Диастереоселективные реакции в ряду оптически активных производных ферроцена тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

.:ГВ с:

1 5 НОЛ '¡У^З РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНЙЧЕСШ СОЕДИНЕНИЙ имени А.Н.НЕСМЕЯНОВА

На правах рукописи УДК 542.957.1 + 547.1'13

БУЛЫГКНА Людмила Алексеевна

ДИАСТЕРЕОСЕЛЕКТИВКЫЕ РЕАКЦИИ В РЯДУ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕРРОЦЕНА

02.00.08 - Химия элекентооргакическкх соединений

АВТОРЕФЕРАТ

' диссертации на соискакие ученой степени кандидата химических наук

Косква - 1993

Работа выполнена в Институте элементоорганических соединения км. А.Н. Несмеянова Российской Академии наук

Научные руководители: доктор химических наук, профэссор

В.И.Соколов

кандидат химических наук Л.ЛЛроидкая

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

А.Д.Рябов

кандидат химических наук К.А.Кочетков

Ведущая организация - Московский государственный

университет им. М.В.Ломоносова

Защита состоится " ^ЬЪОхр&ВЪЗ г. в -/¿'"часов на заседании Специализированного Совета К 002.99.02 в Институте элементоорганических соединения им. А.Н.Несмеянова РАН по адресу: 117813, ГСН-1, Иосква, В-334, ул. Вавилова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЙНЭХ РАН.

Автореферат разослан

Учета секретарь Специализированного совета К 002.99.02 V

Кандидат хииических наук Г.П.Зольникова

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. ^-Комплексы переходных металлов занимают особое место среди металлоорганичаских соединений.

Переменнее валентность и координационное число определяют специфику их химии и геометрии. В частности, трехмерная структура этих комплексов ведет Ери выполнении ряда условий к широког.:у распространению пленарной хиральности, нетипичной для органических молекул.

Разработка методов получения планарно хиральних аетал-локомплексов в оптически активной форме первоначально вызывалась интересами теоретической стереохмюш. Впоследствии обнаружилась практическая ценность этих соединений как реагентов для энантиоселективного органического синтеза, в том числе синтеза природных соединений. Б настоящее время имеется много примеров их эффективного использования в этой области в качестве исходшх соединений, лигандов или собственно катализаторов. Поиск новых полезных металлокошлексов указанного типа или содержащих, наряду с хиральнсй плоскостьп, и другие элементы хиралькости, новых путей к уже зарекомендовавшим себя производным, а также исследования стереохимии их превращений остаются наиболее приоритетными направлениями современной ме-таллоорганической химии. Значительную часть лг-комплексов переходных металлов составляют металлоцены, родоначальником которых является ферроцен. Его химия изучена достаточно хорошо, чего нельзя сказать о стереохимии. Между тек, оптически активные ферродены, если рассматривать перспективу их использования для аелей энантиоселективного синтеза или биохимии, имеют- в большинстве случаев преимущества перед другими я-циклопентадиенилметаллами благодаря доступности исходных соединений, стабильности и малой токсичности. В связи с этим ногые подходы к их синтезу и расширение круга стереоконтролируемых реакций представляют несомненный научный и практический интерес.

Цель работы. Развитие хиральной стереохимии ферроцена. Выявление новых синтетических возможностей его оптически активных палладиезых производных. Изучение диастереоселек-тивных реакций планарно хиралыгчх производив ферроцена с

целью оценки эффективности хиральной плоскости как асимметрического индуктора хирального центра и хиральной оси. Распространение асимметрического циклопалладирования на рацемические с-ферроценялал кил амины.

Научная новизна и практическая ценность работы. Ранее не описанная реакция применена для синтеза использованных в работе энаятиокерных планарно хиральных производных ферроцена. Изучена стереохимия ряда их превращений, протекающих с образованием хиральных центра, оси и новой плоскости.

Показано, что присоединение реактивов Гриньяра и лятий-алкилов к плакарчс хиральнш «-карбонильным произЕодкил ферроцена, в ходе которого образуется хиральный центр, протекает с дкастереоселектавностыо до 100%. Абсолютная конфигурация центра определяется преимущественной конформацией исходного альдегида или кетона. Реакция может бить использована для получения энантиомерных вторичных и третичных а-ферроценил-алканолов, если в исходных соединениях заместителем, фиксирующим хиральную плоскость является МезБЬгруппа, которая затем может быть заменена на водород.

Прототропная изомеризация "асетилен-аллен" и моноацили-рование прохирального цимантрен-1,2-бис (метанола), в ходе которых возникают соответственно хиральная ось и новая хиральная плоскость, протекают с умеренной диастереоселективностью.

Асимметрическое цшиюпалладирование распространено на рацемический N,Н-диметил-с-ферроценилэтиламин. Проведение реакции в условиях его кинетического разделения позволяет получить с удовлетворительным химическим выходом оптически активные 1,2-бифункциональные ферроцены, содержащие одновременно хи-ральные центр плоскость. Использование катализатора К-кокфкгурации приводит к их Нс3р- и Зс5р-диастересмерам, при противоположной Б-конфигурации катализатора образуются соответствующе энантяомвры. Оптическая чистота производных ЗсБр-и Р.сКр-кснфигуращ:й близка к 1005? и достигает 84% для пары КсБр- и БоКр-диастереомеров. Таким образом, метод дает возможность, ке прибегая к предварительному растеплению исходного амина на энантиомеры, синтезировать оптически активные 1,2-бифункшюнальные ферроцены высокой оптической чистоты, яв-

ляшиес.я одновременно центрально и планарно хиралькыми. Апробация работы и публикации. Материалы исследования докладывались на конкурсе ИНЗОС РАК (1989 г.). По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура диссертация. Диссертация состоит из введения, литературного обзора (две главы), обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы.

