Es ist bereits bekannt, daß man optisch aktive Alkohole durch katalytische Hy- drierung der entsprechenden Carbonsäuren an Ruthenium-Katalysatoren herstellen kann (siehe EP-A 717 023). Als geeignete Reaktionsbedingungen werden dort Temperaturen im Bereich von 50 bis 150°C und Drucke im Bereich von 5 bis 250 bar angegeben.

Bei der Herstellung von S-1,2-Propandiol (nach älterer Nomenklatur auch als L-1,2- Propandiol zu bezeichnen) wurden dabei Enantiomerenüberschüsse von über 97 % bei einer Ausbeute von maximal 88 % und bei einer Reaktionstemperatur von 80°C erzielt. Bei der entsprechenden Hydrierung von S-Äpfelsäure (nach älterer Nomen- klatur auch als L-Äpfelsäure zu bezeichnen) wurden dabei S-1,2,4-Butantriol mit einer Reinheit von 97 % bei 80°C erhalten. Ein Wert für den Enantiomerenüberschuß wurde nicht angegeben.

Die Enantiomerenüberschüsse der auf diese Weise hergestellten Alkohole genügen noch nicht ganz den hohen Anforderungen für Wirkstoffzwischenprodukte. Zudem sind die erzielbaren chemischen Ausbeuten und die benötigten Reaktionszeiten noch nicht voll befriedigend.

Es besteht also noch immer Bedarf nach einem Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Alkoholen aus den entsprechenden Carbonsäuren, bei dem die Kombination des erzielbaren Enantiomerenüberschusses, der erzielbaren chemischen Ausbeute und der benötigten Reaktionszeit insgesamt günstiger ist als bisher.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Alkoholen aus optisch aktiven Carbonsäuren gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man optisch aktive Carbonsäuren in Gegenwart eines Katalysators, der neben Ruthenium mindestens ein weiteres Metall oder Übergangsmetall mit Ordnungszahlen im Be- reich 23 bis 42 enthält, mit Wasserstoff reduziert.

In das erfindungsgemäße Verfahren kann man z. B. optisch aktive Carbonsäuren der Formel (I) einsetzen in der m für 1,2 oder 3, n für null oder eine ganze Zahl von 1 bis 5 und R'für einen einbindigen, aus der Gruppe der geradkettigen und verzweigten C1- C12-Alkyl-, C7-C12-Aralkyl-, C6-C10-Aryl-und C1-Cl2-Alkoxyresten aus- gewählten Rest oder für Hydroxy oder Halogen stehen und im Falle m =1 R für einen einbindigen, aus der Gruppe der geradkettigen und verzweigten C 1- C6-C10-Aryl-undC1-C12-Alkoxyrestaus-C12-Alkyl-,C7-C12-Aralky l-, gewählten Rest oder für einen Halogen-oder Hydroxyrest steht, der von R' verschieden ist, im Falle m = 2

R nicht vorhanden ist oder für einen zweibindigen, aus der Gruppe der gerad- kettigen und verzweigten C1-C12-Alkyl- und C7-C12-Aralkylreste ausge- wählten Rest steht, und im Falle m = 3 R für einen dreibindigen, aus der Gruppe der geradkettigen und verzweigten C1-C12-Alkyl-und C7-C12-Aralkylreste ausgewählten Rest steht und optisch aktive Alkohole der Formel (II) erhalten in der m, n, R'und R die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben.

In den Formeln (I) und (II) stehen vorzugsweise m für 1 oder 2, n für null, 1 oder 2 und R' für geradkettiges oder verzweigtes Cl-C4-Alkyl, Benzyl, Hydroxy, Fluor, Chlor oder Brom und ist R von R'verschieden und steht für geradkettiges oder verzweigtes Cl-C4-Alkyl, Benzyl, Hydroxy, Fluor oder Chlor.

Weiterhin ist bevorzugt, daß einer der Reste R'und R für Hydroxy steht.

Wenn m fur 2 oder 3 steht, also der Molekülteil-CH (R')- (CH2) n-COOH im Einsatz- material mehrfach vorhanden ist, so können diese Moleküle hinsichtlich der Be- deutung von n und R'gleich oder verschieden sein.

