WO2017125358A1 - Verfahren zur homogen-katalysierten herstellung von mono-n-substituierten-piperazinen - Google Patents

Verfahren zur homogen-katalysierten herstellung von mono-n-substituierten-piperazinen Download PDF

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WO2017125358A1
WO2017125358A1 PCT/EP2017/050824 EP2017050824W WO2017125358A1 WO 2017125358 A1 WO2017125358 A1 WO 2017125358A1 EP 2017050824 W EP2017050824 W EP 2017050824W WO 2017125358 A1 WO2017125358 A1 WO 2017125358A1
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WO
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cas number
hydrogen
alkyl
group
complex catalyst
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/050824
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simone WOECKEL
Marion DA SILVA
Mathias SCHELWIES
Hendrik De Winne
Michael Limbach
Ulrich Abel
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/02Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings
    • C07D241/04Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings not condensed with other rings having no double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D403/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00
    • C07D403/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings
    • C07D403/06Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings linked by a carbon chain containing only aliphatic carbon atoms

Definitions

  • the present invention relates to a process for preparing mono-N-substituted-piperazines (I) by homogeneously catalyzed alcoholamination of alcohols (I I) with piperazine (II I) in the presence of a complex catalyst (IV) containing iridium.
  • Mono-N-substituted-piperazines are used, inter alia, as intermediates in the preparation of fuel additives, surfactants, pharmaceutical and plant protection agents, hardeners, for epoxy resins, catalysts for polyurethanes, intermediates for the preparation of quaternary ammonium compounds, plasticizers, corrosion inhibitors, synthetic resins, ion exchangers, textile auxiliaries , Dyes, vulcanization accelerators and / or emulsifiers.
  • Mono-N-substituted-piperazines therefore represent a commercially extremely interesting class of substances that can be used in a wide variety of applications.
  • DE 2 531 060 describes a process for the simultaneous preparation of 1-methylpiperazine and 1, 4-dimethylpiperazine.
  • formaldehyde and piperazine are reacted in a liquid solvent in the presence of a supported hydrogenation catalyst.
  • a disadvantage of this process is that always mixtures of 1-methylpiperazine and 1, 4-dimethylpiperazine are obtained.
  • the 1, 4-dimethylpiperazine is usually produced in similar amounts as the 1-methylpiperazine. In some cases, the 1, 4-dimethylpiperazine even the main product of the reaction is.
  • With the method according to DE 2 531 060 can be produced only 1-methylpiperazine and 1, 4-dimethylpiperazine, always mixtures are obtained.
  • the economically interesting mono-N-substituted piperazines are not accessible in pure form by this process.
  • WO 2013/178693 describes a process for the preparation of mono-N-alkylpiperazines by reacting diethanolamines with a primary amine in the presence of hydrogen and a shaped catalyst body.
  • WO 2013/178534 also describes a process for the preparation of mono-N-alkyl-piperazines by reacting diethanolamine with a primary amine in the presence of hydrogen and a supported metal-containing catalyst. Even with the method according to WO 2013/178534, mono-N-alkyl-piperazines are made available in good yields and satisfactory selectivities.
  • a disadvantage of the method WO 2013/178534 is also the necessity of the presence of hydrogen and the implementation of the reaction at high absolute pressures in the range of 95 to 145 bar.
  • the process according to the invention is intended to make mono-N-substituted-piperazines (I) available in good yields and with good selectivities.
  • R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of hydrogen, unsubstituted or at least mono-substituted d-Cso-alkyl, C 5 -Cio-cycloalkyl, C 5 -C 0 heterocyclyl, C 5 -C 4 -aryl and C 5 -C 4 -heteroaryl or R 2 and R 3 together with the carbon atom to which they are attached form a five to fourteen-membered unsubstituted or at least monosubstituted ring system, the substituents being selected from among A group consisting of F, Cl, Br, OH, OR 9 , CN, N (R 9 ) 2 , COOH, COOR 9 , C (O) NH 2 , C (O) NHR 9 , C (O) N (R 9 ) 2, d-do-alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl, C 5 -C 10 heterocycly
  • R 9 is selected from C 1 -C 6 alkyl and C 5 -C 10 aryl
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are independently hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted C to C 10 -alkyl, wherein the substituents are selected from the group consisting of F, Cl, Br, OH and CN; is an integer in the range of 1 to 10; by homogeneous-catalyzed alcoholamination of alcohols of the general formula (Ii)
  • the hydroxyl groups (-OH) of the alcohol (II) used are reacted with the amino group (-NH-) of the piperazine (III) to give a mono-N-substituted-piperazine (I).
  • Each reacted hydroxyl group (-OH) produces a molecule of water
  • a process for homogeneous-catalyzed mecanical is disclosed for example in WO 2014/023549.
  • alcohols are reacted with primary or secondary monoamines.
  • the reaction of compounds containing two secondary amino groups is not described in WO 2014/023549.
  • Piperazine thus has two secondary amino groups (-NH-).
  • -NH- mono-N-substituted-piperazines
  • mono-N-substituted-piperazines (I) are accessible, the di-N-substituted-piperazines are obtained only in small amounts as a by-product.
  • alcohols (II) and piperazine (III) are used as starting materials.
  • Suitable alcohols (II) are compounds which contain at least one hydroxyl group (hereinafter also referred to as OH group).
  • the OH group may be present in the form of a primary alcohol group (-CH 2 -OH) or in the form of a secondary alcohol group (> CH-OH).
  • Suitable alcohols (II) are virtually all known alcohols which fulfill the abovementioned requirements.
  • the alcohols can be straight-chain, branched or cyclic.
  • the alcohols may also bear substituents which are inert under the alcohol alcoholation reaction conditions, for example, alkyloxy, alkenyloxy, dialkylamino and halogens (F, Cl, Br, I).
  • Alcohols (II) used are preferably monoalcohols, diols, triols or polyols.
  • Mono alcohols have an OH group.
  • Diols have two OH groups.
  • Triols have three OH groups.
  • Polyols have more than three OH groups.
  • Suitable alcohols (II) are, for example, those of the general formula (II): ROH
  • R 2 and R 3 are independently selected from the group consisting of hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted
  • R 9 is selected from C "-C -C 10 alkyl and C 5 -C 10 aryl;
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are independently hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted C to C 10 alkyl, wherein
  • the substituents are selected from the group consisting of F, Cl, Br, OH and CN, an integer in the range of 1 to 10.
  • the ring system is preferably selected from the group consisting of unsubstituted or at least monosubstituted C 5 -C 10 -cycloalkyl and C 5 - C 10 heterocyclyl, where the substituents have the meanings given above.
  • Particularly preferred ring systems are selected from the group consisting of unsubstituted or at least monosubstituted cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl.
  • Preferred alcohols (II) are, for example, those of the general formula (II):
  • R 2 is hydrogen
  • R 3 is selected from the group consisting of hydrogen, unsubstituted C 1 -C 30 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 4 -aryl and C 5 -C 4 -heteroaryl ;
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are hydrogen; is an integer in the range of 1 to 10.
  • the subject of the present invention is thus also a method in which
  • R 2 is hydrogen
  • R 3 is selected from the group consisting of hydrogen, unsubstituted C 1 -C 30 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 14 -aryl and C 5 -C 14 -heteroaryl
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are hydrogen
  • n is an integer in the range of 1 to 10.
  • Particularly preferred alcohols (II) are, for example, those of the general formula (II):
  • R 3 is selected from the group consisting of hydrogen and unsubstituted CiC 3 -alkyl, preferably hydrogen and C 1 -C 10 - alkyl, particularly preferably from hydrogen and C-
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are hydrogen; an integer in the range of 1 to 5, preferably 1 to
  • the subject of the present invention is thus also a method in which
  • R 2 is hydrogen
  • R 3 is selected from the group consisting of hydrogen and unsubstituted CiC 3 -alkyl, preferably from hydrogen and C1-C1 0 - alkyl, particularly preferably from hydrogen and C-
  • R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are hydrogen; n is an integer in the range of 1 to 5, preferably 1 to 3.
  • the symbol " * " in the formulas (Ia) and (Ib) denotes the linking of the formulas (Ia) and (Ib) to the OH group of the alcohol (II). Accordingly, the symbol “ * " in the formulas (Ia ) and (Ib) the linking of the formulas (Ia) and (Ib) to the nitrogen atom of the mono-N-substituted-piperazine (I).
  • Suitable examples are the following monoalcohols: methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-butan-1-ol , 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, ethanolamine (monoethanolamine), 2-ethylhexanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, 2-phenylethanol, 2- (p-methoxyphenyl) ethanol, furfuryl alcohol, 2 - (3,4-dimethoxyphenyl) ethanol, hydroxymethylfurfural, lactic acid, serine and fatty alcohols such as 1-heptanol (eananthalcohol; C 7 H 16 O), 1-octanol (capryl alcohol; C 8 H 18 0), 1-nonanol (pel
  • Preferred monoalcohols are selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-butane-1 -ol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, ethanolamine, 1-heptanol (eananthalcohol; C 7 H 16 O), 1-octanol (capryl alcohol; C 8 H 18 O), 1 Nonanol (pelargonyl alcohol, C 9 H 20 O), 1-decanol (capric alcohol, C 10 H 22 O), 1-undecanol (CnH 24 O), 10-undecen-1-ol (Cn H 22 O), 1 - Dodecanol (lauryl alcohol, C 12 H 26 O), 1-tridecanol (C 13 H 28 O), 1-te
  • the abovementioned fatty alcohols include both the pure compounds and mixtures of isomers of the primary fatty alcohols.
  • Particularly preferred monoalcohols are selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl- Butan-1-ol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol.
  • Particularly preferred monoalcohols are selected from the group consisting of methanol and ethanol.
  • diols which can be used as starting materials in the process according to the invention are 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, 1, 7-heptanediol, 1, 8-octanediol, 1, 9- Nonanediol, 9-cis-octadecene-1, 12-diol (ricinoleic alcohol, C 18 H 36 O 2 ), 2,4-dimethyl-2,5-hexanediol, neopentyl glycol hydroxypivalate, 1, 4-bis (2-hydroxyethyl ) piperazine, diisopropanolamine, N-butyldiethanolamine, 1, 10-decanediol, 1, 12-dodecanediol, 2,5-bis (hydroxymethyl) furan, 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane monoethylene glycol (ethane-1, 2- dio
  • the present invention thus also provides a process in which the alcohol (II) is selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methylbutan-1-ol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, monoethylene glycol (ethane-1,2-diol), diethylene glycol (2 - (2-hydroxyethoxy) ethane-1-ol) and triethylene glycol (2- [2- (2-hydroxyethoxy) ethoxy] ethane-1-ol.
  • the alcohol (II) is selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol,
  • the present invention thus also provides a process in which the alcohol (II) is selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-methylbutane 1 -ol, 2,2-dimethyl-1-propanol, monoethylene glycol (ethane-1, 2-diol), diethylene glycol (2- (2-hydroxyethoxy) ethane-1-ol) and triethylene glycol (2- [2- (2 -Hydroxyethoxy) ethoxy] ethan-1-ol.
  • the alcohol (II) is selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-methylbutane 1 -ol, 2,2-dimethyl-1-propanol, monoethylene glycol (ethane-1, 2-diol), diethylene glycol (2
  • triols or polyols which have at least one functional group of the formula (-CH 2 -OH) or (> CH-OH).
  • triols or polyols which can be used as starting materials in the process according to the invention are glycerol, trimethylolpropane, triisopropanolamine, triethanolamine, polyvinyl alcohol, polyalkylene glycols whose OH groups can be either primary and / or secondary alcohols, 2,2-bis ( hydroxymethyl) -1,3-propanediol (pentaerythritol), sorbitol, inositol, carbohydrates, sugars, sugar alcohols and polymers: such as glucose, mannose, fructose, ribose, deoxyribose, galactose, N-acetyl-glucosamine, fucose, rhamnose, sucrose , Lactose, cellobiose, maltose and
  • alcohols (II) monoalcohols and diols are preferred.