Материал изложен на страницах машинописного текста, содержит рисунка и 8 таблиц. Библиография включает наименований.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1.Новые экантиомернуе 1,2-дизамещенные ферроцены.

В ряду ферроцена долгое время источником оптически активных производных оставались энанткомеры N,М-диметил-я-ферро-ценилэтилгмина, для которого обнаружена практически полная диастереоселективность дотирования.

Новые возможности для развития стереохимии ферроцена предоставило асимметрическое ликлопалладироваяие даметиламинсме-тилферроцена.

Замена палладия на ряд других заместителей дает возможность получить в виде того или иного энантиомера широкий спектр 1,2-дизамеженных ферроценов. Одновременно становится доступным изучение асимметрической индукции при превращениях планарко хиральных производных ферроцена, сопровождающихся возникновением нового элемента хиральности.

Из многочисленных реакций такого рода в работе изучены те, в результате которых образуются хиральные центр, ось и новая хирадьная плоскость.

В качестве исходных соединений для первых двух реакций выбраны производные, содержащие 31Мез~ и БпМез-группы. Объем этих групп близок к объему трет-бутильной группы и для них хорошо разработаны методы замены па водород. Их введение з молекулу Лзрроцена возможно во реакции 2-литированкых аыи-ноалкилферроценов с соотзетствуюцкми НезЕС1.

В настоящей работе был впервые предложен альтернативный путь, состоящий в прямой замене палладия на МезЕ-группу при реакции знактиомерного (П с ЫБШез или иЗп&ез. Оптически активные 2-триметилсклил (стакнил) -1-дйметилаиинометш1ферроцены (II) получены с выходом соответственно 55 (30)%.

гСГ;

I

Из этих оптически активных соединений оали синтезированы планарно хяралькые модели для изучения внутримолекулярной индукции при возникновении новых элементов хиральности -центра я оса.

2. Внутримолекулярная икдукцья при реакции планарно хиралькых с-карбокилсодержащих ферроценов с реактивами Гркньяра и лктийалкилами.

Для изучения индукции в планарно хиральных ферроценах при реакциях, протекаотих с образованием хирального центра, было выбрано присоединение реактивов Гркньяра и литийалкклов к а-карбонильнш производные ферроцена. Ввиду вероятного стеряческого эффекта и возможности удаления Ме^ -группы, в качестве исходных соединений использованы энантиомерные 2-триметилашяЬерроценкарбонильныз производные III и IV, получеяш?. из оптически активного 1-диметиламинометил-2-триметилсияилферроцеиа II.

СрГ« СрРе

В

о II

СрРе IV

Выбор радикалов (таблица 1) в металлоорганическкх реаген-

СрГ«

Не I

СН

»««91 /Ч %ои

-ьалгд СрГе

I

I

тах продиктован имевшимися в литературе данными об абсолютной конфигурации, максимальном оптическом вращении или оптической чистоте некоторых эяантиомерных а-функаионализироваккых алхилферроценсв. Лля химической корреляции с последними в образующихся карбинолах У проведено замещение Lte3Si-группы на водород и при необходимости превращение ОН-группы.

и ои ,

И 1

с с

CpFe CpFt

Hi - IV (Sp) V a—ft (SpSc)

Замена триметилсилялькой груши осуществлена по двухстадинной схеме через промежуточные ртутьорганические соединения.

|>

CpFe Cpfe <V«

Vo-Ь (SpSc) (CpSc) Vlo-Ь (Sc)

В таблице 1 приведены данные' по диастереоселективкости лрисоедннеяля (H«Li, HgBr, Mgl) K.Sp-III и Sp-IV. Оценка дкастереоселективности сделана на основании анализа спектров ЯЗйР^Н первичных продуктов реакции Va-в и по энактиомерной чистоте продуктов химической корреляции.

Как следует из данных таблицы, степень асимметрической индукцчи для присоединения Е^.М по СО-группе альдегида Sp-III составляет >90%.

Б-абсолэткая конфигурация хирального центра в Ya следует из (+)-знака оптического вращения продукта его десилилирования Via известной стереохимии. О конфигурации карбинольного центра в диастереомере Уа можно судить также по скорости его окисления двуокисью марганца в Sp-IV, для которого требуется несколько часов, в то время как для окисления диастэреомерного SpRc-?a необходимо несколько дней.

Таблица 1. Присоединение металлоорганических реагентов R^M к планарно хиральным карбонильным производным ферроцена III и IV

Карбонильное Реагент Продукт Карбинол соединение (Н2М) (ее7.

