bond between two carbon atoms not directly linked already or the disconnection of two directly linked carbon atoms
    • C07B37/10—Cyclisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01J2219/00002—Chemical plants
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    • B01J2219/00047—Ionic liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2531/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • C07C2531/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • C07C2531/22—Organic complexes
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the present invention relates to a process for conducting olefin ring-closing metathesis (RCM) in which compressed carbon dioxide (gaseous, liquid or supercritical) acts as a solvent for the liquid or solid reactant and the resulting products, wherein additionally one or more ionic liquids are introduced as the second phase, are immobilized in the (or) homogeneous olefin-metathesis catalysts.
  • RCM olefin ring-closing metathesis
  • Ring-closing olefin metathesis has become one of the most powerful synthetic methods for efficiently synthesizing cyclic structures of diverse sizes and a variety of functional groups. This property has made this metabolic transformation a central tool in modern natural product chemistry, which is a reliable criterion for its outstanding synthetic utility (a) R.H. Grubbs and S. Chang, Tetrahedron, 1998, 54, 4413; b) A. Furstner, Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39, 3012; c) S.J. Connon, S. Blechert, Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 1900)
  • homogeneous catalysts predominantly Ru complexes
  • concentrations of the homogeneous catalysts used are typically in the single-digit mole percent range, which requires efficient product separation for economic and toxicological reasons.
  • the prior art is the immobilization of the homogeneous catalysts to solid support materials, which can be separated by filtration after carrying out the reaction, or the separation and recycling of the homogeneous catalyst by means of multiphase catalysis, a method in which the catalyst is immobilized in one phase (stationary phase) and the products recovered from the other phase (called mobile phase in the continuous process).
  • Two special editions on two-phase catalysis and related techniques have already been published: a) Catalysis Today 1998, 42, iussue 2; b) Chem. Rev. 2002, 102, October 2002).
  • the latter strategy was implemented very successfully in the shell-higher-olefin process or in the Ruhrchemie-Rh ⁇ ne-Poulenc process. Both methods are characterized in that only gaseous starting materials are used, which are converted into liquid products. These can then be separated as a separate phase.
  • the widely used metathesis catalysts have insufficient selective distribution coefficients for conventional two-phase systems (liquid-liquid systems), so that unwanted catalyst leaching into the substrate / product phase takes place. This extractive discharge not only reduces the activity of the catalytic system but also contaminates the product with catalyst, which is unacceptable in many areas of fine chemistry. 4.
  • the mobile solvent used for a continuous process must be extremely clean, as otherwise impurities from it accumulate in the catalytically active phase, and thus a catalyst deactivation can be accelerated.
  • High-purity organic solvents are very expensive and therefore not very economical.
  • Supercritical carbon dioxide has already proven useful as a solvent for olefin metathesis reactions of a wide range of cyclizable substrates. It is not only very inexpensive (also in high purity), non-toxic, non-flammable, but also allows RCM to specifically influence the monomer-oligomer equilibrium by varying the fluid density used.
  • Ionic liquids are also described as potential reaction media for conducting olefin ring closure metathesis reactions in the chemical literature. Their great advantage lies in the absence of volatility below their decomposition temperature and in the incombustibility. In addition, many agents have miscibility gaps with conventional solvents, allowing for easy product isolation by extraction (a) RC Buijsman, E. van Vuuren, JG Sterrenburg, Org. Lett. 2001, 3, 3785-3787, b) Gürtler et al., ⁇ , m-Diene Metathesis in the Presence of Lonic Liquids, US Pat. 6,756,500 B1).
  • Transition metal catalyst but also the ionic liquid used in the system.
  • the more or less high cross-solubility of ionic liquids in the organic educts and products is problematic, which is particularly noticeable when starting materials and products themselves have a certain polarity. In a continuous process, this can lead to a steady loss of ionic liquid and catalyst in the products.
  • Jessop's group used supercritical CO 2 extraction to isolate the products from ionic liquids following a hydrogenation reaction with neutral ruthenium catalysts (RA Brown, P. Pollett, E. McKoon, CA Eckert, CL Liotta, PG Jessop, J Chem. Soc., 2001, 123, 1254).
  • This concept was expanded by Baker and Tumas, who described the successful hydrogenation of cyclohexene and 1-decene with the neutral Wilkinson catalyst RhCI (PPh 3 ) 3 in the two-phase system [BMIM] [PF 6 ] / supercritical carbon dioxide.
  • FIG. 5 Schematic representation of the partial test set-up involving an electromagnetically switchable 3-way valve, which timed conducts an unloaded and substrate-loaded (shown here) CO 2 stream into the reactor.
  • Figure 6 Amount of 12 per ml compressed CO 2 phase injected as a function of reservoir temperature. In each case, the amount of 12 which was taken up from 100 ml of compressed CO 2 (400 bar) at the corresponding reservoir temperature was quantified.
  • the present inventive method is characterized in that a liquid or solid substrate dissolved in the compressed carbon dioxide and with the second liquid phase, the catalyst-containing ionic liquid in which a variety of substrates, products and metal complex metathesis catalysts homogeneous is dissolved, brought into intimate contact by strong stirring and thus reacted.
  • the reaction temperature between -50 and 300 ° C., preferably between -20 and 150 ° C.
  • the total pressure between 10 and 1000 bar, preferably between 50 and 500 bar
  • the present invention accordingly provides a process which is suitable for the continuous olefin-ring closure metathesis of equally liquid and solid substrates and supercritical carbon dioxide, one or more ionic Liquids, a homogeneous catalyst and a cyclizable by means of olefin metathesis substrate.
  • the process according to the invention is outstandingly suitable for continuous olefin-ring closure metathesis of equally liquid and solid substrates.
  • carbocyclics and heterocycles of freely selectable ring size n (n> 5), including rings with medium (8-11 ring members) and large size (greater than or equal to 12 ring members) can be produced by the process according to the invention.
  • rings between 5-7 ring members and large rings can be synthesized particularly preferably.
  • Suitable catalysts in the process according to the invention are, in particular, the neutral and ionic precatalysts 1, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 shown, without this being intended to imply any limitation in the degree of the invention.
  • X and X ' are anionic ligands; L neutral ligand; a, b, c, d independently of one another are H, halogen, NO 2 , ⁇ - ⁇ -alkyl, CO-R ad , SO 2 -R ad ,
  • Ci- 8 alkyl C 3 - 6 cycloalkyl or aryl, optionally substituted with a radical selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, Ci-6-alkyl, Ci-e-alkoxy, NO 2, CN, CF 3, OCF 3 or C 6 -alkoxycarbonyl
  • R 1 Ci-6-alkyl, Ci-6-haloalkyl, C 3 - 6 cycloalkyl, C 7 - 18 - aralkyl or a group of formula A1, wherein the asterisk indicates the point of attachment to the molecule and
  • R 11 Ci-6-alkyl, Ca- ⁇ -cycloalkyl, C 7- i8-aralkyl, aryl;
  • R 12 is H, de-alkyl, C 3 - 6 cycloalkyl, C 7 -i 8 aralkyl, aryl;
  • R 2 is H, d- ⁇ -alkyl, C 2 _ 6 alkenyl, C 2 _ 6 alkynyl or aryl;
  • L is a ligand of the formula P (R 4) 3, wherein R 4 is Ci- 6 alkyl, cycloalkyl or aryl; particularly preferred when L is a ligand of the formula L 1 , L 2 , L 3 or L 4 ,
  • R 55, u, _nd j n-R6 are independently H, Ci -6 alkyl or aryl;
  • R 7 and R 8 independently of one another are H, C 1-6 -alkyl, C 2 . 6 alkenyl or aryl; or
  • R 7 and R 8 together form a 3- or 4-membered alkylene bridge; and Y and Y 'halogen;
  • ds-alkyl (including those which are part of other groups) are meant to 8 carbon atoms branched and unbranched alkyl groups having 1, under the term “Ci 6 alkyl” are meant branched and unbranched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and the term “Ci- 4 alkyl” are meant branched and unbranched alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms. Preferred are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms.
  • Examples include: methyl, ethyl, n-propyl, / so-propyl, n-butyl, / so-butyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neo-pentyl or hexyl.
  • the abbreviations Me, Et, n-Pr, / -Pr, n-Bu, / -Bu, t-Bu, etc. are also used for the abovementioned groups.
  • the definitions of propyl, butyl, pentyl and hexyl include all conceivable isomeric forms of the respective radicals.
  • propyl includes n-propyl and / so-propyl
  • butyl includes / so-butyl, sec-butyl and tert-butyl, etc.
  • C 2 - 6 alkenyl (including those which are part of other radicals) are branched and unbranched alkenyl groups having 2 to 6 carbon atoms and the term “C 2 - 4 alkenyl” branched and unbranched alkenyl groups having 2 to 4 Carbon atoms understood, as far as they have at least one double bond.
  • alkenyl groups having 2 to 4 carbon atoms examples include: ethenyl or vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, or hexenyl. Unless otherwise described, the definitions propenyl, butenyl, pentenyl and hexenyl include all conceivable isomeric forms of the respective radicals.
  • propenyl, 1-propenyl, and 2-propenyl include, butenyl includes 1-, 2-, and 3-butenyl, 1-methyl-1-propenyl, 1-methyl-2-propenyl, etc.
  • C 2 - 6 -alkynyl (including those which are part of other groups) are meant branched and unbranched alkynyl groups with 2 to 6 carbon atoms and by the term “C 2-4 alkynyl” are meant branched and unbranched alkynyl groups with 2 to 4 Carbon atoms understood as far as they have at least one triple bond.
