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1. WO2001055060 - CHIRAL IONIC LIQUIDS

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Chirale ionische Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft chirale ionische Flüssigkeiten, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung in Verfahren zur asymmetrischen Synthese, der asymmetrischen Katalyse und zur Trennung von Racematen.

Unter ionischen Flüssigkeiten versteht man allgemein Salze oder Gemische aus Salzen, deren Schmelzpunkte unterhalb 80°C liegen. Diese Salze bestehen aus Anionen wie z.B. Halogenostannaten, Halogenoaluminaten, Hexafluorophospha-ten oder Tetrafluoroboraten kombiniert mit substituierten Ammonium-, Phospho-nium, Pyridinium- oder Imidazolium-Kationen. Mehrere Veröffentlichungen beschreiben bereits die Verwendung ionischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel für Übergangsmetall-katalysierte Reaktionen (T. Welton, Chem. Rev. 1999, 99, 2071; J.D. Holbry, K.R. Seddon, Clean Products and Processes, 1999, 223). Beispielsweise wurden Hydrierungen von Olefinen mit Rhodium(I) (P. A. Z. Suarez, J. E. L. Dullius, S. Einloft, R. F. de Souza und J. Dupont, Polyhedron 15/7, 1996, 1217-1219), Ruthenium(II)- und Cobalt(II)-Komplexen (P. A. Z. Suarez, J. E. L. Dullius, S. Einloft, R. F. de Souza und J. Dupont, Inorganica Chimica Acta 255, 1997, 207-209) in ionischen Flüssigkeiten mit Tetrafluorobo-rat-Anion erfolgreich durchgeführt. Auch die Hydroformylierung von funktionali-sierten und unfunktionalisierten Olefinen mit Rhodium-Katalysatoren in ionischen Flüssigkeiten mit schwach koordinierenden Anionen (z.B. PF6", BF4") ist beschrieben (EP-A-0776880, Y. Chauvin, L. Mussmann, H. Olivier, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1995, 34, 2698; W. Keim, D. Vogt, H. Waffenschmidt, P. Wasser-scheid, J. of Cat., 1999, 186, 481).
Zur Synthese von binären ionischen Flüssigkeiten vom Typ [A]+[Y]" kann ein zweistufiges Verfahren angewendet werden (J. S. Wilkes, M. J. Zaworotko, J. Chem. Soc, Chem. Commun., 13, 1992, 965). Dabei wird zunächst durch Reaktion eines Alkylierungsreagenz RX und eines Amins NRXR2R3 oder eines Phosphans PR1R2R3 in einer Quarternisierungsreaktion das organische Ammoniumsalz [NR1R2R3R]+ X" oder das organische Phosphoniumsalz [PR1R2R3R]+ X" aufgebaut. X" ist dabei in der Regel ein Halogenidion. Das organische Halogenid-salz wird isoliert und in einer nachfolgenden, zweiten Reaktionsstufe in einer Austauschreaktion mit dem Alkali- oder Erdalkalisalz des Typs M+[Y]" umgesetzt. Dies geschieht in einem Lösungsmittel in dem das Nebenprodukt M+ X" schwerlöslich, die zu synthetisierende ionische Flüssigkeit [A]+[Y]~ dagegen gut löslich ist.
Dieses zweistufige Verfahren wurde in der Literatur zur Darstellung von ionischen Flüssigkeiten mit [BF4]"-, [PF6]"-, Acetat-, Nitrat-, HSO4"-, SO42"-Ionen erfolgreich verwendet (J. S. Wilkes, M. J. Zaorotko, J. Chem. Soc, Chem. Commun., 13, 1992, 965, B. Ellis, WO 9618459 AI 960620, 1996 J. Füller, R. T. Carlin, H. C. de Long, D. Haworth, J. Chem. Soc, Chem. Commun., 3, 1994, 299).
Ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von ionischen Flüssigkeiten ist in der europäischen Patentanmeldung EP 00118442.3, ein Verfahren zur haloge-nidfreien Herstellung ist in der europäischen Patentanmeldung EP 00118441.5 beschrieben.
Zu ionischen Flüssigkeiten, deren Eigenschaften und Herstellung kann ferner auf P. Wasserscheid in Nachrichten aus der Chemie, 2001 (49), Seiten 12 - 16 und P. Wasserscheid und W. Keim in Angewandte Chemie, 2000 (112), 3926 - 3945 verwiesen werden.
Die bisher in ionischen Flüssigkeiten verwendeten Kationen besitzen jedoch mit Ausnahme von einem Fall keine chiralen Zentren. Die einzige ionische Flüssigkeit mit Chiralität im Kation [N,N-di-(2'S-2'-methanbutan) imidazolizumbromid] wurde von Howarth et al. beschrieben (J. Howarth, K. Hanion, D. Fayne, P. McCormac, Tetrahedron Letters 1997, 17, 3097-3100). Diese chirale ionische Flüssigkeit besitzt ein Imidazoliumion mit einer chiralen Seitenkette und wurde bei der katalysierten asymmetrischen Diels-Alder-Reaktion verwendet, was je-doch nur zu geringen Enantiomerenüberschüssen führte. Diese Klasse chiraler ionischer Flüssigkeiten ist nur sehr aufwendig und teuer enantiomerenrein oder enantiomerenangereichert zu synthetisieren, da als Vorstufe eine enantiome-renreine oder eine enantiomerenangereicherte Chlorverbindung oder ein anderes enantiomerenreines oder ein enantiomerenangereichertes Alkylierungsmittel ein-gesetzt werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Zurverfügungstellung ionischer Flüssigkeiten, welche in Verfahren zur asymmetrischen Synthese, bei der asymmetrischen Katalyse sowie bei der Racemattrennung eingesetzt werden können.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung sollte ein Verfahren zur Synthese von chiralen ionischen Flüssigkeiten zur Verfügung gestellt werden, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung chirale ionische Flüssigkeiten der allgemeinen Formel

