P-монодентатные диамидофосфиты на основе (S)- и (R)-2-(арил- и алкиламинометил)пирролидинов как стереоселекторы в процессах асимметрического катализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.08, кандидат химических наук Гришина, Татьяна Борисовна

• Гришина, Татьяна Борисовна
• кандидат химических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат химических наук Гришина, Татьяна Борисовна

I. Введение

II. Р-моно, Р,Р- и Р,7У-бидентатные хиральные диамидофосфиты, их синтез, строение и применение в каталитических превращениях {Литературный обзор) 7 II. 1. Р-Монодентатные лиганды

1.1. Фосфопроизводные (5)-2-(анилинометил)пирролидина

1.2. Фосфопроизводные (5)-а,а-дифенилпролинола

1.3. Прочие монодентатные соединения 18 II. 2. Р,ЛЧэидентатные лиганды '

2.1.Фосфопроизводные (<У)-2-(анилинометил)пирролидина

2.2. Лиганды структурного типа БГАРНОХ

2.3. Фосфопроизводные прочих хиральных диаминов

II. 3. Р,Р-Бидентатные лиганды

3.1. Фосфопоизводные 1,4:3,6-диангидро-0-маннита

3.2. Фосфопроизводные резорцина

III. Синтез новых Р-монодентатных диамидофосфитных лигандов и их применение в асимметрических каталитических превращениях {обсуждение полученных результатов)

1. 1,3,2-Диазафосфолидины на основе (5)-2-(анилинометил)пирролидина, содержащие моно-эфиры ВПчГОЬ в качестве экзоциклических заместителей

2. 1,3,2-Диазафосфолидины на основе(5)- и (Р)-2-(анилинометил)пирролидинов и {8)-2-{пара-бром-анилинометил)пирролидина с объемными экзоциклическими заместителями

3. Р-монодентатные лиганды на основе (5)алкиламинометил)пирролидинов

IV. Экспериментальная часть

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «P-монодентатные диамидофосфиты на основе (S)- и (R)-2-(арил- и алкиламинометил)пирролидинов как стереоселекторы в процессах асимметрического катализа»

Актуальность темы.

Асимметрический металлокомплексный катализ является одним из наиболее изящных и эффективных методов получения оптически чистых соединений, широко используемых в химической, фармацевтической, пищевой, парфюмерно-косметической и ряде других отраслей промышленности. Наибольшее значение при этом имеют энантиоселективные процессы Шькатализируемого гидрирования, Рс1-катализируемого аллильного замещения и Си-катализируемого сопряженного присоединения. Для гидрирования характерны отсутствие побочных реакций, а также использование молекулярного водорода как наиболее дешевого восстановителя и небольших количеств металлокомплексных катализаторов. В аллильном замещении возможно привлечение субстратов с разнообразными функциональными группами и широкого спектра С-, Б-, Ы-, О- и Р-содержащих нуклеофилов. Несомненными достоинствами сопряженного присоединения являются большой выбор функционализированных субстратов и низкая стоимость медных предкатализаторов. Вместе с тем, ключевую роль в развитии этих направлений асимметрического катализа играет дизайн и синтез оптимальных фосфорсодержащих лигандов. В последнее десятилетие возрастающее внимание уделяется Р-монодентатным хиральным лигандам фосфитного типа. Это связано с тем, что соединения с Р-0 и (или) Р-Ы" связями легко и в больших количествах получаются путем прямого фосфорилирования доступных оптически активных синтонов. Кроме того, они характеризуются выраженной тс-кислотностью и устойчивостью к окислению.

Перспективной группой монодентатных хиральных диамидофосфитов являются 1,3,2-диазафосфолидины, располагающие стереогенными атомами фосфора. По своим электронным свойствам они выступают как хорошими 7Сакцепторами (благодаря доступности низко лежащих 7г*РМ орбиталей), так и хорошими а-донорами. Включение диамидофосфитного атома фосфора в состав пятичленного цикла существенно повышает устойчивость таких лигандов к процессам окисления и гидролиза, а его асимметрический характер обеспечивает эффективный перенос хиральности в ходе каталитического цикла. Таким образом, развитие методологии синтеза и использования в асимметрическом металлокомплексном катализе Р*-монодентатных 1,3,2-диазафосфолидиновых стереоселекторов является актуальным. Удобными исходными синтонами здесь выступают 1,2-диамины с С]-симметрией, в частности (5)- и (Я)-2-(ариламинометил)пирролидины и (5)- и (7?)-2-(алкиламинометил)пирролидины. При этом особого внимания заслуживают стерически требовательные лиганды с объемными экзоциклическими заместителями (Ж при атоме фосфора. Цель работы.

Получение нового поколения монодентатных диамидофосфитных стереоселекторов, располагающих Р*-стереоцентрами и 1,3-диаза-2-фосфабицикло[3.3.0]октановым каркасом. В соответствии с этой целью, предусматривается решение следующих задач:

- синтез на основе (£)-и (7?)-2-(анилинометил)пирролидина стерически требовательных 1,3,2-диазафосфолидинов с объемными экзоциклическими заместителями (Ж при атоме фосфора;

- синтез на основе (5)-2-(алкиламинометил)пирролидинов 1,3,2-диазафосфолидинов с различными заместителями при атоме N(3);

- их использование в качестве лигандов в реакциях асимметрического металлокомплексного катализа.

Научная новизна и практическая ценность работы. 1. Значительно усовершенствован известный способ получения ключевых хиральных синтонов - (5)- и (^)-апилидов глутаминовой кислоты посредством проведения реакции ее конденсации с анилином в более мягких условиях и за более короткое время; при этом устраняется возможность рацемизации целевых продуктов.

2. Предложен модифицированный, по сравнению с опубликованными прописями, метод синтеза (5)-2-(алкиламинометил)пирролидинов, основанный на конденсации (5}-пироглутаминовой кислоты и хлораля с последующим взаимодействием с первичными аминами и восстановлением л итийалюминийгидридом.

