Хиральные P,N-бидентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

На правах рукописи

ХИРАЛЬНЫЕ Р.Ы-БИДЕНТАТНЫЕ ЛИГ АНДЫ ФОСФИТНОГО ТИПА: СИНТЕЗ, КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ В АСИММЕТРИЧЕСКОМ АЛЛИЛИРОВАНИИ

Специальность 02.00.01 - неорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Воронеж-2003

Работа выполнена в Рязанском государственном педагогическом университете им. СЛ. Есенина

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Гаврилов Константин Николаевич

Официальные оппонеты: доктор химических наук, доцент

Семенов Виктор Николаевич

доктор химических наук, профессор Исаев Павел Павлович

Ведущая организация:

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнахова РАН

Защита состоится " 18" декабря 2003г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.038.08 по химическим наукам при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, ауд. 243

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан "14" ноября 2003г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

Семенова Г.В.

Г^77( " ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Хиральные азотсодержащие фосфиты и амидофосфиты представляют собой новое поколение /".//-бидентатных лигандов в современной координационной химии и металлокомплексном асимметрическом катализе. Это обусловлено внедрением принципиально нового метода управления стерическими и электронными параметрами фосфорсодержащего лиганда - введения в первую координационную сферу фосфора гетероатомов кислорода и (или) азота. Такой подход позволяет осуществлять тонкую регулировку химической устойчивости лиганда, его сгерических требований и донорно-акцепторных свойств. К этому следует добавить, что соединения с тремя Р-О и (или) Р-И связями обладают рядом важных достоинств: 1). Синтетической доступностью, так как большинство этих веществ достаточно легко и с высоким выходом получают из распространенных оптически активных предшественников. При этом возможно прямое одностадийное фосфорилирование хиралышх синтонов, в то время как получение соответствующих фосфиновых производных требует их предварительной модификации. 2). Устойчивостью к окислительным воздействиям, обусловленной отсутствием в их структуре связи Р-С. 3). Выраженной я-кислотностью, позволяющей координированным фосфитам стабилизировать низкие степени окисления металлов -комплексообразователей и повышать их электрофильность. Вполне закономерно, что Р, ЛЧ5идентатные лиганды фосфитного типа нашли применение в энантиоселективных каталитических реакциях гидрирования, сопряженного присоединения, гидросилилирования и алкилирования.

Вместе с тем круг используемых в настоящее время Я,//-бидентатных фосфитов существенно ограничен и поэтому нуждается в значительном расширении и оптимизации. Кроме того, систематические исследования координационных свойств и совершенствование каталитического применения таких лигандов так же является актуальным.

Цель работы: Получение принципиально новых хиральных /'.//-бидентатных лигандов фосфитного типа, установление закономерностей их комплексообразования и создание высокоэффективных катализаторов асимметрического аллильного замещения.

Задачи работы:

- рациональный синтез неизвестных ранее ДМ-бидентатных хиральных лигандов фосфитной природы, относящихся к следующим структурным группам: ациклическим фосфитам, аксиально-хиральным циклическим фосфитам, циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентром.

- оценка сгерических, электронных и спектральных параметров новых Р,Ы-бидентатных лигандов.

- изучение характера координации полученных лигандов путем проведения модельных реакций комплексообразования с [Ю^СО^СЦг , [Рс1(ССШ)С12] и [Рс1(а11у1)С1]2. Выявление факторов, определяющих закономерности комплексообразования, в том числе с прекатализаторами асимметрических реакций.

- исследование эффективности полученных хиральных лигандов в Р<1-катализируемых реакциях асимметрического аллильного алкилирования и сульфонилирования.

Научная новизна:

- получены новые хиральные /'.Л'-бидентатные лиганды фосфитного типа с разнообразными структурными и электронными характеристиками, в том числе с различными количеством и природой элементов хиральности. При этом впервые синтезированы фосфитные соединения 8р2-гибридным донорным атомом азота -

ЙОС. Н АЦДОНАДЬНА8 | БИБЛИОТЕКА !

С.ЯепИя»г «у / ОЗ Я^мтИ I >

иминофосфиты, обладающие высокой степенью электронной несимметрии; а так же фосфитооксазолины с ациклическими и Р*-хиральными фосфорными центрами.

- с использованием доступного оптически активного синтона (5)- и (или) (Л)-ВПЧОЬ синтезированы уникальные мультихиральные Р,ЛГ-бидентатные лиганды.

- разработан неизвестный ранее хлорфосфитный метод фосфорилирования (5)-(2-анилинометил)пирролидина, открывающий доступ к стереоиндивидуальным циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентрами.

- впервые систематически исследовано координационное поведение различных групп новых лигандов по отношению к ЯЬ (I) и Р«3 (П) и установлены его закономерности. Показано, что основным направлением является хелатообразование, при этом степень региоселективности зависит от стереохимии лиганда, характера азотного донорного центра и природы исходного металлокомплекса.

- ациклические и аксиально-хиральные циклические Р,М-фосфиты исследованы в Р(1-катализируемом алкилировании (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом, при этом достигнуто до 82%ее. Показано, что наиболее эффективны лиганды с иминной периферией, выявлена прямая корреляция между величиной оптического выхода и стерическим объемом заместителей в составе периферийной иминогруппы.

- с использованием имино- и аминоамидофосфитов с Р*-стереоцентром созданы высокоэффективные палладиевые катализаторы асимметрического аллилирования. При этом в алкилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата достигнуто до 98 % ее, что является лучшим на сегодняшний день результатом среди всех известных хиральных фосфитных лигандов. В сульфонилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата Ка802рТо1 достигнут наибольший на настоящий момент уровень энантиоселективности в 97 %.

Практическая значимость работы состоит в создании высокоэффективных катализаторов асимметрического аллильного замещения, которые могут найти применение в получении важных биологически активных соединений, например а- и (3-аминокислот, простагландинов группы Е и нестероидных противовоспалительных препаратов.

На защиту выносятся:

- дизайн и синтез неизвестных ранее групп хиральных Р.Л^-бидеитатных лигандов фосфитного типа.

- зависимость их комплексообразования с Шг (I) и Р<1 (II) от стерических и электронных параметров лигандов, а также от природы исходного металлокомплекса.

- разработка высокоэффективных каталитических систем для реакций Р<1- ^ катализируемого аллильного замещения.

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 Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону - 2001г.); 13-й Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург - 2002г.); 14-м Международном симпозиуме по хиральности (Германия, Гамбург - 2002г.); VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва - 2002г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 14 публикациях, в том числе в 8 статьях в рецензируемых российских и зарубежных журналах.

Структура диссертации: Диссертация изложена на 116 страницах печатного текста, содержит 7 рисунков и 30 таблиц. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (102 наименования).

\ч» < .

^ 1 » * П .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

I. Хиральные ДУУ-бидентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании (литературный обзор).

Систематически проанализированы литературные источники, посвященные синтезу хиральных Р,Л'-бидентатных лигандов фосфитного типа. Обсуждаются основные результаты в области использования таких соединений в координационной химии и метаплокомплексном асимметрическом катализе. Проведена классификация литературных данных на основе структуры лигандов, а так же с учетом соблюдения хронологии и вклада наиболее результативных научных школ.

Показано, что на сегодняшний день координационная химия и асимметрический катализ с участием Р, Л'-бидентатных фосфитных лигандов представляет собой самостоятельную область научных исследований. Вместе с тем основные направления ее развития только обозначились. В связи с этим работа по синтезу новых групп лигандов этого класса, а так же комплексов переходных металлов на их основе относятся к числу важнейших направлений развития современной координационной химии, химии органических производных фосфористой кислоты и асимметрического металлокомплексного катализа.

П. Хиральные ^ЛЧждентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании (обсуждение результатов).

Н.1. Ациклические Р,ЛЧ)идентатные хиральные фосфиты.

