Новые алкильные и амидные комплексы иттрия, содержащие хиральный бинафтилдиамидный лиганд. Синтез, строение и каталитическая активность в реакции энантиоселективного гидроаминирования-циклизации аминоалкенов

Чапурина, Юлия Сергеевна

Новые алкильные и амидные комплексы иттрия, содержащие хиральный бинафтилдиамидный лиганд. Синтез, строение и каталитическая активность в реакции энантиоселективного гидроаминирования-циклизации аминоалкенов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

Чапурина, Юлия Сергеевна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.08 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Новые алкильные и амидные комплексы иттрия, содержащие хиральный бинафтилдиамидный лиганд. Синтез, строение и каталитическая активность в реакции энантиоселективного гидроаминирования-циклизации аминоалкенов»

Автореферат диссертации на тему "Новые алкильные и амидные комплексы иттрия, содержащие хиральный бинафтилдиамидный лиганд. Синтез, строение и каталитическая активность в реакции энантиоселективного гидроаминирования-циклизации аминоалкенов"

1Г с рукописи

005009321

ЧАПУРИНА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА

НОВЫЕ АЛКИЛЬНЫЕ И АМИДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ИТТРИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ХИРАЛЬНЫЙ БИНАФТИЛДИАМИДНЫЙ ЛИГАНД. СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В РЕАКЦИИ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОГО ГИДРОАМИНИРОВАНИЯ-ЦИКЛИЗАЦИИ АМИНОАЛКЕНОВ

02.00.08 - химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

2 0ЕВ Ш

Нижний Новгород - 2012

005009321

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева РАН, в Лаборатории химии координационных соединений

Научный руководитель:

Доктор химических наук Трифонов Александр Анатольевич

Официальные оппоненты:

Доктор химических наук, профессор Бочкарев Михаил Николаевич

(Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН Российской академии наук)

Доктор химических наук, профессор Федоров Алексей Юрьевич

(Нижегородский государственный университет им. II. И. Лобачевского)

Ведущая организация:

Учреждение Российской Академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Защита диссертации состоится "4У"<[^)ДАЯ,2012 г. в АО часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.05 при Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского по адресу: 603950, Нижний Новгород, ГСП-20, пр. Гагарина 23, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского.

Автореферат разослан 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук // Замышляева Ольга Георгиевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Азотсодержащие соединения являются продуктами крупнотоннажного органического синтеза, ежегодное мировое производство которых исчисляется миллионами тонн и которые находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности [1]. Причем, области их промышленного применения чрезвычайно разнообразны: это и органические растворители, бактерицидные и флотационные добавки, гасители пенообразования, ингибиторы коррозии, добавки к моющим средствам, красители, пластификаторы, исходные соединения для синтеза широчайшей гаммы продуктов. Аминогруппа входит в большинство природных и биологически активных веществ, что делает азотсодержащие соединения, несомненно, интересными с точки зрения фармацевтической промышленности [2].

О-д^хх«* & Ф

н H H 11 23 »-сД5 сн3 1

(+)-Comine (+)-Pinidine (-)-SoIetiopsm A (+)-Xenovcnme (-)-Indonilizidine 209D Quinolizidme 233A

Рисунок 1: Примеры природных и биологически активных веществ.

Азотсодержащие гетероциклические фрагменты входят в состав многих препаратов, обладающих противомалярийной, противораковой, ретровиральной активностью [3], а также способностью к ингибированию биосинтеза протеинов [4].

Однако все современные методы получения аминов основаны на стехиометрических реакциях, что приводит к удорожанию целевых продуктов,

[1] Heilen G., Mercker H. J Frank D., Reck R. A., Jackh R. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, Weinheim, 5,ь eds. - 1985. - V. A2. - P. 1-36.

[2] Hong S., Kawaoka A. M., Marks T. J. Intramolecular Hydroamination/Cyclization of Conjugated Ammodienes Catalyzed by Organolanthanide Complexes. Scope, Diastereo- and Enantioselectivity and Reaction Mechanism. Hi. Am. Chem.Soc.-2003.-V. 125.-P. 15878-15832.

[3] Katritzky A. R., Rees С. W. Comprehensive Heterocyclic Chemistry, Pergamon. - 1997. - P 1-9

[4] Schwiser A. E„ Fowlkes R. L„ McClain J. H. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemistry and Technology Wiley, New York.-1978.-V. 2.-P. 272-283

а также образованию большого количества отходов [5]. Общие эффективные синтетические методы, позволяющие проводить этот процесс в каталитическом режиме, до настоящего времени не разработаны. Несомненно, что необходимо развитие новых эффективных каталитических методик получения азотсодержащих соединений. Особенно это касается области создания биологически активных веществ, перспективных с точки зрения фармакологического применения.

Одним из наиболее привлекательных методов каталитического синтеза аминопроизводных является реакция гидроаминирования, заключающаяся в присоединении аминогруппы по кратным связям С-С олефинов и ацетиленов, приводящая к образованию более замещенных аминов, енаминов или иминов [6]. Реакция гидроаминирования может проводиться как в меж-, так и во внутримолекулярном вариантах, что делает ее чрезвычайно перспективным методом получения широкого круга соединений.

[5] Malpass J. R. Comprehensive Organic Chemistry, Pergamon Press: Oxford. - 1979. -V. 2. - P. 1-18.

[6] Müller Т. E., Hultzsch К. С., Yus М., Foubelo F., Tada M. Hydroamination: Direct Addition of Amines to Alkenes and Alkynes. // Chem. Rev. - 2008. - V. 108. - P. 3795-3892.

Схема 1: Реакции межмолекулярного и внутримолекулярного гидроаминирования

приводя к образованию отходов [7]. Это определяет актуальность тематики диссертационной работы, так как результаты ее выполнения позволят разработать новые природосберегающие технологии, а также повысить доступность ряда фармакологических препаратов.

Однако, прямое присоединение аминов по кратным связям очень трудно реализовать из-за высокого энергетического барьера, являющимся причиной отталкивания между неподеленной парой электронов на атоме азота и л> связыо С=С, богатой электронами. Более того, большая разница между орбиталями С=С связи и NH запрещает согласованное [2+2]-присоединение. Наконец, смещение равновесия реакции путем повышения температуры невозможно по причине отрицательного значения энтропии реакции [8]. Таким образом, реакция гидроаминирования требует наличие катализатора для снижения энергии активации. Только реакции присоединения аминов к активированным алкенам могут проходить в отсутствии катализатора [9].

Реакция внутримолекулярного каталитического асимметрического гидроаминирования представляет собой очень привлекательный синтетический путь для синтеза хиральных азотсодержащих гетероциклов. В последние несколько лет четко прослеживается тенденция к поиску новых катализаторов для реакции внутримолекулярного гидроаминирования аминоалкенов, но до сих пор не существует каталитической системы, которая бы позволяла проводить реакцию гидроаминирования в мягких условиях, с высокой каталитической активностью и энантиоселективностью [10].