  • the alcohols (II) are selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2 -Methylbutan-1-ol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, monoethylene glycol (ethane-1, 2-diol), diethylene glycol (2- (2-hydroxyethoxy) ethane-1 -ol) and triethylene glycol (2- [2- (2-hydroxyethoxy) ethoxy] ethane-1-ol.
  • mono-N-substituted-piperazines (I) are selected from the group consisting of 1-methylpiperazine (CAS 109-01 -3), 1-ethylpiperazine (CAS 5308-25-8), 1-propylpiperazine (CAS 21867-64-1), 1- (1-methylethyl) piperazine (CAS 4318-42-7), 1-butylpiperazine (CAS 5610-49-1), 1 - (1-methylpropyl) -piperazine (CAS 34581 -21 -O), 1- (2-methylpropyl) -piperazine (CAS 5308-28-1), 1-pentylpiperazine (CAS 50866-75-6), 1 - ( 1-methylbutyl) -piperazine (CAS 82499-96-5), 1- (1-ethylpropyl) -piperazine (CAS 373356-51-5), 1- (2-methylbutyl) -piperazine (CAS 82499-96-5), 1- (1-ethylpropyl) -piperazine (
  • the alcohols (II) are selected from the group consisting of methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, isobutanol, 1-pentanol, 2-methylbutan-1-ol, 2,2 Dimethyl-1-propanol, monoethylene glycol (ethane-1, 2-diol), diethylene glycol (2- (2-hydroxyethoxy) ethane-1-ol) and triethylene glycol (2- [2- (2-hydroxyethoxy) ethoxy] ethane 1 -ol.
  • mono-N-substituted-piperazines (I) are selected from the group consisting of 1-methylpiperazine (CAS 109-01-3), 1-ethylpiperazine ( CAS 5308-25-8), 1-propylpiperazine (CAS 21867-64-1), 1-butylpiperazine (CAS 5610-49-1), 1 - (2-methylpropyl) -piperazine (CAS 5308-28-1), 1-pentylpiperazine (CAS 50866-75-6), 1- (2-methylbutyl) -piperazine (CAS 82499-91 -0), 1 - (1 , 2-dimethylpropyl) -piperazine (CAS 57184-42-6), 1-piperazineethanol (CAS 103-76-4), 2- [2- (1-piperazinyl) -ethoxy] -ethanol (CAS 13349-82-1 ), 2- [2- [2- [2- (1-piperazinyl) ethoxy]
  • the alcohols (II) are selected from the group consisting of methanol, ethanol, monoethylene glycol and diethylene glycol.
  • mono-N-substituted-piperazines (II) are selected from the group consisting of 1-methylpiperazine (CAS 109-01-3), 1-ethylpiperazine (CAS 5308-25-8), 1-piperazineethanol (CAS 103-76-4), 2- [2- (1-piperazinyl) -ethoxy] -ethanol (CAS 13349-82-1).
  • complex catalyst (IV) according to the invention is understood to mean both exactly one complex catalyst (IV) and mixtures of two or more complex catalysts (IV).
  • At least one complex catalyst (IV) which contains iridium as the metal component is used.
  • the inventive method is preferably carried out homogeneously catalyzed.
  • the complex catalyst (IV) contains a ligand of the general formula (V)
  • R 10, R 11, R 12, R 13, R 14 are independently hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl or phenyl.
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) contains a ligand of the general formula (V)
  • R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 are independently hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl or phenyl.
  • complex catalysts (IV) which contain a ligand of the general formula (V) in which R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are methyl.
  • ligand (V) pentamethylcyclopentadienyl is thus particularly preferred.
  • Pentamethylcyclopentadienyl is also referred to as 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl and is hereinafter abbreviated to Cp * .
  • Cp * has the following formula
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) contains pentamethylcyclopentadienyl as ligands.
  • the ligand of the general formula (V), preferably the Cp * is coordinated to the iridium of the complex catalyst.
  • the complex catalyst (IV) used in the process according to the invention preferably contains iridium in the oxidation state +3 before the reaction starts. In general, the iridium in the complex catalyst (IV) has 4 coordination sites. It is presumed that the complex catalyst (IV), (V) is also present in the oxidation state +3 during the reaction.
  • the ligand of the general formula (V), preferably the Cp * occupies a coordination site of the iridium.
  • the remaining coordination sites, generally three, may be occupied by any other ligands.
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) contains iridium in the oxidation state +3.
  • Suitable complex catalysts (IV) are for example selected from the group consisting of [Cp * IrCI 2 ] 2 (CAS number: 12354-84-6), [Cp * IrBr 2 ] 2 (CAS number: 55971-89-6) , [Cp * Ir II 2 ] 2 (CAS number: 33040-12-9) [Cp * Ir (NH 3 ) 3 Cl 2 )] (CAS number: 1254038-09-9), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) CI] (CAS number: 1098212-45-3), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) Cl] (CAS number: 202662-76-8), chloro ( pentamethylcyclopentadienyl) ⁇ 5-cyano-2- ⁇ 1 - [(4-methoxyphenyl) imino-kN] ethyl
  • R 21 and R 22 are independently hydrogen, unsubstituted or at least mono-substituted Ci-Ci 0 alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl, C 5 -C 10 heterocyclyl, C 5 -C 10 aryl or C 5 -C 10 - Heteroaryl are or
  • R 21 and R 22 together with the atoms to which they are attached form an unsubstituted or at least monosubstituted five to ten membered ring system, the substituents being selected from the group consisting of NR 28 R 29 , OR 30 , SR 31 , C (0 ) OR 32 , C (O) NR 33 R 34 , N HC (NH 2 ) 2 + and unsubstituted or at least monosubstituted C 5 -C 10 aryl and C 5 -C 10 heteroaryl, wherein the substituents are selected from OH and NH 2 ;
  • X is fluoride, chloride, bromide or iodide
  • R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are independently hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl or phenyl;
  • R 28 , R 29 , R 30 , R 31 , R 32 , R 33 and R 34 are independently hydrogen or CC 6 alkyl.
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) is selected from the group consisting of [Cp * IrCI 2 ] 2 (CAS number: 12354-84-6), [Cp * IrBr 2 ] 2 (CAS number: 55971-89-6), [Cp * lrl 2 ] 2 (CAS number: 33040-12-9) [Cp * lr (NH 3 ) 3 Cl 2 )] (CAS number: 1254038- 09-9), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) Cl] (CAS number: 1098212-45-3), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) Cl] (CAS- Number: 202662-76-8), chloro (pentamethylcyclopentadienyl) ⁇ 5-cyano-2- ⁇ 1 - [(4-methoxyphenyl) imino-kN] ethyl ⁇ phenyl-kC ⁇ iridium (III) (CAS number: 1258964-
  • R 21 and R 22 are independently hydrogen, unsubstituted or at least mono-substituted Ci-Ci 0 alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl, C 5 -C 10 heterocyclyl, C 5 -C 10 aryl, or C 5 -C 10 heteroaryl are,
  • R 21 and R 22 together with the atoms to which they are attached form an unsubstituted or at least monosubstituted five to ten membered ring system, the substituents being selected from the group consisting of NR 28 R 29 , OR 30 , SR 31 , C (0 ) OR 32 , C (O) NR 33 R 34 , NHC (NH 2 ) 2 + and unsubstituted or at least monosubstituted C 5 -C 10 aryl and C 5 -C 10 heteroaryl, wherein the substituents are selected from OH and NH 2 ;
  • X is fluoride, chloride, bromide or iodide
  • R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are independently hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl or phenyl;
  • R 28 , R 29 , R 30 , R 31 , R 32 , R 33 and R 34 are independently hydrogen or CC 6 alkyl.
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) is selected from the group consisting of [Cp * IrCI 2 ] 2 (CAS number: 12354-84-6), [Cp * Ir 2 ] 2 (CAS number: 33040-12-9) [Cp * Ir (NH 3 ) 3 Cl 2 )] (CAS number: 55971-89-6), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) Cl ] (CAS number: 1098212-45-3), [Cp * Ir (C 5 H 9 N 2 O) Cl] (CAS number: 202662-76-8), chloro (pentamethylcyclopentadienyl) ⁇ 5-cyano -2- ⁇ 1 - [(4-methoxyphenyl) imino-kN] ethyl ⁇ phenyl-kC ⁇ iridium (l ll) (CAS number: 1258964-46-3), [Cp * Ir (P (CH 3) 3 ) CI 2 ] (
  • the complex catalyst (IV) may be neutral, single or double positively charged. Preferably, the complex catalyst (IV) is neutral.
  • the substituent NHC (NH 2 ) 2 + herein represents a substituent of the structural formula below, wherein the substituent is bonded via the dashed bond.
  • complex catalysts of the general formula (IVa) preferred are those in which R 10 , R 11 , R 12 , R 15 and R 14 are methyl and X is chloride.
  • the complex catalyst of the general formula (IVa) has a stereogenic center on the iridium central atom.
  • the general formula (IVa) includes according to the invention all stereoisomers (represented by wavy bonds in formula (IVa)) and is not limited to the configuration shown in formula (IVa).
  • the formula (IVa) thus also includes the stereoisomers (IVaa) and (IVbb).
  • the complex catalyst (IVa) also comprises all stereoisomers.
  • the complex catalyst (IV) also includes derivatives obtainable from the complex catalyst by protonation or deprotonation.
  • the preparation of complex catalysts of the general formula (IVa) is described in WO 2014/023549, to which reference is hereby made.
  • amino acids are ⁇ -amino acids.
  • the amino acids can be used both as L-a-amino acid and as D-a-amino acid.
  • D-L-o amino acids it is possible to use mixtures of the aforementioned configuration isomers, so-called D-L-o amino acids.
  • amino acids both naturally occurring amino acids and exclusively synthetically accessible amino acids can be used.
  • Preferred amino acids are selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, iso-leucine, proline, tryptophan, phenylalanine, methonine, glycine, serine, tyrosine, threonine, cysteine, asparagine, glutamine, aspartate, glutamate, lysine, arginine, histidine , Citrulline, homocysteine, homoserine, (4R) -4-hydroxy-proline, (5R) -5-hydroxy-lysine, ornithine and sarcosine.
  • the abovementioned amino acids can be used both as L- ⁇ -amino acids and as D- ⁇ -amino acids. In addition, it is also possible to use mixtures of L- ⁇ - and D- ⁇ -amino acids of the abovementioned amino acids
  • Particularly preferred amino acids are selected from the group consisting of glycine, valine, proline and sarcosine. Particularly preferred amino acids are selected from the group consisting of glycine and proline.
  • the above comments and preferences for the amino acids apply to the complex catalyst (IVa) containing the amino acid, respectively.
  • the above statements and preferences for the amino acids also apply correspondingly.
  • Complex catalysts of the general formula (IVa) are thus those which are preferred, the iridium as metal component, Cp * (1, 2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienylanion), chloride and an amino acid selected from the group consisting of alanine, valine, leucine, iso-leucine, proline, tryptophan, phenylalanine, methonine, glycine, serine, tyrosine, threonine, cysteine, asparagine, glutamine, aspartate, glutamate, lysine, arginine, histidine, citrulline, homocysteine, homoserine, (4R) -4-hydroxy Proline, (5R) -5-hydroxy-lysine, ornithine and sarcosine.
  • Cp * 1, 2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienylanion
  • Complex catalysts of the general formula (IVa) are thus those which are preferred, the iridium as metal component, Cp * (1, 2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienylanion), chloride and an amino acid selected from the group consisting of glycine, valine, proline and Containing sarcosine.
