Содержание к диссертации
Введение
1. Хиральные Р-монодентатные и Р,7У-бидентатные фосфиты в комплексообразоваиии и катализе 11
1.1. Получение лигандов 13
1.2. Применение лигандов в асимметрическом катализе 21
2. Получение и свойства лигандов 41
2.1. Хиральные иминоарилфосфиты с металлоценовыми фрагментами 41
2.1.1. Р,7У-бидентатные лиганды с ациклическим фосфорным центром на основе фенолов 43
2.1.2. Р,7У-бидентатные лиганды с циклическим фосфорным центром на основе BINOL (1,1 '-би-2-нафтола) 44
2.2. Хиральные катионные фосфиты и диамидофосфиты 45
2.2.1. Р-монодентатные фосфитные и диамидофосфитные лиганды с имидазоливыем фрагментом 46
2.2.2. Р-монодентатные фосфитные и диамидофосфитные лиганды с алкиламмониевым фрагментом 47
3. Координационное поведение лигандов 49
3.1. Координационные свойства иминоарилфосфитов с металлоценовыми фрагментами 49
3.1.1. Координационные свойства ДТУ-бидентатных иминоарилфосфптных лигандов с ациклическим фосфорным центром на основе фенолов 49
3.1.2. Координационные свойства Р^-бидентатных иминоарилфосфитных лигандов с циклическим фосфорным центром на основе BINOL
3.2. Координационные свойства хиральных катионных фосфитов и диамидофосфитов 58
3.2.1. Координационные свойства Р-монодентатных фосфитных и диамидофосфитных лигандов с имидазоливыем фрагментом 58
3.2.2. Координационные свойства Р-монодентатных фосфитных и диамидофосфитных лигандов с алкиламмониевым фрагментом 59
4. Каталитические свойства лигандов 60
4.1. Каталитические свойства иминоарилфосфитов с металлоценовыми фрагментами 60
4.2. Каталитические свойства катионных фосфитных и диамидофосфитных лигандов 76
5. Экспериментальная часть 87
Выводы 106
- Применение лигандов в асимметрическом катализе
- Хиральные катионные фосфиты и диамидофосфиты
- Координационные свойства хиральных катионных фосфитов и диамидофосфитов
- Каталитические свойства катионных фосфитных и диамидофосфитных лигандов
Введение к работе
Исследование координационного поведения фосфорсодержащих лигандов является одним из ведущих направлений для многих химических дисциплин, поскольку оно охватывает фундаментальные вопросы природы связи с атомами (ионами) переходных металлов, в частности донорно-акцепторного взаимодействия и связевой изомерии, а также стерео- и региоселективного координационного синтеза и катализа. Необходимо отметить, что целенаправленный дизайн и синтез новых органических лигандов относятся к важнейшим задачам современной неорганической химии. Комплексные соединения с такими лигандами являются эффективными лекарственными препаратами, моделями природных ферментов, магнитными материалами, а также катализаторами процессов органического синтеза. При этом ключом к получению высоких результатов в асимметрическом катализе служит правильно выбранный предкаталитический металлокомплекс совместно с подходящим оптически активным лигандом. Минимальными требованиями к эффективным лигандам являются: возможность широкого варьирования стерических и электронных параметров, а также прямой и относительно несложный синтез из дешевых исходных соединений. Всем этим критериями полностью удовлетворяют оптически активные фосфитные лиганды. Хиральные фосфиты обладают синтетической доступностью, устойчивостью к окислительным воздействиям и высокой тг-кислотностью. Немаловажным преимуществом является и их низкая стоимость. Так, например, фосфитные производные BINOL примерно в 50 раз дешевле известного дифосфинового лиганда BINAP. Все это позволяет хиральным моно- и бидентатным фосфитам претендовать на лидирующие позиции в асимметрическом катализе. В последнее время использование Р-монодентатных фосфитов и амидофосфитов дает возможность достичь отличных результатов в энантиоселективном Rh-катализируемом гидрировании, Cu-катализируемом сопряженном присоединении, 1г- и Pd-катализируемом аллилировании, Pd-катализируемом гидросилилировании-окислении и Ru-катализируемом гидрировании кетонов.