За последние два десятилетия были синтезировано большое количество каталитических систем на основе щелочных, щелочноземельных, редкоземельных металлов и актиноидов, металлов IV группы и переходных металлов [6]. Комплексы лантаноидов являются особенно перспективными в

[7] Trost В. М. The atom econoray-a search for synthetic efficiency. И Science. - 1991. - P. 1471-1477; (b) Sheldon R. A. Organic synthesis; past, present and future.//Chemistry and Industiy. - 1992.-P. 903-927.

[8] Taube R. Apllied Homogenous Catalysis with Organometallic Compounds, Wiley-VCH Weinheim -1996.-V. 2.-P. 507-521.

[9] Jung M. E. Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press: Oxford. - 1991. - V. 4. - P. 1-9.

[10] Aillaud I., Collin J., Hannedouche J., Schulz E. Asymmetric hydroamination of non-activated carboncarbon multiple bonds. // Dalton Trans. - 2007. - P. 5105-5118.

качестве катализаторов реакций внутри- и межмолекулярного гидроаминирования благодаря их высокой Льюисовской кислотности, способности к внедрению олефинов по связям М-С и M-N, а также легкости протекания реакций метатезиса сигма-связей. К преимуществам редкоземельных металлов по сравнению с переходными металлами относятся их нетоксичность, распространенность в земной коре, относительно невысокие цены, наличие значительных запасов на территории России. В отличие от производных переходных металлов большинство из этих элементов имеют одно устойчивое валентное состояние, что исключает возможность протекания побочных процессов, связанных с окислительным присоединением или восстановительным элиминированием. Кроме того, близость окислительно-восстановительных и химических свойств редкоземельных элементов при существенном изменении величин ионных радиусов в их ряду (от 0.885Â для Se до 1.172 Â для La) дает уникальную возможность оптимизации реакционной способности металлокомплекса посредством конструирования координационной сферы металла. Наличие в каталитическом цикле стадии циклоприсоединения дает дополнительную возможность для энантиоселективного контроля реакции путем дизайна координационной сферы атома металла [11-12].

Настоящая работа посвящена синтезу алкильных и амидных комплексов иттрия, стабилизированных объемными бинафтилдиамидными лигандами, а также изучению их строения, реакционной способности и каталитической активности в гидроаминировании неактивированных терминальных и интернальных аминоалкенов.

Первая глава диссертации посвящена обзору литературы по межмолекулярному и внутримолекулярному гидроаминированию аминоалкенов. Во второй части представлены результаты

[11] Hong S., Marks Т. J. Organolanthanide-Catalyzed Hydroammation. // Асе. Chem. Res. - 2004. --V. 37. - P. 673-686.

[12] Cotton S. Lanthanide and Actinide Chemistry, Wiley, Uppingham School, Uppingham, Rutland, UK, England.-2006.-P. 1-7.

внутримолекулярного гидроаминирования 1,2-дизамещенных аминоалкенов в присутствии бинафтилдиамидных алкильных ате-комплексов иттрия. В третьей главе диссертации обсуждается использование диалкильных ате-комплексов в синтезе энантиомерно чистых азотсодержащих гетероциклов пирролидинового ряда с четвертичным асимметричным углеродным атомом. Наконец, в четвертой части показан синтез новых нейтральных алкильных и амидных комплексов иприя и их применение в реакции внутримолекулярного гидроаминирования неактивированных терминальных аминоалкенов. Цель и задачи диссертационной работы

■ разработка новых эффективных и энантиоселективных катализаторов реакции внутримолекулярного гидроаминирования интернальных аминоолефинов;

■ синтез алкильных и амидных комплексов иттрия, содержащих хиральные бинафтилдиамидные лиганды; исследование их строения, поведения в растворе и каталитической активности в реакции внутримолекулярного гидроаминирования.

Объекты и предмет исследования

Тетраалкильный комплекс иттрия [1л(ТНР)4][У(СН251Ме3)4]; рацемический диалкильный шяе-комплекс иттрия [1л(ТНР)4][{(±)-С20Н|2(МСН2РЬ)2}У(СН281Ме3)2]; хиральные диалкильные аоте-комплексы иттрия [Ы(ТНР)4][{(Л)-С2оН12(МСН2Аг)2}У(СН281Ме3)2] (Аг = С6Н5, 2-ОМе-СбН4, 4-ОМе-СбНд, 4-С1-С6Н4, 2,4,6-Ме-С6Н3, 1-нафтал, 2-нафтил, 1-бензотиенил, 9-антрацил); хиральный диалкильный аоте-комплекс иттрия [и(ТНР)4][ {(Л)-С20Н12(НС5Н9)2} У(СН281Ме3)2]; хиральные нейтральные алкильные комплексы {(Л)-С20Н12(МС5Н9)2}У(СН251Мез)(ТНР)2 и {(#)-С2оН12(№1Ме3)2}У(СН281Ме3)(ТНР)2; хиральный нейтральный амидный комплекс {(Л)-С2оН12(МС5Н9)2}У(Н/Рг2)(ТНР)2.

Методы исследования. Все синтезированные в работе комплексы чувствительны к кислороду и влаге воздуха, поэтому их синтез, выделение и идентификация выполнялись с использованием стандартной техники Шленка в вакууме или атмосфере инертного газа. Состав и строение новых соединений устанавливалось с помощью спектральных методов (ИК-, ЯМР-спектроскопия), рентгеноструктурного анализа и элементного анализа. Кинетика реакции гидроаминирования аминоалкенов в присутствии алкильных комплексов иттрия исследовалась методом 'Н ЯМР-спектроскопии. Энантиомерный избыток определялся методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в следующем:

■ Синтезированы и охарактеризованы различные хиральные диамины бинафтильпого ряда, являющиеся удобными исходными лигандньши системами для синтеза алкильных производных иприя;

■ По реакциям диаминов бинафтильного ряда с [Ы(ТНР)4][У(СН281Ме3)4] получены и охарактеризованы диалкильные аоте-комплексы иттрия;

■ Показано, что хиральные комплексы иттрия позволяют проводить реакцию гидроаминирования интернальных аминоалкенов с высокими скоростями и получать азотсодержащие гетероциклы пирролидинового и пиперидинового рядов в одностадийном синтезе с энатиомерным избытком до 77%. Полученные результаты циклизации 1,2-дизамещенных аминоалкенов являются самыми лучшими на сегодняшний день среди опубликованных в литературе. Установлено, что лучшая каталитическая активность достигается при использовании бинафтилдиаминов бензильного типа. Тогда как энантиоселективность процесса увеличивается при переходе от лигандов с СН2Аг заместителями к бинафтилдиамидному лиганду с антраценовыми фрагментами на атомах азота;