(ее %*)

)инол Диастереосе-(ее% лективность по эксп) ПМР для V (по ее VI)

R1 - Н

Sp 111(76,2) WeMgl Va Sp III(76,2) MeLi Va Sp 111(92,3) изо-Рг V6

(S)-VIa(76,4) 93,8 (100)

79,0 (-) (S)-VI5(87,3) >95,0 (94,6)

Rl - Ые

Sp IY(92,3) BuLi6 Vb Sp 17(92,OJ BuLiB Yb Sp IY(27,8) HaBH4 Ys

71вг (71,2) >95,0 (77,1) vlbr (19,0) - (19,0) (S)-YIa (-} 86,0 (-)

a Энантиомерная чистота III и IY принята равной чистоте

исходного I.

6 BuLi добавтен в несколько порций на протяжении 2 дней. в BuLi добавлен в одну порции в большом избытке. г Абсолютная конфигурация YIb неизвестна.

Преимущественно тот же самый БрЗс-диастереомер Va образуется и из кетона Sp-IY при его восстановлении боргидркдом натрия. Еслзк предположить суиествование для III и IV конфориациондаго равновесия

и придерживаться обиепринятой для ферроценов концепции преимущественной экзо-атаки карбонильной группы, факт образования одного и того же диастереомера SpSc-Va из III и IV означает, что альдегид и кетон реагируют в форме разных

CpFe

А

CpFe В

конформеров, соответственно А и В.

Степень асимметрической индукции при присоединении I-РгН§Вг по СО-группе альдегида Бр-111 составляет более 952. Энантиомерная частота и (Э)-абсолютная конфигурация неизвестного в энантиомерной форме Уб установлены после его превращения в известный +)-амин. Максимальное значение удельного оптического вращения 76 найдено равным +25,6° (с-1,76, СбН^) для В-линии натрия.

В случае Бр-ТУ наблюдалась значительная разнит в диэстереоселектквности присоединения реактива Гриньяра и литиЗорганического производного. Присоединение реактива Гриньяра протекало с крайне низкой (не более 15%) диастерео-селехтивность». Замена БиМёВг на ВиЫ привела к существенному увеличению степени асимметрической индукции. Лнастереоселехтизность взаимодействия 5р- IV с м.оталлоор-ганическими реагентами зависит также от условий проведения реакции. Для ее полного протекания требустся большой избыток реагента, особенно Ви1л. Но если больиой избыток Ви1Л вводить сразу, диасгереоселектнзность реакции невысока. Полная диастереоселективность достигается при добавлении реагента, по крайней мера сначала, - порциями в 1 эквивалент с большими промежутками времени мзжду ними, причем продукт в реакционной смеси появляется только после введения нескольких эквивалентов металлоорггнкческого реагента. В ПМГ-спектре образующегося при таком способе проведения реакции Ув обнаружены сигналы только одного диастереомьра. Абсолютные кокфягурацта (-)-Ув или продукта е1'о десилилирозаяия (-)У1в неизвестны, так что сделать твсд а зтерическам ходе реакции нельзя. Имеются лигаь данные об, образовании (-)-Ув с 1а¡Т) -6,8° и энантиомерной чистотой IV., ка оснозаыет которых максимальное значение его оптического ьраденкя ссетавляст 47,2е*.

Значение максимально достигнутое для (-)-Ув в данной

работе, найдено равньш -33,8° (с»0,59, СеНз). что составляет 71,2% ' знактиомерного избытка и соответствует, учитывая оптическую чистоту исходного кетона IV, даастгреоселекткзности при образовании первичного продукта Ув, равной 77,17.,т.е. гораздо шеге определенной калосредственно для Ув методом ЯМР

Ньспектроскопии. Частичная рацемизация по центру при переходе от Ув к 1Пв может быть объяснена потерей хиральности в процессе обратимой дегидратации, к которей третичные карбинолы склонны более, чем вторичные.

йз полученных результатов следует, что 2-триыетилсилильная группа в карбонилсодержацях • ферроценах обеспечивает высокую диастереоселективность присоединения. Ввиду возможности се удаления изученная реакция можот быть использована как общий метод синтеза энантиомерных вторичных и третичных 1-ферроценилалканолов и, вероятно, 1-ферроценкл-1-арилалкаислов.

3. Прототропная изомеризация "ацетилен-аллен" в ряду ферроцена. Внутримолекулярная индукция при возникновении хиральной оси.

ДвойЕые связи в алленах расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Благодаря этому в молекула аллена при наличии, по крайней мере, трех различных заместителей или двух одинаковых пар заместителей у концевых углеродных атомов появляется хиральная ось.

Для синтеза оптически активных аллзнов в основном используются стереоспецифические реакции, з которых происходит превращение центральной хиральности в аксиальную. Известен лишь один пример диасгереоселективного. синтеза алленов с использованием принципа внутримолекулярной индукции. Ее источником являлся хиралькый углеродный центр.

При налички доступных планарно хиральных ферроценов высокой знангиомерной чистоты, представлялось интересным изучить возмохности хиральной плоскости как индуктора при возникновении хиральной оси в ходе образования а-фер-роценилалленов.

Необходимо отметить, что синтез а-ферроценилаллеяоз, даже рацемических, представляет определенную проблему, а в оптически активной форме известен лишь один - 1,3-дифенил-1,3-диферроценилаллен, приготовленный в незначительных количествах частичным разделением рацемата на триацетилцеллюлозе.