Тем не менее, в литературе практически отсутствуют примеры хиральных ионных лигандов фосфитного типа, а также крайне мало информации о строении предкаталитических металлокомплексов. Необходимы и дальнейшие усилия по созданию новых групп нейтральных оптически активных фосфитов. Таким образом, представляется актуальным синтез и исследование строения комплексов родия и палладия с новыми хиральными фосфитами, а также изучение их каталитических свойств в реакциях Rh-катализируемого гидрирования прохиральных субстратов, Pd- и 1г- катализируемого аллилирования. В последнем случае особенно интересны несимметрично замещенные аллильные системы. Так как большинство известных палладиевых катализаторов формируют главным образом ахиральный линейный продукт, получение регио- и энантиоселективных катализаторов является актуальным.
Необходимо добавить, что возможность иммобилизации гомогенного катализатора на носитель позволяет комбинировать активность гомогенного катализатора с преимуществами повторного использования, характерными для гетерогенного катализа. На сегодняшний день достаточно мало случаев успешного применения иммобилизованных металлокомплексов с фосфитными лигандами.
Применение лигандов в асимметрическом катализе
В этом разделе обзора будет придаваться особое значение трем областям исследования: аллильному замещению, гидрированию и сопряженному присоединению, так как здесь ведется наиболее активная исследовательская деятельность. Также рассматривается и раздел общего применения. В каждом случае за описанием применений лиганда будет рассматриваться определенный порядок получения лиганда. Реакции асимметрического аллильного замещения. Два P-O/N, монодентатные, хелатные и бидентатные. Соответственно, несколько лигандов этого типа применялись в данном катализе. Схема 15 показывает два лиганда которые использовались недавно. Из этих двух используемых лигандов Сі симметричный диазофосфолидин дает лучший результат. Возможно это наилучшая комбинация вокруг атома фосфора ,4 5 Имеется лишь несколько примеров использования хелатных лигандов для таких реакций, однако наибольшее применение нашли димерные лиганды З4 5 и 4,8 9 которые давали хорошие результаты для различных нуклеофилов. Лиганд 3 катализирует энантиоселективное образование С-С связи в большой степени, но химический выход был низок. Лиганд 4 с его более лабильной структурой не может эффективно выполнять каталитическую функцию в этой реакции. Отличные результаты были достигнуты профессором Буоно, который использовал изохинолин в комбинации с хиральным фосфорным лигандом 9 (схема 17). " Хелатная природа лиганда была показана при помощи исследования кристаллической структуры палладиевого производного, дающего шестичленный металлокомплекс. Подобные лиганды были получены другими исследователями, которые использовали комбинацию хиральнофосфитных доноров с пиридиновыми или гетероциклическими соединениями.26 В своих исследованиях профессор Пфальтц показал, что использование палладия в комбинации с фосфитоксозолиновым лигандом давало отличные результаты. Использование 3-гидроксиполифосфин-производных моно/ дифосфитных лигандов на дифенилаллильных субстратах, дали выход до 97%. Лиганды Biaryl-BINOL типа в общем дают лучшие результаты и при этом также были исследованы структурно родственные фосфин -фосфитные лиганды.
Асимметрические реакции гидрирования. Два P-O/N, монодентатные, хелатные и бидентатные. Фосфонитные соединения как отличные лиганды для контроля асимметрических реакций гидрирования были использованы сравнительно недавно. В ряде исследований, которые появлялись на основе ранних работ с бидентатными лигандами, монодентатные лиганды оказались лучше чем другие лиганды, что и предполагалось ранее (Схема 19). Профессор Ритц и Прингл, ведущие специалисты в этой области, опубликовали очень схожие результаты независимо друг от друга. Монодентатные лиганды этого класса могли быть использованы в асимметрическом гидрировании, однако димерные производные монодентатных лигандов показанные на схеме 19 давали лучший эффект. ное соединение ориентировано тем же путем в комплексах, полученных из моно- или бидентатных лигандов. Три P-O/N монодентатные. Примечательно, что один из новых лигандов, используемых в асимметрических реакциях гидрирования показал, что использование даже простейших заместителей дает в случае бинольных лигандов отличную конверсию и оптический выход. Схема 21 показывает, что обработки 0.5 моль% Rh комплексом фосфорамидного лиганда достаточно для получения отличных результатов реакций гидрирования. При более высокой концентрации 5 моль% селективность катализа возрастает до 99.6% ее. При снижении температуры селективность может возрасти до 99.8% ее. Наибольшей стабильностью лиганд обладает в органических растворителях, и структура лиганда не разрушается ни при каких условиях. Использование BINOL-ных производных является критическим для высокой энантиоселективности. Замещенные фосфиты (диметиламино замещаемые изопропиловым спиртом) также хорошо работают,29 как и лиганды, содержащие ментол.30 31 Три P-O/N хелатные и бидентатные. Фосфонитные и фосфитные лиганды (оба основаны на BINOL-ных производных), дали высокие химические и оптические выходы в асимметрических реакциях гидрирования, как например фосфитные/ фосфинитные лиганды33"35 и бидентатные (С2 симметричные) дифосфиты.36 И хотя был достигнут высокий выход, ни один из результатов не сравним с простотой применения монодентатных лигандов, в то время как ранее преобладали С2 симметричные дифосфиновые лиганды.
