Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR THE CATALYTIC HYDROGENATION OF ALKYNE COMPOUNDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/044790
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing cyclohexene derivatives of the general formulae (I) or (II), in which the substituents R1 and R2 independently of one another are defined as follows: R1 = (formula A, B, C, or D); R2 represents OH or a protective group that can be converted into a hydroxy group by hydrolysis, R3 and R4 represent hydrogen, C1-C4 alkyl; R5 represents hydrogen, C1-C4 acyl. Said production is achieved by the catalytic hydrogenation of alkyne compounds of general formulae (III) or (IV), in which the substituents R1 and X are defined as cited above and is characterised in that the hydrogenation is carried out in the presence of a catalyst containing iron.

Inventors:
ROESCH MARKUS (DE)
PINKOS ROLF (DE)
HILL THOMAS (DE)
MUELLER THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/012339
Publication Date:
May 19, 2005
Filing Date:
October 30, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BASF AG (DE)
ROESCH MARKUS (DE)
PINKOS ROLF (DE)
HILL THOMAS (DE)
MUELLER THOMAS (DE)
International Classes:
B01J23/745; B01J23/80; B01J25/00; B01J37/02; B01J37/16; C07C403/08; C07D317/64; (IPC1-7): C07C403/08; B01J23/745; B01J25/00; C07D317/64
Foreign References:
US2369163A1945-02-13
DE873545C1953-04-16
EP1197483A22002-04-17
Other References:
ROSENBERGER M ET AL: "CANTHAXANTHIN. A NEW TOTAL SYNTHESIS", JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. EASTON, US, vol. 47, no. 11, 1982, pages 2130 - 2134, XP002230683, ISSN: 0022-3263
KIENZLE FRANK ET AL: "Synthesis of optically active natural carotenoids and structurally related compounds. II. Synthesis of (3S,3'S)-astaxanthin", HELVETICA CHIMICA ACTA, VERLAG HELVETICA CHIMICA ACTA. BASEL, CH, vol. 61, no. 248, 1978, pages 2609 - 2615, XP002190949, ISSN: 0018-019X
K. HATA, I. MONOYAMA: "The Urushibara Hydrogenation Catalyst", ORGANIC PREPARATIONS AND PROCEDURES INTERNATIONAL, vol. 4, no. 4, 1972, USORGANIC PREPARATIONS AND PROCEDURES, INC., NEWTON HIGHLANDS,, pages 179 - 209, XP008041736
Attorney, Agent or Firm:
BASF AKTIENGESELLSCHAFT (Ludwigshafen, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Cyclohexenderivaten der allgemeinen Formeln I oder 11. in der die Substituenten R1 und R2 unabhängig voneinander folgende Bedeutung haben : R1 R2 OH oder eine durch Hydrolyse in eine Hydroxygruppe überführbare Schutzgruppe, R3 und Ri Wasserstoff, C1C4Alkyl ; R5 Wasserstoff, CC4Acyl ; durch katalytische Hydrierung von Alkinverbindungen der allgemeinen Formeln III oder IV, in der die Substituenten R'und R2 die oben genannte Bedeutung haben, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in Gegenwart eines eisenhaltigen Ka talysators durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in Gegenwart eines eisenhaltigen UrushibaraKatalysators durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der eisenhaltige UrushibaraKatalysator er hältlich ist durch a. Fällung von elementarem Eisen aus einer wässrigen Eisen (11)Salz oder Eisen (111)SalzLösung mittels Zink oder Aluminium und b. Waschen des ausgefällten Eisens mit einer anorganischen oder organi schen Säure.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hyd rierung bei einem Wasserstoffdruck von 1 bis 200 bar durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Hydrierung Wasserstoff in einer Menge von 1 bis 1,5 mol je mol der Verbindung 111 bzw. IV verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 150DC durch führt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in einem gegenüber den Cyclohexenderivaten der allgemei nen Formeln I bis IV inerten organischen Lösungsmittel durchführt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung der Cyclohexen verbindungen der Formeln la und Ila.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrierung in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor durchgeführt wird.
Description:
Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Alkinverbindungen Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Reduktion von Alkinverbin- dungen, insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Cyclo- hexenderivaten, die als Zwischenprodukte für die Herstellung von Carotinoiden geeig- net sind.

