Синтез новых p,N-хиральных лигандов на основе камфары

УДК 547.599+541.49

И. З. Илалдинов, Д. А. Фаткулина, Ю. Н. Олудина,

Р. Кадыров

СИНТЕЗ НОВЫХ Р,М-ХИРАЛЬНЫХ ЛИГАНДОВ НА ОСНОВЕ КАМФАРЫ

Ключевые слова: камфара, Р^-хиральные лиганды, асимметрический катализ.

Осуществлен синтез новых Р^-хиральных лигандов на основе камфары. Изучена их структура.

Keywords: camphor, P,N-chiral ligand,asymmetric catalysis.

New P,N-chiral ligands on the basis of camphor is synthesized and their structure is studied.

В работе [1] впервые была предложена схема синтеза новых P,N-хиральных лигандов на основе камары. Эта работа явилась продолжением работ [2,3], в которых на основе камфары был предложен и реализован при синтезе дифосфиновых лигандов (I) новый структурный тип хиральных лигандов, в которой центральная хиральность камфары сочетается с аксиальной хиральностью. Аксиальная хиральность в дифосфиновых лигандах возникает за счет присоединения арильного фрагмента к циклоолефиновой части камфары и затрудненности его вращения по оси присоединения С-С, в результате которого молекула лиганда будет существовать в виде двух атропоизомеров.

В качестве арильного фрагмента здесь была взята молекула тиофена с двумя метальными группами, а в качестве фосфиновых заместителей фенильные и ксилильные группы (R1=R2=Ph; R1=Ph, R2=Xyl; R1= Xyl, R2= Ph). В реакциях асимметрического гидрирования стандартных субстратов катализируемых Rh и Ru с этими лигандами была получена величина энантиомерного избытка равная значению 99,8%, которая соответствовала значению в таких же реакциях с использованием хорошо известных хиральных лигандов типа BINAP, DIPAMP, DuPHOS [4].

Настоящая работа является продолжением основной темы, заданная в этих работах -синтез новых хиральных лигандов на основе камфары с аксиальной хиральностью. В работе [1] была сделана попытка синтеза P,N-хиральных лигандов следующего вида:

R

2

Атропоизомерия у этих лигандов должна была возникнуть из-за затрудненности вращения арильного фрагмента по оси N-0. Однако первоначальная попытка осуществить синтез P,N-хиральных лигандов на основе камары, используя (2-бром-4,6-диметилфенил)гидразин (III) по предложенной схеме оказалось неудачной, при попытке циклизации вместо ожидаемого пиразола удалось выделить лишь интенсивно окрашенное азосоединение (V), образующееся в результате окисления промежуточного гидразона (IV).

ФС“

III

NN-N4 Br

2

Вг

V

Замена (2-бром-4,6-диметилфенил)гидразина (III) в этой реакции на (2-бром-6-метоксифенил)гидразина (VII) привела к желаемому результату. Синтез пиразолов (VIII а,б) был осуществлен в две стадии по аналогии с ранее опубликованным [5,6].

Р

+

NN-N4

2

Вг

VII

Литирование полученных пиразолов (VIII а,б) с последующей реакцией с РИ2Р0! при температуре сухого льда приводит к желаемым лигандам (IX а,б).

Вг

1. ^ВиШ,

2. 0!РРИ2

Р=Н (а); Р=Ме(б).

1 З1

Состав и строение синтезированных веществ подтверждены методами ЯМР Н, ЯМР Р и хромато-масс-спектроскопии. В дальнейшем были проведены эксперименты по гидрированию различных субстратов с полученными лигандами, используя комплексы с Rh, Ru и Ir. О результатах этих экспериментов мы сообщим позднее, после обработки экспериментальных данных.

Экспериментальная часть

Растворители и реагенты перед применением очищали по хорошо известным методикам. Чистоту веществ контролировали методом ТСХ на пластинках "Silufol UV 254” с использованием ультрафиолетовой лампы.

Хромато-масс-спектральное исследование проводили на приборе "Perkin Elmer” с квадрупольным масс-анализатором, системой обработки информации "TurboMassGold 4.4”, метод ионизации - электронный удар, использовали капиллярную колонку с привитой фазой "Elite Ms” ', длина-30 м, диаметр - 0.25 мм, газ-носитель - гелий. Масс-спектры электронного удара получены на приборе TRACE MS "Finnigan MAT” при энергии ионизирующих электронов 70 эВ, температура источника ионов 200 0С. Прогрев ампулы - испарителя системы прямого ввода осуществляли в программированном режиме от 35 0С до 190 0С с шагом 35 0С/минуту. Обработку масс-спектральных данных проводили с использованием программы "Xcalibur”.