Применение фосфин-фосфитных замещенных из 2- гидроксиэтилфосфинов и карбогидратов были описано в асимметрическом процессе гидрирования а-ациламиноакрилатов: высокий выход, часто достигающий 95%. Реакции сопряженного присоединения Два P-O/N монодентатные, хелатные и бидентатные. Несмотря на большой класс данных лигандов лишь немногие из них применялись для проверки в реакции сопряженного присоединения. Монодентатные лиганды этого класса полученные из BINOLa и подобных материалов дают выход до 82% для реакции диэтилцинка с циклогексаноном в присутствии соединений меди (II). Хотя бидентатные лиганды показывают несколько лучшие результаты в этом случае, достигая 99% выхода в самых последних исследованиях.39 40 В этом применении бидентатный лиганд, полученный из ферроценовой основы показал лучшие результаты.4 Оптимальный выбор лиганда часто зависит от правильного применения и изучения; например при использовании различных металлов в реакции. Эта зависимость показана в работе профессора Ритца на примере добавления борной кислоты к енонам в реакциях катализа (Схема 22) Три P-O/N монодентатные. Что касается асимметрического процесса гидрирования, монодентатные фосфорные лиганды показали, что они могут быть отличными хиральными реагентами для асимметричных реакций присоединения диэтилцинка к енонам. В частности, Феринга представил отличный лиганд для такого применения (Схема 23), который вновь базируется на BINOL ной основе и внешней P-N связи.
Хиральные катионные фосфиты и диамидофосфиты
Хиральные монодентатные фосфиты и диамидофосфиты представляют собой привлекательную группу лигандов для асимметрического металлокомплексного катализа в связи с их синтетической способностью, высокой устойчивостью к окислительному разрушению и их низкой стоимостью . Не менее важным является то, что Р-монодентатные соединения фосфитного типа показали наилучшие результаты в энантиоселективном Rh-катализируемом гидрировании, Cu-катализируемом сопряженном присоединении цинкорганических реагентов, 1г- и Pd- катализируемом аллильном замещении, Pd-катализируемом гидросилилировании - окислении и Ru-катализируемом гидрировании кетонов90" . В сравнении с традиционными фосфинами, оптически активные фосфиты и амидофосфиты кажутся более разнообразными лигандами. Тем не менее электронные свойства традиционные для фосфинового РРп2-фрагмента можно регулировать в основном только путем введения электроно-донорных и электроно-акцепторных заместителей в фенильном кольце. В сравнение фосфиты обеспечивают широкую возможность для тонкой настройки их донорно-акцепторных и стерических свойств путем включения кислорода и/или азота в первую координационную сферу атома фосфора и широким разнообразием кислород - и азот - содержащих строительных блоков97. Этот подход является значительно более практичным в развитии одного универсального лиганда для различных типов асимметрических каталитических реакций. В литературе описаны ахиральные ионные фосфиты, однако практически отсутствуют примеры хиральных ионных лигандов фосфитного типа . Нами были получены их первые представители путем прямого фосфорилирования соответствующих ионных жидкостей в хлористом метилене в присутствии триэтиламина: Новые лиганды сходны по свойствам с веществами 10-12. В частности, они хорошо растворимы в СН2СІ2, СНСІз, ацетоне или ацетонитриле и достаточно устойчивы к гидролизу. Как и в случае синтеза 10-12 , допустимым приемом удаления побочного продукта -гидрохлорида триэтиламина является его экстракция водой из реакционных растворов в СН2СЬ.