  • alkynyl groups having 2 to 4 carbon atoms examples include: ethynyl, propynyl, butynyl, pentynyl, or hexynyl.
  • propynyl includes 1-propynyl and 2-propynyl
  • butinyl includes 1-, 2- and 3-butynyl, 1-methyl-1-propynyl, 1-methyl-2-propynyl, etc.
  • Ci-e-alkoxy (including those which are part of other groups) are branched and unbranched alkoxy groups having 1 to be understood to 6 carbon atoms and by the term “Ci- 4 alkoxy” are meant branched and unbranched alkoxy groups of 1 to 4 carbon atoms Understood. Preferred are alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms. Examples include: methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy or pentoxy. If appropriate, the abbreviations MeO, EtO, PrO, etc. are also used for the abovementioned groups. Unless otherwise stated, the definitions of propoxy, butoxy and pentoxy include all conceivable isomeric forms of the respective radicals. For example, propoxy includes n-propoxy and / so-propoxy, butoxy includes / so-butoxy, sec-butoxy and terf-butoxy, etc.
  • C3. 6 cycloalkyl (including those which are part of other groups) cyclic alkyl groups having 3 to 6 carbon atoms are understood. Examples include: cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl or cyclohexyl. Unless otherwise specified, the cyclic alkyl groups may be substituted with one or more radicals selected from the group consisting of methyl, ethyl, iso-propyl, tert-butyl, hydroxy, fluoro, chloro, bromo and iodo.
  • aryl (even if they are part of other radicals) are understood as meaning aromatic ring systems having 6 or 10 carbon atoms. For example: phenyl or naphthyl, more preferably aryl is phenyl. Unless otherwise stated, the aromatics may be substituted with one or more radicals selected from the group consisting of methyl, ethyl, iso-propyl, tert-butyl, hydroxy, fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • C 7 -i 8 aralkyl (including those which are part of other groups) are meant branched and unbranched alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms, which are substituted by an aromatic ring systems with 6 or 10 carbon atoms, are in accordance with the Term "Cy.n-aralkyl” branched and unbranched Alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, which are substituted with an aromatic ring system having 6 carbon atoms. For example: benzyl, 1- or 2-phenylethyl.
  • the aromatics may be substituted with one or more radicals selected from the group consisting of methyl, ethyl, / so-propyl, tert-butyl, hydroxy, fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • Carbon dioxide is used in the process according to the invention in gaseous, supercritical or liquid form.
  • densities in the range between 0.2 g / ml and 1 .2 g / ml, preferably between 0.3 g / ml and 0.9 g / ml apply.
  • Pyridinium cations of the general formula may be substituted with at least one group selected from C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy, C r C 6 -aminoalkyl, C 5 -C 12 -aryl-OdGr C 5 - C 12 -alkyl-C 1 -C 6 -alkyl groups, Pyrazolium cations of the general formula Wherein the pyrazole nucleus may be substituted with at least one group selected from C 1 -C 6 - alkyl, Ci-C 6 alkoxy, -C 6 aminoalkyl, C 5 -C 2 -aryl, or C 5 -C 12 -AlC 1 -C 6 - alkyl groups and
  • radicals R 2 , R 3 , R 4 are independently selected from the group consisting of
  • Heteroaryl, heteroarylCrC 6 -alkyl groups having 3 to 8 carbon atoms in the heteroaryl radical and at least one heteroatom selected from N, O and S substituted with at least one group selected from C 1 -C 6 -alkyl groups and / or halogen atoms can be;
  • Heteroaryl, heteroarylCrC 6 -alkyl groups having 3 to 8 carbon atoms in the heteroaryl radical and at least one heteroatom selected from N, O and S substituted with at least one group selected from C 1 -C 6 -alkyl groups and / or halogen atoms can be; Aryl, aryl d-Cealkyl groups having 5 to 12 carbon atoms in the aryl radical, which may be optionally substituted with at least one dC 6 alkyl group and / or a halogen atom.
  • the products can be removed after completion of the reaction by extraction with suitable solvents from the catalyst.
  • this extraction is done directly with carbon dioxide, the density may be identical to the reaction or in the density range mentioned can be changed so that the fastest possible extraction is achieved.
  • the catalyst can be recovered directly and used again.
  • the compressed carbon dioxide used in the process according to the invention allows a highly efficient continuous operation of the process due to its special chemical-physical properties.
  • liquid or solid substrates are mixed homogeneously with compressed carbon dioxide in a preceding reactor (phase 1).
  • Carbon dioxide can be used in gaseous, supercritical or liquid form, the density being in the range between 0.1 g / ml and 1.2 g / ml, preferably between 0.3 g / ml and 0.9 g / ml.
  • This mixture is directed in the direction of flow into the reactor containing the catalyst-containing ionic liquid (phase 2) at the desired reaction temperature.
  • the supernatant compressed carbon dioxide phase (phase 1) the dissolved product is separated by controlled pressure reduction and / or temperature change via a suitable valve at temperatures between -60 and 200 0 C from carbon dioxide. This allows the product to be isolated directly from the carbon dioxide stream.
  • the reaction mixture was cooled to 60 0 C, 30 mL of the THP solution described below was added and the mixture stirred for 6 hours at 60 0 C. After the solution was cooled to room temperature, the mixture was washed twice with each of 59 ml of water, 50 ml of 2% hydrochloric acid, 50 ml of a 5% sodium hydrogencarbonate solution, and finally with 59 ml of water. About 1100 ml of the toluene were distilled off at a maximum of 50 0 C under reduced pressure and the residue was purified at 50 0 C for 2 h with 0.56 g of activated carbon. After separation of the activated carbon by filtration, the solution was concentrated to 31 ml.
  • the autoclave which is characterized as Edukt reservoir
  • the reactor contained 2.5 ml of ionic liquid which had been admixed with 20-60 mg of Grela's catalyst ⁇ as described in 2.1.
  • the substrate concentration in the mobile CO 2 phase and thus also at the site of the reaction could be precisely adjusted by two parameters: Firstly, by the temperature of the educt reservoir whose dependency on the educt saturation concentration in FIG. 6 is shown a temperature of 20 0 C has been experimented, which corresponds to a loading amount of 1 .76 mg of substrate 12 per ml of compressed CO 2 phase.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Olefin-Ringschluss- Metathesen (Ring-Closing-Metathesis, RCM), bei dem komprimiertes Kohlendioxid (gasförmig, flüssig oder überkritisch) als Lösungsmittel für den flüssigen oder festen Reaktanden sowie die daraus entstehenden Produkte fungiert, wobei zusätzlich eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten als 2. Phase eingebracht werden, in die (bzw. der) homogene Olefin-Metathese-Katalysatoren immobilisiert werden.

Description

VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG VON KONTINUIERLICHEN OLEFIN- RINGSCHLUSS-METATHESEN IN KOMPRIMIERTEM KOHLENDIOXID
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Olefin-Ringschluss- Metathesen (Ring-Closing-Metathesis, RCM), bei dem komprimiertes Kohlendioxid (gasförmig, flüssig oder überkritisch) als Lösungsmittel für den flüssigen oder festen Reaktanden sowie die daraus entstehenden Produkte fungiert, wobei zusätzlich eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten als 2. Phase eingebracht werden, in die (bzw. der) homogene Olefin-Metathese-Katalysatoren immobilisiert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Ringschluss-Olefinmetathese (RCM) ist mittlerweile zu einer der leistungsfähigsten synthetischen Methoden avanciert, mit der sich cyclische Strukturen unterschiedlichster Größe und einer Vielzahl funktioneller Gruppen effizient aufbauen lassen. Diese Eigenschaft hat diese Stoffwandlung zu einem zentralen Werkzeug in der modernen Naturstoffchemie gemacht, welches ein verlässliches Kriterium für ihren herausragenden synthetischen Nutzen darstellt (a) R. H. Grubbs and S. Chang, Tetrahedron, 1998, 54, 4413; b) A. Fürstner, Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39, 3012; c) S. J. Connon, S. Blechert, Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 1900)
Bis heute kommen für die Transformation funktionalisierter Olefine ausschließlich Homogenkatalysatoren (vorwiegend Ru-Komplexe) in Betracht, da diese eine weitaus höheren Gruppentoleranz aufweisen als ihre heterogenen Analoga auf Metalloxidbasis. Allerdings liegen die verwendeten Konzentrationen der Homogenkatalysatoren typischerweise im einstelligen Molprozent-Bereich, was eine effiziente Separierung vom Produkt aus ökonomischen und toxikologischen Gründen erforderlich macht.
Stand der Technik ist die Immobilisierung der homogenen Katalysatoren an feste Trägermaterialien, die nach Durchführung der Reaktion durch Filtration separiert werden können, oder die Abtrennung und Recyclisierung des homogenen Katalysators mit Hilfe der Mehrphasen katalyse, einem Verfahren, bei dem der Katalysator in einer Phase immobilisiert ist (stationäre Phase) und die Produkte aus der anderen Phase gewonnen werden können (im kontinuierlichen Prozess mobile Phase genannt). Zwei Sonderausgaben zur Zweiphasen katalyse und verwandten Techniken sind bereits publiziert: a) Catalysis Today 1998, 42, iussue 2; b) Chem. Rev. 2002, 102, October iussue). Letztere Strategie wurde im Shell-Higher-Olefin-Prozess oder im Ruhrchemie- Rhόne-Poulenc Prozess sehr erfolgreich realisiert. Beide Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich gasförmige Ausgangsstoffe verwendet werden, welche in flüssige Produkte überführt werden. Diese können dann als eigene Phase abgetrennt werden.
