WO2008132057A1 - Verfahren zur herstellung optisch aktiver carbonylverbindungen - Google Patents

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WO2008132057A1
WO2008132057A1 PCT/EP2008/054644 EP2008054644W WO2008132057A1 WO 2008132057 A1 WO2008132057 A1 WO 2008132057A1 EP 2008054644 W EP2008054644 W EP 2008054644W WO 2008132057 A1 WO2008132057 A1 WO 2008132057A1
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optically active
carbon monoxide
hydrogen
asymmetric hydrogenation
aryl
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PCT/EP2008/054644
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Joachim Schmidt-Leithoff
Christoph JÄKEL
Rocco Paciello
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to 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.
  • the present invention relates to a process for producing optically active al-dehyde or ketones, in particular citronellal by asymmetric hydrogenation of the corresponding optically active ⁇ , ß-unsaturated aldehydes or ketones in the presence of carbon monoxide.
  • EP-A 0 000 315 relates to a process for the preparation of optically active citronellal 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 on an industrial scale in an economical manner in special cases.
  • JP-A 52078812 describes a process for the hydrogenation of ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehydes such as crotonaldehyde, cinnamic aldehyde or ⁇ -methylcinnamaldehyde on homogeneous Rh catalysts under hydroformylation conditions in the presence of a triarylphosphine, a tertiary amine in stoichiometric amount and carbon monoxide.
  • WO 2006/040096 discloses a process for the preparation of optically active carbonyl compounds by asymmetric hydrogenation of ⁇ , ⁇ -unsaturated carbonyl compounds in the presence of optically active transition metal catalysts which are soluble in the reaction mixture and have at least one carbon monoxide ligand which characterized in that the catalyst is pretreated with a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen and / or the asymmetric hydrogenation in the presence of additionally supplied carbon monoxide in the presence of the reaction mixture.
  • the reaction is carried out in such a way that the catalyst is pretreated with a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen and the subsequent hydrogenation additionally carried out in the presence of carbon monoxide, the carbon monoxide concentration of the reaction mixture during the hydrogenation is often difficult to control.
  • the pretreatment is usually carried out using significantly higher carbon monoxide concentrations than the asymmetric hydrogenation, so that large amounts of carbon monoxide, which originate from the pretreatment of the catalyst, can be introduced into the hydrogenation and have unfavorable effects there.
  • the object has 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, being used for the preparation of each optically active, at least one carbon monoxide ligand catalyst having a catalyst precursor with a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture pre-treated and performs the asymmetric hydrogenation in the presence of the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide, which is characterized in that
  • Carbon monoxide content of 100 to 1200 ppm performs.
  • the process according to the invention is suitable for preparing optically active carbonyl compounds, such as aldehydes, ketones, esters, lactones or lactams, by a-symmetric, i. Enantioselective hydrogenation of the corresponding carbonyl compounds which have an ethylenic double bond in ⁇ , ß-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 respective optically active catalyst having at least one carbon monoxide ligand pretreatment of a catalyst precursor with a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen is carried out.
  • the asymmetric hydrogenation according to the invention is carried out in the presence of the reaction mixture additionally supplied carbon monoxide.
  • the inventive method is characterized in that the said pretreatment of the catalyst precursor with a gas mixture comprising 20 to 90 vol .-% carbon monoxide, 10 to 80% by volume of hydrogen and 0 to 5 vol .-% of further gases, wherein supplement the stated proportions by volume to 100% by volume, at a pressure of from 5 to 100 bar, and remove excess carbon monoxide from the catalyst thus obtained before use in the asymmetric hydrogenation and the a-symmetric hydrogenation in the presence of hydrogen with a carbon monoxide content from 100 to 1200 ppm.
  • a gas mixture comprising 20 to 90 vol .-% carbon monoxide, 10 to 80% by volume of hydrogen and 0 to 5 vol .-% of further gases, wherein supplement the stated proportions by volume to 100% by volume, at a pressure of from 5 to 100 bar, and remove excess carbon monoxide from the catalyst thus obtained before use in the asymmetric hydrogenation and the a-symmetric hydrogenation in the presence of hydrogen with a carbon monoxide content from 100 to 1200 ppm.
  • 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 2 ligand.
  • Ligand-containing catalyst form represents the actual catalytically active catalyst form.
  • R 1 , R 2 are each an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, optionally one or more, usually 1 to about 5, preferably 1 to 3, particularly preferably 1 or 2, ethylenic double bonds and / or one or more, usually 1 to about 5, preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2 identical or different
  • Substituents selected from the group of the substituents OR 4 , NR 5 R 6 , halogen, C ⁇ -C-io-Arvl and Cs-Cg-hetaryl can carry and together with R 3 can form a 5 to 25-membered ring, stand, with the proviso that R 1 and R 2 are different,
  • R 3 is hydrogen or an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, optionally one or more, usually 1 to about 5, preferably 1 to 3, particularly preferably 1 or 2, ethylenic double bonds and / or one or several, usually 1 to about 5, preferably 1 to 3, particularly preferably 1 or 2, identical or different substituents selected from the group of the substituents OR 4 , NR 5 R 6 , halogen, Ce-do-aryl and C 3 - C 9 -hetaryl, or is OR 7 or NR 8 R 9 ,
  • R 4 , R 5 , R 6 are each, independently of one another, hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl, C 3 -C 4 -ione
  • 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
  • R 7 is an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to
  • Substituents selected from the group of the substituents OR 4 , NR 5 R 6 , Halogen, C ⁇ -do-Ary! and Cs-Cg-hetaryl, and together with R 1 or R 2 can form a 5- to 25-membered ring and
  • R 8 is an unbranched, branched or cyclic alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, optionally one or more, preferably
  • R 1 , R 2 or R 9 is a 5- to 25-membered
  • R 9 represents hydrogen, Ci -C 6 -alkyl, C 6 -C -aryl, C 7 -C 2 -aralkyl or C 7 -C 2 -
  • Alkylaryl or together with R 8 can form a 5 to 25-membered ring and can
  • radicals R 1 to R 3 have the abovementioned meaning.
  • C 1 -C 6 -alkyl is, 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-ethy
  • C ⁇ -Cio-aryl is, for example, phenyl or naphthyl.
  • C 7 -C 12 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 is, 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 ')
  • 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
  • Alkyl radical having 1 to 25 carbon atoms, which optionally one or more, usually 1 to about 5, preferably 1 to 3, particularly preferably
  • 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 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, preferably 1 to 3, particularly preferably 1 or 2, ethylenic double bonds, and denotes an asymmetric carbon atom,
  • aldehydes or ketones of the formulas (I ') 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
  • mixtures of the two double bond isomers can also be reacted in accordance with the invention. This gives mixtures of the two enantiomers of the desired target compound.
  • 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 in accordance with the invention, wherein, as described above, mixtures of D- or L-citronellal are present 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 an optically active transition metal catalyst which has at least one carbon monoxide ligand and is soluble in the reaction mixture.
  • 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.
  • Subgroup of the Periodic Table of the Elements in particular Ru, Rh, Pd, Ir and Pt.
  • Subgroup of the periodic table according to the invention are Rh and Ir.
  • Suitable compounds of said transition metals are, in particular, those which are soluble in the chosen reaction medium, for example salts or complex compounds with suitable ligands such as carbonyl, acetylacetonate, hydroxy, cyclooctadiene, norbornadiene, cyclooctene, methoxy, acetyl or other aliphatic or aromatic carboxylates.
  • suitable ligands such as 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 which can be used according to the invention are: RhCl 3 , Rh 2 (OAc) 4 , [Rh (cod) Cl] 2 , Rh (CO) 2 acac, [Rh (cod) OH] 2 , [Rh (cod) OMe ] 2 , Rh 4 (CO) I 2 , Rh 6 (CO) -I 6 or Ir 4 (CO) -I 2 , [Ir (cod) Cl] 2 , wherein "acac” for a Acetylaceto- nat- and "Cod” stands for a cyclooctadiene ligand.