Подобно 10-12 , в масс-спектрах 15,16 (метод электрораспыления) присутствуют сигналы катионов [M-BF4]+ с интенсивностью 100% Нами была исследована способность этих лигандов к хелатообразованию при взаимодействии с исходными комплексами Pd (II), Rh(I), Pt(II)81"83-80 85. Так, реакция За-с с 0.5 эквивалентами [Rli(CO)2Cl]2 приводит к хелатным соединениям 17а-с81 82, имеющим в ЯМР 31Р спектрах характерные константы спин-спинового взаимодействия ./(РДп) порядка 275-279 Гц (Таблица 1). В тоже время v(CO) в ИК- спектр хлорокарбонилродиевых соединений [Rh(CO)(rf-P,N)C1] позволяет более чувствительно оценить сг-донориый/7г-акцепторный характер Р,Л -бидентатных лигандов и распределение электронной плотности на металле80 81 8 . Так, сравнение колебательных частот v(CO) 17а и 17с (Таблица 1, рис. 3 и 4) показывает несколько меньшую 71-акцепторную способность лиганда Зс по сравнению с За вследствие +/-эффекта изопропильных заместителей в его Р(ОАг)2 фрагменте. Важно отметить, что сдвиг v(CO) на 5 см"1 в область высоких частот, наблюдающийся при переходе от 17а к 17Ь, свидетельствует о меньшей а-донорной способности азотного центра в составе ЗЬ вследствие электроноакцепторного характера фрагмента Мп(СО)з- С другой стороны, при взаимодействии с [Rh(COD)Cl]2 лиганд За способен выступать как Р-монодентатный, образуя комплекс 18. Его строение было подтверждено с помощью ЯМР 31Р и 13С спектроскопии. В частности, ЯМР С спектр демонстрирует, что 1,5-циклооктадиеновый лиганд является частью комплекса, а отсутствие координационного сдвига сигнала иминного углеродного атома (8с = 161.4) по сравнению со спектром свободного лиганда (Sc = 160.6) подтверждает отсутствие прямой связи металл-азот81. Заслуживает внимания асимметрическое окружение этого лиганда, которое свидетельствует о том, что каждый атом углерода проявляет свой собственный сигнал. Это является следствием влияния громоздкого органофосфорного лиганда, который нарушает геометрию металлокомплекса. Наличие в длинноволновом ИК спектре комплекса 18 единственной полосы поглощения v(Rh-Cl) = 284 см 1 также хорошо согласуется с предложенной структурой. Вместе с тем, координация иминного атома азота может быть легко достигнута при добавлении к комплексу 18 такого акцептора аниона хлора, как AgBF4. В ЯМР 13С спектре нового катионного хелатного комплекса 19 наблюдается выраженный координационный сдвиг сигнала иминного атома углерода (А5с = 14.6) полученный вследствии связывания атома азота с родием.
, исходя из [Rh(COD)(THP)2]BF4: Реакцией иминоарилфосфитых лигандов с 0.5 эквивалентами [Pd(allyl)Cl]2 в присутствие AgBF4 были получены катионные палладиевые хелаты 20а-с80, являющиеся типичными предкатализаторами процессов аллилирования. Состав и строение этих комплексов были подтверждены данными ЯМР С, F, Р спектроскопии; масс-спектрометрии методом электрораспыления и элементного анализа (Таблица 1). Дублет пиков в ЯМР Р спектре соединений 20а-с показывает наличие экзо- и эндо- изомеров . В соответствии с катионой природой 20а-с, в их масс-спектрах зарегистрированы сигналы ионов [M-BF4]+ 100%-ной интенсивности (рис. 5). Кроме того, в реакционном растворе в смеси СН2СІ2/ТГФ нами был сформирован аналогичный платиновый хелатный комплекс 21. В отличие от 20а-с, ЯМР !Р спектр 21 содержит уже псевдотриплеты его экзо- и эндо- изомеров 8р 102.4 м.д., ./(P,Pt) = 7083.0 Гц (45%) и 5Р 102.2 м.д., !J(P,Pt) = 6861.5 Гц (55%). Величины КССВ V(P,Pt) подтверждают выраженный -акцепторный характер лиганда За. Помимо катионных, взаимодействием лиганда За с [M(COD)Cb] (М = Pd, Pt) были также получены нейтральные i/wc-дихлоридные хелатные палладиевый 22 и платиновый 23 комплексы. В ЯМР 31Р спектре 22 присутствует синглетный сигнал 8р 74.1 м.д., в спектре его аналога 23 наличествует псевдотриплет 5р 47.0 м.д., y(P,Pt) = 6138.2 Гц (Таблица 1). ЯМР l95Pt спектр 23 представлен дублетным сигналом 5Pt = -2610 м.д. с КССВ j(Pt,P) = 6143 Гц (рис. 4 и 5). Небольшая разница в координационных сдвигах сигнала иминного атома углерода (А8С22 - Абс 23 = 0.5 м.д.) свидетельствует о близких величинах длин и энергий связи Pd-N и Pt-N. Zfwc-ориентация хлоридных лигандов была подтверждена наличием в длинноволновых ИК спектрах 22 и 23 двух полос поглощения v(M-Cl) (Таблица 2). В Таблице 2 также приведены рассчитанные значения длин связей М-С1, найденные нами по формуле Беджера.
