WO2006040096A1 - Verfahren zur herstellung optisch aktiver carbonylverbindungen - Google Patents

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Rocco Paciello
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of optically active carbonyl compounds by asymmetric hydrogenation of ⁇ , ⁇ -unsaturated carbonyl compounds in the presence of reaction-active, optically active transition metal catalysts which have at least one carbon monoxide ligand.
  • the present invention relates to a process for preparing optically active aldehydes or ketones, in particular citronellal, by asymmetric hydrogenation of the corresponding optically active ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes or ketones.
  • EP-A 0 000 315 relates to a process for the preparation of optically active citronelal by hydrogenation of geranial or neral in the presence of a catalyst complex of rhodium and a chiral phosphine dissolved in the reaction system.
  • a problem in carrying out (homogeneous) catalytic reactions catalyzed by soluble catalysts is the often inadequate stability of the catalyst complexes used or of the catalytically active metal or transition metal complex compound formed therefrom.
  • homogeneous catalytic reactions with complex transition metal catalysts can only be used industrially on an industrial scale in special cases.
  • JP-A 52078812 describes a process for the hydrogenation of ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes such as crotonaldehyde, cinnamaldehyde or ⁇ -methylcinnamaldehyde on homogeneous Rh catalysts under hydroformylation conditions in the presence of a triarylphosphine, a tertiary amine in stoichiometric amount and carbon monoxide.
  • the object has surprisingly been achieved by providing a process for the preparation of optically active carbonyl compounds by asymmetric hydrogenation of ⁇ , ß-unsaturated carbonyl compounds in the presence of soluble in the reaction mixture, optically active transition metal catalysts having at least one carbon monoxide ligand, characterized is characterized in that the kataly ⁇ sator with a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture voran ⁇ delt and / or performs the asymmetric hydrogenation in the presence of the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide.
  • the process of the invention is suitable for preparing optically active carbonyl compounds such as aldehydes, ketones, esters, lactones or lactams by asymmetric, i. enantioselective hydrogenation of the corresponding carbonyl compounds which have an ethylenic double bond in the .alpha., .beta. position to the carbonyl group.
  • asymmetric hydrogenation is to be understood as meaning a hydrogenation in which the two enantiomeric forms of the hydrogenation product are not obtained in equal parts.
  • the process according to the invention is characterized in that the reaction mixture used, ie.
  • homogeneous catalyst either pretreated prior to the asymmetric hydrogenation with a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen (ie performs a so-called preforming) or the asymmetric hydrogenation in the presence of the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide performs or performs a preforming and then the asymmetric hydrogenation in Ge ⁇ presently fed by the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide Maschinen ⁇ .
  • transition metal catalysts which are to be used according to the invention and which are soluble in the reaction mixture have at least one CO ligand at least in a catalytic cycle or in a preform upstream of the actual catalytic cycle, it being immaterial whether these have at least one CO molecule.
  • Ligand having catalyst form represents the actual catalytically active Katalysator ⁇ form.
  • the catalyst form containing at least one CO ligand is additionally stabilized by the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide in an advantageous manner. It is particularly surprising that the known as catalyst poison carbon monoxide can also be used to support the implementation to be carried out according to the invention.
  • R 1 , R 2 are each an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, optionally one or more, in the rule gel 1 to about 5, ethylenic double bonds and / or one or more, as a rule 1 to about 5, identical or different substituents selected from the group of the substituents OR 4 , NR 5 R 6 , halogen, C 6 -C 10 -aryl and C 3 -C 9 -hetaryl can carry and together with R 3 can form a 5 to 25-membered ring is, with the proviso that R 1 and R 2 are different ver,
  • R 3 is hydrogen or an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms which optionally has one or more, usually 1 to about 5, ethylenic double bonds and / or one or more, usually 1 to about 5, identical or different Substi ⁇ tuents selected from the group of the substituents OR 4 , NR 5 R 6 , halogen, C 6 -C 10 aryl and C 3 -C 9 -hetaryl can carry, or is OR 7 or NR 8 R 9 stands
  • R 4 , R 5 , R 6 are each independently hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 6 -C 10 -
  • R 5 and R 6 together may also denote an alkylene chain of 2 to 5 carbon atoms, which may be interrupted by N or O, and 005/010847
  • R 7 , R 8 is an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, optionally one or more, usually 1 to about 5, ethylenic double bonds and / or ei ⁇ nen or more, usually 1 to about 5, identical or different substituents selected from the group of substituents
  • OR 4 NR 5 R 6 , halogen, C 6 -C 10 aryl and C 3 -C 9 hetaryl, and together with R 1 or R 2 can form a 5- to 25-membered ring and
  • R 9 is hydrogen C r C 6 -alkyl, C 6 -C 10 -aryl, C 7 -C 12 -aralkyl or C 7 -C 12 -
  • Alkylaryl is and
  • radicals R 1 to R 3 have the abovementioned meaning.
  • C r C 6 alkyl for example methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1, 1-dimethylethyl, pentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 3-methylbutyl , 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl , 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, 3,3-dimethylbutyl, 1-ethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1, 1,2-trimethylpropyl, 1,2 , 2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methyl
  • C 6 -C 10 aryl is, for example, phenyl or naphthyl.
  • C 7 -C 2 -aralkyl is for example phenylmethyl, 1-phenylethyl 2-phenylethyl, 1-phenylpropyl, 2-phenylpropyl or 3-phenylpropyl.
  • C 3 -C 9 -Hetaryl is, for example, 2-furyl, 3-furyl, 2-pyrroyl, 3-pyrroyl, 2-thienyl, 3-thienyl, 2-pyridyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl, 2-indolyl, 3-indolyl, 4-indolyl, 5-indolyl, 6-indolyl, 7-indolyl.
  • C 7 -C 12 -Alkylaryl represents, for example, 1-methylphenyl, 2-methylphenyl, 3-methylphenyl, 1-ethylphenyl, 2-ethylphenyl, 3-ethylphenyl, 1-propylphenyl, 2-propylphenyl, 3-propylphenyl, 1-iso Propylphenyl, 2-iso-propylphenyl, 3-iso-propylphenyl, 1-butylphenyl, 2-butylphenyl, 3-butylphenyl, 1-iso-butylphenyl, 2-iso-butylphenyl, 3-iso-butylphenyl, 1-sec-butylphenyl, 2-sec-butylphenyl, 3-sec-butylphenyl, 1-tert-butylphenyl, 2-tert-butylphenyl, 3-tert-butylphenyl, 1- (1-pentenyl) phenyl, 2- (1
  • halogen is to be understood as meaning fluorine, chlorine, bromine or iodine, preferably fluorine, chlorine or bromine.
  • the process according to the invention is suitable for the preparation of optically active aldehydes or ketones by asymmetric hydrogenation of ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes or ketones. Accordingly, it is particularly suitable for the preparation of optically active compounds of the formula (I 1 )
  • R 1 ', R 2' may have the same meanings as above R 1 and R 2 and
  • R 3 ' is hydrogen or an unbranched, branched or cyclic
  • R 4 , R 5 and R 6 may have the meanings given above,
  • the process according to the invention is preferably suitable for preparing optically active aldehydes of the formula (III) which have a methyl group in the ⁇ -position relative to the carbonyl group
  • R 10 is an unbranched or branched alkyl radical having 2 to 25 carbon atoms, which may optionally have 1 to 5 ethylenic double bonds, is and
  • aldehydes or ketones of the formulas (I 1 ) or (III) which can be prepared according to the invention in optically active form, the following compounds may be mentioned:
  • aldehydes of the formula (III) are according to the invention by asymmetric, i. enantioselective hydrogenation of the corresponding ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes of the formulas
  • the process according to the invention is particularly preferably suitable for the preparation of optically active citronellal of the formula (VI)
  • Mixtures of geranial and neral can be reacted according to the invention, wherein, as described above, mixtures of D- or L-citronellal, which are optically active, if the two enantiomers are not present in equal parts therein.
  • the preparation according to the invention is particularly preferably D-citronellal by asymmetric hydrogenation of neral or geranial.
  • the preparation process according to the invention is carried out in the presence of a mixture which is soluble in the reaction mixture and has an optically active transition metal catalyst which has at least one carbon monoxide ligand.
  • Such catalysts are obtainable, for example, by reaction of at least one suitable transition metal compound soluble in the reaction mixture with an optically active ligand which has at least one phosphorus and / or arsenic atom.
  • Preferred transition metal compounds are those of the metals of VIII.
  • Mau ⁇ group of the Periodic Table of the Elements in particular Ru, Rh, Pd, Ir and Pt.
  • Particularly preferred transition metals of the VIII subgroup of the periodic table according to the invention are Rh and Ir.
  • Suitable compounds of the transition metals mentioned are, in particular, those which are soluble in the chosen reaction medium, for example salts or complex compounds with suitable ligands, for example carbonyl, acetylacetonate, hydroxy, cyclooctadiene, norbornadiene, cyclooctene, methoxy, acetyl or other aliphatic or aromatic carboxylates.
  • suitable ligands for example carbonyl, acetylacetonate, hydroxy, cyclooctadiene, norbornadiene, cyclooctene, methoxy, acetyl or other aliphatic or aromatic carboxylates.
  • Transition metal compounds which are preferred in the process according to the invention are Rh (I) and Rh (III) and Rh (O) compounds, Ir (I), Ir (III), Ir (IV) and Ir (0) compounds , Ru (II), Ru (III), Ru (IV) - and Ru (0) compounds, Pd (II) -, Pd (IV) - and Pd (0) compounds and Pt (II) -, Pt (IV) and Pt (0) compounds.
