KONTINUIERLICHES METATHESEVERFAHREN MIT RUTHENIUM-KATALYSATOREN
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen, wobei das Verfahren kontinuierlich erfolgt und ein Ruthenium-haltiger Katalysator verwendet wird.
Grundproblem der Macrocyclisierung durch ringschließende Metathesereaktion (RCM) stellen die benötigten hohen Verdünnungen und die daraus resultierenden großen Reaktorvolumina dar. Bei der Herstellung eines Wirkstoffes im Multitonnenmaßstab wird dann bedingt durch die großen Reaktorvolumina ein hoher technischer Aufwand verursacht. Weiterhin besteht die Gefahr, dass es bei begrenzter Reaktorkapazität zu Kapazitätsengpässen kommt.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen, insbesondere von Macrocyclisierungen durch ringschließende Metathesereaktion (RCM) aufzuzeigen, bei dem diese Nachteile vermieden werden können.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass eine kontinuierliche Verfahrensweise von Metathesereaktionen gegenüber herkömmlichen B atch- Verfahren den Vorteil bietet, dass sie bei dauerhaftem Betrieb vergleichsweise kleine Reaktoren benötigen, was zu einer Senkung des technischen Aufwandes führt. Weiterhin sollte ein stabil laufender kontinuierlicher Prozess zu geringeren Schwankungen bei der Produktqualität führen. Die pro Zeiteinheit relativ geringen im System befindlichen Lösungsmittelmengen vermindern ferner die Risiken, die beim Umgang mit leicht entzündlichen Lösungsmitteln bestehen.
Bevorzugte Ausführungsformen für kontinuierlich betriebene Systeme mit der Möglichkeit zur Ethylenentfernung sind:
Rührkesselkaskade (Fig. 1)
Bei einer Rührkesselkaskade handelt es sich um eine In-Serie- Anordnung von gewöhnlichen Rührkesseln, wobei die Reaktionslösungen einen Teil der Gesamtverweil- zeit bzw. Gesamtreaktionszeit im ersten Kessel durchlaufen, einen weiteren im zweiten usw. Dabei wird die Lösung mittels Pumpen oder mit Hilfe eines Überlaufs o. ä. von einem Kessel in den Nächsten überführt. Die Katalysatorlösung kann dabei auf die verschiedenen Kessel verteilt werden. Durch Einleiten eines Stickstoffgegenstromes in die verschiedenen Kessel ist eine effiziente Ethylenentfernung gewährleistet. Die Verweilzeit in den einzelnen Kesseln wird bevorzugt so eingestellt, dass eine maximale Ausbeute, bei möglichst wenig Nebenprodukten, erreicht wird. Die Ausbeute einer Reaktion hängt dabei unter anderem mit der Verweilzeit zusammen, so kann zum Beispiel bei höherer Katalysatorkonzentration die Verweilzeit bei gleicher Ausbeute gesenkt werden. Umgekehrt gilt, dass eine niedrigere Katalysatorkonzentration eine höhere Verweilzeit erfordert um die gleiche Ausbeute zu erhalten. Bei gleichen Katalysatorkonzentrationen ist die benötigte Verweilzeit umso geringer, je aktiver der Katalysator ist.
Füllkörperkolonne mit N2-Eintrag (Fig. 2)
Dabei handelt es sich um eine Kolonne, mit vorgeschaltetem Mischer oder T-Stück, die mit einem inerten Material gefüllt wird und mit einem oder mehreren Lösungsmittel¬ gemischen, das die Edukte und etwaige Katalysatoren enthält, beschickt wird. Die Verweilzeit in der Füllkörperkolonne, während der sich Substrat in Kontakt mit dem Katalysator befindet, wird bestimmt durch das Volumen der Füllkörperkolonne und die Gesamtflussrate. Wobei die Gesamtflussrate sich durch die Summe der eingestellten Einzelflussraten der verwendeten Förderung, wie z.B. Pumpen oder Schwerkraft-basierte Systeme, ergibt.