П.1.1. Р,7У-алкилфосфнты с яр^-гибридными донорными атомами азота. В последние годы фосфиновые лиганды, располагающие периферийной иминогруппой, активно используются в асимметрическом метаплокомплексном катализе и координационной химии. Включение такого донорного центра в состав молекулы эфира фосфористой кислоты приводит к созданию Р, Л'-бидентатных лигандов нового типа - иминофосфитов. На первом этапе работы получено несколько представителей хиральных фосфитных производных оснований Шиффа и изучены их координационные и каталитические свойства.

Новые иминофосфиты 1а-в, располагающие периферийной азометиновой группой, получены фосфорилированием соответствующих иминоспиртов.

К

(ЯО)2Р^2 +

ВО = ¡РгО, РЮ = ВогпуЮ, ИО = ¡РЮ,

ОН

Аг

Ы=

IV = Е1, Р1 = Е1, К1 = ¡Рг,

RO Аг = РИ Аг= РИ

Аг = 4-ЫМе2-РЬ

Аг 1а-в

(а)

(б) (в)

Соединения 1а-в хорошо растворимы в органических растворителях и устойчивы при хранении в безводных условиях в течение нескольких месяцев. Их координация приводит к формированию металлохелатов с ^нс-ориентацией атомов фосфора и азота.

СОч С1

юг/ Ч=\д

RO О-^А, ^

К

Па-в

Ь = 1а-в

+1/2 [КИ(СО)2С1]2 -

-СО

I. = 1а-б + [РсЮ12(СОР)}^

-СОР *

С1Ч р

-

Ша,б

RO

Р11

Комплексы Па и Пб получены в виде монокристаллов и исследованы методом РСА:

Для того, чтобы оценить изменение электронной несимметрии при замене в структуре лиганда аминогруппы на иминогруппу было проведено сравнение параметра им,, а также КССВ ^(РДЬ) в ЯМР 31Р спектре соответствующих хлорокарбонильных комплексов М1(1). Значение «м, для Пб (2016 см"1) ниже, чем для V (2022 см"1), что отражает большую электронодонорную способность иминогруппы по сравнению с аминогруппой и, вследствие этого, большую электронную несимметрию иминофосфита 16. Необходимо заметить также, что рост электронодонорной способности азотсодержащего фрагмента вызывает уменьшение КССВ ^(Р,Ш1) в спектре ЯМР 31Р соответствующих родиевых комплексов (264.8 Гц

для Уа и 254.3 Гц для Пб).

-Ме

ОС ,С\

яо-д

яо о

IV

к

+ 1/2 [ЯН(СО)2С1]2

яи

Ме

-СО

N

,Ме

Ме-

Ме / Ме

КО' Ь^ Ме V

я=

В реакции алкилирования диметилмалонатом 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата, катализируемой [Р<1(а11у1)С1]2 (схема I), лиганды 1а,в обеспечивают 13 и 57% ее, соответственно, а в того же рода реакции с З-фенилпроп-2-енил ацетатом (схема II) с участием лигандов 1а,в достигнуто 17 и 40% ее, соответственно.*

О

.л.

+ Ме02С^С02Ме

1_*/Рс1

основание

МеОгС^СОгМе

рь-^^РЬ

Схема I

РЬ-^Ч^ ОАс +Ме02С^.С02Ме

Г/Рс!

основание

,С02Ме Ме02С^^С02Ме + =

С02Ме

Схема II

В

* каталитический эксперимент выполнен в лаборатории профессора А. Пфальтца (У ниверситет Базеля, Швейцария)

Необходимо отметить, что в составе фосфорного центра вышеупомянутых иминофосфитов имеются либо относительно небольшие изопропильные заместители, либо объемные борнильные, имеющие дополнительные С*-стереоцентры. В тоже время существует эффективный путь тонкой регулировки стерических и электронных параметров фосфорных центров ЛТУ-бидентатных фосфитов. Он заключается во введении арильных заместителей с различными радикалами в ор/ио-положении. Это открывает путь к синтезу высокоэффективных Р.Л^-лигандов. В частности, нами получена серия оптически активных иминофосфитов на основе 2,6-диметилфенола.

П-Ы.^ДГ-арилфосфиты с ер -гибридными донорными атомами азота.

Новые Р^-бидснтатные арил фосфиты легко получаются одностадийным фосфорилированием соответствующих иминоспиртов.

0-Р-С1 + НО

о'

, где НО

ЫМе

Как и в случае 1а-в, их взаимодействие с [КЬ(СО)2С1]2 и [Рё(СОО)С12] приводит к получению хелатных моноядерных соединений с цис- Р.ЛГ-бидентатной координацией арилфосфитов:

+ 1/2 [ЯЬ(СО)2С1]2 , -СО

• [Рс1(СОР)С121 -СОР 5

У11а-г

УШа-г

Строение лигандов и их металлокомплексов установлено с привлечением методов ЯМР 'Н, 13С, 31Р и ИК - спектроскопии, масс - спектрометрии, поляриметрии, седиментационного и элементного анализа; а в случае комплексов УПб и УШб,в - и РСА:

Таким образом, лиганды Vla-r являются хелатообразующими.

Кроме того, на основе лиганда Vir получен катионный комплекс 1Хг:

L

Vir

1/2 [Pd(aIlyl)Cl]2, AgBF^

Новые ДЛЛгибридные фосфиты были использованы в реакции РсЗ-катализируемого алкилирования (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом (Схема Ш). Результаты представлены в таблице 1. О

Ме02С^^С02Ме

9 ОЙ + Ме02С^С02Ме Т

X ^^ 1 основание А

Ме^^Ме Ме^^Ме

Схема III

Таблица 1. Асимметрическое Pd-катализируемое аллильное алкилирование (3-

№ L* Раст-ль Т,°С Выход, % ее, %

1 Via ТГФ RT 60 24 (S)

2 VI6 ТГФ RT 50 58(5)

3 VIb ТГФ RT 75 38 (S)

4 Vir ТГФ RT 65 69 (Л)

5 Vir ТГФ 5 70 77 (Л)

6 Vir CH3CN RT 55 54 (Л)

7 Vir ДМФА RT 70 45 (Я)

8 Vir (СН2ОМе)2 RT 60 53 (Ä)

9 Vir Толуол RT 60 61 (R)

10 Vir CHjCh RT 80 82 (ä)

* каталитический эксперимент выполнен в лаборатории тонкого органического синтеза ИНЭОС РАН

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы: 1) Оптический выход сильно зависит от природы радикала при хиральном центре, что демонстрирует гомологичные лиганды Via (24% ее) и VI6 (58% ее), Vie (38% ее) и Vir (82% ее); 2) Наблюдается существенная зависимость оптического выхода от природы растворителя; 3) Наиболее энантиоселективным является лиганд Vir. Достигнутый с его участием оптический выход 82% является высоким для столь трудно оптимизируемого субстрата как (3-пентен-2-ил)этилкарбонат.

Важно добавить, что в реакции алкилирования 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом (Схема I) с использованием фосфита Vir получено уже 97% ее (опыт проведен с готовым катионным комплексом IXr).

Отдельно следует остановиться на синтезе и комплексообразовании лиганда, также располагающего ациклическим арилфосфитным центром и sp2-гибридным периферийным атомом азота, включенным, однако, в состав оксазолинового цикла:

На его основе также получены хелатные комплексы ЫЬ (I) и Р<1 (II): нейтральный [Ю1(СО)С1(Р>Г)] и катионный [Рс1(аПу1)(РН)]+ВР4 Использование последнего в Р(1-катализируемом аллильном алкилировании 1,3-дифениппропен-2-ил ацетата диметилмалонатом (Схема I) позволяет достичь 96% ее при практически количественной конверсии. Сходный результат этот комплекс дает и в родственной ре "

П.1.3. Р,АГ-арилфосфиты с 5р3-гибридными донорными атомами азота.

В целях сравнения с координационными и каталитическими свойствами ациклических фосфитных лигандов с зр2-гибридными периферийными атомами азота были получены соединения с тем же строением фосфитных центров, но располагающие донорными атомами аминной природы:

92

Схема IV

а

б

в

г

С их участием синтезированы хелатные хлорокарбонильные комплексы Rh (I):

ос CI

+ 1/2 [Rh(CO)2CI]2

-СО N-

ХИа-г

Необходимо отметить, что в случае соединения с циклической Х1б,в или стерически затрудненной аминогруппой Х1г побочно образуются комплексы транс-[М1(СО)С1(т1' - РМ)2]. Это связано с недостаточной прочностью хелатного металлоцикла вследствии стерических препятствий координации азотного атома.

