Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография
.pdf
сов таких лигандов, мы примем тот же подход, что и при обсуж-
I
I
I
NMe
дении Р,Р – лигандов. Так, общая структура P,N-лиганда (схема
68) предполагает наличие связывающего мостика или остова ли-
ганда, двух фрагментов I и II, содержащих атомы фосфора и азота, и различных заместителей R1 и R2 при этих фрагментах.
связывающий мостик
R
1
P
N
R
2
Схема 68. Общая структура P,N-хиральных лигандов
Классификацию P,N – лигандов мы будем осуществлять исходя из фрагментов, содержащих атомы азота и фосфора. В качестве фрагмента, содержащего атом азота, использовали различные гетероциклические фрагменты, такие как оксазолиновый, пирозоловый, пиридиловый. Очень большая подгруппа
хиральных P,N-лигандов была получена и при обычной замене в
дифосфиновых лигандах одного атома фосфора на атом азот.
2
Me
Fe
PPh
2
(S,R) – PPFA (121)
(S,R)-1-(1-диметиламиноэтил)2-
дифенилфосфиноферроцен
(R,S)-1-(1-диметиламиноэтил)2-
диметилфосфиноферроцен
PMe
2
Fe
(R,S) – MPFA
NMe
(142)
2
101
Отметим также, что еще одним фактором, определяющим ак-
OOH
тивность каталитического металлокомплекса в той или иной реакции, является атом металла, который используется для создания таких комплексов. Так, в асимметрическом катализе с хиральными P,N-лигандами используют многие металлы, такие как
Pd, Rh, Ir, Pt, Ru, Ni, Co, Au, Fe, Os, W, причем каждый тип комплекса часто катализирует только определенный тип реакции.
Впервые хиральные P,N- лиганды были получены и нашли
применение в асимметрическом катализе в 1974 году, где в качестве остова был использован ферроценовый фрагмент. В этом
случае к структурной диссимметрии лиганда добавляется еще
один дополнительный структурный фактор - хиральность связующего мостика, планарная хиральность ферроцена. Эти лиганды были испытаны в реакциях гидросилилирования прохиральных кетонов, однако результаты оказались не столь успешными.
Наилучший результат был достигнут в реакции гидросилилирования ацетофенона с дифенилсиланом в присутствии катализатора [Rh (C6H10) Cl]2 * 4L; L = (R,S) – MPFA (выход - 89%, 49% ее)
(схема 68).
1. Ph2SiH
2
*
2. NaOH aq.
Схема 69. Реакция гидросилилирования ацетофенона (143)
Несмотря на низкие показатели энантиоселективности с этими
лигандами, они оказались в этой реакции более эффективными,
чем с хорошо известными моно- и бидентатными фосфорными
лигандами. И это стало поводом для более интенсивных исследований таких лигандов в реакциях гидросилилирования, а также в
реакциях кросс-сочетания, аллилирования и гидроборирования.
Одной из важных реакций асимметрического катализа является
реакция гидрирования. Впервые P,N-лиганды были использова-
102
ны в этих реакциях в 1979 году. Р. Крабтри (R.H.Crabtree) приме-
+ PF
-
нил комплекс иридия с циклоокта-1,5-диеном (COD), трициклогексилфосфином и пиридином в дихлорметане в реакции гидрирования циклических алкенов. Такой иридиевый аналог катализатора Уилкинсона позволил повысить активность реакции гидрирования почти в 100 раз [232]. На основе этого катализатора
были созданы новые катализаторы уже для асимметрического
синтеза. В них была реализована концепция нарушения симметрии C2 для более эффективной подстройки координационной
сферы каталитической системы под определенные субстраты.
6
Cy
Cy
Cy
P
N
Ir
(COD)
0,1МПа Н
Схема 70. Реакция гидрирования метилциклогексена (144).
В дальнейшем при описании P,N-лигандов в основном мы будем иметь в виду реакции гидрирования и в качестве металлокомплекса будем рассматривать иридиевые металлокомплексы.
В силу исторических особенностей первоначально рассмотрим те
лиганды, которые имеют оксазолиновый фрагмент, включающий
с себя атом азота и кислорода.