Из немногочисленных известных методов синтеза а-фер-роценилалленов для изучения индукции хиральной плоскость» под-

ходит только прототропная перегруппировка "ацетилен-аллен", позволяющая исходить из соединений, содержащих хиральную плоскость как единственный элемент хиральности. При других методах получения а-ферроценилалленов используются производные ферроцена с хиральным центром, затрагиваемым при реакции.

Исходные планарно хиральные ацетилены VI Па,б получены из оптически активных Ша,б через промежуточные Vila,б. Восстановление VI 1а, б эквимслярной смесью ЫА1Н4-А1С13 приводит к исчезновению хирального центра и образованию с выходом >927. производных VIПа,б, имеющих единственный элемент хзгральностя - плоскость.

о и

Bai VI aS vi 0,(5"

Из различных вариантов прототропной перегруппировки наилучшие результата при синтезе с-ферроценилалленов дает пропускание соответствующего ацетиленового углеводорода через специальным образом приготовленную сильнощелочную окись алюминия.

Метод оказался применим и к планарно хиральным производным Villa,б

CHjCSCPh А)0 ^CH=C=CHfh

~ЕМез НоОН

СрРе СрГе

V» а.£ ОС 0,2"

Как свидетельствуют ПМР-спектры, реакция приводит к смеси диастереомеров с преобладанием одного из них. Результаты приведены в таблице 2.

Учитывая высокий выход алленов, можно сделать вывод, что приведенные данные отражают диастереоселективность перегруппировки, а не являются результатом обогащения смеси одним

диастереомером за счет разложения второго.

Таблица 2. Диастереоселективность проготропной изомеризации "ацетилен-аллен" (VIII —> IX)

Исходный ацетилен Аялен Выход ал-лена 7. Диастереомерный избыток в аллене 7.

Villa рацем. 1Ха - 27-34

VIII6 рацем. 1X6 84 38.4

VI116 [а)о+77,7° 1X6 91,7 34-45

Md+310-345°

Эксперименты, проведенные с рацемическими УШа,б, показали некоторое повышение диастереоселективности реакции от 30% при образовании 12а до 38% в случае 1X6. В связи с этим в оптически активной серии использовались только производные с Мез5п-группой.

Кроме того, диастереомеры 1X6 обнаружили тенденцию к разделению, в результате чего головная часть алленовой фракции оказывается несколько обогащенной преобладающим диастереомером, так что его избыток возрастает до 45%.

Наблюдаемая умеренная диастереоселективность перегруппировки кажется, тем не менее, довольно высокой для данного типа реакций. Известны лишь два случая прототропной изомеризации ацетиленов в аллены под действием оснований, для которых установлена стереохимия. При образовании алленов из простых диэфиров ацетиленового ряда ^ВиОС^ОССГО^ОН2 под действием 1-ВиОН в ДМСО реакция полностью недиастереосе-лективна. Прототропная изомеризация 1,3-дифенил- и 1-(п-би-фенил) -З-фенйл-проЕ-1-ннов на окиси алюминия, пропитанной бру-пином, протекает с энантиомерным выходом 2-3%, что существенно ниже результата, полученного для 1X6.

Все попытки перейти к энантиомерным алленаы не увенчались успехом. Известные методы замены БпМез- на водород приводят к полному разрушению алленовой группировки. Определение абсолютной конфигурации хиральной оси в преобладающем диасте-реомере в настоящий момент не представляется возможным. Для рентгеноструктурного анализа необходимы чистые стереокзомеры. Химическая, корреляция и хироптическкз методы неприменимы из-за

отсутствия соединения для сравнения.

Тем не менее, изученная реакция является перспективной как новый подход к синтезу оптически активных алленов ферроценового ряда в препаративных количествах.

4. Асимметрическая индукция при хирализацин прохиральных 1,2-бисфункционалышх производных димаятрева.

Описанные выше случаи асимметрической индукции хиральной плоскостью при возникновении хирального центра и оси -'примеры внутримолекулярной индукции. Однако возможен и другой вариант

индукция при действии оптически активного реагента, превращающего прохмральное соединение в хиральное. Такой вид индукции возможен при карбонилировании оптически активного палладиевого . производного диметиламинометилферроцена в присутствии прохирального диола. В исследованном примере в качестве диольного партнера использован 1,2-бис(гидроксиме-тил)цимантрен X, так что в ходе реакции возникает планарная хиральность.

XI

Карбопилировалие (БЫ проведено при комнатной температуре в присутствии двукратного количества X (во избежание образования диэфира) в различных растворителях. Результаты приведены в таблице 3.

При высоком химическом выходе наблюдается умеренная степень асимметрической индукции. С возрастанием полярности растворителя диастереоселективность падает. Достигнутое максимальное значение составило 35,5% для реа;сщш в смеси С5Н5-СН2С12.

Таблица 3. Влияние природы растворителя на диастереосе-

лективность карбонилирования I в присутствии X.

Мв I (ее Тем-ра Раствори- Выход [а)и XI Диастерео-

абс. конфигу- (°С) тель XI 7. мерный из-

РЛ.ЦЧЛ быток XI 7.