Полученные катализаторы позволили впервые провести энантиоселективное гидроаминирование 1,1,2-тризамещенных аминоолефинов с образованием азотсодержащих гетероциклических соединений пирролидинового ряда с четвертичным асимметричным атомом углерода;

Исследовано превращение диалкильных ате-комплексов иттрия в растворе. Обнаружено, что направление процесса превращения зависит от природы заместителя на атомах азота бинафтилдиамидного лиганда; Получены и охарактеризованы нейтральные алкильные и амидные комплексы иттрия, стабилизированные бинафтилдиамидным лигандом с триметилсилильными и циклопентильными заместителями; Изучено влияние уходящей группы нейтральных алкильного и амидного комплексов иттрия, а также иона лития на протекание реакции гидроаминирования-циклизации терминальных аминоолефинов. Обнаружено, что природа уходящей группы не влияет ни на каталитическую активность, ни на энантиоселективность нейтральных комплексов иттрия. Выяснено, что молекула хлорида лития оказывает значительное влияние на каталитическую активность и энантиоселективность реакции гидроаминирования терминальных аминоолефинов. Причем, для различных лигандных систем это влияние различно;

Разработана новая хиральная амидоамидинатная лигандная система на основе бинафтилдиамина.

На защиту выносятся: синтез диалкильных ате-комплексов иттрия с хиральными лигандами бинафтилдиамидного ряда и исследование их каталитической активности в реакциях внутримолекулярного гидроаминирования ненасыщенных терминальных и интернальных субстратов;

■ исследование превращения диалкильных аоте-комплексов иттрия с различными хиральными лигандами бинафтилдиамидного ряда в растворе;

■ синтез нейтральных моноалкильных комплексов иттрия с хиральными лигандами бинафтилдиамидного ряда и исследование каталитической активности в реакциях внутримолекулярного гидроаминирования ненасыщенных терминальных аминоалкенов;

■ исследование влияния природы уходящей группы и хлорида лития на каталитическую активность и энантиоселективность на примере алкильных и амидных комплексов иттрия в бинафтилдиамидном лигандном окружении.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых «8emes Rencontres de Chimie Organique» (RCO) (Франция, Париж, 2010) и «9èmcs Rencontres de Chimie Organique» (RCO) (Франция, Париж, 2011), на ежегодном собрании совместной лаборатории по гомогенному катализу «Catalyse Homogène pour le Développement Durable» (Италия, Рим, 2010), конкурсе молодых ученых «Semaine d'Etudes de Chimie Organique» (Франция, Агд, 2011), международной конференции «XIX EuCHEMS Conference on Organometallic Chemistry» (Франция, Тулуза, 2011), на конференции молодых ученых университета Южного Парижа «ICMMO PhD students day» (Франция, Орсэ, 2009), на международной конференции «International Conference of Nesmeyanov Institute» (Россия, Москва, 2009), на международной конференции «Topical Problems of Organometallic and Coordination Chemistry» (Россия, Нижний Новгород, 2010).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях и 8 тезисах докладов. Отдельные части работы выполнены при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект № НЦИИЛ 08-03-92501).

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка цитируемой литературы (213 наименований) и приложения. Работа изложена на 224 страницах машинописного текста, включает 39 таблиц, 158 схемы и 72 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, описаны объекты, цели и методы исследования.

Глава I. Литературный обзор

Первая глава посвящена обзору литературы по межмолекулярному и

внутримолекулярному гидроаминированию аминоалкеЕгов.

Глава И. Алкильные ате-комплексы иттрия, содержащие хиральные бииафтилдиамидные лиганды, в энантиоселективнои циклизации 1,2-дизамещенных аминоалкенов

В последнее время большое внимание уделялось энантиоселективной реакции гидроаминирования в присутствии комплексов редкоземельных металлов, позволяющих получать сложные азотсодержащие гетероциклы в энантиомерно чистом виде в одностадийном синтезе.

В качестве катализаторов реакции гидроаминирования-циклизации аминоалкенов нами были предложены диалкильные оте-комплексы иттрия, стабилизированные замещенными бинафтилдиамидными лигандами.

бинафтилъного ряда

Диалкильные а/яе-комплексы могут быть получены по реакции элиминирования алкана при действии зквимолярных количеств различных (/?)-Л^-замещенных бинафтилдиаминов на [Li(THF)4][Y(CH2SiMe3)4] в C>,D6 при комнатной температуре. Проведение этих реакций под контролем 1Н ЯМР позволило установить, что они завершаются за 10 мин. Предложенные нами катализаторы имеют ряд преимуществ: исходный хиральный бинафтилдиамин, используемый для синтеза лигандов коммерчески доступен, его стерические и электронные свойства могут быть легко модифицированы. Кроме того, методы синтеза отработаны и не представляют сложности, позволяя достигать хороших выходов. Полученные катализаторы могут быть получены "ш situ" и использоваться без дополнительной очистки. Соединения устойчивы в инертной атмосфере при комнатной температуре, ковалентная связь хелатного лиганда с атомом металла позволяет избегать эпимеризации катализатора в процессе реакции, низкие загрузки катализатора (6 мольных %) обеспечивают хорошую скорость реакции.

ЧД^-NH c6D6 [Li(THF)4][Y(CH2SiMe3)4] + Т * 6

r^VS-NH r t ' Ш r

R да-A

R = Сур, CH2C6H5, CH2-2-OMe-C6H4, CH2-4-OMe-C6H4, CH2-4-Cl-C6H4, CH2-2,4,6-Me3-C«H2, CH2-l-naphthyl, CH2-2-naphthyl, CH2-l-benzo[b]thienyl, CH2-9-anthiyI.

Схема 3: In situ синтез диалкильных ате-комплексов иттрия

4e^CfI2SiMc3 х N:H2SiMe3

fiiTHFh

Полученные алкильные awe-комплсксы иттрия были исследованы в реакции энантиоселективного гадроаминирования/циклизации терминальных и 1,2-дизамещенных аминоалкенов и проявили высокую каталитическую активность и энантиоселективность. Трансформация терминальных аминоалкенов 1а и 2а реализована при комнэтегой температуре в течение нескольких минут, однако в данных случаях гетероциклические соединения пирролидинового и пиперидинового рядов выделены в рацемической форме.

6 mol% [L¡(THF)4][Y(CH2SiMe3)4]

Г J _6 mol% (Д)-Н2Ьд

C6D6, r.t

la n — 1

2a ii = 2 2b

Схема 4: Использование диалкилъных ате-комплексов иттрия в реакции энантиоселективпой циклизации субстратов 1а и 2а

Изучено влияние заместителей при атомах азота бинафтилдиамидного лиганда на активность и энантиоселективность полученных д/ие-комплексов в реакции энантиоселективной циклизации 1,2-днзамещенных аминоалкенов. Диалкильный шие-комплекс иттрия с антраценовыми фрагментами оказался наиболее энантиоселективным в циклизации (£)-(1-(бут-2-ен-1-ил)циклогекеил)метиламина За и (£)-2,2-диметилгекс-4-ен-1 -амина 4а. Спиропирролидин ЗЬ выделен с энантиомерным избытком 68% и превосходной конверсией 96% за 19 часов при температуре 110°С. (£>2,2-диметилгекс-4-ен-1 -амин 4а был превращен в соответствующий гетероциклический продукт 4Ь с энантиомерным избытком 52%, что является самым лучшим показателем энантиоселективности для данного пирролидина, из опубликованных в литературе.

