Nach dem Stand der Technik sind Hydrierungsreaktionen in organischen Lösungsmitteln, besonders häufig in Al- koholen, bekannt. Erst in letzter Zeit wird auch Wasser als toxikologisch unbedenkliches und umweltfreundliches Reaktionsmedium eingesetzt. Die Nachteile waren zu- nächst die geringere Reaktivität und Enantioselektivi- tät, für den Fall, daß eine asymmetrische Hydrierung durchgeführt werden soll, gegenüber Hydrierungen in or- ganischen Lösungsmitteln. Dies kann einerseits auf die schlechte Löslichkeit von Substrat und Katalysator, an- dererseits auf die Bindung im Katalyator-Substrat- Komplex zurückzuführen sein. Aus den Veröffentlichungen von Oehme, Selke und Paetzold in der Zeitschrift J. Mol. Catal., 71, L1-L5, 1992 und von I. Gassert, E. Paetzold und G. Oehme in der Zeitschrift Tetrahe- dron, 49,6605,1993 ist bekannt, daS durch Zusatz von Micellbildnern katalytische Hydrierungen auch in Wasser mit hoher Aktivität und Enantioselektivität möglich sind. Als Micellbildner werden nach dem Stand der Tech- nik anionische, kationische, zwitter-ionische oder neu- trale Amphiphile, wie zum Beispiel Natriumdodecylsulfat (SDS) oder N-Cetyl-N, N, N-trimethylammoniumhydrogen- sulfat (CTAHSO4), eingesetzt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Hydrierungsver- fahren in wäßriger Lösung zu schaffen, welches eine hö- here Reaktivität aufweist und darüber hinaus kostengün- stig ist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Reakti- vität bei der katalytischen Hydrierung in wäßiger Lö- sung erhöht wird, wenn als Micellbildner ein Triblock- copolymer als nichtionisches Amphiphil eingesetzt wird.

Weiterhin wurde gefunden, daß im Fall der asymmetri- schen katalytischen Hydrierung von prochiralen Verbin- dungen auch die Enantioselektivität erhöht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Figuren sind Versuchsergebnisse sowie eine Vor- richtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren beson- ders vorteilhaft durchgeführt werden kann, dargestellt.

Es zeigt : Fig. l : einen Membranreaktor Fig. 2 : einen Umsatzverlauf Fig. 3 : eine ee-Zeitkurve Der in Figur 1 dargestellte Membranreaktor umfaßt einen Behälter 1 mit einer Membran 2, welche sich im unteren Bereich des Behälters 1 befindet. In dem Membranreaktor befindet sich ein Rührer 3, der durch einen Permanent- magneten 4 angetrieben wird. Aus dem Bodenbereich des Behälters 1 führt eine Leitung 5, aus der Permeat abge-

führt werden kann. In den oberen Bereich des Behälters 1 mündet eine Leitung 6, die an eine Inertgasversor- gungsquelle angeschlossen und mit einem Ventil 6a aus- gestattet ist. In die Leitung 6 mündet eine weitere Leitung 7 mit einem Ventil 7a, welche eine Beaufschla- gung mit Vakuum oder eine Spülung mit Inertgas ermög- licht und eine Leitung 8 mit einem Ventil 8a, die eine Zufuhr von Wasserstoff ermöglicht. Weiterhin ist die Leitung 8 mit einem Druckhalteventil 9 ausgestattet.

Der Membranreaktor kann auch als Durchflußreaktor aus- gebildet sein.

Tabelle 1 zeigt die Reaktivitätssteigerung des erfin- dungsgemäßen Systems im Vergleich zu Reaktionssystemen nach dem Stand der Technik.

In ihr bedeuten : cmc = kritische micellare Konzentrati- on ; t ½ gibt für die in der Fußnote der Tabelle 1 ge- zeigte Reaktion die Zeit in Minuten bis zu 50k Umsatz an und ist somit ein Maß für die Reaktivität.

Im folgenden soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.

