Энантиоселективные реакции гидрирования и гидросилилирования под действием комплексов родия с фосфорсодержащими лигандами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.15 ВАК РФ

1 !

ИЮЙ 139**

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им.НД.ЗШШНСКОГО

На прЕви рукописи

ВОЛОБОЕВ Александр Алексеевич

ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНЫЕ РЕАКЦИИ ГИДРИРОВАНИЯ И ГИДРОСИЛИЛИРОВАНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОМПЛЕКСОВ ЮДИЯ С ФОСФОРСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ

02.00.15 - Химическая кинетика и катализ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация па соискание ученой степени кищдата химячесгзх наук

Москва -1994

Работа выполнена в Институте органической химии им.Н-Д.Зелинского РАН

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Е.И.Клабуновский кандидат химических наук, старший научный сотрудник ВА-Павлов

Официальные оппоненты:

Доктор химических наук, профессор В.З.Шарф Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Н.МЛойм

Ведущая организация:

Московский государственной педагогический университет им. В.ИЛенина

Защита состоится *28* ИЮНЯ' 1994 г. в 10 час. на заседании Специализированного совета К002.62.01 по присуждению ученой степени кандидата химических наук в Институте органической химия км.Н Д.Зелинского РАН (117913 Москва, Ленинский проспект, 47, конференц-зал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат химических наук Т.В.Васина

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее время наблюдается большой интерес с эяантиоселсЕпшшм ргзхциям гидрирования н гэдросилилирования прохираяитых субстратов под действием комплексов родия с фосфорсодержащими хкрзяышыи лигандами. Зга реакции являются перспективным путем получения рдда оптически и биологически активных соединений, жшяго-фармгцевгачесюях препаратов, полупродуктов тонкого органического синтеза, в той числе аминокислот и хиральных спиртов. Новые металлохомплексные катализаторы, содержащие в своем составе эффективные и доступные • л ига иды (например, аминофосфинфосфиниты, полученные из природных аминоспиртов) позволяют проводить реакции с высокими химическим и оптическим выходами. Несмотря на интенсивное исследование подобных каталитических систем, многое в механизме энантиоселекгивного действия хиральных комплексов остается невыясненым. Поэтому изучение влияния различных факторов на реакции асимметрического гидрирования и пщюснлшщрсгания в присутствии этих катализаторов с целью выбора оптимальных условий протекания этих процессов и уточнения механизма реакций является актуальным. .

Данная работа выполнена в соответствия с темой N13 научно— кследовательсхих работ КОХ АН СССР на 1986 г., Постановлением ГКИТИ 535 1986 г., программой 0,10.11 , гадаяпем 02.03.01 М. 08.01.Н 1988 г.. V

Пель работ?.;. Основной целью1 настоящей работ является синтез хиральных хелатных фбсфорсодерзгайщх лнгандов — амннофосфинфосфишпов, коЬых дифосфйшггов,

диазафосфолаядкамнна :а доступных оптткеехп аггавных соединений: Э— и И—фенилалгнина, КД—(+)—ешпюй кислоты, молочной

кислоты и (8)-а-фенилэт;1лашага, полученпо их родиевых комплексов и исследование их каталитических свойств в реакция асимметрического пщрирования предшественников айннокислот, дегидродяпеггаздоз н в реакции подросшшпирования ацетофенона дифепплепланом; изучение действия новых- катализаторов с ■ хиралышми фосфорсодержащими лнгандами (ЯДО-Вп-РугОР, ЬРг-(КД)-Вп-РугОР, <5)-Бт и (8)-

АшрЫп в асимметрическом гидрировании дищдро—4,4—диметал—2,3— фурандиона.

Научная новизна работы. В ходе исследования проведено систематическое изучение каталитических свойств родиевого комплекса с лигандом РЬеГЮР ? реакции асимметрического гидрирования И— ацегиламинокоричной кислоты и ее метилового и н-бутилового эфиров. Показано, что данный кршщекс обладает^ высюкой 1италигаческрй активностью (общий выход до 100%) и стереоселекхивностью (оппнеский выход до 70%). Изучено влияние на оптический выход продукта (8)-АсРЬе давления водорода, температуры реакции, природы растворителя, присутствия тризтиламина и соотношения субстрат/катализатор. Получены новые хнралыше дкфосфиниш (Б)—О— РгорЬоз и (ЯД)—Вп—РутОР и родиевые комплексы "на их основе, которые исслгдованы в реакциях гидрирования 1*1-ацепшаминоюорЕЧШй кислоты (оптический выход 6% (Б) и 16% (8)) и гидросшшчЕровгшЕЯ Ецетофенона (отпческий выход 3% (8) и 69а (Б)). При диастсргосепгкпином гдарнросанни получен ацетилфенилаланил— (8)-метиошш с дагстереоиернын избытком 42% (8,8) на родиевом комплексе с яигацдом (Э)—О—РгорЬад и метиловый эфир ацеталфгнплаианил—(Е)—фенилглицина с дкасгерсоиерным избытком 26 % (ИД) на родиевом комплексе с лигандом (11Д)-Вп-РугОР. Проведено асимметрическое гидрирование дагидро -4,4—диметал-2,3-фурандиона в присутствии [М(СОВ)С1]2 и лигандов Р№№, (КД)-Вп-РугОР, 1—Рг-(11Д)—Ва-РутОР, (8)-Зи1 и (8)-АтрЫп с оптическим выходом до 40% . Изучены новые хиралыше диазафосфоландиамин и трифосфшбинафтол в качестве лкгандов дня каталитической системы, позволяющей провести гидрирование С=0 связи в кетопантолакгоне с оптическим выходом до 33%.