  • branched, unbranched, saturated and unsaturated groups are understood as meaning C 1 -C 3 -alkyl or C 1 -C 10 -alkyl or C 1 -C 6 -alkyl 1 to 6 carbon atoms..
  • alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms More preferred are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms (C 1 -C 4 alkyl)
  • saturated alkyl groups are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n Butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, amyl and hexyl.
  • unsaturated alkyl groups are vinyl, allyl, butenyl, ethynyl and propynyl.
  • the C 1 -C 30 -alkyl group or C 1 -C 10 -alkyl group or C 1 -C 6 -alkyl group may be unsubstituted or, with one or more substituents selected from the group consisting of F, Cl, Br, hydroxy (OH), C 1 -C 10 -alkoxy , C 5 -C 0 aryloxy, C 5 -C 0 -Alkylaryloxy, C 5 - C-io-heteroaryloxy containing at least one heteroatom selected from N, O, S, oxo, C 0 -C 3 cycloalkyl, phenyl, C 5 -C 0 heteroaryl containing at least one heteroatom selected from N, O, S, C 5 -C 10 heterocyclyl containing at least one heteroatom selected from N, O, S, naphthyl, amino, Ci-Ci 0 alkylamino, C5- C10-arylamino, Cs-C
  • C 5 -C 10 -cycloalkyl is understood here to mean saturated, unsaturated monocyclic and polycyclic groups.
  • Examples of C 5 -C 10 -cycloalkyl are cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl.
  • the cycloalkyl groups may be unsubstituted or substituted with one or more substituents as defined above for the C 1 -C 10 alkyl group.
  • C 5 -C 14 -aryl or C 5 -C 10 -aryl means an aromatic ring system having 5 to 14 or 5 to 10 carbons.
  • the aromatic ring system may be monocyclic or bicyclic.
  • Examples of aryl groups are phenyl, naphthyl, such as 1-naphthyl and 2-naphthyl.
  • the aryl group can be unsubstituted or substituted with one or more substituents as defined above under C 1 -C 10 -alkyl
  • C 5 -C 14 -heteroaryl or C 5 -C 10 -heteroaryl is used
  • a heteroaromatic system comprising at least one heteroatom selected from the group consisting of N, O and S.
  • heteroaryl groups may be monocyclic or bicyclic
  • the present invention also includes N-oxides of the nitrogen-containing heteroaryls
  • heteroaryls are thienyl, benzothienyl, 1-naphthothienyl, thianthrenyl, furyl, benzofuryl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, pyridyl, pyrazinyl, pyrimidinyl, pyridazinyl, indolyl, isoindolyl, indazolyl, purinyl, isoquinolinyl, quinolinyl, acridinyl, naphthyridinyl, quinoxalinyl , Quinazolinyl, cinnolinyl, piperidinyl, carbolinyl, thiazolyl, oxazolyl, isothiazolyl, isoxazo
  • C 5 -C 10 -heterocyclyl is understood as meaning five- to ten-membered ring systems which contain at least one heteroatom from the group consisting of N, O and S.
  • the ring systems can be monocyclic or bicyclic.
  • heterocyclic ring systems examples include piperidinyl, pyrrolidinyl, pyrrolinyl, pyrazolinyl, pyrazolidinyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, pyranyl, thiopyranyl, piperazinyl, indolinyl, dihydrofuranyl, tetrahydrofuranyl, dihydrothiophenyl, tetrahydrothiophenyl, dihydropyranyl and tetrahydropyranyl.
  • the terms “reaction”, “process”, “reaction” and “alcohol amination” are used synonymously in the present case and have the same meaning content.
  • the complex catalyst (IV) according to the invention is preferably used directly in its active form.
  • the alcohol lamination is preferably carried out homogeneously catalysed in a liquid reaction medium, which is also referred to as a liquid phase.
  • the liquid reaction medium here includes all substances that are present in the Hyundaiamin réelle or formed in the Hyundaiamin réelle.
  • the liquid reaction medium thus generally comprises, depending on the progress of the reaction, the alcohol (II), piperazine (III), the complex catalyst (IV) and the mono-N-substituted-piperazine (I), and optionally a solvent.
  • the liquid reaction medium may be single-phase or multi-phase, for example two-phase, during the alcohol lamination.
  • the liquid reaction medium is preferably present in single phase during the alcohol lamination.
  • homogeneous catalysis is understood to mean that the catalytically active part of the complex catalyst (IV) is at least partially dissolved in the liquid reaction medium.
  • at least 90% of the complex catalyst (IV) used in the process is dissolved in the liquid reaction medium, more preferably at least 95%, most preferably more than 99%, most preferably the complex catalyst (IV) is completely dissolved in the liquid reaction medium (100%), in each case based on the total amount in the liquid reaction medium.
  • the complex catalyst (IV) is used in amounts (based on the iridium contained in the complex catalyst (IV)) in the range of 0.1 to 20 mol%, preferably in the range of 0.2 to 10 mol% and particularly preferably in the range of 0.5 to 6 mol% per mole of piperazine (II I) used.
  • the present invention thus also provides a process in which the complex catalyst (IV) in amounts, based on the iridium contained in the complex catalyst (IV), in the range of 0.1 to 20 mol% per mole of piperazine (I II) , is used.
  • the reaction generally takes place in the liquid phase at a temperature of 20 to 250 ° C.
  • the process according to the invention is preferably carried out at temperatures in the range from 50 ° C. to 180 ° C., more preferably in the range from 50 to 150 ° C. and in particular in the range from 80 to 130 ° C.
  • the present invention thus also provides a process in which the alcohol lamination takes place in a liquid phase at a temperature in the range from 20 to 250 ° C.
  • the liquid phase can be formed from the educts, ie the alcohol (II) or the piperazine (II I) and / or a solvent.
  • the reaction can generally be carried out at a total pressure in the range of 1 to 100 bar absolute, which includes both the autogenous pressure of the alcohol (II), the piperazine (II I) and optionally the solvent at the reaction temperature as well as the pressure of a gas such Nitrogen, argon or hydrogen can be carried out.
  • the process according to the invention is preferably carried out absolutely at a total pressure in the range from 1 to 80 bar absolute, more preferably at a total pressure in the range from 1 to 30 bar.
  • the present invention thus also provides a process in which the alcohol lamination is carried out absolutely at a pressure in the range from 1 to 80 bar.
  • the process according to the invention is carried out in the absence of hydrogen.
  • the absence of hydrogen is understood according to the invention that the reaction no additional hydrogen is supplied.
  • traces of hydrogen supplied via other gases and traces of hydrogen formed in the reaction are considered to be in the absence of hydrogen according to the present invention.
  • the present invention thus also provides a process in which the alcohol lamination takes place in the absence of hydrogen.
  • the average reaction time is generally 15 minutes to 100 hours, preferably 5 hours to 30 hours.
  • the piperazine (II I) can be used in stoichiometric, substoichiometric or superstoichiometric amounts with respect to the alcohol (II).
  • the molar ratio of piperazine (II I) to alcohol (II) before Hyundaiamintechnik is generally in the range of 1 to 8 to 8 to 1, preferably in the range of 1 to 4 to 6 to 1, particularly preferably in the range of 1 to 1, 5 to 5 to 1 and in particular in the range of 1 to 1 to 4 to 1.
  • the piperazine (II I) is added to the alcohol (I I) in a molar ratio of 2 to 1 to 4 to 1.
  • piperazine (I II) is used in the ratio of 1 to 1 (stoichiometric) to 4 to 1 (more than stoichiometric), based on the number of OH groups in the alcohol (II).
  • the present invention thus also provides a process in which the molar ratio of piperazine (III) to alcohol (II) is in the range from 1: 8 to 8: 1.
  • the process according to the invention can be carried out both in the presence of a solvent and without solvent.
  • the process according to the invention is preferably carried out in the presence of a solvent.
  • Suitable solvents are polar and nonpolar solvents which can be used in pure form or in mixtures. For example, only a non-polar or only one polar solvent can be used in the process according to the invention.
  • nonpolar solvents examples include saturated and unsaturated hydrocarbons, such as hexane, heptane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene (o-xylene, m-xylene, p-xylene) and mesitylene, and linear and cyclic ethers, such as diethyl ether, 1 4-dioxane, THF (tetrahydrofuran), MTBE (tert-butyl methyl ether), diglyme and 1,2-dimethoxyethane.
  • toluene, xylenes, tetrahydrofuran or mesitylene Particularly preferred is toluene or tetrahydrofuran.
  • Suitable polar solvents are water, dimethylformamide, formamide, tert-amyl alcohol and acetonitrile. Preferably, water is used. Water can be added both prior to the reaction, formed in the reaction as water of reaction or added after the reaction in addition to the water of reaction.
  • bases can have a positive effect on product formation.
  • Suitable bases include alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal alkoxides, alkaline earth metal alkoxides, alkali metal carbonates, alkaline earth carbonates, alkali metal bicarbonates and alkaline earth hydrogen carbonates, of which 0.01 to 100 molar equivalents can be used with respect to the molar amount of iridium contained in the complex catalyst (IV). If the complex catalyst (IV) is used as dimer, the addition of the abovementioned bases in the process according to the invention is preferred. Most preferably, then, an alkali metal alcoholate is added as a base, with potassium tert-butoxide being most preferred.
  • the process according to the invention is preferably carried out without the addition of the abovementioned bases.
  • the piperazine (III), the alcohol (II), preferably together with a solvent, and the complex catalyst (IV) are introduced into a reactor.
  • the supply of the piperazine (III), the alcohol (II), optionally the solvent and the complex catalyst (IV) can be carried out simultaneously or separately.
  • the reaction can be carried out continuously, in semibatch mode, in batch mode, back mixed in product as a solvent or not mixed back in straight pass.
  • a primary or secondary hydroxyl group of the alcohol (II) is reacted with the amino group (-NH-) of the piperazine (III) to form a mono-N-substituted-piperazine (I), wherein each reacted one mole of water of reaction per mole Amino group (-NH-) of piperazine forms.
  • the reaction product formed in the reaction generally contains the corresponding mono-N-substituted-piperazine (I), optionally the solvent, the complex catalyst (IV), optionally unreacted starting materials (alcohol (II) or piperazine (III)) and the resulting reaction water.
  • the present invention will be clarified by the following examples without, however, limiting to them. The determination of the conversions and selectivities took place by means of gas chromatography. Gas chromatographic measurements were performed on an Agilent 6890N modular GC equipped with a split-mode capillary injection system and a flame ionization detector (FI D).
  • the capillary column used was a DB-1 column (Agilent 122-1033, 30 m ⁇ 0.25 mm ⁇ 1.00 ⁇ m, helium flow 1, 0 mL / min, temperature program: 70 ° C. for 5 min, ramp with temperature increase 5 ° C / min to 300 ° C, 300 ° C for 10 min).

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Mono-N-substituierten-piperazinen der allgemeinen Formel (I) durch homogen-katalysierte Alkoholaminierung von Alkoholen der allgemeinen Formel (II) mit Piperazin (III) in Gegenwart eines Komplexkatalysators (IV), der Iridium enthält.

Description

Verfahren zur homogen-katalysierten Herstellung von Mono-N-substituierten- piperazinen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Mono-N-substituierten- piperazinen (I) durch homogen-katalysierte Alkoholaminierung von Alkoholen (I I) mit Piperazin (II I) in Gegenwart eines Komplexkatalysators (IV), der Iridium enthält. Mono-N-substituierte-piperazine finden unter anderem Verwendung als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Kraftstoffadditiven, Tensiden, Arznei- und Pflanzenschutzmitteln, Härtern, für Epoxidharze, Katalysatoren für Polyurethane, Zwischenprodukte zur Herstellung quaternärer Ammoniumverbindungen, Weichmachern, Korrosionsinhibitoren, Kunstharzen, lonentauschern, Textilhilfsmitteln, Farbstoffen, Vulkanisationsbeschleunigern und/oder Emulgatoren.