In einer wäßrigen Lösung befindet sich als zu hydrie- rendes Substrat eine organische Verbindung, die minde- stens eine Doppelbindung aufweist, Wasserstoff, ein Hy- drierungskatalysator und erfindungsgemäß ein Triblock- copolymer als nicht ionisches Amphiphil.

Das amphiphile Triblockcopolymer umfaßt die Blöcke a, b und c bei denen a = c ist. a und c = Kettenteil bestehend aus Einheiten von Oxye- thylen = E

b = Kettenteil bestehend aus Einheiten von Oxypropylen = P oder Oxybutylen = B.

Die Anzahl n der Einheiten von a, b und c liegen bei a und c zwischen 4 und 150, b zwischen 4 und 150.

Ein Triblockcopolymer ist beispielhaft in Formel 1 dar- gestellt.

Formel 1 Das Molekulargewicht der Triblockcopolymere liegt be- vorzugterweise in einem Bereich von 1000 bis 15000 g/mol. Als besonders günstig haben sich handelsübliche Triblockcopolymere herausgestellt, die unter den Namen Pluronic@ von der Firma BASF oder Synperonic@ von der Firma ICI, preiswert erhalten werden können.

Als Substrate können organische Verbindungen mit Dop- pelbindungen der folgenden allgemeinen Struktur nach Formel 2 eingesetzt werden.

Formel 2 In Formel 2 können X =NH, Ch2, R1 = Alkyl (Cl bis C10), Aryl, H R2 Alkyl, Aryl, COOAlkyl, COOH, PO (OH) 2, PO (OAlkyl) 2 PO (OAlkyl) OH, PO (Alkyl, Aryl) OH, PO (Alkyl, Aryl) (Oalkyl), COAlkyl, wobei Alkyl in R2 immer (Cl bis C3) bedeutet, und R3 = COCH3, COC6H5, CHO sein.

Die auf diese Weise erhaltenen Produkte sind Stoffe der allgemeinen Formel 3 Formel 3

Mit X = NH, CH2, R1 = Alkyl (Cl bis C10), Aryl, H R2 = Alkyl, Aryl, COOAlkyl, COOH , PO(OH)2, PO(OAlkyl)2, PO (OAlkyl) OH, PO (Alkyl, Aryl) OH, PO (Alkyl, Aryl) (Oalkyl), COAlkyl, wobei Alkyl in R2 immer (Cl bis C3) bedeutet, und R3 = COCH3, COC6Hs, CHO In den Formeln 2 und 3 ist : Aryl= in ortho, metha-und/oder para-Stellung substitu- iertes Phenyl. Die Substitution kann einfach oder Mehr- fach sein.

Als Substituenten für den Phenyl-Rest können beispiel- haft Halogenid (F, Cl, Br, J), OH, NO2, N (CH3)2, NH(CH3), O-Alkyl mit Alkyl = C1 bis C10, O-Aryl, CF3, C2F5, Alkyl mit Cl bis Cl0 genannt werden.

Diese Produkte gehören in die Gruppen der a-Amino- carbonsäuren, a-Aminophosphinsäuren und a-Amino- phosphonsäuren.

Es können grundsätzlich alle Hydrierkatalysatoren ein- gesetzt werden, insbesondere Rhodium- (Rh) und Rutheni- um- (Ru) Katalysatoren. Als Gegenionen der Katalysator- zentralionen kommen PF6-, BF4-, oder CF3COO-in Frage.

Die Selektivitäten und Reaktivitäten unterscheiden sich in der Regel nicht sehr. Als Liganden kommen alle che- latisierenden Biphosphine in Frage. Für wäßrige Systeme haben sich jedoch besonders Diphosphine und Biphosphi- nite bewährt. Beispielhaft kann als Präkatalysator [Rh (cod) 2]BF4 (cod = Cyclooctadien) mit BPPM (= (2S,4S)- (-)-N-tert-Butoxycarbonyl-4-diphenylphosphino-

2-diphenylphosphinomethylpyrrolidin) genannt werden.

