Brevet FR2510579A1 — publié le 19830204

La présente invention se rapporte à de nouveaux composés de phosphine optiquement actifs qui sont utiles pour fabriquer des catalyseurs optiquement actifs qui, de leur côté, sont utiles pour l'hydrogénation asymétrique ca- talytique d'oléfines Les nouveaux composés de phosphine sont fabriqués à partir des nouveaux oxydes de phosphines. -Les catalyseurs homogènes, c'est-à-dire les cata- lyseurs qui sont solubles dans la masse réactiornnelle, se sont rélévés particulièrement utiles pour des procédes o un résultat asymétrique est obtenu, Par exemples, on a trouvé que, lorsque des oléfines qui sont capables de former des mé- langes racémiques, sont hydrogénées en présence de cataly- seurs homogènes optiquement actifs, l'un ou l'autre des énan- tiomorphes optiques désirés possibles est obtenu en quanti- té importante,l'autre énantiomorphe optique étant obtenu en quantités peu importantes En outre, on a trouvé que cer- tains substrats oléfiniques, par exemple, des précurseurs d'a-aminoacides, sont particulièrement aptes à l'hydrogéna- tion avec des catalyseurs homogènes optiquement actifs Ces modes opératoires sont présentés plus particulièrement dans le brevet canadien n 937 573 Ces procédés d'hydrogénation catalytique asymétrique ont entrainé la production de gran- des quantités de l'énanthiomorphe optique désiré. 2 2510579 Des catalyseurs typiques de la technique antérieu- re sont décrits dans les brevets américains na 3 849 480, n 4 008 280, na 4 119 652 et n O 4 166 824 Certains de ces catalyseurs sont également décrits dans the Journal of the American Chemical Society 99, ( 1977)s page 5946 par Vineyards Knowles, Sabacky, Bachman et Weinkauff dans un article inti- tulé: "Hydrogénation Asymétrique t Catalyseurs h Bisphos- phines chirales Rhodium". Contrairement aux catalyseurs de la technique an- térieure, les catalyseurs de la présente invention peuvent être utilisés dans des milieux aqueux et fournissent encore une efficacité élevée et fonctionnent rapidement pour l'hy- drogénation asymétrique Les termes "efficacité élevée" et "fonctionnent rapidement" sont définis ici (voir tableaux I, II et III) comme étant une efficacité de plus de 75 À et pendant des temps non supérieurs à quelques heures, de préfé- rence moins d'une heure. La présente invention se rapporte à une nouvelle famille de composés de phosphine qui peuvent être utilisés pour fabriquer des catalyseurs complexes de coordination mé- talliques, optiquement actifs, qui combinent une efficacité élevée avec une aptitude à une performance ou un fonctionne- ment rapide dans l'eau et évitent ainsi les problèmes de ré- cupération de solvants et de perte Les catalyseurs peuvent être utilisés dans des milieux alcooliques, ainsi que dans des milieux aqueux Ces catalyseurs sont utiles dans l'hy- drogénation asymétrique catalytique de composés oléfiniques. Les nouveaux composés de phosphine sont fabriqués à partir de nouveaux oxydes de phosphines. Les nouveaux composés de phosphine sont fabriqués à partir de nouveaux oxydes de phosphines optiquement actifs, ayant la formule: CH 3 PCH 25 02 R 1 R 2 - o R 1 est le groupe méthyle, N,N-diméthylamino ou morpholino et peut être une large gamme de radicaux alkyles, aryles ou dialkylamino o les groupes alkyles et aryles peuvent être soit des groupes hydrocarbonés soit des groupes substitués par des radicaux organiques ou minéraux Cependant, la gamme de R 1 est limitée par l'exigence selon laquelle il n'inter- fère pas avec les propriétés nécessaires de solubilité ou avec le procédé catalytique R 2 est l'hydrogène ou un radical alkyle ou aryle (de nouveau hydrocarboné ou substitué par des radicaux organiques ou minéraux) ou des