[A]n+ [Y]n",

wobei n = 1 oder 2 ist,
das Anion [Y]n" das Anion einer organischen oder anorganischen Protonensäure ist und das Kation [A]+ ein optisch aktives organisches Ammonium-Kation mit bis zu 50 Kohlenstoffatomen und wenigstens einem Chiralitätszentrum und wenigstens einer funktionellen Gruppe ist, wobei die funktioneile Gruppe zur Ausbildung einer Koordination durch Ausbildung von Wasserstoffbrücken oder Zurverfügungstellung von freien Elektronenpaaren befähigt ist und wenigstens ein Chiralitätszentrum einen Abstand von bis zu 5 Atombindungen von der funktionellen Gruppe aufweist.
Die erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten weisen einen Schmelzpunkt von bis zu 100°C und vorzugsweise bis zu 80°C auf.
Als Protonensäure deren Anion das Anion [Y]n" bilden kann, kommt grundsätzlich jede Protonensäure in Frage, insbesondere jedoch solche mit einer Säurekon-stante pks < 13, vorzugsweise mit einer Säurekonstante pks < 8, besonders bevorzugt mit einer Säurekonstante pks <5.
Die erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten können auch aus Gemischen der genannten Kationen und Anionen bestehen, insbesondere aus einem Gemisch von wenigstens zwei unterschiedlichen Kationen und einem Anion, ei-nem Kation und wenigstens zwei unterschiedlichen Anionen oder wenigstens zwei unterschiedlichen Anionen und wenigstens zwei unterschiedlichen Anionen bestehen .

In einer Ausführungsform sind die erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssig- keiten dadurch gekennzeichnet, dass das Anion [Y]π" der organischen oder anorganischen Protonensäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid, Nitrat, HSO4", H2PO4", HPO42", Bis-(trifluormethansulfon)-imidat, Tetrafluoroborat ([BF4]"), Tetrachloroborat ([BCI4]"), Hexafluorophosphat ([PFe]")/ Hexafluoroantimonat ([SbF6]"), Hexafluoroarsenat ([AsF6]"), Tetrachloro-aluminat ([AICI4]"), Trichlorozinkat [(ZnCI3]~), Dichlorocuprat, Sulfat ([SO4]2"), Carbonat ([CO3]2"), Fluorosulfonat, [R'-COO]", [R'-SO3]" oder [(R'-SO2)2N]", wobei R' ein linearer oder verzweigter 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthaltender aliphati-scher oder alicyclischer Alkyl- oder ein C5-Cι8-Aryl-, C5-C18-Aryl-Cι-C6-alkyl- oder Cι-C6-Alkyl-C5-C18-aryl-Rest ist, der durch Halogenatome, insbesondere durch Fluor und Chlor substituiert sein kann. Die Gruppe R' kann wenigstens ein Chiralitätszentrum aufweisen. Hierzu ist dann von entsprechenden optisch aktiven Ausgangsverbindungen auszugehen. Als Beispiele von Anionen der allgemeinen Formel R'-COO" seien Butanoat-, Hexanoat-, Citrat-, Tartrat-, Lactat- oder Succi-nat-Anionen genannt.