BPPM ist ein Beispiel für einen chiralen Liganden, der eingeführt wird, um die Stereoselektivität der Synthese zu steuern. Je nach Wunsch können an Stelle von BPPM auch andere Liganden treten, die die Stereoselektivität beeinflussen. Überraschenderweise wird die Wirksamkeit des stereodirigierenden Liganden durch die Verwendung des erfindungsgemäß eingesetzten Triblockcopolymere ge- steigert.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Hy- drierkatalysator und das Triblockcopolymer in einem Molverhältnis zwischen 1 : 1 und 1 : 1000 besonders bevor- zugt zwischen 1 : 10 und 1 : 100 eingesetzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Wasserstoffpartialdruck zwischen 0,5 und 5 bar, vor- zugsweise 1 bar und die Reaktionstemperatur zwischen 5 und 120 °C, vorzugsweise bei 25°C.

Die wäßrige Lösung des Reaktionsgemisches kann auch An- teile von organischen Lösungsmitteln, bevorzugt Alkoho- le, wie z. B. Methanol enthalten. Ein solcher Anteil von bis zu 10% kann die Löslichkeit der Edukte erhöhen.

Versuchsergebnisse sind in den Figuren 2 und 3 darge- stellt.

In Figur 2 ist der Umsatz pro Zeit dargestellt : Es ist die Abszisse x = Zeit [min] Die Ordinate Y = [%] Gezeigt ist der Umsatzverlauf im wiederholten Batchver- such mit 45 ml Volumen. Die Lösung enthält :

0,03 mmol [Rh (cod) 2]BF4, 0,03mmol BPPM (= chiraler Li- gand), 0,3 mmol P105,3mmol AAM (= N-Acetyl- acrylsäuremethylester), H2 p = 1 bar, 45 ml Wasser.

Reaktionstemperatur : 25°C Rührleistung : 1100 UPM Es erfolgte eine Nachdosierung von 3 mmol AAM und 30ml Wasser.

Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, nahm der Umsatz im Lau- fe der Zeit kontinuierlich und weitestgehend gleichmä- ßig zu. Der Unterschiedliche Ordinatenabschnitt des Versuchslaufes 1 im Vergleich zu den übrigen Versuchen resultierte darin, daß das Reaktionsgemisch nach dem ersten Versuch aus dem Reaktionsgefäß herausgenommen wurde, das Gefäß zwar gespült wurde, jedoch noch ein Rest an Produkt im Gefäß verblieben ist, so daß der Um- satz nach der Wiederholung von Anfang an von einem hö- heren Niveau aus verfolgt wurde. Die Abweichung von Versuchslauf 3 ist auf das Auftreten uneinheitlicher gaschromatographischer Resultate zurückzuführen, die während der Analyse auftraten.

Figur 3 zeigt die Kurven für den Enantiomerenüberschuß (ee-Zeitkurven) für wiederholte Batchversuche mit 45 ml Volumen.

Es zeigt : Die Abszisse x = Zeit [min] Die Ordinate y = Enantiomerenüberschuß [W]

Die Lösung enthält : 0,03 mmol [Rh (cod) BF,, 0,03mmol BPPM (= chiraler Li- gand), 0,3 mmol P105,3mmol AAM (=N-Acetyl- acrylsäuremethylester), H2 p = 1 bar, 45 ml Wasser.

Reaktionstemperatur : 25°C Rührleistung : 1100 UPM Nach Abtrennung der Produktlösung wurde erneut 3 mmol AAM in 30 ml Wasser zugegeben.

In dem Beispiel der Figur 3 wird regelmäßig ein Enan- tiomerenüberschuß von ca. 80% erhalten. Kurve 1 verhält sich anders, da dies der erste Versuch ist und der Ka- talysator während der ersten Minuten der Reaktion eine Induktionsphase zur eigentlich aktiven Form durchläuft.

