Reaction monitoring in multiphase systems: application of coupled in situ spectroscopic techniques in organic synthesis

Die Vorteile der Kopplung von in situ spektroskopischen Methoden (ATR-FTIR / UV-vis / Raman-Spektroskopie) wurde exemplarisch anhand zweier Beispielreaktionen demonstriert: der Lewis-Saure-gesteuerten formalen [3+3]-Cyclokondensation eines Diens mit einem Ketenacetal und der heterogenkatalysierten enantioselektiven Hydrierung von Iminen. Fur beide Reaktionen wurden neue Reaktoren (Tieftemperaturezelle, Sondenautoklav) entwickelt, die in situ-Messungen unter realen Reaktionsbedingungen ermoglichen. Fur die [3+3]-Cyclokondensation konnte gezeigt werden, dass die Produktbildung von der Art der Intermediate abhangt, die duch die Wechselwirkung von Lewis-Saure und Ketenacetal gebildet werden (Komplexbildung oder saurekatalysierte Umlagerung). Daruber hinaus konnten die Mechanismen von ahnlichen Reaktionen (Einsatz anderer Lewis-Sauren wie AlCl3, Al2O3 und TiO2 oder anderer Substrate wie N-Salicylidenanilin) erfolgreich aufgeklart werden. Die Effektivitat der Hydrierung hangt von der Wechselwirkung der getesteten Ketimine mit dem als chiralen Modifikator eingesetztem Phosphorsaureester ab. Diese Wechselwirkung ist losungsmittelabhangig und fuhrt zur Bildung eines Carbokations (CH3OH) oder eines Kontaktionenpaars (CH2Cl2, CF3CH2OH). Ferner wurde gezeigt, dass die starke Adsorption von Iminen und Modifikator an der Oberflache des Pt/Al2O3-Katalysators ihre Wirksamkeit in der Reaktion nachteilig beeinflust. The benefit of coupling different in situ spectroscopic methods (ATR-FTIR / UV-vis / Raman spectroscopy) is exemplarily demonstrated by the means of two reactions as application examples: the Lewis acid mediated formal [3+3] cyclocondensation reaction of a diene with a ketenacetale and the heterogeneously catalysed asymmetric hydrogenation of imines. For both reactions new reactors (deep-temperature cell, probe autoclave) have been developed enabling in situ measurements under real reaction conditions For the [3+3] cyclocondensation reaction it was demonstrated that the nature of the formed product depends on the different intermediates formed between the ketenacetal and the acids (complexation or acid catalysed rearrangement reaction). Furthermore the mechanisms of similar reactions (including other Lewis acids like AlCl3, Al2O3 and TiO2 or substrates like N-salicylideneaniline) could be successfully elucidated. The effectiveness of the hydrogenation depends on the specific interaction of the tested ketimines with the phosphoric acid ester used as chiral modifer. This interaction is mainly influenced by the used solvent and leads to the formation of a carbocation (CH3OH) or a contact ion pair in (CH2Cl2, CF3CH2OH). Furthermore, the detected strong adsorption of imines and modifier on the Pt/Al2O3 catalyst affect their efficiency and activity in the reaction.