В целях селективного синтеза хелатного хлорокарбонильного комплекса с лигандом Х1г проведена оригинальная реакция межмолекулярного лигандного обмена: , .___

ос, с|

L Xlr

[AcacRh(CO)2]

-

-СО

Nco

N4 +1/2 [Rh(CO)2CI]2 - [AcacRh(CO)2]

Следует подчеркнуть, что хиральные аминофосфиты Х1(а-г) оказались неэффективными в реакциях асимметрического катализа. Так, в одном из вариантов Pd-катализируемого аллильного алкилирования (Схема III) удалось достичь не более 11% ее. В качестве одной из возможных причин такого поведения этих лигандов может служить их меньшая склонность (по сравнению с системами с 5р2-гибридным азотом) к образованию хелатных металлоциклов.

П.2. Циклические /уУ-бидснтатные фосфиты с аксиальной хиральностью.

11.2.1. Аксиально-хиральные ^¿У-фосфиты с $р2-гибридными донорными

атомами азота.

Известным путем создания эффективных каталитических систем является введение в структуру молекулы лиганда мощного стереоселекгорного фрагмента с планарной или аксиальной хиральностью. В связи с этим была синтезирована серия новых ЛА'-гибридных лигандов на основе широко известного хирального индуктора ВПЧОЬ. Эти соединения получены путем фосфорилирования иминоспиртов и оксазолина:

°ч NEt3

PCI + НО N= -

О - Et3N х HCl

P-O N==

XIII а-д

, где но N=

На следующем этапе работы было изучено взаимодействие фосфитов XIII и [М1(СО)2С1]2. Как и при исследовании координационной химии ациклических Я.Л'-бидентатных фосфитов, выбор этого исходного металлокомплекса обусловлен тем, что хлорокарбонильные родиевые производные Р./^-бидентатных лигандов имеют в соответствующих спектрах специфические спектральные параметры: колебательные частоты и(СО) в ИКС и КССВ 11(Р, ЯЪ) в ЯМР 31Р. Они позволяют надежно оценить характер комплексообразования нового лиганда, а также позволяют судить об электронных характеристиках координированных Р.Л'-бидентатных лигандов (в частности, о я-акцепторной способности фосфорного центра и а-донорной азотного).

Во всех случаях было установлено, что образуются хелатные комплексы [Ш1(СО)С1(РЫ)]. Однако в случае фосфитооксазолина ХШд комплексообразование протекает сложнее, чем у остальных представителей лигандной серии. В этом случае различные эпимеры соединения ХШд образуют разные мегаллопроизводные. Исследование комплексообразования сгереоиндивидуальных эпимеров показало, что (Е^-ХШд формирует цис- димерный комплекс типа (З^-ХГУд, а {Я^-ХШд -ответственен за образование смеси цис- и транс- димерных продуктов.

♦(Э^ХШд

-СО [Н11(СО)2С1]2

+(Яах)-Х111д

-СО

(Я^-ХМд

(Яа*)-Х1\/д'

Также было проведено исследование взаимодействия ряда новых /^-гибридных лигандов с исходными комплексами палладия (11), поскольку последние активно используются в Рё-катализируемом аллильном замещении.

Показано, что комплексообразование £?0-ХШа с [Рс5(СОО)С12] протекает не селективно - в частности, в ЯМР 31Р спектре реакционного раствора присутствуют сигналы нейтрального хелатного комплекса (Л )-Х\а и катионного (Т^-ХУТа.

+

(/?**)-Х111а

[Р(3(СОР)С12]_ -СОЭ "

СЧ /С1

( Я ы=

Г-

СГ

(ЯГ^-ХУа

Впоследствии, при добавлении второго моля целенаправленный синтез катионного комплекса (И^*)-ХУ1я.

гу

^оЛ /С.

(О-ХМа

лиганда осуществлен

Добиться селективного хелатообразоваяия оказалось возможным при использовании в качестве исходного металлокомплекса [Р<1(СН3СМ)2С12].

(Я?*)-Хт, (5вх)-Х1!1б

[РсКСНзОЧЬСЦ • 2 СНзСЫ *

С1Ч /С1 Г^гУ \

о__/ (Яау)-Х\/а, (Б^-ХУб

Причем проведение реакции комплексообразования в отношении Ь /Р<1=2 (как на [Рс1(СОО)С12], так и [РёССНзС^СЬ]), приводит к образованию катионного комплекса ХУ1а.

Взаимодействием лигандов ^-ХШа, (8">ХШг и 0Г>ХШв с [Р<1(а11у1)С1]2 получены катионные мегаллохелэты (Т^-ХУПа, (У^-ХУНг и ("Я^-ХУЛв (последний путем ионного обмена с AgBF4).

1/2 [Рс1(а1)у1)С1]г

СГ (О-ХУПа С Г (8®)-ХУПг ВР7 (^-ХУШв

Таким образом, результаты координационного поведения лигандов с различными металлокомплексами следует учитывать при выборе исходного прекатализатора в каталитических реакциях.

Новые стереоиндивидуальные лиганды ХП1 были использованы в реакции Р<1-катализируемого аллильного алкилирования (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмапонатом (СхемаШ), результаты суммированы в таблице 2.

Таблица 2. Асимметрическое РсЗ-катализируемое аллильное алкилирование (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом с участием XIII *

>6 Ь* Раст-ль Т, °с Выход, % ее, %

1 (5°*)-ХШб ТГФ ИТ 90 41 (Л)

2 («")- ХШб ТГФ ят 95 48 (Л)

3 (5я1)- ХШа ТГФ ят 90 58(5)

4 (О-ХШа ТГФ ят 95 5(5)

5 (О-ХШа ТГФ 5 65 11(5)

6 (5"*)- ХШв ТГФ ят 65 50 (Л)

7 (5"1)- ХШв СН2С12 ИТ 98 49 (Л)

8 (Л®*)- ХШв ТГФ ЯТ 55 76 (Л)

9 (Я")-ХШв ТГФ 5 86 81 (Я)

10 (Я")-ХШв Толуол КТ 80 81 (Я)

11 (5м)- ХШг ТГФ ИТ 20 7(5)

12 ап-хшд ТГФ ЯТ 40 28 (Л)

На основании ее данных можно сделать следующие выводы: 1) Наиболее результативны системы с периферийными иминогруппами - ($?")-ХШа и (ТС^-Хтв (до 81 % ее); при этом в составе азотсодержащего фрагмента необходимо наличие С*-стереоцентров: в случае иминофосфита (5™)-ХШг ее только 7%;

* каталитический эксперимент выполнен в лаборатории тонкого органического синтеза ИНЭОС РАН

2) Фосфитооксазолин (R^J-XlUn оказался малоэффективным (до 28% ее);

3) Значительное влияние на величину оптического выхода оказывает абсолютная конфигурация бинольного остова, а в ряде случаев - температура и природа растворителя.

4) Как и в случае рассмотренных в главе 2 ациклических иминофосфитов, внутри лигандной серии XIII наблюдается корреляция между стерическим объемом заместителя при иминном азоте и величиной оптического выхода. Так, самым энантиоселективным вновь является лиганд (Rm)-XlllB, располагающий ферроценильным ядром.

Следует отметить, что достигнутые с участием иминофосфитов Vir и (Т^-ХШв энантиоселективность (до 82%) является высокой, так как с участием диметилзамещенных аллильных субстратов достаточно сложно добиться высокой энантиоселективности. В литературе известно только два P.N- бидентатных лиганд а, обеспечивающие оптический выход более 80%: один из фосфинооксазолинов нового поколения (70-90% ее) и замещенный 2-(фосфииоарил)пиридин (78-93% ее).

11.2.2. Аксиально-хиральные /^-фосфиты с $р -гибридными атомами азота.

