Синтез комплексов палладия (II) и родия (I) и асимметрические каталитические реакции с участием новых хиральных моно- и бидентатных фосфитов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

На правах1 рукописи

ЖЕГЛОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

СИНТЕЗ КОМПЛЕКСОВ ПАЛЛАДИЯ (И) И РОДИЯ (I) И АСИММЕТРИЧЕСКИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ С УЧАСТИЕМ НОВЫХ ХИРАЛЬНЫХ MOHO - И БИДЕНТАТНЫХ ФОСФИТОВ

Специальность 02.00.01 — неорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Воронеж — 2006

Работа выполнена в Рязанском государственном университете им. С.А. Есенина

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Гаврилов Константин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Семенов Виктор Николаевич

доктор химических наук, профессор Боев Виктор Иванович

Ведущая организация: Институт общей и неорганической химии

им. Н.С. Курнакова РАН

Защита состоится "23" ноября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.08 по химическим наукам при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ауд. 290.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан октября 2006 г.

Ученый секретарь ~

диссертационного совета, /Р/<А

доктор химических наук, профессор иО" Семенова Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Металлокомплексный катализ относится к числу важнейших инструментов современной синтетической химии. При этом особую значимость имеет его асимметрический вариант, позволяющий сочетать многократное увеличение скорости органической реакции с процессом умножения хиральности. Совершенствование этого направления является принципиально важным для дальнейшего развития таких фундаментальных дисциплин, как координационная химия, стереохимия и тонкий органический синтез. Оно также определяет прогресс прикладных отраслей, связанных с получением гомохиральных соединений - фармацевтической химии, производства гербицидов, пищевых добавок и парфюмерных препаратов. Современный тотальный синтез биологически - значимых соединений едва ли возможен без ключевых стадий с участием асимметрических металлокомплексных катализаторов. Нельзя не отметить и тот факт, что Нобелевская премия по химии 2001 года была присуждена трем выдающимся исследователям в области асимметрического катализа. Ключевым звеном в создании высокоэффективного металлокомплексного катализатора является правильный выбор лигандного окружения, в первую очередь среди оптически активных фосфорсодержащих соединений. Хотя доминирующее положение пока занимают хиральные фосфины, все больше исследователей обращаются к использованию соединений фосфитного типа. Принципиально иное строение первой координационной сферы атома фосфора (благодаря наличию в ней атомов кислорода и (или) азота) обуславливает их синтетическую доступность, возможность тонкой регулировки стерических и электронных требований, устойчивость к окислительной деструкции и выраженную я-кислотность. Увеличение по сравнению с традиционными фосфинами ^-кислотности хиральных фосфорсодержащих лигандов благоприятно сказывается на конверсии и энантиоселективности в целом ряде каталитических процессов, например в аллильном замещении, гидрировании, гидроборировании, реакции Паусона — Ханда. К этому добавим указание на низкую стоимость соединений фосфитного типа. Соотвественно, хиральные фосфиты успешно применяются в гидрировании С=С связей, гидроформилировании, гидросилилировании С=С и С=0 связей, гидроборировании, сопряженном присоединении. Тем не менее, доля фосфитов не превышает 15% от общего количества известных хиральных фосфорсодержащих лигандов и, следовательно, нуждается в увеличении.

Кроме того:

- фосфорные центры подавляющего большинства оптически активных фосфитов построены на основе ограниченного набора синтонов, главным образом диолов, бис-нафтолов и бис-фенолов, а преобладающими элементами хиральности являются оси и С*-стереоцентры. На сегодняшний день в литературе описаны лишь единичные и разрозненные примеры монодентатных лигандов фосфитного типа, располагающих Р'-стереоцентрами.

- несмотря на широкое использование в синтезе фосфитов доступного аксиально-хирального реагента ВГЫОЬ (бинафтилдиола-2,2;-) и его

производных, не было известно их прямое одностадийное фосфорилирование с выходом на лиганды с двумя соответствующими фрагментами при атоме фосфора.

- относительно немногочисленной группой остаются такие перспективные стереоселекторы, как иминофосфиты, при этом нет примеров соединений с кетиминной периферией.

- далеко не полностью раскрыт каталитический потенциал хиральных фосфитов. Основное внимание уделяется асимметрическому гидрированию и сопряженному присоединению, в то время как реакции аллильного замещения исследованы в существенно меньшей степени. В частности, ведущая лигандная группа | - фосфиты и амидофосфиты на основе В1Ж)Ь до настоящего исследования не использовалась в Рё-катализируемом аллилировании.

- слабо1 изучена фундаментальная корреляция «структура лиганда — характер комплексообразования — строение металлокомплекса - каталитическая результативность», в т.ч. вклад целенаправленного варьирования строения фосфорного и (или) азотного центра лиганда.

'К этому добавим, что основное внимание исследователей уделяется каталитическому тестированию фосфитных лигандов, в то время как изучение их координационных свойств и поведения по отношению к комплексам-предкатализаторам асимметрических реакций пока остается фрагментарным и не систематическим, и, следовательно, является актуальной проблемой.

Цель работы: Исследование комплексообразование и асимметрических каталитических превращений с участием новых хиральных Р-моно и Р,Ы-бидентатных фосфитов. Задачи работы:

1. Разработка методов получения неизвестных ранее Р-моно- и Р,Ы-бидентатных хиральных лигандов, относящихся к следующим группам: монодентатным диамидофосфитам и амидам фосфористой кислоты с асимметрическим атомом фосфора, аксиально-хиральным монодентатным фосфитам и амидофосфитам, бидентатным арилфосфитам и диамидофосфитам.

2. Комплексообразование новых хиральных лигандов с Ю1(1) и Рё(Н) и установление его закономерностей.

3. Определение стерических, электронных и спектральных параметров лигандов и их металлокомплексов.

4. Использование и оценка эффективности новых групп стереоселекторов в асимметрических реакциях Рс1-катализируемого аллилирования и 1111-катализируемого гидрирования.

Научная новизна.

• Создана принципиально новая группа монодентатных соединений фосфитного типа, располагающих Р'-стереоцентрами.

• Одностадийным синтезом получены уникальные монодентатные лиганды, имеющие два фрагмента ВШОЬ, Н8-В1Ж)Ь и Вг2- Н8-ВШОЬ при атоме фосфора.

• Впервые в РЛ-катализируемом аллильном замещении успешно использованы классические аксиально-хиральные монодентатные фосфиты и амидофосфиты с одним фрагментом ВЕМОЬ .

• Разработан оригинальный метод синтеза неизвестных ранее иминофосфитов, располагающих кетиминной периферией. Показано, что они являются гораздо лучшими стереоселекторами, чем аналогичные лиганды с традиционным фосфиновым центром.

• Получены обладающие широким диапазоном стерических и электронных параметров новые группы Р.Л^бидентатных лигандов фосфитной природы, содержащих разнообразные фосфорные (арил- и диамидофосфитные) и азотные (альдиминные, оксазолиновые, оксазолидиновые) донорные центры.

• Новые хиральные соединения успешно протестированы в ряде реакций Р<3-катализируемого асимметрического аллильного замещения 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата и Шг-катализируемого гидрирования диметилитаконата. При этом в аллильном алкилировании диметилмалонатом получено до 98% ее, в аллильном сульфонилировании КаЗО^ТЫ - до 97% ее, аллильном сульфонилировании диформамидом натрия до 86% ее, в аллильном аминировании пирролидином - до 61% ее, в аллильном аминировании бензиламином — до 95% ее, в реакции гидрирования диметилитаконата - до 76% ее.