3. Впервые получен представительный ряд стерически требовательных монодентатных диамидофосфитных лигандов, располагающих объемными экзоциклическими заместителями у асимметрического атома фосфора и характеризующихся высокими значениями конического угла Толмана (максимальное значение 0 = 197°). При этом синтезированы неизвестные ранее лиганды фосфитного типа на основе л/о«о-эфиров ВШОЬ и ферроценилметанола, а также диамидофосфиты на основе карборановых спиртов.

4. Новые хиральные 1,3,2-диазафосфолидины успешно использованы в Рс1-катализируемых энантиоселективных реакциях аллильного замещения (£)-! ,3-дифенилаллилацетата действием диметилмалоната, пара-толуолсульфинита натрия, пирролидина и дипропиламина (во всех случаях достигнуто до 99% её).

5. Показано, что Рс1-катализируемая дерацемизация этил-(£)-1,3-дифенилаллилкарбоната с участием диамидофосфитных производных 0-Ме-ВШОЬ является эффективным методом получения ценного хирального спирта халкола с рекордной оптической чистотой (до 96%).

6. Изучена стереодифференцирующая способность 1,3,2-диазафосфолидинов с объемными экзоциклическими заместителями при атоме фосфора в Си-катализируемом сопряженном присоединении диэтилцинка к 2-циклогексен-1-ону; при этом достигнут наибольший для диамидофосфитных лигандов уровень энантиоселективности (до 70%).

7. Установлено, в Шькатализируемом гидрировании субстратов с активированными С=С связями новые хиральные 1,3,2-диазафосфолидины обеспечивают максимальную для своего класса лигандов асимметрическую индукцию: до 90% ее в случае диметилитаконата, до 73% ее - (2^-метил-2-ацетоамидо-3-фенилакрилата и до 98% ее - метил-2-ацетоамидакрилата.

Использованные методы.

Состав и строение полученных соединений подтверждены широким набором физико-химических методов исследования: ИК, ЯМР 'Н, 13С, 31Р, спектроскопией, масс-спектрометрией (методами электронного удара, лазерной десорбции и электрораспыления), а также элементным анализом. Энантиомерный избыток продуктов каталитических реакций определялся методом ВЭЖХ-хроматографии на хиральных стационарных фазах.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на Международной конференции по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейлыптейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006), Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), XV Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург, 2008) и XXIV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации.

Основное содержание работы по теме диссертации изложено в 10 публикациях, в том числе в 5 статьях в рецензируемых российских и зарубежных журналах и тезисах 5 докладов на конференциях.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы (105 наименований). Работа изложена на 123 страницах печатного текста, содержит 48 схем, 37 рисунков и 18 таблиц.

И. Р-моно, Р,Р- и /'»ТУ-бидентатные хиральные диамидофосфиты, их синтез, строение и применение в каталитических превращениях

Литературный обзор).

В обзоре систематизированы и обсуждены литературные данные, относящиеся к вопросам синтеза, строения и применения Р-моно, Р,Р- и Р,И-бидентатных диамидофосфитов как хиральных лигандов в различных каталитических процессах с участием комплексов переходных металлов. В Основой классификации материала является дентатность фосфорсодержащих лигандов.

II. 1. Р-Монодентатные лиганды.

1.1. Фосфопроизводные СУ)-2-(анилинометил)пирролидина.

Группой Гаврилова была получена представительная серия Р-монодентатных диамидофосфитов ЫЛа-Ь путем одностадийного фосфорилирования соответствующих спиртов а-Ь (2Р,55)-1,3-диаза-2-хлоро-3-фенил-2-фосфабицикло[3.3.0]октаном (1.1) (Схема 1).

Схема 1.

С1

Ч-Г"

1.1 НХ, Е13Ы, С6Н6

Е13Ы х НС1 гм

1.1а-Ь

ОМе (а)

0/-Рг (Ь)

ОСН(СР3)2 (с)

ОГ-Ви (с!) О

Ме е) О

Ме^ ^Ме О

ОР11

Ф)

Ме

9)

Соединения ЫЛа-Ь устойчивы при хранении в течение длительного времени. Согласно данным ЯМР спектроскопии, для соединений Ы.1с1-11 характерно содержание от 2 до 26% второго стереоизомера, в то время как лиганды Ы.1а-с представлены единственным стереиозомером. Во всех случаях, основной стереоизомер имеет псевдоэкваториальную ориентацию экзоциклического заместителя при атоме фосфора, то есть (Я) конфигурацию фосфорного стереоцентра [1,2].

Стерические требования фосфорных центров соединений (конические углы Толмана [3]) рассчитаны по методу АМ1 с полной оптимизацией геометрических параметров [4], при этом полученные значения для Ll.la-h варьируют в довольно широком интервале от 122° до 168° [1]. Наибольшие значения зафиксированы для лигандов Ll.lg и Ll.lf, которые содержат в своем составе объемные ментильную и адамантильную группы.

На основе лигандов Ll.la-c согласно Схеме 2 получены димерные родиевые хлорокарбонильные комплексы К1.1а-с.

Схема 2.

2L ССХ

Rh(CO)2Cl]2 -►

-2СО

L = Ll.la-c

Путем взаимодействия с [Pd(allyl)Cl]2 синтезированы соответствующие нейтральные и катионные палладиевые (И) комплексы соединений Ll.la,c-g. (Схема 3).

Схема 3. .L +L mriwun™ +2L'A§BF4 // ,L~]+BF4

PdC - 1/2 [pd(allyl)Cl]2 -^ \t~Pd'T

V L = Ll.lf, g -AgCl L

K2.1f,g L = Ll.la,c-g K3.1a,c-g

Полученные соединения Ll.la-h, а также их комплексы протестированы в асимметрических Pd-катализируемых реакциях аллильного замещения 1,3-дифенилаллил ацетата 2.1 (Схема 4).

