Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография

При этом полученные продукты имели разные оптические выходы (схема 17) [46]. Из этого был сделан вывод, что асим­метрическая индукция возникает не на стадии возникновения интермедиата, который был бы одним и тем же для всех трех субстратов в теории Гальперина, а еще на стадии координации субстрата по типу взаимодействия «ключ-замок».

В силу еще ряда несоответствий теории Гальперина с экспе­риментальными фактами была предложена другая модель асим­метрического гидрирования [47, 48]. Согласно этой теории на первом этапе образуется при взаимодействии хирального метал­локомплекса с молекулой водорода дигидридный комплекс. Асимметрическая индукция возникает на следующем этапе, ко­гда происходит координация субстрата относительно этого ди­гидридного комплекса. Преобладающим энантиомером в каче­стве продукта реакции будет основной интермедиат.

Одним из упрощенных подходов при изучении механизма асимметрической индукции служит подход, который определя­ется подбором пары «ключ-замок». Сторонники использования метода комбинаторной химии и полного скриннинга системы катализатор-субстрат для различных наборов каталитических систем [51, 52] предполагают, что построить одновременно уни­версальную для всех субстратов и очень эффективную катали­тическую систему невозможно. Эти свойства как бы взаимно исключают друг друга. Так, уникальность ферментов, естест­венных катализаторов, проявляется в том, что они катализируют только строго определенные реакции с эффективностью, пре­восходящей все найденные искусственные каталитические сис­темы. Связано это с тем, что катализатор и субстрат только в строго определенной системе почти идеально подходят друг другу, как «ключ и замок». Разработка новых эффективных ли­гандов при таком подходе сводится к подбору подходящей пары

ключ-замок», и очень сложно говорить о поиске каких-либо

закономерностей, проявляемых такими системами.

Подбор систем, которые идеально подходили бы друг к дру­гу, представляет собой непростую задачу. При определении наиболее выгодной координации субстрата относительно ката­литического комплекса можно использовать сложные расчеты, основанные на комбинации квантово-химических расчетов и методов молекулярной механики. Однако существуют доста­точно простые подходы при определении выгодной и невыгод­ной координации субстрата относительно каталитического ком­плекса, которые дают хорошие результаты, совпадающие с экс­периментами.

(схема 19).

С другой стороны, существуют и другие попытки системати­зировать огромное количество экспериментального материала и выделить основные факторы, влияющие на каталитические свойства системы в асимметрическом гидрировании, и различ­ные геометрические параметры, характерные для пространст­венной структуры лиганда в каталитическом комплексе. Выде­лим два основных фактора, влияющие на эффективность ката­литических систем. Первым фактором является структура хи­ральных лигандов, которая определяется такими пространствен­ными характеристиками лиганда, как жесткость его структуры и ее симметрия, пространственный объем, занимаемый лигандом, пространственное расположение его заместителей, диэдральный угол, или угол захвата, когда невозможно определить диэдраль­ный угол в структуре лиганда. Электронные свойства каталити­ческой системы – это второй фактор, влияющий на ее эффек­тивность.

Структурные факторы определяют по приведенной аналогии «ключа и замка» возможность идеального совпадения субстрата и катализатора. Так, увеличение жесткости структуры лиганда ведет к усилению стереодифференцирующих свойств каталити­ческой системы [54]. Ограничение конформационной свободы комплекса достигается в первую очередь за счет образования хелатного комплекса. Поэтому в энантиоселективном катализе наиболее успешными являются бидентатные лиганды. Сущест­вуют подходы, когда монодентатные лиганды за счет некова­лентных аттрактивных взаимодействий проявляют себя как би­дентатные, хелатизирующие лиганды [55]. Также в наиболее эффективных каталитических системах с уже упомянутыми Mo­noPHOS обнаружены дальние взаимодействия между двумя цис­ориентированными монодентатными лигандами [55, 56].

Еще одним фактором, влияющим на энантиоселективность катализатора, о котором мы также упоминали в предыдущей главе, является диэдральный угол, образованный двумя плоско­стями нафталиновых колец, для лигандов типа BINAP (11). Так, в работе [64] группа Сейто отметила тенденцию увеличения энантиоселективности в асимметрическом гидрировании гидро- ксиацетона (33) при сужении диэдрального угла у рутениевых катализаторов с лигандами типа BINAP (BINAP (11) (73,5 0, 89%

В этой же работе был спроектирован лиганд SEGPHOS (36) с заранее заданным диэдральным углом в 65,0 0, более узким, чем у MeO-BIPHEP (35), и этот лиганд показал наивысшую энанти­селективность (>99% ee) в реакции гидрирования гидроксиаце­тона (33).

В общем, рутениевые катализаторы с SEGPHOS (36) прояв­ляют высокий уровень хиральной индукции при асимметриче­ском гидрировании функционализированных кетонов. Катализа­торы с лигандами серии SEGPHOS (36) используются в различ­ных реакциях, во многих случаях превосходя результаты полу­ченных ранее с применением рутениевых катализаторов с ли­гандом BINAP (11).