  • Leave aside Transition-metal compounds which have no CO ligand can also be used in the context of the process according to the invention as starting compound for the preparation of the catalysts to be used according to the invention. These are converted into the desired catalysts under the conditions of the preforming or the hydrogenation conditions according to the invention optionally to be carried out with the addition of carbon monoxide.
  • transition metal compounds include RhCl 3, Rh (OAc) 3, [Rh (cod) Cl] 2, Rh (CO) 2 acac, [Rh (cod) OH] 2, [Rh (cod) OMe] 2 , Rh 4 (CO) 12 , Rh 6 (CO) 16 or Ir 4 (CO) 12 , [Ir (cod) Cl] 2 , where "acac” is an acetylacetonate and “cod” is a cyclooctadiene Ligands stands.
  • said transition metal compounds are usually added in an amount of from about 0.01 to about 1 mol%, preferably from about 0.05 to about 0.5 mol%, in particular from about 0.02 to about 0.2 % by mole (based on the transition metal atoms contained) in relation to the amount of substrate to be hydrogenated.
  • the ratio of the amount of transition metal compound used as precursor of the homogeneous catalyst according to the invention to the amount of substrate to be hydrogenated is advantageously chosen such that a catalyst concentration in the range from about 100 ppm to 10000 ppm, in particular in the range of about 200 ppm up to 5000 ppm is maintained.
  • said transition metal compounds are contacted with a further compound which is optically active, preferably substantially enantiomerically pure (i.e., has an enantiomeric excess of at least about 99%) and at least one phosphorus and / or arsenic atom, preferably at least one phosphorus atom.
  • This compound referred to as the chiral ligand, forms in the reaction mixture or in the preforming mixture with the transition metal compound used, the transition metal catalyst to be used according to the invention.
  • Suitable chiral ligands in the context of the present invention are those compounds as described, for example, in: I. Ojima (ed.), Catalytic Asymmetry Synthesis, Wiley-VCh, 2nd edition, 2000 or in EN Jacobsen, A. Pfaltz, H. Yamamoto (ed.), Comprehensive Asymmetry Catalysis, 2000, Springer or in W. Tang, X. Zhang, Chem. Rev. 2003, 103, 3029-3069.
  • Ph refers to phenyl, "Cy” to cyclohexyl, "XyI” XyIyI, 1 ToI “p-tolyl and” Bn "benzyl.
  • Particularly preferred ligands according to the invention are those of the structural formulas (1) to (13) and (37), (38), (41), (43), (49), (50), (51), (52), (65 ), (66), (67), (68), (69), (71), (72), (73), (74), (75), (83), (84), (85), (86), (87).
  • Particularly preferred ligands are those of the general formulas (IX) to (XI)
  • R 11 , R 12 are each independently of one another an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 20 carbon atoms which optionally has one or more, generally 1 to about 4, methylene double bonds and / or one or more in general, from 1 to about 4, identical or different substituents selected from the group of the substituents OR 19 , NR 20 R 21 , halogen, C 6 -Cio-aryl and C 3 -C 9 -hetaryl and R 11 and R 12 together can form a 4 to 20-membered ring which may contain one or more, usually 1 or 2, O atoms, and
  • R 1 1 3 d , D R1 1 4 4 are hydrogen or straight-chain or branched C 1 - to C 4 -alkyl and
  • R, R, R, R are in each case C 6 - to C 10 -aryl which optionally has one or more, generally from 1 to 8, preferably from 1 to 4, substituents selected from the group of the substituents C 1 - to C 4 - Alkyl, C 6 - to C 10 -aryl, C 1 - to C 4 -alkoxy and amino, and
  • R 19 , R 20 , R 21 in each case independently of one another hydrogen, C 1 -C 4 -alkyl, C 6 -C 10 -
  • Aryl, C 7 -C 12 aralkyl or C 7 -C 12 alkylaryl, wherein R 20 , R 21 : together may also denote an alkylene chain having 2 to 5 carbon atoms which may be interrupted by N or O.
  • Particularly preferred ligands within the scope of the process according to the invention are those of the general formula (IX), in particular the compounds of the formula (1) which are referred to below as “chibrosses”.
  • the selected chiral ligands can be used according to the invention in each case in the form of its two enantiomers.
  • chiral ligands having two phosphorus atoms are used advantageously in an amount of from about 1 to about 10 mol, preferably from about 1 to about 4 mol per mol of transition metal compound employed.
  • the actual precatalysts containing at least one carbon monoxide ligand can be obtained by combining and optionally preforming with a mixture of hydrogen and carbon monoxide.
  • the process according to the invention should be carried out in such a way that the mixture soluble in the reaction mixture, i. homogeneous catalyst, if desired in the presence of the substrate to be asymmetrically hydrogenated before either the asymmetric Hydrie ⁇ tion with a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen (ie performs a so-called preformation of the catalyst) or the asymmetric see hydrogenation in the presence of the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide or performs a preforming and then performs the asymmetric hydrogenation in the presence of the reaction mixture additionally zuge ⁇ led carbon monoxide.
  • the mixture soluble in the reaction mixture i. homogeneous catalyst
  • the process according to the invention is carried out by pretreating the catalyst with a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture (that is to say preforming it) and carrying out the asymmetric hydrogenation in the presence of additionally supplied carbon monoxide in the presence of the reaction mixture.
  • a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture that is to say preforming it
  • the chosen transition metal compound and the selected chiral ligand and, if desired, the substrate to be hydrogenated asymmetrically are dissolved in a suitable solvent or solvent medium which is inert under the reaction conditions, for example ether, tetrahydrofuran, toluene, Chlorobenzene, octadecanol, biphenyl ether, Texanol, Marlotherm, Oxoöl 9N (hydroformylation products of isomeric octenes, BASF Aktien ⁇ society) and the like.
  • the solution medium which may also be used is the substrate to be reacted, the product or any high-boiling substances which may be produced during the reaction. serving by-products.
  • the resulting solution is, advantageously in a suitable pressure reactor or autoclave, pressed at a pressure of usually about 5 to about 350 bar, preferably from about 20 to about 200 bar and more preferably from about 50 to about 100 bar, a gas mixture, containing hydrogen and carbon monoxide. Preference is given to preforming a gas mixture, about
  • a particularly preferred gas mixture for preforming is so-called synthesis gas, which usually contains about 35 to 55% by volume of carbon monoxide in addition to hydrogen and traces of other gases.
  • the preformation of the catalyst according to the invention is usually conducted at Tempe ⁇ temperatures of about 25 ° C to about 100 0 C, preferably performed ist ⁇ to about 8O 0 C at about 40 0 C. If the preformation is carried out in the presence of the substrate to be asymmetrically hydrogenated, the temperature is advantageously chosen so that no isomerization of the double bond to be hydrogenated occurs to any extent.
  • the preforming is usually completed after about 1 h to about 24 h, often after about 1 to about 12 h.
  • the asymmetric hydrogenation of the selected substrate is carried out according to the invention.
  • the selected substrate can usually be successfully orally charged with or without addition of additional carbon monoxide. If it has been dispensed with a preceding preforming, the asymmetric hydrogenation according to the invention is to be carried out in the presence of additional carbon monoxide supplied in addition to the reaction system. It is particularly advantageous to carry out preforming as described and to add additional carbon monoxide to the reaction mixture during the asymmetric hydrogenation.
  • the addition of additional carbon monoxide can be carried out in various ways: For example, the carbon monoxide can be admixed with the hydrogen used for the asymmetric hydrogenation or can also be metered directly into the reaction solution in gaseous form. Another possibility consists, for example, in adding to the reaction mixture compounds which readily liberate carbon monoxide, such as, for example, formates or oxalyl compounds.
  • the proportion of carbon monoxide in the hydrogen used is usually about 100 to about 10,000 ppm, preferably about 500 to about 5000 ppm, and more preferably about 600 to about 3000 ppm.
  • the asymmetric hydrogenation according to the invention is advantageously carried out at a pressure of about 1 to about 300 bar, preferably from about 10 to about 100 bar, in particular at about 50 to about 100 bar and a temperature of usually about 0 0 C to about 100 0 C, preferably about O 0 C to about 30 0 C, in particular at about 10 ° C to about 30 ° C before.
  • Suitable solvents are, for example, those mentioned for carrying out the preforming according to the invention.
  • the asymmetric hydrogenation is carried out in the same solvent as the optionally preforming carried out beforehand.
  • the process according to the invention can be carried out with good success with and without the addition of tertiary amines.
  • the process according to the invention is carried out in the absence, i. without addition of additional tertiary amines or in the presence of only catalytic amounts of additional tertiary amines.
  • Suitable reaction vessels for carrying out the asymmetric hydrogenation according to the invention are in principle all those which permit reactions under the conditions mentioned, in particular pressure and temperature, and are suitable for hydrogenation reactions such as autoclaves, tubular reactors, bubble columns, etc.
  • the reaction is advantageously interrupted if the target compound is present in the desired yield and the desired optical activity, ie with the desired enantiomeric excess (ee) in the reaction mixture, as can be ascertained by the person skilled in the art by routine investigations, for example by means of chromatographic methods.
  • the hydrogenation is completed after about 1 to about 150 hours, often after about 2 to about 24 hours.
  • the process of the invention makes it possible to provide optically active carbonyl compounds, in particular optically active aldehydes, in high yields and enantiomeric excesses.
  • the desired asymmetrically hydrogenated compounds are obtained in an enantiomeric excess of at least 80% ee, often with an enantiomeric excess of from about 85 to about 99% ee. It should be noted that the maximum achievable enantiomeric excess may depend on the purity of the substrate used, in particular with regard to the isomeric purity of the double bond to be hydrogenated.