Mono-N-substituierte-piperazine stellen daher eine wirtschaftlich äußerst interessante Substanzklasse dar, die in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt werden kann.
Zur Herstellung von Mono-N-substituierte-piperazinen bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten. Zum einen kann man, ausgehend von Piperazin, ein Stickstoffatom des Piperazins substituieren. Zum anderen ist es möglich, ausgehend von einer geeigneten Diolverbindung, wie beispielsweise Diethanolamin, eine Ringschlussreaktion mit einem primären Amin durchzuführen, um zu Mono-N-substituierten-piperazine zu gelangen.
In der DE 2 531 060 wird ein Verfahren zur simultanen Herstellung von 1 - Methylpiperazin und 1 ,4-Dimethylpiperazin beschrieben. Hierzu werden Formaldehyd und Piperazin in einem flüssigen Lösungsmittel in Gegenwart eines geträgerten Hydrierungskatalysators zur Reaktion gebracht. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass hierbei stets Gemische aus 1 -Methylpiperazin und 1 ,4-Dimethylpiperazin erhalten werden. Das 1 ,4-Dimethylpiperazin entsteht hierbei meist in ähnlichen Mengen, wie das 1 -Methylpiperazin. In einigen Fällen stellt das 1 ,4-Dimethylpiperazin sogar das Hauptprodukt der Umsetzung dar. Mit dem Verfahren gemäß DE 2 531 060 lassen sich lediglich 1 -Methylpiperazin und 1 ,4-Dimethylpiperazin herstellen, wobei immer Gemische erhalten werden. Die wirtschaftlich interessanten Mono-N-substituierten- piperazine sind mit diesem Verfahren nicht in reiner Form zugänglich.
Die WO 2013/178693 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Mono-N-alkyl- piperazinen durch Umsetzung von Diethanolaminen mit einem primären Amin in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysatorformkörper.
EB14-6787PC 16. Januar 2017 Mit dem Verfahren gemäß WO 2013/178693 sind Mono-N-alkyl-piperazine in guten Ausbeuten und mit zufriedenstellenden Selektivitäten zugänglich. Nachteilig an dem Verfahren gemäß WO 2013/178693 ist jedoch, dass die heterogen-katalysierte Umsetzung bei hohen Drücken im Bereich von 150 bis 250 bar in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt werden muss. Die Bereitstellung einer Wasserstoffatmosphäre sowie der hohen Drücke im Bereich von 150 bis 250 bar erfordern spezielle Hochdruckreaktoren sowie Explosionsschutzmaßnahmen. Hierdurch sind zur Durchführung des Verfahrens gemäß WO 2013/178693 relativ hohe Investitionskosten erforderlich.
Die WO 2013/178534 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Mono-N- alkyl-piperazinen durch Umsetzung von Diethanolamin mit einem primären Amin in Gegenwart von Wasserstoff und einem geträgerten metallhaltigen Katalysator. Auch mit dem Verfahren gemäß WO 2013/178534 werden Mono-N-alkyl-piperazine in guten Ausbeuten und zufriedenstellenden Selektivitäten zugänglich gemacht. Nachteilig an dem Verfahren WO 2013/178534 ist ebenfalls die Notwendigkeit der Gegenwart von Wasserstoff sowie die Durchführung der Reaktion bei hohen Absolutdrücken im Bereich von 95 bis 145 bar.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Mono-N-substituierten-piperazinen (I) bereitzustellen, das bei niedrigeren Drücken und gegebenenfalls ohne Wasserstoffzufuhr durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren soll Mono-N-substituierte-piperazine (I) in guten Ausbeuten und mit guten Selektivitäten zugänglich machen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Mono-N- substituierten-piperazinen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000003_0001
(I) in der R1 ein Rest der allgemeinen Formeln (la) oder (Ib) ist,
Figure imgf000004_0001
(la) (Ib) in denen R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem d-Cso-Alkyl, C5-Cio-Cycloalkyl, C5-Ci0-Heterocyclyl, C5-Ci4-Aryl und C5- Ci4-Heteroaryl oder R2 und R3 zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, ein fünf- bis vierzehngliedriges unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ringsystem ausbilden, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, OH, OR9, CN, N(R9)2, COOH, COOR9, C(0)NH2, C(0)NHR9, C(0)N(R9)2, d-do-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-C14- Aryl und C5-C14-Heteroaryl, wobei
R9 ausgewählt ist aus Crdo-Alkyl und C5-C10-Aryl;
R4, R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes C bis C10-Alkyl sind, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, OH und CN; eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist; durch homogen-katalysierte Alkoholaminierung von Alkoholen der allgemeinen Formel (Ii)
R1 OH
(Ii) mit Piperazin (III) in Gegenwart eines Komplexkatalysators (IV), der Iridium enthält.
Überraschend wurde festgestellt, dass mit dem im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Komplexkatalysator (IV), der Iridium enthält, Mono-N-substituierte- piperazine (I), gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, teilweise in verbesserten Ausbeuten und mit verbesserten Selektivitäten erhalten werden. Durch den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Komplexkatalysator (IV), der Iridium enthält, wird zudem die Herstellung von Mono-N- substituierten-piperazinen (I) bei, gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, deutlich niedrigeren Drücken möglich. Gegebenenfalls kann sogar auf die Gegenwart einer Wasserstoffatmosphäre verzichtet werden. Dies ist vorteilhaft, da das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Bereitstellung von Hochdruckapparaturen bzw. Explosionsschutzmaßnahmen auskommt. Die Investitionskosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind daher, gegenüber den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, deutlich niedriger.
Bei der homogen-katalysierten Alkoholaminierung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Hydroxylgruppen (-OH) des eingesetzten Alkohols (II) mit der Aminogruppe (-NH-) des Piperazins (III) zu einem Mono-N-substituierten-piperazin (I) umgesetzt. Je umgesetzter Hydroxylgruppe (-OH) entsteht hierbei ein Molekül Wasser
Ein Verfahren zur homogen-katalysierten Alkoholaminierung ist beispielsweise in der WO 2014/023549 offenbart. In dem dort beschriebenen Verfahren werden Alkohole mit primären oder sekundären Monoaminen umgesetzt. Die Umsetzung von Verbindungen, die zwei sekundäre Aminogruppen enthalten, ist in der WO 2014/023549 nicht beschrieben.
Es wurde nun überraschend festgestellt, dass die homogen-katalysierte Alkoholaminierung von Piperazin (III) mit Alkoholen (II) in Gegenwart von einem Komplexkatalysator (IV), der Iridium enthält, im Wesentlichen zu Mono-N- substituierten-piperazinen (I) führt. Die Mono-N-substituierten-piperazine (I) werden in guten Ausbeuten und guten Selektivitäten erhalten. Piperazin hat die nachfolgende Strukturformel
Figure imgf000006_0001
Piperazin weist somit zwei sekundäre Aminogruppen (-NH-) auf. Bei der Anwendung des in der WO 2014/023 549 beschriebenen Verfahren hätte man erwarten müssen, dass sich Di-N-substituierte-piperazine bilden oder dass eine Mischung erhalten wird, die Mono-N-substituierte-piperazine (I) und Di-N-substituierte-piperazine in ungefähr gleichen Mengen enthält. Es wurde nun überraschend festgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich Mono-N-substituierte-piperazine (I) zugänglich sind, wobei die Di-N-substituierten-piperazine lediglich in geringen Mengen als Nebenprodukt erhalten werden.
Es wurde außerdem überraschend festgestellt, dass in Abwesenheit von Wasserstoff (bzw. nur geringem Wasserstoffanteil) hauptsächlich Mono-N-substituierte-piperazine zugänglich sind und die benötigten Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck) wesentlich milder sind, als die bisher in der Literatur berichteten.
Edukte
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Alkohole (II) und Piperazin (III) als Edukte eingesetzt.
Als Alkohole (II) sind Verbindungen geeignet, die mindestens eine Hydroxylgruppe (nachfolgend auch als OH-Gruppe bezeichnet) enthalten. Die OH-Gruppe kann dabei in Form einer primären Alkoholgruppe (-CH2-OH) oder in Form einer sekundären Alkoholgruppe (>CH-OH) vorliegen. Als Edukte sind Alkohole (II) bevorzugt, die mindestens eine primäre Alkoholgruppe aufweisen.
Als Alkohole (II) sind praktisch alle bekannten Alkohole geeignet, die die vorstehend genannten Voraussetzungen erfüllen. Die Alkohole können geradkettig, verzweigt oder zyklisch sein. Die Alkohole können darüber hinaus Substituenten tragen, die sich unter den Reaktionsbedingungen der Alkoholaminierung inert verhalten, beispielsweise Alkyloxy, Alkenyloxy, Dialkylamino und Halogene (F, Cl, Br, I). Als Alkohole (II) werden bevorzugt Monoalkohole, Diole, Triole oder Polyole eingesetzt. Monoalkohole weisen eine OH-Gruppe auf. Diole weisen zwei OH-Gruppen auf. Triole weisen drei OH- Gruppen auf. Polyole weisen mehr als drei OH-Gruppen auf.
Geeignete Alkohole (II) sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (II): R OH
(Ii) in der R1 ein Rest der allgemeinen Formel (la) oder (Ib) ist,
Figure imgf000007_0001
(la) (Ib) in denen
R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem
CrC3o-Alkyl, C5-Ci0-Cycloalkyl, C5-Ci0-Heterocyclyl, C5-Ci4-Aryl und C5-C14-Heteroaryl oder R2 und R3 zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, ein fünf- bis vierzehngliedriges unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ringsystem ausbilden, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, OH, OR9, CN, N(R9)2, COOH, COOR9, C(0)NH2, C(0)NHR9, C(0)N(R9)2, d-do-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-C14- Aryl und C5-C14-Heteroaryl, wobei
R9 ausgewählt ist aus C"|-C10-Alkyl und C5-C10-Aryl;
R4, R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes C bis C10-Alkyl sind, wobei
die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, OH und CN, eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist. Für den Fall, dass R2 und R3 zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, ein Ringsystem ausbilden, ist das Ringsystem bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem C5-C10-Cycloalkyl und C5-C10-Heterocyclyl, wobei die Substituenten die vorstehend genannten Bedeutungen aufweisen.
Besonders bevorzugte Ringsysteme sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl und Cyclooktyl.
Bevorzugte Alkohole (II) sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (II):
R -OH
(II) in der R1 ein Rest der allgemeinen Formel (la) oder (Ib) ist,
Figure imgf000008_0001
(la) in denen
R2 Wasserstoff ist;
R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem Ci-C30-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-Ci4-Aryl und C5-Ci4-Heteroaryl;
R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem
R2 Wasserstoff ist; R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem Ci-C30-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-C14-Aryl und C5-C14-Heteroaryl; R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist.
