Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография
.pdf
субстратов: С4-TunaPHOS – для β-кетоэфиров (39) [67], С1
5. Ar=3,4,5-MeC
H
и С2 –TunaPHOS - для винилацетата (38) [68], С3—TunaPHOS
для α-фталимидокетонов [69] и С2-С5—TunaPHOS - для циклических производных β-ациламиноакриловой кислоты [70]. Воз-
никает взаимосвязь между определенной пространственной
структурой субстрата и структурой лиганда.
O O
H
2
OOH
X
OEt
Схема 23. Асимметрическое гидрирование β-кетоэфиров (39)
Другими словами, еще раз отметим, что подбор или проектирование катализаторов с хиральными лигандами для конкретных субстратов является в большей степени индивидуальной
задачей.
В работе [71] сообщается о синтезе нового дифосфинового
лиганда SFDPS (40) с экстремально жесткой структурой, но с
очень большим диэдральным углом, который показал высокую
активность и великолепную энантиоселективность в рутений катализируемом асимметрическом гидрировании
α,β−ненасыщенных карбоновых кислот. Здесь жесткость структуры лиганда конкурирует с величиной диэдрального угла во
влиянии на его эффективность.
X
OEt
SFDPS
PAr
PAr
1. Ar=Ph
2
2. Ar=p-MeOC6H
2
3. Ar=p-MeC6H
4. Ar=3,5-Me2C6H
5
5
3
SFDPS (40)
41
Отметим, что для лигандов, у которых сложно выделить диэдральный угол каталитической системы, фактором, влияющим
на ориентацию каталитического комплекса и субстрата, является угол захвата α − угол между атомами фосфора и переходным
металлом (P-M-P). Был спроектирован лиганд CatASium M (41),
в котором угол захвата был сознательно увеличен относительно
лиганда DuPHOS (16) [72] и получены более высокие значения
энантиоселективности в аналогичных реакциях гидрирования.
A
OO
R
P P
DuPHOS
R
α
Rh
R
R
(16)
α < α'
R
α'
P P
Rh
R
R
CatASum M
A = O,NR,CH
R
2
CatASium M (41)
Влияние электронных факторов на эффективность каталитического комплекса сводится к увеличению или уменьшению
электронной плотности на металле катализатора, а это, в свою
очередь, ведет к усилению или к уменьшению прочности связей
переходного металла с участвующими в каталитическом цикле
молекулами. На сегодняшний день нет единой и хорошо развитой теории асимметрического катализа, объясняющей весь набор наблюдаемых экспериментальных фактов [44, 45]. Например, увеличение электронной плотности на фосфиновых заместителях лиганда (2,3–дифосфинит-β−глюкопиранозид) GLUCOPHOS (20) приводит к повышению стереоселективности родиевого катализатора в реакции гидрирования дегидроаминокислот
[73, 74]. Однако насыщение электронной плотности на металле
ведет к увеличению стабильности самого комплекса, а это снижает его каталитическую активность.
42
Ph
e
O
O
O
OR'
R=Ph
R'=Ph, M
OPR
2
R2PO
GLUCOPHOS (20)
Требования к каталитической системе, которые учитываются
при ее проектировании, не ограничиваются только ее эффективностью и высокой реакционной способностью, немаловажную
роль для ее использования в промышленном производстве играют и экономические соображения. Существуют также требования по чистоте конечного продукта в случае его использования в фармакологии и в пищевом производстве (меньше в производстве химических средств для агрохимии). Это также накладывает определенные ограничения в применении каталитических систем, которые сводятся к возможности полной очистки
продукта от следов катализатора.
43
СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ХИРАЛЬНЫХ
COOHCOO
H
HOOCCOO
H
HOOCCOO
H
3.
ЛИГАНДОВ
3.1. Хиральные монодентатные лиганды
Хотя монодентатные лиганды - первые хиральные лиганды,
которые были использованы в каталитической реакции асимметрического гидрирования, но из-за низких показателей энантиомерного избытка они не привлекали особое внимание химиков. Предполагалось, что они обладают большим количеством
степеней свободы, что и обусловливает низкую энантиоселективность в асимметрических реакциях.