Allerdings ist diese Methodik bei weitem nicht generell anwendbar, da die chemischphysikalischen Eigenschaften von Ausgangsstoffen und korrespondierenden Zielmolekülen oftmals sehr ähnlich sind. Dies trifft insbesondere für den Fall der Olefin- Ringschluss-Metathese zu. Hinzu kommt, dass sich bei Raumtemperatur flüssige und feste Reaktanden - den Aggregatzuständen nahezu aller Feinchemikalien - weitaus schwieriger in einer Mehrphasenkatalyse effizient umsetzen lassen, und zwar im wesentlichen deshalb, weil man ein zusätzliches Lösungsmittel verwenden muss. Dieses benötigt man, um den Kontakt mit der Katalysatorphase zu intensivieren und eine geeignete Konzentration der Substrate am Reaktionsort zu erzeugen. Gerade für die effiziente Durchführung einer Ringschluss-Olefin-Metathese sind beide Aufgaben des Lösungsmittels für eine hohe Umsatzleistung und Selektivität (Cyclisierung vs. Oligomerbildung) von grundlegender Bedeutung. Die Inkorporation einer weiteren Lösungsmittelphase führt allerdings zu einer Reihe von Problematiken:
1. Man muss die Produkte vom Lösungsmittel befreien, wodurch diese meist einer thermischen Belastung ausgesetzt werden, was oftmals die Ausbeute verringert.
2. Es gestaltet sich häufig sehr schwierig, die letzten Spuren von Lösungsmitteln aus dem Produkt zu entfernen, was insbesondere für pharmazeutische Produktionslinien problematisch ist.
3. Die verbreitet eingesetzten Metathesekatalysatoren haben für konventionelle Zweiphasensysteme (flüssig-flüssig-Systeme) unzureichend selektive Verteilungskoeffizienten, so dass ein ungewollter Katalysatoraustragung (Leaching) in die Substrat-/Produktphase erfolgt. Durch diesen extraktiven Austrag sinkt nicht nur die Aktivität des katalytischen Systems sondern es erfolgt auch eine Kontamination des Produkts mit Katalysator, was in vielen Bereichen der Feinchemie inakzeptabel ist. 4. Insbesondere das für ein kontinuierliches Verfahren verwendete mobile Lösungsmittel muss extrem sauber sein, da sich ansonsten Verunreinigungen aus diesem in der katalytisch aktiven Phase anreichern, und so eine Katalysator-Desaktivierung beschleunigt werden kann. Hochreine organische Lösungsmittel sind aber sehr teuer und damit wenig wirtschaftlich. Hinzu kommt, dass bei der Ringschlussmetathese von Ringen mit mittlerer (8-11 Ringglieder) und großer Größe (größer oder gleich 12 Ringglieder) mit sehr hohen Verdünnungen gearbeitet werden muss, um Oligomeri- sations-Reaktionen entgegenzuwirken.
5. Aufgrund ihrer Brennbarkeit und hohen Flüchtigkeit stellen konventionelle Lösungsmittel ein zusätzliches Gefährdungspotential dar.
Der vorliegenden Erfindung lag demgemäss die Aufgabe zugrunde, die voranstehend genannten Probleme zu lösen und ein Verfahren zu Verfügung zu stellen, dass für die kontinuierliche Olefin-Ringschluss-Metathese von gleichermaßen flüssigen und festen Substraten geeignet ist.
Überkritisches Kohlendioxid hat sich als Lösungsmittel für Olefin-Metathese-Reaktionen einer ganzen Bandbreite von cyclisierbaren Substraten bereits bewährt. Es ist nicht nur sehr preiswert (auch in hoher Reinheit), nicht toxisch, nicht brennbar sondern ermöglicht auch bei der RCM die gezielte Beeinflussung des Monomer-Oligomer-Gleichgewichts durch Variation der verwendeten Fluiddichte (a) A. Fürstner, L. Ackermann, K Beck, H. Hori, D. Koch, K. Langemann, M. Liebl, C. Six, W. Leitner, J. Am. Chem. Soc. 2001 , 123, 9000-9006, b) Fürstner et al., Selective Olefin Metathesis of Bifunctional or Polyfunctional Substrates in compressed Carbon Dioxide as Reaction Medium, U.S. Pat. No. 6,348,551 ; c) DeSimone et al., Olefin Metathesis Reactions in Carbon Dioxide Medium, U.S. Pat. No. 5,840,820). Unter ausschließlicher Verwendung von komprimiertem Kohlendioxid als Reaktionsmedium sind für die Ringschluss-Olefinmetathese vor allem zwei Eigenschaften problematisch.
1 . Zum einen besitzt das überkritische Kohlendioxid keine guten Lösungseigenschaften gegenüber den derzeit aktivsten Metathesekatalysatoren, wodurch die Umsatzraten entsprechend klein sind. Dies hat - über die Olefinmetathese hinaus - zur Entwicklung von Homogenkatalysatoren mit lösungsvermittelnden, perfluorierten Ketten geführt (a) S. Kainz, D. Koch, W. Baumann, W. Leitner, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1628-1630; b) Holmes et al., Use of Compressed CO2 in Chemical Reactions, U.S. Pat. No. 6,458,985 B1 ). Derartige Katalysatoren sind allerdings aufwändig zu synthetisieren und daher sehr teuer. 2. Die Löslichkeit der derzeit aktivsten Metathesekatalysatoren ist unter
Reaktionsbedingungen, die geeignet sind, wenig flüchtige Substrate effizient umzusetzen, jedoch hoch genug, so dass eine Abtrennung des Katalysators vom Produkt nötig ist. Diese ist ohne weitere Hilfsstoffe in nachgeschalteten Verfahren allerdings nicht möglich. Deswegen wurde auch für Umsetzungen in komprimiertem Kohlendioxid die Immobilisierung an einer Festphase entwickelt, die sowohl CO2-phile als auch CO2-phobe Molekülteile enthält, um einerseits einen guten Stoffttransport an den katalytisch aktiven Zentren zu erreichen, andererseits aber eine effiziente Abtrennung sicherzustellen. (DeSimone et al., Carbon Dioxide-Soluble Polymers and Swellable Polymers for Carbon Dioxide Applications, U.S. Pat. No. 6,747,179 B1 ). Einschränkend muss aber festgestellt werden, dass die katalytische Effektivität dieses Konzept in dem o.g. Patent in keinster Weise charakterisiert wird.
Ionische Flüssigkeiten sind ebenfalls als potentielle Reaktionsmedien für die Durchführung von Olefinringschluss-Metathese-Reaktionen in der chemischen Literatur beschrieben. Ihr großer Vorteil liegt in der nicht vorhandenen Flüchtigkeit unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur und in der Nichtbrennbarkeit. Zudem besitzen viele Vertreter Mischungslücken mit konventionellen Lösungsmitteln, was eine leichte Produktisolierung durch Extraktion ermöglicht (a) R. C. Buijsman, E. van Vuuren, J. G. Sterrenburg, Org. Lett. 2001 , 3, 3785-3787, b) Gürtler et al., α,m-Diene Metathesis in the Presence of lonic Liquids, U.S. Pat. No. 6,756,500 B1 ). Die am weitläufigsten verwendeten Grubbs- Katalysatoren zeigen jedoch bei der extraktiven Aufarbeitung mit konventionellen organischen Lösungsmitteln deutliches Leaching, so dass maximal 1-2 Recyclisierungen möglich sind. Aufbauened auf diesen Erfahrungen wurde in zwei unabhängigen Arbeiten Imidazolium-Fragmente in die derzeit aktivsten bekannten Katalysatorstrukturen integriert, die erstmals ein in ionischen Flüssigkeiten recyclisierbaren Präkatalysator synthetisierten (a) N. Audic, H. Clavier, M. Mauduit, J.-C. Guillemin, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9248- 9249; b) Q. Yao, Y. Zhang, Angew. Chem Int. Ed. 2003, 42, 3395-3398). Neben der Verwendungen leicht flüchtiger, brennbarer und u. U. auch toxischer Lösungsmittel zur extraktiven Aufarbeitung existieren hier jedoch weitere Nachteile: 1. Bei schneller chemischer Reaktion am Katalysatorzentrum (welches in der ionischen Flüssigkeit gelöst vorliegt) limitiert häufig der Stofftransport die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion. Diese Problem ist in der Regel wesentlich gravierender als bei Reaktionen im Zweiphasensystem mit zwei organischen Phasen oder einer organischen und einer wässrigen Phase, da die relativ hohe Viskosität der ionischen Flüssigkeit zu einem kleinen Diffusionskoeffizienten und relativ großen Tropfen im gerührten System führt. Beide Effekte beeinflussen den Stofftransport des Edukts an das Katalysatorzentrum in unerwünschter Weise.
2. Ionische Flüssigkeiten sind im Vergleich zu Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln deutlich teurer. Dies erfordert aus Sicht des technischen Anwenders eine vollständige Rückhaltung nicht nur des verwendeten
Übergangsmetallkatalysators sondern auch der verwendeten ionischen Flüssigkeit im System. Vor diesem Hintergrund ist die mehr oder weniger hohe Querlöslichkeit ionischer Flüssigkeiten in den organischen Edukten und Produkten problematisch, die sich vor allem dann gravierend bemerkbar macht, wenn Edukte und Produkte selbst über eine gewisse Polarität verfügen. In einem kontinuierlichen Prozess kann es auf diese Weise zu einem stetigen Verlust von ionischer Flüssigkeit und Katalysator in die Produkte kommen.