Практическая ценность работы состоит в использовании результатов исследования в теории и практике синтеза оптически активных аминокислот и спиртов. Синтезирован родиевый комплекс с лигандом на основе (К)-фенилаланина, с помощью которого можно получить незаменимую аминокислоту (8)~ацегилфенилаланян с оптическим выходом до 70% при 100% общем выходе. Показана возможность получения (И)-панталактона — ключевого соединения в

производстве витамина В3, в присутствии родиевого комплекса с диаминофосфиновым лигандом PNNP с оптическим выходом до 40%.

Показана возможность асимметрического гидрирования С=0 связи в присутствии катализаторов с простыми в получении и химически стабильными диазафосфоландиамином и трифосфитбинафтолом, что делает их перспективными в использовании для аналогичных реакций.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на IV Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Ленинград, 1984) г. , на VII молодежной конференции по синтетическим и природным физиологически активным соединениям ( Ереван, 1984 г.), на конкурсе молодых ученых ИОХ АН СССР (1985г.) , на I Всесоюзной конференции "Катализ и каталитические процессы производства химике—фармацевтических препаратов" (Ташкент, 1985 г.), на VI Республиканской конференции молодых ученых химиков (Таллин, 1985 г.), на Ш Всесоюзной конференции молодых ученых по физической химии (Москва,1986 г.), на 1 Республиканском совещании цо асимметрическим реакциям (Батуми, 19S6 г.), на II Республиканском совещании по асимметрическим реакциям (Телави, 1989 г.), на EX Национальном симпозиуме по катализу (Мадрас, Индия, 1988 г.), на XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 1993 г.).

Публика пни. По материалам диссертации опубликовано б статей и 9 тезисоз докладов.

Структура "и объем работы. Диссертация изложена на 121 страницах машинописного текста, включает 31 таблицу, 11 рисунков, 10 схем; содержит введение , шесть глав, выводы и список литературы. В главах 1 и 2 проведен анализ литературных данных, обоснованы цели, методы и этапы работы. В главах 3,4 и 5 приведены результаты исследования строения и каталитической активности комплексов с хиральными аминофосфинфосфивигными, дифосфинигными и диамино» фосфиновымн лигандами. В главе б описана экспериментальная часть: использованные реагенты, методики эксперимента и анализа продуктов.

2.

Основные результаты работы.

2.1 Синтез исходных соединений и комплексов, методики эксперимента, анализ продуктов .

Все растворители, :использованные в работе, очищали и абсолютировали по спшдартиыи методикам и перегоняли в атмосфере аргона. Гидрирование К—ацетаяаггргакоричной кислоты и ее эфиров, дегидродилеппшов и гидоосилилировакие ацстофенона' дифенилсиланом (в сухом органе) проводили в стеклянном термостатированном реакторе, снабженном магшггаой мешалкой. Гидрирование при повышенном давлении водорода проводили в стеклянной ампуле, помещенной в стальной автоклав при перемешивании. Катнонный родиевый комплекс отделяли от реакционной смеси с-помощью катионообменной смолы (Н+—форма) "Dowex 50W—X2" в метаноле. Нейтральный родиевый комплекс отделяли от смеси на силикагеле. Степень превращения субстрата определили методами УФ— и ПМР-спектроскопии. Измерение огтпгского вращения продуктов проводили на спеххрополяриметре "Spsktropol-1' и на фотоэлектронных поляриметрах "Al—ЕЛО" и "Jasco Dip-360". Оптический выход реакции (р,%) рассчитывали по формуле:

«X1

•104

где Мх* ~ удальиоз оптическое вращение оптически чистого продукта реакции при температуре I и дайне волны X; . о^1 -наблюдаемое вращение продукта реакции, 1 — длина слоя раствора вещества (дм), у—степень конверсии (%), с — концентрация вещесгва(г/100 мл раствора).

Спектры ЯМР 31Р снимали на приборе "Вгикег \VP-200SY" (200 МЛ«) относительно 85% Н3РО4 в ЗС>20 (внешний стандарт). Спеетры ПМР получали на приборах "Вшкег Ш»-250" (250 МГц), "7ео1 РХ-90(}" (90 МГц) и Тез1а В8-467" (60 МГц)-стандарт ГМДС. Энантаомерный избыток пантолактона определялся методом ПМР в присутствии сольватирующего агента (Б)—2,2'—дигидрокси—1,1*—бинафтола в СОС1з.

Экантиомсрный анализ эфиров N—ацетнлфенилаланина проводили на хроматофафе "Биохром-1" на капнлярных колонхах с оптически активной фазой трег-бутнламэд—докосаноил—L—валином. Масс— спектры снимали на спектрометре СКб "Vanan МАТ"; ИК—спектры па спектрофотометре "Perlán-Etaer 577" в CHCI3 (тонкий слой, кювета кз КВг); УФ—спектры на спектрофотометре "Spekord UV—Vis". Средняя скорость реакции гадрировсния при 1 ата. водорода определяли :сгк отношение моль поглащенного водорода/время реакции в секундах, Рентгеноструктурный анализ (РСА) комплекса выполнялся на 4— кружном автоматическом дифрактометре "Hilger—Watts" (20 М К— излучение, графитовый ыонолромзтор, 0/20 - сканирование, СК30 С) АИ.Яновским и Ю.Т.Стручковьш в ЙНЭОС РАН. Расчеты проведены на ЭВМ "Eclips S/200" по программам INTEXTL

2.2 Синтез лиггндов и их родиевых комплексов.

Для изучения реаышй асимметрического гидрирования и гвдроснлилирования синтезированы хиральные фосфорсодержащие лиганды из (8)- и (К)-<Ьенш1аланина, (+)-егпи10й кислоты, (8)— а—фешпэтняамипа а Б-^)—молочной кислоты.

