Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография
.pdf
Было показано, что аксиальная хиральность никакого влия-
C
H3O
C
H3O
OTs
ния на биологическую активность вещества не оказывает, в то
время как ее активность зависит только от стереогенного центра
[409].
Первые попытки осуществить асимметрический синтез не
привели к успеху [410]. Идея была в прямом гидрировании енамидов по следующей схеме:
O
N
CH3O
O
N
CH3O
CH2Cl
H
хиральный катализатор
2,
O
N
CH2Cl
Схема 136. Гидрирование енамидов
Однако этот вариант оказался труднореализуемым.
O
OMe
H
2
хиральный
катализатор
OMe
+
R
N
O
N
CH2Cl
CH2Cl
Схема 137. Схема синтеза метолахлора (293)
211
Возникло еще одно направление синтеза метолахлора – пря-
C
H3O
C
H3O
2
мое алкилирование метилэтиланилина (МЭА) (R) – метоксиизопропанолом (схема 136). Но и этот путь также оказался тупиковым. И только гидрирование имина метилэтиланилина в 19851988 гг. позволило получить энантиселективный избыток в 69%
ее в реакции с использованием родиевого катализатора с хиральным лигандом CYCPHOS в университете Британской Колумбии в Ванкувере [411, 412]. Реакция проходила при комнатной температуре и с tof – 15 ч-1, ton – 1 000 (схема 138).
O
H
2
N
CH2Cl
Rh-cycphos
6,5 МПа
PPh
2
CYCPHOS
PPh
O
N
CH2Cl
Схема 138. Схема синтеза метолахлора (293) гидрированием
имина метилэтиланилина
Следующим этапом в производстве метолахлора стало использование иридия вместо родия, что привело к увеличению
энантиоселективности процесса до 84% ее. В 1992 году использовали в производстве новые ферроцениловые лиганды, а с 1993
года − комплекс Ir–Josiphos.
В 1997 году компания Ciba-Geigy разработала промышленное
производство метолахлора также c заменой родия на иридиевый
катализатор, который является активным ингредиентом гербицида под торговой маркой Dual Magnum®. Ключевым этапом
производства является процесс энантиоселективного гидрирования связи С=N в следующей реакции:
212
C
H3O
CH3O
H2, Ir/JOSIPHOS (PPF-PXyl2)
N
50 0C, 80 bar
ee - 80 %
ton - 2 000 000
tof - 400 000 час
-1
NH
Схема 139. Асимметрическое гидрирование в синтезе метола-
хлора (293)
4.3. Производство душистых веществ и приправ
4.3. 1. Производство ментола
Другим хорошо известным примером промышленного использования хирального лиганда является производство
(-)–ментола. Ментол в значительных количествах содержится в
эфирном масле мяты перечной (Mentha piperita - до 40-70%) и
существует в виде четырех стереоизомеров. Применение находит только (-)-ментол, который используется для ароматизации
пищевых продуктов и как душистое вещество в парфюмерных
композициях [413, 414]. Общий объем производства хирального
(-)-ментола, например, в 2009 году составил около 20 тысяч
тонн. В 2010 году было произведено 12 500 тонн хирального (-)ментола из натурального сырья и 6 800 тонн синтетического
продукта.
В 1970 году две компании - Takasago и Haarman & Reimer
(сейчас часть компании Symrise) - предложили промышленный
способ производства (-)–ментола. Так, японская компания
Takasago International Corp. с начала 80-х годов использует
BINAP
в промышленном синтезе хирального (-)-ментола из
мирцена, выпуская ежегодно до 1 500 тонн продукта с энантиомерной чистотой 99% ее [415]. Существенным шагом в направ-
213
лении практического использования асимметрического синтеза
в подходе Takasago International Corp стала работа Р. Нойори с
сотруд., в результате которой был получен эффективный катализатор гидрирования с новым дифосфиновым лигандом на основе бинафтила BINAP (5) [415].
Rh - (S)-BINAP
N(C2H5)
2
OH
(R)-цитронелаль
енамин
96-99% ee
ZnBr
2
(+)-цитронелаль
N(C2H5)
+
H3O
O
мирцен
(-) - ментол
Li, (C2H5)2NH
H2 , Ni - катал
OH
(-)-изопулегол
Схема 140. Синтез (-)-ментола (Takasago International Corp., Ja-
pan)
2
Ключевым шагом является асимметрическая изомеризация
геранилдиэтиламина, катализируемая катионным
(S)-BINAP-комплексом в ТГФ. В результате получается
(R)–цитронелаль енамин, который при гидролизе дает
(R)–цитронелаль с 96 - 99% ее. И это выше, чем получается при
выделении этого продукта из натурального розового масла (80%
214
ее). Реакцию в промышленном масштабе осуществляют в реакторе с 9-тонной загрузкой. Большая часть идет на производство
хирального (-)-ментола, но часть расходуется на производство
(R)-7-гидроксидигидроцитронелаля - душистого вещества с запахом лилии. Метиловый эфир этого вещества также является
промежуточным продуктом в синтезе метопрена, регулятора
роста комаров, вызывающих желтую лихорадку.
