aus ungesättigten Fettsäurederivaten

Die Erfindung, betrifft ein Verfahren zur Herstellung von omega-Aminosäuren oder, deren Estern durch Ozonolyse und anschließende reduktive Aminierung. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von

Fettaminen durch Ozonolyse von ungesättigten Fettsäuren oder Fettsäurederivaten und anschließende reduktive Aminierung.

Unter Ozonolyse im Sinne der Erfindung wird die Spaltung von einer Kohlenstoff- Kohlenstoff-Doppelbindung durch Einwirkung von Ozon verstanden. Je nach Aufarbeitungsweise erhält man Carbonylverbindungen, Alkohole oder Carbonsäuren. Die Reaktion erfolgt durch 1 ,3-dipolare Cycloaddition von Ozon an eine C,C- Doppelbindung eines Olefins (1) unter Bildung des Primärozonids (1 ,2,3- Trioxolan, 2). Der Rest R bedeutet Wasserstoff, eine Alkylgruppe,

Alkylengruppe, Alkynylgruppe oder eine Arylgruppe. Die Reste R können in einem Molekül gleich oder unterschiedlich sein und sind gegebenenfalls

substituiert. Bei dieser Verbindung (2) handelt es sich um ein instabiles

Intermediat, das unmittelbar in ein Aldehydfragment (3) und ein Carbonyloxid (4) zerfällt. Die Verbindungen werden im nachfolgenden Schema gezeigt:

Das Carbonyloxid kann zum einen polymerisieren bzw. zu einem 1 ,2,4,5- Tetraoxolan (5) dimerisieren, oder in einer weiteren Cycloaddition zu einem Sekundärozonid (1,2,4-Trioxolan, 6) rekombinieren. Ausgehend von Verbindung 6 lassen sich Aldehyde (7, 8) über eine reduktive bzw. Carbonsäuren (9, 10) über eine oxidative Aufarbeitung herstellen. Die Aldehyde wiederum können weiter bis zum Alkohol reduziert werden.

Wesentlicher Nachteil dieser Reaktionssequenz ist die Bildung der meist explosiven Sekundärozonide, polymeren Peroxide bzw. 1 ,2 ,4,5-Tetraoxolane, die z. T. stabile Verbindungen darstellen und so in nachfolgenden Reaktions- bzw. Aufarbeitungsschritten akkumuliert werden könnten und einen erhebliche

Gefährdung darstellen. Des Weiteren müssen bei einer oxidativen bzw. reduktiven Aufarbeitung von Sekunsärozoniden ein Oxidations- bzw. Reduktionsequivalent eingesetzt werden wie z.B. Dimethylsulfid, Tirphenylphosphin etc. Aus diesem Grund ist eine Umsetzung in einen technisch durchführbaren Prozess im

Großmaßstab mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand schwierig.

Um die Bildung von sekundären Ozoniden bzw. höhermolekularer Ozonid-Addukte zu vermeiden, ist im Stand der Technik das Abfangen des Carbonyloxids (4) mit Hilfe eines Nucleophils, wie z.B. eines Alkohols, beschrieben. Meist handelt es sich bei dem Nucleophil ebenfalls um das Lösungsmittel. Eine Rekombination mit der Carbonylgruppe des zweiten Spaltproduktes (3) zum Sekundärozonid wird auf diese Weise unterbunden (S.L Schreiber et al. Tel Lett. 1982, 23 (38), 3867; R.E. Claus, S.L. Schreiber Organic Syntheses, Coli. Vol. 7, 1990, 68).

In einigen Fällen wird in einem nachfolgenden Schritt die Hydroperoxid Gruppe (11) acetyliert und unter basischer Katalyse zersetzt, wobei sich ein

Carbonsäureester (13) des eingesetzten Alkohols bildet.

In anderen Arbeiten wird für denselben Zweck eine Carbonsäure als Lösungsmittel eingesetzt (DE 22 07 699 A1 , DE 24 33408 A1 , DE 30 37 487 A1 ). Die

Carboxylgruppe der Carbonsäure addiert an das Carbonyloxid 4. Die Aufarbeitung des Hydroperoxid-Derivates (14) erfolgt wiederum wie beschrieben. Das bei der basischen Spaltung entstehende gemischte Anhydrid (15) muss allerdings noch mit Wasser in der Wärme zur freien Säure (16) gespalten werden.

Bei der Ozonolyse unsymmetrischer Olefine wie z.B. Ölsäuremethylester bestehen nach den bisherigen Betrachtungen zwei Möglichkeiten der Öffnung des Primärozonids. Nachfolgend sind die verschiedenen Reaktionswege anhand der Ozonolyse von Ölsäuremethylester in Essigsäure als protischem Lösungsmittel dargestellt.

