Новые палладациклы и их применение в энантиоселективном катализе Зыков Павел Андреевич

Содержание к диссертации

Введение

II. Литературный обзор "Применение циклопалладированных комплексов в энантиоселективном катализе" 3

II.1. [3,3]-Сигматропные перегруппировки 4

II. 1.1. Аза-кляйзеновская перегруппировка 4

II.1.2. Окса- и тиакляйзеновские перегруппировки 15

II.2. Альдольная конденсация 19

II.3. Реакция Михаэля 26

II.4. Реакции аллилирования кратных связей и аллильного замещения 31

II.4.1. Реакции аллилирования альдегидов и иминов 31

II.4.2. Реакции аллильного замещения 34

II.5. Другие трансформации 37

II.6. Кросс-сочетание и аналогичные процессы 45

II.7. Заключение 51

III. Обсуждение результатов 52

III.1. Синтез лигандов 54

III.1.1. Аксиально хиральный фосфит HL1 54

III.1.2. Диазафосфолидин HL2 55

III.1.3. Прохиральные лиганды HL3-HL5 59

III.2. Синтез циклопалладированных комплексов 59

III.2.1. Фосфапалладацикл с элементами аксиальной хиральности 60

III.2.2. Т^-Хиральный диазафосфолидиновый фосфапалладацикл 64

III.2.3. Фосфапалладацикл со связью Pd-C* 66

III.2.4. Р*-хиральный />С-палладацикл 68

III.2.5. Планарно хиральный C/V-палладацикл 68

III.3. Структурные исследования циклопалладированных комплексов 69

III.3.1. Фосфапалладацикл с элементами аксиальной хиральности 69

III.3.1.1. Спектральные исследования 69

III.3.1.2. Квантово-химические расчеты структуры валинатных адду кто в 73

III.3.1.3. Рентгеноструктурное исследование фосфинового аддукта...75

III.3.1.4. Квантово-химическое исследование фосфинового аддукта...81

III.3.2. Т^-хиральный диазафосфолидиновый палладацикл 85

III.3.3. Фосфапалладацикл со связью Pd-C* 88

III.4. Применение циклопалладированых комплексов в катализе 90

III.4.1. Попытка энантиоселективного катализа гидроарилирования...91

III.4.2. Тестирование механизмов реакций кросс-сочетания 91

IV. Экспериментальная часть 97

IV. 1. Общие условия, реагенты и растворители 97

IV.2. Синтез диамина (5*с)-7 98

IV.3. Определение энантиомерной чистоты диамина (Sc)-7 102

IV.4. Синтез лигандов 103

IV.5. Определение энантиомерной чистоты диазафосфолидина (RP)-HL .104

IV.6. Синтез димерных циклопалладированных комплексов 105

IV.7. Синтез моноядерных циклопалладированных комплексов 109

IV.8. Оптическое расщепление рацемического комплекса гас-За 110

IV.9. Определение ЭЧ палладациклов 112

IV.10. Применение циклопалладированых комплексов в катализе 114

Выводы 115

Список цитируемой литературы 118

• Альдольная конденсация
• Прохиральные лиганды HL3-HL5
• Планарно хиральный C/V-палладацикл
• Применение циклопалладированых комплексов в катализе

Введение к работе

Актуальность проблемы. История развития химии циклопалладпрованных комплексов (ЦПК) насчитывает почти половину столетия, причем первоначально основное внимание уделялось разработке различных вариантов регионаправленного органического синтеза в стехио-метрическом режиме. Развитие сгереохимической ветви этой области началось с появлением в 70-х годах прошлого века первых оптически активных С*-хиральных палладациклов и их пла-нарно-хиральных аналогов, которые долгое время оставались полными монополистами. Безусловным прогрессом последних десятилетий следует признать резкий всплеск интереса к структурной и сгереохимической диверсификации соединений этого класса.

Практическое применение хиральных ЦПК ориентировано в конечном итоге на обеспечение нужд стехиометрического и каталитического асимметрического синтеза. Действительно, наиболее популярное и широко развитое направление - разделение на циклопалладпрованных матрицах энантиомеров рацемических фосфинов, дифосфинов и аминофосфинов - поставляет лиганды для асимметрического катализа комплексами переходных металлов. Той же цели служат многочисленные варианты промотируемых хиральными палладациклами реакций Дильса-Альдера и гидрофосфинирования. Спектральное определение энантиомерного состава органических молекул с использованием оптически активных CN- или РС-палладациклов также можно рассматривать как простой и эффективный инструмент для контроля за ходом асимметрических трансформаций любого типа.