В первых реакциях асимметрического гидрирования
2-фенилпропеновой (42) и итаконовой (43) кислот в 1968 году с
родиевым катализатором Нойлесом и Сабаски [75] были использованы хиральные лиганды метил-н-пропилфенилфосфин (5) с
хиральным центром на атоме фосфора. Энантиомерный избыток
в этих реакциях не превышал 15%. Такая же каталитическая
система была использована группой Хорнера в реакциях гидрирования, но еще с более низким показателем ee (меньше 8%)
[76].
Схема 24. Реакция гидрирования 2-фенилпропеновой кислоты
Схема 25. Реакция гидрирования итаконовой кислоты (43)
Значительный прорыв совершен в 1972 году группой Нойлеса, когда в реакции гидрирования производных
H
(42)
H
2
2
44
*
*
α–ацетамидокоричной кислоты (44) был использован катализа-
COO
H
RNHAc
A
r
Ar = Ph
(5 a)
(6 a)
(6
(5
тор, генерированный in situ из [Rh(cod)Cl]2 и двумя эквивалентами монодентатных хиральных лигандов АСМР (оанизилциклогексилметилфосфин) (6) и АРМР (оанизилметилфенилфосфин) (6в). Энантиомерный избыток полученного продукта составил больше 90% ee.
H
2
COOH
*
R NHAc
Схема 26. Реакция гидрирования производных
α–ацетамидокоричной кислоты (44)
Однако дальнейшие попытки провести асимметрические реакции гидрирования с различными субстратами, используя монодентатные лиганды, были не столь успешными вплоть до 2000
года. Синтезирован целый ряд лигандов, представленных в табл.
3.1:
Хиральные монодентатные фосфиновые лиганды
Структура ли-
ганда
Ar = Ph R = n-Pr
R P
Ar = 2-MeO-C6H11
R = Cy
Ar = 2-MeO-C6H11
R = Ph
R = Bn
Заместители R Обозна-
чения
АСМР
АРМР
45
Таблица 3.1
Ссылки
75
75
б)
б)
76
Структура ли-
(45
(
P
h
(
(
(
RRP
h
(
(
(
(
P
h
(49 a)
(49 б)
ганда
P
R
R P
Ph
Продолжение табл. 3.1
Заместители R Обозна-
чения
R = Me
R = Ph
R = t Bu
R = L-menthyl
a)
45 б)
46 a)
46 б)
Ссылки
77
78
79
R = L-menthyl
47) 80
R
P
Ph
R = Bn
P
R = Me
R = Cy
R = i Pr
R = Me
R
P
R
R = Ph
48 a)
81
48 б)
48 в)
48 г)
82
83,
84
46
Структура ли-
O
1
(
(
(51 а)
(51 б)
(51 в)
(51 г)
OMe
OMe
OMe
O
N
C
ганда
R
P
2
R
P R
Заместители R Обозна-
R1 = H R2 = Me, i
Pr, Cy
R1 = Ph R2 = Me, i
R
2
Pr, Cy
R = Ph
R = 4-CF3-C6H
R = 4-MeO- C6H
R = 3,5-Me2-C6H3
Окончание табл. 3.1
чения
Ссылки
50 a)
85
50 б)
4
4
86,
87
OH
Fe
PPh
2
O
O
O
O
O
PPh
PPh
PPh
O
2
2
2
Fe
Fe
Fe
(52) 88
(53) 88
H
O
PPh
2
(54) 89
Соединение (45а) обладает хиральным атомом фосфора наряду с двумя другими хиральными центрами в молекуле. Родиевый комплекс с этим лигандом показал в реакции гидрирования
двойной связи (Е)-3,7-диметилокто-2,6-диеновой кислоты (гераньевой кислоты) энантиомерный избыток в 76% ee [77].