Nach Addition von Ozon an die Doppelbindung kann die Aufspaltung des Primärozonid 18 an Position 5 (Weg a) bzw. an Position 4 (Weg b) des 1 ,2,3- Trioxolans erfolgen. Das jeweilige Carbonyloxid Intermediat wird durch die Essigsäure abgefangen. In dem sich anschließenden Aufarbeitungsschritt wird die Hydroperoxidgruppe der Verbindungen 20 und 24 mit Essigsäureanhydrid acetyliert. Da jetzt eine vergleichsweise gute Abgangsgruppe (Acetat-Gruppe) und ein saures Proton vorliegen, erfolgt schon unter Zugabe von Natriumacetat als Base eine Deprotonierung unter Abspaltung der Acetat-Gruppe, woraus sich aus Verbindungen 21 und 25 zunächst die Anhydride von 22 und 26 bilden. Nach Spaltung dieser Anhydride mit Wasser werden die entprechende Monocarbonsäure bzw. der Dicarbonsäuremonomethylester erhalten.

Als Ergebnis wird also eine statistische Verteilung der vier zu erwartenden Produkte erhalten. Da eine effektive Steuerung der Reaktionswege nicht möglich ist, ist dieses Vorgehen denkbar ungeeignet zur Synthese von z.B. 9- Oxo-nonansäuremethylester, aus dem über eine reduktive Aminierung die gewünschte 9-Aminononansäure bzw. deren Ester zugänglich ist.

Einen Lösungsansatz für diese Problem, also die Herstellung von omega- Oxocarbonsäuren und deren Estern, unter Vermeidung der Bildung von

Sekundärozoniden, besteht in der Ozonolyse unter Anwesenheit von NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid) als Katalysator, wie von Dussault et at. (P.H.

Dussault et al., Org. Lett. 2006, 8 {15), 3199)anhand anderer Systeme beschrieben wurde. Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass bei der

Ozonolyse von Ölsäuremethylester drei Equivalente von NMMO eingesetzt werden müssen, um hier ein befriedigendes Ergebnis zu erzielen.

Eine hingegen technisch relevante Reaktionsführung der Ozonolyse

ungesättige Fettsäureestern und direkter Gewinnung der Aldehyde, besteht in der Verwendung eines Gemisches von Aceton mit Wasser (ca. 5 %) als Lösungsmittel. Allerdings wurden bei den von Dussault beschriebenen

Versuchen lediglich terminale Olefine eingesetzt (P.H. Dussault, C. E. Schiaffo, J. Org. Chem. 2008, 73, 4688). In der DE 34 40 620 A1 wird der Effekt von Wasser bei der Ozonolyse von Fettsäurederivaten beschrieben. Es wurde beobachtet, dass bei Anwesenheit von Wasser im Reaktionsgemisch schon bei der Ozonolyse, und nicht erst bei der reduktiven Spaltung der Ozonide, Aldehyde entstehen. Allerdings wurden erhöhte Ausbeuten an Aldehyden erst bei einer reduktiven Aufarbeitung mit Wasserstoff und einem Metall-Katalysator beschrieben. Dabei wurde das Wasser vorzugsweise erst im Reduktionsschritt zugegeben. Das Problem der Bildung von Ozoniden in der Ozonolysestufe bleibt dadurch bestehen.

Die oben beschriebenen Ozonolyseverfahren haben den Nachteil, dass sie mit den Bedingungen der reduktiven Aminierung nicht kompatibel sind und nicht sicher eine Entstehung von explosiven Ozoniden in der Ozonolysestufe vermeiden.

Weiterhin sind viele bei der Ozonolyse verwendete Lösungsmittel wie beispielsweise Carbonsäüren und Ketone für den Einsatz in der reduktiven Aminierung nicht geeignet, da sie zur Bildung von Nebenprodukten führen.

Die technische Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von omega-Aminosäuren oder deren Estern zur Verfügung zu stellen, das einerseits die Bildung von Ozoniden vermeidet und andererseits eine direkte Umsetzung des Reaktionsproduktes aus der Ozonolyse in der reduktiven Aminierung ermöglicht.

Diese technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von omega-Aminosäuren oder deren Estern, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: a) Ozonolyse von ungesättigten Fettsäuren oder Fettsäurederivaten, b) reduktive Aminierung des aus der Umsetzung mit Ozon erhaltenen

Reaktionsgemisches zur omega-Aminosäure oder deren Ester, wobei die Reaktion mit einem CrC ₅ -Alkohol im Gemisch mit mindestens 0,5 Gew.% Wasser als Lösungsmittel bezogen auf die Gesamtmenge an

Lösungsmittel durchgeführt wird.