Die Ausbeute einer Reaktion hängt unter anderem mit der Verweilzeit zusammen, so kann zum Beispiel bei höherer Katalysatorkonzentration die Verweilzeit bei gleicher Ausbeute gesenkt werden. Umgekehrt gilt natürlich, dass eine niedrigere Katalysatorkonzentration eine höhere Verweilzeit erfordert um die gleiche Ausbeute zu erhalten. Bei gleichen
Katalysatorkonzentrationen ist die benötigte Verweilzeit umso geringer, je aktiver der Katalysator ist.
Fallfilmreaktor bzw. Kurzwegdestille (Fig 3) Fallfilmapparate arbeiten nach dem Prinzip, dass auf der Innenseite eines senkrechten Rohrs ein dünner Flüssigkeitsfilm unter dem Einfluss der Schwerkraft herabfließt. Dem Fallfilm wird Wärme zum Zweck der Erhitzung und/oder zur teilweisen Verdampfung der Flüssigkeit zugeführt. Bei der Kurzweg-Destille dient zum Beispiel ein Wärmeträgeröl, welches durch einen Doppelmantel an der Rohraußenseite geleitet wird, als Heizmedium. Durch den Einsatz einer Wischvorrichtung wird die von oben eingespeiste Lösung auf die temperierte Fläche verteilt. Die Filmdicke ist neben der Abhängigkeit von stoff¬ spezifischen Eigenschaften wie Dichte und Viskosität auch von dem Durchsatz abhängig. Die mittlere Verweilzeit ergibt sich aus dem Produkt aus Filmdicke und Fläche geteilt durch den Durchsatz.
In diesem speziellen Anwendungsfall würde die Kurzwegdestille dazu dienen, das bei der Reaktion freiwerdende, störende Ethylen besser abzuführen, als dies bei einem Standard- B atch- Verfahren möglich wäre. Der erzeugte dünne Film auf einer relativ großen Oberfläche ermöglicht einen leichteren Phasenwechsel des Ethylens, welches dann mit einem kontinuierlichen Stickstoffstrom aus dem Reaktionsraum geleitet werden kann.
Mikroreaktor mit Verweilschleife
Bei dem abgebildeten Mikroreaktor handelt es sich um einen statischen Mischer (Interdigitalmischer IMM), dem die zu mischenden Fluide über Pumpen zugeführt werden. An den Auslass des Mischers wird eine Verweilschleife angeschlossen, die Verweilzeit wird bestimmt durch a) das Volumen des Mischers und der Verweilstrecke und b) der Gesamtflussrate, die sich durch die Summe der eingestellten Einzelflussraten der Pumpen ergibt. Bei gleich bleibender Verweilstrecke ist die Verweilzeit sehr einfach über das Verändern der Pumpraten zu variieren. Der gesamte Aufbau kann in einem Temperierbad mittels eines Thermostaten auf der gewünschten Reaktionstemperatur gehalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 Erklärung Zahlen bei der Rührkesselkaskade
1 Edukt-Lösung
2 Katalysator-Lösung
3 Quench
4 Produktlösung
5 Stickstoff
6 Exhaust
7 Reaktionsapparat 1
8 Reaktionsapparat 2
9 Reaktor zur Katalysator-Inaktivierung
10 Transferleitungen
Fig. 2 Erklärung Zahlen bei der Füllkörperkolonne
1 Edukt-Lösung
2 Katalysator-Lösung
3 Quench
4 Produktlösung
5 Stickstoff
6 Exhaust
7 Reaktionskolonne
8 Reaktor zur Katalysator-Inaktivierung
9 Transferleitung
Fig. 3 Erklärung Zahlen beim Fallfilmreaktor
1 Edukt-Lösung
2 Katalysator-Lösung
3 Quench
4 Produktlösung
5 Stickstoff
6 Exhaust
7 Transferleitung
8 Fallfilmreaktor
9 Reaktor zur Katalysator-Inaktivierung
Fig. 4 Erklärung Zahlen beim Mikroreaktor mit Verweilschleife
1 Edukt-Lösung
2 Katalysator-Lösung
3 Mikroreaktor (Reaktion)
4 Verweilschleife
5 Thermo statisierungsbad
6 Quench
7 Reaktor zur Katalysator-Inaktivierung
8 Produktlösung
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wurde gefunden, dass die bislang als B atch- Verfahren durchgeführte Ring schließende Metathesereaktion (RCM) bei Wahl geeigneter Rutheniumkatalysatoren auch als kontinuierlicher Prozess durchgeführt werden kann. Damit lassen sich im Produktions¬ maßstab gegenüber einem B atch- Verfahren in großen Kesseln eine erhebliche Reduktion im Aufwand, der technischen Anlagen und dem Platzbedarf verwirklichen. Die geringen im System befindlichen Mengen des organischen Lösungsmittels stellen aber auch eine Minimierung des Risikos beim Umgang mit leichtentzündlichen Lösungsmitteln dar.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Durchführung von Metathese- reaktionen, insbesondere einer Ringschlussmetathese (RCM), wobei das Verfahren kontinuierlich erfolgt und ein Ruthenium-haltiger Katalysator verwendet wird.