Besonders bevorzugte Alkohole (II) sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (II):
R1 OH
(II) in der R1 ein Rest der allgemeinen Formel (la) oder (Ib) ist,
Figure imgf000009_0001
(la) in denen R2 Wasserstoff ist;
R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und unsubstituiertem C-i-C3o-Alkyl, bevorzugt aus Wasserstoff und C1-C10- Alkyl, besonders bevorzugt aus Wasserstoff und C-|-C5-Alkyl sowie insbesondere bevorzugt aus Wasserstoff und CrC3-Alkyl;
R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5, bevorzugt von 1 bis
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem
R2 Wasserstoff ist; R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und unsubstituiertem C-i-C3o-Alkyl, bevorzugt aus Wasserstoff und C1-C10- Alkyl, besonders bevorzugt aus Wasserstoff und C-|-C5-Alkyl sowie insbesondere bevorzugt aus Wasserstoff und Ci-C3-Alkyl;
R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5, bevorzugt von 1 bis 3 ist. Das Symbol„*" in den Formeln (la) und (Ib) kennzeichnet die Verknüpfung der Formeln (la) und (Ib) zu der OH-Gruppe des Alkohols (II). Entsprechend kennzeichnet das Symbol„*" in den Formeln (la) und (Ib) die Verknüpfung der Formeln (la) und (Ib) zum Stickstoffatom des Mono-N-substituierten-piperazins (I). Geeignet sind beispielsweise die folgenden Monoalkohole: Methanol, Ethanol, n- Propanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3- Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2-Dimethyl-1-propanol, Ethanolamin (Monoethanolamin), 2-Ethylhexanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol, 2- Phenyl-ethanol, 2-(p-Methoxyphenyl)ethanol, Furfurylalkohol, 2-(3,4- Dimethoxyphenyl)ethanol, Hydroxymethylfurfural, Milchsäure, Serin und Fettalkohole wie 1 -Heptanol (Önanthalkohol; C7H160), 1 -Octanol (Caprylalkohol; C8H180), 1 - Nonanol (Pelargonalkohol; C9H2oO), 1 -Decanol (Caprinalkohol; C10H22O), 1 -Undecanol (C11 H24O), 10-Undecen-1-ol (C11 H22O), 1 -Dodecanol (Laurylalkohol; C12H260), 1 - Tridecanol (C13H280), 1 -Tetradecanol (Myristylalkohol; C14H30O), 1-Pentadecanol (C15H320), 1-Hexadecanol (Cetylalkohol; C16H340), 1-Heptadecanol (C17H360), 1 - Octadecanol (Stearylalkohol; C18H380), 9-cis-Octadecen-1-ol (Oleylalkohol; C18H360), 9-trans-Octadecen-1 -ol (Erucylalkohol; C18H360), all-cis-9,12-Octadecadien-1 -ol (Linoleylalkohol; C18H340), all-cis-9,12,15-Octadecatrien-1-ol (Linolenylalkohol; Ci8H320), 1-Nonadecanol (C19H40O), 1 -Eicosanol (Arachidylalkohol; C20H42O), 9-cis- Eicosen-1-ol (Gadoleylalkohol; C20H40O), 5,8,1 1 ,14-Eicosatetraen-1-ol (C20H34O), 1 - Heneicosanol (C21 H440), 1 -Docosanol (Behenylalkohol; C22H460), 1-3cis-Docosen-1 -ol (Erucylalkohol; C22H440) und 1 ,3-trans-Docosen-1-ol (Brassidylalkohol; C22H440).
Bevorzugte Monoalkohole sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1 -Pentanol, 2- Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-butan-1-ol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2-Dimethyl-1 - propanol, Ethanolamin, 1-Heptanol (Önanthalkohol; C7H160), 1-Octanol (Caprylalkohol; C8H180), 1 -Nonanol (Pelargonalkohol; C9H20O), 1 -Decanol (Caprinalkohol; C10H22O), 1 - Undecanol (CnH240), 10-Undecen-1-ol (Cn H220), 1 -Dodecanol (Laurylalkohol; C12H260), 1 -Tridecanol (C13H280), 1-Tetradecanol (Myristylalkohol; C14H30O), 1 - Pentadecanol (C15H320), 1-Hexadecanol (Cetylalkohol; C16H340), 1 -Heptadecanol (Ci7H360), 1 -Octadecanol (Stearylalkohol; C18H380), 9-cis-Octadecen-1 -ol (Oleylalkohol; C18H360), 9-trans-Octadecen-1-ol (Erucylalkohol; C18H360), all-cis-9,12- Octadecadien-1 -ol (Linoleylalkohol; C18H340), all-cis-9,12,15-Octadecatrien-1 -ol (Linolenylalkohol; C18H320) und 1 -Nonadecanol (C19H40O).
Die vorstehend genannten Fettalkohole umfassen dabei sowohl die reinen Verbindungen, als auch Isomerengemische der primären Fettalkohole. Besonders bevorzugte Monoalkohole sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1 - Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-butan-1-ol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2- Dimethyl-1-propanol. Insbesondere bevorzugte Monoalkohole sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol und Ethanol.
Beispiele für Diole, die als Edukte in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können, sind 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6-Hexandiol, 1 ,7-Heptandiol, 1 ,8- Oktandiol, 1 ,9-Nonandiol, 9-cis-Octadecen-1 ,12-diol (Ricinolalkohol; C18H3602), 2,4- Dimethyl-2,5-hexandiol, Hydroxypivalinsäureneopentylglykolester, 1 ,4-Bis-(2-hydroxy- ethyl)piperazin, Diisopropanolamin, N-Butyldiethanolamin, 1 ,10-Dekandiol, 1 ,12- Dodekandiol, 2,5-Bis-(hydroxymethyl-)furan, 1 ,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2-Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol und Polyethylenglykole. Bevorzugte Diole sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2-Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1-ol.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Alkohol (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n- Propanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3- Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2-Dimethyl-1-propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2-Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Alkohol (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n- Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, 1-Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 2,2-Dimethyl-1 - propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2- Hydroxyethoxy)ethan-1-ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2-Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan- 1-ol. Als Edukte können alle bekannten Triole oder Polyole eingesetzt werden, die mindestens eine funktionelle Gruppe der Formel (-CH2-OH) oder (>CH-OH) aufweisen. Beispiele für Triole oder Polyole, die als Edukte in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können, sind Glycerin, Trimethylolpropan, Triisopropanolamin, Triethanolamin, Polyvinylalkohol, Polyalkylenglykole, deren OH-Gruppen entweder primäre und/oder sekundäre Alkohole sein können, 2,2-Bis(hydroxymethyl)-1 ,3- propandiol (Pentaerythrit), Sorbit, Inositol, Kohlenhydrate, Zucker, Zuckeralkohole und -polymere: wie beispielsweise Glucose, Mannose, Fructose, Ribose, Desoxyribose, Galactose, N-Acetyl-Glucosamin, Fucose, Rhamnose, Saccharose, Lactose, Cellobiose, Maltose und Amylose, Cellulose, Stärke und Xanthan.
Als Alkohole (II) sind Monoalkohole und Diole bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Alkohole (I I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1 -Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 3- Methyl-2-butanol, 2,2-Dimethyl-1 -propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2- Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol.
Für den Fall, dass die vorstehend genannten bevorzugten Alkohole (II) eingesetzt werden, werden Mono-N-substituierte-piperazine (I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methylpiperazin (CAS 109-01 -3), 1 -Ethylpiperazin (CAS 5308-25-8), 1 -Propylpiperazin (CAS 21867-64-1 ), 1 -(1 -Methylethyl)-piperazin (CAS 4318-42-7) , 1 - Butylpiperazin (CAS 5610-49-1 ), 1 -(1 -methylpropyl)-piperazin (CAS 34581 -21 -0), 1 -(2- methylpropyl)-piperazin (CAS 5308-28-1 ), 1 -Pentylpiperazin (CAS 50866-75-6), 1 -(1 - methylbutyl)-piperazin (CAS 82499-96-5), 1 -(1 -Ethylpropyl)-piperazin (CAS 373356-51 - 5), 1 -(2-Methylbutyl)-piperazin (CAS 82499-91 -0), 1 -(1 ,2-Dimethylpropyl)-piperazin (CAS 57184-42-6), 1 -(2,2-Dimethylpropyl)-piperazin (CAS 57184-50-6), 1 - Piperazinethanol (CAS 103-76-4), 2-[2-(1 -Piperazinyl)-ethoxy]-ethanol (CAS 13349-82- 1 ) , 2-[2-[2-(1 -Piperazinyl)ethoxy]ethoxy]-ethanol (CAS 68465-68-9) hergestellt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Alkohole (II) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, 1 - Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 2,2-Dimethyl-1 -propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2- diol), Diethylenglykol (2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2- Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol.
Für den Fall, dass die vorstehend genannten besonders bevorzugten Alkohole (I I) eingesetzt werden, werden Mono-N-substituierte-piperazine (I) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methylpiperazin (CAS 109-01 -3), 1 -Ethylpiperazin (CAS 5308-25-8), 1 -Propylpiperazin (CAS 21867-64-1 ), 1 -Butylpiperazin (CAS 5610-49-1 ), 1 - (2-methylpropyl)-piperazin (CAS 5308-28-1 ) , 1 -Pentylpiperazin (CAS 50866-75-6), 1 - (2-Methylbutyl)-piperazin (CAS 82499-91 -0), 1 -(1 ,2-Dimethylpropyl)-piperazin (CAS 57184-42-6), 1-Piperazinethanol (CAS 103-76-4), 2-[2-(1 -Piperazinyl)-ethoxy]-ethanol (CAS 13349-82-1 ) , 2-[2-[2-(1-Piperazinyl)ethoxy]ethoxy]-ethanol (CAS 68465-68-9) hergestellt.
In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform sind die Alkohole (II) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Monoethylenglykol und Diethylenglykol.
Für den Fall, dass die vorstehend genannten insbesondere bevorzugten Alkohole (II) eingesetzt werden, werden Mono-N-substituierte-piperazine (II) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Methylpiperazin (CAS 109-01-3), 1-Ethylpiperazin (CAS 5308-25-8), 1-Piperazinethanol (CAS 103-76-4), 2-[2-(1 -Piperazinyl)-ethoxy]-ethanol (CAS 13349-82-1 hergestellt.
Komplexkatalysator
Unter dem Begriff „Komplexkatalysator (IV)" werden erfindungsgemäß sowohl genau ein Komplexkatalysator (IV) als auch Mischungen aus zwei oder mehreren Komplexkatalysatoren (IV) verstanden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens ein Komplexkatalysator (IV) eingesetzt, der Iridium als Metallkomponente enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt homogen-katalysiert durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Komplexkatalysator (IV) einen Liganden der allgemeinen Formel (V)
Figure imgf000013_0001
in der R10, R11, R12, R13, R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) einen Liganden der allgemeinen Formel (V) enthält
Figure imgf000014_0001
in der
R10, R11, R12, R13, R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind.
Besonders bevorzugt sind Komplexkatalysatoren (IV), die einen Liganden der allgemeinen Formel (V) enthalten, in deren R10, R11, R12, R13 und R14 Methyl sind. Als Ligand (V) ist somit Pentamethylcyclopentadienyl besonders bevorzugt. Pentamethylcyclopentadienyl wird auch als 1 ,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadienyl bezeichnet und nachfolgend mit Cp* abgekürzt. Cp* hat die nachfolgende Formel
Figure imgf000014_0002
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) als Liganden Pentamethylcyclopentadienyl enthält. Der Ligand der allgemeinen Formel (V), bevorzugt das Cp*, ist an das Iridium des Komplexkatalysators koordiniert. Der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Komplexkatalysator (IV) enthält vor Beginn der Reaktion bevorzugt Iridium in der Oxidationsstufe +3. Im Allgemeinen weist das Iridium im Komplexkatalysator (IV) 4 Koordinationsstellen auf. Es besteht die Vermutung, dass der Komplexkatalysator (IV), (V) auch während der Reaktion bevorzugt in der Oxidationsstufe + 3 vorliegt.