За

4а

2 С7В8, ПО°С, 19 Ь

с7о„,ПО°С, поь

6 шо1% са1

6 шо1% сМ

^СН25Мез ^СН231Ме3

Ы(ТНР)4

Схема 5: Энантиоселектпивпая циклизация 1,2-дизамещенпых аминоалкенов За и 4а в присутствии диалкильного ате-комплекса иттрия

Катализаторы, синтезированные из лигандов с метокси- и хлоро-заместителями в «ара-положении фенильных колец, продемонстрировали наилучшие каталитическую активность и энантиоселективность в циклизации (£)-2,2-дифенилгекс-4-ен-1 -амина 5а и (£>2,2,5-трифенилпент-4-ен-1-амина 6а. Данные катализаторы позволяют проводить реакцию шдроаминироваиия интернальных субстратов с высокими скоростями и получать энантиомерно чистые азотсодержащие гетероциклы пирролидинового и пиперидинового рядов в одностадийном процессе с энатиомерным избытком до 77%. Полученные результаты каталитической циклизации 1,2-дизамещенных аминоалкенов являются самыми лучшими среди опубликованных на сегодняшний день в литературе. Следует заметить, что метокси-заместители в орто-положаит фенильных групп лиганда значительно уменьшают каталитическую активность и энантиоселективность соответствующего комплекса в превращениях всех субстратов. Алкильный ате-комплекс иттрия с бензильными фрагментами проявил хорошую активность и энантиоселективность для всех протестированных 1,2-дизамещенных аминоолефинов.

Ph Ph

6 mol% cat C6D6,40° C, 36 h

Ph. .Ph 6a

6 mol% cat C6D6, 40°C, 7 h

Ph (S) 5b 83% conv 77% ее

■"А

gh Ph

®b 99% conv 55% ее

cat =

Xr0"

Г^ ^CH,SiMe,

fi(THF)4

Схема 6: Эиантиоселективная циклизация 1,2-дизамещеппых аминоалкенов 5а и 6а в присутствии диалкилъного ате-комплекса иттрия

Впервые реализована эиантиоселективная циклизация субстрата с тризамещенной двойной связью 5-метил-2,2-дифенилгекс-4-ен-1 -амина 7а. Реакция проведена в присутствии алкильного атяе-комплекса иттрия с (R)-N-бензил-бинафтилдиамидиым лигандом при температуре 110°С. Соответствующий пирролидин 7Ь был получен с конверсией 50% через 120 часов и с энантиомерным избытком 33%. Алкильный а/ие-комплекс иттрия с бензильными фрагментами также позволяет получать пиперидин 8Ь с конверсией 45% в течение 72 часов и с энантиомерным избытком 33%.

Ph. JPh

-NH,

12mol%cat C7D8, П0°С, 120 h

Ph. ..Ph

Г-Ph 50% conv Tb ph 33% ее

12mol%cat rt2 C,Dg, 110°C, 72 h Ph"

45% conv 33% ее

4 e ^CHjSiMej

•y-C

CH2SiMe3

L @

VPh Li(THF)4

Схема 7: Первый опубликованный в литературе пример энантиоселективной циклизации 1,2-дизамещенных аминоалкенов 7а и 8а

К сожалению, структурно охарактеризовать алкильные ате-комплексы [истаРШда-СгоНиСНЮзЩОШМезЫ, образующиеся в реакции эквимольных количеств [и(ТНР)4][У(СН281Мез)4] и бинафтилдиаминов и которые были использованы в качестве катализаторов реакции гидроаминирования/циклизации аминоалкенов, не увенчались успехом. Однако, проведенные ЯМР-исследования однозначно показали, что эти

реакции приводят к образованию алкильных шие-комплексов, координированных хиральными бинафтилдиамидными лигандами [и(ТНР)4][{(Л)-С2оН,2(НК)2}У(СН281Мез)2]. Образующиеся соединения оказались неустойчивыми в растворе и в зависимости от природы и объема заместителя при атомах азота лигандной системы могут подвергаться диспропорционированию или активации С-Н связей (Схема 8). С другой стороны, все каталитические тесты проводились в стандартных условиях, а именно, добавление субстрата осуществлялось через 10 мин после смешения компонентов каталитической системы. На данном временном интервале мы имеем четкое представление о природе частиц, образующихся в системе [и(ТНР)4][У(СН281Мез)д]- бинафтилдиамин, и вовлеченных в каталитические реакции.

Схема 8: Превращение алкильных ате-комплексов иттрия с различными лигандами в растворе

Я = Сур

гА, 1 \veek

СААехапе К^СНдРЬ

Различная каталитическая активность была обнаружена при использовании в качестве катализаторов циклизации интернальных субстратов 5а и 6а шие-комплекса с циклопентильными заместителями [Li(THF)4][{(7?)-C2oH|2(NC5H9)2}Y(CH2SiMe3)2], полученного in situ, и выделенного димерного гетеробиметаллического комплекса иттрия [Li(THF){^-{(Ä)-C2oHi2(NC5H9)2}Y{p-CH2SiMe2CH2-|i}]2 В, содержащего один и тот же хиральный лиганд и являющегося продуктом внутримолекулярной С-Н активации в исходном а/ие-комплексе. В обоих случаях, димер В показал более низкую каталитическую активность по сравнению с in situ полученным мономерным комплексом. Тогда как, использование комплекса В позволило достичь лучших результатов энантиоселективности. Гетероциклическое соединение 5Ь получено с энантиомерным избытком 49%, тогда как гетероцикл 6Ъ выделен с 39% ее.

Глава III. Образование пирролидинов с четвертичным асимметричным углеродным атомом

Нами было обнаружено, что хиральные бинафтилдиамидные комплексы иттрия являются эффективными каталитическими системами, позволяющими получать энантиомерно чистые азотсодержащие гетероциклы пирролидинового ряда, содержащие асимметричный четвертичный углеродный атом. Использование этих катализаторов впервые позволило осуществить реакцию энантиоселективного внутримолекулярного гидроаминирования/циклизации 1,1,2-тризамещенных аминоалкенов.

Превращение (£)-4-метил-2,2,5-трифенилпент-4-ен-1-амина 9а осуществлено в жестких каталитических условиях при 70-110°С с превосходной конверсией 99%. Максимальный энантиомерный избыток для данной реакции составил 55% при использовании бинафтилдиамидных лигандов с 1-нафтилметильнымилияард-метоксибензильным заместителями.

