Содержание к диссертации
Введение
1. Введение З
2. Хиральные /yV-бидентагные фосфиты, фосфорамидиты и диамидофосфиты в энантиоселективных каталитических процессах 7
2.1. Cu-катализируемое асимметрическое 1,4-сопряженное присоединение Et2Zn к енонам 10
2.2. Pd-катализируемое асимметрическое аллильное замещение 21
2.3. Rh-катализируемое асимметрическое гидросилилирование кетонов 36
2.4. Rh- и Ir-катализируемое асимметрическое гидрирование олефинов 39
2.5. Rh-катализируемое асимметрическое гидроборирование олефинов 43
2.6. Rh-катализируемое асимметрическое гидроформилирование олефинов 45
2.7. Прочие асимметрические процессы, катализируемые комплексами переходных металлов с хиральными фосфитами 47
3. Синтез и координационные свойства новых групп хиральных Р^-бидентатпых производных фосфористой кислоты и их использование в асимметрическом катализе аллильного замещения 49
3.1. РД-бидентатные фосфопроизводные ферроценсодержащих альдиминов 49
3.1.1. PjW-бидентатные иминодиамидофосфиты с хиральным атомом фосфора 49
3.1.2. Хиральные РД-бидентатные иминофосфиты 59
3.1.3. Фосфиты и диамидофосфиты с числом донорных атомов больше двух 70
3.2. РД-бидентатные фосфопроизводные аминоспиртов с хиральным атомом фосфора 75
3.3. Р^-бидентатные иминодиамидофосфиты на основе планарнохирального цимантрепа 82
3.4. V-бидентатные лиганды фосфитного типа с хиральной оксазолиновой периферией 89
3.5. РД-бидентатные лиганды фосфитного типа с кетиминной периферией на основе (#)- (+)-камфоры 103
4. Экспериментальная часть 110
Выводы 141
- Pd-катализируемое асимметрическое аллильное замещение
- Rh-катализируемое асимметрическое гидроформилирование олефинов
- РД-бидентатные фосфопроизводные аминоспиртов с хиральным атомом фосфора
- РД-бидентатные лиганды фосфитного типа с кетиминной периферией на основе (#)- (+)-камфоры
Введение к работе
I 4 V ' ^ Актуальность темы
Асимметрический катализ является одним из наиболее эффективных методов получения хиральных соединений, широко используемых в качестве строительных блоков в синтезе многих природных веществ, имеющих практическую значимость, а также лекарственных препаратов. Высокий энантиомерный избыток продукіа каталитической реакции достигается, как правило, применением комплекса переходного металла с хиральным лигандом. Выдающийся успех был достигнут при использовании в качестве стереоиндукторов комплексов фосфорсодержащих соединений. Особое положение среди них занимают хиральные РД-бидентатные лиганды. Благодаря наличию в их структуре двух принципиально различных донорных центров, содержащих атомы фосфора и азота, появляется возможность в широких пределах варьировать стерические и электронные параметры лиганда, а также природу и стереохимию связывающего донорные атомы фрагмента. Данные свойства чрезвычайно важны в асимметрическом катализе, іде имеют значение даже очень тонкие изменения структуры и электронных свойств лиганда.
Большинство печатных работ в данной области посвящено PJV-бидентатным фосфинам, но в последнее время появляется все больше публикаций о применении в асимметрическом катализе принципиально иных лигандов - азотсодержащих производных фосфористой кислоты. Они выгодно отличаются от своих фосфиновых аналогов устойчивостью к окислению и легко (в несколько простых стадий) получаются из доступных и дешевых природных хиральных соединений. К тому же, благодаря наличию в первой координационной сфере фосфора атомов кислорода и (или) азота, они обладают повышенной я-кислотностью фосфоцентра (по сравнению с фосфинами), что, как известно, благоприятно сказывается на увеличении конверсии и оптического выхода в ряде каталитических процессов. Тем не менее, на данный
РОС НАЦИОНАЛЬНА* |
БИБЛИОТЕКА |
момент на долю хиральных фосфитов приходится порядка 1/10 от общего количества описанных в литературе фосфорсодержащих лигандов. Кроме того:
- фосфорный донорный центр описанных оптически активных РД-
бидентатных фосфитов построен на основе очень ограниченного количества
синтонов, главным образом диолов (BINOL и TADDOL)
основное внимание уделяется каталитическому тестированию полученных лигандов, в то время как их координационные свойства и поведение по отношению к комплексам-предкатализаторам асимметрических реакций изучено фрагментарно и несистематически
- каталитический потенциал хиральных фосфитов на настоящий момент не
раскрыт полностью. Основное внимание уделяется здесь асимметрическому
гидрированию и сопряженному присоединению (получено до 99% ее), в то
время как реакции аллильного замещения исследованы в существенно меньшей
степени.
Таким образом, синтез новых хиральных РД-бидентатных фосфитов, исследование их взаимодействия с комплексами-предкатализаторами асимметрических процессов, а также использование в энантиоселективном катализе нуждаются в более детальном изучении и требуют большего внимания.
Цель работы
1 Дизайн и рациональный синтез неизвестных ранее групп хиральных РД-бидентатных лигандов - производных фосфористой кислоты, обладающих широким спектром я-акцепторной способности.
2. Исследование координационного поведения полученных соединений и установление закономерностей комплексообразования с каталитически-активными металлами, в том числе изучение реакций новых лигандов с предкатализаторами асимметрических реакций.