  • the transition metal compounds mentioned are used according to the invention usually 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 mol%. % (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.
  • the said transition metal compounds are contacted according to the invention with another 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 is phenyl
  • Cy is cyclohexyl
  • XyI is XyIyI
  • ToI is p-tolyl
  • Bn is 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, ethylenic double bonds and / or one or more, in the Rule 1 to about 4, identical or different substituents selected from the group of the substituents OR 19 , NR 20 R 21 , halogen, C ⁇ -Cio-aryl and Cs-Cg-hetaryl can carry and R 11 and R 12 together a 4- to 20-membered ring, which may include one or more, usually 1 or 2 O atoms, and
  • R 13 , R 14 each independently of one another denote hydrogen or straight-chain or branched d- to C 4 -alkyl and
  • R 15 , R 16 , R 17 , R 18 in each case C 1 to C 10 aryl optionally having one or more, generally from 1 to 8, preferably from 1 to 4, substituents selected from the group of the substituents d to C 4 -Al kyl, C ⁇ - to Cio-aryl, C 1 to C 4 alkoxy and amino can carry, stand and
  • R 19 , R 20 , R 21 each independently of one another are hydrogen, C 1 -C 4 -alkyl, C 6 -C 10 -aryl, C 7 -C 12 -aralkyl or C 7 -C 12 -alkylaryl, where
  • 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 their two enantiomers.
  • a particularly preferred ligand according to the invention is (R, R) -chiraphos (ent (1)).
  • chiral ligands having two phosphorus atoms these are advantageously used in an amount of about 1 to about 10 mol, preferably about 1 to about 4 mol, very particularly preferably 1 to 2 mol per mol equivalent of metal in the transition metal used Connection is included.
  • the actual precatalysts containing at least one carbon monoxide ligand can be obtained by contacting and then pretreating with a mixture of hydrogen and carbon monoxide as described below.
  • At least one carbon monoxide ligand-containing catalyst is treated according to step a) of the process according to the invention, a catalyst precursor with a gas mixture comprising 20 to 90 vol .-% carbon monoxide, 10 to 80% by volume of hydrogen and 0 to 5 vol .-% of other gases, wherein said volume percentages to 100 vol .-% complement, at a pressure of 5 to 100 bar ago.
  • This pretreatment is also referred to below as preforming as in the context of the present invention.
  • catalyst precursor is to be understood as meaning those compounds which are obtainable by contacting or reacting at least one transition metal compound which is soluble in the reaction mixture as described above with an optically active ligand as mentioned above which contains at least one phosphorus and / or or arsenic atom.
  • the substrate to be asymmetrically hydrogenated in a suitable inert solvent or solvent medium, for example ether, tetrahydrofuran, toluene, chlorobenzene, octadecanol, under the reaction conditions.
  • a suitable inert solvent or solvent medium for example ether, tetrahydrofuran, toluene, chlorobenzene, octadecanol
  • the solution medium may also be the substrate to be reacted, the product or any high-boiling by-products obtained during the reaction.
  • the resulting solution is, advantageously in a suitable pressure reactor or autoclave, at a pressure in the range of 5 to 100 bar (absolute), preferably at a pressure of 10 to 100 bar, more preferably at a pressure of 20 to 95 bar and in particular preferably compressed at a pressure of 50 to 90 bar (each absolute), a gas mixture containing hydrogen and carbon monoxide as described above.
  • a particularly preferred gas mixture for preforming is so-called synthesis gas, which usually consists of about 35 to 55% by volume of carbon monoxide and about 45 to 65% by volume of hydrogen and optionally traces of other gases.
  • the preformation of the catalyst according to the invention is usually at temperatures of about 25 ° C to about 100 0 C, preferably at about 40 0 C to about 80 ° C, particularly preferably carried out at 50-70 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 to about 24 hours, often after about 1 to about 12 hours.
  • step b) of the process according to the invention excess carbon monoxide is separated from the catalyst obtained by preforming or pretreatment with said gas mixture before use in the asymmetric hydrogenation.
  • excess carbon monoxide is to be understood as meaning carbon monoxide which is present in gaseous or dissolved form in the reaction mixture obtained by preforming in step a) and is not bound to the transition metal catalyst or its precursor. Accordingly, excess excess carbon monoxide not bound to the catalyst is at least widely removed. ie, to the extent that any residual amounts of dissolved carbon monoxide do not interfere in the subsequent hydrogenation. This is usually ensured when about 90%, preferably about 95% or more, of the carbon monoxide used for preformation is removed in step b) of the process according to the invention. Preferably, according to step b) of the process according to the invention, excess carbon monoxide is completely removed from the catalyst obtained by preforming.
  • the separation of the excess carbon monoxide from the catalyst obtained according to step a) or from the catalyst-containing reaction mixture according to step b) of the process according to the invention can be carried out in various ways.
  • the catalyst or the mixture containing the catalyst obtained by preforming according to step a) is preferably expanded to a pressure of up to about 5 bar (absolute), preferably, especially, when preforming is carried out in the pressure range from 5 to 10 bar , to a pressure of less than 5 bar (absolute), preferably to a pressure in the range of about 1 bar to about 5 bar, preferably 1 to less than 5 bar, more preferably to a pressure in the range of 1 to 3 bar, completely particularly preferably to a pressure in the range of about 1 to about 2 bar, more preferably to atmospheric pressure, so that gaseous, unbound carbon monoxide escapes from the product of the preforming.
  • the abovementioned expansion of the preformed catalyst can be carried out, for example, by using a high-pressure separator, as is known per se to the person skilled in the art.
  • a high-pressure separator as is known per se to the person skilled in the art.
  • Such separators in which the liquid is in the continuous phase are described, for example, in: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 1997, 7th ed., McGraw-Hill, pp. 14.95 and 14.96; the prevention of a possible drop rash is described on pages 14.87 to 14.90.
  • the relaxation of the preformed catalyst can be carried out in one or two stages until reaching the desired pressure in the range of 1 bar to about 5 bar, wherein the temperature usually drops to 10 to 40 0 C.
  • the removal of excess carbon monoxide in step b) can also be achieved by so-called stripping of the catalyst or of the mixture containing the catalyst with a gas, advantageously with a gas which is inert under the reaction conditions.
  • stripping the expert understands the introduction of a gas into the catalyst or the reaction mixture containing the catalyst such as in WRA Vauck, HA Müller, basic operations chemical engineering, German Verlag für Grundstoffchemie für, Stuttgart, 10th edition, 1984, page 800 described.
  • suitable inert gases include: hydrogen, helium, neon, argon, xenon, nitrogen and / or CO 2, preferably hydrogen, nitrogen, argon.
  • step c) the asymmetric hydrogenation of the selected substrate in the presence of hydrogen having a carbon monoxide content of 100 to 1200 ppm is carried out in step c) of the process according to the invention.
  • the addition of additional carbon monoxide to the reaction mixture of the asymmetric hydrogenation can be carried out in various ways:
  • the carbon monoxide can be added to the hydrogen used for asymmetric hydrogenation or metered directly into the reaction solution in gaseous form.
  • Another possibility is, for example, to add to the reaction mixture compounds that easily release carbon monoxide, such as formates or oxalyl compounds.
  • the proportion of carbon monoxide in the hydrogen used is within the scope of a preferred embodiment of the method according to the invention about 300 to 1000 ppm, more preferably 400 to 800 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, more preferably at about 60 to about 100 bar and a temperature of usually about 0 0 C to about 100 0 C, preferably about 0 0 C to about 30 0 C, especially at about 10 ° C to about 30 0 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 previously performed preforming.
  • 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, for example, autoclaves, tubular reactors, bubble columns, etc.