1 З1

Спектры ЯМР Н и Р записывали на приборах Bruker AVANCE-600 с рабочими частотами 600 МГц (1Н), а также Bruker MSL-400 с рабочими частотами 400МГц ( Н) и 162 МГц (З1Р). В качестве стандартов использовали сигналы остаточных протонов дейтерированных растворителей.

(1R,7S)-3-(2-Бром-6-мeтоксифeнил)-1,10,10-тримeтил-3,4-диaзaтрицикло [5.2.1.026] deua-

2

К раствору 20 г (1 Н)-2-гидроксиметиленкамфары (I) (0.11 моль) в 50 мл метанола добавили раствор 24 г (2-бром-6-метоксифенил)гидразина (0.11 моль) в 100 мл метанола, продукт реакции выпадал немедленно. После 2 ч перемешивания выпавший осадок отфильтровали, промыли 95-ным % этанолом. Выход 32.7 г гидразона III. К суспензии полученного гидразона 21.69 г (57.2 ммоль) в 150 мл уксусной кислоте добавили 0.5 мл 47-ного % HBr, смесь нагрели и перемешивали при 80 0С 2 ч. Полученный светло-коричневый раствор охладили, медленно добавили 2Н NaOH, в результате выпал осадок. Продукт реакции экстрагировали эфиром, органический слой промыли насыщенным водным раствором бикарбоната, затем насыщенным водным раствором хлорида натрия и сушили MgSO4. К фильтрату добавили гептан и медленно удалили эфир. Выход 31.0 г (78%) чистого соединения (IV а). Спектр ЯМР 1Н (CDCh), б, м.д.: 0.75 с (ЗН, Снз), 0.88 с (ЗН, СНЗ), 0.91 с (ЗН, СНЗ), 1.19 д.д.д. (1Н, J 12.0,

9.0, 3.6 Гц), 1.38 м (1Н), 1.75 д.д.д. (1Н, J 12.0, 9.5, 3.8 Гц), 2.07 т.д.д. (1Н, J 11.8, 9.4, 3.8 Гц), 2.80 д (1Н, J 3.8 Гц), 3.77 с (ЗН, ОМе), 7.11 д (1Н, J 1.9 Гц), 7.16 д.д. (1Н, J 8.4, 2.0 Гц), 7.26 д (1Н, J 8.2 Гц), 7.32 с (1Н). Масс-спектр, m/z (I отн, %): 362, 360 (95), 347(60), 345(60), 319(100) 317 (100).

(lR,7S)-3-(2-Бром-6-мeтоксифeнил)-1,5,10,10-тeтрaмeтил-3,4-диaзaтрицикло[5.2.1.02'6]

deua-2

К раствору 9.13 г (42ммоль) (2-бром-6-метоксифенил)гидразина в 70 мл метанола добавили

8.2 г (42 ммоль) (1 Н)-3-ацетилкамфары (1б). Через 30 мин перемешивания при комнатной температуре добавили 3 капли 47-ной % HBr, полученную смесь кипятили 5 ч. Метанол удалили в вакууме, остаток нанесли на силикагель, продукт реакции выделили, элуируя смесью гексан-этилацетат, 1:1. Остаток после удаления растворителей перекристаллизовали из 100 мл гексана. Выход 7.95г (50%). Спектр ЯМР 1Н (CDCh), б, м.д.: 0.77 с (Зн, СНЗ), 0.87 с (ЗН, СНз), 0.89 с (ЗН, СНз), 1.17 д.д.д. (1Н, J 12.0, 8.9, 3.4 Гц), 1,38 м (1Н), 1.72 д.д.д. (1 Н, J

12.0, 9.3, 3.8 Гц), 2.05 т.д.д. (1Н, J 11.7, 9.4, 3.8 Гц), 2.24 с (3Н, СНз) 2.74 д (1 Н, J 3.8 Гц), 3.76 с (3Н, ОМе), 7.08 д (1Н, J 2.0 Гц), 7.14 д.д. (1Н, J 8.4, 2.0 Гц), 7.26 д (1Н, J 8.2 Гц). Масс-спектр, m/z (I отн, %): 376 (18), 374 (18), 361(24), 359(24), 333(100) 331 (100).