• На примере ряда лигандов фосфитного типа проиллюстрирована корреляция «стерические и электронные параметры лиганда — характер комплексообразования — строение металлокомплекса — каталитическая результативность». Выявлена прямая зависимость между уровнем асимметрической индукции и пространственными требованиями фосфорного центра, Б-характером НЭП донорного атома азота и региоселективностью процесса комплексообразования.

Практическая значимость

Разработанные доступные и высокоэффективные металлокомплексные катализаторы реакций асимметрического аллилирования могут использоваться на ключевых стадиях получения ценных оптически чистых соединений для нужд фармацевтической химии (в частности, а- и р-аминокислот, простагландинов группы Е и нестероидных противовоспалительных препаратов), а также производства средств защиты растений и действующих веществ парфюмерных композиций.

На защиту выносятся:

- методы получения неизвестных ранее хиральных Р-моно- и .Р,//-бидештатных фосфитных лигандов.

- характер их комплексообразования с Ш1(1) и Р(1(Н), в том числе с соответствующими предкатализаторами асимметрических реакций.

- результаты использования новых стереоселекторов в Р<1-катализируемом аллильном замещении и Шг-катализируемом гидрировании.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Второй региональной научной конференции по органической химии «Органическая химия на пороге третьего тысячелетия — итоги и перспективы» (Липецк — 2000г.); XX, XXI Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону — 2001г., г. Киев —

2003г.); 13-й Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург — 2002г.); 14-м, 16-м, 17-м Международном симпозиуме по хиральности (Германия, Гамбург — 2002г., США, Нью-Йорк - 2004г., Италия, Парма — 2005г.); VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва — 2002г.); Международной конференции посвященной 50-летию ИНЭОС РАН им. Несмеянова (г. Москва - 2004г.); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005» (г. Москва — 2005г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 19 публикациях, в том числе в 9 статьях в рецензируемых российских и зарубежных журналах.

Структура диссертации: Диссертация изложена на 120 страницах печатного текста, содержит 1 рисунок и 22 таблицы. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (150 наименования).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

I. Хиральные Р-монодеитатные и Р^-бидентатные фосфиты в комплексообразовании и катализе (литературный обзор).

В обзоре систематически проанализированы и обсуждены литературные данные, посвященные синтезу и использованию в энантиоселективном катализе хиральных Р-монодентатных фосфитов и двух групп Р.ТУ-бидентатных лигандов фосфитного типа. Рассмотрены реакции гидроформилирования, гидрирования, аллильного замещения, сопряжённого присоединения, катализируемые комплексами переходных металлов с оптически активными фосфитами.

Настоящий отрезок времени можно уверенно охарактеризовать как период широкого использования Р-монодентатных хиральных фосфитов. Показаны значительные успехи, достигнутые в гидрировании, сопряженном присоединении, причем очевиден вклад каждого класса фосфитных лигандов. Среди Р,Ы-бидентатных фосфитов дальнейшего развития заслуживают структуры с оксазолиновой и иминной периферией. В связи с этим работа по синтезу новых групп лигандов этих классов, а так же комплексов переходных металлов на их основе относится к числу важнейших направлений развития современной координационной химии и асимметрического металлокомплексного катализа.

II. Строение, комплексообразование и каталитические свойства моно- и

бидентатных соединений фосфитного типа (обсуждение результатов).

II.1. Р-монодеитатные хиральные лиганды.

II.1.1 Р-монодентатные лиганды с асимметрическим атомом фосфора.

Прямым взаимодействием реагента 1 с соответствующими спиртами и аминами синтезирована серия неизвестных ранее монодентатных диамидофосфитов и амидов фосфористой кислоты За-j, обладающих Р -стереоцентрами. Отметим, что I легко и с хорошим выходом образуется в результате диастереоселективного фосфорилирования (S)-2-

(анилинометил)пирролидина, удобно получаемого из доступной L-глутаминовой кислоты.

С!'

-

N—1

НХ (2а-}), Е13И, С6Н6 - х НС1

Нг-*4

За-]

ОМе (а) м Ме^Ме ОРИ (Ь)

°"рг (Ь) оЛГ) ^ <«>

ОСН(СР3)2 (с) ^

0№и (с!) (е) (1) Т (д) Ы(СН2)5 0)

Соединения За-] стабильны при хранении в сухой атмосфере и

при

необходимости легко очищаются вакуумной перегонкой или экстракцией гексаном. Для оценки электронных свойств новых лигандов методами ЯМР 31Р и ИК спектроскопии были получены хлорокарбонильные комплексы ЯЬ(1):

[^(СО)2С1]2 - +21 -

их соответствующие димерные

2 СО

ОС-

^сГ

4а-с,1

Л. СО

1_ = За-с,г

Кроме того, взаимодействием с предкатализатором асимметрического алилирования [Рс1(а11у1)С1]2 синтезированы нейтральные и катионные комплексы Рс1(Н):

+ и

1/2 [Рс1(а11у1)С1]2

+ 21, АдВР4

—Рс1,

^ 1

"1.

ВРЛ

- ......

С! I = З^д - АдС1

5Пд 1-= За'с"9 ба,с-д

Все новые лиганды и их палладиевые комплексы были протестированы в реакциях энантиоселективного аллильного замещения 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата (Схема 1).

О

„С02Ме +СН2(С02Ме)2 ВБА, саГ

ОАс + (СН2)4ЫН, саГ

Схема 1

В реакции аллильного сульфонилирования (Схема 1, продукт 10) большинство лигандов показало хорошую энантиоселективность (порядка 80% ее) (Таблица 1). Интересно, что наличие дополнительных углеродных стереоцентров в составе 3£ не привело к увеличению оптического выхода. Лиганд ЗГ, имеющий объемный адамантильный фрагмент, обеспечил 90% ее, в то время как лучший результат (97% ее) был достигнут с использованием 3(1. Важно, что все эти лиганды обладают среди соединений За-] средней 7Г-кислотностью. В тоже время, как более, так и менее л-акцепторные лиганды, такие как Зс и 3|, показали существенно меньшие результаты (44% ее и 15% ее).

Таблица 1. Асимметрическое аллильное сулъфонилирование 1,3-дифенгитроп-2-енил ацетата Ыа302рТо1 с использованием лигандов Заи металлокомплексов 6а-1г.

За ЗЬ Зс за Зе ЗГ Зд 3*1 31 3] 6а 6(1 бе 61 6И

[□ее, % □ Конверсия. % |

В реакции аллильного аминирования бензиламином (Схема 1, продукт 12) достигнуто до 95% ее (Таблица 2).

Таблица 2. Асимметрическое аллильное аминирование 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата бензиламином с использованием лигандов За-} и металлокомплексов 6а-

За ЗЬ Зс 3с1 Зе Зf ЗЬ 3] 6а 6с1 бе

|в ее. % □ Конверсия, % |

В реакции аллильного алкилирования (Схема 1, продукт 8) прослеживаются те же тенденции, что и в реакции аллильного сульфонилирования (Таблица 3). Здесь также налицо хорошая энантиоселлективность (около 80% ее), а лучшую

стерео индукцию продемонстрировал лиганд с наименее объемным экзоциклическим заместителем (За, 97% ее).

Таблица 3. Асимметрическое сшлильное алкилирование 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом с использованием лигандов За-).

За 3b Зс 3d Зе 3f 3h 3i 3j

|Шее, % □ Конверсия, % j

Суммируя сказанное выше, отметим, что новые монодентатные диамидофосфиты с асимметрическими атомами фосфора показали себя отличными стереоселекторами, а их доступность, низкая стоимость и стабильность открывают перспективу практического использования, например в получении оптически чистого нестероидного противовоспалительного препарата Ibuprofen.