С целью расширения круга ЛМ-бидентатных фосфитных производных ВШОЬ были получены аминофосфитные соединения на основе соответствующих аминоспиртов:

, / N / NEt3 ГРС1+Н0 <-B3NxHCr

где НО NC

р-о n;

Х1Ха-г

НО/ \|Ме2

/

НО

■ О

ph

N

lile

НО"

-Ьгт

Ме

Ph

/ Me Me

а б в г

Подобно лигандам ХШ, их взаимодействие с [Rh(CO)2Cl]2 имеет результатом формирование хелатных моноядерных комплексов [Rh(CO)Cl(PN)]. Такой характер комплексообразования имеет место во всех случаях, независимо от длины моста, соединяющего донорные атомы и природы азотного донорного центра.

Тем не менее в Pd-катализируемом аллильном алкилировании (З-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом (Схема III) аминофосфиты XIX продемонстрировали достаточно умеренную стероиндукцию - не более 34% ее (в случае (R^-XJXa). Из этого следует, что на уровень энантиоселективности решающее влияние оказывает не только стерический объем азотного центра и, как следствие, прочность металлохелатного цикла (см. раздел 2.2) но и тип гибридизации азотного атома. Очевидный приоритет имеют N - 8рг-гибридные системы. Можно предположить, что это обусловлено уже отмечавшимся большим а-дочорным характером периферийной иминогруппой.

П.З. Циклические 7>*,Лг-бидеитатные амидофосфитные лиганды на основе

(8)-пролинола.

Хорошо известно, что увеличению стереоиндукции способствует приближение хиральных центров в составе молекулы лиганда к атому переходного металла соответствующего комплексного соединения. В связи с этим как особо

перспективные могут рассматриваться лиганды с асимметрическими донорными атомами. Как следствие, разработка методов синтеза и исследование комплексообразования таких соединений являются актуальными. Удобным строительным блоком здесь представляется (З)-пролинол, легко получаемый восстановлением пролина, относящегося к числу наиболее доступных природных оптически активных веществ.

Новые аминоамидофосфитные лиганды на основе (Б)-пролинола легко получаются двустадийным синтезом согласно следующей схеме:

О-ч

+ Р№)3>> ОН - 2НШ2| Е12М

0~р'

г

ХХа-б

,где

НО ММе2 а

Как следует из данных ЯМР 31Р и 13С, соединения ХХа,б существуют в виде смеси эпимеров по фосфорному стереоцентру. При этом существенно преобладают (8286%) эпимеры с псевдоэкваториальной ориентацией экзоциклических заместителей при атоме фосфора:

Комплексообразование лиганда ХХа с [КЬ(СО)2С1]2 приводит к образованию хелатного моноядерного комплекса [КЬ(СО)С1(Р>0], что подтверждается данными ЯМР 31Р, 13С и ИК-спектроскопии. Примечательно, что стереоселективность комплексообразования зависит от природы растворителя. Так, при проведении рёакцтГв-бензоле она протекает сгереоспецифично и приводит исключительно к продукту с псевдоэкваториальной ориентацией аминоспиртового остатка. В среде СН2С12 образуются металлопроизводные обоих эпимеров лиганда, хотя и в этом случае доля преобладающего эпимера возрастает по сравнению со свободным ХХа.

В отличие от лиганда ХХа, координация ХХб протекает неселективно. При этом образуется смесь хелатного моноядерного и биядерного (структурного типа «голова к хвосту») комплексных соединений Ш} (I):

2 ХХб

+ [ЯИ(СО)2С1]2

-к-

-со

Такой характер комплексообразования ХХб подтверждается как анализом спектральных параметров полученных продуктов, так и исследованием координации реперного Р-монодентатного лиганда XXI:

XXI

+ 1РЬ(СО)2С1]2 0С\ /с1 /1 +2 N£13 0С\ /Мйз

XXII

г ТС1

XXIII

В частности, спектральные характеристики биядерного комплекса с лигандом ХХб и комплекса ХХШ закономерно близки.

Соединение XXII было охарактеризовано в том числе методом рентгеноструктурного анализа, который подтвердил псевдоэкваториальную ориентацию экзоциклической этокси - группы при атоме фосфора.

Ог))1

С») СИ)

11.4. Циклические Р*,Аг-бидентатные амидофосфитные лиганды на основе

(8)-2-(аиилинометил)пирролидина. 11.4.1. /^УУ-амидофосфиты с $р2-гибридиыми донорными атомами азота. Другой группой амидофосфитных лигандов с Р*-стереоцентром являются соединения ХХГУа-г, получаемые на основе (8)-2-(анилинометил)пирролидина, в свою очередь удобно синтезируемого из доступной Ь-глутаминовой кислоты. Ключевым синтоном здесь выступает соответствующий монохлордиамидофосфит. Это соединение синтетически доступно, устойчиво при хранении в сухой атмосфере, легко очищается вакуумной перегонкой и может нарабатываться в мультиграммовых количествах. При этом оно быстро и эффективно фосфорилирует в достаточно мягких

условиях:

ч РС13, N63 г- ЫЙ3 х НС*! +но

N Н

14= ■

N03

С1

Ш3 х НС1

Г

РИ

г~\

но

Яе

где НО 14=

РЬ РЬ

г~л /\

НО N=4 НО N=4

Яе Яе

О

ХХ1Уа-г

А-

НО

Ре

N

Синтез лигандов ХХГУа-г характеризуется высокой стереоселективностью. При этом почти количественно образуются эпимеры с псевдоэкваториальной ориентацией экзоциклических заместителей. Об этом свидетельствуют данные ЯМР 31Р и 13С спектроскопии. В этом случае псевдоэкваториальная ориентация соответствует (И)-конфигурации Р*-стереоцентра.

Взаимодействие ХХГУа-г с [Ш1(СО)2С1]2 и [Р<1(а11у1)С1]2 (в присутствии АвВР4) получены нейтральные комплексы КЪ (I) и ионные комплексы Р<1 (II).

+1/2 [ЩСО)2С1]2

+1/2 [Рё(а11у1)С1]2

-СО

ХХ\/а-г

XXVI а-г

Следует отметить, что как с И1 (Г) так и с Р<1 (П) соединения ХХГУа-г образуют исключительно моноядерные металлохелаты.

Использование лигандов ХХ1Уа-г, а также готовых комплексов ХХУ1а-г в реакциях аллильного замещения с участием 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата (Схема I и IV) выявило их высокий потенциал в качестве стереоселекторов. Результаты суммированы в таблицах 3 и 4.

Таблица 3. Асимметрическое Рс1-катализируемое аллильное алкилирование 1,3-

№ ь* Раст-ль Конверсия, % ее, %

1 ХХГУа ТГФ 99 87(Б)

2 ХХУ1а ТГФ 76 60(8)

3 ХХУ1а СН2С12 97 65(8)

4 ХХГУб ТГФ 99 96(8)

5 ХХУ16 ТГФ 78 83(8)

6 ХХУ16 СН2С12 99 86(8)

7 ХХ1Ув ТГФ 37 92(8)

8 ХХУ16 ТГФ 56 90(8)

-9 ХХУТв СН2С12 28 68(8)

10 ХХУТг ТГФ 99 97(в)

11 XX VI г СН,С1, 96 96(Б)

Таблица 4. Асимметрическое Рс1-катализируемое аллильное сульфонилирование 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата паратолуолсульфинитом натрия с участием XXIVа-г и ХХУ1а-г. _

№ Ь* Выход, % ее, %

1 ХХ1Уа 78 84(8)

2 ХХУ1а 99 96(8)

3 ХХГУб 24 75(8)

4 ХХУ16 20 86(8)

5 ХХ1Ув 16 58(8)

6 ХХУ1в 4 10(8)

7 ХХ1Уг 26 94(в)

8 ХХУ1г 85 97(Э)

Растворитель - ТГФ

Из данных таблиц 3 и 4 следует, что результативность каталитических процессов характеризуется определенной зависимостью от природы лиганда и растворителя,

однако в целом иминоамидофосфиты XXIVa-r зарекомендовали себя отличными сгереоиндукгорами, позволяющими достигать в вышеупомянутых реакциях практически количественных величин оптических и химических выходов. Обращает на себя внимание, что лиганд XXIVr без дополнительного С*-сгреоцентра в составе периферийной иминогруппы оказался не менее эффективным чем XXIVa-в. Все эти факты в сочетании с синтетической доступностью и химической устойчивостью соединений XXTVa-r позволяет рассматривать их в качестве реальных кандидатов на использование в практически значимых процессах асимметрического синтеза. Это особенно актуально в свете последних литературных данных по использованию асимметрического Pd-катализируемого аллильного замещения в получении распространенного нестероидного противовоспалительного фармпрепарата Ibuprofen.