Аминофосфип—фосфитпгшый лигаид Р'аеМОР синтезировали из (11)— и (Б)—фешсшшшна по схеме:

(S) — PheNOP

Новый дифосфинитный лигавд (ЯД)-Вп-РугОР синтезировали из ЯД—винной кислоты по схеме:

"чДсн -уС

о ^—

о

1*2 РОк

х ¡1

Й-РЬ (ЯЯ) - Вп - РугОР

^^ К"1_РГ •-Рг_Р,«11)-Вп-Ру10Р

' Днфосфинитный лигавд (8)-0-РгорЬсв синтезировали из (Э)-ыолочной кислоты по схеме:

\ ши. \ РЪРС1 \

)—соон -л—^^ -)—.

нэ ^ нэ ш Е<з" РЬ2РО СРРЬ2

(Б)-0-Рг0[Л08

Лигавды и (З)-АтрЫп синтезировали из (Б)—«-

фенилэтиламина по схеме:

о о

РЬ И 1|А|Н У -»- Ж Ш —±

-У Л..... ^

Ма РН -{ ^

РЬ

/-\ PbjPCI Pt,2P. / \

-*• NH NH i> N N

Ph

\..... \

À " №

NH NH PCI3

^ "f V~ E,3N

Д.А У

(3) -АтрЫп

Синтезированные лиганды были охаракгиризованы данными ЯМР 13с, 1н, 31р, масс—спектроскопии и элементного анализа.

Хнральный катионный родиевый . комплекс [ЛЬ{(Я)— РЛеЫ0Р)(С0В)]а04 получен по схеме 1.

.CPPtlj гпн/Г!ОП\Г!П CPPh 2

[Fth(COD)CI^

.А

NaCD

'4

jT>0

* КГкЛлПТЯ, . \—. У

со;

а)

PhCHj NMcPPh2 neuf NMePPh 2

Кристаллы комплекса были получены из метанольпого раствора и его строение установлено методом РСА. Катион представляет собой плоскоквадратный комплекс. Вершины квадрата заняты 2 атомами фосфора ли ганда и двумя ii—координирошшпшш двойными связями 1,5 -циклоокгадиена. Диэдрический угол ьгехду плоскостью, включающей атомы P(l)-Rh-P(2), н плоскостью, проходящей через атом родия и середины двойных связей, равен 18,0°, т.е. плоскоквадратная координация катиона родия искажена в сторону тетраэдра, что характерно для аналогичных родиевых комплексов. Семичленный хелаткый цикл имеет конформацизо "ванна" с атомом кислорода в плоскости, проходящей через атомы P(l)~Rh-P(2). Закрепление этого комплекса (2 вес.%) на каолине проводилось в этаноле при перемешивании в течении суток в атмосфере аргона. Нанесенный

комплекс трижды промывался этанолом перед гидрированиец субстратов.

Родиевые комплексы с лигандами (R,R)—Bn—PyrOP, (S)—О— Prophos и (S.S)-PNNP образуются in situ из лиганда и [Rh(COD)Cl]2-

2.3 Асимметрическое гидрирование двойной углерод—угаеродной связи.

Каталитические свойства аминофосфинфосфинитного комплекса [Rh{(R>-PheN0P}(C0D)]C104 в асимметрическом гидрировании дегидроацетияфенияаланина (АсЛРЬе)

Хиральный родиевый комплекс [Rh((R)-PheN0P}(C0D)]C104 (Rh*) изучали в реакции гидрирования (¡Ц-М-ацетиламинокоричной кислоты (AcAPhe) в ацетильное производное аминокислоты фенилаланина:

Исследовано влияние на оптический выход (Б)—АсРИе температуры реакции, давления водорода, присутствия тркэтиламина, соотношения субстрат/катализатор и природы растворителя.

При гидрировании АсДРЬе в присутствии комплекса [М{(К)~ К1сЫОР}(ССЮ)]СЮ4 оптический выход (8)-АсРЬе с увеличением температуры гидрирования в интервале от 5 до 50 °С убыаает почти экспоненциально с 61,7 до 5,5 %. Такое поведение асимметрической реакции связано с неустойчивостью гидрида родия при повышении температуры реакции и протеканием реакции по паралельньш, менее селективным маршрутам.

б) влияние давления водорода

Зависимость оптического выхода реакции от давления водорода . является важной характеристикой асимметрического каталитического гидрирования. При гидрировании в присутствии [Щ^)-

н coca

сося

РЬеЫОР}(СОБ)] С104 при увеличении давления водорода до 25 атм. происходит увеличение оптического выхода (8)-АсРЬе с 14,0 до 64,6% . При дальнейшем увеличении давления водорода наблюдается небольшое снижение оптического выхода до 53,0% при 110 атм. Таким образом, оптимальным для данной каталитической системы является давление 25-30 атм..

в> гидрирование в присутствии тртегаламина

Гидрирование АсДРЬс' под действием комплекса (КЬ{(И)— РЬеНОР)(СОВ)]СЮ4 идет преимущественно по дигидридному пути (механизм Б, схема на cip.ll) и при увеличении концетрации триэтилгмика, можно было бы ожидать постепенного уменьшения оптического выхода продукта и даже обращения конфигурации за счет увеличения вклада реакции по енамидному пути (механизм А, схема на cip.ll), так как амины блокируют гидрвдный путь. Оптический выход реакции убывает до нуля уже при соотношении Е1зЫ/Ш1=2. Получение рацемического продукта с увеличением концетрации тризтилгмияа, возможно, связано такке с тем, что триэтилгмин входит в координационную сферу комплекса, занимая одно из координационных мест, что не позволяет субстрату образовывать хелатный аддукт, и это приводит к потере оптической активности продукта.

