Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Хиральные лиганды в асимметрическом катализе. Монография
.pdf
O
R
O
N N
Cl Cl
O
OO
O
ClCl
RR
OO
Cl
R
N
OO
Me3Si
BrBr
OO
ClCl
Cl
P
2
(121)
P
P
a
RR
N N
OO
P
P
c
Cl
Cl
N
P P
OO
b
OO
PP
d
Cl Cl
P
P
e
(111)
Схема 53. Синтез семейства хиральных лигандов CatASium М
(111) на основе TMS-фосфолана ( б).
Следующим шагом для исправления такой ситуации стал
синтез оптически чистого 1-хлор-2,5-диметилфосфолана (122)
по схеме 54 [184], выступающего уже в качестве электрофила и
строительного блока при синтезе новых типов фосфоланов (123)
(схема 55). При использовании хлорфосфолана (122) стали легкодоступны не только С2-симметричные, но также несимметричные лиганды, что позволяет широко варьировать стерические и электронно-донорные свойства.
(121)
P SiMe
C2H4Cl
3
2
P Cl
(122)
Схема 54. Схема синтеза 1-хлор-2,5-диметилфосфолана (122)
Эти лиганды показали высокую энантиоселективность (96 –
99% ее) в реакциях Rh-катализируемого гидрирования итаконовой кислоты и метил-(Z)-α-N-ацетамидкоричной кислоты [185].
81
Особенно следует отметить исключительно высокую энан-
S
BrB
r
тиоселективность в Ru-катализируемых реакциях гидрирования
β − функционализированных кетонов. Так, при гидрировании
β − кетоэфиров энантиомерный избыток достигает 97-98% ее, а
при гидрировании ароматических гидроксикетонов - до 98-99%
ее. Используя эти лиганды, впервые удалось получить с высоким энантиомерным избытком алифатические 1,2-диолы гидрированием α-гидроксикетонов. Результаты Ru-катализируемого
гидрирования с лигандом (123-d) (схема 56) показаны в табл. 3.5
[186].
P P
(123)
a)
Br P
P P
1. BuLi
Br
Me
Br
Me
PCy
2
Me
S
P
Me
S
2.
P
(122)
Cl
Me
P
Me
PCy
P
2
Me
S
P
Me
Схема 55. Синтез лигандов с использованием хлорфосфолана
(122)
82
b)
c)
d)
Таблица 3.5
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
H
Результаты (123d)/Ru-катализируемого гидрирования
α-гидроксилкетонов
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Продукт гидрирования Давление
OH
OH
Ph
OH
OH
OH
OH
Выход, % ее,
Н2, атм
80 78 96
80 74 94
50 81 96
50 82 97
50 77 96
50 81 91
50 84 95
%
8
OH
50 93 93
OH
83
O
H
[Ru(metylallyl)2(cod)] / (123-d), HBr
Tol
OH
R
OH
MeOH, 60 0C,
H2, 50 атм, 12 часов
R
Схема 56. Реакция асимметрического гидрирования
α-гидроксилкетонов
3.2.4. Биарильные лиганды с аксиальной хиральностью
Классом лигандов, образованных модификацией электронных
и стерических свойств привилегированного лиганда BINAP
(124), стал многочисленный класс атропоизомерных биарильных бисфосфиновых лигандов. Каталитические комплексы с
представителями этого класса лигандов показали очень высокую селективность и каталитическую активность в разнообразных реакциях, имеющих важное значение для промышленного
применения [187-189]. Так успешное применение этих лигандов
осуществлено в реакциях асимметрического гидрирования различных функционализированных кетонов, α,β−ненасыщенных
кислот, аллильных спиртов и енамидов с использованием рутения компанией Takasago International Corp.