  • starting materials which are suitable in particular are those which have an isomer ratio of at least about 90:10, preferably at least about 95: 5, with respect to the E / Z double bond isomers.
  • Carbon monoxide are stabilized, whereby on the one hand the service life of the catalysts is significantly increased and on the other hand, the reusability of the homogeneous Kata ⁇ lysatoren is made possible.
  • the resulting reaction product can be prepared by methods known to those skilled in the art, e.g. by distillation, remove from the reaction mixture and use the remaining catalyst, optionally after repeated preforming, in the context of further reactions.
  • the process according to the invention can be operated both batchwise or semicontinuously and also continuously and is particularly suitable for reactions on an industrial scale.
  • neral or geranial which contains up to about 5 mol%, preferably up to about 2 mol%, of the particular double bond isomer is converted into optically active citronellal.
  • the catalyst used is preferably a mixture soluble in Matters ⁇ compound of rhodium, in particular, Rh (OAc) 3, [Rh (COD) Cl] 2, Rh (CO) 2 acac, [Rh (cod) OH] 2, [ Rh (cod) OMe] 2 , Rh 4 (CO) 12 or Rh 6 (CO) 16 and as chiral ligands (R, R) -chiraphos or (S, S) -chiraphos ((2R, 3R) - (+) - 2,3-bis (diphenylphosphino) butane or (2S, 3S) - (-) - 2,3-bis (diphenylphosphino) butane) in a molar ratio
  • neral containing up to about 5 mol%, preferably up to about 2 mol%, of geranial in the presence of Rh (OAc) 3 , [Rh (COd) Cl] 2 , Rh (CO) 2 acac, [Rh (COd) OH] 2 , [Rh (cod) OMe] 2 , Rh 4 (CO) 12 or Rh 6 (CO) 16 and (R, R) -chiraphos to D-citronellal ,
  • the catalyst is preferably preformed under the abovementioned conditions and then leads to the asymmetric see hydrogenation in the presence of hydrogen containing about 600 to about 3000 ppm of carbon monoxide.
  • a further aspect of the present invention relates to a process for the preparation of optically active menthol using optically active citronellal prepared by the process according to the invention.
  • the preparation of optically active Menthol starting from optically active citronellal is known.
  • a key step here is the cyclization of optically active citronellal to optically active isopulegol as described for example in EP-A 1 225 163.
  • optically active citronellal prepared according to the invention can be cyclized to the L-isopulegol of the formula (XII) in the presence of a suitable acid, in particular a Lewis acid, as shown schematically below for the preparation of L-menthol of the formula (XIII) and then hydrogenate to L-menthol.
  • a suitable acid in particular a Lewis acid
  • a further aspect of the present invention accordingly relates to the use of optically active citronellal prepared by the process according to the invention for the preparation of optically active menthol.
  • the invention relates to the use of D-citronellal prepared by the process according to the invention for the preparation of optically active L-menthol.
  • Example 1 Asymmetric hydrogenation of cis-citral in the presence of carbon monoxide
  • the reaction pressure was adjusted by pressing hydrogen to 80 bar. To reduce the CO partial pressure, the pressure was reduced once more to 8 bar three times and after 3 hours and re-pressurized to 80 bar by means of hydrogen. After 18 h, a conversion of 99.9% and a yield of D-citronellal of 99.8% with an optical purity of 90% ee were determined by gas chromatography.
  • Example 2 Asymmetric hydrogenation of neral in the presence of carbon monoxide
  • reaction pressure was adjusted to 80 bar by squeezing hydrogen gas containing 1000 ppm of carbon monoxide. After 144 h, gas chromatography showed a conversion of 84.3% and a yield of 80.9% of D-citronellal with an optical purity of 64% ee.
  • Example 3 Asymmetric hydrogenation of neral with reuse of the catalyst
  • the reaction pressure was adjusted by pressing hydrogen to 80 bar. To reduce the CO partial pressure, the pressure was lowered 5 times to 8 bar and re-pressurized to 80 bar with hydrogen.
  • the gas chromatographically determined content of CO in the gas space was 510 ppm. After every 20 hours and 40 hours, a further 13.20 g or 19.80 g of neral are added. After 66 h, a conversion of 75.8% and a yield of 72.8% D-citronellal with an optical purity of 87% ee were determined by gas chromatography.
  • the total turn-over-number based on the yield of D-citronellal was 1030.
  • the total turn-over-number based on the yield of D-citronellal was 2312.
  • Example 5 Asymmetric hydrogenation of Neral under preformation, removal of the product and reuse of the catalyst
  • the total turn-over number based on the total yield of D-citronellal was 4975.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,β-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslicher, optisch aktiver Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone, insbesondere Citronellal durch asymmetrische Hydrierung der entsprechenden optisch aktiven α,β-ungesättigten Aldehyde oder Ketone.

Description

Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbo¬ nylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbin¬ dungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslicher, optisch aktiver Übergangs¬ metall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen. Spe¬ ziell betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Al- dehyde oder Ketone, insbesondere Citronellal durch asymmetrische Hydrierung der entsprechenden optisch aktiven α,ß-ungesättigten Aldehyde oder Ketone.
Viele optisch aktive Aldehyde und Ketone stellen wertvolle Zwischenstoffe zur Synthe¬ se höher veredelter chiraler Wert- und Wirkstoffe dar und sind ihrerseits oft begehrte Riech- und Aromastoffe.
Die EP-A 0 000 315 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Citronel¬ lal durch Hydrierung von Geranial oder Neral in Gegenwart eines im Reaktionssystem gelösten Katalysatorkomplexes aus Rhodium und einem chiralen Phosphin.
T.-P. Dang et al. beschreiben in J. Mol. Cat. 1982, 16, 51 - 59 die homogenkatalyti- sche Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldhyde sowie die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal. Als Katalysatoren dienten dabei Komplex¬ verbindungen aus einem Rhodiumcarbonyl und einem chiralen Diphosphin.
Auch Chapuis et al. erwähnen in Hev. Chim. Acta 2001, 84, 230 -242, Fußnote 4, die asymmetrische Hydrierung von Geranial bzw. Neral zu optisch aktivem Citronellal in Gegenwart eines Katalysators aus Rh4(CO)12 und (R,R)-Chiraphos (2R, 3R)-2,3- bis(diphenylphosphino)butan.
Ein Problem bei der Durchführung mittels löslicher Katalysatoren katalysierter (homo- genkatalytischer) Reaktionen besteht in der oft unzureichenden Stabilität der einge¬ setzten Katalysatorkomplexe bzw. der sich daraus bildenden katalytisch aktiven Metall¬ bzw. Übergangsmetall-Komplexverbindung. Vor dem Hintergrund des oft hohen Prei- ses derartiger Katalysatoren bzw. Katalysatorvorstufen sind homogenkatalytische Re¬ aktionen mit komplexen Übergangsmetallkatalysatoren nur in speziellen Fällen in wirt¬ schaftlicher Weise im technischen Maßstab anwendbar.
Die JP-A 52078812 beschreibt ein Verfahren zur Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehy- de wie Crotonaldehyd, Zimtaldehyd oder α-Methylzimtaldehyd an homogenen Rh- Katalysatoren unter Hydroformylierungsbedingungen in Gegenwart eines Tria- rylphosphins, eines tertiären Amins in stöchiometrischer Menge und Kohlenmonoxid. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur homogenkatalytischen asymmetrischen Hydrierung α.ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone bereitzustellen, dass sich durch eine erhöhte Stabilität und damit durch erhöhte Lebensdauer der kata- lytisch aktiven, in optisch aktiver Form einzusetzenden Übergangsmetall- Komplexverbindung auszeichnet und sich dadurch für Anwendungen im technischen Maßstab in besonderem Maße eignet.