radicaux minéraux R 2 doit être en position 3, 4 ou 5 Certains radicaux minéraux dont on s'attendrait à ce qu'ils soient compatibles sont CI, Br, I, F et une sulfone La gamme de R est limitée par les exigences selon lesquelles il n'interfère pas avec les pro- priétés nécessaires de solubilité ou avec le procédé cataly- tique. Les nouveaux composés de phosphène fabriqués à par- tir des oxydes de phosphines sont représentés par la formule: CH 3 PCH 2502 R 1 R 2 OCH 3 o R 1 et R 2 sont chacun tels que définis précédemment Le précurseur catalytique complexe de coordination métallique, optiquement actif, comprend du rhodium métallique et deux moles, par mole de métal, de coordinat de phosphine. Les coordinats sont ceux décrits dans le paragraphe précédent. La présente invention sera plus clairement compri- se d'après la description détaillée suivante de ses exemples spécifiques. Les nouveaux coordinats chiraux (possédant un pou- voir rotatoire) à titre d'illustration de la présente inven- tion ont les structures suivantes: - 4 2 2510579 CH 3 PCH 25 so 2 CH 3 CH 3 PCH 2 SO 2 N(CH 3)2 6 CH 3 OCH 3 IV V^I 4 4 l Q Ils ont été fabriqués à partir des nouveaux oxydes de phosphi- nes optiquement actifs correspondants- 0 O CH 3 PCH 2502 CH 3 CH 3 PCH 2502 N(CH 3)2 9 J 2OCH 3 O CH 3 4 4 III V Le catalyseur, tel que présenté dans le tableau I, peut être utilisé en combinant deux coordinats et un rhodium ou bien un complexe solide peut être utilisé, ayant -la structure suivan- te o L est le coordinat de phosphine et COD est le 1,5-cy- clooctadiène. lL 2 Rh CODl+ C 104 Le substrat (par exemple l'acide z-aacétamidocinnamique) peut être hydrogéné sous forme de l'acide libre (A) ou du sel de sodium soluble dans l'eau (B) On peut modifier le solvant entre de l'eau pure et du méthanol (le OH) à 50 % ou de l'alcool isopropylique (IPA) à 88 %, On doit insister sur le fait que les précurseurs catalytiques décrits précédem- ment n'hydrogéneront pas bien, si toutefois ils le font, dans un solvant aqueux, même si le complexe ajouté est ioni- que. TABLEAU I Réduction de l'acide z-a-acétamidocinnamique avec seur (I) constitué de coordinat IV-rhodium un cataly- Cata Tempé kg/cm Z Solvant Temps, j d'ee Remarques lyseur rature, ( 0,1 heure C M Pa) _ Solide 50 4,5 IPA à 0,2 79,7 88 % A Solide 50 4,5 H 20 A 0,4 ( 73) 95,6 réa- lisés In situ 50 4,5 Me OH à 0,3 83 4 % B Solide 50 4,5 H 20 B 0,4 82,5 In situ O 4,5 Me OH à 3,0 91,5 % B Solide O 4,5 Me OH à 2,0 92,5 -4 % B ( 1) Les hydrogénations ont été réalisées avec un rapport mo- laire substrat/métal de l 000/1. TABLEAU II Réduction de l'acide z-a-acétamidocinnamique avec un cata- lyseur ( 2) constitué de coordinat VI-rhodium Catalyseur Tempéra kg/cm Z j Solvant Temps, % d'ee ture, C ( 0,1 r-I Pa) heure Solide 50 4,5 Ie OH à 0,2 84 i 50,% ' In situ 50 4,5 IPA à 0,1 78 88 % A In situ 50 4,5 Ne OH à 0,4 86 _ 3 _% B ( 2) Les hydrogénations ont été réalisées avec un rapport mo- laire substrat/catalyseur de 1 000/1. TABLEAU III Réduction de l'acide z-a-acétamidocinnamique avec un cataly- seur ( 4) constitué de coordinat morpholino ( 3)-rhodium 1 X d'ee Catalyseur Tempéra kg/cm 2 -Solvant Temps, ture, C ( O 1 t Pa)_ heures In situ O 4 5 l He OH'(B)' 2 5. {I ?q 1 N 7 o 6,l -, ( 3) CH PCH SON N H s OCH 3 4 Coordinat morpholino S-(O-méthoxyphényl)méthyl(morpholinosulfonylméthyl) phosphine ( 4) Les hydrogénations ont été r éalisées avec un rapport mo- laire substrat/métal de l 000/1 I EXEMPLE I Mode opératoire d'hydrogénation: on a introduit dans un récipient de 65 mi, tenant la pression, 1 000 g ( 4,9 mmoles) d'acide Z-a-acétamidocinnamique et 25 mi de sol- vant, et puis on a purgé pour retirer l'air résiduel Ensui- te, le récipient a été réglé à la pression