з 3. Тестирование новых групп хиральных фосфитов в Pd-катализируемых реакциях аллильного замещения (алкилирования, аминирования, сульфонилирования) и дерацемизации аллильных карбонатов.
Научная новизна и практическая ценность работы
Разработаны новые эффективные методы синтеза фосфорилирующих реагентов с активной связью Р-С1 на основе бис-фенола, 4,4'-диметокеи-6,6'-ди-«/?е/и-бутил-бифенилдиола-2,2' и 2,6-диметилфенола путем взаимодействия эгих соединений без растворителя с РС13 в присутствии каталитических добавок М-метилпирролидона. Кроме того, получен хлордиамидофосфит на основе (5)-2-(анилинометил)пирролидина, обладающий асимметрическим атомом фосфора. Все фосфорилирующие реагенты стабильны при хранении в сухой атмосфере длительное время, легко очищаются вакуумной перегонкой и могут нарабатываться в мультиграммовых количествах.
Получено 37 неизвестных ранее хиральных производных фосфористой кислоты, что позволило существенно увеличить количесіво лигандов фосфитного типа, применяемых в настоящий момент в энантиоселективном катализе.
Исследовано координационное поведение этих лигандов по отношению к комплексам Rh1 и Pd", являющимся предкатализаторами асимметрических каталитических реакций. Установлено, что для /yV-бидентатных систем доминирует хелатный тип координации.
Новые хиральные соединения были успешно протестированы в ряде реакций Pd-катализируемого асимметрического аллильного замещения 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата. Полученные при этом результаты - до 97% ее в аллильном сульфонилировании и до 98% ее в аллильном алкилировании -являются лучшими из достигнутых на настоящий момент с участием хиральных фосфитов. В аллильном аминировании того же субстрата пирролидином было получено до 85% ее. Кроме того, хиральные P,N-бидентатные фосфиты были впервые использованы в качестве лигандов Pd-
катализируемой дерацемизации 1,3-дифенилпроп-2-енил этилкарбоната. Достигаутый уровень энантиоселективности в 75% является высоким для этого субстрата и превосходит таковой, полученный с участием лиганда Троста или фосфинооксазолинов.
К установлению состава и строения синтезированных соединений привлекался широкий спектр физико-химических методов исследования: ИК, ЯМР *Н, ПВ, |3С, 19F, 3,Р спектроскопия, масс-спектрометрия (методами ЭУ, ХИ, ББА, ПД и электрораспыления), поляриметрия, элементный анализ, РЭС, РСА. Анализ энантиомерного избытка продуктов каталитических реакций проведен методом хиральной ВЭЖ-хроматографии на колонках с разнообразными хиральными стационарными фазами, в первую очередь Chiralcel OD, Chiralcel OD-H, (R,R)-Whe\k-0l.
Апробация работы Материалы диссертации были представлены на XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001), 13 Международной конференции по химии соединений фосфора (С.-Петербург, 2002), 14 и 15 Международном симпозиуме по хиральности (Гамбург, Германия, 2002, Шизуока, Япония, 2003), VI Российской конференции "Механизмы каталитических реакций" (Москва, 2002), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2005" (Москва, 2005).
Публикации По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 8 статей в российских и иностранных журналах и тезисы 6 докладов на конференциях.
Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы. Работа изложена на 158 страницах печатного текста, содержит 8 рисунков и 33 таблицы. Библиография включает 152 ссылки.
Pd-катализируемое асимметрическое аллильное замещение
Наряду с сопряженным присоединением к циклогексенону 5Ь, лиганды (7i)-8a, 23a-h, 24-28 также были протестированы [27] в реакциях Pd-катализируемого асимметрического аллильного замещения ацетата 31а диметилмалонатом (Схема 6). Максимальный результат — до 85% ее был получен с Р-хиральным диамидофосфитом 23а. Лиганды 24-28, с иными фосфорными центрами, оказались малоэффективны. В случае использования систем 23a-h с заместителями в оксихинолиновых фрагментах при хороших химических выходах были получены умеренные оптические выходы, корреляций между энантиоселективностыо и природой заместителя R найдено не было. Похожие результаты были получены и в аминировании 31а бензиламином А (Схема 7). С участием лиганда 23а (QUIPHOS) были найдены оптимальные условия процесса для аллилыюго замещения 31а: растворитель толуол, КОАс, -10С, при этом было получено до 87% ее. Лиганды 32з,Ь обеспечили сопоставимый с 23а уровень энантиоселективности на ацетате 31а - получено до 87% ее. При использовании этилкарбоната 31Ь в качестве субстрата получены сопоставимые с ацетатом 31а результаты. Применение Pd(dba)2 в качестве предкатализатора не оказывает влияние на повышение энантиоселективности процесса. Диамидофофиты 23а и 32а,Ь, а также аналог лиганда QUIPHOS 33 с 1-нафтильным заместителем R при атоме азота, дополнительно тестировались в Pd-катализируемом аллильном аминировании [31] субстратов 31а,Ь различными аминами (Схема 7). Наблюдалось значительное влияние растворителя на конверсию: в ряду ТГФ - ЕігО -СНгСЬ - толуол, конверсия изменяется от 0 до 100%, при этом в толуоле энантиоселективность выше, чем в СНгСЬ. Понижение температуры реакции до -10С благоприятно сказывается на повышении оптического выхода. В аминировании ацетата 31а бензил амином А (Схема 7) было получено до 93% ее с участием лигандов 23а и 32 Ь. Диамидофосфиты 32а и 33 оказались менее эффективны. Отличный результат - до 94% ее также был получен с участием 23а и вератриламина В. Морфо лин С в качестве нуклеофила обеспечил 88% энантиоселективности. Для аминирования субстратов с разными уходящими группами (ацетат 31а и карбонат 31Ь) получены сопоставимые результаты. На основе лиганда QUIPHOS 23а был синтезирован [32] катионный хелатный комплекс [Pd(Allyl)(23a)]CI04, строение которого было подтверждено, в том числе PC А.