-419 ($2,9, Б) коын. СеН6-СН2С12 80,9 -57,5 30,3

-419 (62,9, 5) т СЙ2С12 75,8 -54,5 21,0

-419 (62,9, Б) СНзСИ 84,2 -56,0 17,5

-419 (62,9, Б) _ " _ СН3СОСН3 78,8 -41,4 27,0

-545.5(81.9, Э) С6Н6-СН2С12 75,0 -85,0 35,5

+474 {71,2, Ю -20 толуол 21,8 +30,3 30-34

Абсолютная конфигурация преимущественно образующейся хи-ральной плоскости определена химической корреляцией с аминокарбинолш XII,

оуа.

соосн,

срГ.

ОЦС--^

Мсо),

-СООСН, Ср»-" ЬЬ^СН,'

МгЧСО),

XIV

сооы.

V« , ,

|*Ч«>),

абсолютная конфигурация энантиомеров которого и максимальное значение удельного враиения известны.

Промежуточное хлорпроизводное XIII по окончании реакции с НС1 не выделялось, а ,обработке диметиламином подвергался остаток реакционной смеси после упаривания растворителя. Выход диамина XIV после двух стадий в расчете на исходный XI составил 52-547.. Его гидролиз, не влияющий, как установлено, на конечный стереохимический результат, приводит к (+)-ХП с оптической чистотой 35-36Я и К-канфигурацией хиральной плоскости.

Сравнивая результаты диасгереоселективного образования хиральных центра, оси и плоскости в ходе изученных в работе реакций иаяарно хиральных ферроценов, мозюо заключить, что стерическое влияние ферроценового фрагмента на асимметрическую индукцию ослабевает по мере его удаления от реакционного центра.

5. Получение 1,2-бифункцяональных производных ферроцена высокой энантиомеряой чистоты. Синтез из рацемического N,11-диметил-1-ферроценилзтиламина.

В последние годы оптичесхи активные 1,2-бифункциональные производные ферроцена стали широко использоваться в асимметрическом катализе в качестве собственно катализаторов или лигандов в металлокомллекскых катализаторах.

Используемые в настоящее время оптически активные ферроцены в основном получаются из энантиомеров Н,Н-диметил-1-ферроцекилэтиламина И и содержат одновременно хиральный центр и хиральную'плоскость.

В результате датирования XV и последующей реакции с электрофилами получают практически только один диастереомер НсЗр или Б^р-конфигурации в зависимости от конфигурации исходного амина.

В лаборатории, где выполнена настоящая работа, аналогичный стерический ход установлен для циклопалладирования энантиомеров XV. Специфика реакционной способности палладийорга-нических соединений дополняет возможности литиевых производных и увеличивает ценность исходного амина как источника оптической активности в ферроценовом ряду.

Однако, несмотря на широкое распространение, у этого метода есть и слабые стороны. Прежде всего, это необходимость исходить из энантиомерного ашгаа. Таким образом, обязательной является стадия предварительного расщепления на антиподы, которое является специфическим именно для этого амина и неприменимо к его алкильнш гомологам. Кроме того, остается по существу нерешенной проблема синтеза второго диастереомера.

Альтернативный подход к оптически активным ферроценам

разработан в той же лаборатории ИВЭОС. В его основе лежит асимметрическое циклопалладирование диметиламюгометилферро-цена, приводящее к хелатным о-палладиевым производным последнего в энантиомервой форме. Некоторые синтетические возможности этого подхода рассмотрены' в предыдущих разделах. Использованная стратегия предполагает сначала создание хи-ральной плоскости определенной конфигурации, которая при дальнейших превращениях, если они сопровождаются появлением нового элемента хиральности, вызывает асимметрическую индукцию. Асимметрическое циклопалладирование XV объединяет оба подхода. Его изучение вызвано рядом возможных стереохимических последствий, представляющих потенциальный интерес с препаративной точки зрения.

а. Асимметрическое циклопалладирование энантиомерного диметил-1-ферроценилэтиламина XV.

Известно, что при циклопалладнрования энантиомерного XV, протекающем с высокой степенью диастереоселективности, конфигурация хиральной плоскости в преобладающем диастереомере зависит от конфигурации исходного амина XV. Ери .асимметрическом цихлопалладировании прохирально го диметиламиноме-тилферроцена стереохимию продукта определяет конфигурация Н-ацетиламинокислоты, соль которой используется в качестве катализатора. Также в зависимости от конфигурации катализатора при пиклопаллгдироваюю какого-либо энантиомера XV будет наблюдаться или совпадение направляющих эффектов источников асимметрической индукции или их конкуренция.

Стереохимический результат асимметрического циклопалладнрования энантиомерного N.И-диметил-1-ферроценилэтнламина при использовании аминокислоты, направляющий эффект которой совпадает с направлением индукции центра, более или менее очевиден - диастерезселективность, приближающаяся к 100%. В случае противоположности этих эффектов стерический ход реакции трудно предсказуем.

Результаты серии экспериментов с (5)-XV б условиях есимметрического циклопалладнрованяя (На-соль оптически активной

И-ацетиламинокислоты, слабо щелочная среда) приведены в таблице 4. Таблица 4.