désirée d'hydrogè- ne et à la température désirée Le catalyseur équivalent à 0,005 mmole de rhodium est réalisé dans du méthanol à 95 K en ajoutant deux équivalents de coordinat pour un équivalent de rhodium sous forme de (Rh(COD)Cl)2 ou de Rh(COD)Ac Ac o COD = 1,5-cyclooctadiène et Ac Ac = CH 3 COCOCH Le catalyseur est alors ajouté à travers une cloison dans la fournée et l'hydrogénation est réalisée jusqu'à ce que l'absorption de gaz cesse Le pourcentage d'ee est mesuré directement en di- luant jusqu'au volume désiré et en comparant le pouvoir rota- toire avec une norme Quand le complexe solide est utilisé comme catalyseur, il est ajouté directement avant la purge. Les nouveaux composés sont réalisés comme suit: 7. s 6 O O 4 Men -"et r PCH 250 CH 3 -44 O P-CH 2502 CH 3 53 éH 3 CH 3 SOCH 32 CH 3 CH 3- OCH 3 Na H OCH 3 OCH 3 I II III Non purifié S 2 ci 6 'C 1 Men = ú-menthol 1 CH r P CH 25 O 2 CH 3 HO CH 3 OCH 3 IV EXEMPLE 2 Oxyde de ( 2-méthoxyphényl)méthyll(méthylsulfonyl) méthyllphosphine (III). Dans un récipient sec à fond rond, de 500 ml, à trois cols, sous de l'azote, on place 9,7 g ( 231,5 mmoles) de Na H sous forme d'une dispersion à 57 % dans lthuile et on lave plusieurs fois avec de l'hexane pour retirer l'huile. Ensuite, on ajoute 200 ml de diméthylsulfoxyde (DMSO) (em- magasiné sur des tamis moléculaires) et on chauffe avec agi- tation à 70-75 C jusqu'à ce que le dégagement d'hydrogène cesse (environ 45 minutes) On laisse la solution s'échauf- fer jusqu'à la température ambiante et puis on ajoute l'es- ter de menthol (I) ( 25 g, 77,2 mmoles) sous forme de solide en une seule fois, on chauffe jusqu'à 50 C pendant 4 heures et on laisse l'agitation à le température ambiante toute la nuit. On dilue le mélange réactionnel avec environ deux volumes d'eau et on l'extrait plusieurs fois avec du chlo- roforme. On combine les extraits organiques et on concentre 8 2510579 sous pression réduite (environ 20 mm Hg) Ensuite, on retire le menthol produit, en distillant sous un vide poussé tout en chauffant avec un bain-marie (environ 900 C). Le résidu, une huile de couleur havane, ayant un spectre de masse et une résonance magnétique nucléaire en accord avec la structure II, a été utilisé sans purification. Cette matière a été oxydée pour former la sulfone en dissolvant l'huile dans de l'acide acétique ( 300 m I) et en traitant avec une solution aqueuse de K Mn O 4 à 3 % (O 1 000 ml) L'oxydation est seulement légèrement exothermique et semble être terminée en quelques minutes; en conséquence,la solution du sulfoxyde dans Ac OH et la solution de K Mn O 4 sont combinées rapidement et on laisse un temps de réaction d'en- viron 30 minutes Le mélange résultant brun foncé est trai- té avec du métabisulfite de sodium solide jusqu'à ce que Mn O se dissolve et cette solution est extraite avec CHC 13 ( 5 x 250 ml) Les extraits combinés sont concentrés sous pression réduite pour donner un solide blanc qui peut être cristallisé dans du toluène ou dans de l'eau pour donner des cristaux blancs. Rendement 3,6 g ( 19 %), p f 172-174 C Spectre de masse de l'ion parent: 262 Une purification ultérieure don- ne une matière à p f de 175-1760 C lal 20 + 70,2 (C = 0,8 dans Me OH). EXEMPLE 3 ( 2-méthoxyphényl)méthyll(méthylsulfonyl)méthyllphos- phine IV. On prépare, sous de l'azote, dans un ballon sec à fond rond de 250 ml,à trois cols, une solution de (III) ( 0,87 g, 3,32 mmoles) dans de l'acétonitrile ( 75 ml, séchée sur des tamis moléculaires) et on chaufre au reflux On ajou- te, par l'intermédiaire d&une seringue, Si 2 C 16 ( 1,7 mi, 3 équivalents) , etaprès encore 15 minutes, une partie dgale finale de Si 2 C 16 ( 1,7 ml, 3 équivalents) Après cette der- nière partie, on laisse la réaction