Bevorzugt wird dieses Verfahren, 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.
Bevorzugt wird dieses Verfahren, wenn ein Katalysator der Formel 1 verwendet wird;
X und X' anionische Liganden;
L neutraler Ligand; a, b, c, d unabhängig voneinander CO-RΛ SO2-R4 or PO(RD)2, H, Halogen, NO2,
C1-6-Alkyl, C1-6- Alkoxy oder Aryl, wobei Aryl gegebenenfalls mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe C1-6-Alkyl und C1-6- Alkoxy substituiert sein kann;
R1 C1-6- Alkyl, Q^-Haloalkyl, C3-6-CyClOaIkVl, C7-18- Aralkyl oder eine Gruppe der Formel Ia, worin der Stern den Verknüpfungspunkt zum Molekül andeutet und
R11 C1 -6- Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-18- Aralkyl, Aryl;
R12 H, C1-6-Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-18- Aralkyl, Aryl;
R2 H, C1-6-Alkyl, C2-6-Alkenyl, C2-6-Alkinyl oder Aryl;
R3 C1-6- Alkyl oder C3-6-Cycloalkyl, beide gegebenenfalls substituiert mit einem oder mehreren Resten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I oder C1-6- Alkoxycarbonyl, oder Aryl oder Heteroaryl beide gegebenenfalls substituiert mit einem oder mehreren Resten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I, C1-6-AIkVl, C1-6-Alkoxy, NO2, CN, CF3, OCF3 oder C1-6- Alkoxycarbonyl;
R4 C1-6-Fluoroalkyl, Aryl oder Heteroaryl, worin Aryl oder Heteroaryl jeweils substituiert sein kann mit einem oder mehreren Resten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I, C1-6-Alkyl, C1-6-Alkenyl, C1-6-AIkoxy, NO2, CN, CF3, OCF3, C1-6-Alkoxycarbonyl, S O2-C1-6- Alkyl oder SO2-Aryl;
R5 sind unabhängig voneinander C1-6- Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, Aryl oder Heteroaryl, worin Aryl oder Heteroaryl jeweils substituiert sein kann mit einem oder mehreren Resten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I, C1-6-Alkyl, -C1-6-Alkoxy, NO2, CN, CF3, OCF3, oder C1-6-Alkoxycarbonyl; oder
R4, R5 und R6 sind unabhängig voneinander eine Gruppe der Formel Ib, worin der Stern den Verknüpfungspunkt zum Molekül andeutet und
worin X
1 und X
1 anionische Liganden;
L' neutraler Ligand;
R1' C1-6- Alkyl, C1-6-Haloalkyl, C3-6-Cycloalkyl oder -C7-18-Aralkyl;
R2' H, C1-6- Alkyl, C2-6- Alkenyl, C2-6-Alkinyl oder Aryl;
R' C1-6- Alkyl, C1-6- Alkoxy, Aryl, Halogen oder NO2; n' 0, 1, 2 oder 3.