II.1.2 Р-монодентатные лиганды на основе BINOL.

В основу дизайна новой группы фосфитных лигандов была положена простая идея использования двух эквивалентов доступного реагента BINOL и одного эквивалента РС13. Соответственно, были синтезированы фосфиты, содержащие два фрагмента BINOL, H8-BINOL и Вг2- H8-BINOL при атоме фосфора:1

13

1 Лиганд 13 впервые был получен: Гаврилов K.H., Михель И.С. /Журнал неорганической химии // 1994, 39, №3, с. 461.

Кроме того, были получены классические ВГМОЬ-содержащие фосфит и амидофосфит:

Р-С1

+ (СР3)2СНОН ог (Рг)2МН, Е13М, РИСН3 - Е^Ы х НС1

На основе новых лигандов получены нейтральные карбонильные комплексы родия (I) и катионные комплексы палладия (II) и родия (I).

[^(СО)2С1]2 -;/с10 » ^нь^Ыь-Г1

1. = 17,18

+ ь

[асасРШ(СО)2]

1/2 [Рс1(аПу1)С1]2

-со 1_ = 13, 14,15

+ АдВР4 2 I

[РЬ(СОО)2]+ВР4-

- АдС1

1.= 13,14,17,18 24, 25, 26, 27

+2 Ь [Ри1(ССЮ)(|_)2]+ВР4-

!_= 13

Существенно большие значения КССВ Ч рн и у(СО) для комплекса 19 по сравнению с таковыми для 20 (295.1 и 272.1 Нг, 2043 и 2008 сш"1 соответственно) указывают на более высокую ^-кислотность фосфита 17 по сравнению с амидофосфитом 18. Эти же спектральные характеристики соединений 21-23 свидетельствуют о выраженной электроноакцепторной природе лигандов 13-15.

К сожалению, не удалось получить индивидуальный комплекс состава [РсЗ(а11у1)(15)2]+Вр4"- В спектре ЯМР Р наблюдалась сложная смесь продуктов 143.5, 143.0, 142.7, 142.5, 127.0, 125.9, 10.1 ррш). Возможной причиной этого являются высокие стерические требования этого лиганда (в = 172°). Этим же объясняются сравнительные низкие каталитические результаты лиганда 15.

На примере 13-18 впервые реализовано применение лигандов фосфитного типа на основе ВГЫОЬ в палладиевом катализе аллильного замещения в соответствии со Схемой 1. Результаты аллильного алкилирования диметилмалонатом (Схема 1, продукт 8) и аминирования пирролидином представлены (Схема 1, продукт 9) в Таблицах 4 и 5.

Таблица 4. Асимметрическое аллильное алкшировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом с использованием лигандов 13-16 и металлокомплексов 24-25.

(Дихлорметан) (Дихлорметан)

[и ее, % □ Конверсия, %1

(a) - [Р<3(а11у1)С1]2ЛТФ

(b) - [Рс1(а11у1)С1]2/Дихлорметан

(c) - [Р<12(<1Ьа)з]*СНС1з/Дихлорметан

Отметим, что фосфит 13 и его триметилсилильное производное 16 продемонстрировали в аллильном алкилировании отличную энантиоселлективность (95-97% ее), в то время как стерически затрудненный бромсодержащий лиганд 15 обеспечивает не более 63% ее. В случае фосфита 17 достигнуты умеренные оптические выходы продуктов 8-11 (до 55% ее). Напротив, амидофосфит 18 обеспечивает хорошую конверсию и энантиоселлективность (особенно в аллильном сульфонилировании (до 75% её) и в аллильном алкилировании (до 90% ее)). Лучшие результаты амидофосфита 18 по-видимому обусловлены его большей электронодонорной способностью.

Таблица 5. Асимметрическое аллильное аминирование 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата пирролидином с использованием лигандов 13-16 и металлокомплексов

|Иее, % □ Конверсия, % |

(a) - [Р<Ка11у1)С1]2/ТГФ

(b) - [Рс1(а11у1)С1]2/Дихлорметан

В аллильном аминировании с участием 13 и 14 оптические выходы продукта 9 составили 61% ее и 51% ее, соответственно. Более объемные соединения 15 и 16 обуславливают более низкие результаты. Два наиболее эффективных лиганда из серии фосфитов с двумя фрагметами ВПМОЬ при атоме фосфора были протестированы в аллильном сульфонилировании субстрата 7 и в его аллильном аминировании диформамидом натрия (Схема 1, продукты 10 и 11). Показано, что в этих процессах важную роль играет как строение лиганда, так и тип анионного нуклеофила. Достигнуто до 65% ее (в случае 14) и до 86% ее (в случае 13), соответственно.

Кроме того, лиганды 13,15, 17 и 18 были протестированы в реакции катализируемого гидрирования диметилитаконата и Иг- и 1г- катализируемого гидросилилирования ацетофенона (Схемы 2 и 3).

О О

V- У-

о

Схема 2

| 28 29

Амидофосфит 18 вновь продемонстрировал лучшую результативность (48% конверсии, 76% ее), чем фосфит 17 (26% конверсии, 56% ее). Можно заключить, что ярко выраженный я-акцепторный характер фосфита 18 приводит к понижению его энантиоселективности в обсуждаемых каталитических процессах. Лиганды 13 и 152 проявили себя как умеренные стереоселекторы: оптические выходы 29 составили 51%(К) ее и 25%(Б) ее, соответственно, при неплохой конверсии.

Ме + Н231РЬ2| саГ + МеОН, Н+

Схема 3.

В реакции гидросилирования ацетофенона дифенилсиланом соединения 17 и 18 неожиданно показали низкие результаты. Был протестирован широкий спектр

каталитических систем [Шг(СОО)С1]2, Ь*/Юг = 1-3; [М(СОО)2]+ВР4"/2Ь* (М = ЯЬ, 1г), но в результате образовывался практически рацемический продукт (3060% конверсии, 1-4% ее).

Кроме того, исходя из коммерчески доступного амина терпенового ряда, синтезирован амидоарилфосфит 30 с ахиральным фосфорным центром на основе бифенилдиола-2,2.

Его катионный комплекс 31 был использован как катализатор реакции асимметрического аллильного сульфонилирования 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата (Схема 1, продукт 10). Оптический выход продукта 10 составил 63% ее

1 Каталитический эксперимент был выполнен в лаборатории профессора М. Ритца (Германия)

при конверсии 70%, что вполне сопоставимо с результативностью Р,Ы-бидентатных ферроценилиминофосфитных систем.

С12Н602РС1, N£13, С6Н6

[Рс1(а11у1)С!]2, ТГФ;

<(-Рс1 ^ '

+ ВР4-

31

11.2. Р,№б идентатные хиральные л ига иды.

П.2.1. Р,ЛЧ5идентатные арилфосфиты.

Н.2.1.1. Р^-бидентатные арилфосфиты с альдиминной переферией.

Исследование лигандов этой группы позволило оценить влияние тонких различий в строении фосфорного центра и экзоциклического азотсодержащего фрагмента на каталитическую результативность. С этой целью взаимодействием соединения 32 с соответствующими иминоспиртами 33а, ЗЗЬ получены новые Р,уУ-бидентатные лиганды 34а, 34Ь:

МеО

МеО

Р-С1 + НО

Ее

С6Н6, Е^ - Е13Ы-НС1

МеО

МеО

Р-О

Е£

32 33а, Ь 34а, Ь

К = яес-Ви (а) Г-Ви (Ь)

Важно отметить, что в литературе описано формирование хлорфосфита 32 из 4,4'-диметокси-6,6'-ди-трет-бутил-би-фенилдиола-2,2| и РС13 в присутствии акцептора хлористого водорода без выделения в растворе ТГФ или толуола. Нами предложен новый способ синтеза 32 путем проведения реакции в среде РС13 с использованием каталитического количества Ы-метилпирролидона. Это позволило создать экспрессную методику синтеза важного стерически объемного фосфорилирующего реагента 32 в аналитически чистом виде и подробно охарактеризовать его спектрально.