Основываясь на этих данных, было высказано предположение о том, что эффективность лигандов данного типа в реакциях алл ильного замещения субстратов 31а,Ь является следствием уникальной конформации, которую принимает аллильная система в результате стерических препятствий со стороны пирролидинового цикла. В результате, в переходном состоянии А (Схема 8) атака нуклеофила осуществляется преимущественно в трапс положение к атому фосфора (лучшему тс-акцептору, по сравнению с атомом азота). Замена трет-бутилыюго заместителя в оксазолине на uso-upon ильный (36а) или фенильный (36Ь) снижает региоселективность реакции. Введение двух с рто-метильных групп в случае фосфита (5,5)-1 b повышает ее до 92%, но при этом региоселективность катастрофически снижается до соотношения А : В = 55 : 45. Также исследовалось влияние электронных факторов заместителей в субстрате на региоселективность катализа: алкилирование 36е и 36f показало, что электронодонорная МеО- группа в пара-положении в случае ацетета 36е повышает выход разветвленного продукта А, в то время как пара-цианогруппа в 3Sf приводит к увеличению количества ахирального линейного изомера В. В алкилировании метил- и алкенилацетатов 36d и 37g, фосфитооксазолин (5,5)-1 а менее активен: получено до 51% ее при низкой региосслективности. Наилучший результат был достигнут на нафтилыюм субстрате 36Ь - до 96% ее (соотношение изомеров А : В - 96 : 4). При алкилировании рацемических 37а-с были получены те же результаты, что и в случае использования их линейных ахиральных изомеров Зба-с. Также с оксазолинофосфитом (5,5)-1 а был получен комплекс [Pd(Allyl)(5,5)-la]PF6, строение которого было подтверждено, в том числе, данными РСА [33]. Той же группой авторов была синтезирована серия лигандов с фосфоцентрами, отличными от BINOL [35], исходя из доступных бис-ЛуУ-тозилдиаминов 38а,Ь, 39, 40, а также фосфит 41а на основе диола TADDOL. Лиганд 38а обеспечил до 94% и 98% ее на З-арилпроп-2-енил ацетатах 36а,Ь с высокой (84 : 16 и 98 : 2) региоселективностью. При использовании его энантиомера 40Ь был получен сопоставимый результат — 93% ее, но региоселективность на 36а снижается до соотношения А : В = 53 : 47. Максимальный результат при алкилировании ацетата 36b - 99% ее был достигнут с участием лиганда 39.
В случае 2-бутенил ацетата 36d энантиоселективность и региоселективность с участием всех лигандов снижается — было получено лишь до 60% ее при соотношении изомеров А : В = 55 : 45. Для 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата 31а (Схема 6), а также циклогексенил ацетата 42Ь (Схема 10) результаты оказались ниже -до 88% ее (с участием 40) и до 71% ее (с участием 38а) соответственно. Напротив, для субстрата 31f лучшим оказался фосфитооксазолин 41а на основе TADDOL - получено до 61% энантиоселективности. Лиганды 43а и 43Ь синтезированы на основе (5)-BINOL и незамещенных гидроксшшридинов [36], Взаимодействием [Pd(AlIyI)Cl]2 или [Pd(PhCHCHCHPh)Cl]2 с 43a и 43b в присутствии AgCF3S03 были получены соответствующие катионные хелатные комплексы. Использование их в качестве катализаторов алкилирования диметилмалонатом ацетата 31а (Схема 6) привело к получению рацемического продукта катализа при количественной конверсии. Для того чтобы выяснить влияние заместителей в положении б пиридинового ядра, а также размера хелатного цикла на оптический выход аллилирования, были синтезированы лиганды 43с-е и 44а,Ь [37]. В алкилировании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата 31а (Схема б) с участием 43с-е продукт катализа был получен с высоким выходом, но энантиомерный избыток составил лишь 11%. Использование лигандов 44а,Ь, формирующих жесткий 5-членный хелатный цикл, привело к 37% ее. Изучение растворов комплексов [Pd(PhCHCHCHPh)L]+, где L = 43а-е, 44а,Ь методами ЯМР Н, Р, Си 2D H-NOESY показало, что эти соединения существуют в виде 4-х возможных конформеров, находящихся в динамическом равновесии друг с другом. В случае исследуемых лигандов, помимо электронных эффектов, ответственных за атаку нуклеофила в яірянс-положение к атому фосфора (из-за большего /иранс-влияния фосфитного донорного центра по сравнению с азотным донорным центром пиридина), имеет значение и стерический фактор, а именно низкие стерические препятствия для атаки нуклеофила со стороны пиридинового заместителя. Было высказано предположение, что причиной отсутствия энантиоселективности, в реакции аллильного алкилировання ацетата 31а является небольшой стерический объем фрагмента пиридина. Введение в положение 6 различных заместителей R в случае лигандов 43с-е или уменьшение хелатного цикла до 5-членного в случае 44а,Ь позволяет лишь незначительно повысить оптический выход продукта реакции. Оптический выход составил 76% ее для 47, и до 85% энантиоселективности было получено с использованием лиганда 48. Синтезированы нейтральные хелатные комплексы [Rh(CO)Cl(L)], где L = 47 или 48, а также, взаимодействием фосфита 48 с [Pd(C0D)Cl2] был получен соответствующий i/wc-дихлоридный хелат. Строение соединения [Rh(C0)0(48)] было подтверждено, в том числе с применением метода PC А. Детально исследовано координационное поведение серии фосфитов 49а-п [40] на основе хирального индуктора (5)- или (Д)- BINOL.