Der Ligand der allgemeinen Formel (V), bevorzugt das Cp*, belegt eine Koordinationsstelle des Iridiums. Die verbleibenden Koordinationsstellen, im Allgemeinen drei, können durch beliebige weitere Liganden belegt sein.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) Iridium in der Oxidationsstufe +3 enthält. Geeignete Komplexkatalysatoren (IV) sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus [Cp*lrCI2]2 (CAS-Nummer: 12354-84-6), [Cp*lrBr2]2 (CAS-Nummer: 55971 -89-6), [Cp*lrl2]2 (CAS-Nummer: 33040-12-9) [Cp*lr(NH3)3CI2)] (CAS-Nummer: 1254038-09-9), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 1098212-45-3), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 202662-76-8), Chloro(pentamethylcyclopentadienyl){5-cyano-2-{1-[(4- methoxyphenyl)imino-kN]ethyl}phenyl-kC}iridium(lll) (CAS-Nummer: 1258964-46-3), [Cp*lr(P(CH3)3)CI2] (CAS-Nummer 202662-76-8), [Cp*(C6F6)H(P(CH3)3)] (CAS- Nummer: 226882-89-9), [Cp*lr(CnH8N)CI] (CAS-Nummer: 945491 -51 -0), Chloro(5- methoxy-2-{1-[(4-methoxyphenyl)imino-N]ethyl}phenyl-C)(1 ,2,3,4,5- pentamethylcyclopentadienyl)iridium(lll), (CAS-Nummer: 1258964-48-5) und solche der allgemeinen Formel (IVa).
Figure imgf000015_0001
(IVa), in der
R21 und R22 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ci-Ci0-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-C10-Aryl oder C5-C10-Heteroaryl sind oder
R21 und R22 zusammen mit den Atomen, an die sie gebunden sind ein unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes fünf bis zehngliedriges Ringsystem bilden, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus NR28R29, OR30, SR31 , C(0)OR32, C(0)NR33R34, N HC(NH2)2 + und unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem C5-C10-Aryl und C5-C10-Heteroaryl, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus OH und NH2;
X Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid ist;
R10, R11 , R12, R13 und R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n- Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind;
R28, R29, R30, R31 , R32, R33 und R34 unabhängig voneinander Wasserstoff oder C C6- Alkyl sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus [Cp*lrCI2]2 (CAS-Nummer: 12354-84-6), [Cp*lrBr2]2 (CAS-Nummer: 55971 -89-6), [Cp*lrl2]2 (CAS- Nummer: 33040-12-9) [Cp*lr(N H3)3CI2)] (CAS-Nummer: 1254038-09-9), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 1098212-45-3), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS- Nummer: 202662-76-8), Chloro(pentamethylcyclopentadienyl){5-cyano-2-{1 -[(4- methoxyphenyl)imino-kN]ethyl}phenyl-kC}iridium(l l l) (CAS-Nummer: 1258964-46-3), [Cp*lr(P(CH3)3)CI2] (CAS-Nummer 202662-76-8), [Cp*(C6F6)H(P(CH3)3)] (CAS- Nummer: 226882-89-9), [Cp*lr(Cn H8N)CI] (CAS-Nummer: 945491 -51 -0), Chloro(5- methoxy-2-{1 -[(4-methoxyphenyl)imino-N]ethyl}phenyl-C)(1 ,2,3,4,5- pentamethylcyclopentadienyl)iridium(l l l) (CAS-Nummer: 1258964-48-5) und solchen der allgemeinen Formeln (IVa).
Figure imgf000017_0001
(IVa), in der R21 und R22 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ci-Ci0-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10-Heterocyclyl, C5-C10-Aryl oder C5-C10-Heteroaryl sind,
oder
R21 und R22 zusammen mit den Atomen, an die sie gebunden sind ein unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes fünf bis zehngliedriges Ringsystem bilden, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus NR28R29, OR30, SR31 , C(0)OR32, C(0)NR33R34, NHC(NH2)2 + und unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem C5-C10-Aryl und C5-C10-Heteroaryl, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus OH und NH2;
X Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid ist;
R10, R11, R12, R13 und R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n- Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind; R28, R29, R30, R31 , R32, R33 und R34 unabhängig voneinander Wasserstoff oder C C6- Alkyl sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus [Cp*lrCI2]2 (CAS-Nummer: 12354-84-6), [Cp*lrl2]2 (CAS-Nummer: 33040-12-9) [Cp*lr(N H3)3CI2)] (CAS-Nummer: 55971 -89-6), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 1098212-45-3), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 202662-76-8), Chloro(pentamethyl- cyclopentadienyl){5-cyano-2-{1 -[(4-methoxyphenyl)imino-kN]ethyl}phenyl-kC}iridium(l ll) (CAS-Nummer: 1258964-46-3), [Cp*lr(P(CH3)3)CI2] (CAS-Nummer 202662-76-8), [Cp*(C6F6)H(P(CH3)3)] (CAS-Nummer: 226882-89-9), [Cp*lr(Cn H8N)CI] (CAS-Nummer: 945491 -51 -0), Chloro(5-methoxy-2-{1 -[(4-methoxyphenyl)imino-N]ethyl}phenyl- C)(1 ,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl)iridium(l l l) (CAS-Nummer: 1258964-48-5).
Der Komplexkatalysator (IV) kann neutral, einfach oder zweifach positiv geladen sein. Bevorzugt ist der Komplexkatalysator (IV) neutral.
Der Substituent NHC(N H2)2 + stellt vorliegend einen Substituenten der nachstehenden Strukturformel dar, wobei der Substituent über die gestrichelte Bindung gebunden ist.
Figure imgf000018_0001
Unter den Komplexkatalysatoren der allgemeinen Formel (IVa) sind solche bevorzugt, in denen R10, R11 , R12, R15 und R14 Methyl sind und X Chlorid ist.
Der Komplexkatalysator der allgemeinen Formel (IVa) weist am Iridiumzentralatom ein Stereozentrum auf. Die allgemeine Formel (IVa) umfasst erfindungsgemäß sämtliche Stereoisomere (in Formel (IVa) durch die gewellten Bindungen dargestellt) und ist nicht auf die in Formel (IVa) dargestellte Konfiguration beschränkt. Die Formel (IVa) umfasst somit auch die Stereoisomeren (IVaa) und (IVbb).
Figure imgf000019_0001
Gleiches gilt für die im Komplexkatalysator (IVa) als Liganden enthaltenen Aminosäuren. Für den Fall, dass die Aminosäuren ein oder mehrere Stereozentren enthalten, umfasst der Komplexkatalysator (IVa) ebenfalls sämtliche Stereoisomere. Erfindungsgemäß sind vom Komplexkatalysator (IV) auch Derivate umfasst, die aus dem Komplexkatalysator durch Protonierung oder Deprotonierung erhältlich sind. Die Herstellung von Komplexkatalysatoren der allgemeinen Formel (IVa) ist in der WO 2014/023549 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Für die Komplexkatalysatoren der allgemeinen Formel (IVa) sind als Aminosäuren α-Aminosäuren bevorzugt. Die Aminosäuren können sowohl als L-a-Aminosäure als auch als D-a-Aminosäure eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, Mischungen der vorgenannten Konfigurationsisomere einzusetzen, so genannte D-L-o Aminosäuren.
Als Aminosäuren können sowohl natürlich vorkommende Aminosäuren als auch ausschließlich synthetisch zugängliche Aminosäuren eingesetzt werden.
Bevorzugte Aminosäuren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alanin, Valin, Leucin, iso-Leucin, Prolin, Tryptophan, Phenylalanin, Methonin, Glycin, Serin, Tyrosin, Threonin, Cystein, Asparagin, Glutamin, Aspartat, Glutamat, Lysin, Arginin, Histidin, Citrullin, Homocystein, Homoserin, (4R)-4-Hydroxy-Prolin, (5R)-5-Hydroxy- Lysin, Ornithin und Sarkosin. Die vorstehend genannten Aminosäuren können sowohl als L-a-Aminosäuren als auch als D-a-Aminosäuren eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch Mischungen aus L-α- und D-a-Aminosäuren der vorstehend genannten Aminosäuren eingesetzt werden
Besonders bevorzugte Aminosäuren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycin, Valin, Prolin und Sarkosin. Insbesondere bevorzugte Aminosäuren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycin und Prolin. Die vorstehenden Ausführungen und Bevorzugungen zu den Aminosäuren gelten für den Komplexkatalysator (IVa), der die Aminosäure enthält, entsprechend. Für die als Liganden des Komplexkatalysators (IVa) eingesetzten Aminosäuren gelten somit die vorstehenden Ausführungen und Bevorzugungen zu den Aminosäuren ebenfalls entsprechend.
Als Komplexkatalysatoren der allgemeinen Formel (IVa) sind somit solche bevorzugt, die Iridium als Metallkomponente, Cp* (1 ,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadienylanion), Chlorid und eine Aminosäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alanin, Valin, Leucin, iso-Leucin, Prolin, Tryptophan, Phenylalanin, Methonin, Glycin, Serin, Tyrosin, Threonin, Cystein, Asparagin, Glutamin, Aspartat, Glutamat, Lysin, Arginin, Histidin, Citrullin, Homocystein, Homoserin, (4R)-4-Hydroxy-Prolin, (5R)-5-Hydroxy-Lysin, Ornithin und Sarkosin enthalten. Als Komplexkatalysatoren der allgemeinen Formel (IVa) sind somit solche bevorzugt, die Iridium als Metallkomponente, Cp* (1 ,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadienylanion), Chlorid und eine Aminosäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycin, Valin, Prolin und Sarkosin enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter C-|-C3o-Alkyl bzw. C"|-C10-Alkyl bzw. C-|-C6-Alkyl verzweigte, unverzweigte, gesättigte und ungesättigte Gruppen verstanden. Bevorzugt sind Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen (C-|-C6-Alkyl). Mehr bevorzugt sind Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen (C1-C4-Alkyl). Beispiele für gesättigte Alkylgruppen sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, Amyl und Hexyl.
Beispiele für ungesättigte Alkylgruppen (Alkenyl, Alkinyl) sind Vinyl, Allyl, Butenyl, Ethinyl und Propinyl.