К числу высокоэффективных лигандов, обладающих амидофосфитным центром с

асимметрическим атомом фосфора относится также соединение с XXVII.

и sp -гибридным донорным атомом азота

/-О™

НО—А

CI

NEta

-NEtsxHCI

C^N-Ph

КУ"-,

Как и в случае ХХГУа-г, на основе XXVII получены хелатные металлокомплексы [Ю1(СО)С1(РЫ)] и ^(аИуОСРМИ^ЗЕ,-. Использование лиганда XXVII в Рё-катализируемом аллильном сульфонилировании (Схема IV) позволило достичь до 92% ее.

П.4.2. ,Р*,Лг-амидофосфиты с $р -гибридными донорными атомами азота.

С использованием (8)-(анилиномегил)пирролидина и соответствующих аминоспиртов получена серия лигандов ХХУШа-г, располагающих вр'-гибридными донорными атомами азота:

^ „ ЦЕ1з . гСЗГ*

r-^N-Ph

'CI

-NEt3xHCI

'О

XXVIIIa-r

Ph,

.Me

HO NMe2 а

,где но n;

HO.

/—\ HO NMe2

Как и в случае амидофосфитов ХХ1Уа-г, их синтез протекает с высокой диастереоселективностью и приводит к получению изомеров с (^-конфигурацией фосфорного стереоцентра.

Комплексообразование ХХУШа-г с [КЬ(СО)2С1]2 и [Рй(а11у1)С1]2 (в присутствии AgBF4) формирует соответствующие нейтральные и катионные металлохелаты:

+ 1/2 [Ю1(СО)2С1]2 * ГСО V

ХХУШа-г

+ 1/2 [Рс1(а11у1)С1]2

+

X

ХХ1Ха-г

ХХХа-г

Следует отметить, что величины КССВ '.I (Р,КЬ) и у(СО) в ЯМР 31Р и ИК спектрах комплексов ХХ1Ха-г (как и в спектрах упомянутых ранее хлорокарбонильных родиевых производных соединений ХХа,б и ХХ1Уа-г) позволяют оценить положение циклических Р*,Л'-бидентатных амидофосфитов в спектрохимическом ряду фосфорсодержащих лигандов. Оно является промежуточным между фосфиновыми и фосфитными лигандами.

Заметим, что реакция ХХУШг с [Ш1(СО)2С1]2 протекает неселективно, и наряду с хелатным соединением ХХ1Хг образуется комплекс транс-[М1(СО)С1(т11 - PN)2] с Р-монодентатным связыванием лигандов. Как уже отмечалось ранее, это связано со стерическим препятствием хелатированию со стороны объемного азотного центра.

Родиевый комплекс ХХ1Х6 охарактеризован методом РСА:*

При этом подтверждена (^-конфигурация Р*-стереоцентра и установлена (Б)-конфигурация донорного атома азота. Результаты тестирования лигандов ХХ1Ха-г в Рё-катализируемом аллильном замещении (Схемы I и IV) представлены в таблицах 5

и 6.

*рентгеноструктурный эксперимент выполнен в лаборатории рентгеноструктурных исследований ИНЭОС РАН

Таблица 5. Асимметрическое Pd-катализируемое аллильное алкилирование 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом с участием комплексов ХХХа-г.

№ L* Раст-ль Конверсия, % ее, %

1 XX Ха ТГФ 83 98(S)

2 ХХХа СН2С12 88 79(S)

3 ХХХб ТГФ >99 95(S)

4 ХХХб СН2С12 99 97(S)

5 ХХХв ТГФ 98 91(R)

6 ХХХв СН2С12 72 52(R)

7 ХХХг ТГФ >99 92(S)

8 ХХХг СН2С12 92 98(S)

Таблица 6. Асимметрическое Pd-катализируемое аллильное алкилирование 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата паратолуолсульфинитом натрия с участием XXVHIa-r и ХХХа-г. ___ _

№ L* Выход, % ее, %

1 XXVHIa 25 61(S)

2 XXXa 66 80(S)

3 XXVHI6 50 73(S)

4 ХХХб 24 76(S)

5 XXVIIIb 65 76(S)

6 XXXb 41 60(S)

7 XXVIIIr 40 90(S)

8 ХХХг 40 83(S)

Растворитель - ТГФ

Эти данные отражают зависимость результативности катализаторов от природы растворителя и периферийной азотсодержащей функции лиганда. Необходимо отметить, что эффективность иминоамидофосфитной XXTVa-r и аминоамидофосфитной ХХУШа-г лигандной групп вполне сопоставима. При этом XXIVa-r проявляют большую энантиоселективность в аллильном сульфонилировании (Таблицы 4 и 6), a XXVHIa-r - в аллильном алкилировании (Таблицы 3 и 5). К этому добавим: достигнутый в Pd-катализируемом аллильном алкилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом с участием комплекса ХХХг оптический выход 98% является на сегодняшний день лучшим среди всех известных хиральных фосфитных лигандов.

Ш. Экспериментальная часть.

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

Спектры ЯМР 31Р, 13С, "В, 'Н регистрировали на приборе «Bruker АМХ -400»: на частотах 162.0, 100.6, 128.4 и 400.13 MHz соответственно, относительно Me4Si ('H и 13С - ЯМР), 85% Н3Р04 в D20 (31Р - ЯМР), BF3xEt20 (ПВ - ЯМР). Отнесение ЯМР 13С спектральных сигналов сделано на основании техники DEPT. Спектрами ЯМР "F регистрировали на приборе «Bruker WP-200-SY» на частоте 188.3 MHz (относительно CF3COOH).

Данные рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС) получены на спектрометрах Kratos XSAM800 и МАС-2 Riber, калибровка по Ag (линия 368.3 эВ), учет зарядки образцов С 1S 284.6 эВ, точность определения максимума спектральной линии ±0.1 эВ.

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

Данные седиментарного анализа и данные по измерению коэффициента диффузии D получены на аналитической ультрацентрифуге MOM 31-80 с использованием оптики Филпота - Свенссона при 20-25 °С.

Оптическое вращение измерялось на поляриметр« Perkin-Elmer-141. Элементный анализ выполнен в Лабораториях микроанализа ИНЭОС РАН и ИОХ РАН. Рентгеноструктурные эксперименты выполнены на рентгеновском дифрактометре Broker SMART 1000 CCD.

Хроматографический анализ проводили на хроматографах HPLC марок Bischoff 1152, Varían 5000, Broker LC 41; GC 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.

Выводы.

1. Разработаны эффективные методики получения 35 новых Р,//-бидентатных лигандов фосфитного типа с различными стерическими и электронными характеристиками, а также природой и положением элементов хиральности (в том числе мультихиральных). Эти соединения относятся к трем основным структурным группам в соответствии с природой фосфорного центра: 1) ациклическим фосфитам; 2) аксиально-хиральным циклическим фосфитам; 3) циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентром. При этом они располагают периферийными амино- или иминогруппами.

2. Показано, что ДЛ^-бидентатные лиганды с иминной периферией обладают более высокой степенью электронной несимметрии и являются более выраженными хелатообразователями, чем аналогичные соединения с периферийной аминогруппой.

3. Установлено, что координация с Rh (I) и Pd (П) ациклических Р,ЛЦюсфитов приводит к формированию устойчивых хелатных моноядерных комплексов. Исключение составляют соединения со стерически объемной аминогруппой, образующие побочные продукты с Р-монодентатным связыванием.