Менее активный (£)-4-метил-2,2-дифенилгекс-4-ен-1-амин 10а был превращен в соответствующий гетероцикл в более жестких реакционных условиях, чем предыдущий субстрат. Использование даяг-комплекса,

координированного хиральным (Д)-ЛЧ5ензил-динафтилдиамином, приводит к образованию желаемого пирролидина 10Ь с конверсией 50% при 110°С в течение 5-дневной реакции, но с многообещающим энантиомерным избытком 55%.

9а

6 то1% _ РЬХ

С606 ЖС, 19 Ь

Ч-И,

9Ь РЬ

(5) 99% сопу 55% ее

I СМ =

рО-оме ■Н^е^СН^ез

1л(ТНК)4

РЬ, РЬ

•Ш,

10а

12 то1% сае С^110°С, 120 Ь

РЬ

10Ь РЬ

50% сопу 55% ее

I са1 =

-^в/СН251Ме3

■"РЬ и(ТНР)4

Схема 9: Первые опубликованные в литературе примеры эиантиоселективной циклизации 1,1,2-тризамещенных аминоалкенов

Глава IV. Дизайн комплексов для энантиоселективного гидроаминирования терминальных аминоалкенов

Задача оптимизации катализаторов внутримолекулярного гидроаминирования аминоалкенов с целью повышения их энантиоселективности и активности является на данный момент одной из основных. Известные каталитические системы на основе комплексов лантаноидов оказались весьма активными и энантиоселективными в синтезе азотсодержащих гетероциклических соединений пирролидинового и пиперидинового рядов. Однако, улучшение каталитической активности и энантиоселективности необходимы для перехода к новым классам субстратов, отличающихся низкой тенденцией к гидроаминированшо-циклизации, а также расширения возможностей этого синтетического метода. С целью обеспечения контроля над геометрией координационной сферы металла и, тем самым, над скоростью и селективностью каталитической реакции, мы сосредоточились на дизайне новых лигандных систем и их применении в синтезе катализаторов гидроаминирования аминоалкенов.

Была синтезирована новая лигандная система, содержащая объемные триметилсилильные заместители при атомах азота.

NH2 LiCH2SiMc3 (2 equiv.)

МН2 EtjO, 25°C, 30 min

Me3SiCl (2 equiv.)

Et20,40°C, 30 min -2LiCl

81% yield

Схема 10: Метод синтеза (К)-№триметилсилил-бинафтилдиамина

С целью получения нейтрального алкилыюго комплекса иприя [{W-C20H12(NSiMe3)2}Y{CH2SiMe3}(THF)2]2 D была проведена реакция эквимолярных количеств Y(CH2SiMe3)3(THF)2 и (Л)-Аг-триметилсилил-бинафтилдиамина. Катализатор D проявил хорошую каталитическую активность в превращении терминальных аминоалкенов, но низкую энантиоселективность.

Y(CH2SiMe3)3(THF)2 +

SiMe,

QD6

r.t., 10 min

-N ^THF SiMej

.THF

■CH2SiMe3

Схема 11: Синтез нейтрального алкилыюго комплекса иттрия 2) С целью изучения влияния уходящей группы, связанной с атомом металла, был синтезирован амидный комплекс Г с циклопентильными фрагментами. Результаты катализа и сравнения с идентичным алкильным комплексом Е показали, что уходящая группа не влияет ни на активность, ни на энантиоселективность процесса циклизации терминальных аминоалкенов 1а и 2а.

n THF „ , .

,Y-CH2SiMe3 + ¿Pr2NH (1.2 eq) ^ ' N THF -SiMe4

76% yield

Схема 12: In situ синтез нейтрального амидного комплекса F

С целью изучения влияния ионов лития на активность и энантиоселективность гидроаминирования-циклизации аминоалкенов алкильный комплекс иттрия [(#)-С2оН|2^81Мез)2]У(СН281Ме1)('ТНР)2 Б был синтезирован по обменной реакции (Схема 13) и использован в каталитических тестах как без отделения образующегося в реакции 1лС1, так и после перекристаллизации, проходящей с потерей молекулы 1лС1.

51Ме3

ЦСН^Меэ (4 едщу.) Ьехапе, тЛ., 30 шт

рМе3 Ме^

-N.7.-,^,_______

—

5£Ме, МезЭ^

Ле3 66% у1сЫ

-4ИС1

УС13 (2 ЮТ, Г.1,3 Ь

1 /

N /Т}1Г иСН23!Ме3 (2 едц№.)

/У-СН231Мез

N ют БМе, . иа

С 7Т>г, 15 тш, гд.

8|Ме3 Мс3$1 89% ^¡еМ

Схема 13: Синтез алкильиого комплекса иттрия

По данным рентгеноструктурного исследования хлоридный комплекс иттрия (Схема 13) димерен в кристаллическом состоянии. Каждый атом иттрия в комплексе координирован двумя атомами азота одного бинафтилдиамидного лиганда, двумя мостиковыми атомами хлора и двумя молекулами ТГФ; формальное координационное число атома иттрия равно 6.

Рисунок 2: Молекулярное строение хлоридного комплекса иттрия. Атомы

водорода не показаны

Были предприняты попытки получения монокристаллических образцов комплекса О, неочищенного от 1лС1, пригодных для проведения рентгеноструктурного исследования, медленным охлаждением концентрированного раствора в гексане от комнатной температуры до - 20°С. Однако было установлено, что процесс проходит с выпадением осадка 1лС1 и образованием нейтрального комплекса В. Строение комплекса V было установлено методом РСА. В комплексе О атом иттрия связан ковалентной связью с одной алкильной группой, координирован одним бинафтилдиамидным лигандом и 2 молекулами ТГФ. Атом металла имеет координационное число 5.

Рисунок 3: Молекулярное строение комплекса 2>. Атомы водорода удалены для ясности

Результаты каталитических тестов гидроаминирования терминальных субстратов 1а и 1Ь показали большую разницу в показателях активности и энантиоселективности процесса. При проведении каталитических превращений в присутствии 1лС1 была обнаружена более низкая каталитическая активность, но более высокая энантиоселективность процесса, чем при использовании перекристаллизованного комплекса И, не содержащего ЫС1.

При использовании в качестве катализатора комплекса иттрия, содержащего (Д)-циклопентил-бинафтилдиамидный лиганд [(/?)-С2оН12(КС5Н<))2]У(СН281МезХТНР)2, было обнаружено, что присутствие 1лС1 приводит к увеличению активности и энантиоселективности процесса гидроаминирования-циклизации терминальных субстратов 1а и 1Ь.