Родственный ферроценилиминофосфит 35 получен с использованием пир окатехинх л орфосф ита:

Ме, Ме

>-Е1

СФ

Р-С1 + но

в

С6Н6, Е^Ы - Е13МНС1

СФ

Р-О N

33а

35

Было предположено, что сопоставление асимметрической индукции лигандов 34 и 35 даст возможность оценить влияние строения арилфосфитного фосфорного центра, а в случае 34а и 34Ь — влияние структуры углеводородного радикала. При этом наличие в составе 34-35 ферроценового ядра позволяет придать лигандам дополнительную химическую устойчивость, структурную жёсткость и лёгкость модификации.

По характеру комплексообразования эти соединения являются типичными хелатообразователями:

+ 34а, Ь, 35 ^ Л

1/2 [кщсоьаь-- №

-со

36а, Ь, 37

Значения КССВ 'Л.рь и у(СО) комплексов 36а, Ь, 37 (281.1, 282.3 и 281.3 Нг; 2028, 2025 и 2040 сггГ1 соответственно) свидетельствуют о высокой тс-акцепторной способности иминофосфитов 34-35.

В результате взаимодействия 34а,Ь с [Рс1(А11у1)С1]2 (в присутствии А§ВР4) также образуются металлохелаты:

+ 34а, Ь, АдВР4

1/2 [РсКАНу1)С1]2 -

38а, Ь

В Рс1-катализируемом сульфонилировании 7 лсзра-толуолсульфинитом натрия (Схема 1, продукт 10) с участием 34-35 наблюдались умеренные оптические выходы (до 67% ее). Комплекс 38а оказался лучшим стереоселектором, чем 38Ь, в то время как катализатор на основе 35 образует фактически рацемический продукт. Использование другого нуклеофила - диметилмалоната приводит к значительному увеличению асимметрической индукции (до 87% ее). Вновь наибольшую энантиоселективность демонстрируют палладиевые комплексы лиганда 34а; при этом природа внешнесферного аниона, растворителя и мольное отношение Ь/Р<1 не оказывают существенного влияния на величину оптического выхода.

Меньшая стереодифференцирующая способность 34Ь по сравнению с 34а представляется несколько необычной, поскольку ДТУ-бидентатные фосфиновые лиганды с трет-бутильным заместителем при углеродном стереоцентре широко распространены в асимметрическом катализе. Тем не менее, наши результаты убедительно свидетельствуют о большей энантиоселективности лиганда 34а, располагающего в/лор-бутильным радикалом. Возможно, это связано с наличием в составе такого радикала дополнительного углеродного стереоцентра, а также с большим коническим углом соединения 34а. При этом весьма существенно, что исходный для 34а изо-лейцинол гораздо дешевле /ире/и-лейцинола, поскольку легко получается восстановлением природной аминокислоты ¿-изолейцина.

Таблица 6. Асимметрическое аллильное алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом с использованием лигандов 34-35 и металлокомплексов 38.

Применение лиганда 35, располагающего небольшим по объему фосфорным центром, обеспечивает не более 65% ее. Укажем, что по данным ЯМР 31Р спектроскопии, в каталитической системе присутствует набор металлокомплексов. Соответственно, неселективное комплексообразование с палладием (П) препятствует раскрытию потенциала 35 как стереоселектора.

В целом, достигнутый Рс1-катализируемом алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата с участием ферроценилиминофосфита 34а уровень энантиоселективности в 87% вполне сопоставим с таковым для лучших Р,//-бидентатных лигандов фосфитного типа. Этот факт, а также синтетическая доступность и стабильность, делают данный лиганд привлекательным для использования в широком спектре каталитических превращений.

И.2.1.2. ТуУ-бидентатные арилфосфиты с кетиминной переферией.

Все известные до начала настоящего исследования фосфитные производные хиральных оснований Шиффа обладали альдиминным фрагментом. Нами получены первые представители фосфитов на основе хиральных кетиминов:

Ме

Ме о" Ме,

Р-С1

!6-Мв

, где О N =

О N ОМ ОМ

Эти вещества по координационному поведению являются хелатообразующими, и на их основе были получены родиевые 40а-с и палладиевые 41а-с моноядерные комплексы состава [Шя(СО)С1(Ь)] и [Р<!(а11у1)Ь]+ВР4", где Ь = 39а-с. Строение 40с подтверждено, в том числе, данными РСА (см. Рис.1).

\

Лиганды 39а-с, а также комплексы 41а-с на их основе были протестированы в асимметрическом аллильном замещении в соответствии со Схемой 1. В аллильном сульфонилировании наилучший результат показал фосфит 39а (до 73% ее), лиганды 39Ь,с и комплексы 41Ь,с оказались

В аллильном алкилировании результаты существенно выше — более конформационно жесткий лиганд 39а обеспечил до 94% ее при практически количественной конверсии, фосфит 39Ь с дополнительными хиральными центрами в "мостике" между атомами азота и фосфора — до 82% ее, и только конформационно-лабильный лиганд 39с без заместителей в мостиковом фрагменте позволяет получить не более 36% ее (в составе комплекса 41с).

Таким образом, впервые синтезированная группа Р.ТУ-бидентатных арилфосфитов с кетиминной азотной переферией оказалась достаточно эффективной в реакциях аллильного замещения. К этому добавим, что синтез родственных фосфиновых систем проходит в несколько стадий и с небольшими выходами; а оптический выход, достигнутый на таких лигандах в аллильном алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата, не превышает 51% при весьма умеренной конверсии.

11.2.1.3. Р'.Л'-бидентатные арилфосфиты с оксазолиновой периферией.

Синтезирована серия -Р,Лг-бидентатных фосфитооксазолинов 43а-с1, являющихся производными доступного аминоспирта (5)-шо-лейцинола с различными фосфорными центрами.

Ме

0-°> Ме о

мв¡¿Г9

43а: Я1 = 1Ч2 = Н 43с1

43Ь: ГО = трет-Ви; Я2 = ОМе

Дополнительно, для сравнения с 43с1, были получены лиганды 44а,Ь. 44а имеет соответствующий оксазолидиновый заместитель, а 44Ь содержит как бы разомкнутый оксазолиновый фрагмент:

Ме

Ме

{\-о ^ ^ г-л

\=/ ^Р-О N, где О N ЭМе

Ме о' п \

Ч^ 44а,Ь 44а 44Ь

По характеру координации эти арилфосфиты являются хелатообразующими. При взаимодействии 43а-с1 и 44а,Ь с [Шг(СО)2С1]2, а также с [Рс1(а]1у1)С1]2 в присутствии А§ВР4 образуются соответствующие нейтральные родиевые (45а-<1 и 4а,Ь) и катионные палладиевые (47а-с1 и 48а,Ь) комплексы:

+ 43а-с1, 44а,Ь 0СЪ^С1

1/2 [ГО1(СО)2С1]2--

-СО \_у

45Э-С1, 46а,Ь

1 +

+ 43а-<1 и 44а,Ь, АдВР4

1/2 [Рс1(АПу1)С1]2-•

47а-с!, 48а,Ь

Соединения 43а-(1, 44а,Ь, 47а-(! и 48а,Ь были протестированы в катализе аллильного замещения в соответствии со Схемой 1. Результаты представлены в Таблицах 7 и 8. Наилучший оптический выход в реакции аллильного сульфонилирования - 92% ее - обеспечил комплекс 476. Заметим, что увеличение соотношения Ь/Рс1 до 2/1 в большинстве случаев приводит к снижению оптических и химических выходов продукта 10. По-видимому, это обусловлено разрушением хелатной структуры катализатора. Лиганд с ациклическим азотным центром 44Ь оказался неэффективным, а первый представитель фосфитооксазолидинов 44а обуславливает меньший, чем фосфитооксазолин 43(1, оптический выход. Очевидно, это объясняется большей, по сравнению с оксазолиновым, конформационной лабильностью оксазолидинового цикла, а также наличием в составе оксазолинового фрагмента зр2-гибридного атома азота с большим ^-характером НЭП.