Rh-катализируемое асимметрическое гидроформилирование олефинов
Несмотря на то, что оптически активные лиганды фосфитной природы долгое время были обделены вниманием исследователей, с момента пионерского [65] упоминания о синтезе первых представителей оптически активных фосфитов и апробирования их в асимметрическом катализе по настоящий момент количество публикаций, посвященных данной проблеме, с каждым годом растет в геометрической профессии, отражая все более возрастающий интерес к хиральным фосфитам. Однако нельзя не отметить тот факт, что основное внимание пока сконцентрировано на F P-бидентатных и лишь в последнее время на Р-монодептатных системах, .Р -гетеробидентатные фосфиты, несмотря на выделяющие их среди хиральных производных фосфористой кислоты нетривиальные электронные свойства, исследуются менее активно. Также недостаточно внимания уделяется исследованию координационного поведения полученных лигандов по отношению к предкатализаторам асимметрических процессов. На настоящий момент наиболее полно по сравнению с остальными реакциями изучено лишь аллильное замещение. Исследование механизмов каталитических реакций, строения интермедиатов (а также их охарактернзование) требует более детального исследования для большинства асимметрических процессов. Это в свою очередь предоставит необходимую информацию для оптимизации структуры лиганда под каждую отдельно взятую реакцию и позволит получить продукты катализа с максимально возможной энантиоселективностью. Таким образом, дальнейшее развитие данной области исследования будет оптимальным при комбинировании изучения для каждой отдельно взятой лигандной фуппы координационных свойств во взаимосвязи с их каталитическими свойствами, а также установления механизмов каталитических реакций и строения промежуточных каталитических частиц. Хиральные лиганды на основе ферроцена широко используются в асимметрическом катализе [66]. Такие особенности строения ферроцена, как достаточная жесткость, легкая возможность дериватизации, планарная хиралыюсть, стерический объем, стабильность, легкая доступность и низкая цена, делают его подходящим строительным блоком для использования в синтезе оптически активных лигандов [67]. За исключением планарной хиральности, все эти качества в полной мере присущи иминоспиртам, легко получаемым конденсацией аминоспиртов и формилферроцена [68].
Новые P /V-бидентатные диамидофосфиты Ша-d синтезированы прямым фосфорилированием соответствующих иминоспиртов Ha-d реагентом I [69]. Отметим, что реагент I, обладающий хиральным атомом фосфора, легко и с хорошим выходом образуется в результате диастереоселективного фосфорилирования {S)-1-(анилинометил)пирролидина, в свою очередь удобно получаемого из доступной L-глутаминовой кислоты. Он стабилен при хранении в сухой атмосфере, легко очищается вакуумной перегонкой и может нарабатываться в мультиграммовых количествах. К этому добавим, что до настоящего исследования в синтезе лигандов с (2/?,55)-3-фенил-1,3-диаза-2-фосфабицикло[3.3.0]октановым каркасом использовались исключительно амиды фосфористой кислоты Р(ЫМе2)з или P(NEt2)3 [32, 70]. Этот подход требует на каждой синтетической стадии двухчасового кипячения смеси реагентов в толуоле, что может послужить причиной накопления продуктов деструкции амидофосфитов и изомеризации стереохимически нежестких синтонов. Напротив, соединение I быстро и эффективно фосфорилирует в достаточно мягких условиях (см. Экспериментальную часть). Следует отметить, что подобно иминоспиртам на основе 2-формилпиридина [71], соединения Ila-d в органических средах находятся в равновесии с их оксазолидиновыми таутомерами IIaf-IId . В случае Hd это легко наблюдать методами ЯМР !Н, IJC и ИКС (см. Таблицу 1 и Экспериментальную часть). Как следует из этих данных, обе формы присутствуют в растворах в CDCb и CeDe примерно в равных количествах. С другой стороны, в кристаллическом состоянии доминируют иминные таутомеры, что подтверждено данными РСА монокристалла Hd (Рисунок I). Спектры ЯМР Н растворов На-с отличаются большей сложностью (в том числе благодаря наличию двух эпимеров оксазолидинов). Тем не менее, на основании интегральных интенсивностей сигналов протонов Н, и Н0 можно судить о присутствии значительных количеств оксазолидиновых форм (см. Экспериментальную часть). Однако в ходе фосфорилирования происходит селективный отбор иминных таутомеров, и мы не обнаружили в продуктах реакций сколько-нибудь заметных количеств фосфопроизводных оксазолидинов. Кроме того, синтез Ша-d характеризуется высокой стереоселективностью, при этом образуются эпимеры с псевдоэкваториальной ориентацией экзоциклических заместителей при атоме фосфора с (Й)-конфигурацией Р-стереоцентра, На это указывают характеристичные [32, 69, 72, 73] величины КССВ Vc(g),p (35.1 - 38.5Гц) в ЯМР 13С спектрах Ша-d (см. Экспериментальную часть). Дело в том, что значение Vc(8),p строго контролируется диэдральным углом между НЭП атома фосфора и атомом углерода С(8) [72].