Soweit R'und R Alkyl-, Aralkyl-, Aryl-und/oder Alkoxyreste sind, können diese gegebenenfalls substituiert sein, z. B. mit Halogen-, Hydroxy-, Cl-C4-Alkoxy-, Thiol-, Amino-und/oder Cl-C4-Alkylaminoresten. Vorzugsweise enthalten R' und/oder R weniger als vier derartige Substituenten. Es ist möglich, daß Reduktionen und/oder Spaltungsreaktionen auch an solchen Substituenten stattfinden.

Soweit R'und R Alkyl-, Aralkyl-, Aryl-oder Alkoxyreste sind, können diese in der Alkylkette und/oder im Arylteil gegebenenfalls Heteroatome enthalten, z. B. Sauer- stoff-, Schwefel-und/oder Stickstoffatome. Vorzugsweise sind weniger als 3 solcher Heteroatome vorhanden.

Soweit R'und R Aralkyl-oder Arylreste sind, könnnen diese auch partiell oder voll- ständig hydriert sein.

Falls mehrere COOH-Gruppen in einer Verbindung der Formel (I) vorhanden sind, ist es möglich, daß im Anschluß an die Reduktion einer dieser COOH-Gruppen zur CH2OH-Gruppen eine Lactonbildung mit einer verbleibenden COOH-Gruppe er- folgt.

Besonders bevorzugt setzt man in das erfindungsgemäße Verfahren optisch aktive Milchsäure, optisch aktive Weinsäure, optisch aktive 2-Chlorpropionsäure, optisch aktive 4-Chlor-3-hydroxybuttersäure oder optisch aktive Äpfelsäure ein und erhält optisch aktives 1,2-Propandiol, optisch aktives 1,2,3,4-Butantetraol, optisch aktives

2-Chlorpropanol, optisch aktives 4-Chlor-1,3-butandiol bzw. optisch aktives 1,2,4- Butantriol.

Als Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren kommen z. B. bimetallische Ruthenium/Metall X-Katalysatoren und trimetallische Ruthenium/Metall X/- Metall Y-Katalysatoren in Frage, die alle als solche oder aufgebracht auf einem Trägermaterial zum Einsatz gelangen können und wobei X und Y jeweils für ein Metall mit einer Ordnungszahl im Bereich 23 bis 82 steht. Die Katalysatoren können Ruthenium und die Metalle X und gegebenenfalls die Metalle Y in verschiedener Form enthalten, beispielsweise in elementarer Form, in kolloidaler Form, in Form von Verbindungen des Rutheniums und der Metalle X oder des Rutheniums und der Metalle X und Y oder in Form einer intermetallischen Verbindung aus Ruthenium und dem Metall X und gegebenenfalls dem Metall Y. Wenn die Katalysatoren nicht aufgebracht auf einem Trägermaterial zum Einsatz gelangen, können sie beispiels- weise in kolloidaler Form oder als feinteiliger Feststoff vorliegen. Beispiele für Kata- lysatoren sind fein verteilte Ruthenium/Rhenium-, Ruthenium/Osmium-, Ruthe- nium/Eisen-, Ruthenium/Cobalt-, Ruthenium/Rhodium-, Ruthenium/Palladium-, Ruthenium/Platin-, Ruthenium/Kupfer-, Ruthenium/Zink-, Ruthenium/Silber-, Ruthenium/Zinn-, Ruthenium/Germanium-, Ruthenium/Gallium-, Ruthenium/Blei-, Ruthenium/Rhenium/Kupfer-, Ruthenium/Rhenium/Silber-und Ruthenium/Rhe- nium/Zinn-Partikel z. B. in metallischer Form oder in Form ihrer Oxide, Hydroxide, Halogenide, Nitrate, Carboxylate oder Acetylacetonate.

Als Trägermaterial kommen beispielsweise Kohlen, Ruße, Graphite, Aluminium- oxide, Siliciumdioxide, Silikate, Zeolithe und Tonerden in Frage. Trägerkataly- satoren können beispielsweise 1 bis 50 Gew.-% Metall in elementarer Form oder in Form von Verbindungen enthalten.