Отличительной особенностью последних лет следует признать непосредственное вовлечение хиральных палладациклов в энантиоселективный катализ - в роли катализаторов или пре-катализаторов. Толчком к развитию этого направления послужили впечатляющие успехи, достигнутые при внедрении ЦПК в ахиральный гомогенный катализ. Преимущества нового класса (пре)катализаторов базируются на их высокой термической, окислительной и гидролитической стабильности. Именно эти свойства определяют их уникальную эффективность в катализе, часто на много порядков превышающую таковую классических координационных соединений палладия. Поэтому неудивительно, что следующим шагом в развитии этой ветви тонкого органического синтеза стал переход к энантиоселективному катализу хиральными ЦПК. Достижение успеха в этой области требует не только оптимального сочетания стабильности и каталитической активности циклопалладированного катализатора с его способностью к хиральному распознаванию, но и адекватного соответствия структуры катализатора механистическим требованиям химической трансформации.

¹ г« 1 \

Ситуация, сложившаяся в последние годы в области энантиоселективного катализа хи-ральными ЦПК, делает актуальным как создание палладациклов новых структурных и стерео-химических типов, так и разработку новых подходов к решению механистических проблем.

Цель работы - синтез оптически активных ЦПК новых стереохимических типов, включая РС-палладациклы с элементами аксиальной хиральности, с я-акцепторным Р-донором и с прямой связью Pd-C*, а также разработка метода оценки судьбы палладациклов в катализируемых ими процессах, основанного на применении оптически активных циклопалладированных производных прохиральных лигандов.

Научная новизна и практическая ценность работы

1. Синтезированы энантиомерно чистые фосфапалладациклы ранее неизвестных структурных и/или стереохимических типов: первый РС-палладацикл с элементами аксиальной хиральности; первый РС-палладацикл с асимметрическим С*-стереоцентром, непосредственно связанным с металлом и являющимся единственным источником оптической активности комплекса; первый РС-палладацикл с л-акцепторным Р-етереоцентром на основе диазафосфолиди-на. Оптимизированы условия активации связей (sp²)C-H или (sp⁵)C-H в соответствующих ли-гандах.

2. Впервые показана возможность прямой активации связей С-Н в лигандах, полученных на основе 1,Г-бинафтил-2Д'-диола (BINOL), в условиях термолиза (-110 С) без снижения энантиомерной чистоты исходного лиганда, вместо многостадийной процедуры, основанной на окислительном присоединении предварительно функционализованного лиганда.

3. На примере производных фосфитного ЦПК впервые проведен детальный анализ специфики переноса хиральной информации от ее первичного источника к палладациклу и к координационному окружению металла на основании комбинированного использования геометрических параметров молекул в кристалле (РСА) и в газовой фазе (расчеты методом DFT).

4. Разработаны новые спектральные (ЯМР ^3|Р) методы определения энантиомерного состава РС-палладациклов и исходных оптически активных лигандов с применением (Рс)-валина-та, (Лс,Кс)-стильбекдиамина или энантиомерно чистого (5с)-С№палладацикла на стадии хиральной дериватизации.

5. Разработан принципиально новый и универсальный способ привлечения спектроскопии ЯМР ³¹Р для определения энантиомерного состава GV-палладациклов, основанный на использовании в качестве хирального дериватюирующего агента фосфинита (P^-MenthOPPlb, легко доступного из природного спирта - (Дс)-ментола.

6. Впервые показана возможность катализа гидроарилирования норборнсна при комнатной температуре с использованием Р*-хирального диазафосфолидинового ЯС-палладацикла в качестве (пре)катализатора.

7. Впервые разработана методология, позволяющая фиксировать сохранение или дехела-тирование ЦПК при их функционировании в катализе, основанная на введении в данный процесс оптически активных циклопалладированных производных прохиральных лигандов в качестве (пре)катализаторов.