г) влияние соотношения стбстозт/кзтализатор ,

Изучение зависимости оппгческого выхода (8)—АсРЬе от

соотношения субстрат/катализатор, показало что при соотношении 8иЬ/М=200 и больше, старость реакции резко уменьшается. Из—га длительности реакции при соотношении 500 и больше, начинается деструкция катализатора. Реакция не вдет до конца, что уменыпсет степень конверсии субстрата до 74%. Увеличение соотношения субстрат/родий в реакции способствует увеличению вклзда енамццного пути реакции, хоторый преимущественно ведет к (!£)—АсРЬе. Действительно, при соотношении ЗиЬ/КЬ больше 500 происходит инверсия конфигурации продукта.

д) влияние природы растворителя

При асимметрическом гидрировании АсДРЬе в различных растворителях (табл.1) наблюдается обратная корреляция оптического

выхода продукта с величиной диэлектрической проницаемости растворителя. В смеси стфг-беизол из этой зависимости выпадает лишь смесь с 1-ВиОН. Это, возможно, связано""с сильный стфическкми взаимодействиями в промежуточном комплексе, в который входит молекула растворителя, за счет большого молекулярного объема трет— бутального радикала спирта, что приводит также и к уменьшению скорости реакции. Этой зависимости подчиняете! реакция и в спиртах. В апротонпьсс растворителях зависимость более сложная.

Таблица 1

Влияние расгвдршеля на оптический выход (в)-АвРЬе и скорость реакции гвдрпровапия АсАРЬе в присутствии [ИЬ{(Н)— РЬеГЮРКСОБ)]СЮ4

Растворитель т,°с е* Вреза рсшщц, ЫИЕ. Средняя скорость, моль Ял/ /сесЛО? Р.%

МеОН-СлНй (1:1) 25 23.17 45 3.7 14

ЕЮН-ОДГЛ (Ш) 25 15,73 52 3,2 24

¡-РЮН-СйЩ (1:1) 25 11,77 78 • 2,15 59

г-ВиОН-СйНд (1:1) 25 7,09 240 0.7 21

МеОН 25 32,70 47 3,5 6,5

ЕЮН 25 24,55 70 2.4 8,5

ИОН ¿0 — 39 4,3 5,5

ЬРЮН 50 — 28 6,0 25

1-ВиОН 50 — 150 1.1 7.5

Ацетон 25 20,70 60 2,8 42,5

ТГФ 25 7,58 360 0,45 39,5

Диметохсиэтан 25 7,20 120 1.4 55

Диоксан 25 2,21 300 0,55 39

СЙНЙ 25 2,275 - -

р(Н2)-1 атм, [АсДРЬе]=0.2 М, [АсЛРЬе]/[КЬ]-100, растворитель - 5 мл.

с) гидрирование на комплексе ГШтУ-РЬеЫОРКСОЩСЮ^. закрепленном на каолине

Гидрирование при 1 атм. водорода метилового и н—бутилового эфиров АсДРЬе на родиевом комплексе [Rh{(R)-PheN0P)(C0D)ja04| адсорбированном на каолине (2 вес.%) приводит к повышению оптического выхода продукта до 45 п 38%(S) по сравнению с гидрированием на родиевом комплексе б» носителя (14,5 и 25,6% (S)) Однако, в повторных опытах на той see порции катализатора наблюдается характерное для многих нанесенных комплексов снижение энантноселективностн до 9,4 и 30,8% (второй опыт), 6,2 и 8,4%>(S) (третий опыт) при сохраняющейся общей каталитической активности. При гидрировании н-бутнлового эфира AcAPhe под давлением водорода 30 атм. на закрепленном родиевом комплекс* не происходит заметного снижения оптического выхода продукта (21,2 — 18,3%(S)> по сравнению с гилрированем при 1 атм. и при сохранении общей активности в последующих опытах.

ж) о механизме асимметрического гигонроватгея

Из литературных данных известны конкурирующие механизмы асимметрического гидрирования АсДРЬе:

pRh»(C=C)—>Rh*(C=C)H2—>R(S)-AcPhe А Rh* + (С=С) +Н2-|

^Rh*H2==>Rh*H2(C=C)—> S(R)—AcPhe Б

Эти два- механизма отличаются последовательностью стадий, разными лимитирующими стадиями и преимущественной конфигурацией продукта. Особенностью гидрирования на аминофосфинфосфинигном комплексе [Rh{(R)-PheNOP}(C0D)]C104 является то, что гидрирование предпочтительно идет по механизу Б ухе при низком давлении водорода, через образование дигндрида родия на первой стадии. Этот вывод сделан из анализа каталитических свойств комплекса [Rh{(R)-PheN0PJ(C0D)]C104 и его способности образовывать гидридный комплекс, который зафиксирован методом ПМР при —20 °С после обработки водородом. Связь Н—Rh имеет сигнал при -20 ид. с триплетной константой J(H-P)=25 Гц и

дублетной константой 1(Н-КЬ)=25 Гц. В ИК-спектре связь Н-М тлеет полосы с частотами поглащения 2100 и 2050 см —

Повышение давления водорода способствует увеличению вклада механизма Б и повышает оптический выход продукта (Э)-АсРЬе.Понижение температуры реакции также способствует увеличению вклада механизма Б (при повышении температуры дигидрвд родия не устойчив) и оптичес::ий выход реакции возрастает. Эта зависимости для нашего случая в большей степени соответствуют интервалу давлений водорода 1—25 агш. и температур 5—25 °С, кода происходит интенсивное изменение оптического выхода (Б)—АсРЬе. В случае увеличения концентрации субстрата возрастает вклад механизма А и повышается оптический выход противоположного изомера (Я)—АсРЬе вплоть до обращения конфигурации продукта. Таким образом, повышению оптического выхода в реакции асимметрического гцдрырогашы АсДРЬе в присутствии комплекса [!&{(]£)-РЬеЫ0Р}(С0В)]а04 способствует понижение температуры реакции, повышение давления водорода и уменьшение соотношения субстрат/катализатор.