рн Аминокислота Выход Мв20 Абсолютная

(конфигурания) продук- (СЯ2С12) конфигурация

та 7. в град. преобладающего диастереомера

7,45 Н-ацетилвалин (И) 91,5 -229,9а БсБр

7,62 (К) 76,2 -151,8® БсБр

7,97 (Ю 79,0 -255.2а БсБр

7,62 (5) 69,0 +335,0а БсИр

7,65 (Б) 59.4 +380,0а БсЕр

7,66 Я-ацетиллейцин(Б) 76.5 +495,0° БсКр

7,85 (Б) 55,0 +514,0а БсНр

7,74 (Б) 69,0 +482,0Г БсИр

7,80 (Юд 93,2 -209,0Г Бс5р

7,50 рацем. 86,0 +51,9В БсЕр

а. Амия с -13,7°; б. Амин с -13,6°.

в. Амин с Ыв -14,6°; г. Амин с Ыо -13,3°; д. ее 88,6% На основании знака и величины удельного вращения продукта реакции можно судить об абсолютной конфигурации преимущественно образующейся хиралъной плоскости и определить абсолютную конфигурацию преобладающего диастереомера. Хотя все эксперименты проводились с амином одной абсолютной конфигурации Б, знак оптического вращения продуктов менялся , причем менялся в зависимости от . конфигурации взятого катализатора и в полном соответствии с результатами, полученными при асимметрическом циклопалладнровании прохирального диметиламикометилферроцена. Знак был положительным при Б-конфигурации катализатора и отрицательным при его И-кон-фигурации, что. соответствует преимущественному образованию соответственно ЗсЕр- или Зс5р-диастереокеров XVI. Наблюдались и другие закономерности, характерные для этой реакции -увеличение степени асимметрической индукции с повышением рН (до определенного предела) и при переходе от Н-ацетилЕалина к

И-ааеткллейдику. Из полученных данных можно сделать вывод о доминирующей роли катализатора при определении стерического хода циклопалладирования энантиомерного XV в условиях асимметрического катализа. Величина оптического вращения XVI при противоположных направляющих эффектах центра и катализатора свидетельствует об юс конкуренции, которая, как указывает его знак, завершается в пользу катализатора. В этом случае преимущественно образуется БсБр-диастереомер XVI, соответствующий минорному продукту датирования.

При совпадении направления индукции центра и катализатора диастереомериая и оптическая чистота ьыделенного продукта приближается к 100%. Для подтверждения этого вывода и определения диастереомерного состава в других случаях проведено карбонилирование в метаноле некоторых полученных палладиевш: производных. Образующиеся диастереомерные аминоэфиры XVII разделены хроматографией на БЮг-

Ме

Л;,

СрГе

XVI (ЭсЭД

Результаты приведены в таблице 5.

Замена палладия сложноэфирной группой происходит с полным сохранением абсолютной конфигурации хиральной плоскости. Относительное старшинство заместителей также не меняется. Таким образом, в преобладающем диастереомере аминээфира XVII может быть приписана конфигурация хиральной плоскости, выводимая из знака оптического вращения исходного димера XVI, а второму диастереомеру XVII - противоположная.

Качественно результаты карбонилирования димеров XVI находятся в полном соответствии с анализом их диастереомерного состава, сделанным на основании знака оптического вращения. Действительно, исходя из димера, приготовленного в условиях совпадения направляющих эффектов катализатора и центра, получен единственный диастереомер XVII в данном случае БсКр-конфигурации, в то время как димер, являицийся продуктом реак-

со

СООМе

СрРе XVI (5сЯр)

Таблица 5. Карбокилировапие в ИвОН палладиевих производных XVI, полученных из ¿'-К,И-диматил-й>тш-1-фзрроцвнилэтила».шна XV.

Оптическая Катализатор ОбщиИ выход Выход Выход Соотношение

чистота штопалльдмро-лУ1 аминоэфиров диастар.ЫЗз дмистор. [¿ ] л диастореомеров исх. вания ) & $//„ 5е5г ¿Л? БсБр гБе ЛР

100 в-н-йцетил-ва-ЛИКй НБ-СОЛЬ -151,8 36,6 иск. (48 % амина} 24,1 -88,7 12,4 +47,2 1,94:1

93,7 в-н-зизтил-лей-цияа ка-соль -209 55,0 35,4 -97 19,6 +25,3 I ,В: I

100 рац. Ы-ацетил-лейцина Ка-соль +51,9 71,8 22,5 -88,8 49,3 + 42,8 1:2,2

100 йаоа>ш3 +326 - - - - - 1:5,7

93,7 Б-н-ацетил-лей- + 4Б2 87,6 - - 87,4 + 35,7 0:100

цииа Яа-соль

ц::и е условиях^ конкуренции указанных эффектов, дал смесь двух XVII с преобладанием уже другого 5с5р-диастереомера.

На основании данных настоящей работы, значения 1а.1йпах принимаются равными 93±4° и 45+2,2° для и

диастереомеров XVII соответственно. Необходимо подчеркнуть различие стереонаправляетих эффектов ахирального и хорального, но рацемического катализаторов.

При использовании Ка-соли рацемического ¡/-ацетиллейгогаа в реакции циклопалладирования конечное соотношение диастерео-мерных XVI к продуктов их карбонялярования соответствует сукне эффектов, определенных для каждого из знантиомерных катализаторов в независимых экспериментах.

Полученные результаты позволяют перейти к рассмотрению асимметрического циклопалладирования рацемического XV.