Апробация работы. Материалы исследования докладывались на Международной конференции по неорганической и координационной химии (Иерусалим, Израиль, 2008), а также на Международной конференции по металлоорганической и координационной химии (Нижний Новгород, Россия, 2008). Диссертационная работа выполнена при поддержке гранта Отделения химии и наук о материалах РАН по программе «Теоретическое и экспериментальное изучение природы химической связи и механизмов важнейших химических реакций и процессов» (ОХНМ-01).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе статей - 3, тезисов - 2.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, включая введение, литературный обзор (посвященный анализу эффективности хираль-ных ЦПК в энантноселективном катализе различных химических трансформаций), обсуждение результатов, экспериментальную часть, выводы и список литературы (259 наименований); она содержит 16 рисунков, 6 таблиц и 67 схем.

Альдольная конденсация

Классический вариант альдольной конденсации основан на присоединении енолятов к группе С=0 альдегидов или кетонов с образованием [З-гидроксикарбо-нильных соединений. Известны многочисленные версии асимметрического катализа этого процесса альдолазами,[б8] хиральными органическими соединениями 69 7 или комплексами различных оксофильиых металлов (Ті, Zr, Sc, Ln, Sn, Zn, Cu).[68"70J Потенциал координационных соединений более мягких переходных металлов (Аи, Ag, Rh) в катализе альдольных конденсаций обычно оценивают на специфической версии этого процесса, включающей реакцию альдегидов с изоцианидами, содержащими электроноакцепторные группы (EWG = electron-withdrawing group) при а-углеродном атоме (схема 11)J68,71] Первичными продуктами такой трансформации являются 4,5-дизамещенные 2-оксазолины, гидролиз которых (при EWG = CO2R ) открывает путь получения производных р-гидрокси-сс-аминокислот, представляющих интерес не только как биоактивные соединения, но и как ценные структурные блоки для тонкого органического синтеза.

Хотя первые версии энантиоселективного катализа этого процесса координационными соединениями переходных металлов были разработаны еще в 1986 г.,[72] лишь десятилетие спустя были сделаны первые попытки апробации оптически активных ЦПК в катализе таких реакций.173 74-1 До последнего времени в катализ альдольной конденсации вводили только "пинцетные" цдк[22 25 27 75] NCN-,[16 82] SCS-L831 или РСР-типа,173 84 851 без механистической мотивации такого выбора, но с идеей погружения металлического центра в некий хиральный "карман". Обычно катализатор переводят в форму катионных аква- или сольватированных частиц с целью освобождения координационной вакансии. Предполагается 73 78 831 что роль катали затора в этих реакциях сводится к активации изонитрильного реагента за счет его связывания металлом, хиральное окружение которого диктует стереохимию последующей атаки альдегидом енолятного интермедиата. Образование такого рода ад-дуктов металлациклов с изонитрилами было подтверждено спектрально (ЯМР !Н) на примере платинового аналога одного из пинцетных комплексов. Первичное тестирование циклопалладированных катализаторов обычно осуществляют на модельной реакции бензальдегида с метилизоцианоацетатом (схема 12, R = Ph); в некоторых случаях далее варьируют структуру альдегида173 76 78 82 831 или изонитрила.178 851 Как правило, конденсацию проводят с 1 мол% катализатора в присутствии 10 мол% амина Pr2NEt (Hunig s base) в качестве основания в дихлор-метане при комнатной температуре. Эти условия считаются стандартными; попытки улучшения каталитических систем за счет вариации растворителя (ТГФ, толуол)1841 или основания (DABCO, Bu3N, Et3N)t? ] не дали ожидаемого результата.

Сравнительно низкие загрузки катализатора и мягкие условия реакций с участием ЦПК свидетельствуют об их относительно высокой каталитической активности.