4. С участием ациклических ДЛ^-фосфитов в Pd-катализируемой реакции алкилирования 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом достигнуто до 97% ее, (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом - до 82% ее. В последнем случае аминофосфиты мало результативны, наиболее энантиоселективны иминофосфитные лиганды. Для последних найдена прямая корреляция между величиной оптического выхода и стерическими требованиями заместителей при азотном и хиральном углеродном атомах.

5. Выявлено, что по сравнению с ациклическими аналогами хелатирующая способность аксиально-хиральных P,N-фосфитов на основе BINOL выражена в меньшей степени и зависит от стереохимии лиганда, природы азотного донорного центра и исходного металлокомплекса.

6. Использование Р.уУ-фосфитных производных BINOL в Pd-катализируемой реакции алкилирования (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом позволяет достичь до 81% ее. Как и в случае ациклических систем, обнаружена существенно большая энантиоселективность иминофосфитов, а также корреляция между стерическим объемом заместителя при иминном азоте и величиной оптического

выхода. При этом мультихиральность является необходимым условием высокой энантиоселективности.

7. Изучение комплексообразования аминоамидофосфитных производных (S)-пролинола показало, что включение донорного атома азота в состав пиперидинового цикла препятствует хелатообразованию и приводит к образованию биядерного продукта с мостиковым связыванием лигандов по типу «голова к хвосту».

8. Найдено, что фосфорилирование соответствующих имино- и аминоспиртов монохлордиамидофосфитным производным (8)-2-(анилинометил)пирролидина протекает с высокой стереоселективностью и приводит к эпимерам с (R)-конфигурацией Р*-стероцентра. Эти лиганды при координации с Rh (I) и Pd (II) являются как правило типичными хелатообразователями за счет ДЛ^-бидентатного связывания. С их участием в Pd-катапизируемом аллильном алкилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом достигнуто до 98% ее, в аллильном сульфонилировании этого же субстрата действием NaS02 pTol - до 97% ее.

9. Впервые в Pd-катализируемом аллильном сульфонилировании использованы фосфитные и амидофосфитные производные оксазолинов, при этом для 1,3-дифенилаллилпропен-2-ил ацетата достигнуто 92% оптического выхода.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Полосухин А.И. Родиевые комплексы фосфопроизводных (З)-пролинола / А.И. Полосухин, О.Г. Бондарев, С.Е. Любимов, A.A. Ширяев, К.Н. Гаврилов // Координационная химия. - 2000. - Т. 26, № 5. - С. 400.

2. Бондарев О.Г. Оптически активные иминофосфиты - первые представители нового типа хиральных Р.Л^-бидентатных лигандов / О.Г. Бондарев, А.И. Полосухин, С.Е. Любимов, Ширяев, В.А. Даванков, К.Н. Гаврилов, И.И. Самсонов И Вторая региональная научная конференция по органической химии «Органическая химия на пороге третьего тысячелетия - итоги и перспективы», Липецк, 2000. - С. 57-59.

3. Gavrilov K.N. Iminophosphites as new chiral P,N - bidentate ligands / K.N. Gavrilov, A.I. Polosukhin, O.G. Bondarev, A.V. Korostylev, S.E. Lyubimov, A.A. Shiryaev, Z.A. Starikova, V.A. Davankov // Mendeleev Commun. - 2001. P. 33-35.

4. Гаврилов К.Н. Координационный синтез и катализ с участием хиральных азотсодержащих арилфосфитов / К.Н. Гаврилов, О.Г. Бондарев, С.Е. Любимов, А.И. Полосухин, A.A. Ширяев, Р.В. Лебедев, В.А. Даванков // XX Международная Чугаевская конференция по координационной химии, 25-29 июня 2001 г., Ростов-на-Дону.-2001.-С. 27-28.

5. Бондарев О.Г. Координационное поведение новых Р,М-бидентагных фосфитных лигандов на основе бинола с атомами Rh(I) и Pd(II) / О.Г. Бондарев, A.A. Ширяев, Р.В. Лебедев, А.И. Полосухин, К.Н. Гаврилов, В.А. Даванков // XX Международная Чугаевская конференция по координационной химии, 25-29 июня 2001 г., Ростов-на-Дону. - 2001. - С. 142-145.

6. Полосухин А.И. Р,М-бидентатные фосфопроизводные (S) - пролинола / А.И. Полосухин, О.Г. Бондарев, С.Е. Любимов, A.A. Ширяев, П.В. Петровский, К.А. Лысенко, К.Н. Гаврилов // Координационная химия. - 2001. - Т. 27, № 8. - С. 630-636.

7. Gavrilov K.N. Easily Accessible Chiral /".//-Bidentate Aryl Phosphites, Their Complexation and Application in Enantioselective Allylic Alkylation, Sulfonylation and Hydrosilylation / K.N. Gavrilov, O.G. Bondarev, R.V. Lebedev, A.A. Shyiyaev, S.E. Lyubimov, A.I. Polosukhin, G.V. Grintselev-Knyazev, K.A. Lyssenko, S.K. Moiseev, N.S. Ikonnikov, V.N. Kalinin, V.A. Davankov, A. V. Korostylev, and H.-J. Gais // Eur. J. Inorg. Chem. - 2002. - P. 1367 - 1376.

8. Gavrilov K.N. New amino-, imino- and oxazolinophosphites based on l,l'-bi-2-naphtol: coordination and catalytic properties / K.N. Gavrilov, O.G. Bondarev, R.V.

Lebedev, A.I. Polosukhin, A.A. Shyryaev, S.E. Lyubimov, P.V. Petrovskii, S.K. Moiseev, V.N. Kalinin, N.S. Ikonnikov, V.A. Davankov, A.V. Korostylev // J. Organomet. Chem. -2002. - Vol. 655, № 1-2. - P. 204-217.

9. Бондарев О.Г. Новые хиральные P,N~бидентатные фосфиты: координация и каталитическое использование / О.Г. Бондарев, В.Н. Царев, К.Н. Гаврилов, В.А. Даванков, С.Е. Любимов, A.A. Ширяев, C.B. Жеглов, Н.Е. Кадильников // 13-я Международная конференция по химии соединений фосфора и 4-й Международный симпозиум по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений «Петербургские встречи», 26-31 мая, Санкт-Петербург. - 2002. - С. 21.

10. Gavrilov K.N. Novel P,N-Bidentate Phosphite Ligands in Asymmetric Catalysis. / K.N. Gavrilov, O.G. Bondarev, A.V. Korostylev, A.I. Polosukhin, V.N. Tsarev, N.E. Kadilnikov, S.E. Lyubimov, A.A. Shiryaev, S.V. Zheglov, H.-J. Gais, V.A. Davankov // 14 th International Symposium on Chirality, 8-12 September 2002, Hamburg, Germany. -P. 48.

11. Царев В.Н. Новые хиральные азотсодержащие фосфиты в асимметрическом катализе / В.Н. Царев, О.Г. Бондарев, К.Н. Гаврилов, В.А. Даванков, A.A. Ширяев, Н.Е. Кадильников, C.B. Жеглов, A.C. Сафронов, Э.Б. Бенецкий и В.В. Кудинов // IV Российская конференция «Механизмы каталитических реакций», 1-5 октября 2002, Москва. - 2002. - С. 132-133.

12. Bondarev O.G. An efficient phosphitooxazoline ligand for Pd-catalyzed asymmetric allylic sulfonylation / O.G. Bondarev, S.E. Lyubimov, A.A. Shiryaev, N.E. Kadilnikov, V.A. Davankov, K.N. Gavrilov // Tetrahedron: Asymmetry. - 2002. - Vol. 13, №15.-P. 1587-1588.

13. Гаврилов K.H. Новый оксазолиноамидофосфитиый лиганд для катализируемого палладием асимметрического аллильного сульфонилирования / К.Н. Гаврилов, О.Г. Бондарев, В.Н. Царев, A.A. Ширяев, С.Е. Любимов, A.C. Кучеренко, В.А. Даванков//Известия АН. Сер. хим.-2003.-№ 1.С. 116-118.