б. Асимметрическое шклопалладироватае рацемического Н,И-Д1Ш.етил-1-ферроценилэтиламкна в условиях его кинетического разделения.

Исходя из постулата, что экантио.меры XV реагируют независимо друг от друга, и учитывал результаты их асимметрического циклопалладирования в присутствии сотого и того же катализатора, можно предположить образование из рацемического XV в аналогичных условиях только трех из четырех возможных диасте-реомеров.

Напримео, если использовать катализатор Б-коцфигурации, основными продукта;.!»! будут в порядке уменьшения их относительна: количеств 5сКр-, ЕсКр- и Ес5р-Д!!йстереоисри XVI. Таким образом, оптьчэская чистота продукта с КсНр-конфи-гурацией должна приближаться к 1007-, причем вероятен и удовлетворительный :па;ический выход. Необходимо еще раз подчеркнуть, что этот диастереомер по своей стереохи>гаи соответствует минорному продукту лзтлрованкя й-Ш, максимально возможный выход которого 4%.

Что касается двух других диастереомеров, то они образуют энантиомеряую пару, но поскольку их количества.неравны, можно говорить об одном диастереомере некоторой оптической чистоты.

Этот диастереомер, очевидно, должен стать преобладающим в смеси продуктов асимметрического циклопалладирования рацемического XV. При эквимолярном соотношении реагенто» его оптическая чистота может составить около 50%, исходя из данных для энактиомерных XV.

' Если же взять полови»шое количество палладирующего агента и катализатора, т.е. работать в условиях кинетического разделения XV, возможно значительное увеличение оптической чистоты н этого второго диастереомзра.

В таблице 6 приведены результаты асимметрического цикло-палладирозашя рацемического XV при соотношении N22^014¡катализатор : амин-1:1:2. Во всех экспериментах в качестве катализатора использовалась Ма-соль оптически активного Н-ацетил— -лейцина, являющегося в условиях асимметрического циклопалладирования наиболее эффективным индуктором.

Как видно из данных таблицы 6, в ходе циклопалладирования рацемического XV в условиях асимметрического катализа Иа-солью (5)- или (ЛЬН-аиетиллейцива происходит преимущественное образование соответствепно (Ю- или (З)-хйральной плоскости. Одновременно наблюдается частичное расщепление исходного амина. Как к можно было предвидеть, з присутствии индуктора (К)-хиральпой плоскости предпочтительно реагирует 5-энантиомер XV, а возвращенный XV оказывается обогащенным Л-энантиомером. При использовании катализатора противоположной конфигурации наблюдается обратная картина. Однако энантиомерная чистота возвращенного XV невелика - 6-10%, так что в реакцию вступают

К, УН, 5 Р

Таблица б. Асимметрическое циклопалладирование рацемического К ,Я-диметил-1-ферроценилэткл~ амина XV в условиях его кинетического разделения.

рН среды А.К. ката- Выход пер- Щаперво- Выход XV/ XVI Вкход А.К. воэвр. Ее всэвра-лизвторв гоначально начально видела;;- выделен- возвра- амина щенного

выдзле^ного зыделач-иого XVI <снлсьа) кого из фильтрата, /V н0г0 кз фильтра- . та, (ценного амина % амина "Л 1 >«1

7,7 & 60 +468,8 34 +290 45,8 В 10 о 1

7,75 Й 50 +461,2 24 +320,7 45,5 В 10

7,7Й & 43 +477 * 26 +312 66 В 10

7,95 В 55 -сЪЗ.Ь 5 -357,6 68,4 8 $

8,0 а 75 +424,5 Ш + 161 47,7 Я -

* после отделения осадка, нора створившегося г смэси СН.^С'^-Си

оба эяантиоыера, хотя некоторая разница в их реакционной способности несомненно есть. Судя по величине оптического вращения продукта, оптимальное значение рН лежит в интервале 7,7-7,75 ед. при выходе выпадаюсего из реакционной смеси Pd -производного до 50%.

Восстановление образцов димера XVf с laJo+468,80 и +461,2° с помощью LÍAIH4 приводит к (5)-XV с оптической чистотой соответственно 28 и 26.%, т.е. (S) и (Ю-энантиомеры исходного XV прореагировали в соотношении соответственно 64:36 я 63:37. -

Для определения диастереомерного состава и оптической чистоты образумятся при асимметрическом цкклопалладировании рацемического XV диастереокеров XVI проведено карбонилироЕакие в метаколе димеров с LaJd+477° и +312°. Кроме того, из Pd-производиого с LaJD"383,B° реакцией с LiPPJi2 получены иззестные акинофосфнны.

Me We

Н / 2 ^ /г\тг>

— PdCI/2 -* ^^-PPhj

CpFe CpFe

Результаты приведены в таблице 7. Данные таблицу 7 подтверждают правильность предварительного анализа стерического хода асимметрического цикло-палладирования рацемического XV. Действительно, реакция приводит к образованию только трех из четырех возможных диасте-реомеров. Экспериментально это выглядит так, что образуются два химически и физико-химически различных диастереомера. Как следует из величины оптического вращения диастересмерных продуктов карбонилирования и фосфорилирования полученных димеров, один из них является оптически чистым, а оптическая чистота второго зазасит от значения рН среды, при котором проводилось циклопалладиропанмэ рацемического XV. При определенном рН з услозиях кинетического разделения исходного амина XV и второй диастереомер образуется с высокой оптической чистотой (до 847.).