Die Aufgabe wurde überraschend gelöst durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch lösli¬ chen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlen- monoxid-Liganden aufweisen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man den Kataly¬ sator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch vorbehan¬ delt und/oder die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung optisch aktiver Carbonyl¬ verbindungen wie Aldehyden, Ketonen, Estern, Lactonen oder Lactamen durch asym¬ metrische, d.h. enantioselektive Hydrierung der entsprechenden Carbonylverbindun- gen, die in α,ß-Position zur Carbonylgruppe eine ethylenische Doppelbindung aufwei¬ sen. Erfindungsgemäß hydriert man die zur Carbonylgruppe α,ß-ständige ethylenische Doppelbindung in Gegenwart eines im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetallkatalysators, der mindestens einen Kohlenmonoxid- bzw. CO- Liganden aufweist, zu einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung, wobei das da- durch in ß-Position neu geschaffene tetraedrische Kohlenstoffatom asymmetrisch sub¬ stituiert ist und in nicht-racemischer Form erhalten wird. Unter dem Begriff asymmetri¬ sche Hydrierung ist demgemäss im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Hydrie¬ rung zu verstehen, bei der die beiden enantiomeren Formen des Hydrierproduktes nicht zu gleichen Teilen erhalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist da- durch gekennzeichnet, dass man den eingesetzten, im Reaktionsgemisch löslichen, d.h. homogenen Katalysator entweder vor der asymmetrischen Hydrierung mit einem Gasgemisch vorbehandelt, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält (d.h. eine so¬ genannte Präformierung durchführt) oder die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt oder eine Präformierung durchführt und anschließend die asymmetrische Hydrierung in Ge¬ genwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durch¬ führt.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden, im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsme- tall-Katalysatoren weisen zumindest in einer im Katalysezyklus durchlaufenen Form oder in einer dem eigentlichen Katalysezyklus vorgeschalteten Vorform mindestens einen CO-Liganden auf, wobei es unerheblich ist, ob diese mindestens einen CO- Liganden aufweisende Katalysatorform die tatsächliche katalytisch aktive Katalysator¬ form darstellt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens stabilisiert man die mindestens einen CO-Liganden aufweisende Katalysatorform durch dem Reaktions¬ gemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid in vorteilhafter weise. Dabei ist insbe- sondere überraschend, dass das als Katalysatorgift bekannte Kohlenmonoxid auch zur Unterstützung der erfindungsgemäß durchzuführenden Umsetzung eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen der Formel (I)
Figure imgf000004_0001
wobei die Reste
R1, R2 jeweils für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Re¬ gel 1 bis etwa 5, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehre¬ re, in der Regel 1 bis etwa 5, gleiche oder verschiedene Substituenten aus- gewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann und der gemeinsam mit R3 einen 5 bis 25- gliedrigen Ring bilden kann, steht, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 ver¬ schieden sind,
R3 für Wasserstoff oder einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Al¬ kylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehre¬ re, in der Regel 1 bis etwa 5, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, gleiche oder verschiedene Substi¬ tuenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, oder für steht OR7 oder NR8R9 steht
wobei
R4, R5, R6 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C6-AIKyI, C6-C10-
Aryl, C7-C12-Aralkyl oder C7-C12-Alkylaryl bedeuten und
R5 und R6 gemeinsam auch eine Alkylenkette mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, die durch N oder O unterbrochen sein kann, bedeuten können und 005/010847
4
R7, R8 für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, ethylenische Doppelbindungen und/oder ei¬ nen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, gleiche oder verschie- dene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten
OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, steht und gemeinsam mit R1 oder R2 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden können und
R9 für Wasserstoff CrC6-Alkyl, C6-C10-Aryl, C7-C12-Aralkyl oder C7-C12-
Alkylaryl steht und
* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel OD
Figure imgf000005_0001
wobei die Reste R1 bis R3 die oben angegebene Bedeutung besitzen.
Beispielhaft seien für die genannten Substituenten bzw. Reste folgende Bedeutungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung angegeben:
CrC6-Alkyl steht beispielsweise für Methyl, Ethyl, Propyl, 1-Methylethyl, Butyl, 1- Methyl-propyl, 2-Methylpropyl, 1 ,1-Dimethylethyl, Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 2,2-Di-methylpropyl, 1-Ethylpropyl, Hexyl, 1 ,1-Dimethylpropyl, 1,2- Dimethylpropyl, 1 -Methyl pentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methyl pentyl, 4-Methylpentyl, 1,1- Dimethylbutyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3- Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 1-Ethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1,2-Trimethylpropyl, 1,2,2-Trimethylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl oder 1-Ethyl-2-methylpropyl.
C6-C10-Aryl bedeutet beispielsweise Phenyl oder Naphtyl.
C7-Ci2-Aralkyl bedeutet beispielsweise Phenylmethyl, 1-Phenylethyl 2-Phenylethyl, 1- Phenylpropyl, 2-Phenylpropyl oder 3-Phenylpropyl.
C3-C9-Hetaryl steht beispielsweise für 2-Furyl, 3-Furyl, 2-Pyrroyl, 3-Pyrroyl, 2-Thienyl, 3-Thienyl, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, 2-lndolyl, 3-lndolyl, 4-lndolyl, 5-lndolyl, 6- Indolyl, 7-lndolyl. C7-C12-Alkylaryl steht beispielsweise für 1-Methylphenyl, 2-Methylphenyl, 3- Methylphenyl, 1-Ethylphenyl, 2-Ethylphenyl, 3-Ethylphenyl, 1-Propylphenyl, 2- Propylphenyl, 3-Propylphenyl, 1-iso-Propylphenyl, 2-iso-Propylphenyl, 3-iso- Propylphenyl, 1-Butylphenyl, 2-Butylphenyl, 3-Butylphenyl, 1-iso-Butylphenyl, 2-iso- Butylphenyl, 3-iso-Butylphenyl, 1-sec-Butylphenyl, 2-sec-Butylphenyl, 3-sec- Butylphenyl, 1-tert-Butylphenyl, 2-tert-Butylphenyl, 3-tert-Butylphenyl, 1-(1- pentenyl)phenyl, 2-(1-pentenyl)phenyl, 3-(1-pentenyl)phenyl, 1-(2-pentenyl)phenyl, 2- (2-pentenyl)phenyl, 3-(2-pentenyl)phenyl, 1-(3-pentenyl)phenyl, 2-(3-pentenyl)phenyl, 3-(3-pentenyl)phenyl, 1-(1-(2-methylbutyl))phenyl, 2-(1-(2-methylbuty!))phenyl, 3-(1-(2- methylbutyl))phenyl, 1-(2-(2-methylbutyi))phenyl, 2-(2-(2-methylbutyl))phenyl, 3-(2-(2- methylbutyl))phenyl, 1-(3-(2-methylbutyl))phenyl, 2-(3-(2-methylbutyl))phenyl, 3-(3-(2- methylbutyl))phenyl, 1-(4-(2-methylbutyl))phenyl, 2-(4-(2-methylbutyl))phenyl, 3-(4-(2- methylbutyl))phenyl, 1-(1-(2,2-Dimethylpropyl))phenyl, 2-(1-(2,2- Dimethyipropyl))phenyl, 3-(1-(2,2-Dimethylpropyl))phenyl, 1-(1-hexenyl)phenyl, 2-(1- hexenyl)phenyl, 3-(1-hexenyl)phenyl, 1-(2-hexenyl)phenyl, 2-(2-hexenyl)phenyl, 3-(2- hexenyl)phenyl, 1-(3-hexenyl)phenyl, 2-(3-hexenyl)phenyl, 3-(3-hexenyl)phenyl, 1-(1- (2-Methylpentenyl))phenyl, 2-(1-(2-Methylpentenyl))phenyl, 3-(1-(2- Methylpentenyl))phenyl, 1 -(2-(2-Methylpentenyl))phenyl, 2-(2-(2- Methylpentenyl))phenyl, 3-(2-(2-Methylpentenyl))phenyl, 1 -(3-(2- Methylpentenyl))phenyl, 2-(3-(2-Methylpentenyl))phenyl, 3-(3-(2- Methylpentenyl))phenyl, 1 -(4-(2-Methylpentenyl))phenyl, 2-(4-(2- Methylpentenyl))phenyl, 3-(4-(2-Methylpentenyl))phenyl, 1 -(5-(2- Methylpentenyl))phenyl, 2-(5-(2-Methylpentenyl))phenyl, 3-(5-(2- Methylpentenyl))phenyl, 1-(1-(2,2-Dimethylbutenyl))phenyl, 2-(1-(2,2- Dimethylbutenyl))phenyl, 3-(1-(2,2-Dimethylbutenyl))phenyl, 1-(3-(2,2- Dimethylbutenyl))phenyl, 2-(3-(2,2-Dimethylbutenyl))phenyl, 3-(3-(2,2- Dimethylbutenyl))phenyl, 1-(4-(2,2-Dimethylbutenyl))phenyl, 2-(4-(2,2- Dimethylbutenyl))phenyl, 3-(4-(2,2-Dimethylbutenyl))phenyl.
Unter Halogen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Fluor, Chlor, Brom oder lod, bevorzugt Fluor, Chlor oder Brom zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich demgemäss beispielsweise zur Herstel¬ lung der folgenden, beispielhaft genannten Verbindungen der Formeln (1-1) bis (I-25) in optisch aktiver Form:
Figure imgf000007_0001
(I-5) (I-6) (I-7) (I-8)
O
C17H35^ ^ ,QEt HQ
NMe, ^O O
(I-9) (1-10) (1-11 ) (1-12)
Figure imgf000007_0002
(1-13)
Figure imgf000007_0003
(1-19) (I-20)
(1-17) (1-18) (1-21)
Figure imgf000007_0004
(I-22)
(I-23) (I-24) (I-25)
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Al- dehyde oder Ketone. Demgemäss eignet es sich insbesondere zur Herstellung optisch aktiver Verbindungen der Formel (I1)
Figure imgf000008_0001
in der
R1', R2' die gleichen Bedeutungen haben können wie vorstehend R1 und R2 und
R3' für Wasserstoff oder einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen
Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, gleiche oder ver¬ schiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-Ci0-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, steht,
wobei R4, R5 und R6 die vorstehend bezeichneten Bedeutungen besitzen können,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel (H')
Figure imgf000008_0002
wobei die Reste R1' bis R3' die oben angegebene Bedeutung besitzen.
Bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde der Formel (III), die in ß-Position zur Carbonylgruppe eine Methylgruppe auf¬ weisen
Figure imgf000008_0003
wobei
R10 für einen unverzweigten oder verzweigten Alkylrest mit 2 bis 25 Kohlenstoff¬ atomen, der gegebenenfalls 1 bis 5 ethylenische Doppelbindungen aufweisen kann, steht und
* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet, durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde der Formel (IV) oder (V)
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wobei der Rest R die oben angegebene Bedeutung besitzt.