Таблица 7. Асимметрическое аллгтьное сульфонилирование 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата Иа302рТо1 с участием лигандов 43-44 и металлокомплексов 47.

43а 47а 43Ь 47Ь 43с 47с 43с1 47<] 44а

[и ее, % □ Конверсия. % |

В аллильном алкилировании практически все лиганды проявили высокую асимметризующую способность(72-98% ее). Впрочем, арилфосфит 44Ь с "разомкнутым" оксазолиновым циклом здесь также нерезультативен, тогда как оксазолидин 44а в составе комплекса 48а обеспечил до 77% ее. Подчеркнем, что 47Ь демонстрирует превосходный уровень энантиоселективности, составляющий 98%.

Таблица 8. Асимметрическое аллильное алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом с использованием лигандов 43-44 и металлокомплексов 47-48.

[и ее, % □ Конверсия. % |

П.2.1.4. ./уУ-бидентатные диамидофосфиты.

Новые РДЧ-бидентатные диамидофосфиты были синтезированы прямым фосфорилированием соответствующих гидроксиметилоксазолина и иминоспирта. На основе новых Р,1\т-бидентатных диамидофосфитов были получены нейтральные и катионные г/«с-хелатные комплексы КЬ(1) и Рс1(Н).

Гм-0+

50а,Ь, Е13М, С6Н6

Гм-О

М-р,

Ме

о>

52Ме

+ 2Ь, ЕШ С6Н6 - Е^Ы х НС1

Ме

ок^

Ме 53

1/2 [КЬ(СО)2С1]2

ОСч С1

+ 51а,Ь, 53

54а,Ь, 55

+ 51а,Ь, 53, АдВР4

1/2 [Рс1(а11у1)С1]2

56а,Ь, 57

Диамидофосфиты 51а,Ь, 53 и комплексы 5ба,Ь, 57 были протестированы в асимметрических реакциях аллильного замещения (Схема 1). Результаты суммированы в Таблицах 9 и 10. В аллильном сульфонилировании оптический выход продукта 10 достигает 70% ее, и в целом эти лиганды продемонстрировали здесь среднюю энантиоселективность.

В реакции аллильного алкилирования было получено 91% ее с участием лиганда 51а при использовании готового комплекса 56а. Комплексы же лигандов 51Ь и 53 показали более низкие результаты (66-77% ее).

Таким образом, наличие дополнительных асимметрических атомов углерода в составе диазафосфолидинового центра не вносит существенного вклада в стереоиндукцию. Высокая энантиоселективность может быть достигнута при использовании лигандов на основе дешевого и доступного дифенилэтилендиамина при условии правильного выбора хиральной азотсодержащей периферии, например оксазолиновой.

Таблица 9. Асимметрическое аллильное сульфонилирование 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата На802рТо1 с участием лигандов 51 и 53 и металлокомплексов 56-57.

Ш ее, % □ Конверсия, %

Таблица 10. Асимметрическое аллилъное алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом с использованием металлокомплексов 56-57.

56а (ТГФ) 56а (Дихлорметан) 56Ь(ТГФ) 56 Ь 57 (ТГФ) 57 (Дихлорметан)

(Дихлорметан)

[и ее, % □ Конверсия, % |

III. Экспериментальная часть.

Инфракрасные спектры записывали на приборах Specord М80 и Nicolet 750 в таблетках KB г, в нуйоле и в органических растворителях между пластинами Csl и в полиэтиленовых кюветах.

Спектры ЯМР 31Р, 13С, 'Н и 29Si регистрировали на приборе «Bruker АМХ — 400»: на частотах 162.0, 100.6, 400.13 и 79.46 MHz соответственно, относительно Me4Si ('H, ,3С и 29Si - ЯМР), 85% Н3Р04 в D20 (3,Р - ЯМР). Отнесение ЯМР 13С спектральных сигналов сделано на основании техники DEPT. Спектрами ЯМР 19F регистрировали на приборе «Bruker WP-200-SY» на частоте 188.3 MHz (относительно CF3COOH).

Масс-спектры электронного удара (ЭУ) записывали на приборах Kratos MS890 и Varian МАТ 311с прямым вводом образца; плазменно-десорбционные (ПД) — МСВХ с ионизацией осколками деления Cf-252; бомбардировки быстрыми атомами (ББА) — на приборе АМД-402; электрораспыления — на масс-спектрометре Micromass Bio Q-ZS.

Оптическое вращение измерялось на поляриметре Perkin-EImer-141. Элементный анализ выполнен в Лабораториях микроанализа ИНЭОС РАН и

ИОХ РАН. Рентгеноструктурные эксперименты выполнены на рентгеновском дифрактометре Bruker SMART 1000 CCD.

Хроматографический анализ проводили на хроматографах ВЭЖХ марок Bischoff 1152, Varían 5000, Bruker LC 41; ГХ марки Sigma 2000 фирмы Perkin-Elmer на хиральных колонках Chiracel OD, Chiraldex B-DM, (R,R) Whelk-01, DP-TFA-y-CD, Lipodex-y.

В экспериментальной части также представлены общие методики синтеза лигандов, комплексов и проведения каталитических опытов.

IV. Выводы.

1. Получено 32 новых оптически активных лиганда фосфитного типа с различной дентатностью, структурными и электронными характеристиками, а также числом и природой элементов хиральиости и донорных центров.

2. С участием новых лигандов синтезированы нейтральные и катионные комплексы Rh(I) и Pd(II). Показано, что P,N~ бидентатные лиганды формируют хелатные моноядерные металлопроизводные. Р-монодентатные способны к образованию как моноядерных, так и биядерных координационных соединений. В этом отношении координационное поведение Р-монодентатных лигандов фосфитного типа является более вариабельным, чем соответствующих P.N- бидентатных соединений.

3. Впервые получена и использована в Pd-катализируемом аплильном замещении 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата принципиально новая группа Р-монодентатных соединений фосфитной природы с асимметрическими атомами фосфора. Достигнутая в реакциях аллильного сульфонилирования и алкилирования высокая энантиоселективность (до 97% ее) определяет перспективу их практического применения, например в получении оптически чистого нестероидного противовоспалительного препарата Ibuprofen.

4. Монодентатные фосфиты и амидофосфиты на основе доступного синтона BINOL впервые успешно внедрены в асимметрическое Pd-катализируемое аллильное замещение. Достигнуто до 90% ее.