O
BINAP (124)
Ar=Ph, 3,5-Xyl, p-Tol
PAr
PAr
2
2
X
X
PR
PR'
2
2
BIPHEP (125)
a) X=OMe, R=Ph, R’=Ph
b) X=OMe, R=p-Tol, R’=pc) X=Me, R=Ph, R’=Ph
d) X=OMe, R=Ph, R’=a-Furyl
e) X=Me, R=p-Tol, R’=p-Tol
84
На сегодняшний день этот класс лигандов является по суще-
OMe
ству самым большим по количеству синтезированных представителей. Уже незначительная модификация лиганда BINAP
(124) приводит к существенным изменениям его свойств. К
примеру, простой заменой фенильных групп у атома фосфора на
3,5-ксилильные группы можно существенно улучшить стереодифференцирующие свойства самого лиганда BINAP. При гидрировании субстрата (126) рутениевым комплексом наблюдается увеличение оптического выхода до 90% ee по сравнению с
немодифицированным лигандом BINAP (только 24 % ee) [187].
O
OH
H
2
OMe
Схема 57. Реакция асимметрического гидрирования ме-
токсидифенилкетона (126)
Основные усилия по модификации привилегированного лиганда BINAP (124) были связаны с изменениями его биарильного основания. Таким классическим примером является семейство лигандов BIPHEP (125) [190, 191], разработанных исследовательской группой фирмы Roche.
Еще одно направление модификации лигандов типа BINAP
(124) связано с заменой бензольных циклов в основании лиганда
на гетероциклы. Основная идея сводится к тому, что эта замена
позволяет, с одной стороны, подстраивать электронные свойства
лиганда без изменения его стерических свойств. Примером служит p-PHOS (127) [192], хотя энантиоселективность и активность рутениевого комплекса с этим лигандом при гидрировании β–кетоэфиров (129) оказались ниже (93% ee,
ton=7500, tof=500) по сравнению с параметрами лиганда этого
же класса SEGPHOS (128) (99% ee, ton=10 0000, tof=2 500).
Здесь введен еще один параметр, характеризующий эффектив-
85
ность катализатора tof, – это число оборотов катализатора (tof -
OMe
OMe
O
O
O
R
turnover frequency) за час.
N
MeO
MeO
PAr
PAr
O
2
O
2
PPh
PPh
2
2
N
p-PHOS (127) Ar = Ph, Xyl SEGPHOS (128)
OH
COOEt
COOEt
H
2
R
Схема 58. Реакция асимметрического гидрирования
β–кетоэфиров (129).
С другой стороны, замена бензольных циклов в основании
лиганда на гетероциклы позволяет построить биарильные основания лиганда, обладающие не только С2-, но и С1симметрией [193—197]. Замена бензольных циклов в этих лигандах сохраняет их атропоизомерию, присущую классу лигандов BINAP. Примеры таких лигандов рассмотрены ниже. Так,
при гидрировании β-кетоэфира (129) с использованием рутениевого комплекса с С2-симметричным лигандом tetraMe-BITIOP
(130) выход оптически чистого продукта составил 97-98% ee
[196]. Далее мы обсудим влияние симметрии на эффективность
лиганда.
86
2
1
S
S
Ph2P
2
Ph2P
Ph2P
C
PPh
R
2
PPh
2
C
Ph2P
PPh
2
X
PPh
tetraMe-BITIOP (130) (131) X = S,O
При разработке лигандов SEGPHOS (128) [198] и
TUNAPHOS (132) [199], относящихся к классу BINAP (124),
было замечено, что существует корреляция между величиной
энантиоселективности и диэдральным углом биарильной основы
[200]. Для TUNAPHOS при гидрировании субстрата (129) величина энантиоселективности меняется от 90% ee при n=1 до >
99% ee для n=3 или 4, а затем опять уменьшается до 96-97% ee
при n=5,6 [199].
(CH2)
O
n
O
PR
PR
2
2
TUNAPHOS (132)
87
Модификация лигандов класса BINAP (124), как было отмечено, привела к возникновению самых разнообразных лигандов,
устойчивых к кислороду воздуха, что является несомненным
достоинством для использования в промышленном производстве. Несмотря на то что при синтезе большинства лигандов этого
класса требуется расщепление рацемата, на сегодняшний день
этот класс лигандов является, без сомнения, наиболее универсальным и многочисленным классом лигандов асимметрического синтеза.