[КЪКф-РЬеЫОРКСОБИСю/

Дал изучения возможностей комплекса [КЬ{(К)— ; РЬеМОР}(ССШ)]004 в асимметрическом гидрировании использовались олефины различного строения , в том числе дегидродипептиды. При : гидрировании метилового эфира Ы-бензоилдегидровалипа был получен эфир (в)—валика с оптическим выходом 14%. В отличии от АсДРЬе, • предшественник валяна гидрируется с горазда меньшей скоростью и низкой конверсией (38% за 24 часа реакции). Прп гидрировании дегидродипептидов метилового эфира Ы-ацетил-дегидрофенилаланил— (И)—фенилглицина и . метилового эфира ^-трифторацетил— дегвдрофенилаланил—(Б)—фенилаланина обнаружен низкий энанткомерный избыток продукта (5—10%) при низкой конверсии (60% за 40 час.). Это, по видимому, связано с сильными стерическташ препятствиями, вносимыми дипгптидаии в промежуточном родиевом комплексе. Это косвенно подтверждается тем, что такие субстраты, как 2—метил—бензилццен-д2-охсазолинон-5, капролахтам и метиловый

эфир Ы-трифторацетал-дегнцровалкл-(8)—аланина не восстанавливаются в присутствии комплекса [Rh{(R)-PheNOP)(COD)]C!C>4.

АСИММЕТРИЧЕСКОЕ ГИДРИРОВАНИЕ ОЛЕФИНОВ НА РОДИЕВОМ КОМПЛЕКСЕ С ЛИГАВДОМ (R,R)-Bn-PyrOP

Лигенд (P..R)—Вп-РугОР имеет зсесгюе диоксиппрролвдгновсе кольцо к даэ сстшетрнческпх атома углерода. Лпгавд способен образовывать со;.:пчлешшй хслатный цикл с атомом родня.

Асимметрическое гидрирование АсЛРЬе на полученном "in situ" комплексе [Rh(COD)Cl]2/(R,R)-Bn-PyrOP идет медленно и с оптическим выходом до 16% (S) (табл.2 ).

н сос®

MJCCCHj (2)

(1)

ntxxxhj

Таблица. 2

Гидрирование ОС связи в субстратах 1—4 на комплексе {Kh(C0D)Cl]2/(R,R)-Bn-Pyr0P

• Время Степень Оптический выход или

Субстрат реакции, конверсии, соотношение

час % диастереомеров в продукте

1 3.0 58.0 15.7 % (S)

2 1.0 25.1 S,R/R,R=36.7/63.2

3 1.0 20.2 S,S/R,S=51.2/43.8

4 8.0 18.6 S,S/R,S—54.2/45.8

Субстрат--0.2 ммоль;1/=2,5.10-3ммоль;[11Ь(СОО)С1]2= 1Д.1С -Зыкаль;ЕЮН-2,5 мл., 20 оС, 1 атм. Б^.

Гидрирование дегидродипецтидов 2—4 (табл.2) показало, что преимущественно получается диастереомёр с конфигурацией остатка аминокислоты: (R.R) -в случае AcAPhe-(R)-PhyOMe; (S,S) — для AcAPhe—(S)—Met и (S,S) - для AcAVal-(S)-PheOMe. Последний субстрат с предшественником валина гидрируется очень медленно, что связано с заменой ароматических заместителей при двойной связи на метальные группы.

Таким образом, комплекс Rh(R,R)-Bn-PyrOP обнаруживает незначительную энантиоселекгивность в асимметрическом

гидрировании олефинов, что связано с высокой кенформационной жесткостью амидного цикла лиганда (R,R)-Bn-PyrOP.

АСИММЕТРИЧЕСКОЕ ГИДРИРОВАНИЕ ОЛЕФИНОВ НА РОДИЕВОМ КОМПЛЕКСЕ С ЛИГАНДОМ (S)-O-Prophos

Дифосфинитный лиганд (S)—O-Prophos — это самый простой по составу и строению хиральный лиганд, образующий с атомом родия семичленЕый хелатный цикл. Комплекс, приготовленный "in situ" из [Rh(COD)Cl]2 и (S)—О—Prophos в реакции гидрирования AcAPhe обнаруживает сравнительно низкую каталитическую активность и стереоселектавность. При повышении температуры от 5 до 20 °С повышается степень конверсии с 14,6 до 32,1% и оптический выход (S)-

А сРЬе с 2,1 до 5,6%. При дальнейшем повышении температуры комплекс разлагается. Добавление триэтиламина в реакционную смесь при соотношении Е1зЫ/Ш1=3 приводит к стабилизации комплекса и активации гндрирогапия, вследствин чего достигается конверсия АсДРЬе 100% и происходит изменение конфигурации продукта 0,7% (К).

Гйдрировапие дегидродипеппздов, содер&ащих предшественник ацетилфенилаланина, вдет с заметным днастереомерным избытком до 42,8% (Э,8)—изомера (табл.3). Причем, как и в случае с лигандом (БД)-Еп—РуЮР, получается преимущественно даастереомер с той же конфигурацией (8)—ацетилфеянлаланинового фрагмента, что н хиральная часть молекулы предшественника дипеггпзда.