Die einzusetzenden Katalysatoren können gegebenenfalls durch eine Behandlung mit Schwefelverbindungen, z. B. mit Thioether, modifiziert worden sein.

Bevorzugt sind Katalysatoren, die Ruthenium und Rhenium ohne Träger enthalten und eine hohe spezifische Oberfläche aufweisen, z. B. eine solche von 50 bis 150 m2/g. Derartige Katalysatoren kann man z. B. herstellen, indem man auf einem Rutheniumoxidhydrat mit hoher Oberfläche (z. B. 50 bis 300 m2/g) Rhenium aus einer Rheniumlösung durch Einwirkung von Wasserstoff reduktiv abscheidet. Dabei wird ein bimetallischer Katalysator mit hoher Oberfläche und innigem Kontakt der beiden Metalle erhalten. Grundsätzlich kann die Abscheidung eines zweiten Metalls bei der Katalysatorherstellung oder in situ bei der Hydrierreaktion erfolgen.

Bezogen auf 1 Mol eingesetzte optisch aktive Carbonsäure kann man als Katalysator z. B. 0,1 bis 30 g Metall oder Metallverbindungen oder l bis 100 g Trägerkataly- satoren, die Metall oder Metallverbindungen enthalten, einsetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen in Gegenwart eines Lösungs- mittels für die optisch aktiven Carbonsäuren und optisch aktiven Alkohole-durchge- führt. Als Lösungsmittel kommen beispielsweise Wasser, mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel und Gemische aus beiden in Frage. Als mit Wasser misch- bare Lösungsmittel seien niedere Alkohole und mit Wasser mischbare Ether genannt.

Bevorzugte Lösungsmittel sind Wasser und Gemische, die Wasser und niedrige Alkohole oder Tetrahydrofuran enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann man z. B. bei Temperaturen im Bereich 0 bis 150°C und Drucken im Bereich 5 bis 300 bar durchführen. Bevorzugt sind Tempera- turen von 40 bis 130°C und Drucke von 50 bis 250 bar. Besonders bevorzugt werden Temperaturen von 30 bis 80°C und Drücke von 150 bis 250 bar.

Zur Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann man beispielsweise zunächst abküh- len, den Katalysator z. B. durch Filtration abtrennen, dann die Produktlösung z. B. mit Natronlauge neutralisieren, die vorhandenen leicht flüchtigen Bestandteile (i. a. Lösungsmittel und Reaktionswasser) durch Destillation, gegebenenfalls unter ver-

mindertem Druck, entfernen und den Rückstand im Vakuum fraktionieren. Den ab- getrennten Katalysator kann man wiederverwenden, ebenso das Lösungsmittel.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich, halbkontinuierlich oder dis- kontinuierlich durchgeführt werden. Als Reaktoren eignen sich z. B. Rührkessel und Rieselphasereaktoren. Vorteilhaft wird das Verfahren als Batch-Zulaufverfahren durchgeführt, wobei der Katalysator im Lösungsmittel vorgelegt wird und die Säure in der Menge zugepumpt wird, wie sie bei der Hydrierung verbraucht wird. Hier- durch läßt sich die Säurekonzentration im Reaktor auf einem niedrigen Niveau halten, was sich auf die Katalysatorstandzeit und die Ausbeute positiv auswirkt und die Korrosivität des Reaktionsmediums erniedrigt.

Wenn man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren optisch aktive Äpfelsäure re- duziert, so kann man das erhaltene Reaktionsgemisch direkt, d. h. ohne vorherige Ab- trennung der Nebenprodukte, zum optisch aktiven 3-Hydroxytetrahydrofuran umset- zen, z. B. indem man zunächst abkühlt, den Katalysator abtrennt, die vorhandenen leicht flüchtigen Bestandteile durch Destillation, gegebenenfalls unter schwach ver- mindertem Druck, abtrennt, p-Toluolsulfonsäure hinzufügt und im Vakuum fraktio- niert destilliert.