Координационные свойства хиральных катионных фосфитов и диамидофосфитов
Соединения 10-12 выступают как типичные Р-монодентатные лиганды в реакциях с [acacRh(CO)2], [Rh(COD)2]BF4 и [Pd(allyl)Cl]2. Полученные комплексы 26-33 были охарактеризованы данными ЯМР и ИК-спектроскопии, а также масс-спектрометрии. Выраженный электроноакцепторный характер лиганда 10 был подтвержден высокими значениями константы спин-спинового взаимодействия j(P,Rh) = 289.0 Гц и колебательной частоты v(CO) = 2012 см"1 в ЯМР 31Р и ИК спектрах его родиевого комплекса 26. В длинноволновых ИК спектрах нейтральных палладиевых комплексов 28-30 присутствуют узкие симметричные полосы поглощения v(Pd-Cl) в области 268-274 см"1. Взаимодействием лиганда 15 с различным количеством исходного комплекса [Pd(allyl)Cl]2 с участием AgBF4 или без такового были синтезированы палладиевые катализаторы аллильного замещения 34-36: Кроме того, основываясь на факте высокой каталитической активности родиевых комплексов лигандов на основе BINOL, с фосфитом 16 нами был целенаправленно синтезирован его катионный родиевый комплекс 37, охарактеризованный данными ЯМР 31Р, масс-спектрометрии методом электрораспыления и элементного анализа: Хелатообразующие лиганды За-с и их комплексы 19, 20а-с, 22 были протестированы в реакции асимметрического Pd-катализируемого аллильного замещения 1,3-Дифенилаллилацетата, являющегося модельным субстратом для реакции с различными S-, С- и N-нуклеофилами (Схема 34): Каталитические системы на основе лиганда За продемонстрировали высокую энантиоселективность. С участием комплекса 20а в реакции Pd-катализируемого аллильного алкилирования было получено 97% ее при почти количественном химическом выходе продукта 39 (Таблица 3), В сравнение с тс-allyl палладиевым прекурсором, си-дихлоридный комплекс 22 обладает меньшей химической активностью и меньшей энантиоселективностью. Предположительно вследствие стерического загромождения иминоарилфосфит 20 с обеспечивает меньшую энантиоселективность (до 74% её), предположительно вследствие стерического загромождения. Цимантреновый лиганд 20Ь дает не более 38% ее, вероятно вследствие того что Мп(СО)3 является более электроноакцепторной группой по сравнению с циклопентадиеновым кольцом в ферроцене.