Был разработан новый тип хиральной лигандной системы -амидоамидинатная, в которой хиральность достигается не только за счет бинафтильного остова, но и за счет различия функциональных групп в замещенных нафталиновых фрагментах. Было обнаружено, что реакция силиламида лития [^{(ф-СгоНиС^МезЫ^ с четырехкратным мольным избытком бензонитрила в эфире при 40°С проходит с внедрением бензонитрила лишь по одной из силиламидных групп и приводит к образованию литиевого производного амидоамидинатяого лиганда. Методом РСА было установлено, что соединение в представляет собой разделенную ионную пару. Комплексный анион представляет собой трехъядерный комплекс лития, содержащий два дианионных амидоамидинатных фрагмента. В качестве катиона выступает атом лития, координированный двумя молекулами тетраметилэтилендиамина. Два атома лития связаны с одним амидным и одним амидинатным атомом азота одного и того же лиганда. Кроме того, наблюдаются короткие контакты атомов лития с двумя углеродными атомами нафталинового кольца. Третий атом лития связан с двумя атомами азота двух амидинатных фрагментов и двумя атомами азота двух амидных группировок. Соединение в является результатом внедрения бензонитрила лишь по одной

из силилиамидных группировок исходного амида лития, тогда как вторая группа в реакцию не вступает. Внедрить бензонитрил по второй триметилсилиламидной группе не удается даже при использовании восьмикратного мольного избытка бензонитрила и повышении температуры реакции до 70°С (растворитель толуол).

=--51------

51Ме3 МсБ/

РЬСЫ (4 ицот.) Е^О/ТМЕПА

Г' Я1Ме3 МсзЭ! №

" -V

Мез МезБГ

38% у^еЫ

Схема 14: Синтез литиевой соли с амидинатиыми фрагментами

и(ТМЕОА)2

Рисунок 4: Молекулярное строение амидинатной литиевой соли С. Водородные атомы удалены для большей ясности

выводы

Синтезированные алкильные егте-комплексы иттрия, содержащие хиральные лиганды бинафтилдиамидного ряда, позволяют проводить энантиоселективную реакцию внутримолекулярного гидроаминирования как терминальных, так и интернальных аминоалкенов с высокими скоростями и получать гетероциклы пирролидинового и пиперидинового рядов с энатиомерным избытком до 77%. Результаты циклизации 1,2-дизамещенных аминоалкенов являются лучшими среди опубликованных на сегодняшний день в литературе. Установлено, что лучшая каталитическая активность достигается при использовании бинафтилдиаминовых лигандов с бензильными заместителями, тогда как энантиоселективность процесса увеличивается при переходе к лиганду с метиленантраценовыми фрагментами на атомах азота; Полученные катализаторы позволили впервые провести энантиоселективное гидроаминирование аминоолефинов с 1,1,2-тризамещенной двойной связью с образованием гетероциклических соединений пирролидинового ряда с четвертичным асимметричным атомом углерода;

Исследовано превращение диалкильных аше-комплексов иттрия в растворе. Обнаружено, что направление процесса превращения зависит от природы заместителя на атомах азота бинафтилдиамидного лиганда; На примере нейтральных алкильных и амидных комплексов иттрия изучено влияние уходящей группы, а также присутствия 1ЛС1 на скорость и энантиоселективность реакции гидроаминирования-циклизации терминальных аминоолефинов. Обнаружено, что природа уходящей группы не влияет ни на скорость, ни на энантиоселективность реакции. Выяснено, что 1ЛС1 оказывает значительное влияние на каталитическую активность и энантиоселективность реакции гидроаминирования терминальных аминоолефинов. Причем, для различных лигандных систем это влияние различно;

Разработан новый тип амидоамидинатной хиральной лигандной системы на основе динафтильного остова.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E., Trifonov A. Well-defined and Easily Accessible Yttrium Complexes for Enantioselective Cyclisation of Amines Tethered to I, 2-Di-substituted Alkenes // Chem. Commun. - 2010. - № 46. - P. 6918-6920.

Aillaud I., Olier C., Chapurina Y„ Collin J., Schulz E., Guillot R., Hannedouche J., Trifonov A. Alkyl Complexes of La and Sm Supported by Chiral Binaphthylamido Ligand. Synthesis, Structures and Catalytic Activity in Hydroamination of Amino-1,3-dienes // Organometallics. - 2011. - № 30. - P. 3378-3385.

Chapurina Y.. Ibrahim H., Guillot R., Kolodziej E., Collin J., Trifonov A., Schulz E., Hannedouche J. Catalytic, Enantioselective Intramolecular Hydroamination of Primary Amines Tethered to Di- and Tri- substituted Alkenes // J. Org. Chem. - 2011. - № 76. - P. 10163-10172. Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E., Trifonov A. New Chiral Yttrium Complexes for Enantioselective Catalysis of Hydroamination of 1,2- Disubstituted Aminoalkenes // 8th Rencontres de Chimie Organique. - Paris, France. - 2010. - P. 35.

Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E., Trifonov A. New Chiral Yttrium Complexes for Enantioselective Catalysis of Hydroamination of 1,2-Disubstituted Aminoalkenes // GDRE CNRS (Catalyse Homogène pour le Développement Durable). - Rome, Italy. - 2010. Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E„ Trifonov A. Well-defined and easily accessible yttrium complexes for enantioselective cyclisation of 1,2-disubstituted aminoalkenes // Semaine d'Etudes de Chimie Organique. - Agde, France. - 2011. - P. 36.

7. Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E., Trifonov A. Well-defined and easily accessible yttrium complexes for enantioselective cyclisation of primary amines tethered to 1,2-disubstituted alkenes // XIX EuCHEMS Conference on Organometallic Chemistry. - Toulouse, France. -2011.-HCSD 1.

8. Chapurina Y„ Hannedouche J., Collin J., Schulz E., Trifonov A. Investigation of new catalyst system of yttrium for asymmetric intramolecular hydroamination of internal aminoalkenes // ICMMO PhD students day. -Orsay, France. - 2009. - P. 12.

9. Chapurina Y„ Hannedouche J., Collin J., Schulz E., Trifonov A. The influence of different chiral ligands on the organolanthanide-catalyzed intramolecular hydroamination/ cyclization of amines tethered to 1,2-disubstituted and terminal alkenes // International Conference of Nesmeyanov Institute. -Moscow, Russia. - 2009. - P. 141.

10. Chapurina Y., Hannedouche J., Collin J., Schulz E., Trifonov A. New Chiral Yttrium Complexes for Enantioselective Hydroamination/Cyclization of Internal defines // International Conference: "Topical Problems of Organometallic and Coordination Chemistry". - Nizhny Novgorod, Russia. -2010.-P. 16.

11. Chapurina Y.. Hannedouche J., Collin J., Guillot R., Schulz E„ Trifonov A. // Efficient well-defined and easily accessible yttrium complexes for enantioselective cyclisation of primary amines tethered to 1,2-disubstituted

alkenes // 9emes Rencontres de Chimie Organique (RCO).- Paris, France. -2011.-P. 49.

