Лекция 26Металлокомплексный катализ 2

Статую красит вид, а человека – деяния его.Пифагор

Кросс-сочетание (цинк, бор, олово, магний). Арилированиеацетиленов(Соногашира).

Асимметрический катализ. Хирафор, каталафор. Понятие онелинейном эффекте. Гидрирование с применением BINAP, DIPAMP (Нойори, Ноулз). Эпоксидирование аллиловыхспиртов (Шарплесс).

Реакции кросс-сочетания один изважнейших методов создания С-С связи

R1 M XR2 R1 R2 XM+Pd(0) кат.

+металлорганический реагент

Х = галогенид или трифлат

продукт кросс- сочетания

соль металла

Ароматическое нуклеофильное замещение

SNArАриновый механизмNASH Замещение гидрид-иона (окисление)Викариозное замещениеSRN анион-радикальный механизмSN1Другие (ANRORC)Катализ комплексами Pd и Ni

LPd

L

R2 R1

R1 R2

MX

R2Pd

X

L L

XR2

R1M

L2Pd(0)

окислительное присоединение

переметаллирование(лигандный обмен)

восстановительное элиминирование

R1 M

R2 X

Ar X XX

Ar X

O

ROX RF X

M = MgX, ZnX, Cu, SnR3, SiR3/TASF,ZrCp2Cl, AlMe2, B(OR)2

R2 должен не содержать β-водорода

(иначе элиминирование)

X = I, Br, (Cl), OTf, OPO(OR)2

алкинил > винил > арил > аллил ~ бензил >> алкил

Сочетание Кумада (Kumada coupling)

S MgBr

N

Br

Br

NMgBr

I CO2Na

Pd(Ph3P)4, THF

S MgBr

N N

S

N

Br

N

CO2HS

rt, 2 ч

PdCl2*(dppb)THF, rt

PdCl2*(dppb)THF, rt,

52 %

98 %

87 %

Сочетание Негиши (Negishi coupling)

BnO

O

NHTr

I

N

N CO2t-Bu

NHBoc

I

Boc

PdCl2(Ph3P)2, DME, 40 °C

BnO

O

NHTr

ZnI

N

N

CO2t-BuBocHN

BnO

O

Boc

NHTr

активированная

Zn/Cu пара

79 %

TfOOTf

I

ZnBr

OP

ZnBr

65 0C

+

Pd(dba)2

3

rtdppf

Pd(dba)2

Реакция Соногашира

I

SBr

Pd(OAc)2, Ph3P

NH

I

CO2EtCuI, Et3N HN

CO2Et

Ph

PhS

Ph Ph+10 mol% CuI, Et2NH

5 mol% PdCl2*(Ph3P)2

+Bu4NHSO4/Et3N

CH3CN / H2O (10:1)

+PdCl2*(Ph3P)2

60 °C

90%

82 %

89 %

Ph

Ph

Ph

CuI

Сочетание Сузуки (Suzuki coupling)

N

N

Ot-Bu

(HO)2B

Ot-Bu

N

N

Ot-Bu

Br

t-BuO

S

Me

Br

Pd(Ph3P)4, DME

N

N

Ot-Bu

B(OH)2

t-BuO

N

N

Ot-Bu

Ot-Bu

S

Me

1. n-BuLi, THF, -75 °CB(OBu)3, -75 to 0°C

2. NaOH / H2O3. HCl

80 %

NaHCO3 / H2O,63 %

Cl

H2N

B(OH)2

BHB

Pd(Ph3P)4, K3PO4

SPh

Br SPh

H2N1.5 % Pd2(dba)3, 3.6 % P(t-Bu)

1.2 экв. Cs2CO3, диоксан

80-90 °C, 24 ч.

THF, 0-5 °

THF/H2O, кипячение

92 %

81 %

Сочетание Стилле (Stille coupling)

O

BrBr

CO2Me

SnBu3

Pd(Ph3P)3, DMA O

Br

CO2Me

O CO2Me

SnMe4

90 °C

PdCl2(o-Tol3P)2

79 %

70 %

O

OMe

I

H

O

O N

O O

O

OHO

I

OMe

OH

H

OH

H

PdCl2(MeCN)2

Bu3Sn

SnBu3

R

i-Pr2NEtDMF, THF

O

OMe

H

O

O N

OO

O

OHOR

OH

H

26 %

Сочетание Стилле-Келли (Stille-Kelly coupling)

OH

Br

Br

OH

N

OO

Br Br

O

Me3Sn-SnMe3

Pd(Ph3P)4, диоксан

Pd(Ph3P)2Cl2(Bu3Sn)2

OH

Me3Sn

Br

OH

Et4NBr, Li2CO3

N

OO

O

OH

OH100-105 ° C

68 %

80 %

N

Br

Br

P

H

EtO OEt

O

NH

Pd(Ph3P)4, Et3N, N2

OH

Br O

N

POEt

EtO O

N

90 °C, 3 ч

+Pd(OAc)2, dppf, NaOt-Bu

толуол, 120 °C, 48 ч

Pd(OAc)2,Tol-BINAP

K2CO3, толуол, 100 °C,

+77 %

87 %

89 %

Pd-катализ позволяет создать связи с гетероатомами

P2RhCl

H2

H

P2Rh

Cl

HRh

ClPh3P

Ph3PH

H

H

P2Rh H

Cl

H

P2Rh

Cl

HPPh3

Rh Cl

PPh3

Ph3P

H

P2Rh H

Cl

цис

быстроеравновесие

быстроеравновесие

ассоциация

миграция присое-динение

элиминирование

скорость реакции~ 10 циклов в минуту

Каталитический цикл гидрирования алкенов с катализатором Уилкинсона

TON (turnover number) -число каталитических циклов,осуществляемое одной молекулой катализатора

TOF (turnover frequency) - число оборотов в единицу времени,осуществляемое одной молекулой катализатора

PPh2

PPh2

(R)-BINAP

PPh2

PPh2

(S)-BINAP

PPh2

PPh2H H

PPh2HH

Ph2P

PPh2

PPh2

O

O

Br

Br

OCOPh

HO2CCO2H

OCOPh

OH

OH

PPh2

PPh2

(S)-BINAP

OH

1.

