Organische Chemie - Martens

­ Wertstoffsynthese aus Abfallstoffen der chemischen Industrie

Industriell anfallende chirale Abfallstoffe werden als Edukte für die Gewinnung von neuen potentiellen Wirk­stof­fen und Reagenzien für die enantioselektive Synthese benutzt. Vorteil einer solchen Vorgehensweise : Abfall­stoffe brau­chen nicht verbrannt oder ander­weitig entsorgt zu werden. Die Abfall­stoffe stehen kostenfrei in ausreichenden Men­gen zur Verfügung, der schmal bemessene Hoch­schul­etat wird nicht durch den Kauf dieser Ausgangsstoffe belastet. Aus dem Abfall­stoff wird eine Anzahl von potentiell brauchbaren Stoffen hergestellt. Ist die For­schung erfolgreich, so ist der Abfallstoff plötzlich ein begehrter Wertstoff.

Viele sterisch optisch aktive Wirkstoffe werden bis heute wirtschaftlich noch am ehesten durch eine Enantiomerentrennung aus dem Racemat hergestellt. Dabei fällt das ungewünschte Enantiomer in mindestens der gleichen Menge an, wie der homo­chirale optisch aktive Wirkstoff. Das unerwünschte Enantiomer kann in einigen Fällen racemisiert und anschließend recycliert werden. Doch das ist oft nicht mög­lich. Hier setzen wir mit unseren Arbeiten an und suchen nach anderen Verwen­dungs­möglichkeiten für derartigen Abfall. Konkret wurden z. B. von der deutsch-französischen Pharmafirma Sanofi-Aventis (1R,3R,5R)-2-Aza­bicyclo[3.3.0]octan-3-carbon­säure­ben­zyl­ester-Hydrochlorid kostenlos zur Ver­fügung gestellt. In einem Schritt bei der Her­stellung des Pharmawirkstoffes Ramipril findet eine Race­mat­spaltung von (1RS,3RS,5RS)-2-Aza­bi­cyclo[3.3.0]octan-3-carbonsäure­benzyl­ester statt. Für die Synthese des€E-Inhibitors Ramipril benötigt man lediglich das Enantiomer (1S,3S,5S)-2-Aza­bi­cyclo­[3.3.0]oc­tan-3-carbonsäure­benzyl­ester-Hy­dro­chlorid, die gleiche Menge des Abfall­stoffs fällt zwangs­läufig an und muß ent­sorgt werden. Ziel der synthetischen Forschung ist die Suche nach nützlichen Verwendungs­mög­lich­kei­ten für den Abfallstoff, vor allem sollen neue Reagenzien und Katalysatoren für die enantioselektive Synthese gewonnen werden. Die Arbeiten werden fortgesetzt. Inzwischen sind aus anderen Hochschulen und staat­lichen Forschungs­insti­tuten einige weitere Arbeiten zur Verwertung des Abfallstoffs (ungewünschtes Enantiomer, nicht brauchbar für die Ramipril-Synthese) (1R,3R,5R)-2-Aza­bicyclo[3.3.0]octan-3-carbon­säure­ben­zyl­ester-Hydrochlorid bekannt geworden.

Auch die Herstellung und Verwendung von Ionenaustauschern auf Chitosanbasis zählt zu diesem Arbeitsgebiet.

Die zukünftig geplanten Arbeiten sollen vor allem zu neuen Reagenzien und Kata­lysa­toren für die enantiosektive Synthese führen. Weiter­hin sollen neue chirale Se­lek­toren für die chromatographische Racemat­trennung entwickelt werden.

Kooperation

Prof. Dr. Francine Agbossou, Université de Lille / Frankreich

Prof. Dr. Romero Brunet, Universidad Autonoma Madrid / Spanien

Prof. Dr. Byung Tae Cho, Hallym University / Südkorea

Prof. Dr. Silvian Jugé, Université Cergy Pontoise / Frankreich

Dr. Arne Lützen / Universität Oldenburg

Prof. Dr. Santiago Luis, University Jaume I, Castellon / Spanien

Prof. Dr. Jaques Muzart, Université Reims / Frankreich

Prof. Dr. Ingfried Stahl / Universität Kassel

Ausgewählte Veröffentlichungen 1999-2004

M. Kossenjans, M. Soebert, S. Wallbaum, K. Harms, J. Martens, H. G. Aurich: Synthesis of β-amino alcohols and thiols with 2-azabicyclo[3.3.0]octane backbone and their application in enantioselective catalysis, J. Chem. Soc. Perkin I 1999, 2353-2365. (DOI:10.1039/a902362c)

O. Juanes, J. C. Rodríguez-Ubis, E. Brunet M. Kossenjans, H. Pennemann, J. Martens: New chiral catalysts containing N,O-heterocycles derived from chiral amino alcohols, Eur. J. Org. Chem. 1999, 3323-3333. (DOI:10.1002/(SICI)1099-0690(199912)1999:12<3323::AID-EJOC3323>3.0.CO;2-W)