Схема 4. Ме.

Г)

РК

3.1

50 + ЫаЗОгрТо!, Рс1-саГ 2 - РЬ'

РГ1 ™

ОАс + (СН2)4ЫН, Рс1-саГ РИ

7.1 СН2(С02Ме)2, ВБА, Рс!-саГ

Ме02С^С02Ме РЬСН2ЫН2, Рс1-саГ + (С3Н7)2ЫН, Рс1-саГ

РК"^* Р11

4.1

РГГ РИ кп

5.1 6.1

Большинство лигандов продемонстрировали хорошую энантиоселективность в реакциях аллильного сульфонилирования (порядка 80% её). Нужно отметить, что наличие дополнительного С*-стереоцентра в составе соединения содержащего ментальный заместитель, не дало какихлибо существенных улучшений. Лиганд Ы.И со стерически требовательным адамантильным заместителем показал до 90% ее, в то время как наибольший результат (97% ее) был получен с участием Ы.1с1, для которого характерно среднее значение угла Толмана (0 = 156°). Все эффективные лиганды проявляют умеренную я-кислотность. При этом использование в качестве палладиевого предкатализатора [Рс12(с1Ьа)з]'СНС1з вместо [Рё(а11у1)С1]2 в целом не оказало существенного влияния на оптические выходы продуктов. Тем не менее, в случае лигандов 1Л.1с,с1 было отмечено уменьшение энантиоселективности и изменение абсолютной конфигурации соединений 3.1.

В реакциях аллильного аминирования 1,3-дифенилаллилацетата 2.1 бензиламином с участием обсуждаемых /^-монодентатных лигандов и их комплексов энантиоселективность находится в ярко выраженной зависимости от значений угла Толмана. Лучший результат (95% ее) был получен с участием наиболее стерически требовательного лиганда Ы.1£

В реакциях аллильного алкилирования 2.1 диметилмалонатом, как и в реакциях сульфонилирования, большинство лигандов продемонстрировало хорошие значения энантиоселективности (порядка 80% ее, с участием Ы.1Ь, ЫЛс!-Г, Ll.Hi). Использование в качестве предкатализатора [Рс12(с1Ьа)з]'СНС1з вновь привело к уменьшению энантиоселективности. Главная отличительная черта аллильного алкилирования заключается в том, что наименее объемный лиганд Ll.lc продемонстрировал наилучшую стереоиндукцию (97% ее).

Таким образом, можно сделать вывод, что в трех вышеупомянутых реакциях наилучшими стереоиндукорами проявили себя соединения, характеризующиеся умеренными значениями л;-кислотности. В целом, серия Р*-монодентатных диамидофосфитов показала убедительные результаты [1,

5].

Лиганды Ll.la-h были применены в Рб-катализируемой реакции аллильного алкилирования карборанового соединения 8.1 (Схема 5), при этом полученное значение энантиоселективности составило 73%.

Схема 5.

РЬ ч0С02Ме, Рс1-саГ

Р^С-ССНС02Ме + -^ РЬС-СС(РЬ)С02Ме

0/ ВБА, КОАс \0/

8.1 В10 9.1 ню Ню

Соединения Ll.lb, Ll.ld и Ll.lg оказались в данной реакции наиболее эффективными. Следует отметить, что это первая прямая асимметрическая реакция для соединений карборанового ряда [1]. Кроме того, она относится к довольно редкому типу реакций Рс1-катализируемого асимметрического аллилирования, когда новый асимметрический центр возникает при замещающем аллильном фрагменте [6]. Достигнутая энантиоселективность является довольно высокой для реакций аллилирования, приводящих к возникновению хирального центра на атакующем нуклеофиле. К сожалению, скорость данной реакции очень мала (конверсия исходного соединения 8.1 во всех случаях составляла около 10% после 96 ч), что характерно для такого рода процессов [7].

Синтетическая доступность и высокая эффективность Р*-монодентатных диамидофосфитов открывают возможность применения полученных лигандов в каталитических процессах, которые имеют практическое значение, например, на стадии Pd-катализируемого асимметрического алкилирования в синтезе энантиомерно-чистого противовоспалительного нестероидного препарата Ibuprofen [1,8].

Соединения Ll.la,d,f были применены в асимметрическом Pd-катализируемом аминировании 1,3-дифенилаллилацетата 2.1 дипропиламином (Схема 4). Наибольшее значение асимметрической индукции продемонстрировал катионный комплекс, полученный в результате взаимодействия [Pd(allyl)Cl]2 и лиганда LI.Id in situ в среде ТГФ (до 90% ее). Также несомненный интерес для исследователей представляет задача повторного использования катализатора в процессе металлокомплексного катализа. Применение ионных жидкостей в качестве растворителей дает возможность многократного использования катализатора, поэтому катионные комплексы K3.1a,d,f дополнительно были протестированы в реакции аллильного аминирования 2.1 дипропиламином, осуществленной в среде тетрафторобората 1-бутил-2,3-диметилимидазолия. При участии Ll.la был получен рацемический продукт 5.1а, как и при использовании обычных органических растворителей. Комплекс на основе лиганда Ll.ld показал хорошую энантиоселективность (до 77% её), которая остается практически неизменной на протяжении трех последовательных каталитических циклов. Наилучшее значение энантиоселективности при использовании в качестве растворителя ионной жидкости получено с участием LI.If. В первом каталитическом цикле достигнуты 84% ее и количественная конверсия, в то время как для второго цикла характерно резкое снижение как реакционной способности (до 10%), так и оптического выхода (до 68% её).

Таким образом, Р*-хиральные диамидофосфиты являются отличными стереоиндукторами в реакции Рс1-катализируемого аллильного аминирования 1,3-дифенилаллилацетата 2.1 дипропиламином (Схема 4). При использовании ионных жидкостей в качестве растворителей возможно успешное повторное применение хирального катализатора с выделением продукта реакции с помощью экстракции [9].