При разработке систем для катализа альдольной конденсации к обычной проблеме энантиоселективности реакции добавляется еще и задача повышения ее диастереоселективности, поскольку этот процесс сопряжен с возникновением двух С -стереоцентров в оксазолинах 7, которые образуются в общем случае в виде четырех диастереомеров транс- и цис-конфигурации (схема 12). Практически во всех изученных системах преимущественно образуются транс-диастереомеры: за редкими исключениями1-79 82 8 соотношение (E)/(Z) варьирует от 62:38 до 99:1. cis-1Большинство катализаторов NCN-тиш обладает хорошей каталитической активностью (60-99% конверсии), но диастереоселективность реакций как правило оставляет желать лучшего: доля трянс-диастереомера оксазолина 7 в смеси с цис-1 колеблется в интервале 57-75%. Она повышается до 95% только в катализируемых СЯ-комплексами ХШа,Ь реакциях с алифатическим альдегидом, которые идут с той же селективностью и без катализатора. При катализе большинством NCN- и SCS-катализаторов (XIII-XVTII) оксазо-лины образуются либо в виде рацемата, либо с крайне низкой степенью энантио-мерного обогащения (0-12 %ее). Такой низкий уровень энантиоселекции ( 3 %ее)[80 83] вполне объясним в случае комплексов XIII-XV, С -стереоцентры которых локализованы в столь далекой периферии молекулы, что скорее было бы странно ожидать сколько-нибудь заметной передачи хиральной информации. Причиной полного отсутствия энантиоселективности в катализе гептацикли ческими iVC/V-комплексами XVIa,b (0 %ее)177] может быть как высокая степень пла-нарности этой структуры, так и удаленное расположение хиральных терпеновых фрагментов от металлического центра. Дополнительные осложнения могли здесь возникать за счет проблем с освобождением координационной вакансии - в катализ вводились производные с хлоридным или ацетатным анионом, достаточно прочно связанным с металлом, в результате чего реакция может идти преимущественно по некатализируемому маршруту. В серии этих неудачных катализаторов лидирует ./VCW-комплекс XVII, с которым в стандартной модельной реакции с бензальдегидом (схема 12, R = Ph) получен максимальный оптический выход 12 %ее.[81] При этом катализатор вводился в виде аква-производного [(NnCnN)Pd(OH2)]+, генерируемого in situ обработкой исходного бромида AgBF4. Конечно, от такого комплекса можно было бы ожидать

Прохиральные лиганды HL3-HL5

Как и следовало ожидать/ ] циклопалладирование хиральных Р-донорных 1 2 лигандов HL и HL новых структурных типов оказалось непростой задачей; потребовалась модификации известных методов активации связей С-Н. Энантиомеры РС-палладацикла на основе прохирального фосфина HL3 выделены расщеплением известного рацемического димера/ . Оптически активные ЦПК на основе других прохиральных лигандов, HL (см. 7 ]) и HL5 (см.[6]), получены известными методами. Поскольку возможности спектрального исследования димерных ЦПК ограничены из-за их динамической подвижности1198"200 и существования в виде смесей synlanti и mesoldl изомеров (в случае рацемических соединений), исходные димеры были переведены в моноядерное фосфиновые производные реакцией раскрытия хлоридных мостиков. Известны два способа циклопалладирования ахиральных фосфитов. Двуста-дийная методика,[163] включающая выделение промежуточного моноядерного координационного комплекса, с его последующим термолизом в присутствии дополнительного эквивалента палладия, обеспечивает выходы РС-палладациклов от сред-них[20і] до дОВОЛЬН0 высоких.[168 202] Недавно предложенная одностадийная методи-ка[173,П4] основанная на реакции палладий-содержащих реагентов с фосфитами в соотношении 1:1, позволяет получать с высокими выходами циклопалладирован-ные производные простых триарилфосфитов (до 98%[173 203 204]), которые уменьшаются до (43-53%) в случае объемистых лигандов, содержащих семи- или восьми-членные гетероциклы, [1,3,2]-диоксафосфепиновые[103] или [1,3,2]-диоксафосфоце-новые."741 С учетом этих данных циклопалладирование фосфита HL1 представлялось довольно трудной задачей. Оптимизация условий проводилась на рацемическом лиганде rac-HjJ. Двустадийная схема (PdCb : rac-HL1 = 1:1, 25 С) оказалась непродуктивной из-за выделения палладиевой черни и образования сложной смеси продуктов уже на стадии получения координационного предшественника. С аналогичными проблемами мы столкнулись и в одностадийном подходе (PdCl2 : rac-HL = 1:1, 2-метоксиэтанол, A).[205J Не привело к успеху и применение более электро фильного реагента Pd(OAc)2 - реакции в MeCN начинались с интенсивного выделения палладиевой черни уже при комнатной температуре. Только при использовании PdCl2(NCPh)2 в качестве палладирующего агента удалось получить димер гас-1а с выходом 37% (1,2-дихлорэтан, А) или даже 53% (толуол, А). Последним методом получен и оптически активный ЦПК (Sa,Sa)-la с выходом 40% (схема 8). Отметим, что попытка стимулировать активацию связи С—Н введением основания (ЕізІЧ, см.[ ]) оказалась безуспешной вследствие быстрого восстановления палладия(П). гас-la по сравнению с таковым для энантиомерно чистого (Sa,Sa)-la можно связать с крайне низкой растворимостью рацемата, способствующей смещению равновесия в сторону образования палладацикла. Но это полезное на стадии синтеза свойство димера rac-la существенно затрудняло его очистку.