Als Beispiele für erfindungsgemäß in optisch aktiver Form herstellbare Aldehyde oder Ketone der Formeln (I1) bzw. (III) seien die folgenden Verbindungen genannt:
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(M) (l'-2) (r-3) (HH) (r-4)
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(III-4)
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(i'-7) (I--8) (l'-10) (M1)
(r-9)
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Die Aldehyde der Formel (III) sind erfindungsgemäß durch asymmetrische, d.h. enanti- oselektive Hydrierung der entsprechenden α,ß-ungesättigten Aldehyde der Formeln
(IV) oder (V) zugänglich. Die Verbindungen der Formeln (IV) und (V) stellen E/Z- Doppelbindungsisomere zueinander dar. Prinzipiell sind die optisch aktiven Aldehyde der Formel (III) ausgehend von beiden Doppelbindungsisomeren der Formeln (IV) und
(V) zugänglich. Je nach Wahl der enantiomeren Form des Katalysators , d.h. je nach Wahl des (+)- bzw. (-)-Enantiomeren des Katalysators bzw. des (+)- bzw. (-)- Enantiomeren des eingesetzten chiralen Liganden, erhält man in erfindungsgemäßer Weise aus dem eingesetzten E- oder Z-Doppelbindungsisomeren bevorzugt eines der Enantiomere des optisch aktiven Aldehyds. Gleiches gilt für die vorstehend genannten Substrat bzw. Produktklassen. Prinzipiell lassen sich auch Gemische der beiden Dop¬ pelbindungsisomere in erfindungsgemäßer Weise umsetzen. Man erhält auf diese Weise Gemische der beiden Enantiomere der gewünschten Zielverbindung.
Besonders bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal der Formel (VI)
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durch asymmetrische Hydrierung von Neral der Formel (VII) oder Geranial der Formel (VIII)
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Auch Gemische von Geranial und Neral lassen sich in erfindungsgemäßer Weise um¬ setzen, wobei man, wie vorstehend beschrieben Gemische von D- bzw. L-Citronellal enthält, die optisch aktiv sind, falls die beiden Enantiomere nicht zu gleichen Teilen darin vorliegen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bevorzugt ist die erfin¬ dungsgemäße Herstellung D-Citronellal durch asymmetrische Hydrierung von Neral bzw. Geranial.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird in Gegenwart eines im Reaktionsge¬ misch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysators, der mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweist, durchgeführt.
Derartige Katalysatoren sind beispielsweise erhältlich durch Reaktion mindestens einer geeigneten, im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsmetall-Verbindung mit einem optisch aktiven Liganden, der mindestens ein Phosphor- und/oder Arsenatom aufweist.
Bevorzugte Übergangsmetall-Verbindungen sind solche der Metalle der VIII. Neben¬ gruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere Ru, Rh, Pd, Ir und Pt. Erfin¬ dungsgemäß besonders bevorzugte Übergangsmetalle der VIII. Nebengruppe des Pe¬ riodensystems sind Rh und Ir.
Geeignete Verbindungen der genannten Übergangsmetalle sind insbesondere solche, die im gewählten Reaktionsmedium löslich sind, wie beispielsweise Salze oder Kom¬ plexverbindungen mit geeigneten Liganden wie z.B. Carbonyl, Acetylacetonat, Hydro- xy, Cyclooctadien, Norbomadien, Cycloocten, Methoxy, Acetyl oder sonstige aliphati- sche oder aromatische Carboxylate. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Übergangsmetallverbindungen sind Rh(I)- und Rh(III)- sowie Rh(O)- Verbindungen, Ir(I)-, Ir(III), Ir(IV)- sowie lr(0)-Verbindungen, Ru(II), Ru(III), Ru(IV)- sowie Ru(0)-verbindungen, Pd(Il)-, Pd(IV)- sowie Pd(0)-Verbindungen und Pt(II)-, Pt(IV)-sowie Pt(0)-Verbindungen. Bevorzugt sind solche Übergangsmetall- Verbindungen, die bereits mindestens einen CO-Liganden aufweisen. Daneben lassen sich auch Übergangsmetall-Verbindungen, die keinen CO-Liganden aufweisen, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ausgangsverbindung zur Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Katalysatoren verwenden. Diese werden unter den Bedingungen der erfindungsgemäß wahlweise durchzuführenden Präformierung bzw. der erfindungsgemäßen Hydrierbedingungen unter Zusatz von Kohlenmonoxid in die gewünschten Katalysatoren überführt.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Übergangsmetall-Verbindungen sind: RhCI3, Rh(OAc)3, [Rh(cod)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)12, Rh6(CO)16 bzw. Ir4(CO)12, [lr(cod)CI]2, wobei „acac" für einen Acetylaceto- nat- und „cod" für einen Cyclooctadien-Liganden steht.
Die genannten und weitere geeignete Übergangsmetallverbindungen und -komplexe sind bekannt und in der Literatur hinreichend beschrieben oder können vom Fachmann analog zu den bereits bekannten Verbindungen hergestellt werden.
Die genannten Übergangsmetallverbindungen setzt man erfindungsgemäß üblicher¬ weise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 mol-%, bevorzugt von etwa 0,05 bis etwa 0,5 mol-%, insbesondere von etwa 0,02 bis etwa 0,2 moI-% (bezogen auf die ent- haltenen Übergangsmetallatome) im Verhältnis zur Menge an zu hydrierendem Sub¬ strat ein.
Bei unter kontinuierlichen Bedingungen durchgeführten Umsetzungen wählt man das Verhältnis von eingesetzter Menge an Übergangsmetallverbindung als Vorläufer des erfindungsgemäßen homogenen Katalysators zur Menge an zu hydrierendem Substrat vorteilhaft so, dass eine Katalysatorkonzentration im Bereich von etwa 100 ppm bis 10000 ppm, insbesondere im Bereich von etwa 200 ppm bis 5000 ppm eingehalten wird.
Die genannten Übergangsmetallverbindungen werden erfindungsgemäß mit einer wei¬ teren Verbindung in Kontakt gebracht, die optisch aktiv, bevorzugt im wesentlichen enantiomerenrein ist (d.h. einen Enantiomerenüberschuss von mindestens etwa 99% aufweist) und mindestens ein Phosphor und/oder Arsenatom, bevorzugt mindestens ein Phosphoratom aufweist. Diese als chiraler Ligand zu bezeichnende Verbindung bildet im Reaktionsgemisch bzw. im Präformierungsgemisch mit der eingesetzten Ü- bergangsmetall-Verbindung den erfindungsgemäß einzusetzenden Übergangsmetall- Katalysator.
Insbesondere bevorzugt sind solche chiralen Liganden die zwei Phosphoratome auf- weisen und mit dem eingesetzten Übergangsmetall Chelatkomplexe bilden. Als chirale Liganden eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Ver¬ bindungen, wie sie beispielsweise in: I. Ojima (Hrsg.), Catalytic Asymmetrie Synthesis, Wiley-VCh, 2. Auflage, 2000 oder in E. N. Jacobsen, A. Pfaltz, H. Yamamoto (Hrsg.), Comprehensive Asymmetrie Catalysis, 2000, Springer oder in W. Tang, X. Zhang, Chem. Rev. 2003, 103, 3029-3069 beschrieben sind.
Beispielhaft seien die folgenden Verbindungen als erfindungsgemäß bevorzugt ein¬ setzbare chirale Liganden angeführt:
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(7) (8) (9)
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(12)
(10) (11)
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(13) Weiterhin seien als erfindungsgemäß einsetzbare chirale Liganden beispielhaft die folgenden Verbindungen angeführt:
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(14) (15) (16) (17)
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(18) (19) (20) (21)
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(22) (23) (24) (25)
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(31) (32) (33) (34)
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(36) (37) (38) (39)
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(52) (53) (54) (55)
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(68) (69) (70) (71)
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(72) (73) (74) (75)
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(76) (77) (78) (79)
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(80) (81 ) (82) (83)
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(88) (89) (90)
Dabei ist unter "Ph" Phenyl, "Cy" Cyclohexyl, "XyI" XyIyI, 1ToI" p-Tolyl und "Bn" Benzyl zu verstehen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Liganden sind die der Strukturformeln (1) bis (13) sowie (37), (38), (41), (43), (49), (50), (51), (52), (65), (66), (67), (68), (69), (71), (72), (73), (74), (75), (83), (84), (85), (86), (87).
Insbesondere bevorzugte Liganden sind solche der allgemeinen Formeln (IX) bis (Xl)
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in denen
R11, R12: jeweils unabhängig voneinander für einen unverzweigten, verzweig¬ ten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 4, ethy- lenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Re¬ gel 1 bis etwa 4, gleiche oder verschiedene Substituenten ausge¬ wählt aus der Gruppe der Substituenten OR19, NR20R21, Halogen, C6-Cio-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann und R11 und R12 gemein¬ sam einen 4 bis 20-gliedrigen Ring bilden können, der eines oder mehrere, in der Regel 1 oder 2 O-Atome beinhalten kann, stehen und
R 113d, D R1144:. jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder geradkettiges oder verzweigtes C1- bis C4-Alkyl bedeuten und
R , R , R , R : jeweils für C6- bis C10-Aryl, das gegebenenfalls einen oder mehrere, in der Regel 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4 Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substtuenten C1- bis C4-Alkyl, C6- bis C10-Aryl, C1- bis C4-Alkoxy und Amino tragen kann, stehen und
R19, R20, R21: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C-i-C4-AIkyl, C6-C10-
Aryl, C7-C12-Aralkyl oder C7-C12-Alkylaryl bedeuten, wobei R20, R21: gemeinsam auch eine Alkylenkette mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, die durch N oder O unterbrochen sein kann, bedeuten können.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bevorzugte Liganden sind solche der allgemeinen Formel (IX), insbesondere die im folgenden als "Chi- raphos" bezeichnete Verbindungen der Formel (1).
Die gewählten chiralen Liganden können erfindungsgemäß jeweils in Form ihrer beiden Enantiomeren eingesetzt werden.
Bei Einsatz von chiralen Liganden mit zwei Phosphoratomen setzt man diese vorteil¬ haft in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 mol, bevorzugt etwa 1 bis etwa 4 mol pro mol an eingesetzter Übergangsmetall-Verbindung ein.