Р *-хиральные монодентатные диамидофосфиты были протестированы в качестве лигандов в Шжатализируемой реакции асимметрического гидрирования диметилитаконата 10.1 (Схема 6).

Схема 6.

С02Ме н ^]^С02Ме

С02Ме ^-саР С02Ме

10.1 11.1

А На Л

Ме02С ГМНАс ^-саг" Ме02с * ЫНАс

12.1 13.1

Р1\ ЫНАс н2 »^НАс

РИ-саГ Л

С02Ме С02Ме

14.1 15.1

Наиболее полную конверсию, при очень низком значении энантиоселективности (4% ее), продемонстрировал лиганд Ь1.1а, имеющий в своем составе наименьший экзоциклический заместитель. Интересно, что при использовании лигандов Ll.lt>, Ы.1с, Ll.Hi, L2Л (Рисунок 1) продукт 11.1 получен с противоположной абсолютной конфигурацией, несмотря на однотипность используемого фосфорного центра и отсутствие дополнительной хиральности в экзоциклическом заместителе. Лучший результат (55% ее) обеспечивает лиганд Ll.lc, обладающий акцепторным экзоциклическим заместителем. Увеличение продолжительности эксперимента с участием Ll.lc (до 36 часов) способствовало достижению практически полной конверсии субстрата [10].

12.1 ОС ¿0СО

Для участия в Шькатализируемом гидрировании диметилитаконата 10.1 в среде суперкритического СОг был выбран диамидофосфит Ы.1с, содержащий гексафтороизопропильный радикал. Полная конверсия 10.1 достигнута в течение 2 часов (в среде СН2С12 при Рт — 5 атм. в течение 36 часов, при Рц2 =20 атм. в течение 24 часов). Значение энантиоселективности в среде суперкритического С02 (до 46% ее) несколько меньше оптического выхода, полученного в СН2С12 (до 54% её). Таким образом, рассмотренный процесс можно считать весьма перспективным направлением в асимметрическом синтезе энантиомерно-чистых соединений благодаря очень высокой скорости реакции и доступности исходных лигандов [11].

Кроме того, лиганды Ь1.1а, Ы.1Ь, Ы.1с, Ь2.1 использованы в реакции присоединения фенилборной кислоты к транс-коричному альдегиду 16.1 (Схема 7) с привлечением [Ш1(ССЮ)С1]2 в качестве предкатализатора. Данный подход открывает доступ к ценным аллильным спиртам, используемым в качестве интермедиатов в синтезе биологически активных препаратов [10, 12].

Схема 7. о он Р1пВ(ОН)2—*ь"са** >

16.1 17.1

Максимальный выход продукта (60%) и низкая энантиоселективность (14% ее) получены в случае лиганда Ь2.1 при проведении реакции при 20°С. Немного более высокий оптический выход обеспечил диамидофосфит Ь1.1Ь (17% ее), но с меньшей конверсией (35%). Повышение температуры до 60° С

13 способствовало увеличению выхода продукта, однако значение ее при этом снизилось до 12%.

Таким образом, можно сделать вывод, что в Шжатализируемой реакции асимметрического гидрирования диметилитаконата 10.1 наличие акцепторного экзоциклического заместителя при атоме фосфора приводит к достижению максимальной энантиоселективности. В присоединении фенилборной кислоты по карбонильной группе транс-коричного альдегида 16.1 достижению более высокой конверсии (при низком уровне энантиоселективности) способствует введение стерически объемной группы [10].

Р*-монодентатные диамидофосфиты Ы.1а, Ы.1 Ь, Ы.Н были изучены в реакциях аллилирования метил(3-фенилаллил)карбоната 18.1 диметилмалонатом (Схема 8). В сочетании с определенным типом лигандов использование палладиевого катализа способствует получению линейных продуктов 19.1 Ь в то время как родиевый и иридиевый катализ -образованию с высокой региоселективностью разветвленных продуктов 19.1а.

Схема 8.

ОСООМе СН2(СООМе)2

Ч^ + СООМе вед,коде,сн2С12 ^ + (рГ^^СН(СООМе)2

К^ СООМе саГ ^ + ^

18.1 19.1а 19.1Ь

Необходимо также отметить, что иридий оказался эффективнее родия, обеспечивая в случае лиганда Ь1.И региоспецифичное образование только разветвленного изомера 19.1а. В то же время, использование готовых палладиевых комплексов с диамидофосфитными лигандами Ы.1а, Ы.1Ь позволяет региоспецифично получить линейные продукты 19.1Ь. При этом объем и природа экзоциклического заместителя в составе лиганда никакого влияния на региоселективность не оказывают [13].

Проведен ряд экспериментов с участием лигандов 1Л.1а и Ь4.1 (Рисунок 2) для оценки влияния структуры лиганда на скорость реакции. Рисунок 2.

С этой целью была выбрана стандартная реакция сопряженного присоединения диэтилцинка к 2-циклогексен-1-ону 20.1 (Схема 9), при этом максимальное значение энантиоселективности составило 10-20 % ее. Схема 9.

20.1 21.1

Кроме того, установлено, что замена метоксильной группы на более объемную О-а-нафтил приводит к увеличению времени, необходимого для протекания реакций [14].

Группой Гаврилова была синтезирована серия эффективных монодентатных катионных диамидофосфитных лигандов Ь5.1, Ь6.1а, Ь6.1Ь (Рисунок 3) на основе доступных аминоспиртов [15, 16]. Ионные диамидофосфиты являются превосходными лигандами для Рс1-катализируемого аллильного замещения [17]. Также они весьма интересны с точки зрения других асимметрических реакций, катализируемых переходными металлами, и многократного использования каталитических систем [18-20].

Несмотря на ионную природу, соединение L5.1 хорошо растворяется в обычных растворителях, таких как CH2CI2, CHCI3 или ТГФ.