Besonders bevorzugt wird dieses Verfahren, wenn ein Katalysator der Formel 1 verwendet wird; worin
X und X' anionische Liganden; L neutraler Ligand; a, b, c, d unabhängig voneinander H, Halogen, -NO2, C1-6- Alkyl, C1-6-AIkOXy oder Aryl, wobei Aryl gegebenenfalls mit einem Rest ausgewählt aus der Gruppe
C1-6- Alkyl und C1-6- Alkoxy substituiert sein kann; R1 C1-6- Alkyl, C1-6-Haloalkyl, C3-6-CyC loalkyl, C7-^- Aralkyl oder eine Gruppe der Formel Ia, worin der Stern den Verknüpfungspunkt zum Molekül andeutet und
R11 C1-6- Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-18- Aralkyl, Aryl;
R12 H, C1-6-Alkyl, C3-6-Cycloalkyl, C7-18- Aralkyl, Aryl;
R2 H, C1-6-Alkyl, C2-6- Alkenyl, C2-6-Alkinyl oder Aryl;
bedeutet. Besonders bevorzugt wenn
R1 -d-ö-Alkyl, -Ci-e-Haloalkyl, -C3-6-Cycloalkyl oder -C7-18- Aralkyl
und am meisten bevorzugt, wenn
a, c, d H; und
-NO2;
bedeutet. Ebenfalls bevorzugt ist das oben beschriebene Verfahren worin ein Katalysator der Formel 1 verwendet wird und
L bzw. L' für einen Liganden der Formel P(R4)3 steht, worin R4 C1-6-Alkyl, Cycloalkyl
1 0 ^ oder Aryl bedeutet; besonders bevorzugt wenn L ein Liganden der Formel L , L , L oder
L bedeutet,
L1 L2 L3 L4
worin R5 und R6 unabhängig voneinander H, C1-6- 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.
Ebenfalls erfindungsgemäß ist das oben beschriebene Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen, wobei eine Edukt-Lösung EL1 und eine Katalysator-Lösung KL1 in eine Füllkörperkolonne gefördert wird und dort während der eingestellten Verweilzeit zum Produkt reagiert.
• Die Edukt-Lösung EL1 und die Katalysator-Lösung KL1 kann dabei unabhängig voneinander als Lösungsmittel (LM) organische oder wässrige LM, bevorzugt organische LM, besonders bevorzugt aliphatische, alicyclische, aromatische, halogenhaltige LM, Carbonsäureester und Ether am meisten bevorzugt Pentan, Hexan,
Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Mesitylen, Dichlormethan, Chloroform, tert- Butylmethylether, Tetrahydrofuran, Ethylacetet oder Isopropylacetat enthalten.
• Die Katalysatorlösung kann dabei in einer oder in mehreren Portionen in verschiedene Stellen der Füllkörperkolonne eingebracht werden. • Die Edukt-Lösung EL1 und die Katalysator-Lösung KL1 werden so aufgetragen, dass die Konzentration an Edukt in der Gesamtlösung GL 1-100 g/l, bevorzugt 2-65 g/l, besonders bevorzugt 3-30 g/l, am meisten bevorzugt 6-16 g/l beträgt. Die Katalysator¬ beladung beträgt dabei 0.01-10 mol%, bevorzugt 0.05-5 mol%, besonders bevorzugt 0.1-3.5 mol%, am meisten bevorzugt 0.2-1 mol% bezogen auf das Edukt. • Die Füllkörperkolonne ist eine Kolonne die mit einem inerten Füllmaterial, bevorzugt ein Füllmaterial bestehend aus Keramik, Glas, inerten Kunststoffen oder inerten Metallen gefüllt ist. Dabei können die Füllkörper unterschiedliche, geeignete dreidimensionale Formen, bevorzugt Zylinder, Gitter, Ringe, Kugeln, Pyramiden oder ähnliches besitzen. Derzeit im Handel befindliche Füllkörper sind zum Beispiel Produkte die unter den Handelsnamen VSP-Füllkörper, TOP-Füllkörper, Sattel-
Füllkörper, Berl-Sättel, Super-Torus-Sättel, Pall-Ringe, Raflux-Ringe oder Interpak- Füllkörper vertrieben werden.