14. Gavrilov K.N. Novel P,JV-Bidentate Phosphite Ligands in Asymmetric Catalysis / K.N. Gavrilov, O.G. Bondarev, A.V. Korostylev, A.I. Polosukhin, V.N. Tsarev, N.E. Kadilnikov, S.E. Lyubimov, A.A. Shiryaev, S.V. Zheglov, H.-J. Gais and V.A. Davankov // Chirality. - 2003. - P. S97.

ШИРЯЕВ Алексей Александрович

ХИРАЛЬНЫЕ P.N-БИДЕНТАТНЫЕ ЛИГАНДЫ ФОСФИТНОГО ТИПА: СИНТЕЗ, КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ В АСИММЕТРИЧЕСКОМ АЛЛИЛИРОВАНИИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано • печать К. 10.03. Гарнитур» Timet New Roman.

Формат 60x84'/,, Бумаг* газетная. Печать трафаретная. Усл. пет. л. 1,3. Уч -юл л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ № 223.

Отпечатано в редакционно-издательском центре РГПУ имени С.А. Есенина 390023, г. Рязань, ул. Урицкого, 22

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный педагогический университет имени С. А. Есенина» 390000, г. Рязань, ул. Свободы, 46

I I

. . 1 S77' '

Hé7 71

Введение

I. Хиральные РД-бидентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании (литературный обзор)

1.1. Анализ литературных данных, относящихся к периоду становления координационной химии Р.А^-бидентатных фосфитов

1.2. Анализ литературных данных, относящихся к настоящему периоду изучения координационной химии и катализа с участием Р.Д^-бидентатных фосфитов 13 II. Хиральные РД-бидентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании (обсуждение результатов) 32 II. 1. Ациклические Р,А^-бидентатные хиральные фосфиты 32 II. 1.1. P.jV-алкилфосфиты с sp -гибридными донорными атомами азота

II. 1.2. РД-арилфосфиты с sp -гибридными донорными атомами азота

II. 1.3. Р,А^-арилфосфиты с зр3-гибридными донорными атомами азота

11.2. Циклические Р,/^-бидентатные фосфиты с аксиальной хиральностью

11.2.1. Аксиально-хиральные Р.М-фосфиты с sp-гибридными донорными атомами азота

11.2.2. Аксиально-хиральные Р.М-фосфиты с зр3-гибридными атомами азота

11.3. Циклические Р*,Af-бидентатные амидофосфитные лиганды на основе (8)-пролинола

11.4. Циклические Р^М-бидентатные амидофосфитные лиганды на основе (8)-2-(анилинометил)пирролидина

11.4.1. Р*,N-амидофосфиты с sp -гибридными донорными атомами азота

11.4.2. Р*,N-амидофосфиты с зр3-гибридными донорными атомами азота

III. Экспериментальная часть

IV. Выводы

Актуальность темы

Хиральные азотсодержащие фосфиты и амидофосфиты представляют собой новое поколение />,Л^бидентатных лигандов в современной координационной химии и металлокомплексном асимметрическом катализе. Это обусловлено внедрением принципиально нового метода управления стерическими и электронными параметрами фосфорсодержащего лиганда - введения в первую координационную сферу фосфора гетероатомов кислорода и (или) азота. Такой подход позволяет осуществлять тонкую регулировку химической устойчивости лиганда, его стерических требований и донорно-акцепторных свойств. К этому следует добавить, что соединения с тремя Р-0 и (или) P-N связями обладают рядом важных достоинств: 1). Синтетической доступностью, так как большинство этих веществ достаточно легко и с высоким выходом получают из распространенных оптически активных предшественников. При этом возможно прямое одностадийное фосфорилирование хиральных синтонов, в то время как получение соответствующих фосфиновых производных требует их предварительной модификации. 2). Устойчивостью к окислительным воздействиям, обусловленной отсутствием в их структуре связи Р-С. 3). Выраженной 7г-кислотностью, позволяющей координированным фосфитам стабилизировать низкие степени окисления металлов - комплексообразователей и повышать их электрофильность. Вполне закономерно, что />,А'-бидентатные лиганды фосфитного типа нашли применение в энантиоселективных каталитических реакциях гидрирования, сопряженного присоединения, гидросилилирования и алкилирования.

Вместе с тем круг используемых в настоящее время Р, jV-бидентатн ых фосфитов существенно ограничен и поэтому нуждается в значительном расширении и оптимизации. Кроме того, систематические исследования координационных свойств и совершенствование каталитического применения таких лигандов так же являются актуальными.

Цель работы

Получение принципиально новых хиральных Р^-бидентатных лигандов фосфитного типа, установление закономерностей их комплексообразования и создание высокоэффективных катализаторов асимметрического аллильного замещения.

Задачи работы

- рациональный синтез неизвестных ранее Р,ДГ-бидентатных хиральных лигандов фосфитной природы, относящихся к следующим структурным группам: ациклическим фосфитам, аксиально-хиральным циклическим фосфитам, циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентром.

- оценка стерических, электронных и спектральных параметров новых P,N-бидентатных лигандов.

- изучение характера координации полученных лигандов путем проведения модельных реакций комплексообразования с [Rh(CO)2Cl]2 , [Pd(COD)Cl2] и [Pd(allyl)Cl]2. Выявление факторов, определяющих закономерности комплексообразования, в том числе с прекатализаторами асимметрических реакций.

- исследование эффективности полученных хиральных лигандов в Pd-катализируемых реакциях асимметрического аллильного алкилирования и сульфонилирования.

Научная новизна

- получены новые хиральные Р,УУ-бидентатные лиганды фосфитного типа с разнообразными структурными и электронными характеристиками, в том числе с различными количеством и природой элементов хиральности. При этом впервые синтезированы фосфитные соединения .^-гибридным донорным атомом азота - иминофосфиты, обладающие высокой степенью электронной несимметрии; а так же фосфитооксазолины с ациклическими и Р*-хиральными фосфорными центрами.

- с использованием доступного оптически активного синтона (5)- и (или) (/?)-BINOL синтезированы уникальные мультихиральные Р,УУ-бидентатные лиганды.

- разработан неизвестный ранее хлорфосфитный метод фосфорилирования (5)-(2-анилинометил)пирролидина, открывающий доступ к стереоиндивидуальным циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентрами.

- впервые систематически исследовано координационное поведение различных групп новых лигандов по отношению к Rh (I) и Pd (II) и установлены его закономерности. Показано, что основным направлением является хелатообразование, при этом степень региоселективности зависит от стереохимии лиганда, характера азотного донорного центра и природы исходного металлокомплекса.

- ациклические и аксиально-хиральные циклические Р,уУ-фосфиты исследованы в Pd-катализируемом алкилировании (З-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом, при этом достигнуто до 82%ее. Показано, что наиболее эффективны лиганды с иминной периферией, выявлена прямая корреляция между величиной оптического выхода и стерическим объемом заместителей в составе периферийной иминогруппы.

- с использованием имино- и аминоамидофосфитов с Р*-стереоцентром созданы высокоэффективные палладиевые катализаторы асимметрического аллилирования. При этом в алкилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата достигнуто до 98 % ее, что является лучшим на сегодняшний день результатом среди всех известных хиральных фосфитных лигандов. В сульфонилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата NaS02pToI достигнут наибольший на настоящий момент уровень энантиоселективности в 97 %.

Практическая значимость работы состоит в создании высокоэффективных катализаторов асимметрического аллильного замещения, которые могут найти применение в получении важных биологически активных соединений, например а- и (3-аминокислот, простагландинов группы Е и нестероидных противовоспалительных препаратов.

На защиту выносятся

- дизайн и синтез неизвестных ранее групп хиральных ЛУУ-бидентатных лигандов фосфитного типа.

- зависимость их комплексообразования с Rh (I) и Pd (II) от стерических и электронных параметров лигандов, а также от природы исходного металлокомплекса.

- разработка высокоэффективных каталитических систем для реакций Pd-катализируемого аллильного замещения.

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 Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону-2001г.); 13-й Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург - 2002г.); 14-м Международном симпозиуме по хиральности (Германия, Гамбург - 2002г.); VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва - 2002г.).