Таблица 3

Асимметрическое гидрирование субстратов 2,3 я 5 на комплексе [М(СОЮ)С1] 2/(8)-0-РгорЬо$

Время Степень Соотношение

Субстрат реакции, конверсии, диастгргомероз

час %

3 1.0 22.5 8,8/11,8=71.4/28.6

2 1.0 <5 —

5 1.0 23.5 ад/й,8=66.7/33.3

Субс1рат=0.2 ммсшь; Ь*=2,5.10~3ммаль; [И1(аМ))С1]2= 1,1.10-3миоль;Е10Н-2,5 мл., Е£зНГС1Ь=3; 20 °С, 1 а™.К2-

АСИММЕТРИЧЕСКОЕ ГИДРО СШПШИРОВАНИЕ АЦЕТОФЕНОНА ДИФЕНИЛСИЛАНОМ НА КОМПЛЕКСАХ [Ш»{(К)-РЬеЫ0Р](С0О)1аО4( [ЯЬ(СОВ)С1]2/(ЯД)-Вп-РугОР И [ЩСоЬ)С1]2/(8)-0-РгорЬ.оз

Хиральные родиевые комплексы изучались в реакции асимметрического пшросилилирования ацетофенона дифенилсиланом:

Р\ «V и

/ у 0-31 НРЬ 2 сн

НЬС „У „ /

Н,С Н3с (!)

\

РЬ. „ РЬ

О-Б! НРЬ2 - "+|> \=0 ЩС НзС (2)

По реакции (1) под действием комплексов образуется оптически активный силильный эфир, после гидролиза которого получается,, 1-фешшэтанол. Конкурирующей реакцией является образование енольного сил1Шьного эфира (2), после гидролиза которого получается исходный ацегофенон. Эта побочная реакция является причиной невысокой степени конверсии субстрата. Асимметрическое гадросилилирование ацстофенона дифенилсиланом на комплексе .[КЬ{(К)— РЬеМ0Р)(ССЮ)]а04 идет с оптическим выходом около 3% (И), который уменьшается при понижении температуры и. разбавлении смеси бензолом.

При гидросилклировании ацетофенона дифенилсиланом на комплексе (Ш1(СОБ)С1]2/ (В.Д)-Ва-РугОР после пщролиза сишшыюго эфира получается (в)—1-фенилэталовый спирт. При повышении температуры реакции от 5 до 50 °С оптический выход возрастает с 0,6 до 5,7%. Дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению комплекса. Увеличение соотношения субстрат/катализатор с 300 до 480 при 20 °С приводит к уменьшению оптического выхода до 0,9% 0). Добавление бензола в реакционную смесь повышает конверсию ацетофенона до 74%, но снижает оптический вцход в 2 раза.

Комплекс [1Ш(СОВ)С1]2/(8)—О—РгорЬоз катализирует

пщросилилированне ацстофенона днфенипсшаном с образованием после пщролиза сил ильного эфира (Б)-!— фенилэтилового спирта. При повышении температуры реакции от 0 до 45 °С оптический выход возрастает с 1,7 до 6,0%. При дальнейшем увеличении температуры при соотношении субстрат/катализатор равным 100 наблюдается частичное разложение комплекса. Уменьшению деструкции комплекса способствует увеличение соотношения субстрат/катализатор, однако, при этом понижается степень конверсии ацетофенона до 11% и оптический

выход до 0,8% (Б). При увеличении соотношения субстрат/катализатор до 15С0 изменяется конфигурация 1-феннлэтилового спирта (2,4 % (И)).

Асимметрическое гидрирование С=0 связи в дигидро —4,4— диметил-2,3-фурандионе

Хирзльные родиевые комплексы с лигандами РЬеЫОР, РН№, (^Ю-Вп-РуЮР, ¡—Рг—СЯД)—Вп-РутОР, (в)—Вт и ф-АгарЫп* были изучены в реакции

о, (8©

асимметрического гидрирования фурацциона по схеме:

о о

Ш1*= [Щ(Л)-РЬе1ЧОРКСОП)1СЮ4 или [ИМСОВ)С1]2Л-*

Продуктом реакции является (Д)—ггаптолактон, ключевое соединение в производстве витамина В3.

При использовании в качестве катализатора комплекса [Ш1{(11)-РЬеКОР}(СОБ)]004 з этой реакции получается (II)—паптолакгон с оптическим выходом до 17% в этаноле, 10,5% в ТТФ и 10% в бензоле при этом при температуре 50 °С н давлении водорода 50 атм. конверсия субстрата не превышала 20%. Для повышения степени конверсии субстрата требуется повышение температуры реакции и давления водорода. Однако, для комплекса [11Ь(СОВ)С1]2/(КД)-Вп-РугОР повышение температуры реакции до 80 °С и давления водорода до 100 атм. не привело к повышению конверсии выше 20% (табл.4 ).

*Лигандц (Э)—Вт и (5)-АтрЬш синтезированы к.х.н; ГасриловимКД!. за что автор выражает благодарность.

дигидро—4,4—диметнл-2,3-

сн

к

о ^о

Использование в качестве лиганда i-Pr—(R,R)—Bn-РутОР, в котором ароматические заместители при фосфоре заменены на изо-пропильные, позволило повысить степень конверсии до 68% и оптический выход панталакгона до 36%. На примере трифосфитбинафтильного лигавда (S)—Bin показана возможность применения такого типа лигандов для получения пантолакгона с оптическим выходом до 20% (S). Применение лиганда PKNP позволило достичь полной конверсии субстрата при 100 °С и давлении водорода 70 атм. с оптическим выходом 36,0% (R). Катализатор с лигандом нового типа трнаминофосфиндиамином (S)—Amphin показал относительно высокую каталитическую активность (выход 86%) и стереоселективность (оптический выход до 33%). Этот лиганд прост в получении, удобен в применении и мало чуствителен к примеси кислорода в среде, что делает лиганды такого типа перспективными в использовании.