Проблема была решена переводом in situ нерастворимого димера rac-la в его хорошо растворимое моноядерное пиридиновое производное PdCl(r -HL )(Ру) (lb), которое далее очищали хроматографически (схема 9). Ранее была показана возможность регенерации димерных ЦПК из их моноядерных производных на силикагеле.[206 207] Сильное структурное транс-влияние (СТВ) карбанионного и фосфорного донорных атомов РС-палладацикла существенно облегчает элиминирование вспомогательного пиридинового лиганда из ад-дукта гас-lb, что позволило выделить очищенный димер rac-la в условиях колоночной хроматографии. Необходимый для спектральных исследований моноядерный фосфиновый аддукт rac-lc получен стандартным методом с выходом 60% (схема 10): Дополнительная проблема возникла в связи с возможностью рацемизации 1,Г-бинафтильного фрагмента при термической активации связи С-Н в лиганде HL1. Сообщалось, 1 5 что полученные из BINOL a бисфосфиты частично рацемизуются при температурах выше 60 С. По этой причине синтез большинства пинцет-ных РСР-комилсксов осуществлялся довольно сложным путем через окислительное присоединение предварительно функционализованных лигандов к нульвалент ному палладию. Априорно можно привести несколько аргументов против возможности рацемизации 1,Г-бинафтильных фрагментов в столь мягких условиях. Во-первых, с этим не согласуются высокие оптические выходы (до 99.8% ее) в энантиоселектив-ных реакциях, катализируемых комплексами переходных металлов с фосфита-ми[209] и фосфорамидитами1-210 21 на основе BINOL a в том же или в более жестком температурном режиме (до 120 С). Во-вторых, известно, что частичная рацемизация исходного диола BINOL через вращение вокруг связи С(1)-С(Г) требует более жестких условий (xU2rac = 60 мин при 220 С),[215] а его моноацилированные производные рацемизуются лишь при 275-280 С.[216] В-третьих, барьеры рацемизации для BINOL a[215] и его моноациллированных производных,121 б] рассчитанные кван-тово-химическими методами, достаточно высоки (AG#rac = 158 кДж/моль и Еа = 159-165 кДж/моль соответственно). В-четвертых, в литературе обсуждался механистически иной путь рацемизации бинафтильного фрагмента за счет взаимодействия между 2,2 -заместителями, приводящего к образованию пятичленного цикла. Например, такой маршрут рацемизации через пятичленный СС-паллада(1У)цикл предполагался для объяснения потери энантиомерной чистоты 2,2 -дийодо-1,Г-би-нафтила в условиях реакции Сузуки.[217 218] Возможно, по сходному маршруту осу ществляется рацемизация и мопоацилированных производных BINOL a в условиях перегруппировки Ньюмана-Квота/ где вполне может образоваться интермедиат, содержащий динафтофурановый или -тиофеновый пятичленный цикл, замкнутый через С(2) и С(2 ) атомы. Однако очевидно, что подобные процессы неосуществимы в сравнительно мягких условиях в случае лиганда HL1 и его аналогов, содержащих семичленный диоксафосфепиновый цикл. Тем не менее, мы должны были проверить, сохраняется ли в образующемся палладацикле (Sa,Sa)-la энантиомерная чистота (5,,)-1 Д -бинафтильного фрагмента в термических условиях, применяемых для активации С—Н связи в лиганде (Sa,Sa)-HL1 (толуол, ПО С). Следует отметить, что намного более жесткие условия использовались11 для прямой активации связи С—Н при синтезе пинцетных РСР-комплексов типа III (150С, цл ). К сожалению, в этом кратком сообщении нет данных об энантиомерном составе продуктов реакции, поэтому вопрос о применимости прямой активации связи С—Н для получения оптически активных РСР-комплек-сов данного типа до сих пор оставался открытым. Энантиомерная чистота димера (Sa,Sa)-la определена нами методом ЯМР Р после его хиральной дериватизации in situ (Лс)-вапинатным вспомогательным ли-гандом (схема 11).

