Актуальность темы
.
Хиральные Т^Л^-бидентатные соединения представляют собой одну из лидирующих лигандных групп в современном асимметрическом катализе. Хотя подавляющее большинство таких систем имеют фосфиновую природу, в последнее время все более популярными становятся P, N-гибридные лиганды с фосфитным (амидофосфитным) фосфорным центром. Это обусловлено их синтетической доступностью, отсутствием в составе молекул чувствительных к окислительным воздействиям Р-С связей и выраженной л-кислотностью фосфоцентра. В целом внедрение в первую координационную сферу атома фосфора гетероатомов кислорода и (или) азота позволяет тонко регулировать химическую устойчивость лиганда, его донорно-акцепторные свойства и стерические требования. Как следствие, P, N-бидентатные производные фосфористой кислоты уверенно заявили о себе в энантиоселективных каталитических реакциях аллилирования, сопряженного присоединения металлоорганических реагентов к енонам, гидросилилирования, гидрирования.
В последнее время активно исследуется комплексообразование редких в координационной химии групп гидрофосфоранов — гидроспирофосфоранов (ГСФ) и трициклических гидрофосфоранов. К этому необходимо добавить, что трициклические ГФ — наиболее молодая группа гидрофосфорановых соединений, насчитывающая не более полутора десятков представителей. В целом, ГФ являются самыми вариабельными фосфорсодержащими лигандами, способными к Р-, N-, P, N~, Р, 0~, и N, Nкоординации. Вместе с тем каталитические возможности столь интересного класса соединений фосфора (У) остались практически не исследованными. Так известен всего лишь единственный пример использования ГФ в асимметрическом катализе.
Таким образом, представляется актуальным для расширения парка перспективных лигандов для асимметрического катализа осуществить синтез новых хиральных азотсодержащих фосфитов и гидрофосфоранов.
Цель работы.
1) Осуществить дизайн и синтез хнральных азотсодержащих фосфитов неизвестных ранее структурных типов, а также новых гидрофосфоранов с целью расширения парка перспективных лигандов для асимметрического катализа.
2) Исследовать координационное поведение полученных лигандных групп и установить его закономерности. Оценить факторы, влияющие на процессы комплексообразования новых лигандов с различными исходными металлокомплексами, в том числе возможными прекатализаторами асимметрических реакций.
3) Провести тестирование новых хиральных лигандов в асимметрических каталитических реакциях аллилирования и гидросилилирования.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Для асимметрического катализа предложены и синтезированы 3 новых структурных типа хиральных фосфитов: 1) ДА^-бидентатные фосфиты на основе BINOLa, азотный донорный центр которых впервые имеет аминную или иминную природу- 2) азотсодержащие арилфосфиты, обладающие ациклическим фосфорным центром с высокой 7г-акцепторностью- 3) ДА^-гибридные амидофосфиты, имеющие асимметрический атом фосфора и впервые располагающие хиральными периферийными аминоили иминогруппами. Получено более 30 лигандов этих трех структурных типов, что позволило существенно расширить парк новых перспективных лигандов для энантиоселективного катализа.
Исследовано координационное поведение новых лигандов с атомами Rh (I) и Pd (II) и установлены закономерности комплексообразования. Установлено, что ациклические ДЛ^-бидентатные арилфосфиты являются исключительно хелатообразующими лигандами. В случае же фосфоциклических систем на основе BINOLa и (5)-2-анилинометилпирролидина возможно нарушение хелатирования. При этом направление координации зависит от стерических свойств лигандов, характера азотного донорного центра и природы используемого металлокомплекса. Показано, что результаты координационного поведения следует учитывать при выборе исходного прекатализатора в асимметрических реакциях.
Продемонстрировано поливариантное координационное поведение гидрофосфоранов, зависящее от цикличности ГФ и природы используемого металокомплекса. Так, получены новые ДЛ^металлохелаты, комплексы с Р-монодентатным связыванием «открытой» формы фосфоранов, а также фосфоранидной структурой.
Новые хиральные соединения были успешно протестированы в асимметрических реакциях аллилирования и гидросилилирования. Использование новых лигандов в реакциях Pd-катализируемого аллильного алкилирования позволило достичь 85%еев родственной реакции аллильного сульфонилирования 92%ееа в реакции Rh-катализируемого гидросилилирования ацетофенона 58%ее. Ценный хиральный синтон в синтезе лекарственных форм, обладающих противораковой активностью 1-ферроценилэтанол был получен путем Rh-катализируемого гидросилилирования с оптическим выходом 60%.