5. Одностадийным фосфорилированием синтезированы неизвестные ранее Р-монодентатные фосфиты с двумя фрагментами BINOL при атоме фосфора. Новые арилфосфиты хорошо зарекомендовали себя в энантиоселективных реакциях Pd-катализируемого аллильного замещения и Rh-катализируемого гидрирования. Получены результаты до 97% ее.

6. Предложена оригинальная группа P.jV-бидентатных лигандов с кетиминной периферией, показавшая в палладиевом катализе аллильного алкилирования отличную асимметрическую индукцию (до 94 % ее), существенную превышающую таковую их фосфиновых аналогов.

7. Исследована корреляция «стерические и электронные параметры лиганда — характер комплексообразования — строение металлокомплекса -каталитическая результативность». Выявлена прямая зависимость между уровнем асимметрической индукции и пространственными требованиями фосфорного центра, s-характером НЭП донорного атома азота и региоселективностью процесса комплексообразования.

8. Показано, что в случае Р-монодентатных соединений фосфитного типа в Pd-катализируемом аллильном замещении и Rh-катализируемом

гидрировании наилучшими стереоселекторами являются соединения с умеренной я-кислотностью; при этом обнаружена прямая зависимость величин оптических выходов от стерического объема экзоциклического заместителя.

9. Установлено, что проявляемая Р.А'-бидентатными лигандами асимметрическая индукция определяется стереохимией фосфорного центра, а также структурными особенностями азотного центра и фрагмента, связующего донорные атомы. Для достижения в Pd-катализируемом аллильном замещении высокой энантиоселективности необходимо наличие достаточно объемного фосфоцентра, sp2 -гибридного атома азота и втор-бутильного радикала в "мостике" между атомами азота и фосфора.

I

I Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Комплексообразование гидрофосфоранов: механизм, координирующая активность и роль в асимметрическом катализе / A.B. Коростылев, ... C.B. Жеглов [и др.] // Сборник тезисов второй научной конференции по органической химии. — Липецк, 2000. -С. 12-14.

2. Новые стереоиндивидуальные аминодиамидофосфиты в синтезе хлоркарбонильных комплексов родия (I) / A.A. Ширяев,...C.B. Жеглов [и др.] // Сборник тезисов XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии. — Ростов-н/Д, 2001. — С. 509-510.

3. Новые хиральные Р,Ы-бидентатные фосфиты: координация и каталитическое использование / О.Г. Бондарев, ... C.B. Жеглов [и др.] // Сборник научных трудов 13-ой международной конференции по химии соединений фосфора. - СПб., 2002. - С. 21.

4. Novel P,N-Bidentante Phosphite Ligands in Asymmetric Catalysis / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // 14th International Symposium on Chirality. - Hamburg (Germany),2002. - S. 48.

5. Новые хиральные азотсодержащие фосфиты в асимметрическом катализе / В.Н. Царев, ... C.B. Жеглов [и др.] // Сборник тезисов четвёртой Российской конференции «Механизмы каталитических реакций». - М., 2002.-С. 132-133.

6. Chiral P*-monodentate phosphite ligand for Pd-catalised asymmetric allylation reactions / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // Mendeleev Communications. —2003.

7. Новые Р-хиральные монодентатные амидофосфитные лиганды в асимметрическом катализе / В.Н. Царев, ... C.B. Жеглов [и др.] // Сборник тезисов XXI Международной Чугаевской конференции по координационной химии. — Киев, 2003. — С. 400.

8. P-Chiral Monodentate Diamidophosphites — New and Efficient Ligands for Palladium-Catalysed Asymmetric Allylic Substitution / V.N. Tsarev, ... S.V. Zheglov [et all.] // Eur. J. Org. Chem. - 2004,- P. 2214-2222.

9. Комплексообразование и Pd-катализируемое асимметрическое аллилирование с участием хиральных ферроценилиминофосфитов / К.Н.

Гаврилов, ... C.B. Жеглов [и др.] // Координационная химия. - 2004. - Т. 30,№ 10.-С. 729-735.

10. Первый Р,]М-бидентатный фосфит с хиральным кетиминным фрагментом. Каталитические свойства его комплексов с Rh1 и Pd11 и их сравнение со свойствами фосфиновых аналогов / В.Н. Царев, ... C.B. Жеглов [и др.] // Изв. АН. Сер. хим. - 2004. - № 9. - С. 1942-1945.

11. P,N-Bidentate aryl phosphite ligands based on chiral 2-imino-, 2-oxazolinyl and 2-oxazolidinyl phenoles and their catalitic activity / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // Mendeleev Communications. -2004.

12. Monodentate Diamidophosphites, bearing chiral phosphorus atom - new highly efficient ligands for Pd-catalised asymmetric allylic substitution reactions / V.N. Tsarev, ... S.V. Zheglov [et all.] // International conference dedicated to 50th anniversary of A.N. Nesmeyanov, «Modern Trends in organoelement and polymer chemistry»- M., 2004. — P. 144.

13. New efficient ligands with chiral phophorus atom for Pd - catalysed asymmetric allylic substitution / V.N. Tsarev, ... S.V. Zheglov [et all.] // 16th International Symposium on Chirality. - New-York, 2004.

14. Palladium-catalysed asymmetric allylation and complex formation involving P,N-bidentate diamidophosphites with 1,3,2-diazaphospholidine cycles / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // Inorganica Chimica Acta. - 2005. - V. 358.-P. 2077-2081

15. Enantioselective Pd-catalysed allylation with BINOL-derived monodentate phosphite and phosphoramidite ligands / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // J. of Molecular Catalysis. - 2005. - V. 231.- P. 255-260.

16. Facile one-pot synthesis of BINOL and Hg-BINOL-based aryl phosphites and their use in palladium-catalyzed asymmetric allylation / K.N. Gavrilov, ... S.V. Zheglov [et all.] // Tetrahedron. - 2005. - № 61 - P. 10514-10520.

17.Амидоарилфосфит с терпеноидным фрагментом как лиганд в Pd-катализируемом энантиоселективном сульфонилировании / C.B. Жеглов [и др.] // Координационная химия. - 2005. - Т. 31, № 11. - С. 879-880.

18.Новые Р^-бидентатные фосфиты с хиральным кетиминным фрагментом и Р,Р,ЫЛ\1-тетрадентатные фосфиты / C.B. Жеглов [и др.] // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005», Москва, 12-15 апр. 2005 года. — М., 2005.-С. 13.

19. Facile one-pot synthesis of BINOL and H8-BINOL-derived aryl phosphites and their use in palladium-catalyzed asymmetric allylation / V. Davankov, ... S.V. Zheglov [et all.] // 17th International Symposium on Chirality, 11-14 Sept. 2005, Parma, Italy. - Parma, 2005. - P. 126.

Подписано в печать 4.10.2006. Формат 60x84/16. Усл. п. л. 1,5. Тираж 100. Заказ 768. Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета. 394000, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ком.43,тел.208-853. Отпечатано в лаборатории оперативной печати ИПЦ ВГУ.

Введение

I. Хиральные Р-монодентатные и РД-бидентатные фосфиты в комплексообразовании и катализе (литературный обзор)

1.1. Фосфитные производные BINOLa.

1.2. Амидоф'осфитные производные BINOLa.

1.3. Фосфиты и амидофосфиты на основе бмс-фенолов.

1.4. Фосфиты и амидофосфиты на основе TADDOL.

1.5. Фосфиты и амидофосфиты на основе углеводов и их производных.

1.6. Прочие Р-монодентатные хиральные фосфиты.

1.7. Фосфиты и амидофосфиты с оксазолиновой периферией

1.8. Фосфиты с иминной периферией 40 И. Синтез комплексов палладия (II) и родия (I) и асимметрические каталитические реакции с участием новых хиральных моно - и бидентатных фосфитов (обсуждение результатов).