Планарно хиральный C/V-палладацикл

Энантиомерно обогащенный димер (Spi,Spi)-5a получен асимметрическим циклопалладированием лиганда HL5 в присутствии 7У-ацетил-(і?с)-лейцина в качестве основания и индуктора хиральности в описанных ранее условиях 61 с выходом 74%. Ранее энантиомерный состав этого димера определяли либо методом химических корреляций (не исключающим искажения ЭЧ в ходе многочисленных трансформаций),161 либо методом ЯМР !Н с использованием (і?с)_валината для его хиральной дериватизации.[224 225] Преимущества применения ЯМР !Н для определения энантиомерного состава широко известны,12261 однако естественным ограничением этого подхода является его неприменимость к структурам с усложненным углеродным скелетом. В связи с этим нам показалась привлекательной идея разработки нового метода определения ЭЧ CTV-палладациклов с использованием спектроскопии ЯМР 31Р, оптимальной для решения аналитических проблем. В основу метода положена хиральная дериватизация С/У-димеров оптически активным Р-донорным лигандом, в качестве которого выбран известный12271 фосфинит (7?c)s-MenthOPPh2 (Q), легко доступный из природного терпенового спирта - (Яс)-ментола (схема 18). Этот метод имеет ряд преимуществ, (і) Рацемический димер гас-5а легко превращается в смесь диастереомерных аддуктов 5b in situ при комнатной темпе-ратуре. (ii) Наличие в спектре ЯМР Р полученной смеси лишь двух сигналов указывает на региоспецифичную /ира«с(Р,іУ)-координацию лиганда (Rc)-Q, типичную для аддуктов CTV-палладациклов с Р-донорными лигандами. 2081 (iii) Узкая форма этих сигналов (Avi/2 = 6.5 Гц) свидетельствует о прочной координации фосфинита, не осложненной динамическими процессами, а их разрешение (А8 1.4 м.д.) вполне достаточно для корректного определения ЭЧ образца скалемического CW-димера 5а (91% ее), (iv) Разработанный нами метод определения ЭЧ универсален и может применяться для CTV-палладациклов с углеродным скелетом любой степени сложности. Циклопалладированная структура и стереохимия полученных ЦПК установлены спектральными исследованиями (ЯМР Н, щ Н}, Щ31?} и 31Р{1Н}) моноядерных аддуктов и рентгеноструктурным исследованием некоторых из них. Спектральные исследования моноядерных производных 1с и Id и РСА фос-финового аддукта 1с подтвердили активацию ароматической связи С-Н в лиганде HL1 и геометрическую конфигурацию комплекса 1с.

