Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография
.pdf
два хиральных центра в положениях 2 и 5. Фосфолановые циклы
придают жесткость структуре лиганда. Лиганды обладают модулярной структурой, и их можно легко преобразовывать, варьируя основания (связывающие мостики) и фосфолановые циклы.
Это позволяет создать достаточно большое количество разнообразных и универсальных лигандов этого класса [157], но
только DuPHOS пока наиболее широко используется в промышленном производстве [158].
Синтез этого класса лигандов, основан на использовании оптически чистого 1,4-диола (100) (схема 45) [159-161]. На начальном этапе хиральный диол (100) в реакции с тионилхлоридом преобразуется в циклический сульфит, который окисляется
до сулфата (101) в присутствии рутениевого катализатора. Замыкание фосфоланового цикла производится в два этапа. Фосфид лития (I), полученный действием одного эквивалента n-
BuLi на фосфиновую группу, раскрывает циклический сульфат
(101) с образованием сульфата лития (II). Последний менее ак-
тивен для последующего интермолекулярного замещения, что
предотвращает образование олигомерных продуктов. В этом
заключается преимущество использования циклического сульфата по сравнению с димезилатом. При использовании последнего наблюдается образование значительного количества олигомерных полифосфинов. При действии второго эквивалента nBuLi образуется монофосфид (III), при этом в гораздо медленной реакции внутримолекулярного замещения завершается замыкание фосфоланового цикла. Выход продукта DuPHOS (98)
составляет по этой схеме 70-90%. Аналогичная схема синтеза
реализована и для получения BPE (99). Примечательно, что все
лиганды можно синтезировать в обеих энантиомерных формах.
71
OH
99 BPE
OBn
R
O
R
100
PH
R
OH
R = Alkyl
2
nBuLi (2 eq.)
SOCl
R
2
OSO
R
RuCl3, NaIO
O
R
OSO
PHLi
OO
101
R
4
R
OSO
R
OO
101
R
PH OSO3Li
R
PH
2
102
nBuLi (2 eq.)
H2P PH
R
PLi OSO3Li
2
1. nBuLi (2 eq.)
2. cyclic sulfate 2 (2eq.)
3. nBuLi (2 eq.)
2
2
I
R
- Li2SO
4
III
R
P
R
R
R
R
98 DuPHOS
R
P
2
II
P
R
R
P
Схема 45. Синтез хиральных фосфоланов DuPHOS (98) и BPE
(99).
С использованием этой схемы синтеза было получено достаточно большое количество хиральных лигандов данного класса.
OR
PP
PP
OR
BnO
BnO
OBn
OR
ROPHOS (103) BASPHOS (104)
72
O P
R
R
R
R
2
R
R
R
P O
N P
R
(105) (106)
R
P N
R
P
N
P
PAr
(107) (108)
Беренс модифицировал схему синтеза, заменив сульфат (101)
на циклический фосфонат (110а) и дифосфинат (109а) [162, 163]
(схема 46). С помощью этого подхода были синтезированы лиганды BUTIPHANE (109) и (110). Особенностью соединений
(110а) и (110б) является то, что хиральный атом углерода является бензильным и быстро рацемизуется в условиях реакции,
если циклический сулфат используется вместо фосфоната
(110а).
S
R
PP
R
P
P
BUTIPHANE (109) (110)
73
OH
109
OH
PhP(O)Cl2, py.
PH
2
PH
O
O
P
O
Li-base
Ph
2
P
P
110
2
P
P
S
OH
OH
Ph2P(O)Cl, py.
Ph
O
Ph
P
O
O
O
P
Ph Ph
Li-base
S
PH
2
PH
Схема 46. Синтез хиральных фосфоланов BUTIPHANE (109) и
(110)
Заметим, что комплексы Rh-DuPHOS и Rh-BPE являются катализаторами, которые часто используют в синтезе производных
α− и β−аминокислот, при гидрировании различных енамидов,
производных итаконовой кислоты, енолацетатов и
N-ацилгидрозонов. Rh-DuPHOS - катализатор эффективен также
при гидрировании α,β−ненасыщенных кислот и β−кетоэфиров.