• Die Temperatur der Füllkörperkolonne hängt im Wesentlichen davon ab, welche Lösungsmittel zur Reaktion verwendet werden, da die Siedetemperatur der LM nicht überschritten werden sollte. So kann die Füllkörperkolonne, bei der Verwendung von
Toluol als LM für das Edukt und den Katalysator, auf 30-1200C, bevorzugt 50-1000C, besonders bevorzugt 70-90°C, am meisten bevorzugt 75-85°C temperiert sein.
• Die Förderung der Edukt-Lösung EL1 und der Katalysator-Lösung KL1 kann mit an sich bekannten Mitteln, wie Schwerkraft-basierten Systemen, Pumpen o.a. erfolgen. Die Fließrate mit der die Lösungen auf der Füllkörperkolonne gefördert werden, hängt von der Dimension der Füllkörperkolonne ab. So kann die Fließrate für EL1 und KL1 zum Beispiel bei einer Kolonne mit 100 cm Länge und 5 cm Innendurchmesser jeweils 1-30 ml/min, bevorzugt 5-25 ml/min, besonders bevorzugt 10-20 ml/min, am meisten bevorzugt 13-17 ml/min betragen. • Der Stickstoff-Strom im Gegenstrom wird so eingestellt, dass eine feine Verteilung der Gasblasen erfolgt. Der Volumenstrom im Laborexperiment beträgt zum Beispiel bei
einer 100 cm-Kolonne 0.001-0.050 m3/h, bevorzugt 0.005-0.040 m3/h, besonders bevorzugt 0.010-0.030 m3/h, am meisten bevorzugt 0.015-0.025 m3/h.
Somit wird das obige Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen bevorzugt, wenn eine toluolische Edukt-Lösung EL1 und eine toluolische Katalysator-Lösung KL1 in die auf 8O0C temperierte Füllkörperkolonne gefördert wird und dort, unter einem Stickstoff-Gegenstrom, während der eingestellten Verweilzeit zum Produkt reagiert.
Ebenfalls bevorzugt ist das obige Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen, worin eine Edukt-Lösung EL und eine Katalysator-Lösung KL , in eine Rührkessel¬ kaskade gefördert wird und einen oder mehrere Rührkessel zur Produktbildung durchläuft.
• Die Edukt-Lösung EL und die Katalysator-Lösung KL kann dabei unabhängig voneinander als Lösungsmittel (LM) organische oder wässrige LM, bevorzugt organische LM, besonders bevorzugt aliphatische, alicyclische, aromatische, halogenhaltige LM, Carbonsäureester und Ether am meisten bevorzugt Pentan, Hexan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Mesitylen, Dichlormethan, Chloroform, tert- Butylmethylether, Tetrahydrofuran, Ethylacetet oder Isopropylacetat enthalten. • Die Edukt-Lösung EL2 und die Katalysator-Lösung KL2 werden so eingebracht, dass die Konzentration an Edukt in der Gesamtlösung GL 1-100 g/l, bevorzugt 2-65 g/l, besonders bevorzugt 3-30 g/l, am meisten bevorzugt 6-16 g/l beträgt. Die Katalysator¬ beladung beträgt dabei 0.01-10 mol%, bevorzugt 0.05-5 mol%, besonders bevorzugt 0.1-3.5 mol%, am meisten bevorzugt 0.2-0.8 mol% bezogen auf das Edukt. • Die Förderung der Edukt-Lösung EL2 und der Katalysator-Lösung KL2 in und zwischen den Rührkesseln kann mit an sich bekannten Mittel, wie Schwerkraft¬ basierten Systemen, Pumpen o.a. erfolgen.