2,
0 0С
103
-
PHO
X
+ PF
6
O
R
Cy
Cy
Cy
P
(COD)
N
Ir
R2P
N
PAr2N
Схема 71. Схема перехода от катализатора Р. Крабтри к хираль-
ным P,N-лигандам
3.3.1. Лиганды с оксазолиновым фрагментом.
Этот класс лигандов содержит оксазолиновый фрагмент I с
атомом азота N в гетероцикле и с различными заместителями R2.
Другой фрагмент II содержит атом фосфора Р с различными заместителями R1 (схема 72).
связывающий мостик
O
R
1
P
N
II
I
R
2
Схема 72. Структура I хиральных P,N-лигандов с оксазолино-
вым фрагментом
Возможна и другая структура хирального лиганда - с оксазолиновым фрагментом (схеме 73). Модульный характер этого класса лигандов позволяет производить замену в них заместителей и
подстраивать их под конкретные субстраты, увеличивая эффек-
104
тивность катализатора. Кроме того, легкость синтеза из дешевых
и доступных исходных соединений позволила включить их в
перечень привилегированных лигандов для асимметрического
катализа [233-235].
связывающий мостик
R
1
Схема 73. Структура II хиральных P,N-лигандов с оксазолино-
Такие лиганды впервые использовали в асимметрическом катализе в 1993 году независимо друг от друга сразу несколько
исследовательских групп. Группы проф. Г. Хелмщена (G. Helm-
chen), проф. Дж.Уильмса (J. Williams) и проф. А. Пфальтца (A.
Pfaltz) сообщали о синтезе и применении дифенилфосфиноксазолиновых (PHOX) (145) лигандов в асимметрическом катализе
[236-239]. Исходными веществами для синтеза этого класса ли-
гандов, называемых еще фосфин-оксазолиновыми лигандами,
являются доступные и дешевые хиральные аминоспирты. Синтез проходит в несколько этапов и с высоким выходом промежуточных продуктов (схема 74) [240]. На последнем этапе
можно ввести фосфиновые группы с различными заместителями, что позволяет тонко подстраивать лиганды.
P
II
вым фрагментом
N
R
O
I
2
105
O
H
2
X
O
III
X O
X
NH
N
OH
O
X
I
H2N
+
X = I, Br
II
NH
O
OH
NaHCO
Cl
H2O; CH2Cl
выход - 90 %
TsCl; Et3N
CH2Cl
2
выход - 81%
3
1. n-BuLi;
O
2. Mg/Et2O; Ar2PCl
O
X
N
Ar = Ph;
Ar = o - Tol;
Ar = 4- (CF3)C6H
Ar = 3,5 - (CF3)2C6H
Ar2P
4
3
N
Схема 74. Синтез лигандов PHOX (145).
Асимметрическое гидрирование является той реакцией, на
которой традиционно проводят проверку новых хиральных лигандов. Иридиевые комплексы с лигандами РНОХ (145) были
также успешно использованы в асимметрическом гидрировании
3- и 4 - замещенных олефинов [241].
106
COD
a R1 = Ph R
2
[Ir (cod)*L], 50 bar
H
+
b R1 = Ph R
= iPr
2
= tBu
c R1 = Ph R2 = Ph
d R1 = Ph R
e R1 = o-Tol R
f R1 = o-Tol R
g R1 = o-Tol R
h R1 = o-Tol R
2
= Bn
2
= iPr
2
= tBu
2
= Ph
2
= Bn
R
O
1
P
2
N
Ir
2
R
PHOX (145)
MeO
CH2Cl2, 23 0C
(146)
2
MeO
Схема 75. Асимметрическое гидрирование р-метокси-1,2,2-
триметилстирола (146).
