A Fully Integrated Continuous‐Flow System for Asymmetric Catalysis: Enantioselective Hydrogenation with Supported Ionic Liquid Phase Catalysts Using Supercritical CO₂ as the Mobile Phase

Abstract

A continuous-flow process based on a chiral transition-metal complex in a supported ionic liquid phase (SILP) with supercritical carbon dioxide (scCO(2)) as the mobile phase is presented for asymmetric catalytic transformations of low-volatility organic substrates at mild reaction temperatures. Enantioselectivity of >99% ee and quantitative conversion were achieved in the hydrogenation of dimethylitaconate for up to 30 h, reaching turnover numbers beyond 100000 for the chiral QUINAPHOS-rhodium complex. By using an automated high-pressure continuous-flow setup, the product was isolated in analytically pure form without the use of any organic co-solvent and with no detectable catalyst leaching. Phase-behaviour studies and high-pressure NMR spectroscopy assisted the localisation of optimum process parameters by quantification of substrate partitioning between the IL and scCO(2). Fundamental insight into the molecular interactions of the metal complex, ionic liquid and the surface of the support in working SILP catalyst materials was gained by means of systematic variations, spectroscopic studies and labelling experiments. In concert, the obtained results provided a rationale for avoiding progressive long-term deactivation. The optimised system reached stable selectivities and productivities that correspond to 0.7 kgL(-1)h(-1) space-time yield and at least 100 kg product per gram of rhodium, thus making such processes attractive for larger-scale application.

Kontinuierliche Durchflussverfahren: ein Werkzeug für die sichere Synthese von pharmazeutischen Wirkstoffen

“…Der Einsatz von scCO 2 beim kontinuierlichen Durchfluss hat sich nunmehr bei chemischen Verfahren wie Hydrierung, Hydroformylierung und Kondensation recht gut etabliert. [32][33][34] Leitner und Mitarbeiter demonstrierten kürzlich die enantioselektive kontinuierliche Durchflusshydrierung des Dimethylitaconats 16 über einen Rhodium-Komplex vom Schrock-Osborn-Typ mit überkritischem Kohlendioxid als mobile Phase (Schema 5a). [33] Der Hydrierkatalysator war in einer ionischen Flüssigkeit in einem Festbettreaktor (5 mL Volumen) gebunden.…”

“…[32][33][34] Leitner und Mitarbeiter demonstrierten kürzlich die enantioselektive kontinuierliche Durchflusshydrierung des Dimethylitaconats 16 über einen Rhodium-Komplex vom Schrock-Osborn-Typ mit überkritischem Kohlendioxid als mobile Phase (Schema 5a). [33] Der Hydrierkatalysator war in einer ionischen Flüssigkeit in einem Festbettreaktor (5 mL Volumen) gebunden. Bei einer Reaktionstemperatur von 40 8 8C(120 bar) wurden Umsatzzahlen von > 100 000 und eine Raum-Zeit-Ausbeute von 750 gL À1 h À1 erzielt.…”

“…Bei einer Reaktionstemperatur von 40 8 8C(120 bar) wurden Umsatzzahlen von > 100 000 und eine Raum-Zeit-Ausbeute von 750 gL À1 h À1 erzielt. [33] In ähnlicher Weise untersuchten Poliakoff und Mitarbeiter in Zusammenarbeit mit Forschern von AstraZeneca die Hydrierung von racemischem Sertralinimin (18)i ne inem Festbettreaktor unter Verwendung von scCO 2 als Lçsungsmittel (Schema 5b). [34] (4S)-Sertralinimin (18) [34] Mittlerweile stehen Reaktoren aus druck-und korrosionsbeständigem Rohrmaterial zur Verfügung,d ie bei Temperaturen weit über 300 8 8Cu nd Drücken bis zu 280 bar betrieben werden kçnnen und in denen Wasser im nah-oder überkritischen Zustand erzeugt werden kann.…”

Definition of green synthetic tools based on safer reaction media, heterogeneous catalysis, and flow technology

“…Several promising directions have been undertaken by the green chemistry community and excellent results have been achieved using non-conventional solvents as water [10][11][12][13][14][15], supercritical CO 2 [16][17][18][19], ionic liquids [20][21][22] as well as biomass-derived solvents that feature the obvious advantage of deriving from renewable resources [23][24][25]. In the latter case, additional considerations should be made by evaluating the synthetic route used for their preparation but can be certainly considered as "greener" and promising alternatives to fossil based solvents.…”

A Recyclable Acidic Ionic Liquid Gel Catalyst for Dehydration: Comparison with an Analogous SILP Catalyst

“…Several reviews and concept articles have been published covering the method. [11][12][13][14][15][16][17] Exemplars have been demonstrated in the gaseous phase, 18 and using supercritical fluids, [19][20][21] and the application of SILP technology is at an advanced stage. The simplicity of the system enables a wide variety of matrices, ionic liquids and dopants to be screened easily.…”