  • step c) of the process according to the invention using high-boiling, usually viscous solvents, as described, for example, above for use in the pretreatment of the catalyst according to step a) of the method according to the invention (such as the Solvent octadecanol, biphenyl ether, Texanol, Marlotherm ® , Oxoöl 9N) or the hydrogenation is carried out without additional use of solvent but with the accumulation of by-products to a small extent high boiling point (As dimers or trimers, which are formed by reactions of the reactants or products and subsequent subsequent reactions), it may be advantageous to ensure good gas input and good mixing of the gas phase and condensed phase.
  • high-boiling usually viscous solvents
  • Gas circulation reactors are known per se to the person skilled in the art and are described, for example, in P. Trambouze, J. -P. Euzen, Chemical Reactors, Ed. Technip, 2004, pp. 280-283 and P. Zehner, R. Benfer, Chem. Eng. Be. 1996, 51, 1735-1744 and z. As described in EP 1 140 349.
  • the gas or gas mixture carbon monoxide-containing hydrogen
  • the two-fluid nozzle is characterized in that to be introduced into the reactor
  • Liquid and gas pass through two separate nested tubes under pressure to the nozzle mouth where they are combined.
  • the amount of amine used may be between 0.5 and 500 molar equivalents based on the amount of metal used, but preferably 1 to 100 molar equivalents based on the amount of metal used.
  • the choice of tertiary amine is not critical. In addition to short-chain alkylamines, such as triethylamine and long-chain alkyl amines, such as tridodecylamine, can be used.
  • the hydrogenation process according to the invention is carried out in the presence of a tertiary amine, preferably tridodecylamine, in an amount of about 2 to 30 molar equivalents, preferably about 5 to 20 molar equivalents and more preferably 5 to 15 molar equivalents the amount of transition metal used.
  • a tertiary amine preferably tridodecylamine
  • the reaction is stopped when the target compound in the desired yield and optical activity, i. is present in the reaction mixture with the desired enantiomeric excess (ee), as can be ascertained by the person skilled in the art by routine examinations, 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 according to the invention makes it possible to prepare optically active carbonyl compounds, in particular optically active aldehydes in high yields and enantiomeric compounds. to provide surpluses.
  • 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.
  • suitable starting substances in particular those having an isomer ratio of at least about 90:10, preferably at least about 95: 5 with respect to the E / Z double bond isomers.
  • the inventive method is characterized by the fact that the homogeneous catalysts used are stabilized by the additionally introduced into the reaction system carbon monoxide, whereby on the one hand the service life of the catalysts is significantly increased and on the other the reusability of the homogeneous catalysts is made possible.
  • the resulting reaction product can be prepared by methods known to those skilled in the art, e.g. Remove more from the reaction mixture by distillation, for example by means of a fine film evaporator, Sambay or the like and use the remaining catalyst, optionally after repeated, as described above preforming in the context of further reactions.
  • the process according to the invention can be operated batchwise or semicontinuously as well as continuously and is particularly suitable for reactions on an industrial scale.
  • the process is carried out continuously.
  • step a) The pretreatment of the catalyst precursor (preformation) according to step a) to be carried out according to the invention and the actual asymmetric hydrogenation in step c) are advantageously carried out in separate reaction vessels.
  • the excess carbon monoxide can then be removed from the catalyst, for example by depressurizing the pressure used for the preforming.
  • the hydrogenation can also take place in several, preferably in two or three, particularly preferably in two, hydrogenation reactors connected in series. Different or identical reactor types can be used.
  • the asymmetric hydrogenation is carried out, for example, in a cascade of two gas circulation reactors, one acting as the main reactor and the second as the postreactor.
  • To transfer the reaction mixture from Main reactor in the secondary reactor can be used, for example, if desired, to be set pressure gradient.
  • neral or geranial preferably neral, which contains up to about 5 mol%, preferably up to about 2 mol% of the respective double bond isomer, is converted to optically active citronellal.
  • a rhodium compound which is soluble in the reaction mixture preference is given to using a rhodium compound which is soluble in the reaction mixture, in particular Rh 2 (OAc) 4 , [Rh (COd) Cl] 2 , Rh (CO) 2 acac, [Rh (cod) OH] 2 , [Rh (cod) OMe] 2 , Rh 4 (CO) i 2 or Rh 6 (CO) i 6 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 of about 1: 1 to about 1: 4 relative to rhodium one.
  • Rh 2 (OAc) 4 Rh (COd) Cl] 2
  • neral containing up to about 5 mol%, preferably up to about 2 mol%, of geranial is used 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) I 2 or Rh 6 (CO) -I 6 and (R, R) -chiraphos to D-Citronellal order.
  • 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, as shown schematically below for the preparation of L-menthol of the formula (XIII), in the presence of a suitable acid, in particular a Lewis acid, to form L-isopulegol of the formula (XII) and subsequently methods known to the person skilled in the art, for example by catalytic hydrogenation, as described, for example, in J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5208-5217 or Synthesis 1991, 665-680. hydrogenated to L-menthol.
  • Another aspect of the present invention accordingly relates to a process for producing optically active menthol comprising the steps
  • R-citronellal is prepared by hydrogenation of geranial or neral, preferably neral, according to the invention, the resulting R-citronellal is cyclized according to step ii) to give L-isopulegol and hydrogenated in step iii) obtained L-isopulegol to L-menthol.
  • the yield of D-citronellal was based on the cis-citral used only 86%.
  • the ratio of hydrogen to carbon monoxide was set to 1: 1 in the preforming reactor at a pressure of 80 bar and a temperature of 60 ° C.
  • the discharge of the preforming reactor was expanded to atmospheric pressure in a high-pressure separator and then compressed to 80 bar in the hydrogenation reactor.
  • 60 Nl / h of H2 (with 245 ppm CO) were introduced into the hydrogenation reactors at 20 ° C., so that a CO value of about 600 ppm was established in the offgas of the hydrogenation reactor.
  • the hydrogenation reactor was charged with 60.3 Nl / h Hb with 265 ppm CO, wherein in the exhaust gas of the hydrogenation catalyst, a CO value of about 1300 ppm was established. In this way 2.87 moles (441.9 g) of D-citronellal were isolated within 5 days. The yield of D-citronellal was based on the cis-citral used 90%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung a,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangs- metall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen, wo bei man zur Herstellung des jeweils einzusetzenden optisch aktiven, mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisenden Katalysators eine Katalysator-Vorstufe mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch vorbehandelt von dem so erhaltenen Katalysator vor Einsatz in der asymmetrischen Hydrierung überschüssiges Kohlenmonoxid abtrennt und die asymmetrische Hydrierung, in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.

Description

Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen. Speziell 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 in Gegenwart von Kohlenmonoxid.
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 Citronellal 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 HeIv. 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)i2 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 eingesetzten Katalysatorkomplexe bzw. der sich daraus bildenden katalytisch aktiven Metall- bzw. Übergangsmetall-Komplexverbindung. Vor dem Hintergrund des oft hohen Preises derartiger Katalysatoren bzw. Katalysatorvorstufen sind homogenkatalytische Reaktionen mit komplexen Übergangsmetallkatalysatoren nur in speziellen Fällen in wirtschaftlicher Weise im technischen Maßstab anwendbar.