При асимметрическом гидрировании р-метокси-1,2,2триметилстирола (146) (схема 75) в качестве катализатора использовали иридиевый комплекс с лигандами PHOX (145)
O
N
2
R
P
1
Ir
R
2
(cod)
_
X
107
и с двумя различными анионами X:
_
3
_
-1
PF
F3C
6
CF
3
F3C
CF
3
B
F3C
F3C
CF
CF
3
(147) (BARF) – [3,5-(трифторметил)фенил]
борат (148)
Было показано, что активность катализатора зависит от того
аниона, который используется. Так, иридиевая соль с
[3,5-(трифторметил)фенил]боратом (BARF) (148) более эффективна при гидрировании 3-замещенных олефинов, чем с гексафторфосфатом (табл. 3.7).
Таблица 3.7
Характеристика противоионов при асимметрическом
гидрировании 3-замещенных олефинов (схема 75)
X Степень
PF6 (147) 4% моль 57 97 2400
BARF (148) 0,3% моль >99 98 4200-8400
Еще первоначальные тесты с использованием 4 моль % иридиевого комплекса с противоионом PF6 показали, что лиганд
PHOX
показывает обнадеживающие результаты в отношении
энантиоселективности, при этом наблюдаются очень низкие по-
ее, % TOF, ч
конверсии,
%
108
казатели по частоте обращения катализатора. Кинетические
N
исследования показали, что реакция гидрирования 0,3М раствора олефина с использованием 4 моль % катализатора при 7 барах
водорода протекает очень быстро и закачивается в течение 1
минуты со 100% конверсией. С уменьшением загрузки катализатора до 1 моль % степень конверсии уменьшается до 50%, хотя
начальная скорость реакции почти не меняется. Такая деактивация катализатора хорошо известна для самого катализатора
Крабтри и вызвана формированием неактивного гидридного
трехъядерного иридиевого комплекса. Дальнейшие исследования, включая и рентгеноструктурный анализ, подтвердили, что
такие трехатомные гидридные кластеры образуют также иридиевые комплексы с лигандами (PHOX). Они являются очень
устойчивыми образованиями, которые практически не переходят в каталитически активную форму. Структура таких трехядерных кластеров показана на рисунке:
2
H
P
Ir
2
H
P
Ir
N
3
H
3
H
N
1
H
Ir
2
H
P
3
H
Попытки увеличить степень конверсии субстрата за счет подбора растворителя, увеличения давления водорода или концентрации катализатора и субстрата в растворителе не изменили
ситуацию. Однако А. Лайтфут (A. Lightfoot) и А.
Пфальтц (A. Pfaltz) [241] показали, что в случае использования
BARF (148) в качестве противоиона, гидридный трехъядерный
кластер не образуется, что приводит к увеличению каталитической активности катализатора. Кроме того, противоион PF6 (147)
координирует с иридиевым комплексом в отличие от BARF,
109
который в силу большего размера слабо координирует с иридием и создает сильносвязанную пару, которую сложно разрушить. Таким образом, PF6 затрудняет подход олефина к каталитическому комплексу и приводит к уменьшению его активности.
Дальнейшие исследования лигандов PHOX (145) показали,
что с изменением заместителей фосфиновой группы и у оксазолинового фрагмента появляется возможность подстраивать каталитический комплекс для достижения более высоких показателей степени конверсии и величины энантиоселективности.
Результаты сведены в табл. 3.8.
Таблица 3. 8
I. Условия реакции:
P = 100 бар (H2), 230С , СН2Cl
2
4% моль, [Ir L (cod)] * PF6 (L = PHOX )
Степень
конверсии,
%
ее,
%
R1 = Ph; R2 = i Pr 78 75
R1 = Ph; R2 = t Bu 98 90
R1 = o –Tol; R2 = i Pr 100 91
R1 = o – Tol; R2 = t Bu 72 97
II. Условия реакции:
P = 100 бар (H2), 230С , СН2Cl
2
2% моль, [Ir L (cod)] * BARF (L = PHOX )
R1 = Ph; R2 = i Pr >99 58
R1 = Ph; R2 = t Bu 23 31
R1 = o – Tol; R2 = i Pr 97 8
R1 = o – Tol; R2 = t Bu 37 3
Иридиевые комплексы с лигандами с оксазолиновым фрагментом, имеющим другую структуру, чем структура PHOX
(145) [242]:
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]