Для установления региохимии координации валинатного лиганда в комплексе Id потребовались дополнительные квантово-химические расчёты. Перенос хиралыюй информации от аксиально хи-рального 1,Г-бинафтильного фрагмента к реакционному центру палладацикла 1 обсуждается на основании данных РСА и DFT. Спектр ЯМР 31Р{1Н} моноядерного фосфинового аддукта гасЛс содержит два дублетных сигнала при 5 149.9 и 17.66 м.д., относящихся к атомам фосфора РС-палладацикла (Р(1)) и вспомогательного лиганда PPh3 (Р(2)) соответственно. Величина КССВ 2JP)P 45.2 Гц однозначно свидетельствует о г/ис(Р,Р)-геометрии комплекса. [228 229] Отметим, что г/г/с(Р,Р)-координация Р-донорных лигандов типична для большинства фосфитных палладациклов;[173 202 204,208 230 23 примеры образования смесей цис/транс изомеров крайне редки. ] без константы 3./н,н- Отнесение этих сигналов к протонам Н(6") и Н(4") соответственно, основано на следующих аргументах. Во-первых, сдвиг первого сигнала в слабые поля указывает на влияние анизотропии хлоридного лиганда: согласно данным DFT (см. главу Ш.3.1.4.) и РСА (см. раздел Ш.3.1.3.) расстояние Н(6") "С1 равно 2.49 и 2.66 А соответственно. Во-вторых, полезную информацию дает разница между КССВ протонов Н(6") и Н(4") с двумя атомами фосфора: оба протона имеют КССВ V pi с атомом Р(1) фосфапалладацикла, равную 5.6 и 2.6 Гц соответственно, но только протон Н(6") имеет довольно большую КССВ с атомом Р(2) фос-фина PPh3 (VH,p2 8.0 Гц). При идентификации сигналов 1,Г-бинафтильного фрагмента мы отталкивались от сигналов протонов Н(3)/Н(3 ) (5 7.38 и 7.46 м.д.) с КССВ 4-/н,рі, равной 0.9 и 1.2 Гц соответственно. Отнесение сигналов протонов Н(5)/Н(5 ) (5 7.84 м.д.) и Н(4)/Н(4 ) (5 7.59 м.д.) было основано на экспериментах с NOE. Так, облучение на частоте сигнала протонов Н(5)/Н(5 ) приводит к откликам протонов Н(4)/Н(4 ) и наоборот с эффективностью 4.8 и 3.9% соответственно. Отметим, что по данным DFT расстояние Н(5)"Н(4) равно 2.44А. Дополнительным подтверждением правильности отнесения сигналов в аддукте rac-lc может служить та же тенденция в положении сигналов протонов комплекса, найденная при квантово-химическом расчёте его спектра ЯМР н (табл.1). Аналогично было сделано и отнесение сигналов в спектре ЯМР Н валинат-ного производного (Sa,Rc)-1-d. В основу дифференциации двух диастереотопных протонов группы NH2 валинатного лиганда положена корреляция значений КССВ 3-/HN,can (4.4 и 7.2 Гц соответственно) с величинами двугранных углов ZHNCaH (+44.67 и +161.84 для NHe? и NH" протонов соответственно). Последние параметры взяты из рассчитанной методом DFT структуры mpauciN, С)-изомера аддукта (Sa,Rc)-ld. Дополнительным подтверждением правильности отнесения сигналов при 8 1.69 и 2.10 м.д. к протонам NHe ? и NH" соответственно, может служить та же тенденция в положении двух сигналов, найденная при квантово-химическом расчёте спектра ЯМР !Н mpaHc(N,C)-moMepa аддукта (Sa,Rc)-ld: Ьц 1.27 и 1.57 м.д. для NHe? и NH" протонов соответственно (табл. 2).

Применение циклопалладированых комплексов в катализе

Предполагалось два направления применения полученных оптически активных ЦПК на основе хиральных и прохиралъных лигандов. Комплексы первого типа предназначались для апробации в асимметрическом катализе, а вторые - для выяс Здесь и далее порядок числовых значений параметров соответствует порядку их упоминания в тексте нения судьбы палладациклов при их функционировании в каталитических циклах на примере ахиральных процессов. Ш.4.1. Попытка энантиоселективного катализа гидроарилирования Первое направление было ограничено апробацией РС-палладацикла 2 в катализе гидроарилирования норборнена. Отметим, что на сегодняшний день применение ЦПК в катализе гидроарилирования ограничено тремя работами,[154"156] лишь в двух из которых использовались оптически активные комплексы C7V-[154] и CNN-та-па.[155] При этом приемлемая каталитическая активность достигалась только при повышенных температурах (65-120 С); в этих работах 154 1551 признаки асимметрической индукции не обнаружены (0% ее). Поскольку энантиоселективность реакций обычно понижается в жестких температурных условиях, предварительно мы оценили возможность проведения каталитического гидроарилирования при комнатной температуре, используя на этом этапе рацемический димер гас-2а (схема 20). Опыты с димером гас-2а подтвердили, что он является достаточно эффективным катализатором процесса гидроарилирования: 2-фенилнорборнан 13 выделен с выходом 65% в реакции, проведенной при комнатной температуре. При катализе этой реакции оптически активным комплексом (SP,SP)-2a (1 мол%) в аналогичных условиях бициклическое соединение 13 выделено с выходом 55%. Однако, несмотря на более мягкий (по сравнению с ранее использовавшимся)1154 1551 температурный режим, асимметрическая индукция от Р -хирального палладацикла (Sp,SP)-2 нами также не обнаружена: [a]D 0 (с 1.0, СНС13). Ш.4.2. Тестирование механизмов реакций кросс-сочетания Безуспешная попытка реализации энантиоселективного катализа с одним из полученных ЦПК, наряду с многочисленными известными из литературы фактами отсутствия асимметрической индукции от оптически активных палладациклов в катализе реакций кросс-сочетания (см. главу II), потребовали выяснения судьбы пал ладациклов в ходе их функционирования в каталитических циклах процессов подобного типа.