Das wenigstens ein Chiralitätszentrum enthaltende chirale (optisch aktive) Ammonium-Kation [A]+ weist vorzugsweise bis zu 40, besonders bevorzugt bis zu 25 Kohlenstoffatome, vorzugsweise wenigstens 3, besonders bevorzug we-nigstens 5 Kohlenstoffatome auf.
Ferner weist das Kation [A]+ vorzugsweise eine Alkohol- (OH), Ether- (OR), Thiol- (SH), Thioether- (SR), Nitril- (CN), Carbonsäure- (COOH), Carbonsäureester- (COOR), Phosphan- (PR2), Keton- (COR), Aldehyd- (CHO), Nitro- (NO2), Azid- (N3), Phenyl-, Fluorid- oder Chlorid-Gruppe als funktioneile Gruppe G auf. Diese Gruppen sind durch Ausbildung von Wasserstoffbrücken oder durch Zurverfügungstellung von freien Elektronenpaaren zur einer Koordination mit anderen Molekülen, welche Wasserstoffbrücken-Acceptoren und/oder Acceptoren für freie Elektronenpaare aufweisen, befähigt. Wenigstens ein Chiralitätszentrum weist einen Abstand von 1 bis 5 Atombindungen, vorzugsweise bis zu drei Atom-bindungen von der funktionellen Gruppe auf.

Das Ammonium-Kation [A]+ kann als allgemeine Formel [NRwR RyRz]+ wiedergegeben werden, wobei Rw, Rx, Ry und Rz unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
- Wasserstoff;
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis zu

20, besonders bevorzugt bis zu 8 Kohlenstoffatomen;
- Heteroaryl-, Heteroaryl-Cι-C6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, die mit wenigstens einer Gruppe ausgewählt aus Ci-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein kann;
- Aryl-, Aryl-Cι-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis zu 10 Kohlenstoffatomen im Arylrest, und
- Silyl-Gruppen der allgemeinen Formel -SiRtRuRv, wobei P , Ru und Rv unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Cι-C6-Alkyl und C5-Cι2-Aryl, vorzugsweise Cι_-C3-Alkyl;
wobei wenigstens eine dieser Gruppen Rw, Rx, Rγ und Rz wenigstens ein Chiralitätszentrum ausweist, wenigstens eine der Gruppen Rw, Rx, Rγ und Rz mit wenigstens einer obengenannten funktionellen Gruppen entweder substituiert ist oder diese enthält, zwei der Gruppen Rw, Rx, Ry und Rz unter Bildung eines 4, 5, 6 oder 7-gliedrigen gesättigten oder ungesättigten Ringes, der zusätzlich wenigstens ein Heteroatom, ausgewählt aus Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten kann, verknüpft sein können, und dieser Ring mit wenigstens einer der obengenannten Alkyl-, Aryl- oder Heteroaryl-Gruppen substituiert sein kann;
mit der Maßgabe, dass nicht mehr als ein, vorzugsweise nicht mehr als zwei, be-sonders bevorzugt nicht mehr als drei der Gruppen Rw, Rx, Ry und Rz gleichzeitig Wasserstoff sind.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass [A]+ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus


wobei m = 0 oder 1 ist,
X aus gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel,
R, R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
- Wasserstoff;
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, wobei die linearen oder verzweigten aliphatischen Alkylgruppen mit einer Hydroxyl- oder Thi-olgruppe substituiert sein können;
- Heteroaryl-, Heteroaryl-Cι-C6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, der mit wenigstens einer Gruppe ausgewählt aus Cι-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein kann;
- Aryl-, Aryl-Cι-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, der gegebenenfalls mit wenigstens einer d-C6-Alkylgruppe und/oder einem Halogenatom substituiert sein kann, und
- Silyl-Gruppen der allgemeinen Formel -SiR6R7R8, wobei R6, R7 und R8 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus d-C6-Alkyl und Cs-Cι2-Aryl, vorzugsweise Cι-C3-Alkyl, sowie G ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus -OH, Ether- (-OR), Thiol-, Thi-oether- (-SR), Nitril- (-CN), Carbonsäure- (-COOH), Carbonsäureester- (-COOR), Phosphan- (-PR2), Keton- (-COR), Aldehyd- (-CHO), Nitro- (-N02), Azid- (-N3), Phenyl-, Fluorid- oder Chlorid-, wobei R die obengenannten Bedeutungen hat, mit der Maßgabe, dass R4 und R5 nicht gleichzeitig Wasserstoff ist.