• Eine Rührkesselkaskade kann aus einem oder mehreren, bevorzugt ein, zwei oder drei Rührkesseln bestehen. Abschließend kann ein Kessel zur Katalysator-Inaktivierung oder eine System zur kontinuierlichen Katalysatordeaktivierung angeschlossen sein.
Die Katalysator-Inaktivierung kann durch unterschiedliche chemische oder
physikalische Methoden erfolgen, bevorzugt durch Oxidation, Absorption, Komplexierung oder Adsorptionen, besonders bevorzugt durch Komplexierung, am meisten bevorzugt durch Komplexierung mittels Imidazol.
• Die Katalysatorlösung kann in einer oder in mehreren Portionen in die Rührkessel- kaskade eingetragen werden. Dabei kann ein Teil der Katalysatorlösung in den ersten
Rührkessel, ein weiterer Teil in den zweiten Rührkessel usw. eingetragen werden. So kann während dem kontinuierlichen Verfahren in den einzelnen Kesseln die Katalysatorkonzentration erhöht werden.
Somit wird das obige Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen bevorzugt, wenn eine toluolische Edukt-Lösung EL2 und eine toluolische Katalysator-Lösung KL2 in eine Rührkesselkaskade gefördert wird, einen oder mehrere Rührkessel durchläuft und abschließend in einem letzten Rührkessel direkt der Katalysator-Inaktivierung zugeführt wird.
Ebenfalls bevorzugt ist das obige Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen, worin eine Edukt-Lösung EL und eine Katalysator-Lösung KL in ein oder mehrere Mikroreaktoren gefördert wird und dort zum Produkt reagiert.
• Die Edukt-Lösung EL3 und die Katalysator-Lösung KL3 kann dabei unabhängig voneinander als Lösungsmittel (LM) organische oder wässrige LM, bevorzugt organische LM, besonders bevorzugt aliphatische, alicyclische, aromatische, halogenhaltige LM, Carbonsäureester und Ether am meisten bevorzugt Pentan, Hexan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol, Mesitylen, Dichlormethan, Chloroform, tert-
Butylmethylether, Tetrahydrofuran, Ethylacetet oder Isopropylacetat enthalten.
• Die Edukt-Lösung EL3 und die Katalysator-Lösung KL3 werden so eingebracht, dass die Konzentration an Edukt in der Gesamtlösung GL 1-100 g/l, bevorzugt 2-65 g/l, besonders bevorzugt 3-30 g/l, am meisten bevorzugt 6-16 g/l beträgt. Die Katalysator- beladung beträgt dabei 0.01-10 mol%, bevorzugt 0.05-5 mol%, besonders bevorzugt
0.1-3.5 mol%, am meisten bevorzugt 0.2-0.8 mol% bezogen auf das Edukt.
Somit wird das obige Verfahren zur Durchführung von Metathesereaktionen bevorzugt, worin eine toluolische Edukt-Lösung EL und eine toluolische Katalysator-Lösung KL in ein oder mehrere parallel angeordnete Mikroreaktoren gefördert wird und dort zum Produkt reagiert.
VERWENDETE BEGRIFFE UND DEFINITIONEN
Unter eine Metathesereaktion wird im Rahmen der Erfindung ein Reaktion verstanden, bei der zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppel- oder Dreifachbindungen in Gegenwart eines Katalysators ausgetauscht werden. Schematisch verläuft eine Metathesereaktion mit zwei Doppelbindungen wie folgt:
Formal lässt sich die Metathese also als ein Austausch von Alkyliden-Gruppen zwischen zwei Alkenen auffassen. Als Alkene kommen für die Metathese Monoolefine und Diene bzw. Polyene in Frage.