se poursuivre au reflux pendant 1 heure et puis on laisse refroidir jusqu'à la tem- pérature ambiante. Sous de l'azote, on ajoute le mélange réactionnel par partie à une solution aqueuse à 25 % de Na OH refroidie par de la glace ( 60 ml, purgée avec de l'azote) et on la laisse s'échauffer jusqu'à la température ambiante On ex- trait cette solution plusieurs fois avec CHC 13 (l'extraction d'une solution de soude avec du chloroforme pourrait être dangereuse et on recommande d'employer CH 2 C 12 plutôt que du chloroforme),et on concentre sous pression réduite pour don- ner un solide blanc qui peut être cristallisé dans l'étha- nol pour fournir un solide cristallin blanc. La résonance magnétique nucléaire était en accord avec la structure IV lal 20 + 131 (C = 0,4 dans Et OH absolu). EXEMPLE 4 s 6 4 P-CH 2 SO 2 N(CH 3)2 CH 3 C 3 Oxyde de l(N,N-diméthylaminosulfonyl)méthyll( 2-mé- thoxyphényl)méthylphosphine. Dans un ballon sec à fond rond de 500 ml, à trois cols, sous N 2, on prépare une solution de CH 3502 N(CH 3)2 ( 10,43 g, 0,0848 mole) et de tétrahydro Furane (THF) ( 100 ml, distillé à partir de Na et de benzophénone) et on refroidit jusqu'à environ 10 C Dans cette solution agitée à 10 C, on ajoute du n-butyllithium ( 50,9 ml, 0, 0815 mole, 1,6 M dans l'hexane), goutte à goutte, afin que la température reste en- dessous de 15-20 C (il se forme un précipité du sel de li- thium) On laisse alors cette solution sous agitation à 150 C pendant environ 15 minutes. Une solution de l'ester de menthol (I) ( 11,0 g, 0,034 mole) dans THF sec ( 50 ml) est ajoutée rapidement à 150 C et puis le mélange réactionnel est chauffé jusqu'à la température ambiante et on le laisse sous une agitation tou- te la nuit Après cette période, le mélange du réacteur était 9. 10579 10. clair et jaune clair L'tanalyse par chromatographie sur cou- che mince (CCM) sur du gel de silice avec de l'acétate d'éthy- le montrait qu'essentiellement toute la matière de départ était disparue. Le mélange réactionnel a été trempé avec un excès d'acide acétique ( 20 mi) et concentré sous pression rédui- te Le résidu a été dissous dans CHC 13 ( 250 ml) et il a été lavé avec une petite quantité d'eau ( 100 ml) Le produit de lauage aqueux a été extrait avec CHC 13 ( 2 x 250 ml) et les phases organiques ont été concentrées sous pression réduite. Le résidu, qui est une huile de couleur havane-jaune, a été purifié par chromatographie sur colonne sèche avec du gel de silice et de l'acétate d'éthyle pour donner un solide de couleur havane clair qui a été dissous dans du toluène chaud et filtré pour donner un solide blanc ( 9,1 g, 76 %) qui cristallise dans du toluène Le spectre de masse et la résonance magnétique nucléaire sont en accord avec la struc- ture V p f 143-1440 C lalD O + 59,8 (c = 2,6 dans Me OH). EXEMPLE 5 6 4 ' P -CH SO N' CH 3 CH 3 VI CH 3 l(N,N-diméthylaminosulfonyl)méthyll( 2-méthoxyphényl)- méthylphosphine. On prépare sous N 2, dans un ballon sec à fond rond à trois cols, de 250 ml, une solution de l'oxyde de phosphine (V) ( 1,0 g, 3,4 mmoles) dans de l'acétonitrile ( 80 ml, séché sur des tamis moléculaires) et on chauffe au reflux A cet- te solution au reflux, on ajoute 2,0 mi ( 3 équivalents) de Si 2 C 16 et on laisse la réaction se dérouler pendant-15 minu- tes Ensuite, on ajoute 1,0 ml supplémentaire ( 1,5 équiva- lent) de Si 2 Ci 6 et on continue à chauffer au reflux pendant minutes On refroidit le mélange réactionnel jusqu'à O O C 1. et on l'ajoute par parties, sous N 2, à un mélange, refroidi par de la glace, de benzène ( 300 mi, purgé avec' N 2) et d'une solution aqueuse de Na OH ' 25 ( 50 ml, purgée avec N 2) Les couches ont été séparées, la couche benzénique a été lavée avec de l'eau ( 2 x 