1999 beschrieben die Forschungsgruppen von Brennecke und Beckman das Phasenverhalten von zweiphasigen Mischungen ionischer Flüssigkeiten mit überkritischem Kohlendioxid (L. A. Blanchard, D. Hancu, E. J. Beckman, J. F. Brennecke, Nature 1999, 399, 28-29). Sie konnten zeigen, dass überkritisches CO2 in einigen ionischen Flüssigkeiten sehr gut löslich ist, während die gleichen ionischen Flüssigkeiten keine nachweisbare Löslichkeit in überkritischem CO2 besitzen. Darüber hinaus beschrieben die Autoren in dieser Veröffentlichung die Möglichkeit, mit Hilfe von überkritischem CO2 hochsiedende Substanzen aus ionischen Flüssigkeiten zu extrahieren. Dabei konnte keine Verunreinigung des Extrakts mit ionischen Flüssigkeiten nachgewiesen werden.
Die Arbeitsgruppe von Jessop nutzte die Extraktion mit überkritischem CO2, um aus ionischen Flüssigkeiten im Anschluss an eine Hydrierreaktion mit neutralen Rutheniumkatalysatoren die Produkte zu isolieren (R. A. Brown, P. Pollett, E. McKoon, C. A. Eckert, C. L. Liotta, P. G. Jessop, J. Am Chem. Soc. 2001 , 123, 1254). Dieses Konzept wurde von Baker und Tumas erweitert, die die erfolgreiche Hydrierung von Cyclohexen und 1 -Decen mit dem neutralen Wilkinson-Katalysator RhCI(PPh3)3 im Zweiphasensystem [BMIM][PF6]/überkritisches Kohlendioxid beschrieben. Allerdings zeigen Vergleichsversuche dieser Autoren, dass in Anwesenheit von überkritischem CO2 meistens geringere, in bestem Falle gleich hohe Aktivitäten der Katalysatoren gefunden werden. Die Umsätze im System [BMIM][PF6]/überkritisches Kohlendioxid entsprechen günstigenfalls den Werten, die im System [BMIM][PF6]/n-Hexan erzielt werden (F. Liu, M. B. Abrams, R. T. Baker, W. Tumas, Chem. Commun. 2001 , 433). Eine weitere katalytische Arbeit in einem Zweiphasensystem bestehend aus überkritischem Kohlendioxid und einer ionischen Flüssigkeit wurde von Cole-Hamilton und Mitarbeitern veröffentlicht (Cole-Hamilton et al., Catalysis in an lonic Fluid, Supercritical Fluid Two Phase System, WO 02/02218 A1 ; M. F. SeIMn, P.B. Webb, D. J. CoIe Hamilton, Chem Commun. 2001 , 781 ). Die Gruppe untersuchte die Hydroformylierung von 1 -Hexen, 1- Octen und 1 -Nonen mit anionischen Rh-Komplexen. Allerdings ist deren Verfahren auf Systeme begrenzt bei denen mindestens ein unter Norrmalbedingungen gasförmiger Reaktand vorliegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Abbildung 1. Umsatz-Zeit-Profile bei der kontinuierlichen RCM von 1 ,7-Octadien 10 unter Verwendung von Katalysator 1 und Variation der Anionenstruktur der [BMIM]-basierter Ns (lonic Liquids bzw. Ionische Flüssigkeiten). Experimentelle Bedingungen: T = 40 0C, p = 170 bar.
Abbildung 2. Umsatz-Zeit-Profile bei der kontinuierlichen RCM von 1 ,7-Octadien 10 unter Verwendung von Katalysator 1 und Variation der Alkylrest-Kettenlänge Imidazolium- hexafluorophosphat-basierter ILs. M = Methyl, B = n-Butyl, P = n-Pentyl, H = n-Hexyl, O = n-Octyl. Experimentelle Bedingungen: T = 40 0C, p = 1 10 bar.
Abbildung 3. Einfluss der Reaktionstemperatur auf die kontinuierliche RCM von 1 ,7- Octadien 10 unter Verwendung von Katalysator 2. Experimentelle Bedingungen: p = 170 bar, IL = [BMIM][PF6]. Abbildung 4. Vergleich der Umsatzleistung der Katalysatoren 1 und 2 auf die kontinuierliche RCM von 1 ,7-Octadien 10 unter optimierten Bedingungen. Experimentelle Bedingungen: p = 170 bar, IL = [BMIM][PF6].
Abbildung 5. Schematische Darstellung des partiellen Versuchs-set-ups unter Einbeziehung eines elektromagnetisch schaltbaren 3-Wege-Ventils, welches zeitprogrammiert einen unbeladenen und Substrat-beladenen (hier gezeigt) CO2-Strom in den Reaktor leitet.
Abbildung 6. In Abhängigkeit der Reservoirtemperatur eingeschleuste Menge an 12 pro ml komprimierte CO2-Phase. Quantifiziert wurde jeweils die Menge an 12, die von 100 ml komprimiertem CO2 (400 bar) bei der entsprechenden Reservoirtemperatur aufgenommen wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren ist hingegen derart charakterisiert, dass ein flüssiges oder festes Substrat im komprimiertem Kohlendioxid gelöst und mit der zweiten, flüssige Phase, der Katalysator-haltigen ionischen Flüssigkeit, in der sich eine Vielzahl von Substraten, Produkten und Metallkomplex-Metathese-Katalysatoren homogen lösen, durch starkes Rühren in innigen Kontakt und damit zur Reaktion gebracht wird. Die Reaktionstemperatur (zwischen -50 und 300 0C, bevorzugt zwischen -20 und 150 0C) und der Gesamtdruck (zwischen 10 und 1000 bar, bevorzugt zwischen 50 und 500 bar) wird dabei so gewählt, dass die Dichte der CO2-Phase zwischen 0.2 und 1.2 g / ml liegt. Aufgrund des hohen Molekulargewichts, der geringen Flüchtigkeit und der hohen Polarität des Metathesekatalysators löst sich dieser im erfindungsgemäßen Verfahren nicht in der komprimierten Kohlendioxid-Phase und wird somit in dem Mehrphasenprozess unter geeigneten Reaktionsbedingungen effektiv in der IL-Phase immobilisiert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäss ein Verfahren, welches für die kontinuierliche Olefin-Ringschluss-Metathese von gleichermaßen flüssigen und festen Substraten geeignet ist und überkritisches Kohlendioxid, eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten, einen homogenen Katalysator und ein mit Hilfe der Olefinmetathese cyclisierbares Substrat enthält.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend zur kontinuierlichen Olefin-Ringschluss-Metathese von gleichermaßen flüssigen und festen Substraten eignet. Besonders bevorzugt können wenig polar bis unpolare Substrate mit Molekulargewichten < 700 g / mol und ohne die Anwesenheit stark /.eiv/s-basischer Zentren umgesetzt werden. Abhängig von der Substratstruktur können mit dem erpfindungsgemäßen Verfahren Carbo- und Heterocyclen mit frei wählbarer Ringgröße n (n > 5), hierin eingeschlossen sind Ringe mit mittlerer (8-11 Ringglieder) und großer Größe (größer oder gleich 12 Ringglieder) erzeugt werden. Besonders bevorzugt lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ringe zwischen 5-7 Ringglieder und große Ringe (> 12 Ringglieder) synthetisieren.
Als Katalysatoren kommen im erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere die gezeigten neutralen und ionischen Präkatalysatoren 1 , 4, 5, 6, 7, 8 und 9 in Betracht, ohne das hierdurch eine Einschränkung im Grad der Erfindung impliziert werden soll.
L = ^N. /N 2
Mes x/ Mes
Mes = 2,4,6-Trimethylphenyl Cy = Cyclohexyl
~ Mes'' ^ "Mes
Bevorzugt wird dieses Verfahren, wenn ein Katalysator der Formel A verwendet wird;
worin X und X' anionische Liganden; L neutraler Ligand; a, b, c, d unabhängig voneinander H, Halogen, NO2, d-β-Alkyl, CO-Ra d, SO2-Ra d,
PO(Ra d)2, Ci-6-Alkoxy oder Aryl, wobei Aryl gegebenenfalls mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe Ci_6-Alkyl und Ci-e-Alkoxy substituiert sein kann;
ja-d Ci-8-Alkyl, C3-6-Cycloalkyl oder Aryl, gegebenenfalls substituiert mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I, Ci-6-Alkyl, Ci-e-Alkoxy, NO2, CN, CF3, OCF3 oder Ci-6-alkoxycarbonyl
R1 Ci-6-Alkyl, Ci-6-Haloalkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7- 18- Aralkyl oder eine Gruppe der Formel A1 , worin der Stern den Verknüpfungspunkt zum Molekül andeutet und
R11 Ci-6-Alkyl, Ca-β-Cycloalkyl, C7-i8-Aralkyl, Aryl; R12 H, d-e-Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-i8-Aralkyl, Aryl;
R2 H, d-β-Alkyl, C2_6-Alkenyl, C2_6-Alkinyl oder Aryl;
besonders bevorzugt wenn
R1 -Ci-e-Alkyl, -Ci-6-Haloalkyl, -Cs-e-Cycloalkyl oder -C7-18- Aralkyl
und am meisten bevorzugt, wenn
a, c, d H; und b -NO2;
bedeutet. Ebenfalls bevorzugt ist das oben beschriebene Verfahren worin ein Katalysator der Formel A verwendet wird und
L für einen Liganden der Formel P(R4)3 steht, worin R4 Ci-6-Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl; besonders bevorzugt wenn L ein Liganden der Formel L1, L2, L3 oder L4 bedeutet,
L1
worin
R 55 , u , _nd-j n R6 unabhängig voneinander H, Ci-6-Alkyl oder Aryl;
R7 und R8 unabhängig voneinander H, C1-6-Alkyl, C2.6-Alkenyl oder Aryl; oder
R7 und R8 zusammen eine 3- oder 4-gliedrige Alkylenbrücke bilden; und Y und Y' Halogen;
bedeuten.