M. Kossenjans, J. Martens: Highly stereoselective synthesis of 1,3-amino alcohols via Mannich reaction, Tetrahedron: Asymmetry 1999, 10, 3409-3416. (DOI:10.1016/S0957-4166(99)00342-0)

S. Wassmann, J. Wilken, J. Martens: Synthesis and Application of C2-symmetrical bis-β-amino alcohols based on the octahydro-cyclopenta[b]pyrrole system in the catalytic enantioselective addition of diethylzinc to benzaldehyde, Tetrahedron: Asymmetry 1999, 10, 4437-4445. (DOI:10.1016/S0957-4166(99)00475-9)

J. Wilken, M. Winter, I. Stahl, J. Martens: Enantioselective synthesis of 1-(1,3-dioxolan-2-yl)-3-pentanol from 3-(1,3-dioxolan-2-yl)-propanal by catalytic ethylation, Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 1073-1075. (DOI:10.1016/S0957-4166(00)00030-6)

J. Wilken, M. Winter, I. Stahl, J. Martens: Catalytic enantioselective addition of diethylzinc to 1,3-dithian-2-yl substituted aliphatic aldehydes: a new approach to optically active 2-(hydroxyalkyl)-1,3-dithianes, Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 1067-1071. (DOI:10.1016/S0957-4166(00)00029-X)

J. Wilken, S. Erny, S. Wassmann, J. Martens: New C2-symmetric 2,4-bis(1-hydroxycyclopentyl)azetidins derived from (S)-1-phenylethylamine and their application in the enantioselective catalysis, Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 2143-2148. (DOI:10.1016/S0957-4166(00)00155-5)

H. Pennemann, S. Wallbaum, J. Martens: Diastereoselective hydroboration of chiral enamines using an enantiomerically pure amine from an industrial waste material as the source of chirality, Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 2133-2142. (DOI:10.1016/S0957-4166(00)00169-5)

H. Pennemann, S. Wassmann, J. Wilken, H. Gröger, S. Wallbaum, M. Kossenjans, D. Haase, W. Saak, S. Pohl, J. Martens: Utilization of industrial waste materials. Part 19: Preparation of an enantiomerically pure helical nickel(II) complex using a new chiral tetradentate ligand derived from an unnatural amino acid, J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2000, 2467-2470. (DOI:10.1039/b002130j)

C. Pasquier, S. Naili, A. Mortreux, F. Agbossou, L. Pélinski, J. Brocard, J. Eilers, I. Reiners, V. Peper, J. Martens: Free and Cr(CO)3-Complexed Aminophosphine Phosphinite Ligands for Highly Enantioselective Hydrogenation of α-Functionalized Ketones, Organometallics 2000, 19, 5723-5732. (DOI:10.1021/om0006312)

N. Graf von Keyserlingk, J. Martens, D. Ostendorf, W. Saak, M. Weidenbruch: Utilization of industrial waste materials. Part 20. Stereoselective cycloaddition of silylenes and disililene to an enantiomerically pure cyclic ketimine derived from an industrial waste material, J. Chem. Soc. Perkin I 2001, 706-710. (DOI:10.1039/b008708o)

N. Graf von Keyserlingk, J. Martens: Synthesis of optically active functionalised cyclic ketimines and their application in enantioselective catalysis, Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12, 2213-2222. (DOI:10.1016/S0957-4166(01)00379-2)

N. Graf von Keyserlingk, J. Martens: Highly diastereoselective addition of N-Boc-pyrrolidin-2-yllithium to optically active ketimines: Synthesis of enantiomerically pure 1,3-imidazolidin-2-ones and diamines, Eur. J. Org. Chem. 2002, 301-308. (DOI:10.1002/1099-0690(20021)2002:2<301::AID-EJOC301>3.0.CO;2-Q)

M. I. Burguete, E. García-Verdugo, M. J. Vicent, S. V. Luis, H. Pennemann, N. Graf von Keyserlingk, J. Martens: New Supported β-Amino Alcohols as Efficient Catalysts for the Enantioselective Addition of Diethylzinc to Benzaldehyde under Flow Conditions, Org. Lett. 2002, 4, 3947-3950. (DOI:10.1021/ol026805o)

M. I. Burguete, M. Collado, E. García-Verdugo, M. J. Vicent, S. V. Luis, H. Pennemann, N. Graf von Keyserlingk, J. Martens: Development of small focused libraries of supported amino alcohols as an efficient strategy for the optimization of enantioselective heterogeneous catalysts for the ZnEt2 addition to benzaldehyde, Tetrahedron 2003, 59, 1797-1804. (DOI:10.1016/S0040-4020(03)00071-1)

S. V. Luis, B. Altava, M. I. Burguete, M. Collado, J. Escorihuela, E. Garcia-Verdugo, M. J. Vicent, J. Martens: Preparation and Optimization of Polymer-Supported and Amino Alcohol Based Enantioselective Reagents and Catalysts, Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42, 5977-5982. (DOI:10.1021/ie030150t)