Это показывает то, что стереоселективность иминоарилфосфитов За-с в аллилировании 1,3-дифенилаллилацетата зависит от природы нуклеофила. Так в аллильном сульфонилировании лиганд За демонстрирует удивительно низкую энантиоселективность и высокий оптический выход продукта 40 (36% ее) был достигнут не с палладиевыми комплексами, а с родиевым комплексом 19 (Таблица 4). В то же время, лиганды Зс и особенно ЗЬ показывают существенно лучшие результаты - до 50 и 67% ее, соответственно. В случае ЗЬ , было замечено сильное соотношение между энантиоселективностью и природой аниона в используемом палладиевом катализаторе. В аллильном аминировании 1,3-дифенилаллилацетата действием NaN(CHO)2 система 3a/[Pd(allyl)Cl]2 обеспечивает также высокий (96%) оптический выход продукта 41. Так иминоарилфосфит За был найден как многосторонний хелатирующий агент широкого ряда исходных металлокомплексов ([Rh(CO)2Cl]2, [ COD)(THF)2]BF4, [Pd(allyl)Cl]2, [Pt(allyl)Cl]4, [Pd(COD)Cl2], [Pt(COD)Cl2]) и показательный стереоиндуктор различных процессов Pd-катализируемого аллильного замещения. В дополнение к полученным ранее лигандам (5 )-4 и (i?c)-4 и в сравнение с ними, нами были синтезированы и протестированы каталитически новые ДТУ-бидентатные лиганды на основе B1NOL ($,)-7 и (Ra)-7. В Pd-катализируемом аллилировании лиганды (Sa)-7 и (Ra)-7 с трет-бутильным заместителем при асимметрическом атоме углерода в составе мостикового фрагмента оказались менее результативными (обеспечивают не более 36% ее), чем их структурные изомеры (Sa)-4 и (Ra)-4. С участием последних достигнута умеренная энантиоселективность (до 60%). Помимо этого, иминоарилфосфиты были протестированы в реакции Rh-катализируемого гидрирования метиловых эфиров ненасыщенных кислот (Схема 35): Использование лиганда (Ra)-7 обеспечивает образование продуктов 47 и 49 с высокими оптическими выходами - 97% и 92%, соответственно. Нужно отметить, что применение имино фосфитов За-с, не имеющих фрагмента BINOL в своей структуре, приводит к образованию в этих процессах практически рацемических продуктов с низкими химическими выходами. Катионные родиевые комплексы были приготовлены in situ при перемешивании хорошо известного каталитического прекурсора [Rh(COD)2]BF4 с 1 и 2 молярными эквивалентами лиганда под током аргона в СН2С12. Конфигурация бинафтильных половин определяет абсолютную конфигурацию продукта 45. Лиганды 4 и 7 содержащие (Я)-бинафтильные половины привели к образованию (R)-45 продукта с энантиоселективностью до 88%, в то время как некоторые лиганды содержащие (5)-бинафтильный фрагмент продуцируют (6)-45 продукт с меньшей энантиоселективностью (не более 66%). Эти результаты показывают что существует совместный эффект между конфигурацией бинафтильных половин и конфигурацией С -стереоцентра, который выражается в соответствующей комбинации для иминофосфитов Лиганд (7?fl)-7 с mpew-бутильным заместителем дает более высокие значения выходов и ее продукта, чем его изомер (Ra)- 4 (Таблица 5). Такие же зависимости были обнаружены в Rh-катализируемом гидрировании метил 2-ацетамидоакрилата 46. В этом случае существует комбинация (R)- бинафтильных половин и ()-С -стереоцентра. Использование нминофосфита (Яа)-7 показало для продукта 47 отличный оптический выход (97%, Таблица 5).
Аналогично, лиганды с (7?)-бинафтильными половинами были обнаружены как лучшие стереоселекторы в родий-катализируемом гидрировании метил-(2)-2-ацетамидо-3-фенилакрилата 48 (Схема 35). Для дальнейшего изучения потенциала ферроценилиминофосфитов мы так же тестировали их в Pd-катализируемом аллилыюм алкилировании монозамещенного субстрата 1-(4-хлорофенил) аллил метил карбоната 50 с диметил малонатом (Схема 36). Для таких субстратов проверка энантиоселективности процесса, региоселективности так же является проблемой, потому что может быть получена смесь региоизомеров. Большинство палладиевых катализаторов полученных в результате образования ахиральных линейных продуктов предпочтительнее, чем желаемые разветвленные изомеры. Таким образом, развитие высоко регио- и энантиоселективных палладиевых катализаторов остается актуальным. Результаты суммированы в Таблице 6. При проведении замещения в аллильных субстратах, содержащих помимо уходящей группы только один заместитель при одном из-концевых атомов углерода аллильной системы, может иметь место аллильная перегруппировка, что в общем случае должно приводить к смеси двух продуктов: линейного и разветвленного. При этом разветвленный продукт содержит асимметрический центр, и, соответственно, может существовать в виде двух энантиомеров. При использовании в качестве катализаторов комплексов с хиральными лигандами регио- и стереоизомерныи состав продуктов реакции зависит от природы как хирального лиганда, так и переходного металла. В последние годы наряду с Pd-катализом в реакциях аллилирования начинает активно использоваться катализ комплексами Rh, Ir и других металлов. Одновременно ведется поиск новых типов хиральных лигандов, прежде всего, среди фосфитных. В этой связи актуальной является задача выявления факторов, влияющих на регио- и стереоселективность реакций аллилирования. Нами было проведено сравнительное изучение каталитической результативности комплексов Pd(II), Rh(I) и Ir(I) с новыми лигандами фосфитного типа в реакции алкилирования несимметрично-замещенного субстрата. В качестве последнего был выбран 1-(4-хлор фенил) аллилметил карбонат 50. При его взаимодействии с диметилмалонатом возможно образование как разветвленного продукта 51, так и линейного 52 (Схема 36, Таблица 6).