Unter dem Begriff "d-s-Alkyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verstanden, unter dem Begriff "Ci-6-Alkyl" verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verstanden und unter dem Begriff "Ci-4-Alkyl" verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden. Bevorzugt sind Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatome. Beispielsweise werden hierfür genannt: Methyl, Ethyl, n-Propyl, /so-Propyl, n-Butyl, /so-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, iso- Pentyl, neo-Pentyl oder Hexyl. Gegebenenfalls werden für vorstehend genannten Gruppen auch die Abkürzungen Me, Et, n-Pr, /-Pr, n-Bu, /-Bu, t-Bu, etc. verwendet. Sofern nicht anders beschrieben, umfassen die Definitionen Propyl, Butyl, Pentyl und Hexyl alle denkbaren isomeren Formen der jeweiligen Reste. So umfasst beispielsweise Propyl n- Propyl und /so-Propyl, Butyl umfasst /so-Butyl, sec-Butyl und tert-Butyl etc.
Unter dem Begriff "C2-6-Alkenyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkenylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und unter dem Begriff "C2-4-Alkenyl" verzweigte und unverzweigte Alkenylgruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden, soweit sie mindestens eine Doppelbindung aufweisen. Bevorzugt sind Alkenylgruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatome. Beispielsweise werden hierfür genannt: Ethenyl oder Vinyl, Propenyl, Butenyl, Pentenyl, oder Hexenyl. Sofern nicht anders beschrieben, umfassen die Definitionen Propenyl, Butenyl, Pentenyl und Hexenyl alle denkbaren isomeren Formen der jeweiligen Reste. So umfasst beispielsweise Propenyl, 1 -Propenyl und 2-Propenyl, Butenyl umfasst 1 -, 2- und 3- Butenyl, 1 -Methyl-1 -propenyl, 1 -Methyl-2-propenyl etc.
Unter dem Begriff "C2-6-Alkinyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkinylgruppen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und unter dem Begriff "C2-4-Alkinyl" verzweigte und unverzweigte Alkinylgruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden, soweit sie mindestens eine Dreifachbindung aufweisen. Bevorzugt sind Alkinylgruppen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatome. Beispielsweise werden hierfür genannt: Ethinyl, Propinyl, Butinyl, Pentinyl, oder Hexinyl. Sofern nicht anders beschrieben, umfassen die Definitionen Propinyl, Butinyl, Pentinyl und Hexinyl alle denkbaren isomeren Formen der jeweiligen Reste. So umfasst beispielsweise Propinyl 1 - Propinyl und 2-Propinyl, Butinyl umfasst 1 -, 2- und 3-Butinyl, 1 -Methyl-1 -propinyl, 1 - Methyl-2-propinyl etc.
Unter dem Begriff "Ci-e-Alkoxy" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkoxygruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verstanden und unter dem Begriff "Ci-4-Alkoxy" verzweigte und unverzweigte Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden. Bevorzugt sind Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatome. Beispielsweise werden hierfür genannt: Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy oder Pentoxy. Gegebenenfalls werden für vorstehend genannten Gruppen auch die Abkürzungen MeO, EtO, PrO, etc. verwendet. Sofern nicht anders beschrieben, umfassen die Definitionen Propoxy, Butoxy und Pentoxy alle denkbaren isomeren Formen der jeweiligen Reste. So umfasst beispielsweise Propoxy n-Propoxy und /so-Propoxy, Butoxy umfasst /so-Butoxy, sec-Butoxy und terf-Butoxy etc.
Unter dem Begriff "C3.6-Cycloalkyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden cyclische Alkylgruppen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen verstanden. Beispielsweise werden hierfür genannt: Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl oder Cyclohexyl. Soweit nicht anders beschrieben, können die cyclischen Alkylgruppen substituiert sein mit einem oder mehreren Resten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, iso- Propyl, tert-Butyl, Hydroxy, Fluor, Chlor, Brom und Jod.
Unter dem Begriff "Aryl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden aromatische Ringsysteme mit 6 oder 10 Kohlenstoffatomen verstanden. Beispielsweise werden hierfür genannt: Phenyl oder Naphthyl, bevorzugter Arylrest ist Phenyl. Soweit nicht anders beschreiben, können die Aromaten substituiert sein mit einem oder mehreren Resten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, /so-Propyl, terf-Butyl, Hydroxy, Fluor, Chlor, Brom und Jod.
Unter dem Begriff " C7-i8-Aralkyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verstanden, die mit einem aromatische Ringsysteme mit 6 oder 10 Kohlenstoffatomen substituiert sind, entsprechend werden unter dem Begriff " Cy.n-Aralkyl" verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden, die mit einem aromatische Ringsysteme mit 6 Kohlenstoffatomen substituiert sind. Beispielsweise werden hierfür genannt: Benzyl, 1 - oder 2-Phenylethyl. Soweit nicht anders beschreiben, können die Aromaten substituiert sein mit einem oder mehreren Resten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, /so-Propyl, tert-Butyl, Hydroxy, Fluor, Chlor, Brom und Jod.
Kohlendioxid wird im erfindungsgemäßen Verfahren in gasförmiger, überkritischer oder flüssiger Form verwendet. Dabei sind Dichten im Bereich zwischen 0.2 g/ml und 1 .2 g/ml, bevorzugt zwischen 0.3 g/ml und 0.9 g/ml, anzuwenden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kommen als Ionischen Flüssigkeiten Salze oder Salzmischungen der Formel [A]n + [Y]n~ mit n = 1 oder 2 in Betracht, die einen Schmelzpunkt < 100 0C aufweisen, das Anion [Y]n~ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetrafluoroborat ([BF4] ), Tetrachloroborat ([BCI4] ), Hexafluorophosphat ([PF6]"), Hexafluoroantimonat ([SbF6]"), Hexafluoroarsenat ([AsF6]"), Tetrachloroaluminat ([AICI4]"), Trichlorozinkat [(ZnCI3]"), Dichlorocuprat ([CuCI2]"), Sulfat ([SO4]2"), Carbonat ([CO3]2"), Fluorosulfonat, [R'-COO]", [R'-SO3]", [R'-SO4]" [Tetrakis-(3,5-bis-(trifluormethyl)- phenyl)borat] ([BARF]") und [(R'-SO2)2N]", wobei R' ein linearer oder verzweigter 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthaltender aliphatischer oder alicyclischer Alkyl- oder ein C5-C18-Aryl-, Cs-Cis-Aryl-CrCe-alkyl- oder CrC6-Alkyl-C5-C18-aryl-Rest ist, der durch Halogenatome substituiert sein kann, das Kation [A]+ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
• quaternären Ammonium-Kationen der allgemeinen Formel [NR1R2R3R4J+,
• Phosphonium-Kationen der allgemeinen Formel [PR1R2R3R4J+,
2^ Nλ±>!NU 1
• Imidazolium-Kationen der allgemeinen Formel R v R , wobei der Imidazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6- Alkyl-, Ci-C6-Alkoxy-, CrC6-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-Ci2-Aryl-Ci -C6- Alkylgruppen,
• Pyridinium-Kationen der allgemeinen Formel substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6- Alkyl-, C1-C6-AIkOXy-, CrC6-Aminoalkyl-, C5-C12-Aryl- OdGr C5-C12-AIyI-C1-C6- Alkylgruppen, • Pyrazolium-Kationen der allgemeinen Formel , wobei der Pyrazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6- Alkyl-, Ci-C6-Alkoxy-, CrC6-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-C12-A^l-C1-C6- Alkylgruppen und
1 1
• Triazolium-Kationen der allgemeinen Formel R , wobei der Triazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6- Alkyl-, C1-C6-AIkOXy-, CrC6-Aminoalkyl-, C5-C12-Aryl- oder C5-C12-A^l-C1 -C6- Alkylgruppen,
wobei die Reste R2, R3, R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
• Wasserstoff;
• linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 -20 Kohlenstoffatomen;
• Heteroaryl-, Heteroaryl-CrC6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom, ausgewählt aus N, O und S, das wenigstens mit einer Gruppe, ausgewählt aus CrC6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen, substituiert sein kann;
• Aryl-, Aryl CrC6Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer CrC6Alkylgruppe und/oder einem Halogenatom substituiert sein können;
und der Rest R1
• linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 -20 Kohlenstoffatomen;
• Heteroaryl-, Heteroaryl-CrC6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom, ausgewählt aus N, O und S, das wenigstens mit einer Gruppe, ausgewählt aus CrC6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen, substituiert sein kann; • Aryl-, Aryl d-CeAlkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer d-C6Alkylgruppe und/oder einem Halogenatom substituiert sein können.