Палладиевые катализаторы, полученные в результате взаимодействия [Pd(allyl)Cl]2 и лиганда L5.1 in situ (Схема 10), протестированы в асимметрическом Pd-катализируемом аллилировании 1,3дифенилаллилацетата 2.1 (Схема 4).

Схема 10.

1/4 [Pd (allyQ Cl]2 f< J*^ - a-"

K4.1

Ионный диамидофосфит L5.1 оказался хорошим стереоселектором в Pd-катализируемом аллильном сульфонилировании 2.1, обеспечив до 83% ее. В аллильном алкилировании 2.1 диметилмалонатом (Схема 4) наибольшее значение оптического выхода продукта 4.1 вновь обеспечил катионный комплекс К5.1 (до 90% ее). Его хлоридный аналог К6.1 продемонстрировал почти равную энантиоселективность (до 89% ее) и хорошую конверсию в СН2С12.

В Pd-катализируемом аллильном аминировании 1,3-дифенилаллилацетата 2.1 пирролидином (Схема 4) катионный комплекс К6.1 продемонстрировал высокую асимметрическую индукцию (90% ее) при проведении реакции в ТГФ. С участием соединений К4.1 и К5.1 также достигнуты хорошие значения оптического выхода (80% и 77% ее, соответственно). Нужно отметить, что при использовании в качестве растворителя ТГФ вместо СНгСЬ значения энантиоселективности во всех случаях оказались выше.

Максимальное значение оптического выхода (99% ее) в аллильном аминировании 2.1 дипропиламином (Схема 4) получено с участием катионного комплекса К5.1 в среде ТГФ. При использовании в качестве реакционной среды ионной жидкости тетрафторбората 1-бутил-З-метилимидазолия и катионного комплекса К5.1 как катализатора в первом цикле получены 73% ее и количественная конверсия. Во втором цикле наблюдалось резкое снижение активности катализатора (со 100% до 35%), хотя уровень энантиоселективности остался прежним (74% ее) [15].

В реакции аллильного сульфонилирования диамидофосфит L5.lt>, имеющий в составе А^-гептилимидазолиевый фрагмент, показал превосходную энантиоселективность (до 97% ее).

Диамидофосфиты Ь6.1а и Ь6.1Ь оказались хорошими стереоселекторами в реакции Рс1-катализируемого алкилирования 2.1 (достигнуто до 93 и 84% ее, соответственно). Оба результата были получены при использовании в качестве растворителя СНгСЬ и мольного отношения Ь/Рё = 2.

В реакции аллильного аминирования 1,3-дифенилаллилацетата 2.1 пирролидином в ТГФ Ь6.1а и Ь6.1Ь продемонстрировали схожие значения оптического выхода (90 и 93% ее, соответственно). В аллильном аминировании с участием дипропиламина соединения ЬбЛа и Ь6.1Ь обеспечили до 90 и 97% ее и количественную конверсию 2.1 при проведении реакции в ТГФ и отношении Ь/Рс1 = 2.

Также нужно отметить, что в реакциях Шькатализируемого асимметрического гидрирования (Схема 6) лиганд ЬбЛЬ проявил себя менее эффективным стереоселектором, чем в реакциях Рс1-катализируемого аллильного замещения, показав, в частности, не более 58% ее в случае субстрата 10.1.

В целом, катионные монодентатные диамидофосфиты Ь5.1, 1Л>.1а и Ь6.1Ь, продемонстрировали превосходные результаты, которые в отдельных случаях оказались лучше полученных с участием их аналогов, не содержащих ионный фрагмент [16].

Заключение диссертации по теме «Химия элементоорганических соединений», Гришина, Татьяна Борисовна

У.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложены более мягкие условия проведения реакции конденсации глутаминовой кислоты с анилином с выходом на соответствующие (5)- и (Я)-анилиды; при этом сокращено время синтеза (на 2 часа) и снижена температура его проведения (на 35° С), что устраняет возможность рацемизации целевых продуктов.

2. Путем двукратного сокращения количества исходных первичных аминов существенно модифицирован синтез (^)-2-(алкиламинометил)пирролидинов.

3. Синтезирован обширный ряд стерически требовательных монодентатных диамидофосфитных лигандов с объемными экзоциклическими заместителями у асимметрического атома фосфора, характеризующихся высокими значениями конического угла Толмана (до 0=197°). Впервые получены лиганды фосфитного типа на основе моно-эфиров ВШОЬ и ферроценилметанола, а также диамидофосфиты на основе карборановых спиртов. Предложена дополнительная серия Р-монодентатных лигандов на основе (5)-2-(алкиламинометил)пирролидинов, отличающихся природой радикала у атома N(3).

4. Достигнуты близкие к количественным значения энантиоселективности при участии новых хиральных 1,3,2-диазафосфолидинов в Рё-катализируемом аллильном алкилировании (£)-1,3-дифенилаллилацетата диметилмалонатом, в сульфонилировании пара-толуолсульфинитом натрия, в аминировании пирролидином и дипропиламином (до 99% ее во всех случаях). При этом установлено, что наиболее эффективными стереоселекторами являются соединения на основе природной (^-глутаминовой кислоты.

5. Получено рекордно высокое значение энантиоселективности (до 96%) в реакции Рс1-катализируемой дерацемизации этил-(Д)-1,3-дифенилаллилкарбоната с участием диамидофосфитных производных О-Ме

ВЕМОЬ, что открывает удобный доступ к ценному оптически чистому спирту халколу.

6. Показано, что в Си-катализируемом сопряженном присоединении диэтицинка к 2-циклогексен-1-ону стерически требовательные. 1,3,2-диазафосфолидины обеспечивают до 70% ее, что существенно (на 50-60%) превосходит уровень асимметрической индукции, достигнутый с участием их известных аналогов.