47
Фосфираны (46а) и (46б), т.е. трехчленные гетероциклы, а
H
также фосфитан (47), т.е. четырехчленный гетероцикл, являются
диастереомерными Р-хиральными гетероциклическими фосфинами. Наилучшие результаты в реакциях гидрирования
N-ацетилдигидроаминокислоты были получены с родиевыми и
иррдиевыми комплексами (свыше 76% ee). Отметим, что фосфетан (47) вследствие своей стерической перегруженности образует только иридиевый комплекс [79, 80].
Гетероциклическими диастереомерными Р-хиральными лигандами, обладающими С2 – симметрией, являются лиганды (48-
51), в которых атом фосфора включен в четырех-, пяти-, шестии семичленные циклы. Наилучший результат в реакциях гидрирования был получен с родиевым комплексом лиганда (49б) при
синтезе метилового эфира L-фенилаланина (55):
COOMe
NH
2
H
2
COOMe
NH
2
Схема 27. Реакция гидрирования метилового эфира
α-аминокоричной кислоты (55)
Реакция проходила в метаноле при 20 0С в присутствии катализатора, полученного in situ из (49б) и [Rh(cod)2]BF4 с энантиомерным избытком в 93% ee. При использовании этого лиганда
при гидрировании итаконовой кислоты (43) (схема 25) и диметилового эфира итаконовой кислоты (56) (схема 28) получили
продукт с энантиомерным избытком 73 и 55% ee соответственно
[83, 84].
Использование ферроценового монофосфинового лиганда
(52) с родиевым катализатором в реакции гидрирования при по-
лучении N-ацетилфенилаланина не дало хороших результатов,
но в той же реакции гидрирования с четырьмя эквивалентами
другого ферроценового лиганда (53) по отношению к
[Rh(cod)Cl]2 наблюдается 87% ее энантиомерного избытка [88].
48
MeOOCCOOM
e
H
2
*
MeOOC COOMe
Схема 28. Реакция гидрирования диметилового эфира итаконо-
вой кислоты (56)
В 2000 году три группы исследователей независимо друг от
друга сообщили о синтезе монодентатных лигандов на основе
BINOL, которые показали в катализируемых родием реакциях
гидрирования олефинов высокие значения энантимерного избытка (90-99 % ee). Эти лиганды обладают более жесткой структурой из-за наличия бинафтильной группы, а их хиральность
обусловлена атропоизомерией биарильного фрагмента. Кроме
того, из-за наличия Р-О-связей эти лиганды оказываются более
устойчивыми к окислению кислородом воздуха, а так как стоимость самого бинафтола, используемого в качестве исходного
соединения для синтеза этих лигандов, сравнително невысока,
то и стоимость самих лигандов была невысокой. Для повышения
энантиоселективности лигандов в асимметрических реакциях
эти лиганды могут быть использованы в комбинации друг с другом [90], и это позволяет подбирать комбинацию монодентатных лигандов для повышения эффективности тех или иных
асимметрических реакций.
Группа Ритца впервые сообщила об успешном использовании
фосфитов (57) в качестве монодентатных лигандов в асимметрическом гидрировании [91-93]. Одновременно появились сообщения об использовании фосфонитов (58) в качестве монодентатных лигандов [94, 95] .
O
P O R
O
(57) (58)
49
O
P R
O
В тестовых реакциях гидрирования диметилового эфира итаконовой кислоты с фосфитными лигандами (57), в которых
варьировали R-группу от хиральных до ахиральных, получили
значение от ee - 89.2% до ee - 99.6% [96].
Таблица 3.2
Хиральные монодентатные фосфитные лиганды
Заместители для (57) Условия реакции и
ee в реакции гидриро-
вания по схеме 27
Ссылки
O
OMe
HH
57-1 [Rh(cod)2] [BF4]
1.3 бар, 25 0С, 20 ча-
сов –
ee - 97.8%
97
O
57
57 - Me 57-2 ee - 89.2 % 97
57- i Pr 57-3 ee - 97.6 % 97
57 – Ph
Заместители для (57) Условия реакции и
57-4 ee - 96.6 % 97
98
ee в реакции гидриро-
вания по схеме 27
Ссылки
57-5 ee – 99.6% 97
98
57
50
99
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]