Die linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen weisen vorzugsweise bis zu 20 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt bis zu 8 Kohlenstoffatome und sind beispielhaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Methyl-, Ethyl-, Propyl-, iso-Propyl-, n-, iso-, sek.-, tert.-Butyl-, den verschiedenen Isomeren der Pentyl-, Hexyl-, Heptyl- und Octyl-Gruppen, die gegebenenfalls mit einer Hydroxylgruppe substituiert sein können sowie der entsprechenden ungesättigten und oder cyclischen Gruppen, sofern sie existieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind R, R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder die genannten Alkylgruppen.

In einer weiteren Alternative der Erfindung sind die chiralen ionischen Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass R, R1, R2, R3, R4, R5 R6, R7 und R8 unabhängig voneinander wenigstens ein Chiralitätszentrum aufweisen können.
Soweit nicht anders spezifiziert bedeutet "Halogenatom" oder "Halogenid" Fluor(id), Chlor(id), Brom(id) oder Iod(id), vorzugsweise Fluor, Chlor oder Brom. Mit "Ci-Ce-Alkylgruppe" sind lineare, verzweigte oder alicyclische Gruppen gemeint, insbesondere jedoch die Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n-Butyl-, iso-Butyl-, sek.-Butyl- oder tert.-Butyl-Gruppe. Unter "C5-C12-Aryl-Gruppe" sind insbesondere die Phenyl- oder die Naphthylgruppe zu verstehen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten chiralen ionischen Flüssigkeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt einen wesentlich einfacheren und kostengünstigeren Zugang zu ionischen Flüssigkeiten mit chiralen Kationen. Dies wird ermöglicht durch ein neues Konzept zur Synthese chiraler ionischer Flüssigkeiten. Dabei wird nicht wie bei den von Howarth et al veröffentlichten chiralen ionischen Flüssigkeiten die Chiralität im Alkylierungsschritt in das Kation eingeführt. Auch werden nicht wie bisher die allgemein zur Synthese ionischer Flüssigkeiten üblichen Ammonium-, Phosphonium-, Pyridinium- oder Imidazolium-Kationen verwendet.

Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten chiralen ionischen Flüssigkeiten durch Alkylierung eines dem Ammonium-Kation [A]+ der allgemeinen Formel [NRwRxRyR2]+ zugrunde liegenden Ami-nes NRxRyRz mit mit einem Alkylierungsreagenz der Formel RWX\ RwS04Rw, R'SO3Rw oder [Rw3O]+BF4~, wobei X1 Fluorid, Chlorid, Bromid oder Iodid ist, Rw die oben angegebene Bedeutung hat, jedoch nicht Wasserstoff ist, Rx, Ry und Rz die oben angegebenen Bedeutungen haben,
mit der Maßgabe, dass nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als eine der Gruppen Rx, Rγ und Rz gleichzeitig Wasserstoff sind.
Der oben verwendete Begriff "Alkylierung" ist sinngemäß durch "(Hetero-) Ary-lierung" oder "Silylierung" zu ersetzen, wenn entsprechende, oben erwähnte Gruppen eingeführt werden.

In einer besonderen Ausgestaltung einzelnen betπfft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten chiralen ionischen Flüssigkeiten durch Umsetzung [Alkylierung, (Hetero-)Arylierung oder Silylierung] der optisch aktiven Amine