7. В Шькатализируемом гидрировании субстратов с активированными С=С связями новое поколение хиральных 1,3,2-диазафосфолидинов продемонстрировало хорошую и отличную энантиоселективность (до 90% ее в случае диметилитаконата, до 73% ее - (%)-метил-2-ацетоамидо-3-фенилакрилата и до 96% ее - метил-2-ацетоамидакрилата); в этих же реакциях известные лиганды этого класса обеспечивают не более 55% ее.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Гришина, Татьяна Борисовна, 2009 год

1. New oxazoline-containing phosphoramidite ligand for palladium-catalyzed asymmetric allylic sulfonylation. K.N. Gavrilov, O. G. Bondarev, V.N. Tsarev, A.A. Shiryaev, S.E. Lyubimov, A.S. Kucherenko, V.A. Davankov // Russ. Chem. Bull., 2003, 52, 122-125.

2. Steric effects of phosphorus ligands in organometallic chemistry and homogeneous catalysis. C.A. Tolman II Chem. Rev., 1977, 77, 313-348.

3. Новый подход к определению конического угла фосфорорганических соединений,- Л.И. Полосухин, А.Ю. Ковалевский, К.Н.Гаврилов // Коорд. химия, 1999, 25, 812-815.

4. Metal-catalyzed enantioselective allylation in asymmetric synthesis. Z. Lu, S. Ma //Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 258-297.

5. Pd-Катализируемое асимметрическое аллилирование производного o-карборана. P.В. Лебедев, С.К. Моисеев, О.Г. Бондарев, М.М. Ильин, КН. Гаврилов, В.Н. Калинин //Изв. АН. Сер. хим., 2002, 3, 476-479.

6. Palladium-catalysed enantioselective synthesis of Ibuprofen. L. Acemoglu, J. M. J. Williams //J. Mol. Cat. A: Chemical, 2003, 196, 3-11.

7. The use of an ionic liquid in asymmetric catalytic allylic amination. S E. Lyubimov, V.A. Davankov, K.N. Gavrilov // Tetrahedron Lett., 2006, 47, 27212723.

8. Р-хиральные монодентатные диамидофосфиты как лиганды для Rh-катализируемых асимметрических реакций. С.Е. Любимое, В.А. Даванков, П.В. Петровский, Н.М. Лойм//Изв. АН. Сер. хим., 2007, 10, 2023-2025.

9. On the role of P(III) ligands in the conjugate addition of diorganozinc derivatives to enones. T. Pfretzschner, L. Kleemann, B. Janza, K. Harms, T. Schrader//Chem. Eur. J., 2004, 10, 6048-6057.

10. Chiral cationic diamidophosphite: novel effective ligand for Pd-catalysed enantioselective allylic substitution. S.E. Lyubimov, V.A. Davankov, M.G. Maksimova, P.V. Petrovskii, K.N. Gavrilov // J. Mol. Catal. A: Chem., 2006, 259, 183-186.

11. Design of ionic phosphites for catalytic hydrocyanation reaction of 3-pentenenitrile in ionic liquids. C. Vallée, Y. Chauvin, J.-M. Basset, C.C. Santini, ./C. Galland. //Adv. Synth. Catal, 2005, 347, 1835-1847.

12. Recyclable diguanidinium-BINAP and PEG-BINAP supported catalysts: syntheses and use in Rh(I) and Ru(II) asymmetric hydrogenation reactions. P. Guerreiro, V. Ratovelomanana-Vidal, J.-P. Genet, P. Dellis // Tetrahedron Lett., 2001,42, 3423-3426

13. Heterogeneous enantioselective catalysts: strategies for the immobilisation of homogeneous catalysts. P. McMorn, G.J. Hutchings II Chem. Soc. Rev., 2004, 33, 108-122.

14. New modular P-chiral ligands for Rh-catalyzed asymmetric hydrogenation. O.G. Bondarev, R. Goddard// Tetrahedron Lett., 2006, 47, 9013-9015.

15. New chiral ligand for the asymmetric conjugate addition of organocopper reagents to enones. A. Alexakis, S. Mutti, J.F. Normant // J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 6332-6334.

16. Chiral phosphorus ligands for the asymmetric conjugate addition of organocopper reagents. A. Alexakis, J. Frutos, P. Mangeney // Tetrahedron: Asymmetry, 1993, 4, 2427-2430.

17. Chiral P-monodentate phosphoramidite and phosphite ligands for the enantioselective Pd-catalyzed allylic alkylation. I.S. Mikhel, G. Bernardinelli, A. Alexakis//Inorg. Chim. Acta, 2006, 359, 1826-1836.

18. Enantioselective copper-catalyzed conjugate addition of dialkyl zinc to nitro-olefins. A. Alexakis, C. Benhaim // Organic Letters, 2000, 2, 2579-2581.

19. Binaphtyldiamine-based diazaphospholidines as a new class of chiral monodentate P-ligands. M.T. Reets, H. Oka, R. Goddard // Synthesis, 2003, 12, 1809-1814.

20. New chiral organophosphorus derivatizing agent for the determination of enantiomeric composition of chloro- and bromohydrins by 31P NMR spectroscopy. S. Reymond, J. M. Brunei, G. Buono // Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11, 12731278.

21. Pd(0) catalyzed asymmetric amination of a prochiral bicyclic allylic diacetate. G. Muchow, J.M. Brunei, M. Maffei, O. Pardigon, G. Buono // Tetrahedron, 1998, 54, 10435-10448.

22. Enantioselective palladium catalyzed allylic substitution with new chiral pyridine-phosphine ligands. J.M. Brunei, T. Constantieux, A. Labande, F. Lubatti, G. Buono // Tetrahedron Lett., 1997, 38, 5971-5974.

23. Enantioselective palladium catalyzed allylic amination using new chiral pyridine-phosphine ligands. T. Constantieux, J.M. Brunei, A. Labande, G. Buono // Synlett, 1998, 49-50.