11.1. Р-монодентатные хиральные лиганды.

11.1.1. Р-монодентатные лиганды с асимметрическим атомом фосфора.

11.1.2. Р-монодентатные лиганды на основе BINOL

11.2. Р,//-бидентатные хиральные лиганды. ^ t' II.2.1. Р,yV-бидентатные арилфосфиты.

11.2.1.1. Р,iV-бидентатные арилфосфиты с альдиминной переферией.

11.2.1.2. Р,yV-бидентатные арилфосфиты с кетиминной переферией.

11.2.1.3. РД-бидентатные арилфосфиты с оксазолиновой периферией.

II.2.2. РД-бидентатные диамидофосфиты.

III. Экспериментальная часть

IV. Выводы

Актуальность темы.

Металлокомплексный катализ относится к числу важнейших инструментов современной синтетической химии. При этом особую значимость имеет его асимметрический вариант, позволяющий сочетать многократное увеличение скорости органической реакции с процессом умножения хиральности. Совершенствование этого направления является принципиально важным для дальнейшего развития таких фундаментальных дисциплин, как координационная химия, стереохимия и тонкий органический синтез. Оно также определяет прогресс прикладных отраслей, связанных с получением гомохиральных соединений - фармацевтической химии, производства гербицидов, пищевых добавок и парфюмерных препаратов. Современный тотальный синтез биологически - значимых соединений едва ли возможен без ключевых стадий с участием асимметрических металлокомплексных катализаторов. Нельзя не отметить и тот факт, что Нобелевская премия по химии 2001 года была присуждена трем выдающимся исследователям в области асимметрического катализа. Ключевым звеном в создании высокоэффективного металлокомплексного катализатора является правильный выбор лигандного окружения, в первую очередь среди оптически активных фосфорсодержащих соединений. Хотя доминирующее положение пока занимают хиральные фосфины, все больше исследователей обращаются к использованию соединений фосфитного типа. Принципиально иное строение первой координационной сферы атома фосфора (благодаря наличию в ней атомов кислорода и (или) азота) обуславливает их синтетическую доступность, возможность тонкой регулировки стерических и электронных требований, устойчивость к окислительной деструкции и выраженную я-кислотность. Увеличение по сравнению с традиционными фосфинами л-кислотности хиральных фосфорсодержащих лигандов благоприятно сказывается на конверсии и энантиоселективности в целом ряде каталитических процессов, например в аллильном замещении, гидрировании, гидроборировании, реакции

Паусона - Ханда. К этому добавим указание на низкую стоимость соединений фосфитного типа. Соотвественно, хиральные фосфиты успешно применяются в гидрировании ОС связей, гидроформилировании, гидросилилировании С=С и С=0 связей, гидроборировании, сопряженном присоединении. Тем не менее, доля фосфитов не превышает 15% от общего количества известных хиральных фосфорсодержащих лигандов и, следовательно, нуждается в увеличении. Кроме того:

- фосфорные центры подавляющего большинства оптически активных фосфитов построены на основе ограниченного набора синтонов, главным образом диолов, бис-нафтолов и бис-фенолов, а преобладающими элементами хиральности являются оси и С*-стереоцентры. На сегодняшний день в литературе описаны лишь единичные и разрозненные примеры монодентатных лигандов фосфитного типа, располагающих Р -стереоцентрами.

- несмотря на широкое использование в синтезе фосфитов доступного аксиально-хирального реагента BINOL (бинафтилдиола-2,2/-) и его производных, не было известно их прямое одностадийное фосфорилирование с выходом на лиганды с двумя соответствующими фрагментами при атоме фосфора.

- относительно немногочисленной группой остаются такие перспективные стереоселекторы, как иминофосфиты, при этом нет примеров соединений с кетиминной периферией.

- далеко не полностью раскрыт каталитический потенциал хиральных фосфитов. Основное внимание уделяется асимметрическому гидрированию и сопряженному присоединению, в то время как реакции аллильного замещения исследованы в существенно меньшей степени. В частности, ведущая лигандная группа - фосфиты и амидофосфиты на основе BINOL до настоящего исследования не использовалась в Pd-катализируемом аллилировании.

- слабо изучена фундаментальная корреляция «структура лиганда - характер комплексообразования - строение металлокомплекса - каталитическая результативность», в т.ч. вклад целенаправленного варьирования строения фосфорного и (или) азотного центра лиганда.

К этому добавим, что основное внимание исследователей уделяется каталитическому тестированию фосфитных лигандов, в то время как изучение их координационных свойств и поведения по отношению к комплексам-предкатализаторам асимметрических реакций пока остается фрагментарным и не систематическим, и, следовательно, является актуальной проблемой.

Цель работы: Исследование комплексообазования и асимметрических каталитических превращений с участием новых хиральных Р-моно и P,N-бидентатных фосфитов.

Задачи работы:

1. Разработка методов получения неизвестных ранее Р-моно- и P,N-бидентатных хиральных лигандов, относящихся к следующим группам: монодентатным диамидофосфитам и амидам фосфористой кислоты с асимметрическим атомом фосфора, аксиально-хиральным монодентатным фосфитам и амидофосфитам, бидентатным арилфосфитам и диамидофосфитам.

2. Комплексообразование новых хиральных лигандов с Rh(I) и Pd(II) и установление его закономерностей.

3. Определение стерических, электронных и спектральных параметров лигандов и их металлокомплексов.

4. Использование и оценка эффективности новых групп стереоселекторов в асимметрических реакциях Pd-катализируемого аллилирования и Rh-катализируемого гидрирования.

Научная новизна.

• Создана принципиально новая группа монодентатных соединений фосфитного типа, располагающих Р -стереоцентрами.

• Одностадийным синтезом получены уникальные монодентатные лиганды, имеющие два фрагмента BINOL, H8-BINOL и Br2- H8-BINOL при атоме фосфора.

• Впервые в Pd-катализируемом аллильном замещении успешно использованы классические аксиально-хиральные монодентатные фосфиты и амидофосфиты с одним фрагментом BINOL .

• Разработан оригинальный метод синтеза неизвестных ранее иминофосфитов, располагающих кетиминной периферией. Показано, что они являются гораздо лучшими стереоселекторами, чем аналогичные лиганды с традиционным фосфиновым центром.

• Получены обладающие широким диапазоном стерических и электронных параметров новые группы ДА^-бидентатных лигандов фосфитной природы, содержащих разнообразные фосфорные (арил- и диамидофосфитные) и азотные (альдиминные, оксазолиновые, оксазолидиновые) донорные центры.

• Новые хиральные соединения успешно протестированы в ряде реакций Pd-катализируемого асимметрического аллильного замещения 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата и Rh-катализируемого гидрирования диметилитаконата. При этом в аллильном алкилировании диметилмалонатом получено до 98% ее, в аллильном сульфонилировании NaSCbpTol - до 97% ее, аллильном сульфонилировании диформамидом натрия до 86% ее, в аллильном аминировании пирролидином - до 61% ее, в аллильном аминировании бензиламином - до 95% ее, в реакции гидрирования диметилитаконата - до 76% ее.

• На примере ряда лигандов фосфитного типа проиллюстрирована корреляция «стерические и электронные параметры лиганда - характер комплексообразования - строение металлокомплекса - каталитическая результативность». Выявлена прямая зависимость между уровнем асимметрической индукции и пространственными требованиями фосфорного центра, s-характером НЭП донорного атома азота и региоселективностью процесса комплексообразования.