Als Ozonolyse im Sinne der Erfindung wird die Reaktion einer Fettsäure oder eines Fettsäurederivates mit Ozon verstanden.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass das so durchgeführte

Verfahren im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren des Standes der Technik eine sicherere Durchführung ermöglicht. Ozonide bzw. das intermediär entstehende Carbonyloxid reagieren direkt mit dem anwesenden Wasser. Das Addukt aus Ozonid und Wasser zersetzt sich unmittelbar unter Bildung einer Carbonylgruppe und von Wasserstoffperoxid. Damit kommt es nicht zur Bildung der gefährlichen Sekundärozonide bzw. oligomerer oder polymerer Ozonide, die sämtlich bei den etablierten Verfahren zur reduktiven

Aufarbeitung von Intermediaten der Ozonolyse mittels Wasserstoff und

Metallkatalysatoren oder komplexer Metallhydride zunächst entstehen würden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist es, dass man in einem Reaktionsschritt ausschließlich zu den Aldehyden gelangt.

Es wurde festgestellt, dass bei der Verwendung von Ci-C ₅ -Alkoholen als Lösungsmittel im Gemisch mit mindestens 0,5 Gew.% Wasser das Reaktionsprodukt der Ozonolyse ohne Abtrennung oder Aufarbeitung direkt einer reduktiven Aminierung zugeführt werden kann und dass auf diese Art und Weise omega-Aminosäuren mit hohen Ausbeuten hergestellt werden können. Damit zeigt das erfindungsgemäße Verfahren einen einfachen und sicheren Weg auf, um aus ungesättigten Fettsäureestem entsprechende omega- Aminocarbonsäuren und auch Fettamine herstellen zu können.

In einer besonderen Ausführungsform enthält das Lösungsmittel 1 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.% und besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.% Wasser bezogen auf die Gesamtmenge an Lösungsmittel.

Als Fettsäuren oder Fettsäurenderivate werden solche mit mindestens einer Doppelbindung eingesetzt. Dabei sind als Fettsäuren und Fettsäurederivate insbesondere bevorzugt Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe Ölsäure, Ölsäurealkylester, Undecylensäure, Undecylensäurealkylester, Erucasäure, Erucasäurealkylester.

Als Ausgangsprodukte für das erfindungsgemäße Verfahren können aber auch andere ungesättigte Fettsäuren oder Fettsäurederivate eingesetzt werden. Hierzu gehören beispielsweise Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure,

Petroselinsäure, Elaidinsäure, Vaccensäure, Gadoleinsäure, Icosensäure, Cetoleinsäure und Nervonsäure und deren Ester. Hierbei handelt es sich um einfach ungesättigte Fettsäuren. Weiterhin können auch mehrfach ungesättigte Fettsäuren eingesetzt werden wie beispielsweise Linolsäure, Linolensäure, Calendulasäure, Punicinsäure, Elaeostearinsäure, Arachidonsäure,

Timnodonsäure, Clupanodonsäure und Cervonsäure oder deren Ester.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgen die Ozonolyse und die reduktive Aminierung direkt nacheinander ohne Isolierung oder

Aufarbeitung des Reaktionsgemisches aus der Ozonolyse.

Als besonders bevorzugte Lösungsmittel werden ein sekundärer oder tertiärer Alkohol, ganz besonders bevorzugt 2-Propanol oder feri.-Butanol, eingesetzt.

Die Durchführung der Ozonolyse erfolgt üblicherweise in Alkohol als

Lösungsmittel. Das Reaktionsgemisch enthält weiterhin mindestens 0,5 Gew.% Wasser bezogen auf die Gesamtmenge an Lösungsmittel. Üblicherweise liegt der ungesättigte Fettsäureester in einer Konzentration von 0,1 bis 1 mol/L vor. Wenn höhere Konzentrationen an Fettsäurestern verwendet werden, sollte beachtet werden, dass die Menge an zugesetztem Wasser immer mindestens stöchiometrisch zur Anzahl der umgesetzten Doppelbindungen gewählt wird. Die Ozonolyse wird bevorzugt bei Temperaturen von 0 bis 25°C durchgeführt. Üblicherweise benutzt man zur Ozonerzeugung einen Ozongenerator. Dieser Ozongenerator verwendet als Speisegas technische Luft oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff. In dem Ozongenerator wird das Ozon hergestellt durch stille elektrische Entladung. Dabei werden Sauerstoffradikale gebildet, die sich mit Sauerstoffmolekülen zu Ozon umsetzen.