3.2.5. Дифосфиновые лиганды с планарной хиральностью
Большинство известных лигандов этого класса содержат в
своей основе планарно-хиральный ферроцен, и этим они отличаются от других лигандов с ферроцениловой основой, не обладающих такой хиральностью. В этом случае такие лиганды
обычно относят к другим классам. Так, например, fBINAPHANE (133) можно отнести к классу циклофосфановых
лигандов (типа DuPHOS). Отметим, что иридиевый катализатор
на основе этого лиганда проявляет высокую энантиоселективность при гидрировании иминов [201]. Другим примером лиганда, имеющего ферроцениловую основу и принадлежащего к тому же классу лигандов (DuPHOS), является FERROTANE (115)
[172-174]
NMe
P
Fe
P
Ph2P
Fe
R
2
f-BINAPHANE (133)
PPFA (134)
88
Ph2P
Ph2P
Fe
PR'
Ph2P
R
Fe
2
CH
H
3
BPPFA (135) R=NMe2
JOSIPHOS (137)
BPPFOH (136) R=OH
Ферроценовый фрагмент в фосфиновых лигандах, определяющий планарную хиральность дифосфиновых лигандов, был
впервые введен в обращение Кумадой и Хайяши. Для этого они
использовали пионерскую работу Уги по синтезу оптически
чистых замещенных ферроценов [202-204]. Разработанные ими
P,N - лиганды PPFA (134), также как BPPFA (135) и BPPFOH
(136), показали высокую эффективность при различных асим-
метрических преобразованиях и положили основу для нескольких новых семейств лигандов, которые можно объединить в
один класс – фосфины с планарной хиральностью.
Следующим шагом стала работа Тогни [205], в которой он
произвел замену аминогруппы в PPFA (134), введя вместо нее
вторую фосфиновую группу. Таким образом, было получено
целое семейство лигандов под общим названием JOSIPHOS
(137) с очень высоким выходом, которые оказались очень эффективными при асимметрическом гидрировании родиевыми
комплексами производных α−ацетамидокоричной (96), диметилитаконата (138) и β−кетоэфиров (129).
H
2
CO2Me
MeO2C
CO2Me
MeO2C
Схема 59. Реакция асимметрического гидрирования димети-
литаконата (138)
В последнее время лиганды типа JOSIPHOS (137) успешно
применяются фирмой Merck (USA) в производстве
89
аминокислот энантиоселективным гидрированием незаме-
R
'2P
R2P
β−
щенных енамидов [206].
Разработанный Тогни синтез [205] позволяет вводить последовательно различные фосфиновые группы и тем самым подстраивать электронные и стерические свойства лиганда. Эти
лиганды, запатентованные фирмой Novartis, стали успешно использовать в ряде промышленных процессах, например PPF-tBu2
(R=Ph, R’= tBu2) - для коммерческого синтеза (+) биотина (витамин Н) [207, 208] и XyliPHOS (R=Ph, R’=3,5-Xyl) - при изготовлении гербицида (S)-метолахлор [209, 210], производство более
10 000 тонн в год. В последнем процессе были достигнуты очень
высокие значения ton=2 000 000, tof>400 000.
Дальнейшим развитием, выходящим за рамки патента на
JOSIPHOS (137), явилась разработка лиганда BOPHOZ (139),
запатентованная компанией Höchst AG. Лиганд стабилен на воздухе и эффективен для гидрирования производных
α−дегидроаминокислот (85), итаконовой кислоты (43) и
β−кетоэфиров (129). Тестовая реакция гидрирования метилового
эфира ацетамидокоричной кислоты (8) показала 99,1% ee,
ton=100, tof=20 [211].
R2P
Fe
NR''
CH
3
H
Fe
H
R2P
Fe
H
BOPHOZ (139) TRAP (140)
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]