Таблица 4

Асимметрическое гидрирование дигидро —4,4—диметил—2,3—фурандиона с [Rh(COD)Cl] 2/L*

Лиганд L* Температура ОС Давление водорода, атм. Конверсия, Оптический выход, % (конфшура--цня продукта)

(R,R)-Bn-РугОР 80 100 19.4 24.3 (S)

(R,R)-i-Pr-Вп-РугОР 50 50 67.7 35.2 (S)

S-Bin 50 65 15.4 20;0 (S)

(S,S)—PNNP 100 70 100 36.0 (R)

(S)—Amphin 70 80 86.0 33.3 /S)

Время реакции 4 час., субстрат 0,128 г., ЗиЬ/ТЛ^ЮО, бензол — 3 мл.

Таким образом, наиболее эффективными для асимметрического гидрирования дигидро-4,4-диметил—2,3-фурандиона из изученных комплексов являются родиевые комплексы с лигандами ¡-Рг—(11Д)-Вп—РугОР, (8,8)-РЫЫР и (З)-АшрЫп, которые позволяют достичь оптического выхода до 36%. Сравнивая. каталитические свойства полученных комплексов, можно отметить, что в реакции

асимметрического гидрирования Ы—ацетиламинокоричной кислоты в присутствии комплексов родия с лигандами (Я)—РЬеЫОР, (ЯД)—Вп-РугОР и (8)-0~РгорЬо5 оптимальным является комплекс [И1{(]1)-РЬеНОР}(СОБ)]СЮ4> который позволяет достичь оптического выхода продукта до 70%. Очень жесткое пирролвдиновое кольцо лиганда (11Д)—Вп-РуЮР, или другая крайность - лабильность комплекса с лигандом (Э)—О—РгорЬоз не позволяют превысить оптический выход реакции 16%. Однако в гидрировании дегидродипецщдов на этих комплексах получен амзреомерный избыток до 42% (с (8)-0—РгорЬсз), что больше чем на комплексе [ЕЬ{(1*)~РЬеМОР)(СОВ)]СЮ4.

Применение этих комплексов в гиврссилилпровании ацетофеиона дифенилсиланом, показало, что даже при оптимизации процесса в разных температурных режимах и при изменении соотношения субстрат/катализатор, оптический выход продукта не превысил 6%. Поэтому можно констатировать, что комплексы родия с лигандами (И)— РЬеЫОР, (КД)-Вп-РугОР и (8)-0-Ргор1ки мало эффективны в реакции асимметрического пшросилилирования.

В асимметрическом гадрйроватш днщдрсг-4,4—диметал—2,3-фурандиона в пантолакгон родиевый комплекс с лигандом (ЯД)—Ва— РугОР показал оптический выход 24,3%. Использование родиевого комплекса с лигандом г-Рг-(11Д)-Вп—РуЮР позволило повысить сгереосгяекгавносгь процесса до 37% и общий выход до 90%.

Катализатор с трифосфнтбинафтольным лигандом ((З)-Вт) проводит ргакцию получения пантолакгона с выходом до 20%. В гидрировании дигидро—4,4—диметнл—2,3—фуравдиона показали относительно высокую активность и селективность родиевые комплексы с лигандами, содержащими =Р—связи. Родиевый комплекс с дифенилфосфинаминовым лигандом (Б,Б)—РИИР восстанавливает дигидро-4,4-диметил-2,3-фуранднон с оптическим выходом до 36% (Я) и общим выходом до 100%. Особый интерес представляет устойчивый к окислению комплекс с диазафосфоландиаминовым лигандом (8)-АтрЬш, который прост в получении и не уступает по селективности комплексу с лигандом (8,8)-РМЫР (оптический выход до 34%), что открывает новый класс лигандов для проведения практически важных процессов.

ВЫВОДЫ:

1.Новый катионный родиевый комплекс [ИЫОу-РЬеН0Р}(С0В)]СЮ4 с лигандом, синтезированным из Л-фенилаланина, является активным и энантиоселективным катализатором асимметрического гидрирования Ы-ацетиламинокоричной кислоты в (3)—ацетнлфенилалашш с оптическим выходом до 70%. л-

2. Методом рснтггнострутоурного анализа установлено, что семпчленный хелатный цикл, образованный лигандом в этом комплексе имеет конфоршцию "ванна". Установлено хиральное расположение фенильных групп в этом комплексе.

З.Энантиоселективность асимметрического гидрирований Н-ацетиламинокоричной кислоты в (Б)- и (В.)—ацегалфенилаланин на комплексах [К>1!(К)-РЬгМОР}(СОО)]СЮ.; и [КЬ{(8)~ РПеНОР)(СОБ)1СЮ4 возрастает с уменьшением температуры, повышением давления водородз, уменьшенном диэлектрической проницаемости растворителя и уменьшением соотношения субстрат/хатглазатор.

4. Гидрирование К—зцетиламшокоричной-кислоты на-комплексе [ИЬ{ (II) -РЬеЫОР) (СОБ)] СЮ4 вдет, по-видимому, через промежуточное образование дигидрида родня на первой стадии реакции.

5.Родиевые комплексы с новыми лкгандами НРг—(КД)-Вп-РутОРя (Б)—АтрЬш и (8,8)—PNNP обладают эдантиоселекшвностью до 36% в асимметрическом гидрировании дигндро-4,4-диметил-2,3-фурандиона в пантолахтон - ключевое соединение для получения витамина В3.