Каталитические свойства катионных фосфитных и диамидофосфитных лигандов
Эффективность новых ионных лигандов 10 и 12 были оценены в Rh-катализируемом асимметричном гидрировании олефинов 44, 46 и 48 (Схема 35). В этих реакциях катализаторы формируются in situ при стандартном перемешивании [Rh(COD)2]BF4 с двумя эквивалентами подходящего ионного лиганда (Ші/субстрат=1:1000, в СН2С12) давая очень различные значения энантиоселективностп, зависящие в основном от природы хирального помощника (Таблица 9). Это весьма достопримечательно, что используя BINOL-производный фосфит 10 давал 9Ъ%ее и 100% конверсию для всех субстратов (44,46,48). Эти результаты мы получили, когда использовали аналогичные BINOL-производные монодентатные фосфиты, которые не являются ионными. Это было знаменито тем что было замечено важное снижение энантиоселективности продукта (Таблица 9, пример 2), когда использовали ионную жидкость [BDMIM]BF4 как растворитель. Катионный диамидофосфит 12 дал только умеренную энантиоселективность до 58% ее. Кроме того, мы провели иммобилизацию катионного родиевого комплекса 26 на подходящий анионный носитель. В качестве такового наиболее удачным оказался силикагель с нанесенной на его поверхность фосфорновольфрамовой кислотой (H3PW12O40)110 111 112. Иммобилизированный катализатор был успешно протестирован в реакции гидрирования диметилитаконта 44 (Схема 36) в пяти последовательных циклах. Он обеспечил высокую энантиоселективость - 89% ее и 100%-ную конверсию субстрата, при этом потеря активности наблюдалась только после третьего цикла катализа. Методом элементного анализа обнаружена крайне низкая концентрация (0.7 м.д. %) родия в фильтрате. Этот результат достаточно важен в плане задачи снижения содержания примеси тяжелого металла в продукте каталитической реакции. При дальнейшей работе новые лиганды 10-12 и их катионные и нейтральные палладиевые комплексы 28-30 и 31-33 показали наилучшую энантиоселективность в асимметрическом Pd-катализируемом аллильном сульфонилировании100 101, аминировании и алкилировании (Схема 34, Таблицы 11 и 12). Снова было обнаружено, что асимметрическая индукция зависит от используемого лиганда.
Используя катионный палладиевый комплекс 31 с BINOL-производным ионным фосфитом 10, продукт сульфонилироваиия 40 достиг 99%ее, что является наивысшей энантиоселективностью, отличающей его от любого другого лиганда. (8)-2-Анилинометилпирролидин содержащий диамидофосфит 11 дал среднюю и низкую энантиоселективность (до 60%) ,его гомолог 12 содержащий N-гептилимидазолиевый фрагмент предоставил 91%ее. Этот замечательный результат является трудно объяснимым. Интересно, что каталитические системы с молярным отношением 12/ Pd=2 были наименее эффективны (Таблица 11, примеры Диамидофосфиты 11 и 12 были обнаружены как хорошие стереоселекторы в Pd-катализируемом аллильном алкилировании 38 (до 93 и 84%ее, соответственно). Оба результата были достигнуты в CFbCb при молярном соотношении L/ Pd=2 (Таблица 11, примеры 11 и 20). Это знаменито тем, что условия каталитического аллильного алкилирования сравнимы с описываемыми для соединений 11 и 12, NCN-производные (IR,2R) транс-диаминоциклогексансодержащие имидазолиевые фосфиты давали только 42%ее. Удивительно, что фосфит 10 и его палладиевые комплексы 28 и 31 показали низкую асимметрическую индукцию (до 38% её) в аллильном алкилировании 38 с диметилмалонатом и в аллильном аминировании 38 с пирролидином и ди-н-пропиламином. Такие плохие результаты не улучшались от смены растворителя (СН2СЬ и ТГФ), молярного отношения LI/ Pd (1 и 2) и природы основания (BSA и Cs2C03). 