Die JP-A 52078812 beschreibt ein Verfahren zur Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde 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. Die WO 2006/040096 offenbart ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonyl- verbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindun- gen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen, das da- durch gekennzeichnet ist, dass man den Katalysator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch vorbehandelt und/oder die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
Nimmt man dabei die Reaktion so vor, dass man den Katalysator mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch vorbehandelt und die anschließende Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt, ist die Kohlenmonoxidkonzentration des Reaktionsge- mischs während der Hydrierung oft schwer zu kontrollieren. Zudem wird die Vorbe- handlung in der Regel unter Einsatz deutlich höherer Kohlenmonoxid-Konzentrationen durchgeführt als die asymmetrische Hydrierung, so dass sich große Mengen Kohlenmonoxid, die aus der Vorbehandlung des Katalysators stammen, in die Hydrierung eingeschleppt können und sich dort unvorteilhaft auswirken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach, das in der vorstehend genannten WO 2006/040096 offenbarte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Vorbehandlung des Katalysators und die Durchführung der asymmetrischen Hydrierung auf verfahrenstechnisch einfache Weise unter den für die einzelnen Schritte jeweils optimalen Kohlenmonoxid-Konzentrationen durchgeführt werden können. Überdies soll das verbesserte Verfahren ermöglichen, die asymmetrische Hydrierung unter möglichst konstanter Kohlenmonoxid-Konzentration durchführen zu können.
Die Aufgabe wurde gelöst durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen, wobei man zur Herstellung des jeweils einzusetzenden optisch aktiven, mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisenden Katalysators eine Katalysator-Vorstufe mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch vor- behandelt und die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
a) die Vorbehandlung der Katalysator-Vorstufe mit einem Gasgemisch umfas- send 20 bis 90 Vol.-% Kohlenmonoxid, 10 bis 80 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, bei einem Druck von 5 bis 100 bar durchführt, b) von dem so erhaltenen Katalysator vor Einsatz in der asymmetrischen Hydrierung überschüssiges Kohlenmonoxid abtrennt und
c) die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von Wasserstoff mit einem
Kohlenmonoxidgehalt von 100 bis 1200 ppm durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung optisch aktiver Carbonyl- verbindungen, wie Aldehyden, Ketonen, Estern, Lactonen oder Lactamen durch a- symmetrische, d.h. enantioselektive Hydrierung der entsprechenden Carbonylverbin- dungen, die in α,ß-Position zur Carbonylgruppe eine ethylenische Doppelbindung aufweisen. 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 dadurch in ß-Position neu geschaffene tetraedrische Kohlenstoffatom asymmetrisch substituiert ist und in nicht-racemischer Form erhalten wird. Unter dem Begriff asymmetrische Hydrierung ist demgemäss im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Hydrierung zu verstehen, bei der die beiden enantiomeren Formen des Hydrierproduktes nicht zu gleichen Teilen erhalten werden.
Zur Herstellung des jeweils einzusetzenden optisch aktiven, mindestens einen Koh- lenmonoxid-Liganden aufweisenden Katalysators führt man eine Vorbehandlung einer Katalysator-Vorstufe mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasge- misch durch. Die erfindungsgemäße asymmetrische Hydrierung führt man in Gegenwart von dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet ist, dass man die genannte Vorbehandlung der Katalysator-Vorstufe mit einem Gasgemisch umfassend 20 bis 90 Vol.-% Kohlenmonoxid, 10 bis 80 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, bei einem Druck von 5 bis 100 bar durchführt, von dem so erhaltenen Katalysator vor Einsatz in der asymmetrischen Hydrierung überschüssiges Kohlenmonoxid abtrennt und die a- symmetrische Hydrierung in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Kohlenmonoxidge- halt von 100 bis 1200 ppm durchführt.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden, im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsmetall-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 Katalysatorform darstellt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens stabilisiert man die mindestens einen CO-Liganden aufweisende Katalysatorform durch dem Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtes Kohlenmonoxid in vorteilhafter weise.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen der Formel (I)
Figure imgf000005_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 Regel 1 bis etwa 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, ethyleni- sche Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevozugt 1 oder 2 gleiche oder verschiedene
Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, Cβ-C-io-Arvl und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann und der gemeinsam mit R3 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden kann, stehen, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 verschieden sind,
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, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, Ce-do-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, oder für OR7 oder NR8R9 steht,
wobei
R4, R5, R6 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, d-Cε-Alkyl, Cβ-Cio-
Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-Ci2-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 für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis
25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere ethyleni- sehe Doppelbindungen und eine oder mehrere gleiche oder verschiedene
Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, Cβ-do-Ary! und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann, stehen und gemeinsam mit R1 oder R2 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden können und
R8 für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, bevorzugt
1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, ethylenische Doppelbindungen und eine oder mehrere, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-Cio-Aryl und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann, stehen und gemeinsam mit R1, R2 oder R9 einen 5 bis 25-gliedrigen
Ring bilden kann und
R9 für Wasserstoff, Ci -C6-Al kyl, C6-Ci o-Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-Ci2-
Alkylaryl steht oder zusammen mit R8 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bil- den kann und
* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel
Figure imgf000006_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:
Ci-Cε-Alkyl steht beispielsweise für Methyl, Ethyl, Propyl, 1-Methylethyl, Butyl, 1- Methyl-propyl, 2-Methylpropyl, 1 ,1-Dimethylethyl, Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methyl butyl, 2,2-Di-methylpropyl, 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-methylpropyl oder 1-Ethyl-2-methylpropyl.
Cβ-Cio-Aryl bedeutet beispielsweise Phenyl oder Naphtyl.
C7-Ci2-Aralkyl bedeutet beispielsweise Phenylmethyl, 1-Phenylethyl 2-Phenylethyl, 1- Phenylpropyl, 2-Phenylpropyl oder 3-Phenylpropyl. C3-Cg-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-Ci2-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-Methylbutyl))phenyl, 3-(1-(2- Methylbutyl))phenyl, 1-(2-(2-Methylbutyl))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- Dimethylpropyl))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 Herstellung der folgenden, beispielhaft genannten Verbindungen der Formeln (1-1) bis (I-25) in optisch aktiver Form:
Figure imgf000008_0001
(I-5) (I-6) (I-7) (I-8)
Figure imgf000008_0002
(1-13)
Figure imgf000008_0003
(1-19) (I-20)
(1-17) (1-18) (1-21 )
Figure imgf000008_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 (I')
Figure imgf000009_0001
in der
R1', R2' die gleichen Bedeutungen haben können wie vorstehend R1 und R2 und
R3' für Wasserstoff oder einen unverzwe igten, verzweigten oder cyclischen
Alkylrest mit 1 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls eine oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt
1 oder 2, ethylenische Doppelbindungen und/oder einen oder mehrere, in der Regel 1 bis etwa 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, Ce-do-Aryl und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann und gemeinsam mit R1' oder R2' einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden kann, steht,
wobei R4, R5 und R6 die vorstehend bezeichneten Bedeutungen besitzen können,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel (II')
RZ o
(H1)
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 aufweisen
Figure imgf000009_0002
wobei
R10 für einen unverzweigten oder verzweigten Alkylrest mit 2 bis 25 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 3, besonders bevorzugt 1 oder 2, ethylenische Doppelbindungen aufweisen kann, steht und ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde der Formel (IV) oder (V)
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
wobei der Rest R10 die oben angegebene Bedeutung besitzt.
Als Beispiele für erfindungsgemäß in optisch aktiver Form herstellbare Aldehyde oder Ketone der Formeln (I') bzw. (III) seien die folgenden Verbindungen genannt:
Figure imgf000010_0003
(M ) (l'-2) (l'-3) 11-1 ) (l'-4)
Figure imgf000010_0004
(III-4)
Figure imgf000010_0005
(l'-7) (l'-8) (l'-10) (M 1 )
Figure imgf000011_0001
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)
Figure imgf000011_0002
durch asymmetrische Hydrierung von Neral der Formel (VII) oder Geranial der Formel (VIII)
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
Auch Gemische von Geranial und Neral lassen sich in erfindungsgemäßer Weise umsetzen, 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 erfindungsgemäße Herstellung D-Citronellal durch asymmetrische Hydrierung von Neral bzw. Geranial.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren wird in Gegenwart eines im Reaktionsgemisch 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. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere Ru, Rh, Pd, Ir und Pt. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Übergangsmetalle der VIII. Nebengruppe des Periodensystems sind Rh und Ir.