Nach Durchführung der Ozonolyse wird das erhaltene Reaktionsgemisch ohne weitere Aufarbeitung oder Isolierung der reduktiven Aminierung zugeführt. Diese reduktive Aminierung wird bevorzugt durchgeführt mithilfe eines Raney- Nickel-Katalysators und Wasserstoff. Diese reduktive Aminierung ist an sich im Stand der Technik bekannt und erfolgt nach den üblichen

Verfahrensparametern. In bevorzugter Weise ist der Druck bei der reduktiven Aminierung im Bereich von 30 bis 100 bar, bevorzugt 50 bis 100 bar und die Temperatur im Bereich von 50 bis 150°C.

Bei der reduktiven Aminierung wird bevorzugt Wasserstoff dem Reaktionsprodukt aus der Ozonolyse zugeführt. Hierzu wird das Reaktionsgemisch aus der Ozonolyse in einen Autoklaven überführt und mit dem Katalysator beschickt. Nach Verschließen des Autoklaven wird Ammoniak unter Druck zugesetzt und Wasserstoff. Die Reaktionsmischung wird erhitzt und nach

Durchführung der Reaktion der Autoklav entspannt und die Reaktionsprodukte aufgearbeitet. Bei der Reaktion entstehen Fettamine wie auch omega- Aminosäuren oder deren Ester in hohen Ausbeuten. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Bildung von explosiven Nebenprodukten wie sekundären Ozoniden oder auch oligomeren Ozoniden in der Ozonolyse durch Zusatz von Wasser vermieden wird.

Weiterhin erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren die direkte Bildung von Aldehyden in einem Reaktionsschritt ohne Einsatz weiterer Reduktionsäquivalente wie beispielsweise Wasserstoff/Katalysator, komplexe Metallhydride, Dimethylsulfid, Triphenylphosphin, Zink/Essigsäure, wie dies im Stand der Technik notwendig ist. Da das Reaktionsgemisch der Ozonolyse sofort in der reduktiven Aminierung weiter umgesetzt werden kann, werden

Aufarbeitungsschritte vermieden und damit auch die Erhöhung der

Gesamtausbeute und eine insgesamt weitaus kostengünstigere

Reaktionsdurchführung ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiterhin, dass direkt eine reduktive Aminierung des

Reaktionsgemisches aus der Ozonolyse durchgeführt werden kann.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.

Beispiel

Ölsäuremethylester (4 g, 95 Gew.-% rein, 0,012 mol) wird in einem

Zweihalskolben mit Gaseinleitungsrohr in einem Lösungsmittelgemisch aus te/t-Butanol (20 mL) und Wasser (1 mL, 0,056 mol) vorgelegt. Das Speisegas bestehend aus 5 Vol-% Sauerstoff in Kohlendioxid und wird mit einer

Durchflussgeschwindigkeit von 40 mL/min. durch den Ozongenerator geleitet. Bei dem verwendeten Ozongenerator handelt es sich um ein Gerät der Firma Anseros vom Typ ,COM-AD\ Der Ozongenerator ist dabei auf maximale Leistung gestellt. Das Ozon-haltige Gasgemisch wird unter guter Rührung in das Reaktionsgemisch geleitet. Der Abgasstrom wird über Gaswaschflaschen in eine ca. 5 Gew.-%ige, wässrige Kaliumiodid-Lösung geleitet. Nach 60 Minuten ist das Substrat umgesetzt, worauf die Gaseinleitung unterbrochen wird. Das Reaktionsgemisch hat laut GC-Analyse einen Gehalt von 39,5 Gew.- % 9-Nonanal und 38,2 Gew.-% 9-Oxo-nonansäuremethylester.

Das Reaktionsgemisch wird in einen 100 mL Stahlautoklaven gefüllt und mit Raney-Nickel (1 ,2 g) beschickt. Nach Verschließen des Autoklaven wird über einen Druckzylinder Ammoniak (11 ,35 g, 0,67 mol) zugesetzt. Es werden 70 bar Wasserstoff aufgedrückt und auf 80 °C erhitzt. Nach sechs Stunden wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der Autoklav entspannt. Gemäß einer GC-Analyse wurden die Aldehyde vollständig umgesetzt. Dabei haben sich 46,4 Gew.-% 9-Aminononan und 24,0 Gew.-% 9-Aminononansäuremethylester gebildet.