mit einem Reagenz [Alkylierungsreagenz, (Hetero-)Arylierungsreagenz, Silylie-rungsreagenz) der Formel R3X\ R3SO4R3 ', R'S03R3 oder [R33O]+BF4", wobei X1 Fluorid, Chlorid, Bromid oder Iodid ist, R' die oben angegebene Bedeutung hat, R3 die oben angegebene Bedeutung hat und R3 aus der Gruppe von R3 ausge-wählt ist, jedoch von R3 verschieden sein kann. Bevorzugt ist jedoch R3 = R3 . Vorzugsweise werden Di-R3-sulfate der allgemeinen Formel R3-SO4-R3 eingesetzt, also symmetrische Organodisulfate in welcher R3 die obengenannte Bedeutung hat. Bevorzugt sind Di-Cι-C6-Alkylsulfate, insbesondere Dimethyl-, Diethyl-, Di-n-propyl-, Diisopropyl-, Di-n-butyl-, Diisobutyl-, Di-tert.-butyl-, Di-n-pentyl-, Diiso-pentyl-, Di-neo-pentyl-, Di-n-hexylsulfat sowie Dicyclohexylsulfat. Ferner bevorzugt sind Cι-C6-Alkyliodide und -Bromide sowie die [(Cι-C6-)3O]+BF4" -Meerwein Salze.
In einem nachfolgenden Reaktionsschritt kann das Anion X1", R3 S04", R SO3" und BF4" durch literaturbekannte Austauschreaktionen in ein davon verschiedenes Anion [Y]" oder [Y]2" überführt werden.
Die optisch aktiven Amine la, Ha und lila sind im Stand der Technik bekannt, teilweise im Handel erhältlich oder ohne weiteres durch bekannte Syntheseverfahren herstellbar. Einfach Ausgangsprodukte sind beispielsweise Verbindungen, die sich von Aminosäuren ableiten, Oxazoline, Dihydroimidazoline, Thiazoline, Di-hydrothiazoline, Nicotin, Ephedrin, 2-Hydroxyalkylamine, 2-Alkoxyalkylamine, etc. . Die optische Reinheit der erfindungsgemäßen ionischen Flüssigkeiten ist im wesentlichen von der optischen Reinheit der chiralen Ausgangsverbindungen abhängig.
Im Gegensatz zu den von Howarth et al beschriebenen chiralen ionischen Flüs-sigkeit wird erfindungsgemäß zur Synthese der chiralen ionischen Flüssigkeiten in enantiomerenreiner oder enantiomerenangereicherter Form kein teures enan-tiomerenreines oder enantiomerenangereichert.es Alkylierungsreagenz benötigt. Vielmehr sind erfindungsgemäß alle Kationen durch einfache, literaturbekannte organische Syntheseschritte direkt aus natürlich verfügbaren, enantiomerenrei-nen Ausgangsstoffen in enantiomerenreiner oder enantiomerenangereicherter Form zugänglich („chiral pool"). Dadurch sind die neuartigen chiralen ionischen Flüssigkeiten in großen Mengen enantiomerenrein oder enantiomerenangerei-chert preiswert zugänglich.

Die Reaktion wird bei Temperaturen von -196 °C bis +150 °C, vorzugsweise zwi-schen-80 °C und +80 °C, ganz besonders bevorzugt zwischen 0 °C und +60 °C durchgeführt. Die Herstellung und Aufarbeitung der ionischen Flüssigkeiten kann in dafür geeigneten Lösungsmitteln oder in Substanz erfolgen.
Die Verfahren zur Herstellung ionischer Flüssigkeiten einschließlich des Anionen-austausches sind von den einzelnen Systemen abhängig und im Stand der Technik bekannt. Insoweit kann auf die in der Einleitung erwähnten Literaturzitate verwiesen werden.
Die obengenannten erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten können zur Trennung von Racematen in die einzelnen Enantiomere, als Lösungsmittel für die asymmetrische anorganische und organische Synthese, als auch als Lösungsmittel für die asymmetrische Katalyse bei organischen und anorganischen Reaktionen verwendet werden.
Die Trennung der Racemate erfolgt über die Ausbildung eines zweiphasigen Sys-tems wobei eine Phase durch das Racemat, die andere durch die chirale ionische Flüssigkeit gebildet wird. Bedingt durch die unterschiedliche Löslichkeit der Enantiomere in der chiralen ionischen Flüssigkeit kommt es zu einer Anreicherung des besser löslichen Enantiomers in der chiralen ionischen Flüssigkeit.
Alternativ kann das Racemat in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst werden. Diese Lösung des Racemats bildet dann mit der chiralen ionischen Flüssigkeit das zweiphasige System aus. Wiederum bedingt durch die unterschiedliche Löslichkeit der Enantiomere in der chiralen ionischen Flüssigkeit kommt es zu einer Anreicherung des in der chiralen ionischen Flüssigkeit besser löslichen Enantiomers in dieser chiralen ionischen Flüssigkeit.
Dementsprechend können die chiralen ionischen Flüssigkeiten gemäß dieser Erfindung als Chlatratbildner bei der Racematspaltung oder Enantiomerentren-nung durch Extraktivkristallisation oder als Lösungsmittel für die extraktive Racematspaltung oder Enantiomerentrennung verwendet werden.
Weitere Verwendungsgebiete der erfindungsgemäßen ionischen Flüssigkeiten sind in deren Verwendung als Lösungsmittel für die asymmetrische organischen und anorganischen Synthese, beispielsweise bei Diels-Alder Reaktionen und Ben-zoin-Reaktionen und die asymmetrische Katalyse, insbesondere bei der Hydrierung und der Hydrovinylierung zu sehen.