Псевдоэкваториальная ориентация экзоциклических функций наблюдается и для лигандов 23a-h [26, 27, 32], 32a,b, 33 [ЗО, 31] (см. Литературный обзор), а также для фосфоцикланов на основе (5)-пролинола [72, 74]. Соединения ІІІа-d - хорошо растворимые в различных органических средах вещества, устойчивые при длительном хранении. Так, в ЯМР 31Р спекрте Шс, зарегистрированном после годичного хранения, не было обнаружено каких-либо сигналов продуктов его деструкции. На основе новых .Р,ЛМ идентатных лигандов получены нейтральные и катионные металлохелаты с грс-ориентацией атомов фосфора и азота: Анализ ЯМР 13C спектра Va (см. Экспериментальную часть) свидетельствует, во первых, о сохранении псевдоэкваториальной ориентации экзоциклического заместителя (и, следовательно, абсолютной конфигурации / -стереоцентра) лиганда Ша после его координации. На это указывают достаточно высокое значение 2Jc(8),p = 17-2 Гц. Во-вторых, обращает на себя внимание значительный координационный сдвиг Д5с = 5с (комплекса) -5с (лиганда) для иминного углеродного атома в составе Va (12.6 м.д.). На PJJ - бидентатное связывание с палладием (II) диамидофосфита Ша в составе Va указывает и заметное увеличение Есв РгР и Nis при переходе от спектра свободного лиганда к спектру комплекса (Таблица 4). В целом, лиганды Ша-d формируют достаточно стабильные металлохелаты. Так, при исследовании их взаимодействия с [Rh(CO)2Cl]2 мы не обнаружили образования побочных продуктов m/jaHc-[Rh(ri1-PN)2(CO)Cl], обычно сопутствующих координации слабых хелатообразователей [40, 41]. К этому добавим, что в ЯМР Р спектре реакционной системы [Pd(allyl)Cl]2/4L (L = Ша, CDCVTTC), 2AgBF4) наряду с сигналами комплексов [Pd(Ti1-PN)2(allyl)]BF4 (5р 115.8 (52%)) и [Pd(Ti1-PN)(Ti2-PN)(allyl)]BF4 (6Р 97.4, д, 2J?r 35.6 Гц и 5р 81.6, д, Jpp 35.6 Гц (18%)) присутствуют сигналы соединения IVa и непрореагировавшего лиганда Ша (Масс-спектр (ПД, m/z (I, %): 1181 (25), [Рd(L)2(allу 1)]+; 664 (54), [Pd(L)(ally])]+; 517 (100) [L]+), Эти факторы хорошо согласуются с концепцией высокой устойчивости 6-членных металлохелатов с ДЛ -бидентатными лигандами. В тоже время, в каждом конкретном случае необходимо учитывать влияние природы лигапда. В частности, ЯМР 3Р спектр реакционного раствора [Pd(allyl)Cl]2/4L (L = Hid, CDC /ITO, 2AgBF4) содержит практически только сигналы комплексов состава P/Pd = 2/1 [Pdfrj1-PN)2(allyl)]BF4 (6Р 116.9 (82%)) и [Pd(n1-PN)(ri2-PN)(allyl)]BF4 (5Р 85.7, д, %? 38.0 Гц и 8Р 81.2, д, 2Ур_р- 38.0 Гц (9%)) наряду со следовыми сигналами Vd и исходного Hid (Масс-спектр (ББА, m/z (I, %): 1125 (29) [Pd(L)2(allyl)]+, 1084 (12) [Pd(L)2J+, 595 (100) [Pd(L)]+).