Eine Vielzahl der in der Literatur beschriebenen technischen Carotinoid-Synthesen, u. a. die Herstellung von Astaxanthin, verläuft über Cyclohexen-Zwischenprodukte, die neben einer oder mehreren C=C-Doppelbindungen auch eine C5C-Dreifachbindung enthalten. Zur Ausbildung eines konjugierten Doppelbindungssystems muß diese Drei- fachbindung in einem separaten Verfahrensschritt partiell reduziert werden.

Dies kann im Rahmen der in DE-A-43 22 277 beschriebenen Astaxanthin-Synthese im Falle des Alkindiols IVa mit Zink/Essigsäure in Methylenchlorid erfolgen.

EP-A-0 005 749 beschreibt die Hydrierung des ß-lonols V mit Hilfe eines partiell ver- gifteten Palladiumkatalysators bei Normaldruck und Raumtemperatur.

Bei der Hydrierung von Verbindung V befindet sich die zu hydrierende Dreifachbindung in ausreichender Entfernung zum sterisch abschirmenden Cyclohexenring und die er- zeugte Doppelbindung steht nicht in Konjugation zum restlichen System.

EP-A-0 005 748 betrifft ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Astaxanthin, in der die partielle Reduktion des Alkindiols der Formel Illa ebenfalls mit Zink/Essigsäure in Methylenchlorid durchgeführt wird.

Nachteilig an der beschriebenen Zink/Essigsäure-Reduktion ist die unzureichende Se- lektivität der Methode. Unerwünschte Nebenprodukte wie z. B. die Bildung von Spiro- verbindungen, die sich im weiteren Syntheseverlauf nicht in die gewünschten Folge- produkte überführen lassen, können zu signifikanten Ausbeuteverlusten führen.

Weitere Reduktionsverfahren sind u. a. in J. Amer. Oil Chem. Soc. 49 (1972) 72 be- schrieben, in der die Reduktion von Dreifachbindungen zu cis-Doppelbindungen in langkettigen, konjugierten Fettsäuren mit Zink in siedenden protischen Lösungsmitteln erfolgt.

Die hier genannten drastischen Reduktionsbedingungen sind für thermisch labile Ver- bindungen nicht geeignet.

In Helv. Chim. Acta 58 (1975) 1016 ist die Reduktion von konjugierten Alkinen in proti- schen Lösungsmitteln beschrieben. Als Reduktionsmittel verwenden die Autoren Zinkstaub, der durch Zugabe von Kaliumcyanid aktiviert wurde.

Die o. g. Methoden liefern einerseits nur mäßige Ausbeuten, die Aktivierung mit Kali- umcyanid führt andererseits zu einem beträchtlichen Gesundheitsrisiko.

Die Veröffentlichung im Journal für praktische Chemie 336 (1994) 714-715 beinhaltet eine Methode zur (Z)-selektiven Reduktion von konjugierten Dreifachbindungen mit einer Kombination aus Zn (Cu/Ag) in polaren protischen Lösungsmitteln wie z. B. Me- thanoi/Wasser.

Dies Verfahren hat den Nachteil, dass die Herstellung des Reagenzes sehr aufwendig ist und zudem das Reagenz stets frisch hergestellt werden muß.

Alle oben beschriebenen Reduktionen mit Zink verlaufen ohne Wasserstoff und sind nicht katalytisch. Dies führt zu einem äquimolaren Verbrauch an Zink und einem Anfall von Zn-Abfällen, die nach der Reaktion aufwendig entsorgt werden müssen.

Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur katalytischen Hydrierung von Alkinverbindungen bereitzustellen, mit dem die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexenderi- vaten der allgemeinen Formeln I oder 11,

in der die Substituenten R'und R2 unabhängig voneinander folgende Bedeutung ha- ben : R2 OH oder eine durch Hydrolyse in eine Hydroxygruppe überführbare Schutzgrup- pe, R3 und R4 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl ; R5 Wasserstoff, C1-C4-Acyl ; durch Reduktion von Alkinverbindungen der allgemeinen Formeln III oder IV,

in der die Substituenten R1 und R2 die oben genannte Bedeutung haben, dadurch ge- kennzeichnet, dass man die Hydrierung in Gegenwart eines eisenhaltigen Katalysators durchführt.

Als Alkylreste für R3 und R4 seien lineare oder verzweigte C1-C4-Alkylketten, z. B. Me- thyl, Ethyl, n-Propyl, 1-Methylethyl, n-Butyl, 1-Methylpropyl-, 2-Methylpropyl sowie 1, 1-Dimethylethyl genannt. Bevorzugte Alkylreste sind Methyl und Ethyl.