Dementsprechend betrifft die Erfindung auch Verfahren zur Racematspaltung und Enantiomerentrennung, zur asymmetrischen Synthese sowie zur asymmetrischen Katalyse unter Verwendung der erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten.
In Gegenwart der erfindungsgemäßen chiralen ionischen Flüssigkeiten verlaufen die Racemattrennung, die asymmetrische Synthese und die asymmetrische Katalyse unter hohen Enantiomerenausbeuten.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung ohne sie jedoch zu beschränken.

Beispiele

1H und 13C NMR spektroskopische Bestimmungen wurden mit einem NMR Spektrometer DPX 300 der Firma Bruker durchgeführt.
Der Enantiomerenüberschuss wurde bestimmt durch Derivatisierung der erhaltenen chiralen ionischen Flüssigkeit mit Mosher 's Reagenz und anschließender NMR-spektroskopischer Auswertung der Enantiomerenpeaks.

1) Synthese der chiralen ionischen Flüssigkeit 4-(S)-Isopropyl-2,3-dimethyl-oxa- zoliniumtetrafluoroborat

117 g (1 mol) L-Valin werden mit 100 g (2,5 mol) Natriumborhydrid in 1000 ml THF suspendiert und auf 0°C gekühlt. Eine Lösung von 66 ml ( 1,25 mol) Schwefelsäure in 150 ml Diethylether wird unter Rühren so zugegeben, dass die Tem-peratur der Reaktionsmischung unterhalb 20°C bleibt. Nach beendeter Zugabe wird auf Raumtemperatur erwärmt und 12h gerührt. Zur Zerstörung von überschüssigem Diboran werden 100 ml Methanol zugegeben. Die Reaktionsmischung wird am Rotationsverdampfer auf etwa 500 ml eingeengt und 1000 ml 5N Natronlauge zugefügt. Die Lösungsmittel werden bis 100°C abdestilliert, danach wird 3h unter Rückfluss gekocht. Die Lösung wird mit Dichlormethan extrahiert, und das Dichlormethan wird im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Valinol beträgt 86,5 g (84%).
20 g (0.194 mol) Valinol werden mit 11,64 g (0,194 mol) Essigsäure in 60 ml To-luol gelöst und 24h unter Rückfluss am Wasserabscheider gekocht. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit 10% Salzsäure extrahiert. Die wässrige Phase wird mit 40% Natronlauge neutralisiert und mit Diethylether extrahiert. Die organische Phase wird über Na2SO4 getrocknet und das Lösungsmittel entfernt. Destillation (112°C) ergibt 19,2 g (78%) 4-(S)-Isopropyl-2-methyloxazolin als farblo-ses Öl.
15 g (0,12 mol) 4-(S)-Isopropyl-2-methyloxazolin werden in 50 ml Dichlormethan gelöst und auf -20°C gekühlt. 18 g (0,122 mol) Meerweibs Reagenz werden in Portionen zugegeben. Die Reaktionsmischung wird nach beendeter Zugabe 2h bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt und der Rückstand mit Diethylether gewaschen. Die Ausbeute an 4-(S)-Isopropyl-2,3-dimethyl-oxazoliniumtetrafluoroborat beträgt 27 g. Der Enantiomerenüberschuss im Produkt beträgt >95 %.

NMR-Daten :
XH-NMR (CDCI3) : 5,22 (ddd, 1H); 4,69 (d, 2H); 3,53 (s, 3H); 2,41(m, 1H); 2,17 (s, 3H); 0,99 (d, 3H); 0,93 (d, 3H).
13C-NMR (CDCI3) : 176,4; 72,1; 68,4; 53,8; 26,7; 18,0; 15,6; 15,0.