H2, катал.
мета-крезол
(-) - ментол
Al2O3, катал.
OH
OH
тимол
OH
(+,-) - ментол
(рацемат)
разделение методом
селективной
кристаллизации
OOCPh
OH
PhCOOMe
OOCPh
Схема 141. Синтез (-)-ментола (Symrise AG, Germany)
Другой способ производства (-)-ментола был предложен компанией Symrise. Стартовым веществом здесь является
метакрезол, который превращают в тимол, и после гидрирования образуется рацемическая смесь изомеров ментола. Разделение рацемической смеси проводят после реакции с метилбензоатом с рацемической смесью ментола и последующей селектив-
215
ной кристаллизации. Таким методом немецкая компания Sy-
O
H
O
mrise AG в 2009 году произвела около 4000 тонн (-)-ментола.
В июне 2010 года фирма BASF анонсировала новый метод
промышленного производства (-)-ментола и строительство одного из самых крупных в мире заводов по его производству.
Новый процесс начинается с выделения Z-изомера из природного цитраля путем фракционной дистилляции. Затем на ключевом
этапе производится асимметрическое гидрирование Z-цитраля с
использованием хирального родиевого катализатора.
4.3.2. Производство аспартама
Фенилаланин является промежуточным соединением в производстве подсластителя аспартама и в настоящее время производится биохимическим путем с использованием E.-coliбактерий (15 000 тонн в год).
O
H
N
Rh+/ENIPHOS
H2, 25 0C/ 0,3 МПа
H
N
Аспартам в 160-200 раз слаще сахара и входит в состав оромного количества продуктов питания и напитков. Используется
также при сахарном диабете как заменитель сахара. Химический
способ основан на асимметрическом гидрировании α-Nасетиламидокоричной кислоты. Катализатор Rh с использованием хирального лиганда ENIPHOS менее эффективен, чем при
использовании DIPAMP, но его производство дешевле и проще.
Кристаллизация в метиловом эфире увеличивает энантиомер-
ee - 83%
OH
ton - 15 000
tof - 5 000 час
-1
Схема 142. Асимметрическое гидрирование
α-N-ацетиламидокоричной кислоты
216
OH
O
ный избыток в 97% ее. Однако из-за низкой стабильности лиганда ENIPHOS (разрыв по связи P-N) приходилось поддерживать строгие условия для протекания реакции. Фирма DEGUSSA
предложила новый хиральный лиганд DEGUPHOS для этого
процесса и разработала пилотную установку по производству
аспартама, в которой получается аспартам с энантиомерным
избытком выше 99% ее (ton – 10 000 и tof – 3 000 ч-1).
217
Библиографический список
Verbindungen. / German pat.
teghi, C. Giambattist, P. Pino // Chimia.
.
Chiral Phosphine
T. Mitsudo, K. Yamamoto, Y. Takegami // Chem. Lett.
P. 483
vin, M. Polanyi // Trans. Faraday Soc.
P.1181
Uber Cyclooctatetraen / W. Reppe, O. Schlichtung, K. Klager,
T.Toepel // Ann. Chem.
Kealy, P.J. Pauson // J. Nat
1040.
J.A.Tebboth, J.E. Tremaine // J.Chem.Soc.
Wilkinson, M. Rosenblum,
Amer. Chem. Soc.
ganometallic Chemistry. / Ed. by F.G.A. Strone, R. West. //
Advances in Organometallic Chemistry. N.Y. Acade
-
solution. / J. Halperin // Quart. Rev. Chem. Soc.
No10.
num (II) derivatives
1959.
1. Roelen, O. Verfahren zur Herstellung von Sauershoffhalting
- 1932/1952.- DE 849548.
2. Botteghi, C. Asymmetric Olefines Hydroformylation / C. Bot– 1972. -Vol. 26. - No 3
- P.141-143.
3. Tanaka, M. Catalytic Asymmetric Hydroformylation with a
-Rodium Complex / M. Tanaka, Y.Watanabe,
– 1972. -
-485.
4. Calvin, M. Homogeneous catalytic hydrogenation / M. Cal– 1938. – Vol. 34. –
-1191.
5. Reppe, W. Cyclisierende Polymerisation von Acetylen I.
- 1948. – Vol.560. - P. 1-92.
6. Kealy, T.J. A New Type of Organo-Iron Compound / T.J.
ure. – 1951. – Vol. 168. – P. 1039-
7. Miller, S.A., Dicyclopentadienyliron / S.A. Miller,
– 1952. – P. 632-635.
8. Wilkinson, G. The structure of iron bis-cyclopentadienyl / G.
M.C. Whiting, R.B. Woodward // J.
– 1952. – Vol.74. – P. 2125-2126.
9. Ziegler, K. A Forty Year’s Stroll through the Realms of Or-
P.11.
10. Halperin, J. Homogeneous reactions of molecular hydrogen in
- P.463-479.