Публикации

Основное содержание работы изложено в 14 публикациях, в том числе в 8 статьях в рецензируемых российских и зарубежных журналах.

I. Хиральные Р,Л^бидентатные лиганды фосфитного типа: синтез, комплексообразование и применение в асимметрическом аллилировании литературный обзор)

Органические реакции, катализируемые хиральными комплексами переходных металлов, внесли решающий вклад в формирование современного состояния асимметрического синтеза. Этот факт был отмечен, в том числе, присуждением трем ведущим в этой области химии исследователям Нобелевской премии 2001г. При этом ключевым звеном в достижении высоких каталитических результатов является целенаправленный дизайн и синтез соответствующей группы оптически активных лигандов. Среди последних исключительно важную роль играют фосфорсодержащие соединения, внесшие весомый вклад в развитие представлений о геометрии и структуре комплексов, взаимном влиянии внутрисферных лигандов, природе координационной связи, а также в прогресс металлокомплексного катализа [1,2]. При этом основное внимание сейчас уделяется гетеробифункциональным системам, имеющим в составе молекулы помимо атома фосфора дополнительный донорный атом. Особое место принадлежит здесь Р,Д^-бидентатным соединениям. Так, в настоящее время известно более 500 хиральных Р.М-бидентатных лигандов, которые определяют процесс в таких областях органического синтеза, как формирование связей С - С и С - гетероатом, изомеризация, асимметрическое восстановление, присоединение - окисление. Большинство таких веществ относится к фосфиновому типу. Однако в последний период времени сформировался самостоятельный класс Р,Л^бидентатных фосфитных лигандов. При этом введение в состав молекулы эфира или амидоэфира фосфористой кислоты yV-донорного центра позволяет существенно расширить область применения хиральных фосфитов.

В настоящем обзоре систематически проанализированы литературные источники, посвященные синтезу хиральных Р.М-бидентатных лигандов фосфитного типа, а также их роли в координационной химии и металлокомплексном асимметрическом катализе. Проведена классификация литературных данных на основе структуры лигандов, а также с учетом соблюдения хронологии и вклада наиболее результативных научных школ.

Материал настоящей главы разбит на два подраздела. В первом суммированы ранние работы, посвященные главным образом координационной химии первых групп Р,М-бидентатных фосфитов [3]. Во втором обсуждаются исследования, результаты которых опубликованы в последнем пятилетии, т.к. именно в это время произошло активное внедрение />,уУ-бидентатных фосфитов в каталитические асимметрические реакции [4,5].

IV. Выводы.

1. Разработаны эффективные методики получения 35 новых P,N-бидентатных лигандов фосфитного типа с различными стерическими и электронными характеристиками, а также природой и положением элементов хиральности (в том числе мультихиральных). Эти соединения относятся к трем основным структурным группам в соответствии с природой фосфорного центра: 1) ациклическим фосфитам; 2) аксиально-хиральным циклическим фосфитам; 3) циклическим амидофосфитам с Р*-стереоцентром. При этом они располагают периферийными амино- или иминогруппами.

2. Показано, что Р,Д^-бидентатных лиганды с иминной периферией обладают более высокой степенью электронной несимметрии и являются более выраженными хелатообразователями, чем аналогичные соединения с периферийной аминогруппой.

3. Установлено, что координация с Rh (I) и Pd (II) ациклических P,N-фосфитов приводит к формированию устойчивых хелатных моноядерных комплексов. Исключение составляют соединения со стерически объемной аминогруппой, образующие побочные продукты с Р-монодентатным связыванием.

4. С участием ациклических />М-фосфитов в Pd-катализируемой реакции алкилирования 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом достигнуто до 97% ее, (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом - до 82% ее. В последнем случае аминофосфиты мало результативны, наиболее энантиоселективны иминофосфитные лиганды. Для последних найдена прямая корреляция между величиной оптического выхода и стерическими требованиями заместителей при азотном и хиральном углеродном атомах.

5. Выявлено, что по сравнению с ациклическими аналогами хелатирующая способность аксиально-хиральных Р,А^-фосфитов на основе BINOL выражена в меньшей степени и зависит от стереохимии лиганда, природы азотного донорного центра и исходного металлокомплекса.

6. Использование Р,М-фосфитных производных BINOL в Pd-катализируемой реакции алкилирования (3-пентен-2-ил)этилкарбоната диметилмалонатом позволяет достичь до 81% ее. Как и в случае ациклических систем, обнаружена существенно большая энантиоселективность иминофосфитов, а также корреляция между стерическим объемом заместителя при иминном азоте и величиной оптического выхода. При этом мультихиральность является необходимым условием высокой энантиоселективности.

7. Изучение комплексообразования аминоамидофосфитных производных (8)-пролинола показало, что включение донорного атома азота в состав пиперидинового цикла препятствует хелатообразованию и приводит к образованию биядерного продукта с мостиковым связыванием лигандов по типу «голова к хвосту».

8. Найдено, что фосфорилирование соответствующих имино- и аминоспиртов монохлордиамидофосфитным производным (S)-2-(анилинометил)пирролидина протекает с высокой стереоселективностью и приводит к эпимерам с (^-конфигурацией Р*-стероцентра. Эти лиганды при координации с Rh (I) и Pd (II) являются как правило типичными хелатообразователями за счет Р,Л^бидентатного связывания. С их участием в Pd-катализируемом аллильном алкилировании 1,3-дифенилпропен-2-ил ацетата диметилмалонатом достигнуто до 98% ее, в аллильном сульфонилировании этого же субстрата действием NaSC>2 pTol - до 97% ее.

9. Впервые в Pd-катализируемом аллильном сульфонилировании использованы фосфитные и амидофосфитные производные оксазолинов, при этом для 1,3-дифенилаллилпропен-2-ил ацетата достигнуто 92% оптического выхода.

1. Catalitic Asymmetric Syntesis (Ed. I. Ojima). Wiley, New York, 2000

2. Ю.Н. Кукушкин. Реакционная способность координационных соединений. Химия, Ленинград, 1987

3. К.Н. Гаврилов, И.С. Михель // Координац. химия 1998, Т. 24, С. 833

4. К.Н. Гаврилов, А.И. Полосухин // Успехи химии 2000, Т. 69, С. 721

5. К.Н. Гаврилов, О.Г. Бондарев, А.И. Полосухин // Успехи химии 2003, принято в печать

6. К.Н. Гаврилов, Е.Ю. Жоров // Журн. неорган, химии, 1993, Т. 38, № 9, С. 1544

7. А.А. Волобоев // Дис. канд. хим. наук, М.: ИОХ РАН, 1994

8. К.Н. Гаврилов, А.И. Полосухин, JI.A. Лопанова, Г.И. Тимофеева // Координац. химия 1995, Т. 21, № 3, С. 281

9. И.С. Михель, К.Н. Гаврилов, М.Г. Виноградов // Тез. докл. VI Междунар. конф. «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах», Иваново, 1995, К-43

10. К.Н. Гаврилов, И.С. Михель, К.А. Лысенко и др. // Журн. неорган, химии 1997, Т. 42, №4, С. 593

11. К.Н. Гаврилов, А.В. Корыстылев, Г.И. Тимофеева и др. // Координац. химия 1998, Т. 24, № 8, С. 610

12. К.Н. Гаврилов, И.С. Михель // Координац. химия 1997, Т. 23, № 7, С. 560

13. К.Н. Гаврилов, Д.В. Лечкин // Координац. химия 1994, Т. 20, № 9, С. 719

14. К.Н. Гаврилов, Д.В. Лечкин, Л.А. Лопанова, Г.И. Тимофеева // Координац. химия 1996, Т. 22, № 6, С. 472

15. К.Н. Гаврилов, Д.В. Лечкин, А.И. Полосухин, А.В. Корыстылев // Тез. докл. XVIII Чугаевского совещ. по химии координационных соединений, Москва, 1996, С. 28

16. К.Н. Гаврилов, Д.В. Лечкин // Журн. неорган, химии, 1997, Т. 42, № 11, С. 184717