Die Ci-C3o-Alkylgruppe bzw. Ci-Cio-Alkylgruppe bzw. CrC6-Alkylgruppe kann unsubstituiert oder, mit einem oder mehreren Substituenten ausgewählt aus der Gruppe F, Cl, Br, Hydroxy (OH), d-Cio-Alkoxy, C5-Ci0-Aryloxy, C5-Ci0-Alkylaryloxy, C5- C-io-Heteroaryloxy enthaltend mindestens ein Heteroatom ausgewählt aus N, O, S, Oxo, C3-Ci0-Cycloalkyl, Phenyl, C5-Ci0-Heteroaryl enthaltend mindestens ein Heteroatom ausgewählt aus N, O, S, C5-C10-Heterocyclyl enthaltend mindestens ein Heteroatom ausgewählt aus N, O, S, Naphthyl, Amino, Ci-Ci0-Alkylamino, C5-C10- Arylamino, Cs-C-io-Heteroarylamino enthaltend mindestens ein Heteroatom ausgewählt aus N, O, S, Ci-Cio-Dialkylamino, Cio-Ci2-Diarylamino, Cio-C2oAlkylarylamino, C1-C10- Acyl, C Cio-Acyloxy, N02, C Cio-Carboxy, Carbamoyl, Carboxamid, Cyano, Sulfonyl, Sulfonylamino, Sulfinyl, Sulfinylamino, Thiol, C-i-C-io-Alkylthiol, C5-C10-Arylthiol oder C C-io-Alkylsulfonyl substituiert sein. Unter C5-C10-Cycloalkyl werden vorliegend gesättigte, ungesättigte monozyklische und polyzyklische Gruppen verstanden. Beispiele für C5-C10-Cycloalkyl sind Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl. Die Cycloalkylgruppen können unsubstituiert oder substituiert sein mit einem oder mehreren Substituenten, wie sie vorstehend zu der Gruppe C"|-C10-Alkyl definiert wurde.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter C5-C14-Aryl bzw. C5-C10-Aryl ein aromatisches Ringsystem mit 5 bis 14 bzw. 5 bis 10 Kohlenstoffen verstanden. Das aromatische Ringsystem kann monozyklisch oder bizyklisch sein. Beispiele für Arylgruppen sind Phenyl, Naphthyl wie 1-Naphthyl und 2-Naphthyl. Die Arylgruppe kann unsubstituiert oder substituiert sein, mit einem oder mehreren Substituenten wie vorstehend unter C"|-C10-Alkyl definiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter C5-C14-Heteroaryl bzw. C5-C10- Heteroaryl ein heteroaromatisches System verstanden, das mindestens ein Heteroatom, ausgewählt aus der Gruppe N, O und S, enthält. Die Heteroarylgruppen können monozyklisch oder bizyklisch sein. Für den Fall, dass Stickstoff ein Ringatom ist, umfasst die vorliegende Erfindung auch N-Oxide der stickstoffenthaltenden Heteroaryle. Beispiele für Heteroaryle sind Thienyl, Benzothienyl, 1-Naphthothienyl, Thianthrenyl, Furyl, Benzofuryl, Pyrrolyl, Imidazolyl, Pyrazolyl, Pyridyl, Pyrazinyl, Pyrimidinyl, Pyridazinyl, Indolyl, Isoindolyl, Indazolyl, Purinyl, Isoquinolinyl, Quinolinyl, Acridinyl, Naphthyridinyl, Quinoxalinyl, Quinazolinyl, Cinnolinyl, Piperidinyl, Carbolinyl, Thiazolyl, Oxazolyl, Isothiazolyl, Isoxazolyl. Die Heteroarylgruppen können unsubstituiert oder substituiert sein, mit einem oder mehreren Substituenten, die vorstehend unter C"|-C10-Alkyl definiert wurden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter C5-C10-Heterocyclyl fünf- bis zehngliedrige Ringsysteme verstanden, die mindestens ein Heteroatom aus der Gruppe N, O und S enthalten. Die Ringsysteme können mono- oder bizyklisch sein. Beispiele für geeignete heterozyklische Ringsysteme sind Piperidinyl, Pyrrolidinyl, Pyrrolinyl, Pyrazolinyl, Pyrazolidinyl, Morpholinyl, Thiomorpholinyl, Pyranyl, Thiopyranyl, Piperazinyl, Indolinyl, Dihydrofuranyl, Tetrahydrofuranyl, Dihydrothiophenyl, Tetrahydrothiophenyl, Dihydropyranyl und Tetrahydropyranyl.
Alkoholaminierung von Alkoholen (II) mit Piperazin (III)
Die Begriffe „Umsetzung", „Verfahren", „Reaktion" und „Alkoholaminierung" werden vorliegend synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Der erfindungsgemäße Komplexkatalysator (IV) wird bevorzugt direkt in seiner aktiven Form eingesetzt. Die Alkoholaminierung wird bevorzugt homogen-katalysiert in einem flüssigen Reaktionsmedium, das auch als Flüssigphase bezeichnet wird, durchgeführt. Das flüssige Reaktionsmedium umfasst hierbei alle Stoffe, die bei der Alkoholaminierung zugegen sind bzw. die bei der Alkoholaminierung gebildet werden. Das flüssige Reaktionsmedium umfasst somit im Allgemeinen in Abhängigkeit vom Fortschritt der Umsetzung den Alkohol (II), Piperazin (I I I), den Komplexkatalysator (IV) und das Mono-N-substituierte-piperazin (I) sowie gegebenenfalls ein Lösungsmittel.
Das flüssige Reaktionsmedium kann während der Alkoholaminierung einphasig, oder mehrphasig, beispielsweise zweiphasig, vorliegen. Bevorzugt liegt das flüssige Reaktionsmedium während der Alkoholaminierung einphasig vor. Unter homogen-katalysiert wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der katalytisch-aktive Teil des Komplexkatalysators (IV) zumindest teilweise im flüssigen Reaktionsmedium gelöst vorliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen mindestens 90 % des im Verfahren eingesetzten Komplexkatalysators (IV) im flüssigen Reaktionsmedium gelöst vor, mehr bevorzugt mindestens 95 %, insbesondere bevorzugt mehr als 99 %, am meisten bevorzugt liegt der Komplexkatalysator (IV) vollständig gelöst in flüssigen Reaktionsmedium vor (100 %), jeweils bezogen auf die Gesamtmenge im flüssigen Reaktionsmedium.
Der Komplexkatalysator (IV) wird in Mengen (bezogen auf das im Komplexkatalysator (IV) enthaltene Iridium) im Bereich von 0, 1 bis 20 Mol-%, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 10 Mol-% und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 6 Mol-% pro Mol Piperazin (II I), eingesetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem der Komplexkatalysator (IV) in Mengen, bezogen auf das im Komplexkatalysator (IV) enthaltene Iridium, im Bereich von 0,1 bis 20 Mol-%, pro Mol Piperazin (I II), eingesetzt wird.
Die Reaktion (Alkoholaminierung) erfolgt in der Flüssigphase im Allgemeinen bei einer Temperatur von 20 bis 250°C. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen im Bereich von 50 °C bis 180 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 150°C und insbesondere im Bereich von 80 bis 130 °C durchgeführt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem die Alkoholaminierung in einer Flüssigphase bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 250°C erfolgt. Die Flüssigphase kann von den Edukten, d.h. dem Alkohol (II) oder dem Piperazin (II I) und/oder einem Lösungsmittel gebildet werden.
Die Reaktion (Alkoholaminierung) kann im Allgemeinen bei einem Gesamtdruck im Bereich von 1 bis 100 bar absolut, der sowohl der Eigendruck des Alkohols (II), des Piperazins (II I) sowie gegebenenfalls des Lösungsmittels bei der Reaktionstemperatur als auch der Druck eines Gases wie Stickstoff, Argon oder Wasserstoff sein kann, durchgeführt werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren (Alkoholaminierung) bei einem Gesamtdruck im Bereich von 1 bis 80 bar absolut, insbesondere bevorzugt bei einem Gesamtdruck im Bereich von 1 bis 30 bar absolut durchgeführt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem die Alkoholaminierung bei einem Druck im Bereich von 1 bis 80 bar absolut durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren (Alkoholaminierung) in Abwesenheit von Wasserstoff durchgeführt. Unter Abwesenheit von Wasserstoff wird erfindungsgemäß verstanden, dass der Reaktion kein zusätzlicher Wasserstoff zugeführt wird. Gegebenenfalls über andere Gase zugeführte Spuren von Wasserstoff sowie bei der Reaktion gebildete Spuren von Wasserstoff gelten als in Abwesenheit von Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem die Alkoholaminierung in Abwesenheit von Wasserstoff erfolgt.
Die mittlere Reaktionszeit beträgt im Allgemeinen 15 Minuten bis 100 Stunden, bevorzugt 5 Stunden bis 30 Stunden. Das Piperazin (II I) kann bezüglich des Alkohols (II) in stöchiometrischen, unterstöchiometrischen oder überstöchiometrischen Mengen eingesetzt werden. Das molare Verhältnis von Piperazin (II I) zu Alkohol (II) vor der Alkoholaminierung liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 zu 8 bis 8 zu 1 , bevorzugt im Bereich von 1 zu 4 bis 6 zu 1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 zu 1 ,5 bis 5 zu 1 und insbesondere im Bereich von 1 zu 1 bis 4 zu 1 . Am meisten bevorzugt wird das Piperazin (II I) zu dem Alkohol (I I) in einem molaren Verhältnis von 2 zu 1 bis 4 zu 1 eingesetzt.
Es ist außerdem bevorzugt, dass Piperazin (I II) im Verhältnis 1 zu 1 (stöchiometrisch) bis 4 zu 1 (überstöchiometrisch), bezogen auf die Anzahl der OH-Gruppen im Alkohol (I I), eingesetzt wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren, bei dem das molare Verhältnis von Piperazin (III) zu Alkohol (II) im Bereich von 1 zu 8 bis 8 zu 1 liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in Gegenwart eines Lösungsmittels als auch ohne Lösungsmittel durchgeführt werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Als Lösungsmittel eignen sich polare und unpolare Lösungsmittel, die in Reinform oder in Mischungen eingesetzt werden können. Beispielsweise kann im erfindungsgemäßen Verfahren nur ein unpolares oder nur ein polares Lösungsmittel eingesetzt werden. Es ist auch möglich, Mischungen von zwei oder mehr polaren Lösungsmitteln oder Mischungen von zwei oder mehr unpolaren Lösungsmitteln oder Mischungen aus einem oder mehr polaren mit einem oder mehr unpolaren Lösungsmitteln einzusetzen. Als unpolare Lösungsmittel eignen sich beispielsweise gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan, Oktan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol (o- Xylol, m-Xylol, p-Xylol) und Mesitylen, und lineare und zyklische Ether wie Diethylether, 1 ,4-Dioxan, THF (Tetrahydrofuran), MTBE (tert-Butylmethylether), Diglyme und 1 ,2- Dimethoxyethan. Bevorzugt werden Toluol, Xylole, Tetrahydrofuran oder Mesitylen eingesetzt. Besonders bevorzugt ist Toluol oder Tetrahydrofuran.
Als polare Lösungsmittel eignen sich beispielsweise Wasser, Dimethylformamid, Formamid, tert-Amylalkohol und Acetonitril. Bevorzugt wird Wasser eingesetzt. Wasser kann sowohl vor der Reaktion zugesetzt werden, bei der Reaktion als Reaktionswasser entstehen oder auch nach der Reaktion zusätzlich zum Reaktionswasser zugesetzt werden.
Der Zusatz von Basen kann einen positiven Effekt auf die Produktbildung haben. Als geeignete Basen seien hier Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide, Alkalialkoholate, Erdalkalialkoholate, Alkalicarbonate, Erdalkalicarbonate, Alkalihydrogencarbonate und Erdalkalihydrogencarbonate genannt, von welchen 0,01 bis 100 molare Äquivalente in Bezug auf die Stoffmenge des im Komplexkatalysator (IV) enthaltenen Iridiums eingesetzt werden können. Wird der Komplexkatalysator (IV) als Dimer eingesetzt, so ist der Zusatz der vorstehend genannten Basen in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt. Insbesondere bevorzugt wird dann ein Alkalimetallalkoholat als Base zugesetzt, wobei Kalium-tert-Butanolat am meisten bevorzugt ist. Wird der Komplexkatalysator (IV) als Monomer eingesetzt, so wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt ohne den Zusatz der vorstehend genannten Basen durchgeführt. Für die Umsetzung in der Flüssigphase werden das Piperazin (III), der Alkohol (II), bevorzugt zusammen mit einem Lösungsmitteln, und dem Komplexkatalysator (IV) in einen Reaktor eingeleitet. Die Zuleitung des Piperazins (III), des Alkohols (II), gegebenenfalls des Lösungsmittels und des Komplexkatalysators (IV) kann dabei simultan oder getrennt voneinander erfolgen. Die Reaktion kann dabei kontinuierlich, in semibatch-Fahrweise, in batch- Fahrweise, rückvermischt in Produkt als Lösungsmittel oder im geraden Durchgang nicht rückvermischt durchgeführt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können prinzipiell alle Reaktoren eingesetzt werden, welche für flüssig-Reaktionen unter der gegebenen Temperatur und dem gegebenen Druck grundsätzlich geeignet sind. Geeignete Standardreaktoren für gas/flüssig- und für flüssig/flüssig-Reaktionssysteme sind beispielsweise in K.D. Henkel, "Reactor Types and Their Industrial Applications", in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002/14356007.b04_087, Kapitel 3.3 "Reactors for gas-liquid reactions" angegeben. Als Beispiele seien genannt Rührkesselreaktoren, Rohrreaktoren oder Blasensäulenreaktoren.