Aus der gewählten Übergangsmetall-Verbindung und dem gewählten chiralen Ligan¬ den können die eigentlichen, mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden enthaltenden Präkatalysatoren durch Zusammenbringen und ggf. Präformierung mit einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so durchzuführen, dass man den im Reaktions¬ gemisch löslichen, d.h. homogenen Katalysator, gewünschtenfalls in Anwesenheit des asymmetrisch zu hydrierenden Substrats, entweder vor der asymmetrischen Hydrie¬ rung mit einem Gasgemisch vorbehandelt, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält (d.h. eine sogenannte Präformierung des Katalysators durchführt) oder die asymmetri- sehe Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt oder eine Präformierung durchführt und anschließend die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zuge¬ führtem Kohlenmonoxid durchführt.
Bevorzugt führt man das erfindungsgemäße Verfahren so durch, dass man den Kata¬ lysator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Gasgemisch vorbe¬ handelt (d.h. präformiert) und die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
Führt man eine Präformierung durch, löst man üblicherweise die gewählte Über¬ gangsmetall-Verbindung und den gewählten chiralen Liganden und gewünschtenfalls das asymmetrisch zu hydrierende Substrat in einem geeigneten, unter den reaktions- bedingungen inerten Lösungsmittel bzw. Lösungsmedium wie beispielsweise Ether, Tetrahydrofuran, Toluol, Chlorbenzol, Octadecanol, Biphenylether, Texanol, Mar- lotherm, Oxoöl 9N (Hydroformylierungsprodukte aus isomeren Octenen, BASF Aktien¬ gesellschaft) und dergleichen mehr. Als Lösungsmedium können auch das umzuset¬ zende Substrat, das Produkt oder bei der Umsetzung eventuell anfallende hochsie- dende Nebenprodukte dienen. Der resultierenden Lösung wird, vorteilhafterweise in einem geeigneten Druckreaktor bzw. Autoklaven, bei einem Druck von üblicherweise etwa 5 bis etwa 350 bar, bevorzugt von etwa 20 bis etwa 200 bar und besonders be¬ vorzugt von etwa 50 bis etwa 100 bar ein Gasgemisch aufgepresst, das Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Bevorzugt setzt man zur Präformierung ein Gasgemisch ein, das etwa
30 bis 99 Vol.-% Wasserstoff, 1 bis 70 Vol.-% Kohlenmonoxid und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase enthält,
wobei sich die Angaben in Vol.-% zu 100 Vol.-% addieren müssen, enthält.
Besonders bevorzugt setzt man zur Präformierung ein Gasgemisch ein, das etwa
40 bis 80 Vol.-% Wasserstoff,
20 bis 60 Vol.-% Kohlenmonoxid und
0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase enthält,
wobei sich die Angaben in Vol.-% zu 100 Vol.-% addieren müssen, enthält.
Ein zur Präformierung insbesondere bevorzugtes Gasgemisch ist sogenanntes Syn¬ thesegas, das üblicherweise zu etwa 35 bis 55 Vol-% aus Kohlenmonoxid neben Was¬ serstoff und Spuren weiterer Gase besteht.
Die erfindungsgemäße Präformierung des Katalysators wird üblicherweise bei Tempe¬ raturen von etwa 25°C bis etwa 1000C, bevorzugt bei etwa 400C bis etwa 8O0C durch¬ geführt. Führt man die Präformierung in Gegenwart des asymmetrisch zu hydrierenden Substrats durch, wählt man die Temperatur mit Vorteil so, dass es nicht in störendem Ausmaß zu einer Isomerisierung der zu hydrierenden Doppelbindung kommt. Die Prä¬ formierung ist üblicherweise nach etwa 1 h bis etwa 24 h, oft nach etwa 1 bis etwa 12 h abgeschlossen.
Im Anschluss an die optional durchzuführende Präformierung führt man erfindungsge- maß die asymmetrische Hydrierung des gewählten Substrats durch. Nach vorange¬ gangener Präformierung lässt sich das gewählte Substrat in der Regel mit gutem Erfolg mit oder ohne Zuführung von zusätzlichem Kohlenmonoxid durchführen. Wurde auf eine vorangegangene Präformierung verzichtet, ist die erfindungsgemäße asymmetri¬ sche Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionssystem zusätzlich zugeführtem Koh- lenmonoxid durchzuführen. Besonders vorteilhaft führt man eine Präformierung wie beschrieben durch und setzt dem Reaktionsgemisch während der asymmetrischen Hydrierung zusätzliches Kohlenmonoxid zu. Die Zugabe von zusätzlichem Kohlenmonoxid kann auf verschiedene Weise vorge¬ nommen werden: So kann das Kohlenmonoxid beispielsweise dem zur asymmetri¬ schen Hydrierung eingesetzten Wasserstoff beigemischt werden oder auch direkt gas- förmig in die Reaktionslösung eindosiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht bei¬ spielsweise darin, dem Reaktionsgemisch Verbindungen zuzusetzen, die leicht Koh¬ lenmonoxid freisetzen, wie beispielsweise Formiate oder Oxalyl-Verbindungen.
Bevorzugt setzt man dem zur asymmetrischen Hydrierung eingesetzten Wasserstoff Kohlenmonoxid zu. Der Anteil an Kohlenmonoxid im eingesetzten Wasserstoff beträgt üblicherweise etwa 100 bis etwa 10000 ppm, bevorzugt etwa 500 bis etwa 5000 ppm und besonders bevorzugt etwa 600 bis etwa 3000 ppm.
Die erfindungsgemäße asymmetrische Hydrierung nimmt man vorteilhaft bei einem Druck von etwa 1 bis etwa 300 bar, bevorzugt von etwa 10 bis etwa 100 bar, insbe¬ sondere bei etwa 50 bis etwa 100 bar und einer Temperatur von in der Regel etwa O0C bis etwa 1000C, bevorzugt etwa O0C bis etwa 300C, insbesondere bei etwa 10°C bis etwa 30°C vor.
Die Wahl des zur Durchführung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Hydrierung einzusetzenden Lösemittels ist nicht kritisch. Geeignete Lösemittel sind beispielsweise jene zur Durchführung der erfindungsgemäßen Präformierung genannten. Mit beson¬ derem Vorteil führt man die asymmetrische Hydrierung im gleichen Lösemittel durch wie die gegebenenfalls zuvor durchgeführte Präformierung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit gutem Erfolg mit und ohne Zugabe von tertiären Aminen durchgeführt werden. Bevorzugt führt man das erfindungsgemäße Verfahren in Abwesenheit, d.h. ohne Zugabe von zusätzlichen tertiären Aminen oder in Anwesenheit nur katalytischer Mengen von zusätzlichen tertiären Aminen durch.
Als Reaktionsgefäße zur Durchführung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Hyd¬ rierung sind prinzipiell all jene geeignet, die Umsetzungen unter den genannten Bedin¬ gungen, insbesondere Druck und Temperatur, erlauben und für Hydrierreaktionen ge¬ eignet sind wie Beispielsweise Autoklaven, Rohrreaktoren, Blasensäulen, etc.
Mit Vorteil bricht man die Reaktion ab, wenn die Zielverbindung in der gewünschten Ausbeute und der gewünschte optischen Aktivität, d.h. mit dem gewünschten Enantio- merenüberschuss (ee) im Reaktionsgemisch vorliegt, wie es der Fachmann durch Rou¬ tineuntersuchungen beispielsweise mittels chromatographischer Methoden feststellen kann. Üblicherweise ist die Hydrierung nach etwa 1 bis etwa 150 h, oft nach etwa 2 bis etwa 24 h abgeschlossen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, optisch aktive Carbonylverbindun- gen, insbesondere optisch aktive Aldehyde in hohen Ausbeuten und Enantiomerenü- berschüssen bereitzustellen. Üblicherweise erhält man die gewünschten asymmetrisch hydrierten Verbindungen in einem Enantiomerenüberschuss von mindestens 80 % ee, oft mit einem Enantiomerenüberschuss von etwa 85 bis etwa 99 % ee. Dabei ist zu beachten, dass der maximal erzielbare Enantiomerenüberschuss von der Reinheit des eingesetzten Substrats, insbesondere im Hinblick auf die Isomerenreinheit der zu hyd¬ rierenden Doppelbindung, abhängen kann.
Demzufolge eignen sich als Ausgangssubstanzen insbesondere solche, die ein Isome¬ renverhältnis von mindestens etwa 90:10, bevorzugt mindestens etwa 95:5 bezüglich der E/Z-Doppelbindungsisomere aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die eingesetzten homogenen Katalysatoren durch das zusätzlich ins Reaktionssystem eingebrachte
Kohlenmonoxid stabilisiert werden, wodurch zum einen die Standzeit der Katalysatoren deutlich erhöht wird und zum anderen die Wiederverwendbarkeit der homogenen Kata¬ lysatoren ermöglicht wird.