24. Enantioselective copper catalyzed Diels-Alder reaction using chiral quinoline-phosphine ligand. J.M. Brunei, B. D. Campo, G. Buono // Tetrahedron Lett., 1998, 39, 9663-9666.

25. Enantioselective formation of quaternary centers on p-ketoesters with chiral palladium QUIPHOS catalyst. J.M. Brunei, A. Tenaglia, G. Buono // Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11, 3585-3590.

26. Asymmetric synthesis with chiral cyclic phosphorus auxiliaries. O. Molt, T. Schrader//Synthesis, 2002, 18, 2633-2670.

27. Design of a new class of chiral quinoline-phosphine ligands. Synthesis and application in asymmetric catalysis. G. Delapierre, J.M. Brunei, T. Constantieux, G. Buono//Tetrahedron: Asymmetry, 2001, 12, 1345-1352.

28. Nitrogen-containing ligands for asymmetric homogeneous and heterogeneous catalysis. F. Fache, E. Schulz, M.L. Tommasino, M. Lemaire // Chem. Rev., 2000, 100,2159-2232.

29. Chiral /^iV-bidentate ligands in coordination chemistry and organic catalysis involving rhodium and palladium. K.N. Gavrilov, A.I. Polosukhin //Russ. Chem. Rev., 2000, 69, 661-682.

30. Catalytic hydrogenation of a-iminophosphonates as a method for the synthesis of racemic and optically active a-aminophosphonates. N.S. Goulioukina, G.N.113

31. Bondarenko, S.E. Lyubimov, V.A. Davankov, K.N. Gavrilov, LP. Beletskaya //Adv. Synth. Catal., 2008, 350, 482-492.

32. Новый оксазолиноамидофосфитный лиганд для катализируемого палладием асимметрического аллильного сульфонилирования. КН. Гавршов, ОТ. Бондарев, В.Н. Царев, А.А. Ширяев, С.Е. Любимов, А.С. Кучеренко, В.А. Даванков //Изв. АН. Сер. хим., 2003, 1, 116-118.

33. P-chirogenic diaminophosphine oxide: a new class of chiral phosphorus ligands for asymmetric catalysis. T. Nemoto, T. Matsumoto, T. Masuda, T. Hitomi, K. Hatano, Y Hamada//J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 3690-3691.

34. Ir-catalyzed asymmetric allylic amination using chiral diaminophosphine oxides. T. Nemoto, T. Sakamoto, T. Matsumoto, Y. Hamada // Tetrahedron Lett., 2006, 47, 8737-8740.

35. Ir-catalyzed asymmetric allylic alkylation using chiral diaminophosphine oxides: DIAPHOXs. Formal enantioselective synthesis of (-)-paroxetine. T. Nemoto, T. Sakamoto, T. Fukuyama, Y. Hamada // Tetrahedron Lett., 2007, 48, 4977-4981.

36. Paroxetine: an update of its pharmacology and therapeutic use in depression and a review of its use in other disorders. N.S. Gunasekara; S. Noble; P. Benfield// Drugs, 1998, 55, 85-120.

37. Pd-catalyzed asymmetric allylic amination using aspartic acid derived P-chirogenic diaminophosphine oxides: DIAPHOXs. T. Nemoto, T. Masuda, Y. Akimoto, T. Fukuyama, Y. Hamada //Org. Lett., 2005, 7, 4447-4450.

38. Pd-catalyzed asymmetric allylic alkylation of 2-substituted cycloalkenyl carbonates using a chiral diaminophosphine oxide: (S,i?p)-Ph-DIAPHOX. L. Jin, T. Nemoto, H. Nakamura, Y. Hamada // Tetrahedron: Asymmetry, 2008, 19, 11061113.

39. Chiral bis(vV-tosylamino)phosphine- and TADDOL-phosphite-oxazolines as ligands in asymmetric catalysis. R. Hilgraf, A. Pfaltz // Synlett, 1999, 11, 18141816.

40. Chiral bis(N-sulfonylamino)phpsphine- and TADDOL-phosphite-oxazoline ligands: synthesis and application in asymmetric catalysis. R. Hilgraf, A. Pfaltz // Adv. Synth. Catal, 2005, 347, 61-77.

41. Chiral bis(N-arylamino)phosphine-oxazolines: synthesis and application in asymmetric catalysis. M. Sconleber, R. Hilgraf A. Pfaltz II Adv. Synth. Catal., 2008, 350, 2033-2038.

42. Synthesis and application of a new bisphosphite ligand collection for asymmetric hydroformylation of ally! cyanide. C.J. Cobley, K. Gardner, J. Klosin,

43. С. Praquin, С. Hill, G.T. Whiteker, A. Zanotti-Gerosa // J. Org. Chem., 2004, 69, 4031-4040.

44. Первый диамидофосфитный лиганд пинцетного типа с асимметрическими атомами фосфора. К.Н Гаврилов, Е.А. Расторгуев, A.A. Ширяев, Т.Б. Гришина, A.C. Сафронов, С.Е. Любимов, В.А. Даванков. // Изв. АН. Сер. хим., 2009, 6, 1288-1290.

45. Synthesis, structure, and hydrosilylation catalysis of a chiral A-frame rhodium(I) dimer with eis diphosphite ligands. S. Ini, A.G. Oliver, T.D. Tilley, R.G. Bergman H Organometallics, 2001, 20, 3839-3841.

46. Synthesis of new chiral pincer-complex catalysts for asymmetric allylation of sulfonimines. O.A. Wallner, V.J. Olsson, L. Eriksson, K.J. Szabö // Inorg. Chim. Acta, 2006,359, 1767-1772.

47. Chiral palladium-pincer complex catalyzed asymmetric condensation of sulfonimines and isocyanoacetate. J. Aydin, A. Ryden, K.J. Szabo // Tetrahedron: Asymmetry, 2008, 19, 1867-1870.