30 ml) (de nouveau le tout est réalisé sous N 2) et la couche aqueuse de Na OH d'origine a été lavée avec CHC 13 (l'extraction d'une solution de soude avec du chloroforme pourrait être dangereuse et l Futilisation de CH 2 Ci 2 est recommandée, plutôt que du chloroforme) Les ex- traits organiques ont été combinés et concentrés sous pres- sion réduite pour donner une huile jaune sensible à l'air (en- viron 1,0 g, rendement presque quantitatif). Cette matière huileuse peut être purifiée par trans- formation en complexe de rhodium et séparation par cristalli- sation dans de i'IPA (alcool isopropylique) à 88 % Le comple- xe de rhodium, qui est sensible à ltair, a la structure sui- vante: L 2 Rh Ac Ac, o L = coordinat VI et Ac Ac = CH 3 COCOCH 3 Cette matière a été utilisée dans des hydrogénations catalytiques. EXEMPLE 6 (S)-(O-méthoxyphényl)méthyl(morpholinosulfonylméthyl) phosphine 1) CH 352 Cl + HN > CH 352 N O 1) Bu Li, 2) CH 350 ONH PO T H 5050 N 2 w-O Men 6. 2) CH 3 P OCH N,OCH ll OCH 3 4 ' 12 2510579 Dans une solution de morpholinométhylsulfonamide ( 14,0 g, 84,9 mmoles) dans 100 ml de tétrahydrofurane sec (THF) à 150 C, on a ajouté du nbutyllithium ( 50,9 ml d'une solution 1,6 M dans l'hexane, 81,5 mmoles) Ensuite, de l'o-méthoxyphénylméthylphosphinate de (S)-p-menthyle ( 11,O g, 34,0 mmoles) dans 50 mi de THF sec a été ajouté à 15 O C et la masse a été maintenue à 20-250 C pendant 16 heures en donnant une solution jaune clair Ce produit intermédiaire a été purifié sur une colonne de silice sèche par élution. avec de l'acétate d'éthyle. Résonance magnétique nucléaire (RMN) dans CD C 13: S 1,96 (d,3 H,3 = 14 Hz), 3,20-3,90 (m,8 H); 3,55 (d,2 H,3 J= 14 H 2), 3,92 (S,3 H) et 6,74-8,11 l(m,4 H) Ce produit intermédiaire soli- de ( 2,26 g, 6,8 mmoles) a été dissous dans 150 ml d'acétoni- trile sec et 6 ml de Si 2 C 16 ont été lentement ajoutés à C Le mélange a été alors maintenu pendant 30 minutes, refroidi et ajouté à 100 ml de Na OH à 25 % à 0-5 C Les cou- ches ont été séparées et la phase aqueuse extraite avec CH 2 Ci 2 Après enlèvement du solvant, on a obtenu 1,9 g d'huile jaune clair Elle a été cristallisée dans de l'étha- nol pour donner un produit à p f de 76-77 C,lal 20 + 123,8 C (C = 0,8 dans CH C 13) Les analyses par spectromètre de masse (SM) et résonance magnétique nucléaire (rmn) étaient en ac- cord Une cristallisation ultérieure n'a pas amélioré le pouvoir rotatoire. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ei-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro- viennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art, 13, REVENDICATIONS 1 Phosphine optiquement activecaractérisée en ce qu'elle a la formule: C 3 PCH 25 02 R c 3 2 25021 i R 2 l' "-OCH 3 IR 2 ' o R 1 est un radical alkylearyle ou dialkylamino o R les groupes alkyles et aryles peuvent être des groupes hydrocar- bonés ou peuvent être substitués par des radicaux organi- ques ou minéraux,pourvu que R 1 n'interfère pas avec les propriétés de solubilité nécessaires ou avec le procédé catalytique, R 2 est l'hydrogène ou un radical alkyle ou ary- le qui peut être un groupe hydrocarboné ou qui peut être substitué par des radicaux organiques ou minéraux, ou un radical minéral,pourvu que R 2 soit en position 3, 4 ou 5 et qu'il n'interfère pas avec les propriétés de solubilité né- cessaires ou avec le procédé catalytique. 2 Phosphine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que R 1 est le groupe méthyle et R 2 est l'hy- drogène. 3 Phosphine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que R 1 est le groupe diméthylamino et R 2 est l'hydrogène. 4 Phosphine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que R 1 est le groupe morpholino et R 2 est l'hy- drogène.