ЧАПУРИНА Юлия Сергеевна

НОВЫЕ АЛКИЛЬНЫЕ И АМИДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ИТТРИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ХИРАЛЬНЫЙ БИНАФТИЛДИАМИДНЫЙ ЛИГАНД.

СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В РЕАКЦИИ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОГО ГИДРОАМИНИРОВАНИЯ-ЦИКЛИЗАЦИИ АМИНОАЛКЕНОВ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано в печать 17.01.12. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,51. Тираж 120 экз. Заказ № 515.

Отпечатано «Издательский салон» ИП Гладкова О.В. 603022, Нижний Новгород, Окский съезд, 2, оф. 501 тел./факс: (831) 439-45-11; тел.: (831) 416-01-02

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Чапурина, Юлия Сергеевна, Нижний Новгород

61 12-2/260

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Г.А. РАЗУВАЕВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи Л '

(

ЧАПУРИНА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА

02.00.08 - Химия элементоорганических соединений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук Трифонов Александр Анатольевич

Нижний Новгород - 2012 год

Содержание

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................................2

ГЛАВА I:

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР: ГИДРОАМИНИРОВАНИЕ АМИНОАЛКЕНОВ................................................9

I. Реакция межмолекулярного гидроаминирования..............................................................................................9

1. Щелочные металлы.....................................................................................................................................................9

2. Кислоты Бронстеда...................................................................................................................................................11

3. Комплексы щелочноземельных металлов..............................................................................................................12

4. Комплексы редкоземельных металлов....................................................................................................................12

4.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................12

4.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................15

5. Комплексы металлов IV группы..............................................................................................................................16

6. Комплексы переходных металлов...........................................................................................................................17

6.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................17

6.1.1. Реакция гидроаминирования этилена.................................................................................................17

6.1.2. Реакция гидроаминирования норборнена...........................................................................................19

6.1.3. Реакция гидроаминирования стирола.................................................................................................20

6.1.4. Реакция гидроаминирования диенов...................................................................................................23

6.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................23

6.2.1. Реакция гидроаминирования норборнена...........................................................................................24

6.2.2. Реакция гидроаминирования виниларенов.........................................................................................25

6.2.3. Реакция гидроаминирования диенов...................................................................................................27

II. Реакция внутримолекулярного гидроаминирования........................................................................................28

1. Введение....................................................................................................................................................................28

2. Щелочные металлы...................................................................................................................................................29

2.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................29

2.2. Асимметричный катализ................................................... ............................................................................30

3. Кислоты Бронстеда...................................................................................................................................................32

3.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................32

3.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................34

4. Комплексы щелочноземельных металлов..............................................................................................................35

4.1. Рацемический катализ..................................................... ..............................................................................36

4.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................37

5. Комплекс алюминия.................................................................................................................................................39

6. Комплексы редкоземельных металлов и актиноидов............................................................................................39

6.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................40

6.1.1. Циклопентадиенильные комплексы......................................... ...........................................................40

6.1.2. Нециклопентадиенильные комплексы...................................... ..........................................................44

6.2. Ахиральные коплексы актиноидов.............................................................................................................48

6.3. Асимметричный катализ..............................................................................................................................49

6.3.1. Циклопентадиенильные комплексы....................................................................................................49

6.3.2. Нециклопентадиенильные комплексы................................................................................................51

7. Комплексы металлов IV группы..............................................................................................................................59

7.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................59

7.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................64

8. Комплексы переходных металлов...........................................................................................................................68

8.1. Рацемический катализ..................................................................................................................................69

8.1.1. Коплексы на основе меди.....................................................................................................................69

8.1.2. Комплексы на основе цинка................................................................................................................69

8.1.3. Комплексы на основе родия.................................................................................................................70

8.1.4. Комплексы на основе палладия...........................................................................................................71

8.1.5. Комплексы на основе иридия..............................................................................................................72

8.1.6. Комплексы на основе платины............................................................................................................74

8.1.7. Комплексы на основе золота...............................................................................................................74

8.2. Асимметричный катализ..............................................................................................................................75

III. Цели диссертации...........................................................................................................................................77

ГЛАВА II:

АЛКИЛЬНЫЕ А ГЕ-КОМПЛЕКСЫ ИТТРИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ХИРАЛЬНЫЕ БИНАФТИЛАМИДНЫЕ ЛИГАНДЫ, В ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОЙ ЦИКЛИЗАЦИИ 1,2-ДИЗАМЕЩЕННЫХ АМИНОАЛКЕНОВ..............................................................................................................79

I. Синтез лигандов, содержащих (/?)-бинафтилдиамидный скелет..........................................................................82

И. Синтез субстратов....................................................................................................................................................84

III. Исследование реакций [Li(THF)4][Y(CH2SiMe3)4] с бинафтилдиаминами........................................................86

1. In situ синтез диалкильного ¿тае-комплекса иттрия [Li(THF)4][{(/?)-C2oH]2(NBn)2}Y(CH2SiMe3)2]..................86

2. Превращение в растворе диалкильного а/яе-комплекса иттрия [Li(THF)4][{(/?)-C2oHl2(NBn)2} Y(CH2SiMe3)2] ....................................................................................................................................................................................87

3. In situ синтез диалкильного даие-комплекса иттрия [Li(THF)4][{(/?)-C20Hi2(NCsH9)2} Y(CH2SiMe3)2]..............89

4. Превращение в растворе диалкильного а/яе-комплекса иттрия [Li(THF)4][{(/?)-C20Hl2(NC5H9)2}Y(CH2SiMe3)2]...............................................................................................................................90

IV. Рацемический катализ............................................................................................................................................93

1. Каталитические тесты с использованием тетраалкильного ате-комплекса иттрия [Li(THF)4][Y(CH2SiMe3)4] ....................................................................................................................................................................................93

2. Каталитические тесты с использованием рацемического диалкильного ате-комплекса иттрия [Li(THF)4][{(±)-C20H12(NBn)2}Y(CH2SiMe3)2]........................................................................................................94

V. Определение энантиомерного избытка..................................................................................................................97

VI. Асимметричный катализ........................................................................................................................................97

1. Трансформация терминальных аминоалкенов.......................................................................................................97

1.1. Циклизация (1-аллилциклогексил)метанамина.........................................................................................97

1.2. Циклизация (1-(бут-3-ен-1-ил)циклогексил)метанамина.........................................................................99

2. Циклизация аминоалкенов с интернальной двойной связью..............................................................................101

2.1. Гидроаминирование/циклизация (£)-2,2-диметилгекс-4-ен-1 -амина и (£)-2,2-диметил-5-фенилпент-4-ен-1-амина......................................................................................................................................................101

2.2. Гидроаминирование/циклизация (£)-(1-(бут-2-ен-1-ил)циклогексил)метанамина..............................104