Die Reste R3 und R4 können auch gemeinsam mit dem Kohlenstoffatom, an dem sie gebunden sind, einen Cycloheptyl-oder Cyclohexylring bilden.

Als Substituenten für R5 seien lineare oder verzweigte Ci-C4-Acylketten, z. B. Formyl, Acetyl, Propionyl, Isopropionyl genannt. Bevorzugter Acylrest ist Acetyl.

Unter einer durch Hydrolyse in eine Hydroxygruppe überführbare Schutzgruppe für R2 kommen solche funktionellen Gruppen in Betracht, die relativ leicht in die Hydro- xygruppe überführt werden können. Genannt seien beispielsweise Ethergruppen, wie Silylethergruppen, wie-O-Si (CH3) 3,-O-Si (CH2CH3) 3,-O-Si (iso-Propyl) 3,-O- Si (CH3) 2 (tert.-Butyl) und-O-Si (CH3) 2 (n-Hexyl) oder substituierte Methylethergruppen, wie die a-Alkoxy-alkylethergruppen der Formeln und geeignete Pyranylethergruppen, wie die Tetrahydropyranyloxygruppe und die 4- Methyl-5, 6-dihydro-2H-pyranyloxy-Gruppe.

Mit besonderem Vorteil verwendet man für R2 die Tetrahydropyranyloxygruppe oder die a-Ethoxy-ethoxygruppe der Formel

Bedingungen zur Abspaltung der o. g. Schutzgruppen finden sich u. a. in T. Greene "Protective Groups in Organic Chemistry", John Wiley & Sons, 1981, Chapter 2.

Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Hydrierung verwendeten eisenhaltigen Kata- lysatoren sind beispielsweise erhältlich durch a. Reduktion von Eisen- (II)- oder Eisen- ( II)-salzen mit Zn oder Al ; b. Reduktion von Eisenoxid-haltigen Katalysatoren bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 450°C mit Wasserstoff ; c. Alkalibehandlung von AI-Fe-Legierungen u. a. beschrieben in WO 00/25525 oder d. durch Elektrolyse oder durch thermische Zersetzung von Eisencarbonyl, bei- spielsweise beschrieben in DE 873 545.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrierung in Gegenwart eines eisenhaltigen Urushiba- ra-Katalysators durchführt.

Einzelheiten bezüglich Eigenschaften und Herstellung des oben genannten Urushibara Katalysators finden sich u. a. in einem Übersichtsartikel von K. Hata in Organic Prepa- rations and Procedures Int., 4 (4), 179-209 (1972).

In einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante verwendet man einen eisenhalti- gen Urushibara-Katalysator, der erhältlich ist durch a. Fällung von elementarem Eisen aus einer wässrigen Eisen- (11)-Salz- oder Eisen- (III)-Salz-Lösung mittels Zink oder Aluminium und b. Waschen des ausgefällten Eisens mit einer anorganischen oder organischen Säure.

Bei den im Schritt a. verwendeten Eisensalzen handelt es sich beispielsweise um Ei- senchloride oder um Eisenacetate, bevorzugt um Eisen-(II)- und Eisen-(III)-chloride.

Als Reduktionsmittel kann z. B. Zinkstaub oder Aluminiumgranulat verwendet werden.

Bevorzugt erfolgt die Reduktion des Eisens mittels Zinkstaub.

Beispiele für anorganische Säuren im Schritt b. sind u. a. Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Kohlensäure, Schwefelsäure, schwefelige Säure, Salpetersäu- re, salpetrige Säure und Phosphorsäure. Als anorganische Säure bevorzugt zu nennen ist verdünnte wässrige Salzsäure.

Unter organische Säuren sind beispielsweise aliphatische und aromatische Carbon- säuren, beispielsweise Benzoesäure oder Cl-C, 2-Alkansäuren, bevorzugt Ci-Ce- Alkansäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure sowie Capron- säure, besonders bevorzugt Essigsäure oder Propionsäure zu verstehen.

Die erfindungsgemäße Hydrierung kann bei einem Wasserstoffdruck von 1 bis 200 bar, bevorzugt von 1 bis 50 bar, besonders bevorzugt von 1 bis 6 bar und bei einer Tempe- ratur im Bereich von 20 bis 150°C, bevorzugt im Bereich von 20 bis 100°C, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 90°C durchgeführt werden.

Der für die Hydrierung benötigte Wasserstoff wird in einer Menge von 1 bis 1,5 mol, bevorzugt von 1 bis 1,2 mol je mol der Verbindung 111 bzw. IV verwendet.