So lässt sich beispielsweise das erhaltene Reaktionsprodukt durch dem Fachmann an sich bekannte Verfahren, wie z.B. durch Destillation, aus dem Reaktionsgemisch ent¬ fernen und der zurückbleibende Katalysator, gegebenenfalls nach abermaliger Präfor¬ mierung, im Rahmen weiterer Umsetzungen nutzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann demgemäss sowohl diskontinuierlich bzw. se¬ mikontinuierlich als auch kontinuierlich betrieben werden und eignet sich insbesondere für Umsetzungen in technischem Maßstab.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man Neral oder Geranial, das bis zu etwa 5 mol-%, bevorzugt bis zu etwa 2 mol-% des jeweiligen Doppelbindungsisomeren enthält, zu optisch aktivem Citronellal um. Zur Bildung des Katalysators setzt man bevorzugt eine im Reaktions¬ gemisch lösliche Verbindung des Rhodium, insbesondere Rh(OAc)3, [Rh(COd)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)12 oder Rh6(CO)16 und als chira- len Liganden (R,R)-Chiraphos bzw. (S,S)-Chiraphos ((2R, 3R)-(+)-2,3- bis(Diphenylphosphino)butan bzw. (2S, 3S)-(-)-2,3-bis(Diphenylphosphino)butan) im molaren Verhältnis von etwa 1 :1 bis etwa 1 :4 ein. In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren setzt man Neral, das bis zu etwa 5 mol-%, bevorzugt bis zu etwa 2 mol-% Geranial enthält in Gegenwart von Rh(OAc)3, [Rh(COd)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(COd)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)12 oder Rh6(CO)16 und (R,R)-Chiraphos zum D-Citronellal um. Bevorzugt präformiert man den Katalysator unter den vorstehend genannten Bedingungen und führt anschließend die asymmetri- sehe Hydrierung in Gegenwart von Wasserstoff durch, der etwa 600 bis etwa 3000 ppm Kohlenmonoxid enthält. Im Rahmen der bevorzugten Ausführungsform verzichtet man vorteilhaft auf den Zusatz von Lösemitteln und führt die genannten Umsetzungen im umzusetzenden Substrat bzw. dem Produkt und gegebenenfalls in hochsiedenden Nebenprodukten als Lösemedium durch. Insbesondere bevorzugt ist die kontinuierliche Reaktionsführung unter Wiederverwendung bzw. Rückführung des erfindungsgemäß stabilisierten homogenen Katalysators.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Menthol unter Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltem optisch aktivem Citronellal. Die Herstellung von optisch akti¬ vem Menthol ausgehend von optisch aktivem Citronellal ist bekannt. Ein Schlüssel¬ schritt ist hierbei die Cyclisierung von optisch aktivem Citronellal zu optisch aktivem Isopulegol wie beispielsweise in der EP-A 1 225 163 beschrieben.
Das erfindungsgemäß hergestellte optisch aktive Citronellal lässt sich, wie nachste¬ hend schematisch für die Herstellung von L-Menthol der Formel (XIII) dargestellt, in Gegenwart einer geeigneten Säure, insbesondere einer Lewis-Säure zum L-Isopulegol der Formel (XII) cyclisieren und anschließend zum L-Menthol hydrieren.
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(VI1) (XII) (XIII)
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft demgemäss die Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltem optisch aktivem Citronellal zur Herstellung von optisch aktivem Menthol. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltem D-Citronellal zur Herstellung von optisch aktivem L-Menthol.
Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung, ohne sie in irgend einer Weise zu beeinträchtigen:
Beispiel 1 : Asymmetrische Hydrierung von cis-Citral in Gegenwart von Kohlenmonoxid
17,9 mg Rh(CO)2acac und 38,5 mg (R.R)-Chiraphos wurden unter Schutzgasatmo- Sphäre in 20 g Toluol gelöst und in einen 100 ml Autoklaven überführt, der zuvor 3 mal mit einem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (1 :1 , V0I./V0I.) gespült wurde. Es wurde bei einem Druck von 8 bar CCVH2 1:1 und 600C für 3 h gerührt und anschlie- ßend auf Raumtemperatur abgekühlt. Mittels einer Druckschleuse wurden dann 10,94 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 99,1:0,9; Verhältnis Substrat/Katalysator = 1000) mit 15 bar H2 zugepresst. Der Reaktionsdruck wurde durch Zupressen von Wasserstoff auf 80 bar eingestellt. Zur Reduktion des CO- Partialdrucks wurde der Druck drei mal und nach 3 h ein weiteres mal auf 8 bar ernied¬ rigt und mittels Wasserstoff auf 80 bar nachgepresst. Nach 18 h wurde gaschroma- tographisch ein Umsatz von 99,9% und eine Ausbeute an D-Citronellal von 99,8% mit einer optischen Reinheit von 90% ee bestimmt.
Beispiel 2: Asymmetrische Hydrierung von Neral in Gegenwart von Kohlenmonoxid
17,0 mg Rh(CO)2acac und 43,8 mg (R.R)-Chiraphos wurden in 0,8 ml THF gelöst und in einem Autoklaven bei 80 bar Synthesegas (H2/CO = 1:1 , Vol./Vol.) und 6O0C für 8 h gerührt. Anschließend wurden 39,00 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 95,2:4,8; Verhältnis Substrat/Katalysator = 4000) gelöst und zusam¬ men mit der Katalysatorlösung in einen 100 ml Autoklaven gegeben, der zuvor 3 mal mit CCVH2 1 :1 (Vol./Vol.) gespült wurde. Der Reaktionsdruck wurde durch Zupressen von Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt auf 80 bar eingestellt. Nach 144 h wurde gaschromatographisch ein Umsatz von 84,3% und eine Ausbeute von 80,9% an D-Citronellal mit einer optischen Reinheit von 64% ee bestimmt.
Beispiel 3: Asymmetrische Hydrierung von Neral unter Wiederverwendung des Kataly¬ sators
23,7 mg Rh(CO)2acac und 55,7 mg (R,R)-Chiraphos wurden unter Schutzgasatmo¬ sphäre in 24 g THF gelöst und in einen 100 ml Autoklaven gegeben, der zuvor 3 mal mit COVH2 1:1 (Vol./Vol.) gespült wurde. Es wurde bei einem Druck von 80 bar CO/H2 1 :1 und 6O0C 3 h gerührt. Anschließend wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und auf einen Druck von 8 bar CO/H2 1:1 entspannt. Mittels einer Druckschleuse wurden 13,2 g) Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 99,4:0,6) mit 15 bar H2 zugepresst. Der Reaktionsdruck wurde durch Zupressen von Wasserstoff auf 80 bar eingestellt. Zur Reduktion des CO-Partialdrucks wurde der Druck 5 mal auf 8 bar er¬ niedrigt und mit Wasserstoff auf 80 bar nachgepresst. Der gaschromatographisch be¬ stimmte Gehalt an CO im Gasraum betrug 510 ppm. Nach jeweils 20 h und 40 h wer- den weitere 13,20 g bzw. 19,80 g Neral zugegeben. Nach 66 h wurde gaschroma¬ tographisch ein Umsatz von 75,8% und eine Ausbeute von 72,8% D-Citronellal mit einer optischen Reinheit von 87% ee bestimmt.
Die Gesamt-turn-over-number bezogen auf die Ausbeute an D-Citronellal betrug 1030.
Beispiel 4: Asymmetrische Hydrierung von cis-Citral unter Abdestillieren des Produkts und Wiederverwendung des Katalysators 8,4 mg Rh(CO)2acac und 21 ,6 mg (R,R)-Chiraphos wurden in 0,8 ml THF gelöst und in einem Autoklaven bei 80 bar Synthesegas (H2/CO = 1 :1 , Vol./Vol.) und 6O0C für 8 h gerührt. Danach wurden 9 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Ne- ral/Geranial = 95,2:4,8) in den Autoklaven gefüllt. Der Reaktionsdruck wurde durch Zupressen von Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt, auf 80 bar ein¬ gestellt. Nach 24 h war ein Umsatz von 99% erreicht, der ee des erhaltenen D-Citronellals betrug 83%.
Nach Abdestillieren des Produktes werden weitere 8,5g Neral (Verhältnis der Doppel¬ bindungsisomere Neral/Geranial = 95,2:4,8) zugegeben und 48 h bei 80 bar Wasser¬ stoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt, hydriert. Der Umsatz betrugt 36%, der ee des erhaltenen D-Citronellals betrug 54%.
Nach abermaligem Abdestillieren des Produktes werden weitere 6,8 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 95,2:4,8) zugegeben und 72 h bei 80 bar Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt, hydriert. Der Umsatz betrug 13%, der ee des erhaltene D-Citronellals betrug 30%.
Die Gesamt-turn-over-number bezogen auf die Ausbeute an D-Citronellal betrug 2312.
Beispiel 5: Asymmetrische Hydrierung von Neral unter Präformierung, Entfernung des Produkts und Wiederverwendung des Katalysators
30 mg Rh(CO)2acac und 75 mg (R,R)-Chiraphos wurden in 3 ml THF gelöst und in einem Autoklaven bei 6O0C in Gegenwart von 80 bar Synthesegas (H2/CO = 1 :1 , Vol./Vol) für 20 h gerührt. Anschließend wurden 37 g Neral (Verhältnis der Doppelbin¬ dungsisomere Neral/Geranial = 96,6:3,4) zugegeben und die Lösung in einen 100 ml Autoklaven gegeben, der zuvor 3 mal mit CCVH2 1 : 1 (Vol./Vol.) gespült wurde. Der Re- aktionsdruck wurde durch Zupressen von Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmo¬ noxid enthält, auf 80 bar eingestellt. Nach 24 h war ein Umsatz von >99% erreicht; der ee des erhaltene D-Citronellals betrug 87%.
Nach Abdestillieren des Produktes wurde der Destillationsrückstand mit THF verdünnt und in einem Autoklaven bei 600C in Gegenwart von Synthesegas (H2/CO = 1:1) bei einem Druck von 80 bar für 20 h gerührt. Danach wurden weitere 32 g Neral (Verhält¬ nis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 96,6:3,4) zugegeben und 24 h bei einem Druck von 80 bar Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt, hyd¬ riert. Der Umsatz betrug >99%, der ee des erhaltenen D-Citronellals betrug 87%.