б.Родиевые комплексы с новыми лигандами (ЛД)-Вп-РугОР и (8)-0—РгорЬов катализируют асимметрическое гидрирование ацеталаминокоричной кислоты, дегидродипепгидов и асимметрическое гидросилилирование ацетофенона дифенилсиланом с оптическим выходом до 16% и диастереомердьш избытком до 27%, соответственно.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.Павлов ВА, Спицына Н.И. .Волобоев АА .Горшкова Л.С., Серебряков Э.П., Клабуновский ЕИ.. Новые лиганды родиевых катализаторов асимметрического гидрирования на основе 1,2— аминоспиртов. // Изв. АН СССР, сер.хим.-1984- N4- с.729-730.

2.Пзвяов ВА.,Волобоев АА>Горшкова ЛС.,Серебряков Э.П.,Клабу— новскни Е.И. Конфбрмацйонпо-конфигурационные взаимоотношения в асзвшгтрическом гадрогеннзационпом катализе. Новый родиевый катализатор на основе (З)-фенилаланика.// Тезисы докладов на IV международном симпозиуме по гомогенному катализу.; —

' Ленинград,1984 г. т.1,стр.290.

3.Волобоев АА Синтез аминокислот асимметрическим каталитическим гидрированием. Ц Тезисы докладов на VH Молодежной конференщш по синтетическим и природным физиологически активным соединениям. — Ереван, 1984 г., с.7б.

4..Павлов ВА,Волобоев АА,Горшкова Л.С.,Клабуновский Е.И.. Новый родиевый катализатор асимметрического гидрирования с хиральным лигандом PheNOP для получения оптических изомеров аминокислот. // Тезисы докладов на I Всесоюзной конференции "Катализ и каталитические процессы производства химико-фармацевтических препаратов" - Ташкент, 1985 г..т.1, с.222.

5.Волобоев АА. Асимметрическое гидрирование оо-ацетил амшгокоричной кислоты в присутствии [Rh{(R)—PheN0Pj(C0D)JC!04. И Тезисы дохладов на VI республиханскай конференции молодых ученых химиков. - Таллин, 1985, с.80.

6.Павлов ВА,Волобоев АА,Горшкова Л.С.,Клабуновский ЕИ..Новый родиевый катализатор асимметрического гидрирования с хиральным лигандом PheNOP. // Доклады АН СССР-1985-т.283-с.1206-1208.

7.Павлов ВА, Волобоев АА,Горшкова Л.С, Карпейская Е.И., Клабуновский Е.И.. Асимметрическое гидрирование в присутствие бисдифенилфосфиновых комплексов родия. Сообщение 2. (2R)—3— фенил—2N—метил—2N—дифенилфосфинамино—1—дифеннлфосфжокси пропан-(1,5-циоооетадиен) родий (1)-перхлорат — катализатор парирования.// ИзвАН СССР , сердим. - 1987 - N3- с.513-518.

8.Стручков Ю.Т., Яновский А.И., Павлов ВА, Волобоев АА., Клабуновский Е.И.. Асимметрическое гидрирование в присутствие бисдифешшфосфиновых комплексов родия.Сообщение З.Молекуяярная crpyiriypa(2R)—2Н-метал-дифенилфосфинамино—1—дифенилфосфи-ноксипропан—(1,5-циююоктадиен) родий (1)-перхлората и оценка его эффективности как энантиоселеетивного катализатора. // Изв. АН СССР, cepjmM. - 1987- N3, с.518-524.

Э.Волобоев АА.,. Павлов В А. .Горшкова JLC.,Клабуновский Е.И. Механизм действия комплекса IRh{(R)-PheN0P}(C0D))C104. в синтезе (S)—ацеталфенилаланина. // Тезисы докладов на 1 Республиканском совещании по асимметрическим реакция.«.— Батуми, 1986, с.15.

Ю.Волобоев АА.,.Павлов ВА,Клабуновский Е.И. ЯновскийАИ.,Стручков Ю.Т..Кристаллическая структура нового - хорального родиевого комплекса с лигандом (R)—PheNOP. // Тезисы докладов на I Республиканском совещании по асимметрическим, реакциям.— Батуми, 1986, с. 16. ' .

11 .VjV Pavlov,E.I.Klabunovskii.Yu.T.StruchkovAA.Voloboe'^nd АД-Yanov- -sky. Asymmetric reduction of C=C and C=0 bonds: stereochemical approach.// J.MoLCataL -1988 -v.44-p.217-243.

12.Вояобоев AA...Павлов В А. .Клабуновский Е.И.. Новые хиральные фосфинипше лиганды родиевых комплексов с С2-осыо симметрии, катализаторов гидрирования и гидросилилирования.// Тезисы докладов на II Республиканском совещании по асимметрическим реакциям. -Телави, 1989, с.34.

13.VA. Pavlov, EYu.ZhorovAA.Volobocv,RI.KlabmovskiL Effective aminophosphine Ni and Rh catalysts for asymmetric cross-coupling and

; hydrosilylation reactions. // Ninth national Symphosium on Catalysis. -1988-POS 38-1 - 38-9, New-Dehli-Madras, India.

14. VA Pavlov, E-Yu. Zhorov, AA. Veloboev, E.I. KlabunovslaL Relationship between product configuration and complexes conformation in asymmetric catalysis on metal complexes (cross-coupling and hydrosilylation reactions). // J.MoLCataL -1990-V.59-N1- p.119-135.

15AJV Волобоев,М.Г.Вино1радов,К.Н.Гавршюв,Г.С.Козлова,В.И.Гунар. Получение оптически активного пантолакгона. асимметрическим каталитическим гидрированием дшвдро-4,4-диметил-2,3-фурандиона

в присутствии хиральных родиевых комплексов.// Тезисы докладов на XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. — Минск, 1993.Т.1, с.210.