(1Я.,7В)-3-(2-дифенилфосфино-6-метоксифенил)-1,10,10-триметил-3,4-диазатрицикло

[5.2.1.02' 6]дека-2

В атмосфере аргона 3.4 мл раствора 1.6 М BuLi в гексане (5.5 ммоль) добавили к раствору 1.81 г соединения (IV а) (5 ммоль) в 20 мл безводного ТГФ при - 85-90 0С. Через 10 мин перемешивания добавили 1.21 г дифенилхлорфосфина (5.5 ммоль) в 3 мл ТГФ, поддерживая температуру ниже - 85 0С. Затем осторожно поднимали температуру до 5 0С в течение 12 ч, добавили 50 мл водного раствора NH4CI в атмосфере аргона. После отделения органического слоя из водной фазы полученное вещество дополнительно экстрагировали эфиром, объединенные органические слои сушили MgSO4. После удаления растворителей получили

3.2 г вязкого маслообразного вещества, которое растворили в 2 мл толуола и очищали с помощью колоночной хроматографии, используя смесь гексан-этилацетат 1:4 в качестве элюента. Выход 1.3 г. (56%) Спектр ЯМР 31Р (CDCI3), б, м.д.: - 3.0. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3), б, м.д.: 0.68 с (3Н, СН3), 0.81 с (3Н, СН3), 0.85 с (3Н, СН3), 1.12 д.д.д. (1 Н, J 12.1, 9.0, 3.5 Гц), 1,32 м (1Н), 1.66 д.д.д. (1Н, J 12.0, 9.4, 3.7 Гц), 1.99 т.д.д. (1Н, J 11.8, 9.4, 3.9 Гц), 2.72 д (1Н, J 3.8 Гц), 3.55 с (3Н, ОМе), 6.81 д.д.д. (1Н, J 7.9, 6.4, 1.5 Гц), 6.85 д.д. (1Н, J 8.3, 1.5 Гц), 7.297.25 м (12Н).

Аналогично из 1.88 г (5 ммоль) из соединения (IV б) получили 1.5 г (62%).

Спектр ЯМР 31Р (CDCI3), 5, м.д.: - 3.05. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3), 5, м.д.: 0.69 с (3Н, СН3),

0.80.с (3Н, СН3), 0.83 с (3Н, СН3), 1.09 д.д.д. (1 Н, J 12.1, 9.0, 3.5 Гц), 1,33 м (1Н), 1.63 д.д.д. (1Н, J 12.0, 9.4, 3.7 Гц), 1.96 т.д.д. (1Н, J 12.0, 9.4, 3.9 Гц), 2.18 с (3Н), 2.65 д (1Н, J 3.9 Гц), 3.55 с (3Н, ОМе), 6.79 д.д.д. (1Н, J 7.9, 6.4, 1.6 Гц), 6.84 д.д. (1Н, J 8.3, 1.6 Гц), 7.29-7.25 м (11Н).

Литература

1. Илалдинов, И.З. Некоторые подходы в синтезе Р,К-хиральных лигандов на основе камфары. / И.З. Илалдинов, Д.А. Фаткулина, Ю.Н. Олудина, Р.З. Мусин, С.В. Бухаров, Р. Кадыров. // Вестник техн. ун-та. - 2010.- №6.- Р. 54-58.

2. Kadyrov, R. Chiral diphosphine ligands based on camphor: synthesis and applications in asymmetric hydrogenations. / I.Z. Ilaldinov, J. Almena, A. Monsees, T.H. Riermeier. // Tetrahedron Letters. - 2005. -Vol. 46. - P. 7397-7400.

3. Илалдинов, И.З. Синтез 3-бромзамещенных 2-арилборниленов по реакции кросс-сочетания. / Илалдинов, И.З., Бухаров С.В., Кадыров Р. // ЖОрХ. - 2007. -т. 43. Р.750 - 755.

4. BlaserH.-U. Selective hydrogenation for fine chemicals: Recent trends and new developments. / Blaser HU., Malan C., Pugin B., Spindler F., Steinder H., Studer M. // Adv. Synth. Catal. - 2003.- Vol.345. - No 1+2., P.103-151.

5. Le Cloux, D. D. Optically Active and a-Symmetric Tris(pyrazolyl)hydroborate and Tris(pyrazolyl)phosphine. Oxide Ligands: Synthesis and Structural Characterization. / D.D. Le Cloux, C.J. Tokar, M. Osawa, R.P. Houser, M.C. Keyes, W.B. Tolman // Organometallics. 1994, 13, Р 2855-2866.

6. Nagai,S. Synthesis of pyrazolone derivatives XXXVI. 1). Synthetic and pharmacological studies on some (4S,7R)-4,7- methano-1H (or 2H)-indazoles and indazolium compounds. / S. Nagai, N. Oda, I. Ito, Y. Kudo // Chem. Pharm. Bull. - 1979. - Vol.27. - P. 1771-1779.

© И. З. Илалдинов - канд. хим. наук, доц. каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КГТУ, ilaldinov@mail.ru; Д. А. Фаткулина - асп. той же кафедры; Ю. Н. Олудина - магистр КГТУ; Р. Кадыров - канд. хим. наук, рук. группы в Evonik Degussa GmbH, Rodenbacher Chaussee 4, 63457 Hanau, Germany.