Nach abermaligem Abdestillieren des Produktes wurde der Destillationsrückstand mit THF verdünnt und in einem Autoklaven bei 6O0C in Gegenwart von 80 bar Synthese- gas (H2/CO = 1:1) für 20 h gerührt. Danach wurden weitere 32,96 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 96,6:3,4) zugegeben und 24 h bei einem Druck von 80 bar Wasserstoffgas, das 1000 ppm Kohlenmonoxid enthielt, hydriert. Der Umsatz betrugt 90%, die optische Reinheit des erhaltenen D-Citronellals betrug 88% ee.
Das Experiment wurde nochmals wiederholt unter Zugabe von 33 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 96,6:3,4). Man erhielt bei einem Umsatz von 17% D-Citronellal mit einer optischen Reinheit von 89% ee.
Die Gesamt-turn-over-number bezogen auf die Gesamtausbeute an D-Citronellal be¬ trug 4975.
Beispiel 6: Kontinuierlich betriebene asymmetrische Hydrierung von Neral
In einer kontinuierlich betriebenen Laboranlage wurde eine Lösung von 2,13 g Rh(CO)2acac und 6,00 g (R.R)-Chiraphos in 70 g THF und 60 g Oxoöl 9N (BASF Akti- tengesellschaft), die zuvor 20 h bei 6O0C und einem Druck von 80 bar CCVH2 1 :1 (Vol./Vol.) gerührt worden war und 170 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial ca. 95:5) eingefüllt, woraufhin die Gasmischung im Präformierreaktor der Anlage auf 10000 ppm Kohlenmonoxid in Wasserstoff (80 bar), die Temperatur auf 600C eingestellt wurde. Im Hydrierreaktor wurde eine Gasmischung von 1000 ppm Kohlenmonoxid in Wasserstoff (80 bar) und eine Temperatur von 25°C eingestellt.
Der Zulauf von frischem Edukt wurde auf 6 g/h eingestellt. Eine produkthaltige Fraktion wurde im Vakuum kontinuierlich so abdestilliert, dass der Anlageninhalt nahezu kon¬ stant blieb. Es wurden innerhalb von 19 Tagen 6,01 mol (927,7 g) D-Citronellal erhal¬ ten. Die Gesamt-turn-over-number bezogen auf die Ausbeute an D-Citronellal betrug 10914.
Beispiel 7: Asymmetrische Hydrierung von 3-MethyIcyclopent-2-enon in Gegenwart von Kohlenmonoxid
0,3049 g Rh(CO)2acac und 0,7767 g (R,R)-Chiraphos wurden unter Schutzgasatmo- Sphäre in 15 g Tetrahydrofuran gelöst und in einen 100 ml Autoklaven überführt, der zuvor 3 mal mit einem Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (1:1 , VoI ./Vol.) gespült wurde. Es wurde bei einem Druck von 8 bar CO/H2 1:1 und 6O0C für 24 h ge¬ rührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Aus der resultierenden Stamm-Lösung wurde unter Schutzgasatmosphäre 2,48 g entnommen und in 35 ml Tetrahydrofuran gelöst. Mittels einer Spritze wurden 2,0 g 3-Methylcyclopent-2-enon zugegeben und bei 500C und 60 bar Wasserstoffgas, enthaltend 2000 ppm Kohlenmo- noxid für 21 h gerührt. Der Umsatz zu 3-Methylcyclopentanon betrug 99 % der Enanti- omerenüberschuss betrug 87 %.
Vergleichsbeispiel 1: Asymmetrische Hydrierung von Neral
12,3 mg Rh4(CO)12 und 31 ,5 mg (S.S)-Chiraphos wurden unter Schutzgasatmosphäre in 15 g Toluol gelöst und in einen 100 ml Autoklaven überführt, der zuvor 3 mal mit H2 gespült wurde. Es wurde bei 1 ,5 bar H2 für 1,5 h gerührt, auf Normaldruck entspannt und 1 g Neral (Verhältnis der Doppelbindungsisomere Neral/Geranial = 98,7:1,3; Ver- hältnis Substrat/Katalysator = 100) gelöst in 15 g Toluol mittels einer Spritze zugege¬ ben. Der Reaktionsdruck wurde durch Aufpressen von Wasserstoff auf 90 bar einge¬ stellt. Gaschromatographische Reaktionskontrolle zeigte nach 15 h vollständigen Um¬ satz und eine gaschromatographisch bestimmte Ausbeute von 98% L-Citronellal mit einer optischen Reinheit von 96% ee.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmet¬ rische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen, dadurch gekennzeich¬ net, dass man den Katalysator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff ent¬ haltenden Gasgemisch vorbehandelt und/oder die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindun¬ gen der Formel (I)
Figure imgf000028_0001
(0
wobei die Reste
R1, R2 jeweils für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkyl- rest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder meh¬ rere gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann und der gemeinsam mit R3 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden kann, steht, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 verschieden sind
R3 für Wasserstoff oder einen unverzweigten, verzweigten oder cycli¬ schen Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere ethylenische Doppelbindungen und/oder eine oder mehrere gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10- Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, oder für steht OR7 oder NR8R9 steht
wobei
R4, R5, R6 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff CrC6-Alkyl, C6-C10-
Aryl, C7-C12-Aralkyl oder C7-C12-Alkylaryl bedeuten und R5 und R6 gemeinsam auch eine Alkylenkette mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, die durch N oder O unterbrochen sein kann, bedeuten können und
R7, R8 für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere ethylenische Doppelbindungen und eine oder mehrere gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Sub- stituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-C10-Aryl und C3-C9-Hetaryl tra¬ gen kann, steht und gemeinsam mit R1 oder R2 einen 5 bis 25- gliedrigen Ring bilden können und
R9 für Wasserstoff, C1-C6-AIkVl, C6-C10-ArVl1 C7-Ci2-Aralkyl oder C7-
C12-Alkylaryl steht und
* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel (II)
Figure imgf000029_0001
wobei die Reste R1 bis R3 die oben angegebene Bedeutung besitzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Keto¬ ne.
4. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde der Formel (III)
CH3 O
AZX. (Hl)
R10 *H
wobei
R10 für einen unverzweigten oder verzweigten Alkylrest mit 2 bis 25 Koh¬ lenstoffatomen, der gegebenenfalls 1 bis 5 ethylenische Doppelbindun¬ gen aufweisen kann, steht und * ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde der Formel (IV) oder (V)
Figure imgf000030_0002
wobei der Rest R die oben angegebene Bedeutung besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4 zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal der Formel (VI)
Figure imgf000030_0003
durch asymmetrische Hydrierung von Neral der Formel (VII) oder Geranial der Formel (VIII)
Figure imgf000030_0004
Figure imgf000030_0005
6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung von D-Citronellal durch asymmetri¬ sche Hydrierung von Neral.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Übergangsmetall-Katalysator einsetzt, der erhältlich ist durch Reakti¬ on mindestens einer im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsmetall- Verbindung mit einem optisch aktiven Liganden der mindestens ein Phosphor- und/oder Arsenatom aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als optisch akti¬ ven Liganden eine Verbindung der allgemeinen Formeln (IX), (X) oder (Xl)
Figure imgf000031_0001
in denen
R11, R12: jeweils unabhängig voneinander für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlen¬ stoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 4, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 4, gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR19, NR20R21, Halogen, C6-C10-Ar/! und C3- Cg-Hetaryl tragen kann und R11 und R12 gemeinsam einen 4 bis 20-gliedrigen Ring bilden können, der eines oder mehre¬ re, in der Regel 1 oder 2 O-Atome beinhalten kann, stehen und
R 1133, D R1144.: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder geradket- tiges oder verzweigtes C1- bis C4-Alkyl bedeuten und
R15, R16, R17, R18: jeweils für C6- bis c10-Aryl, das gegebenenfalls einen oder mehrere, in der Regel 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4 Substituen¬ ten ausgewählt aus der Gruppe der Substtuenten C1- bis C4- Alkyl, C6- bis Cio-Aryl, C1- bis C4-Alkoxy und Amino tragen kann, stehen und R19, R20, R21: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C1-C4-AIkVl,
C6-C10-ArVl, C7-C12-Aralkyl oder C7-C12-Alkylaryl bedeuten, wobei
R20, R21: gemeinsam auch eine Alkylenkette mit 2 bis 5 Kohlenstoff¬ atomen, die durch N oder O unterbrochen sein kann, bedeu¬ ten können
einsetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Über¬ gangsmetallverbindung eine Verbindung eines Metalls der VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der Metalle Rhodium oder Iridium einsetzt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man einen optisch aktiven Liganden einsetzt, der zwei Phosphoratome enthält.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass man den Katalysator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Gasgemisch vorbehandelt und die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man den Katalysator mit einem Gasgemisch vorbehandelt, das
30 bis 99 Vol.-% Wasserstoff, 1 bis 70 Vol.-% Kohlenmonoxid und
0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase enthält,
wobei sich die Angaben in Vol.-% zu 100 Vol.-% addieren müssen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man zur asymmetrischen Hydrierung Wasserstoff einsetzt, der 100 bis 10.000 ppm Kohlenmonoxid enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man die asymmetrische Hydrierung bei einem Druck von 10 bis 100 bar durch¬ führt. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man es kontinuierlich durchführt.
17. Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Menthol unter Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestelltem optisch aktivem Citronellal.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestelltes optisch aktives Citronellal in Gegenwart ei¬ ner Lewis-Säure zu L-Isopulegol cyclisiert und anschließend hydriert.
19. Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestelltem optisch akti¬ vem Citronellal zur Herstellung von optisch aktivem Menthol.
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