I i
Ringschluss-Metathese
Für die ringschließende Olefinmetathese werden entsprechende Diene oder Polyene mit zwei, bevorzugt endständigen, Doppelbindungen eingesetzt (siehe auch J. Am. Chem. Soc. 114, 5426 (1992); Nachr. Chem. Tech. Lab. 43, 809 (1995))
Unter der "Gesamtlösung" (GL) wird im Rahmen der Erfindung eine Lösung verstanden, die sich aus einer Lösung, welche das Edukt enthält (EL, Edukt-Lösung), und einer
Lösung, welche den Katalysator enthält (KL, Katalysatorlösung), zusammensetzt. Dabei kann die Gesamtlösung vor oder während dem kontinuierlichen Verfahren, unabhängig voneinander, aus einer oder mehreren Portionen der Edukt-Lösung und einer oder mehreren Portionen der Katalysator-Lösung zusammengesetzt werden.
Unter einem "anionischen Liganden" (X oder X') werden im Rahmen der Erfindung negativ geladene Moleküle oder Atome mit Elektronendonor-Eigenschaften verstanden. Beispielhaft hierfür seinen Halogene, Trifluoracetat oder Trifluormethansulfonat, bevorzugt Fluor Chlor, Brom oder Iod genannt.
Unter einem "neutralen Liganden" (L) werden im Rahmen der Erfindung ungeladene oder ladungsneutral erscheinende Moleküle oder Atome mit Elektronendonor-Eigenschaften verstanden. Beispielhaft seien hier tertiäre Phosphine, die aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffreste enthalten wie Trioctylphosphin, Tridodecylphosphin, Tricyclohexylphosphin. Tris-(2-methylcyclohexyl)phosphin und Tris- (o-tolyl) phosphin genannt. Als besonders bevorzugte neutrale Liganden seien NHC- Liganden genannt wie z.B. die durch die Formeln L1, L2, L3 und L beschriebenen Verbindungen:
L1 L2 L 3 worin
R >5 „ u,„nd j R τ>6 unabhängig voneinander für H, Ci-6- Alkyl oder Aryl stehen,
R und R unabhängig voneinander für H, Ci-6-Alkyl, C1-6-Alkenyl oder Aryl stehen oder zusammen eine 3- oder 4-gliedrige Alkylenbrücke bilden und
Y und Y' für Halogen stehen.
Unter dem Begriff "C1-6- Alkyl" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und un verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verstanden und unter dem Begriff "C1-4- Alkyl" verzweigte und unverzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoff atomen verstanden. Bevorzugt sind Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoff¬ atome. Beispielsweise werden hierfür genannt: Methyl, Ethyl, /z-Propyl, wσ-Propyl, n- Butyl, /so-Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, wo-Pentyl, /zeo-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 iso-Propyl, Butyl umfasst /so-Butyl, sßc-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 Kohlenstoff atome. 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-l- propenyl, l-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- s Methyl-2-propinyl etc.
Unter dem Begriff "C1-6- Alkoxy" (auch soweit sie Bestandteil anderer Reste sind) werden verzweigte und unverzweigte Alkoxygruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen verstanden o und unter dem Begriff "C1-4-AIkOXy" verzweigte und un verzweigte 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 5 die Definitionen Propoxy, Butoxy und Pentoxy alle denkbaren isomeren Formen der jeweiligen Reste. So umfasst beispielsweise Propoxy rc-Propoxy und iso-Propoxy, Butoxy umfasst wo-Butoxy, sec-Butoxy und tert-Butoxy etc.
0 Unter dem Begriff "Cs-ό-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, zso-Propyl, 5 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 o 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, ώσ-Propyl, tert-Butyl, Hydroxy, Fluor, Chlor, Brom und Jod.
Unter dem Begriff "Heteroaryl" fünf- oder sechsgliedrige heterocyclische Aromaten oder 5-10 gliedrige, bicyclische Heteroarylringe die ein, zwei oder drei Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, enthalten können und so viele konjugierte Doppelbindungen enthalten, dass ein aromatisches gebildet Systeme wird. Als Beispiele für fünf- oder sechsgliedrige heterocyclische Aromaten, werden genannt:
Unter dem Begriff " C7-18-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 " C7-11-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, wo-Propyl, tert-Butyl, Hydroxy, Fluor, Chlor, Brom und Jod.