Таблица 7.

[¿а* (МъСЛ») Реагент Продукт Выход г: Соотношение диастарео- мэров преобладающего ДИй-стервомера (А.К., ее %) минорного дйястереомеря (А.К,, ее У.)

+ 477 СО амииоэфир 81 70,3:29,7 +37,7 (с-3,6) (ВсВр, 87,6) +96,4 (с-1,5) (ВсЕр, 100)

+312 СО аминоофир 57,9У* 52,4:47,6 +85,9 (с*3,9) (ЯйИР, 92,2) +33,2 (с-3,5) (5СВР, 77,2)

-ЗВЗ,8 и Шч АМИИОфОСфИН 43 €0,3;31,7 -233,3 (с-0,7) (ВС0Р, 66) -364 (сО,б) (Вс.8,., 100)

измерено в Е{0Н

* * в значительных количествах (до КЗ У,) выделен (Н)-амлн о ае 34-50 Ус в разных экспериментах

Корректность определения диастереомерного состава и оптической чистоты составляющих диастереомеров проверена для образца РсЗ-производного с 1а}т)+477° .Исходя из приведенного в таблице 7 соотношения полученных из него диастересмерных алмяоэфироз XVII и их оптической чистоты расчигана оптическая чистота хирального центра в этом димере, оказавшаяся равной 29,35%. Найденное значение близко к величине энантиомерноа чистоты 3-Х7, полученного восстановлением с помощью 1ЛА1Н<» Рй-димера с [оив+^бв.З0 .составившей 28%.

Таким образом, при асимметрическом циклопалладировании рацемического ХУ в условиях его кинетического разделения образование хиральной плоскости протекает диастересселективно и выделяемый продукт представляет собой смесь двух диастереомеров высокой оптической чистоты.

Произведя замену атома палладия в полученном продукте, можно выйти после разделения хроматографией, которая, как правило, не представляет особых трудностей, к оптически активным производным ряда а-дкметиланиногтилферроцена с люб га сочетанием абсолютных конфигураций хиральных центра и плоскости и высокой оптической чистоты.

Преимущество описанной реакции как нового пути к оптически активным ферроценам, являющимся одновременно центрально и планарно хиральньшл, состоит, во-первих, в том, что исходный амин является рацемическим и не требуется его предварительного расщепления на энантиоыеры, и, во-вторых, .продукт при высокой реакционной способности стабилен, срок его хранения не ограничен и по мэре необходимости может быть использован.

ВЫВОДЫ.

1. Описана новая реакция энантяомерного палладаевого производного диметилаыинометилферроцена с соединениями 1Л-ЕМез (Е-Б^Бл), приводящая к замене атома палладия на группу ЕМез-

2. Полученные соединения использованы для синтеза оптически активных 2-триметклсилил- и 2-триметилстанннлпроиз-водных ферроценкарбальдегида.

3. Изучена диастереоселективнос-гь присоединения и 1л-алкилов по СО-группе в планарно хиральных 2-триметилсилилза~

мешенных a-карбонильных производных ферроцена, при котором асимметрическая индукция в ходе возникновения хирального центра осуществляется хиральной плоскостью. Степень асимметрической индукции составляет 85-1007..

4. На основе этой реакции разработан метод синтеза энантиомерных вторичных и третичных в-ферроценилалкклкарбкпо-лов, которые могут быть использованы при получении некоторых других вспомогательных реагентов для зкантисселективного синтеза.

5. Предлохен альтернативный подход к синтезу оптически активных 1,2-дизаме«енных цимантренов, основанный ка хирализа-ции прохирального фрагмента. Асимметрическая индукция в ходе образования новой хиральной плоскости осуществляется планарно хиральным оптически активным реагентом. Степень асимметрической индукции составляет 35-38%.

6. Изучена диастереоселективность прототрошюй перегруппировки ацетилен-аллен в планарно хиральных оптически активных ферроценах. Степень асимметрической индукции при образовании хиральной оси достигает 387..

7. На основе асимметрического циклопалладнровання рацемического с-диметиламиноэтилферроцена в условиях его кинетического разделения предложен новы" подход к синтезу оптически активных 1,2-бифункщганалЬШх ферроценов высокой оптической чистоты с любым сочетанием абсолютных конфигураций хиральных центра и плоскости.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Л.Л. Троицкая, Л. А. Булыгина, Б.И. Соколов// Металлоорган. химия, 1930, т.З, Нв, с.1435-1435.

2. Л. Л. Троицкая, Л.А. Булыгина, B.ÍI. Соколов// Металлоорган. химия, 1991, т.4, Ю, С.653-65Р.

3. Л.Л. Троицкая. Л.А. Булыгина, В.И. Соколов// Известия РАН.сер. хим. (з печати).

4. Л.Л. Троицкая, Л.А. Булыгина, В.И. Соколов Abstraes IV FECHEM CSSR Liblice A-G3 1982.

5. Л.Л. Троицкая, Ji.A. Булыгина, В.И. Соколов// Известия РАН, сер. хим. (в печати).