8 Pd-катализируемом аллильном аминировании 1,3- дифенилаллилацетата 38 с пирролидином (Схема 34) в ТГФ, оба лиганда 11 и 12 дали 43 с высокой энантиоселективностью (90 и 93 %ее, соответственно (Таблица 12, примеры 1 и 5). В аллильном аминировании с ди-н -пропиламином лиганды 11 и 12 дали 90 и 97 % ее и количественную конверсию 38 (ТГФ, L/ Pd=2, таблица 12 примеры 7 и 10). В сумме мы охарактеризовали и получили новый класс Р-монодентатных фосфитных лигандов, несущий фрагмент ионной жидкости. В общем они являются наилучшими лигандами в Rh- катализируемом гидрировании олефинов (до 96%ее) и Pd- катализируемом аллильном замещении (до 99%ее) в органических растворителях. Достопримечательно то, что в этих процессах новые катионные лиганды являются комплементарными: BINOL-производный фосфит 10 является отличным стереоселектором для Rh- катализируемого гидрирования олефинов, оба (S)-2- анилинметилпирролидин-организованные диамидофосфиты 11 и 12 являються более эффективными в Pd-катализируемом аллилировании. Наши результаты показывают, что родиевый комплекс с новым лигандом 10 может быть легко иммобилизирован ионным взаимодействием с негативной обменной поддержкой. С практической стороны, этот новый класс Р-содержащих соединений увеличивает структурное отвлечение хиральных фосфитов и амидофосфитов.
Существует мнение, что они могут быть использованы в сочетании как компоненты в смеси монодентатных Р-лигандов. Нейтральный 34 и катионный 35, 36 палладиевые комплексы так же показали хорошие и отличные энантиоселективности в асимметрическом Pd-катализируемом аллильном аминировании, алкилировании и сульфонилировании (Схема 34). В Pd-катализируемом аллильном аминировании 1,3-дифенилаллил ацетата 38 с пирролидином (Схема 34 и таблица 13), катионный комплекс 36 демонстрирует высокую асимметрическую индукцию (90%ее, таблица 13, пример 6) в ТГФ. Его тетрафторборатный аналог 35 был менее эффективным (до 77% ее, таблица 13, пример 4). Интересно то, что когда ТГФ использовался вместо СН2С12 как растворитель, энантиоселективность во всех случаях была лучше. Максимально описываемая оптическая чистота 99% ее для продукта 42 (Схема 34) была получена с использованием катионного палладиевого комплекса 36 в ТГФ (Таблица 14, пример 4). Нейтральный комплекс 34 дал до 93%ее в том же растворителе (Таблица 14, пример 2). Замечательно то, что этот катионный монодентатный диамидофосфитный лиганд 15 превысил наилучший предыдующий опубликованный результат (90%ее), полученный из его аналога не содержащего ионного фрагмента. Катионный комплекс 35 был также протестирован как катализатор для аллильного аминирования в ионной жидкой среде (1-бутил-З-метилимидазолиум тетрафторборат (ИЖ))105. В первом каталитическом цикле 1А%ее и количественная конверсия были получены за 12 часов (Таблица 15, пример 5). Однако во втором цикле наблюдалось значительное снижение активности вновь восстановленного катализатора (Таблица 15, пример 6). В алильном алкилировании 38 с диметилмалонатом, нейтральный комплекс 34 получил продукт 39 с низкой энантиоселективностью (Таблица 16, примеры 1,2). В противоположность катионный комплекс 35 дал до 90%е (Таблица 16, пример 3). Его хлоридный аналог 36 показал почти полную энантиоселективность (до 89%ее, таблица 15, пример 5) и хорошую конверсию в СЬЬСЬ Это замечательно, так как при условиях каталитического аллильного алкилировании сравнимых с таковыми описанными для лиганда 15, карбен производные (1 R, 2 R)-транс-диаминоциклогексан организованные имидазолиевые фосфиты дают только 42% ее. Ионный диамидофосфит 15 был обнаружен как хороший стереоселектор в Pd- катализируемом аллильном сульфонилировании 38, давая до 83%ее (Таблица 17, пример 1).
Похожие диссертации на Синтез координационных соединений Pd(II), Pt(II) и Rh(I) с нейтральными и катионными лигандами фосфитной и диамидофосфитной природы