Geeignete Verbindungen der genannten Übergangsmetalle sind insbesondere solche, die im gewählten Reaktionsmedium löslich sind, wie beispielsweise Salze oder Komplexverbindungen mit geeigneten Liganden wie z.B. Carbonyl, Acetylacetonat, Hydro- xy, Cyclooctadien, Norbornadien, 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, Rh2(OAc)4, [Rh(cod)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)I2, Rh6(CO)-I6 bzw. Ir4(CO)-I2, [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 üblicherweise 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 mol-% (bezogen auf die ent- haltenen Übergangsmetallatome) im Verhältnis zur Menge an zu hydrierendem Substrat 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 weiteren 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 Verbindungen, 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 einsetzbare chirale Liganden angeführt:
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(1 ) (2) (3)
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(4) (5) (6)
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(7) (8) (9)
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(10) (11 ) (12) (13)
Weiterhin seien als erfindungsgemäß einsetzbare chirale Liganden beispielhaft die folgenden Verbindungen angeführt:
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(36) (37) (38)
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(39) (40) (41)
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(50) (51) (52) (53)
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(66) (67) (68) (69)
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(82) (83) (84) (85)
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(86) (87) (88)
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Dabei ist unter "Ph" Phenyl, "Cy" Cyclohexyl, "XyI" XyIyI, "ToI" 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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(IX) (X) (Xl)
in denen
R11, R12: jeweils unabhängig voneinander für einen unverzweigten, verzweigten 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 Regel 1 bis etwa 4, gleiche oder verschiedene Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten OR19, NR20R21, Halogen, Cβ-Cio-Aryl und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann und R11 und R12 gemeinsam einen 4- bis 20-gliedrigen Ring bilden können, der eines oder mehrere, in der Regel 1 oder 2 O-Atome beinhalten kann, stehen und
R13, R14: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder geradkettiges oder verzweigtes d- bis C4-AIkVl bedeuten und
R15, R16, R17, R18: jeweils für Ce- bis Cio-Aryl, das gegebenenfalls einen oder mehrere, in der Regel 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4 Substituenten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten d- bis C4-Al kyl, Cβ- bis Cio-Aryl, d- bis C4-Alkoxy und Amino tragen kann, stehen und
R19, R20, R21: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Ci-C4-Al kyl, Cβ-Cio- Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-Ci2-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" bezeichneten Verbindungen der Formel (1 ). Die gewählten chiralen Liganden können erfindungsgemäß jeweils in Form ihrer beiden Enantiomere eingesetzt werden. Ein erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugter Ligand ist (R,R)-Chiraphos (ent-(1 )).
Ph2P PPh2 enf-(1 )
Bei Einsatz von chiralen Liganden mit zwei Phosphoratomen setzt man diese vorteilhaft in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 mol, bevorzugt etwa 1 bis etwa 4 mol, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2 mol pro mol-Äquivalent an Metall, das in der eingesetzten Übergangsmetall-Verbindung enthalten ist, ein.
Aus der gewählten Übergangsmetall-Verbindung und dem gewählten chiralen Liganden können die eigentlichen, mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden enthaltenden Präkatalysatoren durch Zusammenbringen und anschließende, wie nachfolgend beschriebene Vorbehandlung mit einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid erhalten werden.
Zur Herstellung des jeweils einzusetzenden optisch aktiven, mindestens einen Koh- lenmonoxid-Liganden aufweisenden Katalysators behandelt man gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Katalysator-Vorstufe mit einem Gasgemisch umfassend 20 bis 90 Vol.-% Kohlenmonoxid, 10 bis 80 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, bei einem Druck von 5 bis 100 bar vor. Diese Vorbehandlung wird im folgenden wie im Rahmen der gesamten vorliegenden Erfindung auch als Präformierung bezeichnet.
Unter dem Begriff Katalysator-Vorstufe sind dabei solche Verbindungen zu verstehen, die erhältlich sind durch Inkontaktbringen bzw. durch Reaktion mindestens einer wie vorstehend genannten, im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsmetall-Verbindung mit einem wie vorstehend genannten optisch aktiven Liganden, der mindestens ein Phosphor- und/oder Arsenatom aufweist.
Zur Durchführung der Präformierung löst man üblicherweise die gewählte Übergangs- metall-Verbindung und den gewählten chiralen Liganden und gewünschtenfalls das asymmetrisch zu hydrierende Substrat in einem geeigneten, unter den Reaktionsbedingungen inerten Lösungsmittel bzw. Lösungsmedium wie beispielsweise Ether, Tetrahydrofuran, Toluol, Chlorbenzol, Octadecanol, Biphenylether, Texanol, Mar- lotherm®, Oxoöl 9N (Hydroformylierungsprodukte aus isomeren Octenen, BASF Akti- engesellschaft) und dergleichen mehr. Als Lösungsmedium können auch das umzusetzende Substrat, das Produkt oder bei der Umsetzung eventuell anfallende hochsiedende Nebenprodukte dienen. Der resultierenden Lösung wird, vorteilhafterweise in einem geeigneten Druckreaktor bzw. Autoklaven, bei einem Druck im Bereich von 5 bis 100 bar (absolut), bevorzugt bei einem Druck von 10 bis 100 bar, besonders bevorzugt bei einem Druck von 20 bis 95 bar und insbesondere bevorzugt bei einem Druck von 50 bis 90 bar (jeweils absolut), ein wie vorstehend beschriebenes, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendes Gasgemisch aufgepresst.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man die Präformierung gemäß Schritt a) mit einem Gasgemisch umfassend 30 bis 70 Vol.-% Kohlenmonoxid, 30 bis 70 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, ganz besonders bevorzugt mit einem Gasgemisch umfassend 30 bis 60 Vol.-% Kohlenmonoxid, 40 bis 70 Vol.-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase und insbesondere bevorzugt mit einem Gasgemisch umfassend 40 bis 60 Vol.-% Kohlenmonoxid, 40 bis 60 Vol.-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile jeweils zu 100 Vol.-% ergänzen, durch.
Ein zur Präformierung insbesondere bevorzugtes Gasgemisch ist sogenanntes Synthesegas, das üblicherweise zu etwa 35 bis 55 Vol.-% aus Kohlenmonoxid und etwa 45 bis 65 Vol.-% Wasserstoff sowie gegebenenfalls 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 80°C, besonders bevorzugt bei 50-700C durchgeführt. 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 Präformierung ist üblicherweise nach etwa 1 bis etwa 24 h, oft nach etwa 1 bis etwa 12 h abgeschlossen.
Im Anschluss an die Präformierung des einzusetzenden Übergangsmetall-Katalysators bzw. dessen Vorstufe trennt man gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens von dem durch Präformierung bzw. Vorbehandlung mit dem genannten Gasgemisch erhaltenen Katalysator vor Einsatz in der asymmetrischen Hydrierung überschüssiges Kohlenmonoxid ab.
Unter dem Begriff überschüssiges Kohlenmonoxid ist dabei solches Kohlenmonoxid zu verstehen, das in dem gemäß Schritt a) durch Präformierung erhaltenen Reaktionsge- misch in gasförmiger oder gelöster Form enthalten ist und nicht an den Übergangsmetall-Katalysator bzw. dessen Vorstufe gebunden ist. Demgemäss entfernt man das ü- berschüssige, nicht an den Katalysator gebundene Kohlenmonoxid zumindest weitge- hend, d.h. in einem Ausmaß, dass sich eventuelle Restmengen gelösten Kohlenmono- xids in der folgenden Hydrierung nicht störend bemerkbar machen. Dies ist üblicherweise gewährleistet, wenn etwa 90%, bevorzugt etwa 95% oder mehr des zur Präformierung eingesetzten Kohlenmonoxids gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Ver- fahrens abgetrennt werden. Bevorzugt entfernt man gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens überschüssiges Kohlenmonoxid vollständig von dem durch Präformierung erhaltenen Katalysator.