Diese entfällt während der folgenden Versuche, da die Katalysatorlösung zurückbleibt. Wie aus den Wiederho- lungsversuchen zu entnehmen ist, ist das Experiment dennoch grundsätzlich wiederholbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er- findung wird die Reaktion in einem Membranreaktor durchgeführt, wie er beispielhaft in Figur 1 darge- stellt ist. Dabei verläßt das Reaktionsprodukt mit dem Lösungsmittel den Reaktor als Permeat durch die Membran 2. Vorteilhafterweise verbleibt der sich in der Reakti- onslösung befindende Komplex, der sich aus dem Hydrier- katalysator und der micellaren Struktur des Triblockco- polymers bildet, im Reaktionsraum zurück, da er die Membran 2 nicht passieren kann. Die Membran ist so aus- gebildet, daß sie für den Katalysator-Micellen-Komplex sowie das micellare Triblockcopolymer nicht durchlässig ist. Die Rückhaltung des micellar vorliegenden Kataly-

sators erfolgt aufgrund des Größenunterschiedes zwi- schen in das micellare System eingebundenen Katalysator und Reaktanden durch die Ultra-oder Nanofiltrations- membran. Auf diese Weise wird der Hydrierkatalysator räumlich im Reaktionsvolumen fixiert, während das Pro- dukt abgetrennt werden kann. Im Gegensatz zu den bisher in der Literatur beschriebenen Verfahren, bei denen die Katalysatoren durch kovalente Anbindung an unlösliche Träger oder lösliche Polymere fixiert waren, entfallen bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Schritte der chemischen Anknüpfung des Hydrierkata- lysatos an einen solchen löslichen oder unlöslichen Träger. Durch einfaches Rühren der Mischung aus Reak- tanden, Hydrierkatalysator und micellbildende Triblock- copolymere wird ein Reaktionssystem aufrechterhalten, welches eine Rückhaltung der Komponenten Katalysator und Triblockcopolymer an der Membran ermöglicht.

Es sind handelsübliche Membranen verfügbar, die als Nanofiltrationsmembran oder Ultrafiltrationsmembran be- zeichnet werden, und die diese Erfordernisse erfüllen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Porengröße der Membran gleich oder kleiner als 2 nm. Genaue Anga- ben über die Porengröße sind jedoch nicht möglich, da die Bedingungen nicht in jedem Fall vergleichbar sind, die Retentionsrate sollte mindestens 98 0, besser 99 % betragen. Die unter den Begriffen Ultra-bzw. Nanofil- trationsmembran erhältlichen Produkte sind jedoch re- gelmäßig geeignet. Vorzugsweise sind die Membranen mehr oder weniger hydrophil.

Die Filtration durch die Membran 2 kann je nach Wunsch kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.

Die Betriebsweise in einem Membranreaktor, welcher mit derartigen Membranen ausgestattet ist, hat zur Folge, daß eine Rückgewinnung der teuren Hydrierkatalysatoren

leicht möglich ist, da sich die entstehenden micellaren Strukturen, in die der Hydrierkatalysator eingelagert ist, an Nano-und Ultrafiltrationsmembranen zurückhal- ten lassen.

Ausführungsbeispiele : Beispiel 1 : Eine Schemazeichnung der Apparatur ist in Figur 1 ge- zeigt.

Die verwendete Rührzelle SC 75 mit einem Arbeitsvolumen von 75 ml stammt von Schleicher & Schuell. Als Membran mit der höchsten Rückhaltung für das Triblockcopolymer und den Katalysator wurde der Typ YC05 von Amicon (jetzt von Millipore vertrieben) identifiziert. Aber auch andere UF-oder NF-Membranen mit einer genügend hohen Rückhaltung von >90% für den Katalysator, wie z. B. MX07 von Osmonics, sind geeignet. Die Rückhalte- rate ist unter den jeweiligen Reaktionsbedingungen zu ermitteln.

In einem mit Argon gefluteten Zweihalskolben werden 4 mg (0, 01 mmol) [Rh (cod) 2] BF4, 7 mg (0, 01 mmol) BPPM und 650 mg (0,1 mmol) P105 (Triblockcopolymer Eigen- schaften : Paste, pastöses Material, 56 P-Einheiten, 50 Massenprozent E-Ketten) vorgelegt. Nach Verschließen des Kolbens mit einem Septum wird der Kolben evakuiert und mit Argon geflutet. Dies wird fünfmal wiederholt.