Bei der Alkoholaminierung wird eine primäre oder sekundäre Hydroxylgruppe des Alkohols (II) mit der Aminogruppe (-NH-) des Piperazins (III) zu einem Mono-N- substituierten-piperazin (I) umgesetzt, wobei sich jeweils ein Mol Reaktionswasser pro Mol umgesetzter Aminogruppe (-NH-) des Piperazins bildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind in Abhängigkeit vom eingesetzten Alkohol (II) verschiedene Mono-N-substituierte-piperazine zugänglich. Im Hinblick auf die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Mono-N-substituierten- piperazine (I) gelten für den Rest R1 sowie für die allgemeinen Formeln (la) und (Ib) die vorstehend gemachten Ausführungen und Bevorzugungen im Hinblick auf den Alkohol (II) entsprechend. Die Bildung des Mono-N-substituierten-piperazins (I) ist exemplarisch durch die nachfolgende Reaktionsgleichung (1 ) dargestellt.
Figure imgf000025_0001
(III) (Ii) (i) Der bei der Umsetzung entstehende Reaktionsaustrag enthält im Allgemeinen das entsprechende Mono-N-substituierte-piperazin (I), gegebenenfalls das Lösungsmittel, den Komplexkatalysator (IV), gegebenenfalls nicht umgesetzte Edukte (Alkohol (II) bzw. Piperazin (III)) sowie das entstandene Reaktionswasser. Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele verdeutlicht, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken. Die Bestimmung der Umsätze und Selektivitäten erfolgte mittels Gaschromatographie. Gaschromatographische Messungen wurden mit einem Agilent 6890N modular GC durchgeführt, das mit einem Split-Mode-Kapillarinjektionssystem sowie einem Flammen-Ionisationsdetektor (FI D) ausgerüstet ist. Als Kapillarsäule wurde eine DB-1 - Säule verwendet (Agilent 122-1033; 30 m x 0,25 mm x 1 ,00 μηι; Heliumfluss 1 ,0 mL/min; Temperaturprogramm: 70 °C für 5 min, Rampe mit Temperatursteigerung 5 °C/min bis 300 °C, 300 °C für 10 min). Die Retentionszeiten tR der Edukte und Produkte waren wie folgt: Piperazin (II I) tR = 10,8 min; Methanol (II) tR = 2,3 min; Ethanol (I I) tR = 2,5 min; Monoethylenglykol (II) tR = 6,6 min; Diethylenglykol (I I) tR = 16,1 min; 1 -Methylpiperazin (I) tR = 10,8 min; 1 -Ethylpiperazin (I) tR = 14,3 min; 1 - Piperazinethanol (I) tR = 22,3 min; 2-[2-(1 -Piperazinyl)-ethoxy]-ethanol (I) tR = 31 , 1 min.
Allgemeine Vorschrift zur Herstellung von Mono-N-substituiertem-piperazin (I)
258 mg (3,0 mmol) Piperazin (I I) und 2 mol-% Komplexkatalysator (IV) (bezogen auf das im Komplexkatalysator (IV) enthaltene Iridium) werden in einem 10 ml Normag- Kolben vorgelegt und in 3 ml Wasser gelöst. Wenn der Iridiumkatalysator als Dimer eingesetzt wurde, wurde 2 mol-% Kalium-tert-Butanolat (bezogen auf das im Komplexkatalysator (IV) enthaltene Iridium) zugegeben. Nachdem sich eine klare Lösung gebildet hatte, wurden 3,0 mmol Alkohol (I I) und 0,7 mmol Diglyme (als interner Standard) zugegeben. Der Kolben wurde im Ölbad unter Rühren erwärmt. Temperatur, Umsatz, Selektivität, Reaktionszeit, Produkte und Komplexkatalysator (IV) sind in den nachfolgenden Beispielen angegeben.
Beispiele 1a/1b
Figure imgf000026_0001
IV II 1 2
Reaktionszeit Umsatz KomplexSelektivität 1 Selektivität 2 [h] katalysator (IV)
Alkohol (II) [%] [%] [%]
2]2
a) 20 38,9 [Cp*lrCI 90,2 9,8
1 mol-%
[Cp*lr(NH3)3]CI2
b) 20 39,1 91 ,0 8,9
2 mol-% Beispiel 2a/2b
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0003
Beispiel 3a/3b
Figure imgf000027_0002
Reaktions Umsatz KomplexSelektivität Selektivität Selektivität Selektivität zeit katalysator
Alkohol 5 [%] 6 [%] 7 [%] 8 [%]
[h] (II) [%] (IV)
[Cp*lrCI2]2
a) 21 21 ,2 81 ,9 3,4 9,9 - 1 mol-%
[Cp*lr(NH3)3]
b) 21 26,2 80,4 4,0 1 1 ,4 0,6
Cl2 Beispiel 4a/4b
H N N-
-OH
H N N H + HO )H
Figure imgf000028_0001
10
Reakti Umsatz KomplexSelektivität Selektivität Selektivität Selektivität onszeit katalysator
Piperazin 5 [%] 9 [%] 7 [%] 10 [%] [h]
(II) [%] (IV)
[Cp*lrCI2]2
a) 20 25,8 4,8 75,5
1 mol-% -2,2 -1 ,9
[Cp*lr(NH3)3]
b) 20 32,7 4,1 64,9 1 ,9 2,5
Cl2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Mono-N-substituierten-piperazinen der
allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000029_0001
(I) in der R1 ein Rest der allgemeinen Formeln (la) oder (Ib) ist
Figure imgf000029_0002
(la) in denen
R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem Ci-C30-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10- Heterocyclyl, C5-C14-Aryl und C5-C14-Heteroaryl oder R2 und R3 zusammen mit dem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, ein fünf- bis vierzehngliedriges unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ringsystem ausbilden, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, OH, OR9, CN, N(R9)2, COOH, COOR9, C(0)NH2, C(0)NHR9, C(0)N(R9)2, d-do-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, Heterocyclyl, C5-C14-Aryl und C5-C14-Heteroaryl, wobei ausgewählt ist aus d-do-Alkyl und C5-C10-Aryl;
R5, R6, R7 und R8 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes d- bis C10-Alkyl sind, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend F, Cl, Br, OH und CN; eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist; durch homogen-katalysierte Alkoholaminierung von Alkoholen der allgemeinen Formel (II)
R1 OH
(II) mit Piperazin (III) in Gegenwart eines Komplexkatalysators (IV), der Iridium enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) einen Liganden der allgemeinen Formel (V) enthält
Figure imgf000030_0001
in der
R10, R1 1 , R12, R13, R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n- Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) Iridium in der Oxidationsstufe +3 enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
R2 Wasserstoff ist;
R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, unsubstituiertem Ci-C30-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5-C10- Heterocyclyl, C5-C14-Aryl und C5-C14-Heteroaryl;
R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 10 ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
R2 Wasserstoff ist;
R3 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und unsubstituiertem C-i-C3o-Alkyl, bevorzugt aus Wasserstoff und C-r C-io-Alkyl, besonders bevorzugt aus Wasserstoff und C-|-C5-Alkyl sowie insbesondere bevorzugt aus Wasserstoff und Ci-C3-Alkyl;
R4, R5, R6, R7 und R8 Wasserstoff sind; n eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 5, bevorzugt von 1 bis 3 ist. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol (I I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, 2-Butanol, iso-Butanol, 1 - Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2- Dimethyl-1 -propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol (2-(2- Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2- Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol (I I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, 1 -Pentanol, 2-Methyl-butan-1 -ol, 2,2-Dimethyl-1 -propanol, Monoethylenglykol (Ethan-1 ,2-diol), Diethylenglykol
(2-(2-Hydroxyethoxy)ethan-1 -ol) und Triethylenglykol (2-[2-(2- Hydroxyethoxy)ethoxy]ethan-1 -ol.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus [Cp*lrCI2]2 (CAS-Nummer: 12354-84-6), [Cp*lrBr2]2 (CAS-Nummer: 55971 -89- 6), [Cp*lrl2]2 (CAS-Nummer: 33040-12-9) [Cp*lr(NH3)3CI2)] (CAS-Nummer: 1254038-09-9), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 1098212-45-3), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 202662-76-8),
Chloro(pentamethylcyclopentadienyl){5-cyano-2-{1 -[(4-methoxyphenyl)imino- kN]ethyl}phenyl-kC}iridium(l ll) (CAS-Nummer: 1258964-46-3),
[Cp*lr(P(CH3)3)CI2] (CAS-Nummer 202662-76-8), [Cp*(C6F6)H(P(CH3)3)] (CAS- Nummer: 226882-89-9), [Cp*lr(Cn H8N)CI] (CAS-Nummer: 945491 -51 -0), Chloro(5-methoxy-2-{1 -[(4-methoxyphenyl)imino-N]ethyl}phenyl-C)(1 ,2,3,4,5- pentamethylcyclopentadienyl)iridium(l ll) (CAS-Nummer: 1258964-48-5) und solchen der allgemeinen Formeln (IVa).
Figure imgf000032_0001
(IVa), in der
R21 und R22 unabhängig voneinander Wasserstoff, unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes Ci-Ci0-Alkyl, C5-C10-Cycloalkyl, C5- C10-Heterocyclyl, C5-C10-Aryl oder C5-C10-Heteroaryl sind, oder
R21 und R22 zusammen mit den Atomen, an die sie gebunden sind ein unsubstituiertes oder zumindest monosubstituiertes fünf bis zehngliedriges Ringsystem bilden,
die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus NR28R29, OR30, SR31, C(0)OR32, C(0)NR33R34, NHC(NH2)2 + und unsubstituiertem oder zumindest monosubstituiertem C5-C10-Aryl und C5-C10-Heteroaryl, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus OH und NH2; X Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid ist; R10, R11, R12, R13 und R14 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl,
Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl oder Phenyl sind;
R28, R29, R30, R31, R32, R33 und R34 unabhängig voneinander Wasserstoff oder d-C6-Alkyl sind.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) als Liganden Pentamethylcyclopentadienyl enthält.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) in Mengen, bezogen auf das im Komplexkatalysator (IV) enthaltene Iridium, im Bereich von 0,1 bis 20 Mol-%, pro Mol Piperazin (III), eingesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkoholaminierung in einer Flüssigphase bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 250°C erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Alkoholaminierung bei einem Druck im Bereich von 1 bis 80 bar absolut durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis von Piperazin (III) zu Alkohol (II) im Bereich von 1 zu 8 bis 8 zu 1 liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkoholaminierung in Abwesenheit von Wasserstoff erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexkatalysator (IV) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus [Cp*lrCI2]2 (CAS-Nummer: 12354-84-6), [Cp*lrl2]2 (CAS-Nummer: 33040-12-9) [Cp*lr(NH3)3CI2)] (CAS-Nummer: 55971-89-6), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS- Nummer: 1098212-45-3), [Cp*lr(C5H9N20)CI] (CAS-Nummer: 202662-76-8), Chloro(pentamethylcyclopentadienyl){5-cyano-2-{1-[(4-methoxyphenyl)imino- kN]ethyl}phenyl-kC}iridium(lll) (CAS-Nummer: 1258964-46-3),
[Cp*lr(P(CH3)3)CI2] (CAS-Nummer 202662-76-8), [Cp*(C6F6)H(P(CH3)3)] (CAS- Nummer: 226882-89-9), [Cp*lr(CnH8N)CI] (CAS-Nummer: 945491 -51-0), Chloro(5-methoxy-2-{1-[(4-methoxyphenyl)imino-N]ethyl}phenyl-C)(1 ,2,3,4,5- pentamethylcyclopentadienyl)iridium(lll) (CAS-Nummer: 1258964-48-5).
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