2) Synthese der chiralen ionischen Flüssigkeit 3-Butyl-4-('S)-isopropyl-2-methyl- oxazoliniumtetrafluoroborat

117 g ( 1 mol) L-Valin werden mit 100 g (2,5 mol) Natriumborhydrid in 1000 ml THF suspendiert und auf 0°C gekühlt. Eine Lösung von 66 ml ( 1,25 mol) Schwefelsäure in 150 ml Diethylether wird unter Rühren so zugegeben, dass die Tem-peratur der Reaktionsmischung unterhalb 20°C bleibt. Nach beendeter Zugabe wird auf Raumtemperatur erwärmt und 12h gerührt. Zur Zerstörung von überschüssigen Diboran werden 100 ml Methanol zugegeben. Die Reaktionsmischung wird am Rotationsverdampfer auf ca. 500 ml eingeengt und 1000 ml 5N Natronlauge zugefügt. Die Lösungsmittel werden bis 100° C abdestilliert, danach wird 3h unter Rückfluss gekocht. Die Lösung wird mit Dichlormethan extrahiert. Das Dichlormethan wird im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Valinol beträgt 86,5 g (84%).

20 g (0,194 mol) Valinol werden mit 11,64 g (0,194 mol) Essigsäure in 60 ml To-luol gelöst und 24h unter Rückfluss am Wasserabscheider gekocht. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit 10% Salzsäure extrahiert. Die wässrige Phase wird mit 40% Natronlauge neutralisiert und mit Diethylether extrahiert. Die organi-sehe Phase wird über Na2SO getrocknet und das Lösungsmittel entfernt. Destillation ( 112°C) ergibt 19,2 g (78%) 4-(S)-Isopropyl-2-methyloxazolin als farbloses Öl.
15 g (0,12 mol) 4-(S)-Isopropyl-2-methyloxazolin werden in 50 ml Dichlormethan gelöst und bei Raumtemperatur unter Rühren mit 17,8 g (0,13 mol) Bu-tylbromid versetzt. Nach beendeter Zugabe wird 2h auf 50°C erwärmt. Nach Entfernen des Lösungsmittels unter Vakuum erhält man 31,4 g (99%) 3-Butyl-4-(S)-isopropyl-2-methyl-oxazoliniumbromid.
Dieses wird in 50 ml Dichlormethan gelöst und mit 22 g (0,2 mol) Natrium-tetrafluoroborat versetzt. Diese Mischung wird 5 Tage bei Raumtemperatur ge-rührt. Die Salze werden abfiltriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an 3-Butyl-4-(S)-isopropyl-2-methyloxazolinium-tetrafluoroborat beträgt 29,5 g. Der Enantiomerenüberschuss im Produkt beträgt >95 %.

NMR-Daten :
XH-NMR (CDCI3) : 5,13 (ddd, 1H); 4,72 (dd, 2H); 4,42 (t, 2H); 2,43 (m, 1H);

2,22 (s, 3H); 1,99 (tt, 2H); 1,39 (tt, 2H) ; 1,05 (d, 3H), 0,99 (t, 3H); 0,95 (d,

3H).
13C-NMR (CDCI3) : 175,3; 71,0; 67,8; 54,3; 50,1; 31,4; 25,5; 19,2; 17,2; 14,8;

12,9.

3) Synthese der chiralen ionischen Flüssigkeit 3-Butyl-4-(S)-isopropyl-2-methyl- oxazoliniumhexafluorophosphat

117 g (1 mol) L-Valin werden mit 100 g (2.5 mol) Natriumborhydrid in 1000 ml THF suspendiert und auf 0°C gekühlt. Eine Lösung von 66 ml ( 1.25 mol) Schwefelsäure in 150 ml Diethylether wird unter Rühren so zugegeben, dass die Temperatur der Reaktionsmischung unterhalb 20°C bleibt. Nach beendeter Zugabe wird auf Raumtemperatur erwärmt und 12h gerührt. Zur Zerstörung von überschüssigen Diboran werden 100 ml Methanol zugegeben. Die Reaktionsmischung wird am Rotationsverdampfer auf ca. 500 ml eingeengt und 1000 ml 5N Natronlauge zugefügt. Die Lösungsmittel werden bis 100°C abdestilliert, danach wird 3h unter Rückfluss gekocht. Die Lösung wird mit Dichlormethan extrahiert. Das Dichlormethan wird im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Valinol beträgt 86,5g (84%).
20 g (0.194 mol) Valinol werden mit 11.64 g (0.194 mol) Essigsäure in 60 ml To-luol gelöst und 24h unter Rückfluss am Wasserabscheider gekocht. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit 10% Salzsäure extrahiert. Die wässrige Phase wird mit 40% Natronlauge neutralisiert und mit Diethylether extrahiert. Die organi-sehe Phase wird über NaSO4 getrocknet und das Lösungsmittel entfernt. Destillation (112°C) ergibt 19.2 g (78%) 4-(S)-Isopropyl-2-methyloxazolin als farbloses Öl.
15 g (0.12 mol) des Oxazolins werden in 50 ml Dichlormethan gelöst und bei Raumtemperatur unter Rühren mit 17.8 g (0.13 mol) Butylbromid versetzt. Nach beendeter Zugabe wird 2h auf 50°C erwärmt. Nach Entfernen des Lösungsmittels unter Vakuum erhält man 31.4 g (99%) 3-Butyl-4-(S)-isopropyl-2-methyl-oxa-zoliniumbromid.
20 g (0.074 mol) Oxazoliniumsalz werden in 100 ml Wasser gelöst und bei Raumtemperatur unter Rühren mit 0.1 mol Hexafluorophosphorsäure in wässri-ger Lösung versetzt. Die Reaktionsmischung wird mehrfach mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an 3-Butyl-4-(S)-isopropyl-2-methyl-oxazoliniumhexafluorophosphat beträgt 24 g. Der Enantiomerenüberschuss im Produkt beträgt >95 %.