Jetzt werden 15 ml Wasser eingefüllt und es wird erneut fünfmal evakuiert und mit Argon geflutet. Nun läßt man zwanzig Minuten bei 500 UPM rühren. In dieser Zeit wird die Rührzelle mit Argon gespült. Mittels einer 20 ml Einwegspritze wird die Katalysatorlösung im Argonstrom in die Rührzelle überführt. Nun werden 143 mg (1 mmol) N-Acetyl-acrylsäuremethyl-ester (AAM) unter Sauerstoff-

ausschluß zugegeben und die Rührzelle fest verschlos- sen. Jetzt erfolgt durch vorsichtiges Evakuieren über das Dosierventil und anschließendem Füllen mit Wasser- stoff der Austausch von Argon gegen Wasserstoff. Dies wird fünfmal wiederholt. Durch Einschalten des Rührers wird die Reaktion gestartet. Durch ein Silikonseptum werden Proben mit einem Volumen von 100 pll aus dem Re- aktor genommen und in einem Eppendorfgefäß mit 100 pl Chloroform versetzt. Dies wird dann zwanzig Sekunden geschüttelt, die Chloroformphase anschließend abpipet- tiert und gaschromatographisch untersucht.

Nach Beendigung der Reaktion wird zunächst der Absperr- hahn auf der Wasserstoffseite geschlossen und der auf der Argonseite geöffnet. Dann öffnet man den Deckel mit dem Septum an der Rührzelle und spült etwa fünf Minuten Argon hindurch, um eine weitere Reaktion während des Aufkonzentrierens zu vermeiden. Schließlich schließt man die Rührzelle mit einem Stahldeckel. Jetzt wird langsam der Druck auf 5,5 bar erhöht. Bei 5,5 bar wird der Auslauf vorsichtig geöffnet und ein Meßzylinder da- runtergestellt. Es werden ca. 80k des vorhandenen Volu- mens abgetrennt. Man verschließt nun zuerst den Auslauf und läßt dann vorsichtig den Druck aus der Zelle ab. Im Argonstrom wird als nächstes der Stahldeckel wieder ge- gen einen mit Septum ausgetauscht. Hierbei wird jedes- mal ein neues Septum verwendet. Dann wird ebenfalls im Argonstrom Substrat nachgefüllt und mit Wasser auf das ursprüngliche Volumen aufgefüllt. Jetzt beginnt der Zy- klus von neuem.

Der Umsatz-Zeit-Verlauf ist in Fig. 2, der Enantiome- renüberschuß-Zeit-Verlauf ist in Fig. 3 dargestellt. Eintrag Nr. Name Struktur MW cmc ee t1, [g/mol] [mol/1] [%, R]" [min]' 1 SDS ° 288 8, 1 10-'94 6 6 O 2 CTAHSO4 s N HSO4 382 HO4 3 DDAPS N SO3 336 1,2 10-3 93 5 w v zig 4 Brij 58 (OC2H4) 200H 1100 7,7 10-'95 9 5 Tween 20 HO (c2H4o) W (oc2H4) xoH 1200 5,9 10-5 93 6 6 Tween 80 (OC (oczH4YoH 1300 1, 0 io 94 7 o-1 (OC2H4) zR w+x+y+z=20 ; Tween 20 R=C1lH23COO ; Tween 80 R=Cr7H33COO 7 L 101 E5-P56-E5 3800-93 7 8 P 103 E17-P56-E17 4900 1,4 10 4 91 3 9 P 104 E27-P56-E27 5900 5, 1 10 4 92 4 10 P 105 E37-P56-E37 6500 3,5 10 4 90 5 11 F 108 E132-P56-E132 14600 3,1 10-3 92 6 12 L 121 E4-P63-E4 4400-92 11 13 P 123 E20-P69-E20 5800 5,2 10 5 92 5 a COOCH3 [Rh (cod) bppm] BF4 COOCH3 H NHCOCH, H2 NHCOCH, NHCOCH3 Tabelle 1