Идея тестирования заключалась в катализе реакций оптически активными циклопалладированными производными прохиральных лигандов, с последующим выделением ЦПК из реакционной смеси с целью контроля за их энаитиомерным составом. При этом события могут развиваться по одному из двух сценариев. (і) Если палладацикл не подвергается дехелатированию за счет разрыва связи Pd-C при его функционировании в катализе, то выделенный по окончании реакции комплекс должен сохранять как абсолютную конфигурацию, так и исходный энантиомерный состав (схема 21, путь А). Такой результат вполне реален, если в основе каталитического цикла лежат взаимопревращения p II/p(jIV;[158 162 164 167] однако он может быть получен также и при реализации редокс-схемы Pd/Pdn, но только при условии функционирования палладацикла в виде анионных частиц [(42-L)PdYnr.[252] (ii) Если катализ осуществляется по классической схеме Pd/Pdn (см. [18,158 16 ), предполагающей дехелатирование палладацикла за счет разрыва связи Pd-C, то с учетом стандартных для процессов кросс-сочетания условий ( 100 С, основание) резонно было предположить возможность повторного циклопалладирования образующегося при этом прохиралъного к -координированного через гетероатом лиганда. Однако выделенный по окончании реакции такого типа комплекс должен быть рацемическим, поскольку металлирование по любой из прохиральных групп равновероятно (схема 21, путь Б). Отметим, что прецеденты регенерации циклопал-ладированных катализаторов с относительно высокими выходами в реакциях дан [253] ного типа известны.

Для оценки судьбы палладациклов при их функционировании в качестве катализаторов реакций кросс-сочетания мы использовали циклопалладированные производные прохиральных Р- (4) и TV-донорных лигандов (5); от применения РС-палладацикла 3 с прямой связью Pd-C в тех же целях мы отказались ввиду его пониженной конфигурационной стабильности (см. раздел Ш.2.З.). Первоначально в роли тестового катализатора мы выбрали энантиомерно обогащенный до 91 %ее / -хиральный РС-димер (SP,SP)-4a, а в качестве модельной реакции - кросс-сочетание по Хеку. С целью обеспечения количеств регенерированного катализатора, достаточных для последующих спектральных исследований, для арилирования стирола был избран малоактивный хлорид PhCl. Реакция проводилась в стандартном для таких процессов высокотемпературном режиме (150 С, схема 22). Выделенный после ее окончания с выходом 76% димер (Sp,Sp)-4a имел резко пониженную (до 17% ее) энантиомерную чистоту. (22) В холостом опыте, при нагревании энантиомерно чистого димера (SP,SP)-4a ( 98 % ее) в диметилацетамиде (ДМА) в присутствии ацетата натрия, но без арил-хлорида и стирола, выделенный с почти количественным выходом (99 %) димер-ный ЦПК оказался оптически активным, с лишь незначительно пониженной ЭЧ (86 %ее, схема 23): %ее Существенный контраст между энантиомерным составом образцов комплекса (Sp,Sp)-4a, выделенных из основного и холостого опытов (17 и 86 %ее), вполне согласуется с предположением о деструкции РС-палладацикла при его функционировании в катализе. Незначительное понижение его ЭЧ в холостом опыте резонно связать с возможностью внутримолекулярного перепалладирования лиганда при