Die Abtrennung des überschüssigen Kohlenmonoxids vom gemäß Schritt a) erhaltenen Katalysator bzw. vom den Katalysator enthaltenden Reaktionsgemisch gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Bevorzugt entspannt man den Katalysator bzw. das durch Präformierung gemäß Schritt a) erhaltene, den Katalysator enthaltende Gemisch auf einen Druck von bis zu etwa 5 bar (absolut), vorzugsweise, speziell, bei Durchführung der Präformierung im Druckbe- reich von 5 bis 10 bar, auf einen Druck von weniger als 5 bar (absolut), bevorzugt auf einen Druck im Bereich von etwa 1 bar bis etwa 5 bar, vorzugsweise 1 bis weniger als 5 bar , besonders bevorzugt auf einen Druck im Bereich von 1 bis 3 bar, ganz besonders bevorzugt auf einen Druck im Bereich von etwa 1 bis etwa 2 bar, insbesondere bevorzugt auf Normaldruck, so dass gasförmiges, nicht gebundenes Kohlenmonoxid aus dem Produkt der Präformierung entweicht.
Die vorstehend genannte Entspannung des präformierten Katalysators kann beispielsweise unter Einsatz eines Hochdruckabscheiders, wie er dem Fachmann an sich bekannt ist, erfolgen. Derartige Abscheider, bei denen die Flüssigkeit in der kontinuierli- chen Phase ist, sind beispielsweise beschrieben in: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 1997, 7. Aufl., McGraw-Hill, S. 14.95 und 14.96; die Verhinderung eines möglichen Tropfenmitrisses ist auf den Seiten 14.87 bis 14.90 beschrieben. Die Entspannung des präformierten Katalysators kann einstufig oder zweistufig bis zum Erreichen des gewünschten Druckes im Bereich von 1 bar bis etwa 5 bar erfolgen, wobei die Temperatur üblicherweise auf 10 bis 400C sinkt.
Alternativ kann die Abtrennung überschüssigen Kohlenmonoxids gemäß Schritt b) auch durch sogenanntes Strippen des Katalysators bzw. des den Katalysator enthaltenden Gemischs mit einem Gas, vorteilhaft mit einem unter den Reaktionsbedingun- gen inerten Gas, erreicht werden. Unter dem Begriff Strippen versteht der Fachmann dabei das Einleiten eines Gases in den Katalysator bzw. das den Katalysator enthaltende Reaktionsgemisch wie beispielsweise in W. R. A. Vauck, H. A. Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, Deutscher Verlag für Grundstoffchemie Leipzig, Stuttgart, 10 Auflage, 1984, Seite 800 beschrieben. Als geeignete inerte Gase seien hierfür beispielhaft genannt: Wasserstoff, Helium, Neon, Argon, Xenon, Stickstoff und/oder CO2, bevorzugt Wasserstoff, Stickstoff, Argon. Im Anschluss an die Präformierung gemäß Schritt a) und die Befreiung des Katalysators von überschüssigem Kohlenmonoxid gemäß Schritt b) führt man gemäß Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die asymmetrische Hydrierung des gewählten Substrats in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Kohlenmonoxidgehalt von 100 bis 1200 ppm durch.
Die Zugabe von zusätzlichem Kohlenmonoxid zum Reaktionsgemisch der asymmetrische Hydrierung kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden: So kann das Kohlenmonoxid beispielsweise dem zur asymmetrischen Hydrierung eingesetzten Wasserstoff beigemischt werden oder auch direkt gasförmig in die Reaktionslösung eindosiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, dem Reaktionsgemisch Verbindungen zuzusetzen, die leicht Kohlenmonoxid freisetzen, wie beispielsweise Formiate oder Oxalyl-Verbindungen.
Der Anteil an Kohlenmonoxid im eingesetzten Wasserstoff beträgt im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens etwa 300 bis 1000 ppm, besonders bevorzugt 400 bis 800 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, insbesondere bei etwa 50 bis etwa 100 bar, besonders bevorzugt bei etwa 60 bis etwa 100 bar und einer Temperatur von in der Regel etwa 00C bis etwa 1000C, bevorzugt etwa 00C bis etwa 300C, insbesondere bei etwa 10°C bis etwa 300C 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 besonderem Vorteil führt man die asymmetrische Hydrierung im gleichen Lösemittel durch wie die gegebenenfalls zuvor durchgeführte Präformierung.
Als Reaktionsgefäße zur Durchführung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Hydrierung sind prinzipiell all jene geeignet, die Umsetzungen unter den genannten Bedingungen, insbesondere Druck und Temperatur, erlauben und für Hydrierreaktionen geeignet sind, wie beispielsweise Autoklaven, Rohrreaktoren, Blasensäulen, etc.
Führt man die Hydrierung gemäß Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz von hochsiedenden, in der Regel viskosen Lösungsmitteln durch, wie sie beispielsweise vorstehend zum Einsatz im Rahmen der Vorbehandlung des Katalysators gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind (etwa die ge- nannten Lösungsmittel Octadecanol, Biphenylether, Texanol, Marlotherm®, Oxoöl 9N) oder führt man die Hydrierung ohne zusätzlichen Einsatz von Lösemittel jedoch unter Aufpegelung der als Nebenprodukte in geringem Ausmaß entstehenden Hochsieder (wie beispielsweise Dimere oder Trimere, die durch Reaktionen der Edukte bzw. Produkte und anschließenden Folgereaktionen entstehen) durch, kann es vorteilhaft sein, für guten Gaseintrag und gute Durchmischung von Gasphase und kondensierter Phase zu sorgen. Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass man den Hydrierschritt des erfin- dungsgemäßen Verfahrens in einem Gasumlaufreaktor durchführt. Gasumlaufreaktoren sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise in P. Trambouze, J. -P. Euzen, Chemical Reactors, Ed. Technip, 2004, S. 280-283 und P. Zehner, R. Benfer, Chem. Eng. Sei. 1996, 51 , 1735-1744 sowie z. B. in der EP 1 140 349 beschrieben.
Bei Einsatz eines wie vorstehend genannten Gasumlaufreaktors hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das einzusetzende Gas bzw. Gasgemisch (den Kohlenmo- noxid enthaltenden Wasserstoff) parallel zu den in den Reaktor eingetragenen Edukten und/oder dem umlaufenden Reaktionsgemische bzw. dem Katalysator mittels einer einfachen Düse oder einer Zweistoffdüse in den Gasumlaufreaktor einzutragen. Dabei zeichnet sich die Zweistoffdüse dadurch aus, dass in den Reaktor einzubringende
Flüssigkeit und Gas durch zwei getrennte ineinander liegenden Röhren unter Druck bis zum Düsenmund gelangen und dort miteinander vereint werden.
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. Die verwendete Aminmenge kann dabei zwischen 0,5 und 500 mol-Äquivalenten bezogen auf die eingesetzte Menge an Metall, bevorzugt aber 1 bis 100 mol-Äquivalenten bezo- gen auf die eingesetzte Metallmenge betragen. Die Wahl des tertiären Amins ist nicht kritisch. Neben kurzkettigen Alkylaminen, wie beispielsweise Triethylamin können auch langkettige Alkylamine, wie zum Beispiel Tridodecylamin, verwendet werden. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform führt man das erfindungsgemäße Hydrierverfahren in Gegenwart eines tertiären Amins, bevorzugt Tridodecylamin, in einer Menge von etwa 2 bis 30 mol-Äquivalenten, bevorzugt etwa 5 bis 20 mol-Äquivalenten und besonders bevorzugt 5 bis 15 mol-Äquivalenten bezogen auf die Menge an eingesetztem Übergangsmetall ein.