Im Satzbetrieb können die Produkte nach Beendigung der Reaktion durch Extraktion mit geeigneten Lösungsmitteln vom Katalysator entfernt werden. Zweckmäßigerweise geschieht diese Extraktion direkt mit Kohlendioxid, wobei die Dichte identisch zur Reaktionsführung sein kann oder im genannten Dichtebereich so verändert werden kann, dass eine möglichst rasche Extraktion erreicht wird. Der Katalysator kann direkt zurück gewonnen und erneut eingesetzt werden.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete komprimierte Kohlendioxid ermöglicht aufgrund seiner besonderen chemisch-physikalischen Eigenschaften eine hocheffiziente kontinuierliche Betriebsweise des Prozesses. Hierzu werden in einem vorgeschalteten Reaktor flüssige oder feste Substrate mit komprimiertem Kohlendioxid homogen gemischt (Phase 1 ). Kohlendioxid kann in gasförmiger, überkritischer oder flüssiger Form eingesetzt werden, wobei die Dichte im Bereich zwischen 0.1 g/ml und 1.2 g/ml, bevorzugt zwischen 0.3 g/ml und 0.9 g/ml liegt. Dieses Gemisch wird in Flussrichtung in den Reaktor geleitet, der die katalysatorhaltige ionische Flüssigkeit (Phase 2) bei der gewünschten Reaktionstemperatur enthält. Aus der überstehenden komprimierten Kohlendioxid-Phase (Phase 1 ) wird das gelöste Produkt durch kontrolliertes Druckabsenkung und/oder Temperaturveränderung über ein geeignetes Ventil bei Temperaturen zwischen -60 und 200 0C vom Kohlendioxid getrennt. Hierdurch kann das Produkt direkt aus dem Kohlendioxid-Strom isoliert werden.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen das Vorgehen sowohl für den satzweisen als auch den kontinuierlichen Betrieb anhand prototypischer Substrate. Dabei werden die Vorteile des neuen Verfahrens deutlich, insbesondere: a) hohe Selektivität bei hohem Umsatz für unterschiedlich substituierte Substrate und b) hohe Langzeitstabilität. BEISPIELE
1. RINGSCHLUSSMETATHESE VON 1 ,7-OCTADIEN
Schema 1. RCM von 1 ,7-Octadien, IL = lonic Liquid bzw. ionische Flüssigkeit, ScCO2 = superkritisches Kohlendioxid
1 .1 BATCH-VERFAHREN
In einem typischen Experiment wurde ein 10 ml V4A Edelstahl-Autoklav, ausgestattet mit Teflondichtungen, dickwandigem Borosilikat-Schaugläsern, einem Teflon-beschichteten Magnetrührkern, einem Thermoelement, einem Drucksensor und einem Ventil, mit 5 mg des Grubbs Katalysators 1 oder 2, 2.5 ml einer Ionischen Flüssigkeit (gereinigt mit Hilfe der Säulenchromatographie) und 100 μl 1 ,7-Octadien 10 unter inerten Bedingungen gefüllt. Der Reaktor wurde mit CO2 beladen und unter kontinuierlichem Rühren auf 40 0C erwärmt. Nach einer Stunde Reaktionszeit wurde der Reaktor durch ein beheiztes Nadelventil entspannt, wobei das Reaktionsgemisch in einer nachgeschalteten Kühlfalle, die auf -60 0C temperiert war, vom Gasstrom separiert wurde. Die ionische Flüssigkeit wurde mit n-Pentan extrahiert, der Extrakt mit dem Inhalt der Kühlfalle vereinigt und gaschromatografisch analysiert. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Tabelle 1. Ergebnisse der batch-Versuche der Ringschlussmetathese von 1 ,7-Octadien
Ionische Flüssigkeit Katalysator Umsatz Selektivität
[BMIM][PF6] 1 >99% >99%
2 >99% >99%
[BMIM][BF4] 1 >99% >99%
2 >99% >99%
[BMIM][BTA]1 1 >99% >99%
2 >99% >99%
BTA = Bis(trifluormethylsulfonimid) 1.2 KONTINUIERLICHES VERFAHREN
In einem typischen Experiment wurde ein 10 ml V4A Edelstahl-Autoklav, ausgestattet mit Teflondichtungen, dickwandigem Borosilikat-Schaugläsern, einem Teflon-beschichteten Magnetrührkern, einem Thermoelement, einem Drucksensor und einem Einlass- und einem Auslassventil, mit 80 mg der Grubbs Katalysatoren 1 oder 2 und 2.5 ml einer Ionischen Flüssigkeit (gereinigt mit Hilfe der Säulenchromatographie) unter inerten Bedingungen gefüllt. Der Reaktor wurde mit CO2 beladen und unter kontinuierlichem Rühren auf die erforderliche Reaktionstemperatur gebracht. Unter Zuhilfenahme eines Kompressors wurde CO2 mit dem gewünschten Druck und mit Hilfe einer 1/16" Kapillare durch die ionische Flüssigkeit geleitet. Mit Hilfe einer HPLC-Pumpe wurde 1 ,7-Octadien 10 unmittelbar vor dem Reaktoreingang über ein T-Stück in den CO2-Strom eingetragen (Flussrate = 1 ml h'1). Unter Verwendung eines beheizbaren Nadelventils wurde der Gesamtfluss am Reaktorausgang auf 5-7 I h"1 (Gasvolumen bei Normaldruck, gemessen durch eine Gasuhr) begrenzt. Das Reaktionsgemisch wurde in einer Kühlfalle, die auf -6O0C temperiert war, vom Gasstrom separiert. Die Kühlfalle wurde nach den Zeitintervallen, die in den Umsatz-Zeitprofilen in den Abbildungen 1 bis 4 aufgeführt sind, ausgewechselt und deren Inhalte gaschromatografisch analysiert.
2. RINGSCHLUSSMETATHESE (RCM) DER VERBINDUNG 12
12 13
2.1 KONVENTIONELLES VERFAHREN 2.1 .1 DURCHFÜHRUNG DER METATHESE-REAKTION UND DEREN AUFARBEITUNG
33.0 g einer 33.4%igen Toluolischen Lösung von 12 (14.9 mmol) wurden in 1270 ml Toluol gelöst und über einen Zeitraum von 1 h durch das Hindurchleiten von Stickstoff entgast. Unter Stickstoffatmosphäre wurde die Lösung wurde auf 80 0C erwärmt und anschließend 0.040 g Grela's catalystδ (0.059 mmol) als Feststoff zugefügt. Nach einer Stunde Reaktionszeit wurden weitere 0.026 g Katalysator 5 (0.039 mmol) zugefügt und die Reaktionsmischung bis zum vollständigen Umsatz für weitere 60 min bei gleicher Temperatur gerührt.
Die Reaktionsmischung wurde auf 60 0C abgekühlt, 30 ml der unten beschriebenen THP- Lösung zugefügt und die Mischung für 6 h bei 60 0C gerührt. Nachdem die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt worden war, wurde die Mischung zweimal mit je 59 ml Wasser, 50 ml einer 2%igen Salzsäure, 50 ml einer 5%igen Natriumhydrogencarbonat- Lösung und zum Schluss mit 59 ml Wasser gewaschen. Ungefähr 1100 ml des Toluens wurden bei maximal 50 0C unter reduziertem Druck abdestilliert und der Rückstand bei 50 0C für 2 h mit 0.56 g Aktivkohle gereinigt. Nach Abtrennung der Aktivkohle mittels Filtration wurde die Lösung auf 31 ml aufkonzentriert. 2 ml dieser Lösung wurde über eine Dauer von 30 min zu 315 ml kaltem (0-7 0C) Methylcyclohexan getropft und bei dieser Temperatur für 30 min gerührt. Anschließend wurde der Rest der toluolischen Lösung über einen Zeitraum von 30 min bei 0-7 0C zugetropft. Die entstandene Suspension wurde für 30 min gerührt und der Niederschlag mittels Filtration isoliert. Das weiße Produkt wurde drei mal mit je 20 ml kaltem (0-50C) Methylcyclohexan gewaschen und im Vakuum bei 35 0C getrocknet.
Ausbeute (nach Gewicht): 11 .1 g
Ausbeute (nach Analyse): 9.0 g (12.7 mmol), 85%
Reinheit: 90% (HPLC area)
2.1 .2 HERSTELLUNG DER THP-LÖSUNG Eine Lösung von 8.9 g Tetrakishydroxymethylphosphoniumchlorid (80%, 37.4 mmol) in 19 ml entgastem Isopropanol wurde unter Stickstoffatmosphäre auf 0-10 0C abgekühlt und 4.7 g einer 45%igen Kalilauge (37.4 mmol) innerhalb von 5 min zugefügt, wobei durch Kühlung dafür gesorgt wurde, dass die Reaktionstemperatur nicht über 27 0C anstieg. Nachdem die Lösung für weitere 30 min unter Stickstoffatmospäre gerührt worden war, wurde die entstandene Suspension filtriert und der anorganische Rückstand mit 8 ml entgastem Isopropanol gewaschen. Die vereinigten Isopropanol-Lösungen wurden bis zu ihrer Verwendung unter Stickstoffatmosphäre gelagert.