Практическая значимость

Разработанные доступные и высокоэффективные металлокомплексные катализаторы реакций асимметрического аллилирования могут использоваться на ключевых стадиях получения ценных оптически чистых соединений для нужд фармацевтической химии (в частности, а- и ^-аминокислот, простагландинов группы Е и нестероидных противовоспалительных препаратов), а также производства средств защиты растений и действующих веществ парфюмерных композиций.

На защиту выносятся:

- методы получения неизвестных ранее хиральных Р-моно- и Р, А'-бидентатных фосфитных лигандов.

- характер их комплексообразования с Rh(I) и Pd(II), в том числе с соответствующими предкатализаторами асимметрических реакций.

- результаты использования новых стереоселекторов в Pd-катализируемом аллильном замещении и Rh-катализируемом гидрировании.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на второй региональной научной конференции по органической химии «Органическая химия на пороге третьего тысячелетия - итоги и перспективы» (Липецк - 2000г.); XX, XXI Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону - 2001г., г. Киев -2003г.); 13-й Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург - 2002г.); 14-м, 16-м, 17-м Международном симпозиуме по хиральности (Германия, Гамбург - 2002г., США, Нью-Йорк - 2004г., Италия, Парма - 2005г.); VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва - 2002г.); Международной конференции посвященной 50-летию ИНЭОС РАН им. Несмеянова (г. Москва - 2004г.); Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005» (г. Москва - 2005г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 19 публикациях, в том числе в 9 статьях в рецензируемых российских и зарубежных журналах.

Структура диссертации: Диссертация изложена на 120 страницах печатного текста, содержит 1 рисунок и 22 таблицы. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (148 наименований).

IV. Выводы.

1. Получено 32 новых оптически активных лиганда фосфитного типа с различной дентатностью, структурными и электронными характеристиками, а также числом и природой элементов хиральности и донорных центров.

2. С участием новых лигандов синтезированы нейтральные и катионные комплексы Rh(I) и Pd(II). Показано, что P,N- бидентатные лиганды формируют хелатные моноядерные металлопроизводные. Р-монодентатные способны к образованию как моноядерных, так и биядерных координационных соединений. В этом отношении координационное поведение Р-монодентатных лигандов фосфитного типа является более вариабельным, чем соответствующих P,N- бидентатных соединений.

3. Впервые получена и использована в Pd-катализируемом аллильном замещении 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата принципиально новая группа Р-монодентатных соединений фосфитной природы с асимметрическими атомами фосфора. Достигнутая в реакциях аллильного сульфонилирования и алкилирования высокая энантиоселективность (до 97% ее) определяет перспективу их практического применения, например в получении оптически чистого нестероидного противовоспалительного препарата Ibuprofen.

4. Монодентатные фосфиты и амидофосфиты на основе доступного синтона BINOL впервые успешно внедрены в асимметрическое Pd-катализируемое аллильное замещение. Достигнуто до 90% ее.

5. Одностадийным фосфорилированием синтезированы неизвестные ранее Р-монодентатные фосфиты с двумя фрагментами BINOL при атоме фосфора. Новые арилфосфиты хорошо зарекомендовали себя в энантиоселективных реакциях Pd-катализируемого аллильного замещения и Rh-катализируемого гидрирования. Получены результаты до 97% ее.

6. Предложена оригинальная группа Р, А^-бид ентатных лигандов с кетиминной периферией, показавшая в палладиевом катализе аллильного алкилирования отличную асимметрическую индукцию (до 94% ее), существенную превышающую таковую их фосфиновых аналогов.

7. Исследована корреляция «стерические и электронные параметры лиганда - характер комплексообразования - строение металлокомплекса -каталитическая результативность». Выявлена прямая зависимость между уровнем асимметрической индукции и пространственными требованиями фосфорного центра, s-характером НЭП донорного атома азота и региоселективностью процесса комплексообразования.

8. Показано, что в случае Р-монодентатных соединений фосфитного типа в Pd-катализируемом аллильном замещении и Rh-катализируемом гидрировании наилучшими стереоселекторами являются соединения с умеренной л-кислотностью; при этом величины оптических выходов существенно зависят от стерического объема экзоциклического заместителя.

9. Установлено, что проявляемая РД-бидентатными лигандами асимметрическая индукция определяется стереохимией фосфорного центра, а также структурными особенностями азотного центра и фрагмента, связующего донорные атомы. Для достижения в Pd-катализируемом аллильном замещении высокой энантиоселективности необходимо наличие достаточно объемного фосфоцентра, sp -гибридного атома азота и втор-бутильного радикала в "мостике" между атомами азота и фосфора.

1. Гаврилов К.Н. Хиральные фосфиты как лиганды в асимметрическом металлокомплексном катализе и в синтезе координационных соединений / К.Н. Гаврилов, О.Г. Бондарев, А.И. Полосухин // Успехи химии. 2004. -Т.73.-№7.-С. 726-756.

2. Catalytic Asymmetric Conjugate Addition on Macrocyclic and Acyclic Enones. Synthesis of i?-(-)-Muscone / A. Alexakis et all. // Synlett. 1999. - V. 11. - P. 1181.

3. Alexakis A. Enantioselective Copper-Catalysed Conjugate Addition / A. Alexakis, C. Benhaim // Eur. J. Org. Chem. 2002. -1. 19. - P. 3221.

4. Reetz M.T. Highly Enantioselective Rh-Catalyzed Hydrogenation Reactions Based on Chiral Monophosphate Ligands / M.T. Reetz, G. Mehler // Angew. Chem. Int. Ed. 2000. - Vol. 39. - P. 3889.

5. Komarov I.V. Highly Enantioselective or Not? Chiral Monodentate Monophosphorus Ligands in the Asymmetric Hydrogenation / I.V. Komarov, A. Borner // Angew. Chem. Int. Ed. - 2001. - Vol. 40. - P. 1197.

6. Chen W. Enantioselective hydrogenation with inexpensive, easily available monodentate phosphite ligands / W. Chen, J. Xiao // Tetrahedron Lett. 2001. -Vol. 42.-P. 2897.

7. Enantioselective hydrogenation of enamides catalyzed by chiral rhodium-monodentate phosphite complexes / M.T. Reetz et all. // Tetrahedron Lett. -2002.-Vol. 43.-P. 7941.

8. Chiral Rhodium(I)-(polyether-phosphite) complexes for the enantioselective hydroformylation of styrene: homogeneous and thermoregulated phase-transfer catalysis / J.A.J Breuzard. et all. // J. Organomet. Chem. 2000. - Vol. 616. -P. 37.

9. Reetz M.T. Mixtures of chiral and achiral monodentate ligands in asymmetric Rh-catalyzed olefin hydrogenation: reversal of enantioselectivity / M.T. Reetz, G. Mehler // Tetrahedron Lett. 2003. - Vol. 44. - P. 4593-4596.

10. Why Are BINOL-Based Monophosphates Such Efficient Ligands in Rh-Catalyzed Asymmetric Olefin Hydrogenation? / M.T. Reetz et all. // J. Am. Chem. Soc.-2005.-Vol. 127.-P. 10305-10313.

11. Reetz M.T. Хиральные монофосфиты и монофосфиниты лиганды в асимметрическом катализе комплексами переходных металлов / M.T. Reetz // Журнал органической химии. - 2002. - Т.39. - № 3. - С. 422-426.

12. Reetz M.T. Combinatorial approach to the asymmetric hydrogenation of (3-acylamino acrylates: use of mixtures of chiral monodentate P-ligands / M.T. Reetz, X. Li // Tetrahedron. 2004. - Vol. 60. - P. 9709-9714.