Bei der erfindungsgemäßen Reduktion von optisch aktiver Äpfelsäure erhält man i. a. neben optisch aktivem 1,2,4-Butantriol, optisch aktive 3,4-Dihydroxybuttersäure, die teilweise bereits unter Reaktionsbedingungen zum optisch aktiven 3-Hydroxy- butyrolacton lactonisiert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn man die Reaktion bei 50 bis 60 % des Wasserstoffsverbrauchs, der zur vollständigen Reduktion zum 1,2,4-Butantriol nötig wäre, abbricht, die leicht flüchtigen Bestandteile abtrennt, den Rückstand z. B. mit Natronlauge neutralisiert und das 1,2,4-Butantriol z. B. destillativ abtrennt. Nach Freisetzung der 3,4-Dihydroxybuttersäure und Lactonisierung zum optisch aktiven 3-Hydroxybutyrolacton durch Zusatz von Säure, z. B. Trifluoressig- säure (siehe Chem. Lett. (1984), 1389), kann man das optisch aktive 3-Hydroxy- butyrolacton destillativ abtrennen.

Überraschend haben erfindungsgemäß zu verwendende Katalysatoren, insbesondere solche, die Ruthenium und Rhenium enthalten, eine wesentlich höhere Performance in der Hydrierung von optisch aktiven Carbonsäuren als ein monometallischer Ruthe- nium-Katalysator. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auf einfache Weise auch in technischem Maßstab optisch aktive Alkohole mit höherer Reinheit, höherem Enantiomerenüberschuß, in höherer Ausbeute, bei niedrigeren Tempe- raturen und/oder mit kürzeren Reaktionszeiten herstellen, als mit den bekannten Hy- drierverfahren. Insbesondere ist die Kombination von erzielbarem Enantiomeren- überschuß, erzielbarer chemischer Ausbeute und der benötigten Reaktionszeit insge- samt günstiger als beim Stand der Technik.

Beispiele Beispiel 1 a) Katalysatorherstellung In einen 0,71-Edelstahlautoklaven wurden in 100 ml Wasser 62,9 g Ru02 wasserfeucht (enthaltend 7,61 Gew.-% Ru) und 6,3 g Re207 (enthaltend 76,9 Gew.-% Re) vorgelegt. Es wurde je 2 mal mit Stickstoff und danach mit Wasserstoff gespült, 100 bar Wasserstoff aufgedrückt und unter Rühren (800 UpM) auf 120°C erhitzt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde der Wasserstoffdruck auf 150 bar erhöht und diese Bedingungen 1 Stunde auf- recht erhalten. Es wurde ein Ru/Re-Katalysator mit einer spezifischen Oberfläche von 70 m2/g erhalten (bestimmt nach der BET-Methode). b) Hydrierung von S-Äpfelsäure Der Autoklav wurde auf 60°C abgekühlt, entspannt und 278 g einer 18,9 gew.-% igen wäßrigen S-Äpfelsäurelösung zugefügt. Anschließend wurde bei 60°C und 200 bar Wasserstoffdruck bis zum Ende der Wasserstoff- aufnahme (24 Stunden) gerührt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der Katalysator abfiltriert, das dann verbleibende Reaktionsgemisch mit Natronlauge neutralisiert und von der erhaltenen Rohlösung das Wasser abdestilliert. Es blieben 42,0 g einer farblosen viskosen Flüssigkeit, die bei einem Druck von 1 mbar destilliert wurde. Nach einem Vorlauf, der aus Butandiolen bestand, wurden 33,9 g 97,9 gew.-% iges S-1,2,4-Butantriol erhalten (Kp. 133°C/1 mbar, ee = 98,8 %). Dies entspricht einer Ausbeute von 79,8 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte S-Äpfelsäure.

Beispiel 2 Reaktionsverlauf Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren und der Reaktionsverlauf durch Probenahme verfolgt. Die zeitliche Änderung der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Hieraus ist insbesondere ersichtlich, nach welcher Reak- tionszeit größere Mengen an S-3,4-Dihydroxybuttersäure und S-3-Hydroxybutyro- lacton im Reaktionsgemisch vorhanden sind.