11. Chatt, J. Alkyls and aryls of transition metals. Part II. Plati. / J. Chatt, B. L. Shaw // J. Chem.Soc. –
– P. 4020 - 4033.
218
mic. - 1968.
– 1956. –
12. Vaska, L. Activation of Hydrogen by a Transition Metal
Complex at Normal Conditions Leading to a Stable Molecular
Dihydride. /
1962.
bene Complex / E.O. F
Ed. Engl.
complexes / J. L. Harisson, Y.Chauvin // Makromol. Chem.
1971.
1957.
London.
nation reactions of
lysts / J. F. Young, J. A. Osborn, F. H. Jardine, G. Wilkinson //
Chem. Comm.
tion using ruthenium complexes / D. Evans, J. A. Os
Jardine, G. Wilkinson // Nature (London, UK).
208 (5016).
tris(triphenylphosphine)halogenorhodium(I) and some reactions
there of including catalytic homogeneous
olefins and acetylenes and their derivatives / J.A. Osborne, F.H.
Jardine, J.F. Young, G.J. Wilkinson // J. Chem. Soc. A.
Vol. 12.
means of a dissymmetric copper chelate
H. Takaya, R. Noyori // Tetrahedron Lett.
5244.
L. Vaska , John W. DiLuzio // J. Am. Chem. Soc. –
– Vol.84. - No 4. - P. 679-680.
13. Fischer, E.O. On the Existence of a Tungsten Carbonyl Car-
ischer, A. Maasbol // Angew. Chem., Int.
– 1964.- Vol.3.- No 8.- P.580-581.
14. Harisson, J. L. Catalysis of olefin transformations by tungsten
–
– Vol.141.- P.161.
15. Eleuterio, H. S. Polymerization of cyclic olefins / US Patent. -
- US3074918 A.
16. Ivin, K. J. Olefin Metathesis. / K. J. Ivin // Academic Press. –
- 1983.
17. Young, J. F. Hydride intermediates in homogeneous hydroge-
olefins and acetylenes using rhodium cata-
– 1965.- Vol.7.- P. 131-132.
18. Evans, D. Homogeneous hydrogenation and hydroformyla-
born, F. H.
- 1965.- Vol.
- P. 1203-1204.
19. Osborne, J.A. The preparation and properties of
hydrogenation of
- P.1711-1732
20. Nozaki, H. Asymmetric induction in carbenoid reaction by
/ H. Nozaki, S. Moriuti,
– 1966. – P.5239-
219
– 1966.-
21. Nozaki, H. Homogeneous catalysis in the decomposition of
dia
reactions
hedron.
ing a soluble optically active rhodium complex / W. S. Knowles,
M. J. Sabacky // Chem. Comm.
ically Active Phosphinerhodium Complex in Homogeneous
Solution / L. Horner, H. Siegel, H. Buthe // Angew. Chem. Int.
Ed.
/ W. S. Knowl
12
amino
Dang, H.B. Kagan // J. Chem. Soc.
481
metal complexes. I. Catalytic system of rhodium(I) with (
0
bis(diphenylphosphino)butane, a new chiral diphosphine / H.B.
Kagan, T.
No.18.
plexes de metaux de transition : III. Diphosphines chirales der
vees de l'isopropylidene dihydroxy
1,4 butane (diop) / T.
nomet. Chem.
dium complexes of improved DIOPS bearing
group on the basis
Chiba, K. Achiwa // Tetrahedron Lett.
4758.
zo compounds by copper chelates: Asymmetric carbenoid
/ H. Nozaki, H. Takaya, S. Moriuti, R. Noyori // Tetra-
– 1968. – Vol.24. – P.3655-3669.
22. Knowles, W. S. Catalytic asymmetric hydrogenation employ-
– 1968.- Vol.22.- P. 1445-1446.
23. Horner, L. Asymmetric Catalytic Hydrogenation with an Opt-
– 1968.- Vol.7- No. 12- P. 942-943.
24. Knowles, W. S. Asymmetric Hydrogenations (Nobel Lecture)
es // Angew. Chem. Int. Ed. – 2002.- Vol.41- No.
- P. 1998-2007.
25. Dang, T.-P. The asymmetric synthesis of hydratropic acid and
-acids by homogeneous catalytic hydrogenation / T.-P.
- Chem. Comm. –1971.- P.
26. Kagan, H.B. Asymmetric catalytic reduction with transition
-)-2,3-
-isopropylidene-2,3-dihydroxy-1,4-
-P. Dang // J. Am. Chem. Soc. –1972.- Vol.94.-
- P.6429-6433.
27. Dang, T.-P. Reduction asymetrique catalysee par des com-
-2,3 bis(diphenylphosphino)-
-P. Dang, J.-C. Poulin, H. Kagan // J. Orga-
–1975.- Vol.91.- No.1- P.105-115.
28. Morimoto, T. Catalytic asymmetric hydrogenation with rho-
-dimethylamino
of our designing concept / T. Morimoto, M.
–1988.- Vol. 29.- P. 4755-
29. Morimoto, T. Highly efficient asymmetric hydrogenation of
220
i-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]