Во всех этих реакциях достигается 95-98% ee и наблюдается
высокая толерантность по отношению к другим функциональным группам. Неудивительно, что такой успех лигандов
DuPHOS способствовал активизации исследований в других
лабораториях, и за последние годы было предложено множество
интересных вариантов синтеза подобных лигандов.
74
X
O O
R
O
H
R
R
Et
PP
PP
X = O, NR (R= Alkyl, Aryl)
Et
R
R
R
PP
HO
HO
Et
Et
CatASium M (111) (112) KetalPHOS (113)
OH
P
P
P
R
Fe
R
P
Me-Penn-PHOS (114) FERROTANE (115)
Многие из этих лигандов были спроектированы и синтезированы для исследования механизмов каталитических реакций и
проверки гипотез, возникающие при проектировании и синтезе
лигандов этого типа. Все они показывают каталитические характеристики на уровне DuPHOS в родиевых комплексах. Так, лиганды BUTIPHANE (109) [164] и CatASium M (111) [165-167]
отличаются от DuPHOS только разными основаниями. Здесь под
Het мы обозначили различные гетероциклы в основании лиганда
CatASium M (111). Следует отметить, что замена основания в
лиганде (112) привела к появлению еще двух дополнительных
стереогенных центров, которые усилили его жесткость и тем
самым повысили селективность каталитических комплексов
[168]. Родиевый катализатор на основе лиганда (112) проявляет
более высокую селективность, чем DuPHOS (98) в реакции гидрирования метилового эфира ацетаминокоричной кислоты (96)
(85% ee для DuPHOS и 98% ee для (112) [168].
Другой способ модификации лигандов типа DuPHOS – присоединение дополнительных функциональных групп, как, например, в лигандах ROPHOS (103) [169], BASPHOS (104) [170],
75
KetalPHOS (113) [171].
R
OHO
OAc
В лиганде FERROTANE (115) [172-174]
5-членный фосфолановый цикл заменен на 4-членный фосфета-
новый цикл, а в лиганде (105) [175] - на 6-членный фосфоринановый. Следует также отметить необычно высокую каталитическую активность и высокую селективность при гидрировании
β−дикетонов (116) [172, 173] и итаконатов [172] в случае использования родиевых комплексов с FERROTANE (115).
O
O
H
2
R
Схема 47. Реакция асимметрического гидрирования
β−дикетонов (116)
К этому же классу относится бициклический фосфолановый
PennPHOS (114) [175-177]. Увеличение конформационной жесткости структуры и электронное обогащение лиганда приводит к
более высокой хемиоселективности катализаторов на основе
этого лиганда, когда для определенных тестовых субстратов
данный тип катализатора становится наиболее активным. К
примеру, Rh-комплекс с PennPHOS показывает при гидрировании 3,4-дигидронафт-1-ил ацетата (117) высокую энантиоселективность (99,1% ee), в то же время Rh-комплекс с DuPHOS (98)
вообще не обладает никакой каталитической активностью [153].
OAc
H
2
Схема 48. Реакция асимметрического гидрирования
3,4-дигидронафт-1-ил ацетата (117)
76
Отметим, что в ряду фосфолановых лигандов наиболее близ-
а
б
ким по параметрам и возможностям промышленного производства к лиганду DuPHOS (98) является семейство лигандов CatASium М (111), которое было не так давно разработано и запущено в крупномасштабное производство корпорацией DEGUSSA.
Их каталитические параметры при гидрировании многих субстратов превосходят зачастую катализаторы с DuPHOS в аналогичных условиях [166].
В схемах синтеза DuPHOS и его аналогов фосфорсодержащий цикл формируется нуклеофильной атакой фосфидов, полученных металлированием первичных фосфинов (102), и тем самым синтетическая доступность ограничена доступностью первичных фосфинов. Последние соединения, кроме того что получаются по многостадийным синтезам и поэтому дороги, обладают еще рядом существенных недостатков, такими как высокая
токсичность и невыносимо неприятный запах, обостряемый высокой летучестью этих соединений. При этом сильные основания, необходимые для депротонирования, значительно ограничивают набор совместимых функциональных групп. Поэтому
синтетические методы, основанные на использовании фосфоланов а, б и в в качестве исходных соединений, позволяют конструировать фосфолановые лиганды с большей модулярностью:
P H
P SiMe
3
P Ph
в
Впервые синтез 2,5-диметил - триметилсилилфосфолана (б)
был осуществлен по методу с двухстадийным металлированием,
исходя из циклического сульфата (101), аналогично синтезу Du-
PHOS
с использованием P(SiMe3)3 в качестве исходного фосфи-
на (схема 48) [178].
