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Neuartige hochselektive Katalysatoren für die asymmetrische Ketonhydrierung
(2009)
- Für die Entwicklung von Medikamenten und von neuen Produkten im Bereich der Agrarchemie werden häufig chirale Verbindungen benötigt. Für deren Herstellung gibt es bisher keine einzelne Technologie, die man als Patentrezept bezeichnen könnte. Die Synthese solcher Verbindungen mittels Metallkatalyse, die chemisch gesehen viele Vorteile bietet, ist allerdings oftmals abfall- und kostenintensiv. Ein stetig wachsendes Umweltbewusstsein und damit verbundene produktionstechnische Auflagen machen es daher für die Industrie unabdingbar, sich der Erforschung neuer Katalysatoren zu widmen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten neuartige, hocheffizient und -selektiv arbeitende chirale Katalysatorsysteme auf der Basis von substituierten Imidazo[1,5-b]pyridazinen entwickelt werden. Diese kostengünstigen und leistungsfähigen Katalysatoren werden modular aufgebaut und sind in einer großen Zahl von Lösungsmitteln anwendbar. Damit lässt sich das Aktivitäts- und Selektivitätsverhalten der Katalysatoren gezielt einstellen. Ein Komplex dieser Katalysatorbibliothek wurde für die enantioselektive Hydrierung von Propiophenon als Modellsubstrat benutzt. Hierbei zeigte sich – nach Optimierung verschiedener Katalyseparameter wie Additive, Co-Substrate, etc. – die außerordentliche Aktivität und Enantioselektivität des neuartigen, phosphorfreien Katalysatorsystems unter Verwendung milder Reaktionsbedingungen wie 20 bar Wasserstoffdruck und Raumtemperatur. Im Rahmen dieser Screeningexperimente konnten sich die neuartigen phosphorfreien Iridium-Komplexe zudem durch eine hohe Langzeitstabiliät auszeichen, was ein Arbeiten bei Konzentrationen < 0.005 mol% erlaubt. Diese Eigenschaften wurden durch gezielte Studien zur Struktur-Wirkungsbeziehung näher untersucht. Das in dieser Arbeit vorgestellte und verwendete Ligandensystem vereint mehrere Strukturprinzipien, die, wie die durchgeführten Arbeiten gezeigt haben, alle zusammen vorhanden sein müssen, um diese hohe Katalysatorleistung zu gewährleisten. Für eine mögliche industrielle Anwendung ist eine hohe Variabilität bezüglich der Substrate unabdingbar. Aus diesem Grund wurde eine große Anzahl verschiedener Alkylarylketone als Substrate wie beispielsweise das 2,2- Dimethylpropiophenon oder das 2´-Methylbenzophenon, das ein wichtiges Intermediat für die Herstellung des pharmakologisch wirksamen Orphenadrin darstellt eingesetzt und getestet. Hierbei zeigt sich, dass sogar ohne Anpassung der Reaktionsparameter eine hoch enantioselektive und vollständige Umsetzung vor allem für Derivate mit einem hohen ökonomischen Wert erfolgt. Der Maßstab dieser Reaktionen lässt sich auch, wie anhand von zwei Beispielen gezeigt werden konnten, problemlos und ohne weiteren technischen Aufwand um den Faktor 1000 vergrößern unter Beibehalt eines Umsatzes > 99 % sowie eines exzellenten Enantiomerenüberschusses > 99 %. Mit den im Rahmen dieser Arbeit erzielten Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass die dargestellten imidazo[1,5-b]pyridazinsubstituierten Amido-Hydroxy-Systeme für die enantioselektive Hydrierung nichtaktivierter Ketone geeignet sind. Insbesondere für die pharmazeutische und die agrochemische Industrie bietet diese Entwicklung ein interessantes Potential. Ausgehend von einfachen Verbindungen lassen sich jetzt gezielt Produkte mit funktionalen Eigenschaften und einem entsprechend hohen ökonomischen Wert erzeugen, ohne dass unerwünschte Nebenprodukte oder Abfälle entstehen. Die neuen Katalysatoren leisten somit einen Beitrag zu einer ökonomisch verbesserten Wertschöpfung.