Состав и строение полученных соединений подтверждены широким набором физических методов исследования: ПК, ЯМР 1Н, 2Н, ПВ, 13С, 15N, 19 °F, 31Р, 195Pt спектроскопия, масс-спектрометрия (ЭУ, плазменная десорбция, MALDI, электроспрей), поляриметрия, элементный анализ, РЭС, РСА. Анализ энантиомерного избытка продуктов каталитических реакций проведен методами газовой и ВЭЖ-хроматографии на хиральных колонках: Chiracel OD, Chiraldex B-DM, (R, R) Whelk-01, DP-TFA-y-CD, Lipodex-y.
Апробация работы Материалы диссертации были представлены на VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва, 2002), 13 Международной конференции по химии соединений фосфора (С.-Петербург, 2002), 12, 13, 14 Международном симпозиуме по хиральности (Шамони, Франция 2000, Орландо, Флорида, США, 2001, Гамбург, Германия, 2002), XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001), 34 Международной конференции по координационной химии (Эдинбург, Великобритания, 2000), Второй региональной научной конференции по органической химии (Липецк, 2000), Симпозиуме по органической химии «Петербургские встречи-98» (С.-Петербург, 1998).
Публикации По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 8 статей и тезисы 9 докладов на конференциях.
Объем и структура работы Диссертация изложена на 122 страницах печатного текста, содержит 6 рисунков и 21 таблицу. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (152 наименований).
V. выводы.
1. Осуществлен синтез свыше 30 хиральных лигандов нового поколения, которые можно сгруппировать в три типа: 1) P, N-гибридные фосфиты на основе BINOLa, обладающие азотными донорными центрами аминной или иминной природы- 2) ДА^-бидентатные арилфосфиты, имеющие ациклический фосфорный центр с высокой я-акцепторностью- 3) азотсодержащие амидофосфиты на основе (5)-2-анилинометилиирролидина, располагающие стереогенным атомом фосфора и хиральными периферийными аминоили иминогру ппами.
2. Показано, что ациклические ДА'-гибридные арилфосфиты при координации с атомами Pd (II) и Rh (I) являются типичными хелатообразователями за счет P, N-бидентатного связывания.
3. Установлено, что хелатирующая способность циклических фосфитов на основе BINOLa и амидофосфитов, имеющих асимметрический атом фосфора понижена и зависит от стерических свойств лигандов, характера азотного донорного центра и природы используемого металлокомплекса.
4. Показано, что координационное поведение гидрофосфоранов зависит от степени цикличности ГФ и характера исходного металлокомплекса. Бициклический ГСФ образует металлохелаты с участием «открытой» формы гидрофосфорана. Трициклические ГФ демонстрируют поливариантное координационное поведение, формируя соединения следующих типов: Р, N-метал лохе латыкомплексы с Р-монодентатным связыванием «открытой» формы фосфорановфосфоранидные комплексы и системы с сохранением гидрофосфорановой структуры. При этом осуществлено спектральное и структурное детектирование интермедиатов процесса комплексообразования ГФ.
5. Выявлено, что энантиоселективность каталитических процессов с участием хиральных лиагандов зависит от природы азотного центра и стерических требований заместителей при асимметрическом атоме углерода и азотном о донорном центре. Лиганды, имеющие sp гибридную азотную периферию обладают большей асимметризующей способностью по сравнению с лигандами с sp3 гибридными азотными центрами. Найдена прямая корреляция между величиной энантиоселективности процесса и стерическими требованиями заместителей при азотном и хиральном углеродном атомах.
6. Полученные лиганды успешно применены в реакциях Rh-катализируемого гидросилилирования и Pd-катализируемого аллильного замещения. Так, использование новых хиральных Р^-гибридных фосфитных лигандов позволило достичь в реакции Rh-катализируемого гидросилилирования ацетофенона 58%ее, ацетилферроцена -60%еев Pd-катализируемой энантиоселективной аллильной перегруппировке тиокарбаматов 47%еев реакции Pd-катализируемого аллильного алкилирования: метилового эфира фенилкарборанилфенил уксусной кислоты — 48%ее, З-пент-2-енил карбоната 82%ее, 1,3-дифенилаллилацетата — 85%еев реакции Pd-катализируемого аллильного сульфонилирования: З-пент-2-енил карбоната 80%ее, 1,3-дифенилаллилацетата — 92%ее.