77
(Me3Si)3P + MeLi
MeLi
MeOH
P SiMe
3
O
S
O O
O
(Me3Si)2PLi
Me3Si
SiMe
OSO3LiP
3
HP
Схема 49. Синтез 2,5-диметилфосфолана (а) через его триметил-
силильное производное (б)
Оказалось, что связь P-Si в этом соединениии удивительно
устойчива к нуклеофильному расщеплению даже при действии
таких сильных литий-органических соединений, как n-BuLi и
MeLi. Поэтому Бёрк был вынужден превратить его в фосфин (а)
в избытке метанола. Так, например, по слегка модифицированному способу был получен дифосфолан (118) [178]:
OSO
(101)
P
OO
BH
H
3
1. (SiMe3)2PLi
2. MeOH (excess)
nBuLi
MeLi
H2P
OSO3Li
(119)
OTs OTs
1.
BH
2. HBF4xEt2O
3
P
Li
P P
P H
H3BxSMe
2
TMS-фосфолана (б) в недоступности исходного P(SiMe3)3 в ко-
(120a)
(121b)
(118)
Схема 50. Синтез хирального лиганда (118).
Основной недостаток описанного метода синтеза
78
личествах, необходимых для индустриального использования по
этой схеме синтеза. Кроме того, борановый аддукт фосфида лития (121b) является гораздо более слабым нуклефилом и стерически более перегружен, что зачастую является причиной неудач при использовании такого типа нуклеофилов. В этом отношении фенилфосфолан (в) - более доступное исходное соединение для синтеза лигандов, содержащих хиральный фосфолан. Расщепление связи P-Ph щелочными металлами происходит
в очень мягких условиях и широко используется для генерирования фосфидов. Полученый таким способом фосфид лития был
использован в синтезе ряда полидентатных фосфоланов (123)
(схема 51). При этом синтез фенилфосфолана был осуществлен
описанным выше металлированием фенилфосфина, реакцией с
циклическим сульфатом (101) и последующим металлированием
для замыкания 5-членного цикла (схема 52).
P Ph
в
X
X= PPh, NH, O
(123 abc)
H
Li, THF
P Li
P
(123d)
N
P
(123e)
PP
PP
PP
Схема 51. Синтез полидентатных фосфоланов (123)
79
В то же время было отмечено, что при более жестких условиях,
3. BuLi
необходимых при нуклеофильном замещении стерически более
затруднённых электрофилов, происходит частичная эпимеризация стереогенных центров фосфоланового цикла. Бёрк констатировал образование до 45-50% мезоформы в зависимости от
качества использованного металлического лития [178].
Группой Бёрнера [182, 183] был предложен подход, связанный с использованием TMS-фосфолана (Б) в качестве строительного блока в синтезе дифосфиновых лигандов. Такой подход был осуществлен в синтезе лигандов CatASium М (111) по
схеме 53. При этом TMS-фосфолан получался в производственном масштабе расщеплением связи P-Ph фенилфосфолана металлическим литием и последующей реакцией с триметилсилилхлоридом (TMSCl). Производство фенилфосфолана осуществлялось гораздо более дешёвым способом из дихлорфосфина
(схема 52).
1. Li ( 6 eq.)
OMs
2.
OMs
Ph-PCl
2
Ph-PH
2
1. BuLi
P Ph
2.
OSO
O O
Схема 52. Синтез фенилфосфолана-фосфолана.
При таком подходе TMS-фосфолан (121), действующий в качестве Михаель-донора, замещает галоген только в активированном олефине - так называемом Михаель-акцепторе, по механизму присоединения по Михаелю с последующим отщеплением триметилсилилгалогенида. Поэтому электронно-донорные
свойства атомов фосфора в лигандах семейства CatASium ослаблены электронно-акцепторностью мостика (backbon).
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]