Die erfindungsgemäße Hydrierung kann lösungsmittelfrei oder in einem gegenüber derr Cyclohexenderivaten der allgemeinen Formeln I bis IV inerten organischen Lösungs- mittel durchgeführt werden.

Vorzugsweise arbeitet man in chlorierten Kohlenwasserstoffen, wie z. B. in Dichlor- methan, Perchlorethylen oder in Chloroform oder in einem etherischen Lösungsmittel, wie Dialkylethern, Tetrahydrofuran oder Dioxan, insbesondere in dem mit Wasser nicht mischbaren Methyl-tert.-butylether. Als weitere Lösungsmittel kommen auch aromati- sche Kohlenwasserstoffe, insbesondere Toluol sowie bevorzugt C1-C3-Alkohole, wie Methanol, Ethanol oder Propanol in Frage.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung der Cyclo- hexenverbindungen der Formeln la und lia.

Die erfindungsgemäße Hydrierung läßt sich sowohl in einem Festbettreaktor, der ge- füllt ist mit dem eisenhaltigen Katalysator als auch in Suspensionsfahrweise, bei der der eisenhaltige Katalysator im Reaktionsgemisch suspendiert vorliegt, durchführen.

Dabei ist es möglich, das Hydrierverfahren kontinuierlich oder batchweise zu betreiben.

Anhand der folgenden Beispiele soll der Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden.

Beispiel 1 a) Herstellung des Eisenkatalysators Zu einer gerührten Mischung aus 25 g Zn-Staub und 8 g Wasser wurden portionsweise 9,7 g FeCI3*6H2O zugegeben. Es entwickelte sich eine stark exotherme Reaktion, die bereits nach ca. 10 s abklang. Anschließend wurde solange gerührt, bis die Farbe der Eisenionen verschwand. Der feste Rückstand wurde in mehreren Portionen mit insge- samt 400 ml kaltem Wasser gewaschen und anschließend in 330 g 15 %-iger Essig- säure suspendiert. Dieses Gemisch wurde bei 60-70°C für 20-25 min unter Wasser- stoffentwicklung gerührt. Anschließend wurde der Feststoff durch eine Glasfritte abge- saugt und zuerst mit 300 ml Wasser, anschließend mit 100 ml Ethanol gewaschen. Die Aufbewahrung des Katalysators erfolgte unter Ethanol. b) Diskontinuierliche Hydrierung von IVa In einem 50 ml Autoklav wurden 2 g Katalysator nach Beispiel 1 a) und 2 g der Verbin- dung IVa in 30 mi Ethanol vorgelegt, 50 bar Wasserstoff aufgepresst und langsam auf 100°C aufgeheizt. Es stellte sich ein Druck von 65 bar ein. In regelmäßigen Abständen wurden Wasserstoff nachgepresst und Proben gezogen. Nach 22 stündiger Reaktion konnte eine 74%-ige Ausbeute an Verbindung Ila bei 93%-igem Umsatz detektiert werden.

Vergleichsbeispiel 1 (Versuchsdurchführung analog Beispiel 1, jedoch unter Verwendung eines Lindlar- Katalysators) In einem 50 mi Autoklav wurden 2 g Lindlar Katalysator und 2 g der Verbindung Va in 30 mi Ethanol vorgelegt, 50 bar Wasserstoff aufgepresst und langsam auf 100 °C auf- geheizt. Es stellt sich ein Druck von 65 bar ein. In regelmäßigen Abständen wurden Wasserstoff nachgepresst und Proben gezogen. Nach 22h-igem Betrieb konnte bei 100% igem Umsatz eine Ausbeute von 62% an Verbindung VII detektiert werden.

Vergleichsbeispiel 2 : (analoge Versuchsbedingungen wie in Journal Organic Chemistry, 30,1965, S. 3991- 3994 beschrieben, jedoch mit Ethanol als Lösungsmittel) 500 mg Lindlar-Katalysator und 0,04 ml Chinolin wurden in 60 mi Ethanol bei Raum- temperatur solange unter Wasserstoff gerührt, bis keine Wasserstoffaufnahme mehr erfolgte. Anschließend wurde der Autoklav entspannt und 0,015 mol (3,71 g) IVa in die Reaktionslösung gegeben. 1 bar Überdruck wurde aufgepresst und es wurde bis zur Aufnahme von 1 äquiv. Wasserstoff hydriert. Nach 99 %-igem Umsatz wurden lediglich 0,1 % an Verbindung Ha gefunden.