2.3. Гидроаминирование/циклизация (£)-2,2-дифенилгекс-4-ен-1-амина....................................................106

2.4. Определение абсолютной конфигурации 2-этил-4,4-дифенилпирролидина........................................108

2.5. Гидроаминирование/циклизация 5-теШу1-2,2-дифенилгекс-4-ен-1-амина..........................................109

2.6. Гидроаминирование/циклизация (£)-2,2,5-трифенилпент-4-ен-1-амина..............................................110

2.7. Циклизация (£)-2,2-дифенилокт-5-ен-1 -амина........................................................................................112

3. Использование комплексов С и Е в реакции гидроаминирования.....................................................................113

3.1. Использование [Li(THF)4][Y{(/?)-C20H12(NBn)2}2]..................................................................................113

3.2. Применение гетеробиметаллического комплекса [Li(THF){fi-(/?)-L14} Y{(x-CH2SiMe2CH2-ji}]2.........114

VII. Вывод....................................................................................................................................................................115

ГЛАВА III:

ОБРАЗОВАНИЕ ПИРРОЛИДИНОВ С ЧЕТВЕРТИЧНЫМ АСИММЕТРИЧНЫМ УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ...................................................................................................................................................................120

I. Введение - Гидроаминирвоание 1,1-Дюамещенных аминоалкенов..................................................................120

И. Синтез 1,1 -ди- и 1,1,2-три-замещенных аминоалкенов......................................................................................121

III. Рацемический катализ..........................................................................................................................................122

1. Каталитические тесты с использованием тетраалкильного комплекса иттрия [Li(THF)4][Y(CH2SiMe3)4].... 122

2. Каталитические тесты с использованием рацемического диалкильного комплекса иттрия [Li(THF)4][{(±)-C2„H12(NBn)2} Y(CH2SiMe3)2].................................................................................................................................123

IV. Определение энантимерного избытка.................................................................................................................124

V. Асимметричный катализ.......................................................................................................................................125

1. Трансформация (£)-4-метил-2,2,5-трифенилпент-4-ен-1-амина.........................................................................125

2. Определение абсолютной конфигурации 2-бензил-2-метил-4,4-дифенилпирролидина..................................126

3. Трансформация (£)-4-метил-2,2-дифенилгекс-4-ен-1-амина..............................................................................128

VI. Вывод.....................................................................................................................................................................128

ГЛАВА IV:

ДИЗАЙН НОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОГО ГИДРОАМИНИРОВАНИЯ ТЕРМИНАЛЬНЫХ АМИНОАЛКЕНОВ.............................................................................................................130

I. Введение - цель данной части диссертации..........................................................................................................130

II. Поиск более активных и энантиоселективных каталитических систем............................................................131

1. Синтез (Я)-Л^-триметилсилил-бинафтилдиамидного лиганда............................................................................131

2. Синтез нейтральных алкильных и амидных комплексов, координированных (Л)-А'-триметилсилил- и циклопентил-бинафтилдиаминами............................................................132

3. Применение нейтральных алкильных и амидных комплексов в реакции гидроаминирования терминальных аминоал кенов..........................................................................................................................................................134

III. Поиск методов повышения энантиоселективности процесса.........................................................135

IV. Разработка методов синтеза новых амидоамидинатных систем......................................................................145

V. Вывод......................................................................................................................................................................148

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ГЛАВЫ II.........................................................................................150

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ГЛАВЫ III.......................................................................................184

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ГЛАВЫ IV........................................................................................196

ВЫВОДЫ...................................................................................................................................................................204

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................................................................206

ПРИЛОЖЕНИЕ

215

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Азотсодержащие соединения являются продуктами крупнотоннажного органического синтеза, ежегодное мировое производство которых исчисляется миллионами тонн и которые находят широкое применение в различных областях промышленности [1]. Причем, сферы их промышленного применения чрезвычайно разнообразны: это и органические растворители, бактерицидные и флотационные добавки, гасители пенообразования, ингибиторы коррозии, добавки к моющим средствам, красители, пластификаторы, исходные соединения для синтеза широчайшей гаммы продуктов. Аминогруппа входит в большинство природных и биологически активных веществ, что делает азотсодержащие соединения, несомненно, интересными с точки зрения фармацевтической промышленности [2].

(+)-Сопппе (+)-Ршс1те (-)-8о1епор8т А (+)-Хетоуепте (-)-1пс1огиН/Мтс 2090 С>шпо1Ыс1те 233А

Рисунок 1: Примеры природных и биологически активных веществ

Однако все современные методы получения аминов основаны на стехиометрических реакциях, что приводит к удорожанию целевых продуктов, а также образованию большого количества отходов [5]. Общие эффективные синтетические методы, позволяющие проводить этот процесс в каталитическом режиме, до настоящего времени не разработаны. Несомненно, что необходимо развитие новых эффективных каталитических методик получения азотсодержащих соединений. Особенно это касается области создания биологически активных веществ, перспективных с точки зрения фармакологического применения.

Одним из наиболее привлекательных методов каталитического синтеза аминопроизводных является реакция гидроаминирования, заключающаяся в присоединении аминогруппы по кратным связям С-С олефинов и ацетиленов, приводящая к образованию более замещенных аминов, енаминов или иминов [6]. Реакция гидроаминирования может проводится как в меж-, так и во внутримолекулярном вариантах, что делает ее чрезвычайно перспективным методом получения широкого круга соединений.

[Н

Схема 1: Реакции межмолекулярного и внутримолекулярного гидроаминирования

Энантиоселективная реакция гидроаминирования-циклизации позволяет получать оптически чистые хиральные азотсодержащие гетероциклы различных типов, а ее применение может привести к разработке новых методов энантиоселективного введения гетероциклического фрагмента в сложные органические молекулы и синтезу соединений, представляющих интерес для фармацевтической химии и медицины. Метод является экологичным и «атом-экономным», поскольку при его использовании все атомы исходных соединений входят в состав образующихся продуктов, не приводя к образованию отходов [7]. Это определяет актуальность тематики диссертационной работы, так как результаты ее выполнения позволят разработать новые природосберегающие технологии, а также повысить доступность ряда фармакологических препаратов.

Однако, прямое присоединение аминов по кратным связям очень трудно реализовать из-за высокого энергетического барьера, являющимся причиной отталкивания между неподеленной пары электронов на атоме азота и я-связью С=С, богатой электронами. Более того, большая разница между орбиталями С=С связи и N11 запрещает согласованное [2+2]-присоединение. Наконец, смещение равновесия реакции путем повышения температуры невозможно по причине большого отрицательного значения энтропии реакции [8]. Таким образом, реакция гидроаминирования требует наличие катализатора для снижения энергии активации. Только реакции присоединения аминов к активированным алкенам могут проходить в отсутствии каталитической системы [9].

За последние два десятилетия были синтезировано большое количество