2.2 BATCH-VERFAHREN
In einem typischen Experiment wurde ein 10 ml V4A Edelstahl-Autoklav mit Teflondichtungen und dickwandigem Borosilikat-Schaugläsern verwendet, der mit einem Teflon-beschichteten Magnetrührkern, einem Thermoelement, einem Drucksensor und einem Ventil bestückt war. Zunächst wurden 16 mg 12 mit wenig Toloul an den oberen Bereich eines Schauglas geklebt, der Reaktor zusammengebaut und das Toluol im Feinvakuum entfernt. 3 ml [BMIM][PF6], welches mit Hilfe der Säulenchromatographie (Silicagel, Eluent Dichlormethan) im Vorfeld gereinigt worden war, und 1 ml einer Dichlormethanlösung, die 1.5 mg des Grela's catalystδ enthielt, wurden 5 Minuten gerührt und im Anschluss das Dichlormethan im Vakuum abdestilliert. Von dieser Lösung wurde über eine Öffnung in der oberen Reaktorwandung unter inerten Bedingungen 2.5 ml in den Reaktor eingefüllt, und zwar derart, dass diese Phase noch keinen Kontakt mit dem an der Glasscheibe haftenden Substrat 12 hat. Nachdem der Reaktor die Reaktionstemperatur von 70 0C erreicht hatte, wurde mit Hilfe einer SFC-Spritzenpumpe unter stetigem Rühren 400 bar Kohlendioxid aufgepresst (t0). Nach einer Stunde Reaktionszeit wurde der Autoklav mit kaltem Wasser abgekühlt und entspannt. Die IL- Phase wurde 2x mit je 2 ml Toluol extrahiert und der Autokalv 2x mit je 2 ml Toluol ausgespült. Die vereinigten Toluolphasen wurden filtriert, das Toluol im Vakuum abdestilliert und das übrig gebliebene Öl (16 mg) mittels HPLC analysiert. Es wurde ein Produkt/Edukt- Verhältnis von 59:1 erreicht, wobei diese beiden Peaks zusammen 81% der Gesamtpeakfläche ausmachten. 2.3 KONTINUIERLICHES VERFAHREN
In einem typischen Experiment wurden zwei dem batch-Experiment analoge (siehe 2.1 ) 10 ml V4A Edelstahl-Autoklaven verwendet, die zusätzlich jedoch mit und einem Ein- und einem Auslassventil bestückt waren. Diese wurden entsprechend Abbildung 5 über ein pneumatisch betriebenes elektromagnetisch schaltbares 2-Positions-3-Wege-Ventil verbunden.
In den Autoklaven, der als Edukt-Reservoir gekennzeichnet ist, wurden etwa 2.5 g Edukt 12 eingebracht. Im Reaktor befanden sich 2.5 ml ionische Flüssigkeit, die entsprechend der Beschreibung unter 2.1 mit 20 - 60 mg Grela's catalystδ versetzt worden war. Die Substratkonzentration in der mobilen CO2-Phase und damit auch am Ort der Reaktion ließ sich durch zwei Parameter präzise einstellen: Zum einen durch die Temperatur des Edukt-Reservoirs, deren Abhängigkeit auf die Edukt-Sättigungskonzentration in Abbildung 6 gezeigt ist, wobei standardmäßig mit einer Temperatur von 20 0C experimentiert worden ist, was einer Beladungsmenge von 1 .76 mg Substrat 12 pro ml komprimierter CO2-Phase entspricht. Zum anderen durch das in Abbildung 5 skizzierte elektromagnetisch schaltbare 3-Wege- Ventil, welches zeitprogrammiert einen unbeladenen und Substrat-beladenen CO2-Strom in den Reaktor (T = 70 0C) leitet. Die gewählten Verhältnisse zwischen beladener und unbeladener CO2-Phase lagen zwischen 1 : 0 und 0.1 : 1.
Die Flussrate bei konstant gehaltenen Druck von p = 400 bar (durch SFC-Pumpenein- stellung) wurde mit Hilfe eines beheizbaren Nadelventils (T = 60 0C) geregelt, wobei Flussraten zwischen 100 und 1000 μl min'1 komprimierter CO2-Phase realisiert wurden. Der Verbrauch an komprimiertem Kohlendioxid wurde an der SFC-Spritzenpumpe abgelesen, woraus die eingetragene Substratmenge berechnet wurde. Die eingewogenen Produkt- Auffanggefäße wurden nach den Messintervallen, die in den Daten in Tabelle 2 aufgeführt sind, ausgewechselt, gegengewogen und deren Inhalte mittels HPLC analysiert. Tabelle 2. Ergebnisse kontinuierlicher Versuche (Batch-Experimente im Vergleich).
Nr m (12)a CO2-Flussrate / μl min"1 IL m (Kat) m (Extrakt) Produkt / Edukt
0 16 mg batch [BMIM][PF6] 1.5 mg n. g. 59 (S 81 % PF)
1 200 mg Vorlauf [BMIM][PF6] 7.9 mg n. g. 0.53 (S 28% PF) 700-1200 n. g. 3.12 (S 87% PF)
22 mg 320-350 [BMIM][PF6] 19.5 mg n. g- 1.18 (S 32% PF) 160-220 46 mg 2.8 mg 1.48 (S 62% PF) 600-660
26 mg 200-250 1.4 mg 1.41 (S 68% PF) 30 mg 250-320 3.1 mg 0.75 (S 93% PF)
26 mg 250-300 3.2 mg 0.33 (S 91% PF)
27 mg 250-300 3.0 mg 0.19 (S 95% PF) 21 mg 250-300 6.5 mg 0.13 (S 95% PF)
30 mg 350-400 [BMIM][BTA] 60.0 mg 2.5 mg 0.28 (S 28% PF)
47 mg 350-480 2.0 mg 2.41 (S 21% PF)
53 mg 350-480 2.1 mg 3.29 (S 32% PF)
Restdruck n. g. 2.85 (S 13% PF)
49 mg 370-430 4.5 mg 1.08 (S 62% PF)
37 mg 370-430 3.7 mg 0.45 (S 75% PF)
129 mg 1000-1200 37.4 mg 0.13 (S 92% PF)
39 mg 660-700 12.5 mg 0.09 (S 92% PF)
37 mg 230-280 12.1 mg 0.07 (S 93% PF)
29 mg 230-280 1 1.0 mg 0.06 (S 94% PF)
34 mg 230-280 14.3 mg 0.05 (S 94% PF)
(M 87 mg 510-550 [BMIM][BF4] 59.9 mg 14.7 mg 0.25 (S 79% PF)
60 mg 250-380 21.9 mg 0.06 (S 91% PF) 55 mg 250-270 33.5 mg 0.03 (S 94% PF) 48 mg 220-240 35.3 mg 0.02 (S 95% PF)
610 - 640 CO2 (I O) 0.86 (S 2.2%
5[c] 3.2 mg [BMIM][BARF] 20.2 mg 20.6 mg 620 - 630 Edukt (1 ) PF) 290 - 430 CO2 (I O) 2.01 (S 6.4% 4.6 mg 36.8 mg 280 - 400 Edukt (1 ) PF) 420 - 460 CO2 (I O) 4.9 mg 26.2 mg 5.40 (S 10% PF) 460 - 460 Edukt (1 ) Nr m (12)a CO2-Flussrate / μl min"1 IL m (Kat) m (Extrakt) Produkt / Edukt
0 - 5000 CO2 (5)
6'"J 3.7 mg [BMIM][PF6] 23.1 mg Vorlauf
0 - 5000 Edukt (1 ) 0 - 5000 CO2 (5)
2.8 mg Vorlauf
0 - 5000 Edukt (1 ) 0 - 6000 CO2 (5)
27.1 mg 13.1 mg 0.64 (S 39% PF)
0 - 6000 Edukt (1 )
280 - 440 CO2 (5)
6.9 mg 0.5 mg 2.67 (S 76% PF) 290 - 440 Edukt (1 )
410 - 490 CO2 (5)
10.1 mg 1.5 mg 3.59 (S 78% PF) 440 - 480 Edukt (1 )
310 - 470 CO2 (5)
2.0 mg Vorlauf 320 - 480 Edukt (1 )
260 - 380 CO2 (5)
8.3 mg 1.8 mg 2.77 (S 86% PF) 220 - 370 Edukt (1 )
290 - 370 CO2 (5)
15.2 mg 1.3 mg 1.93 (S 90% PF) 300 - 350 Edukt (2)
280 - 340 CO2 (5)
19.6 mg 4.5 mg 1.14 (S 91% PF) 280 - 320 Edukt (2)
280 - 350 CO2 (5)
20.7 mg 5.3 mg 0.73 (S 92% PF) 280 - 360 Edukt (2)
340 - 51 O CO2 (5)
7.2 mg Vorlauf 340 - 510 Edukt (2)
360 - 450 CO2 (5)
35.2 mg 14.6 mg 0.32 (S 92% PF) 370 - 440 Edukt (2)
200 - 1000 CO2 (5)
7 7.5 mg [BMIM][PF6] 21.0 mg Vorlauf 0.28
200 - 1000 Edukt (1 )
0 - 300 CO2 (5)
1.5 mg n. b.