РД-бидентатные фосфопроизводные аминоспиртов с хиральным атомом фосфора
Соединения XLIa-d - устойчивые при длительном хранении вещества, хорошо растворимые в различных органических средах. Их синтез характеризуется высокой стереоселективностьго, при этом образуются эпимеры с псевдоэкваторнальной ориентацией экзоциклических заместителей при атоме фосфора, что в данном случае соответствует (Л)-конфигурации Р-стереоцентра. На это указывают характеристичные [32, 69, 72, 73] величины КССВ 2Jc 8),p (34.3-38.5 Гц) в ЯМР 13С спектрах XLIa-d (см. Таблицу 14 и Экспериментальную часть). Как следует из данных ЯМР 31Р (см. Таблицу 14), минорный эпимер XLIa-d с псевдоаксиальным расположением экзоциклических заместителей и, следовательно, (S)-конфигураций Р-стереоцентра, имеется только у XLId. Новые P iV-бидентатные фосфорамидиты взаимодействуют с [Rh(CO)2Cl]2 в СНСЬ или с [Pd(allyl)Cl]2 в ТГФ (в присутствии AgBF ) с образованием, соответственно, нейтральных и катионных металлохелатов с цис - ориентацией атомов фосфора и азота. Данные /p,Rh, «/c,Rb - СР и v(CO) для комплексов XLIIa,c,d (Таблицы 14 и 15) находятся в хорошем соответствии с предложенной структурой (см. [40, 41] и приведенные там ссылки). К этому добавим, что параметры Урд и v(CO) позволяют оценить л-кислотность фосфорных центров и степень электронной несимметричности PJ\l-бидентатных лигандов [40, 41, 75]. В соответствии с ними положение аминофосфорамидитов XLIa-d в спектрохимическом ряду фосфорсодержащих лигандов можно определить как промежуточное между аминофосфинами и аминофосфитами [4, 87]. Необходимо отметить, что реакция XLId с [Rh(CO)2Cl]2 протекает неселективно, и наряду с хелатным соединением XLIId образуется комплекс mpaHC-[Rh(CO)Cl(ri1-XLIId)2] с Р-монодентатным связыванием лигандов. На его образование указывает присутствующий в ЯМР 31Р спектре реакционного раствора в СНОз дублетный сигнал 5р = 123.8, Jp,Rh = 176.8 Гц (46%). Образование такого рода побочных продуктов не раз отмечалось нами ранее и связано с препятствием хелатированию со стороны стерически объемного азотного центра [40,41, 73]. Анализ ЯМР С спектра комплекса XLIIa (Таблица 15) свидетельствует, во-первых, о координации хинуклидинового азота родием, так как налицо заметные (до 4 м.д.) координационные сдвиги Дбс = Зс (комплекса) - 6с(лиганда) для атомов С(2 ), С(6") и С(7 ). Аналогичные величины Д5с наблюдаются и для других хелатных хлорокарбонильных комплексов родия (I) с фосфитными производными хинкоридина [90]. Во-вторых, высокое значение ./с(8),р 19.7 Гц указывает иа псевдоэкваториальную ориентацию хинуклидинольного заместителя и, следовательно, на (й)-конфигурацию / -стереоцентра.
Этот вывод, равно как и другие вышеупомянутые заключения о строении XLIIa, полностью согласуется с результатами РСА монокристалла этого комплекса (Рисунок 4). Так, установлено, что в кристалле XLIIa две независимых молекулы характеризуются S и R конфигурациями N(l ) и Р(2) атомов соответственно (без учета формального старшинства атома металла). Подобно родиевому комплексу XLIIa, катионные хелатные соединения палладия (II) XLIIIa-d представляют собой устойчивые на воздухе вещества, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей. Следует отметить, что появление двух синглетов в ЯМР 31Р спектрах комплексов XLIIIa,c,d (Таблица 14), свидетельствует о присутствии их в растворе в виде экзо- и эндо-шомеров. Данное удвоение не наблюдается в случае комплекса XLIIIb по причине быстрой интерконверсии изомеров или из-за отсутствия одного из них (см. [40,41, 76, 77] и приведенные там ссылки). К этому добавим, что в масс-спектре (методом ББА) соединений XLIIIa-d присутствуют характеристичные пики комплексных катионов [Pd(allyl)(ir2-L)]+, где L = XLIa-d (см. Экспериментальную часть). Комплексы XLIIIa-d, как и сами аминофосфорамидиты XLIa-d, были протестированы в асимметрическом Pd-катализируемом аллильном замещении (Схемы 1 и 2). Результаты аллильного сульфонилирования суммированы в Таблице 16. Из ее данных следует, что налицо умеренные химические (до 66%) и хорошие оптические (до 90%, Таблица 16, №13) выходы продукта катализа. В случае лиганда XLla энантиоселективность практически не зависит от соотношения L/Pd (Таблица 16, №№1-3). Это позволяет предположить, что здесь во всех случаях каталитически активной частицей является катиогшый металлохелат XLIIIa. Действительно, его синглет 6р = 125.0 (28%) наряду с сигналами свободного лиганда XLIa 6Р = 122.9 и комплекса [Pd(allyl) (r -XLIa)(ri2-XLIa)]Cl (АХ система: бР = 100.3 и 5Р = 61.4, 1/Р,Р =.7 Гц) присутствует в ЯМР 31Р спектре реакционного раствора системы [Pd(aIlyl)Cl]2/4XLIa в СНСЬ. Аналогичная ситуация складывается и для лиганда XLIb (Таблица 1 б, №№12,13 и 15). Напротив, при использовании фосфорамидита XLIb увеличение мольного отношения L/Pd от 1/1 до 2/1 (Таблица 16, №4 и №5) сопровождается резким увеличением оптического выхода от 39 до 76%. По всей видимости, в этом случае палладиевый комплекс, содержащий в координационной сфере два .Р,ЛМэидентатных лиганда, обладает значительно большей каталитической активностью и энантиоселективностыо.