NMR-Daten :
XH-NMR (CDCI3) : 5,22 (ddd, 1H); 4,69 (dd, 2H); 4,40 (t, 2H); 2,41 (m, 1H);

2,17 (s, 3H); 1,93 (tt, 2H); 1,35 (tq, 2H); 0,99 (d, 3H), 0,96 (t, 3H); 0,93 (d,

3H)
13C-NMR (CDCI3) : 176,4; 72,1; 68,4; 53,8; 49,6; 32,1; 26,7; 19,4; 18,0; 15,0; 13,4

4) Synthese der chiralen ionischen Flüssigkeit ( l-Hydroxymethyl-2-methyl-pro-pyD-trimethvIammonium-hexafluorophosphat 117 g ( 1 mol) L-Valin werden mit 100 g (2,5 mol) Natriumborhydrid in 1000 ml THF suspendiert und auf 0°C gekühlt. Eine Lösung von 66 ml (1,25 mol) Schwefelsäure in 150 ml Diethylether wird unter Rühren so zugegeben, dass die Temperatur der Reaktionsmischung unterhalb 20°C bleibt. Nach beendeter Zugabe wird auf Raumtemperatur erwärmt und 12h gerührt. Zur Zerstörung von überschüssigem Diboran werden 100 ml Methanol zugegeben. Die Reaktionsmischung wird am Rotationsverdampfer auf etwa. 500 ml eingeengt und 1000 ml 5N Natronlauge zugefügt. Die Lösungsmittel werden bis 100°C abdestilliert, danach wird 3h unter Rückfluss gekocht. Die Lösung wird mit Dichlormethan extrahiert. Das Dichlormethan wird im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Valinol beträgt 86,5 g (84%).
58,5 g (0,5 mol) Valinol werden in 115 g (2,5 mol) Ameisensäure gelöst und auf 0°C gekühlt. Zu dieser Mischung werden 1,2 mol Formaldehyd gegeben und bis zur Beendigung der Kohlendioxidentwicklung auf dem siedenden Wasserbad er-wärmt. Die Lösung wird mit Salzsäure angesäuert und die Lösungsmittel unter Vakuum entfernt. Der Rückstand wird in 50 ml Wasser gelöst, mit 25% Natronlauge basisch gemacht und mit Diethylether extrahiert. Die Extrakte werden über Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Destillation (33mbar/80°C) ergibt 53,7 g (82%) N,N-Dimethylvalinol als farbloses Öl. 50 g (0,38 mol) N,N-Dimethylvalinol werden in 100 ml Dichlormethan gelöst, mit 56,8 g (0,4 mol) Methyliodid versetzt und bei Raumtemperatur 12h gerührt. Das Lösungsmittel wird unter Vakuum entfernt, der Rückstand in 200 ml Wasser gelöst und unter Eiskühlung mit 0,4 mol Hexafluorophosphorsäure in wässriger Lösung versetzt. Die Reaktionsmischung wird mehrfach mit Wasser gewaschen und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an (l-Hydroxymethyl-2-me-thyl-propyl)-trimethylammonium-hexafluorophosphat beträgt 107 g. Der Enantiomerenüberschuss im Produkt beträgt >95 %.