48. A modular approach to achiral and chiral nickel(II), palladium(II), and platinum(II) PCP pincer complexes based on diaminobenzenes. D. Benito-Garagorri, V. Bocokic, К Mereiter, K. Kirchner И Organometallics, 2006, 25, 3817-3823.

49. Rhodium diphosphite pincer complexes. Rare preferred in-plane olefin conformation in square-planar compounds. M. Rubio, A. Suarez, D. del Rio, A. Galindo, E. Alvarez, A. Pizzano //Dalton Trans., 2007, 407-409.

50. Rhodium complexes with pincer diphosphite ligands. unusual olefin in-plane coordination in square-planar compounds. M. Rubio, A. Suarez, D. del Rio, A. Galindo, E. Alvarez, A. Pizzano II Organometallics, 2009, 28, 547-560.

51. Modularly designed transition metal PNP and PCP pincer complexes based on aminophosphines: synthesis and catalytic applications. D. Benito-Garagorri, К Kirchner //Acc. Chem. Res., 2008, 41,201-213.

52. Фосфоропроизводные диаминов и бинафтилдиолов как хиральные лиганды. Э.Б. Бенецкий, К.Н. Гаврилов, Т.Б Гришина, Е.А. Расторгуев, В.А. Даванков IIXV международная конференция по химии соединений фосфора, Санкт-Петербург, 25-30 мая 2008 года, 330.

53. Various P*-chiral phosphite-type ligands: their synthesis, stereochemistry and use in Pd-catalysed allylation. E.B. Benetsky, S.V. Zheglov, T.B. Grishina, F.Z. Macaev, L.P. Bet, V.A. Davankov, K.N. Gavrilov II Tetrahedron Lett., 2007, 48, 8326-8330.

54. Synthesis and characterization of chiral 1,2-diamines from 5-oxo-pyrrolidine-(S)-2-carboxylic acid. U. Köhn, A. Schramm, F. Kloß, H. Görls, E. Arnoida, E. Andersa // Tetrahedron: Asymmetry, 2007, 18, 1735-1741.

55. Asymmetric synthesis. Asymmetric catalytic allylation using palladium chiral phosphine complexes. P.R. Auburn, P.B. McKenzie, В. Bosnich II J. Am. Chem. Soc., 1985, 107, 2033-2046.

56. Carboxylates of palladium, platinum, and rhodium, and their adducts T. A. Stephenson, (Mrs.) S.M. Morehouse, A.R. Powell, J.P. Heffer, G. Wilkinson II J. Chem. Soc., 1965, 3632-3640.

57. Химия элементоорганических соединений. Э.Е. Нифантъев, А.И. Завалишина, Москва, 1980.

58. A simple synthetic approach to homochiral 6- and 6'-substituted 1, l'-binaphthyl derivatives. H. Носке, Y. Uozumi // Tetrahedron, 2003, 59, 619-630.

59. Asymmetric synthesis catalyzed by chiral ferrocenylphosphine-transition-metal complexes. 8. Palladium-catalyzed asymmetric allylic amination. T. Hayashi, A. Yamamoto, Y. Ito, E. Nishioka, H. Miura, K. Yanagi // J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 6301-6311.

60. Synthesis and stereochemistry of the four isomeric pinane-2,3-diols. R.G. Carlson, J.K. Pierce II J. Org. Chem., 1971, 36, 2319-2324.

61. Фосфиты с Р*-стереогенными центрами новый класс хиральных лигандов для координационного синтеза и катализа. Э.Б. Бенецкий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук, М., 2008.

62. Palladium-catalyzed asymmetric allylic substitution using novel phosphino-ester (PHEST) ligands with 1,l'-binaphthyl skeleton. H. Kodama, T. Taiji, T. Ohta, I. Furukawa II Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11, 4009-4015.

63. Enantioselective Pd-catalysed allylation with BINOL-derived monodentate phosphite and phosphoramidite ligands. K.N. Gavrilov, S.E. Lyubimov, S.V. Zheglov, E.B. Benetsky, V.A. Davankov // J. Mol. Catal. A: Chemical, 2005, 231, 255-260.

64. Synthesis and applications to asymmetric catalysis of a series of mono- and bis(diazaphospholidine) ligands. D. Smyth, H. Tye, C. Eldred, N.W. Alcock. M. Wills II J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2001, 2840-2849.

65. Asymmetric catalysis of planar-chiral cyclopentadienylruthenium complexes in allylic amination and alkylation. Y. Matsushima, K. Onitsuka, T. Kondo, T. Mitsudo, S. Takahashi II J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 10405-10406.

66. Palladium-catalyzed asymmetric allylic substitution using novel phosphino-ester (PHEST) ligands with lj'-binaphthyl skeleton. H.Kodama, T.Taiji, T. Ohta, I. Furukawa II Tetrahedron: Asymmetry, 2000, 11, 4009-4015.

67. Unsymmetrical hybrid ferrocene-based phosphine-phosphoramidites: a new class of practical ligands for Rh-catalyzed asymmetric hydrogenation. X.-P. Hu, Z. Zheng H Org. Lett., 2004, 6, 3585-3588.

68. A synthesis of some ferrocen-based l,3-bis(phosphanes) with planar chirality as the sole source of chirality. G. Argouarch, O. Samuel, H. B. Kagan if Eur. J. Org. Chem., 2000, 2885-2891.

69. Dramatic improvement of the enantiomeric excess in the asymmetric conjugate addition reaction using new experimental conditions. A. Alexakis, C. Benhaim, S. Rosset, M. Humam // J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 5262-5263.1. Искренне благодарю:

70. Выражаю глубокую признательность за помощь в получении и интерпретации данных:

71. ЯМР-спектроскопии П.В. Петровскому, A.C. Перегудову, Т.В. Стрелковой (ИНЭОС РАН)

72. ИК-спектроскопии Е.Д. Лубуж (ИОХ РАН) масс-спектрометрии - Ю.П. Козьмину (ИБХ РАН).