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 Routineuntersuchungen 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 hydrierenden Doppelbindung, abhängen kann.
Demzufolge eignen sich als Ausgangssubstanzen insbesondere solche, die ein Isomerenverhältnis 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 Katalysatoren ermöglicht wird.
So lässt sich beispielsweise das erhaltene Reaktionsprodukt durch dem Fachmann an sich bekannte Verfahren, wie z.B. durch Destillation, beispielsweise mittels eines Fein- filmverdampfers, Sambays oder dergleichen mehr aus dem Reaktionsgemisch entfernen und der zurückbleibende Katalysator, gegebenenfalls nach abermaliger, wie vorstehend beschriebener Präformierung, 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. Bevorzugt führt man das Verfahren kontinuierlich durch.
Die erfindungsgemäß durchzuführende Vorbehandlung der Katalysatorvorstufe (Prä- formierung) gemäß Schritt a) und die eigentliche asymmetrische Hydrierung gemäß Schritt c) werden vorteilhaft in getrennten Reaktionsgefäßen durchgeführt. Bei der Ü- berführung des präformierten Katalysators in den eigentlichen Hydrierrektor, bevorzugt den wie vorstehend beschriebenen Gasumlaufreaktor, kann dann das überschüssige Kohlenmonoxid vom Katalysator, beispielsweise durch Entspannung des zur Präfor- mierung angewendeten Druckes, entfernt werden.
Auch die Hydrierung kann in mehreren, vorzugsweise in zwei oder drei, besonders bevorzugt in zwei, hintereinander geschalteten Hydrierreaktoren erfolgen. Dabei können verschiedenartige oder gleiche Reaktortypen zum Einsatz kommen. In einer be- vorzugten Ausführungsform führt man die asymmetrische Hydrierung beispielsweise in einer Kaskade von zwei Gasumlaufreaktoren durch, wobei einer als Hauptreaktor und der zweite als Nachreaktor fungiert. Zur Überführung des Reaktionsgemisches vom Hauptreaktor in den Nachreaktor kann dabei beispielsweise ein gewünschtenfalls so einzustellendes Druckgefälle genutzt werden.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man Neral oder Geranial, bevorzugt Neral, 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 Reaktionsgemisch lösliche Verbindung des Rhodium, insbesondere Rh2(OAc)4, [Rh(COd)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)i2 oder Rh6(CO)i6 und als chiralen 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 bezogen auf Rhodium 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 Ge- genwart von Rh(OAc)3, [Rh(COd)CI]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)OMe]2, Rh4(CO)I2 oder Rh6(CO)-I6 und (R,R)-Chiraphos zu D-Citronellal um.
Im Rahmen der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet man 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 Einsatz von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltem optisch aktivem Citronellal. Die Herstellung von optisch aktivem Menthol ausgehend von optisch aktivem Citronellal ist bekannt. Ein Schlüsselschritt 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 nachstehend schematisch für die Herstellung von L-Menthol der Formel (XIII) dargestellt, in Gegenwart einer geeigneten Säure, insbesondere einer Lewis-Säure zu L-Isopulegol der Formel (XII) cyclisieren und anschließend nach dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise durch katalytische Hydrierung wie beispielsweise in der J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5208-5217 oder Synthesis 1991 , 665-680. beschrieben, zum L- Menthol hydrieren.
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(Vl') (XII) (XIII)
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Menthol, umfassend die Schritte
i) Herstellung von optisch aktivem Citronellal gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren , ii) Cyclisierung des so hergestellten optisch aktiven Citronellals zu optisch aktivem Isopulegol in Gegenwart einer Lewis-Säure und iii) Hydrierung des so hergestellten optisch aktiven Isopulegols zu optisch aktivem Menthol.
Im Rahmen einer diesbezüglich bevorzugten Ausführungsform stellt man gemäß Schritt i) R-Citronellal durch erfindungsgemäße Hydrierung von Geranial oder Neral, bevorzugt Neral her, cyclisiert das so erhaltene R-Citronellal gemäß Schritt ii) zu L- Isopulegol und hydriert gemäß Schritt iii) das so erhaltene L-Isopulegol zu L-Menthol.
Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung, ohne sie in irgend einer Weise zu beschränken:
Beispiel 1 :
Kontinuierlich betriebene asymmetrische Hydrierung von cis-Citral mit gezielter Verringerung des CO-Gehaltes nach der Präformierung
In einer kontinuierlich betriebenen Anlage wurde eine Lösung von insgesamt 10,4 g Rh(CO)2acac und insgesamt 34,5 g (R,R)-Chiraphos in Toluol (660 ml) eingefüllt. Die Gasmischung wurde im Präformierungsreaktor bei einem Druck von 80 bar und einer Temperatur von 600C auf ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid (H2:CO) von 1 :1 eingestellt. Der Austrag des Präformierungsreaktors wurde in einen Hochdruckabscheider auf Normaldruck entspannt und anschließend auf 80 bar in den Hydrierreaktor komprimiert. In den Hydrierreaktor wurden bei 200C 158 Nl/h H2 (mit 400 ppm CO) eingeleitet, so dass sich im Abgas des Hydrierreaktors ein CO-Wert von 550 ppm einstellte.
Bei einem Zulauf von 100 g/h cis-Citral (Neral) mit einem Gehalt von 98 Gew.-% wurde eine produkthaltige Fraktion im Vakuum kontinuierlich so abdestilliert, dass der AnIa- geninhalt nahezu konstant blieb. Es wurde mit diesen Einstellungen innerhalb von 8 Tagen 110,9 mol (17,1 kg) D-Citronellal isoliert. Die Ausbeute an D-Citronellal betrug bezogen auf das eingesetzte cis-Citral 93%.
Vergleichsbeispiel:
Kontinuierlich betriebene asymmetrische Hydrierung von cis-Citral bei verminderter CO-Konzentration bei der Präformierung und ohne Verringerung des CO-Gehaltes nach der Präformierung
In einer kontinuierlich betriebenen Anlage wurde eine Lösung von insgesamt 10,4 g Rh(CO)2acac und insgesamt 34,5 g (R, R)-Chiraphos in Toluol (660 ml) eingefüllt. Die Gasmischung im Präformierungsreaktor wurde bei einem Druck von 105 bar und einer Temperatur von 600C auf ein Verhältnis von 90:10 H2:CO (35.1 Nl/h) eingestellt. Der Austrag des Präformierungsreaktors wurde ohne vorige Druckentspannung direkt auf 80 bar in den Hydrierreaktor entspannt. In den Hydrierreaktor wurden bei 200C 150 Nl/h H2 eingeleitet, so dass sich im Abgas des Hydrierreaktors ein CO-Wert von etwa 800 ppm einstellte.
Bei einem Zulauf von 77 g/h cis-Citral (Neral) mit einem Gehalt von 98 Gew.-% wurde eine produkthaltige Fraktion im Vakuum kontinuierlich so abdestilliert, dass der Anlageninhalt nahezu konstant blieb. Es wurden mit diesen Einstellungen innerhalb von 8 Tagen 82,1 mol D-Citronellal isoliert.
Die Ausbeute an D-Citronellal betrug bezogen auf das eingesetzte cis-Citral lediglich 86%.
Beispiel 2:
Kontinuierlich betriebene asymmetrische Hydrierung von cis-Citral mit erhöhtem CO- Gehalt im Hydrierreaktor
In einer kontinuierlich betriebenen Anlage wurde eine Lösung von insgesamt 10,4 g Rh(CO)2acac und insgesamt 25,8 g (R,R)-Chiraphos in Toluol (etwa 600 ml) eingefüllt.
Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid (H2:CO) wurde im Präformierungs- reaktor bei einem Druck von 80 bar und einer Temperatur von 6O0C auf 1 :1 eingestellt. Der Austrag des Präformierungsreaktors wurde in einen Hochdruckabscheider auf Normaldruck entspannt und anschließend auf 80 bar in den Hydrierreaktor verdichtet. In den Hydrierreaktoren wurden bei 20°C 60 Nl/h H2 (mit 245 ppm CO) eingeleitet, so dass sich im Abgas des Hydrierreaktors ein CO-Wert von etwa 600 ppm einstellte.
Bei einem Zulauf von 100 g/h cis-Citral (Neral) mit einem Gehalt von 98 Gew.-% wurde eine produkthaltige Fraktion im Vakuum kontinuierlich so abdestilliert, dass der An- lageninhalt nahezu konstant blieb. Es wurde mit diesen Einstellungen innerhalb von 5 Tagen 2,88 mol (443,5 g) D-Citronellal isoliert. Die Ausbeute an D-Citronellal betrug bezogen auf das eingesetzte cis-Citral 92%.
Beispiel 3:
Unter denselben Grundeinstellungen wurde der Hydrierreaktor mit 60,3 Nl/h Hb mit 265 ppm CO beschickt, wobei sich im Abgas des Hydrierkatalysators ein CO-Wert von etwa 1300 ppm einstellte. Auf diese Weise wurden innerhalb von 5 Tagen 2,87 mol (441 ,9 g) D-Citronellal isoliert. Die Ausbeute an D-Citronellal betrug bezogen auf das eingesetzte cis-Citral 90%.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Carbonylverbindungen in Gegenwart von im Reaktionsgemisch löslichen, optisch aktiven Übergangsmetall-
Katalysatoren, die mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisen, wobei man zur Herstellung des jeweils einzusetzenden optisch aktiven, mindestens einen Kohlenmonoxid-Liganden aufweisenden Katalysators eine Katalysator-Vorstufe mit einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasge- misch vorbehandelt und die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von dem
Reaktionsgemisch zusätzlich zugeführtem Kohlenmonoxid durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) die Vorbehandlung der Katalysator-Vorstufe mit einem Gasgemisch umfas- send 20 bis 90 Vol.-% Kohlenmonoxid, 10 bis 80 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, bei einem Druck von 5 bis 100 bar durchführt,
b) von dem so erhaltenen Katalysator vor Einsatz in der asymmetrischen Hyd- rierung überschüssiges Kohlenmonoxid abtrennt und
c) die asymmetrische Hydrierung in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Kohlenmonoxidgehalt von 100 bis 1200 ppm durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen der Formel (I)
Figure imgf000030_0001
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, Ce-do-Aryl und C3-Cg-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 cyclischen 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-Ci o- Aryl und Cs-Cg-Hetaryl tragen kann, oder für OR7 oder NR8R9 steht
wobei
R4, R5, R6 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Ci-Cβ-Alkyl, C6-Ci o- Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-Ci2-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 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 Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-Cio-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, steht und gemeinsam mit R1 oder R2 einen 5 bis 25- gliedrigen Ring bilden kann und
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 Substituenten OR4, NR5R6, Halogen, C6-Cio-Aryl und C3-C9-Hetaryl tragen kann, stehen und gemeinsam mit R1, R2 oder R9 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden kann und
R9 für Wasserstoff, Ci -C6-Al kyl, C6-Ci o-Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-
Ci2-Alkylaryl steht oder zusammen mit R8 einen 5 bis 25-gliedrigen Ring bilden kann und
* ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet,
durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone der Formel (II)
R2
(II)
R1 R3
wobei die Reste R1 bis R3 die oben angegebene Bedeutung besitzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde o- der Ketone durch asymmetrische Hydrierung α,ß-ungesättigter Aldehyde oder Ketone.
4. Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde der Formel (III)
Figure imgf000032_0001
wobei
R10 für einen unverzweigten oder verzweigten Alkylrest mit 2 bis 25 Kohlenstoffatomen, 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 imgf000032_0002
Figure imgf000032_0003
wobei der Rest R10 die oben angegebene Bedeutung besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4 zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal der Formel (VI)
Figure imgf000032_0004
durch asymmetrische Hydrierung von Neral der Formel (VII) oder Geranial der Formel (VIII)
Figure imgf000033_0001
Figure imgf000033_0002
6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung von D-Citronellal durch asymmetrische Hydrierung von Neral.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Übergangsmetall-Katalysator-Vorstufe einsetzt, die erhältlich ist durch Reaktion mindestens einer im Reaktionsgemisch löslichen Übergangsmetall- Verbindung mit einem optisch aktiven Liganden, der mindestens ein Phosphor- und/oder Arsenatom aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als optisch aktiven Liganden eine Verbindung der allgemeinen Formeln (IX), (X) oder (Xl)
Figure imgf000033_0003
in denen
R11, R12: jeweils unabhängig voneinander für einen unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, 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-Cio-Aryl und C3- Cg-Hetaryl tragen kann und R11 und R12 gemeinsam einen 4 bis 20-gliedrigen Ring bilden können, der eines oder mehrere, in der Regel 1 oder 2 O-Atome beinhalten kann, stehen und
R13, R14: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder geradket- tiges oder verzweigtes d- bis C4-AIkVl bedeuten und
R15, R16, R17, R18: jeweils für Cβ- bis Cio-Aryl, das gegebenenfalls einen oder mehrere, in der Regel 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4 Substituen- ten ausgewählt aus der Gruppe der Substituenten d- bis
C4-AIkVl, Ce- bis Cio-Aryl, d- bis C4-Alkoxy und Amino tragen kann, stehen und
R19, R20, R21: jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Ci-C4-Alkyl, Ce-C-io-Aryl, C7-Ci2-Aralkyl oder C7-Ci2-Alkylaryl bedeuten, wobei
R20, R21: gemeinsam auch eine Alkylenkette mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, 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.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsmetallverbindung eine Rhodium-Verbindung ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass man einen optisch aktiven Liganden der Formel (IX) einsetzt, wobei den Resten
R11, R12 und R15 bis R18 die vorstehend genannten Bedeutungen zukommen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dass man als optisch aktiven Liganden den Liganden der Formel (1) (S,S-Chiraphos) oder ent-(1 ) (R, R- Chiraphos) Ph„P PPh. Ph2P PPh.
(1 ) enf-(1 )
einsetzt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die asymmetrische Hydrierung bei einem Druck von 10 bis 100 bar durchführt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man es kontinuierlich durchführt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Vorbehandlung der Katalysator-Vorstufe gemäß Schritt a) mit einem Gasgemisch umfassend 40 bis 60 Vol.-% Kohlenmonoxid, 60 bis 40 Vol-% Wasserstoff und 0 bis 5 Vol.-% weiterer Gase, wobei sich die genannten Volumenanteile zu 100 Vol.-% ergänzen, durchführt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man gemäß Schritt b) überschüssiges Kohlenmonoxid abtrennt, indem man den gemäß Schritt a) vorbehandelten Katalysator auf einen Druck von weniger als 5 bar entspannt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man gemäß Schritt b) überschüssiges Kohlenmonoxid durch Strippen mit ei- nem inerten Gas abtrennt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man die asymmetrische Hydrierung gemäß Schritt c) in Gegenwart von Wasserstoff mit einem Kohlenmonoxidgehalt von 400 bis 800 ppm durchführt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass man die asymmetrische Hydrierung gemäß Schritt c) in einem Gasumlaufreaktor durchführt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man die umzusetzende α,ß-ungesättigte Carbonylverbindung und den Wasserstoff mittels einer Zweistoffdüse in den Gasumlaufreaktor einträgt.
22. Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Menthol umfassend die Schritte
i) Herstellung von optisch aktivem Citronellal nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , ii) Cyclisierung des so hergestellten optisch aktiven Citronellals zu optisch aktivem Isopulegol in Gegenwart einer Lewis-Säure und iii) Hydrierung des so hergestellten optisch aktiven Isopulegols zu optisch aktivem Menthol.
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