Наблюдаемая же в случае №4 и №7 разница в стереоиндукции обусловлена известным эффектом противоиона [78, 79]. Отметим также, что обращение абсолютной конфигурации С(2 )-стероцентра при переходе от XLIa к XLIb не влияет на достигнутую с их участием оптическую чистоту и абсолютную конфигурацию продукта катализа (Таблица 16, №№1-7). Более того, разные по природе азотсодержащего экзоциклического заместителя лиганды XLIa-d обеспечивают весьма сходную энантиоселективность и одинаковую (5)-конфигурацию продукта алл ильного сульфонилирования (Схема 1). На наш взгляд, это указывает на определяющий вклад хирального бициклического фосфорсодержащего фрагмента. Использование вместо [Pd(allyl)Cl]2 другого исходного металлокомплекса -[Pd2(dba)3]xCHCb приводит в целом к снижению энантиоселективности, для двух лигандов очень значительному (Таблицаїб, №10 и №14), и даже к обращению абсолютной конфигурации продукта реакции (Таблица 16, №10). Готовые катионные комплексы XLIIIa-d были также протестированы в асимметрическом аллильном алкилировании (Схема 2, Таблица 17). При этом в большинстве случаев достигнуты отличные значения конверсии и оптических выходов. В ряде опытов реакция демонстрирует зависимость от природы экзоциклического заместителя при фосфоре и используемого растворителя (сравни, например, Таблица 17, №1 и №3 или №3 и №4). Сопоставление при прочих равных условиях сульфонилировапия (Схема 1, Таблица 16, №№3, 7,11 и 15) и алкилирования (Схема 2, Таблица 17, Х№ 1,3, 5 и 7) с участием XLIIIa-d ясно показывает выраженное влияние природы нуклеофила. Необходимо отметить, что достигнутый в Pd-катализируемом аллилыюм алкилировании 1,3-Дифенилпроп-2-енил ацетата диметилмалонатом уровень энантиоселективности до 98% является лучшим среди хиральных фосфитных лигандов и вполне сопоставим с максимальными для этой реакции результатами [1,4,100]. III.3, /уУ-бидентатные имииодиамидофосфиты на основе планарнохирального цимантрена. Исторически первая группа оптически активных Р -бидентатных лигандов относится к планарнохиральному типу [101]. В последнее время активно развивается химия / -бидентатных систем со стереоплоскостью на основе ферроцена, цимантрена, а также трикарбонилов хрома и рения (см. [102-109] и приведенные там ссылки). Тем не менее, все эти соединения относятся к фосфиновому типу, и нам не известно ни одного примера планарнохиральных фосфитных лигандов. Нами получены и протестированы в асимметрическом катализе первые представители планарнохиральных ЛЛГ-бидеитатных фосфитов. Необходимо отметить, что нами использовался планарнохиральный № )- (гидроксиметил)цимантренкарбальдегид 80%-ной оптической чистоты. Тем не менее, в ЯМР спектрах иминоспирта XLIVb и лигандов XLVa,b и XLVIa,b мы не обнаружили сигналов соответствующих минорных (5р)-эпимеров (см. Экспериментальную часть и Таблицу 18). По нашему мнению, это обусловлено их случайным совпадением с сигналами основных (Яр)-эпимеров этих веществ.
РД-бидентатные лиганды фосфитного типа с кетиминной периферией на основе (#)- (+)-камфоры
Иминофосфины представляют собой одну из важнейших групп хиральных P,N бидентатных лигандов, применяемых в асимметрическом металлокомплексном катализе [4, 7, 100]. Подавляющее большинство таких соединений содержит альдиминный фрагмент, системы с кетиминной функцией достаточно редки [130-132]. Фосфиты с кетиминным фрагментом до начала настоящего исследования известны не были. Нами синтезированы и успешно протестированы в Pd-катализируемом асимметрическом аллилировании первые предсавители хиральных арилфосфитов с кетиминным заместителем на основе ( )-(+)-камфоры. Новые P V-бидентатные хиральные арилфосфиты получены одностадийным фосфорилированием соответствующих иминофенолов LXVIIIa-c с участием доступного реагента LXVII. При этом мы усовершенствовали методику синтеза фосфорилирующего реагента LXVII. Как и в случае XII [80] и XIII [81], в качестве катализатора был использован N-метилпирролидон и синтез осуществлялся без растворителя, при этом помимо трехкратного снижения времени реакции, продукт LXVII был получен без примеси трис{2,6-диметилфенил)фосфита. Таким образом, нами бьша разработана удобная и экспрессная синтетическая методика, позволяющая получать фосфорилирующий реагент LXVII для последующего синтеза лигандов. Следует отметить существенную простоту синтеза LXIXa-c (см. Экспериментальную часть), а также их устойчивость при хранении в сухой атмосфере. Так, в ЯМР 31Р спектре LXIXa [133], записанном через несколько месяцев после получения этого лиганда, полностью отсутствуют сигналы продуктов деструкции. К этому добавим, что иминофосфиты LXIXa-c являются дешевыми хиральными индукторами, так как при их получении используются недорогие исходные соединения, в том числе (К)-(+)-камфора. По характеру комплексообразования лиганды LXIXa-c являются типичными хелатообразователями. В частности, их взаимодействие с [Ші(СО)гС1]2 и [Pd(allyl)Cl]2 (в присутствии AgBF4) приводит к формированию нейтральных и катионньгх металлохелатов с уис-ориентацией атомов фосфора и азота. Об этом свидетельствуют, в том числе, данные ЯМР Р-спектроскопии комплексов LXXa-c и LXXIa-c (Таблица 30). Строение комплекса LXXc было подтверждено, в том числе с привлечением метода РСА (Рисунок 8).