Tablle1 Reaktionszeit [h] Anteile im Reaktionsgemisch [GC %] 4 10 16 20 24 S-Äpfelsäure 58 15 1 <1-<1 S-1,2,4-Butantriol 7,5 24,5 48,5 64,5 78 S-3,4-Dihydroxybuttersäure 22 37,5 30 18 3,5 S-3-Hydroxybutyrolacton 7 15 14 11,5 9 Beispiel 3 a) Katalysatorherstellung In einem 3 1-Edelstahlautoklaven wurden in 400 ml Wasser 234,6 g RuO2 wasserfeucht (enthaltend 8,2 Gew.-% Ru) und 25,2 g Re207 (enthaltend 76,9 Gew.-% Re) vorgelegt. Es wurde je 2 mal mit Stickstoff und Wasserstoff gespült, 100 bar Wasserstoff aufgedrückt und unter Rühren (800 UpM) auf 120°C geheizt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde der Wasserstoff- druck auf 150 bar erhöht und diese Bedingungen 1 Stunde aufrecht erhalten.

b) Hydrierung von S-Äpfelsäure im batch-Zulaufverfahren Der Autoklav wurde auf 70°C abgekühlt und der Wasserstoffdruck auf 200 bar erhöht. Anschließend wurden im Verlauf von 9,5 Stunden 1 112 g einer 18,9 gew.-% igen wäßrigen S-Äpfelsäurelösung zugefügt und bis zum Ende der Wasserstoffaufnahme gerührt (5 Stunden). Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden die flüssigen Anteile des Autoklaveninhalts über ein Steigrohr mit Fritte entnommen. Der Katalysator blieb für weitere Hydrie- rungen im Autoklaven zurück (siehe Beispiele 4 bis 6). Von der erhaltenen Rohlösung wurde das Wasser abdestilliert. Es blieben 154,1 g einer farblosen viskosen Flüssigkeit, die bei einem Druck von 1 mbar destilliert wurde. Nach einem Vorlauf, der aus Butandiolen bestand, wurden 135,8 g 98,9 gew.-% iges S-1,2,4-Butantriol erhalten (Kp. 133°C/1 mbar, ee = 98,1 %). Dies entspricht einer Ausbeute von 80,7 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte S-Äpfel- säure.

Beispiele 4 bis 6 Wiederholte Katalysatorverwendung Beispiel 3 b) wurde mit dem jeweils zurückgewonnenen Katalysator 3 mal wieder- holt. Einzelheiten siehe Tabelle 2.

Tabelle 2 Anzahl der *)ee-WertAusbeute Beispiel 4 1 78, 2 % 99,1 % Beispiel 5 281, 4% 98,9 % Beispiel 6 3 77, 5% 99,1 % *) % der Theorie, bezogen auf eingesetzte S-Äpfelsäure

Beispiele 7 bis 10 Vergleichsbeispiele Es wurde wie in Beispiel 3 verfahren, jedoch wurde bei der Katalysatorherstellung kein Re207 verwendet. Es wurde bei verschiedenen Temperaturen gearbeitet. Einzel- heiten siehe Tabelle 3.

Tabelle 3 Temperatur Reaktionszeit Ausbeute ee-Wert d.Th.]Stunden[% Beispiel 7 60°C 24 kein Umsatz Beispiel 8 80°C 24 19, 9 % 9,9 % Beispiel 9 100°C 19 68, 2 % 78,4 % Beispiel 10 45,3%0,1%25 Beispiele 11 und 12 Es wurde verfahren wie in Beispiel 1, jedoch wurde statt Re207 einmal eine ent- sprechende Menge einer sauren Zinn (II)-chloridlösung und einmal eine entspre- chende Menge Eisen (II)-oxalat eingesetzt. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 4 ersicht- lich.

Tabelle 4 Katalysator Reaktionszeit Ausbeute ee-Wert [Stunden] [% der Theorie] Beispiel3088,493,4%Ru/Sn Beispiel 12 Ru/Fe 24 62, 9 94, 3 %