0 - 300 Edukt (1 )
400 - 1800 CO2 (5)
4.6 mg n. b. 1.65 (S 24% PF)
400 - 1800 Edukt (1 )
270 - 440 CO2 (5) 1 1.3 mg 2.2 mg 4.54 (S 35% PF) 270 - 440 Edukt (1 )
380 - 530 CO2 (5) 16.2 mg 10.3 mg 3.48 (S 65% PF) 380 - 330 Edukt (1 )
480 - 515 CO2 (5) 13.2 mg n.b. 2.1 1 (S 78% PF) 480 - 515 Edukt (1 )
Konstanten: p = 400 bar, T (Reaktor) = 70 0C,
[a]: Werte wurden entsprechend den oben gemachten Ausführungen errechnet. [b]: Der Nitroveyda-Katalysator ist in [BMIM][BF4] schlecht löslich -> Ausbildung einer Suspension; der ungelöste Teil wurde abzentrifugiert und von der Lösung eine Metallwertbestimmung durchgeführt: Ru-Gehalt = 0.05% -> max. Katalysatorbeladung in vorgegebener IL-Menge = 12 mg
[c]: Der Dichteunterschied zwischen IL und überkritischer Phase ist nur sehr gering, was zur
Verwirbelung der IL in der überkritischen Phase und damit zum Austrag führt -> Umax = 500 U / min.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ein zweiphasiges Reaktionssystem zur Durchführung katalytischer Reaktionen bestehend aus einer ionischen Flüssigkeit als erster Phase und komprimiertem Kohlendioxid als zweiter Phase sowie einem festen oder einem flüssigen mit Hilfe der Olefinmetathese cyclisierbares Substrat enthält.
2. Ein Verfahren zur Herstellung von cyclischen Verbindungen durch Olefinmetathese, in welchem ein festes oder flüssiges Substrat in Gegenwart eines Katalysators und eines Reaktionssystems aus ionischer Flüssigkeit und komorimiertem Kohlendioxid umgesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin ein fünffach koordinierter Ruthenium-Komplex mit zwei anionischen Liganden, zwei neutralen Liganden und einem Carben-Liganden als Katalysator verwendet wird, worin die neutralen Liganden unabhängig voneinander gegebenenfalls mit dem Carben-Liganden verknüpft sein können.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Katalysator der Formel A verwendet wird;
worin
X und X' anionische Liganden;
L neutraler Ligand; a, b, c, d unabhängig voneinander H, Halogen, NO2, Ci_6-Alkyl, CO-Ra d, SO2- Ra d, PO(Ra d)2, Ci-6-Alkoxy oder Aryl, wobei Aryl gegebenenfalls mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe Ci_6-Alkyl und Ci-e-Alkoxy substituiert sein kann; Ra d d-β-Alkyl, C3.6-Cycloalkyl oder Aryl, gegebenenfalls substituiert mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I, C1-6-Alkyl, C1-6-AIkOXy1 NO2, CN, CF3, OCF3 oder d_6-alkoxycarbonyl;
R1 Ci-6-Alkyl, Ci-6-Haloalkyl, C3.6-Cycloalkyl, C7-I8- Aralkyl oder eine
Gruppe der Formel A1 , worin der Stern den Verknüpfungspunkt zum Molekül andeutet und
R11 d-β-Alkyl, C3_6-Cycloalkyl, C7_18-Aralkyl, Aryl; R12 H, Ci-8-Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-i8-Aralkyl, Aryl;
R2 H, d-β-Alkyl, C2_6-Alkenyl, C2_6-Alkinyl oder Aryl;
bedeuten.
5. Ein Reaktionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4 , worin die ionische Flüssigkeit einem Salz der Formel [A]n + [Y]"" mit n = 1 oder 2 entspricht, die einen Schmelzpunkt aufweist, der kleiner als die Reaktionstemperatur ist.
6. Ein Reaktionssystem nach Anspruch 5 , indem das das Anion [Y]"" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetrafluoroborat ([BF4]"), Tetrachloroborat ([BCI4]"), Hexafluorophosphat ([PF6]"), Hexafluoroantimonat ([SbF6]"), Hexafluoroarsenat ([AsF6]"), Tetrachloroaluminat ([AICI4]"), Trichlorozinkat [(ZnCI3]"), Dichlorocuprat ([CuCI2]"), Sulfat ([SO4]2"), Carbonat ([CO3]2"), Fluorosulfonat, [R'-COO]", [R-SO3]-, [R-SO4]" [Tetrakis-(3,5-bis-(trifluormethyl)-phenyl)borat] ([BARF]") und [(R- SO2)2N]", wobei R' ein linearer oder verzweigter 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthaltender aliphatischer oder alicyclischer Alkyl- oder ein C5-d8-Aryl-, C5-Ci8- Aryl-d-C6-alkyl- oder Ci-C6-Alkyl-C5-Ci8-aryl-Rest ist, der durch Halogenatome substituiert sein kann Ein Reaktionssystem nach Anspruch 5, worin das Kation [A]+ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
• quaternären Ammonium-Kationen der allgemeinen Formel [NR R R R ]+,
• Phosphonium-Kationen der allgemeinen Formel [PR1R2R3R4J+,
2^Nλ±)l\U 1
• Imidazolium-Kationen der allgemeinen Formel R ^ R , wobei der
Imidazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus Ci-C6-Alkyl-, Ci-C6-Alkoxy-, Ci-C6-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-Ci2-Aryl-Ci-C6-Alkylgruppen,
• Pyridinium-Kationen der allgemeinen Formel wobei der Pyridin-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1- Ce-Alkyl-, Ci-Ce-Alkoxy-, Ci-Ce-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-Ci2-Aryl-Ci- C6-Alkylgruppen,
1 1
• Pyrazolium-Kationen der allgemeinen Formel R , wobei der Pyrazol-
Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus Ci-C6-Alkyl-, Ci-Ce-Alkoxy-, Ci-Ce-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-Ci2- Aryl-d-Ce-Alkylgruppen und
1 1
• Triazolium-Kationen der allgemeinen Formel R , wobei der Triazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1- Ce-Alkyl-, Ci-Ce-Alkoxy-, Ci-Ce-Aminoalkyl-, C5-Ci2-Aryl- oder C5-Ci2-Aryl-d- Ce-Alkylgruppen,
wobei die Reste R2, R3, R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
• Wasserstoff;
• linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 -20 Kohlenstoffatomen; • Heteroaryl-, Heteroaryl-d-C6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom, ausgewählt aus N, O und S, das wenigstens mit einer Gruppe, ausgewählt aus CrC6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen, substituiert sein kann;
• Aryl-, Aryl d-C6Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer d-C6Alkylgruppe und/oder einem Halogenatom substituiert sein können;
und der Rest R1
• linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 -20 Kohlenstoffatomen;
• Heteroaryl-, Heteroaryl-d-drAlkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom, ausgewählt aus N, O und S, das wenigstens mit einer Gruppe, ausgewählt aus d-drAlkylgruppen und/oder Halogenatomen, substituiert sein kann;
• Aryl-, Aryl d-C6Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer d-C6Alkylgruppe und/oder einem Halogenatom substituiert sein können.
8, Ein Reaktionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 7, worin das komprimierte Kohlendioxid flüssig, gasförmig oder überkritisch vorliegt.
9, Ein Reaktionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, worin das Substrat bei Raumtemperatur und Normaldruck flüssig oder fest vorliegt und mit Hilfe einer Olefinmetathese cyclisiert werden kann, wobei vorzugsweise ein funktionalisiertes oder nicht funktionalisiertes Diolefin verwendet wird.
10. Ein Reaktionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 9, worin das Substrat und das Produkt unter Reaktionsbedingungen zumindest eine partielle Löslichkeit aufweist.
11. Ein Reaktionssystem nach den Ansprüchen 2 bis 10, worin der Katalysator in der ionischen Flüssigkeit löslich ist und in der ionischen Flüssigkeit eine wesentlich bessere Löslichkeit aufweist als in der komprimierten Kohlendioxid-Phase. 12. Ein Prozess zur Durchführung katalytischer Reaktionen in einem Zweiphasen- System bestehend aus einer ionischen Flüssigkeit als erster Phase und komprimiertem Kohlendioxid als zweiter Phase sowie einem festen oder einem flüssigen Substrat, welches mit Hilfe der Olefinmetathese cyclisierbar ist.
13. Ein Prozess nach Anspruch 12, worin die Reaktion im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt wird.
14. Ein Prozess nach Anspruch 12, worin die Reaktion im Batch-Betrieb durchgeführt wird und eine in situ Entspannung der komprimierten Kohlendioxidphase und die Gewinnung des Olefin-Metathese-Cyclisierungsprodukts aus der ionischen Flüssigkeit enthält
15. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 14, worin das komprimierte Kohlendioxid die Reaktionsprodukte und unumgesetztes Substrat aus dem Reaktor transportiert.
16. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 15, worin ein schaltbares Bauteil zeitprogrammiert einen unbeladenen und Substrat-beladenen CO2-Strom in den Reaktor leitet.
17. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 16, worin die katalytische Reaktion in einer Serie von verbundenen Reaktoren (Reaktorkaskade) durchgeführt wird, in dem das Reaktionsgemisch am Ausgang a) in den gleichen Reaktor zurückgeführt nachdem ein Teil des Produkts abgetrennt und gegen weiteres Substrat substituiert worden ist und/oder b) in nachgeschaltete Reaktoren als Substrat eingesetzt wird.
18. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 17, worin die Reaktionstemperatur zwischen -50 und 300 0C liegt
19. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 18, worin der Gesamtdruck zwischen 10 und 1000 bar liegt. 20. Ein Prozess nach den Ansprüchen 12 bis 19, worin die Reaktionstemperatur und der Gesamtdruck so gewählt wird, dass die Dichte der CO2-Phase zwischen 0.2 und 1 .2 g ml"1 liegt
21. Produkte, die nach einem Prozess nach einem der Ansprüche 1 -9 hergestellt werden.
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