BEISPIELREAKTIONEN
Alle Beispielreaktionen werden am Molekül A durchgeführt, das in einer Metathesereaktion mit einem Katalysator der Formel K,
Mes— N. ^N- Mes
zu einem Molekül B unter Abspaltung von Ethylen umgesetzt wird.
Da eine aussagekräftige Ausbeutebestimmung erst in der Folgestufe stattfinden kann, wird das Molekül B einer S^-Reaktion unterzogen. Diese Reaktion verläuft in allen Fällen mit einer nahezu vollständigen Umsetzung.
NMP entspricht N-Methylpyrolidin-2on, Rc entspricht dabei dem unten gezeigten Rest, wobei der Stern den Verknüpfungspunkt zur OH-Gruppe bzw. zum Molekül C anzeigt.
DURCHFÜHRUNG DER METATHESE IN EINER FÜLLKÖRPERKOLONNE
Eine Doppelmantel-Kolonne aus Glas mit einer Länge von 100 cm und einem Durchmesserinnen von 5cm, Anschlüssen für ein Temperiermedium, 3 Abgängen mit Verschluss (1. Abgang in halber Höhe, 2. Abgang über der Fritte, 3. Abgang unter der Fritte zum Stickstoff-Eintrag) und einer Filterfritte als Bodenplatte und zur feinen Verteilung des eingeleiteten Stickstoffs wird mit Glasringen gefüllt. Die mit Füllkörpern gepackte Kolonne wird zur Überprüfung des maximal nutzbaren Volumens mit Toluol aufgefüllt. Der Stickstoff-Strom im Gegenstrom beträgt 0.02 m3/h. Bei diesem Volumenstrom ist ein maximales Kolonnenfüllvolumen von 1250ml möglich. Das Versuchsvolumen in der Kolonne wird auf 900ml begrenzt.
Durchführung: 2000 ml einer toluolischen Edukt-Lösung mit einer Konzentration von 20 g/l und 2000 ml einer toluolischen Katalysator-Lösung mit 0.6 Mol% Katalysator K
bezogen auf das eingesetzte Edukt werden über ein T-Stück in die auf 8O0C temperierte Füllkörperkolonne gefördert. Die Fließraten der Pumpen wurden jeweils auf 15ml/min eingestellt. In 30 min. werden so 900ml Reaktionslösung in die Kolonne eingebracht. Nach 30 min. ist die Kolonne mit 900 ml Reaktionslösung gefüllt und es wird der untere Ablass geöffnet und die Reaktionslösung mit 30 ml/min Fließrate in eine Vorlage gepumpt. Dieser Teil der Reaktionslösung sollte noch nicht zur Weiterverarbeitung verwendet werden, da er sich seit Beginn der Dosierung in der Kolonne angesammelt hat und streng genommen noch nicht aus einem kontinuierlichen Prozess stammt. Nach weiteren 30 min. kann die Reaktionslösung kontinuierlich entnommen werden (Gesamtverdünnung EduktToluol = 1:100). Es kann eine Ausbeute von 91.5% d. Th. erreicht werden. Eine aussagekräftige Analytik findet erst in der Folgestufe C statt. Nach konventioneller Durchführung der Folgestufe wurde eine Ausbeute von 46% d. Th. bezogen auf A erhalten.
DURCHFÜHRUNG DER METATHESE IN EINER RÜHRKESSELKASKADE
Eine 2-stufige Rührkesselkaskade wurde nach dem Verfahrensfließbild in Fig. 1 aufgebaut: Die im Standard-B atch- Verfahren eingesetzte Verdünnung von Ig A / 100ml Reaktionslösung wird ebenso eingehalten wie die Konzentration des Katalysators K von 0.6 Mol%, bezogen auf A. Die Verweilzeit pro Rührkessel beträgt 15 min., die
Gesamtverweilzeit 30 min. Die Reaktionslösung wird nach dem zweiten Reaktor direkt der Katalysator-Inaktivierung mit Imidazol zugeführt. Nach konventioneller Durchführung der Folgestufe wurde eine Ausbeute von C von 47% d. Th. bezogen auf A erhalten.