Наличие в ЯМР Р спектре раствора комплексов LXXIa,b в CDCb двух синглетов обусловлено существованием их в виде экзо-и эидо- изомеров [40, 41, 73]. Наличие одного сигнала в спектре LXXIc говорит о существовании его в виде единственного изомера, или их быстрой интерконверсии в шкале времени ЯМР. Усредненный координационный сдвиг А5р = 6р (комплекса) - 5р (лиганда) = 2,7 м.д. указывает на наличие в составе LXXIa прямой связи P-Pd. Отметим также большой координационный сдвиг Д8с = 5с (комплекса) - 5с (лиганда) 13.5 м.д. сигнала иминного атома углерода в ЯМР 13С спектре комплекса LXXIa (см. Таблицу 31), подтверждающий связывание периферийной иминогруппы с палладием. Данные масс-спектрометрии методом ББА и электрораспыления {см. Экспериментальную часть) также хорошо согласуются с моноядерной природой комплексов LXXIa-c. Параметры ЯМР Р и ИК спектров соединений LXXa-c (Таблица 30) свидетельствуют (см. [41] и приведенные там ссылки) о характерной для арилфосфитов выраженной я-акцепторной способности лигандов LXIXa-c, что весьма существенно для достижения высоких химических и оптических выходов в ряде областей асимметрического катализа [4,7]. Иминоарилфосфиты LXIXa-c и их комплексы LXXIa-c использованы в Pd-катализируемых энантиоселективных реакциях аллилыюго замещения (Схемы 1 и 2). Полученные данные суммированы в Таблицах 32 и 33. В частности, в аллильном сульфоншшровании 1,3-дифенилпроп-2-енил ацетата «й[ра-толуолсульфинитом натрия достигнуты хорошие химический и оптический выходы (до 80 и 73% соответственно, Схема 1, Таблица 32, №1) с участием LXIXa. Лиганды LXIXb,c проявили существенно меньшую активность. Еще лучшие результаты - до 94% ее при практически количественной конверсии наблюдались в аллильном алкилировании того же субстрата диметилмалонатом с участием более конформационно жесткого лиганда LXIXa (Схема 2, Таблица 33, №3). Фосфит LXIXb с дополнительными хиральными центрами в "мостике" между атомами азота и фосфора обеспечил до 82% ее (Таблица 33, №8), тогда как конформационно-лабильный лиганд LXIXc без заместителей в мости новом фрагменте - только 36% ее в составе комплекса LXXIc (Таблица 33, № 17).
Примечательно, что при использовании каталитических систем на основе арилфосфита LXIXc наблюдается обращение абсолютной конфигурации продукта аллилыюго алкилирования (Таблица 33, №№12-17). Обращает на себя внимание зависимость полученных результатов не только от природы нуклеофила, но и от природы катализатора и растворителя. Так, в обеих каталитических реакциях имеет место значительное увеличение асимметрической индукции при переходе от комплекса LXXIa к каталитической системе [Pd(AU)CIh/2LXIXa (Таблица 32, №1 и №2; Таблица 33, №1 и №4; №3 и №5), что можно объяснить благоприятным влиянием замены аниона внешней сферы с BF4" на СГ. Не менее интересным представляется и существенный рост энантиоселективности в аллилыюм алкилировании при переходе от ТГФ к метиленхлориду (Таблица 33, №1 и №3, а также №4 и №5). Отдельно следует остановиться на сравнении результативности как стереоиндукторов иминоарилфосфита LXIXa и родственных иминоарилфосфиновых лигандов. В сопоставимых с описанными для соединения LXIXa условиях каталитического эксперимента по аллильному алкилированию, лиганд с ксантеновым фрагментом [134] приводит к рацемическому продукту катализа, а его ближайший фосфиновый аналог обеспечивает только 27% ее (и до 51% ее после оптимизации при температуре - 20С) при заметно меньшей (74-80%) конверсии [130]. К этому добавим, что по сравнению с арилфосфитом LXXIa, синтез упомянутых соединений более сложен и характеризуется существенно меньшими химическими выходами (48% и 45%, соответственно) [130,134]. Эти факты, убедительно демонстрирующие преимущество нового иминоарилфосфита LXIXa, являются в то же время дополнительным подтверждением характеристики хиральных фосфитов как нового поколения фосфорсодержащих лигандов для металлокомплексного асимметрического катализа [4, 7,135],
![Синтез, строение и комплексообразующие свойства тиакаликс[4]аренов, содержащих карбонильные группы на нижнем ободе](/i/i/4307/365434.png "Синтез, строение и комплексообразующие свойства тиакаликс[4]аренов, содержащих карбонильные группы на нижнем ободе Клешнина Софья Рушатовна")
![Синтез и свойства каликс[4]резорциновых оснований манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы](/i/i/4372/365450.png "Синтез и свойства каликс[4]резорциновых оснований манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы Вагапова Лилия Ильгизовна")
![Синтез и комплексообразующие свойства стереоизомеров тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих БИ- и полифункциональные группы](/i/i/4370/401995.png "Синтез и комплексообразующие свойства стереоизомеров тетразамещенных по нижнему ободу п-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих БИ- и полифункциональные группы Жуков Аркадий Юрьевич")
![Синтез и комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные группы](/i/i/4310/477665.png "Синтез и комплексообразующие свойства замещенных по нижнему ободу n-трет-бутилтиакаликс[4]аренов, содержащих амидные, сложноэфирные и гидроксильные группы Янтемирова, Алена Артемовна")