2. кристаллизация3. основание4. восстановление (HSiCl3)

рацемический бис-фосфин оксид

1. Mg

2. Ph2POCl

рацемический дибромид

PPh3/Br2O2/Fe3+

W.S. Knowles (1917-)Нобелевская премия по химии 2001г.

PP

OMe

MeO

(R,R)-DIPAMP

PhP

Cl

Me O

OP

Ph

Me O

OP

Ph

Me O

HO

BrMg

MeO

P

MeO

Me

OPh

P

OMe

Ph

P

Ph

MeODIPAMP

Bu3N

пиридин

(-)-ментол

кристаллизация из гексана

1. LDA

2. CuCl23. HSiCl3

CO2H

OMe

H2

[(S)-BINAP]Ru(OAc)2

OH

H2

[(S)-BINAP]Ru(OAc)2

OH

H

CO2H

OMe

H

(S)-напроксен

гераниол (R)-цитронеллол

H

CO2H

NHAc

MeO

AcO

H2

[DIPAMPRhL2+

CO2H

NH2

HO

HO

CO2H

NHAc

MeO

AcO

HL = растворитель

L-DOPA

MeOP

Ph

Rh

PPh

MeO

R,R-DIPAMP

BF4

96 % e.e; 100 % e.e. после

перекристаллизации из метанола

3 bar , 50 °Cкатализатор / субстрат

1 / >10000

P PRh

LL

MeO

OMe

Me CO2Me

ArO

NH

MeMeO2C

ArO

NH

P PRh

MeO

OMeMe CO2Me

ArO

NH

P PRh

MeO

OMe

+

образуется 2 диастереомерных комплекса

CHPh

MeO2C NHCOMe

P2Rh

ONH

Ph

Me

CO2Me

H2

P2RhO NH

Ph

Me

CO2Me

H2P2RhO NH

Ph

Me

CO2Me

H

H

P2Rh

ONH

Ph

Me

HH

CO2Me

R

S

OCH3P2Rh

OCH3

H

HO

NHP2Rh

Me

H

CH2PhCO2Me

O

NHP2Rh

Me

HPhH2C CO2Me

CH2Ph

MeO2C NHCOMeH

наблюдается при -50 °С

90 %

98 % S2 % R

каталитический цикл асимметрического гидрирования енаминов с Rh-DIPAMP

10 %

PhCO2H

NHAc

H2

N N

PPh2

Ph

Me

PPh2

Me

Me

DNNP

PhCO2H

NHAc

X

Met

L2

L1

Y

[PNNP]RhL2+

N-ацетил L-фенилаланин 83 % ee, повышается до97 %, при перекристаллизации

*хирафор

каталафор

RCOOR1

NHCOR2

(S)-BINAP−Rh+

COOR1

NHCOR2

R

(S)-BINAP−Rh+

(R)-BINAP−Rh+

PPh2

PPh2

RhOCH3

OCH3

H

H

ClO4

(R)-BINAP−Rh+

PPh2

PPh2

RhOCH3

OCH3

H

H

S

R

(S)-BINAP−Rh+

RCOOR1

NHCOR2

COOR1

NHCOR2

R

ClO4

+ H2

+ H2

R = Ar, H

R = Ar

Нелинейный эффект

M + LR + LS MLRLR + MLSLSK

2MLRLS

x kRR kSS kRSy z

продукт продукт рацемический продуктeemax -eemax

OH(R,R)-DET, Ti(Oi-Pr)4 (5 mol %)

t-BuOOH, CH2Cl2, -20 °C OH

O

(R,R)-DET, Ti(Oi-Pr)4, H2Ot-BuOOH, CH2Cl2, -20 °C

Me

SMe

OH

Me

SMe

OH

EtO2CCO2Et

OH

(R,R)-DET

A:

B:

HOR

Энантиоселективность в ассиметрическом эпоксидировании по Шарплесу

D-(-)-диэтил тартратокисление с верхней стороны алкена

D-(+)-диэтил тартратокисление с нижней стороны алкена

OH

t-BuOOHTi(Oi-Pr)4

OTi

O

OTi

CO2Et

CO2EtO

Oi-Pr

EtO

O

Oi-Pr

OEtOO

Oi-Pr

i-Pr

OTi

O

OTi

O

Oi-Pr

EtO

O

Oi-Pr

OO

OCO2Et

CO2Et

t-Bu

CO2EtR

t-BuOOH

OTi

O

OO

O

O

CO2Et

t-Bu

EtO2C

R

OHO

OTi

O

OTi

O

Oi-Pr

EtO

O

Oi-Pr

OO

Oi-PrCO2Et

CO2Et

t-Bu

CO2Et

HOO

R

L-(+)-DET

85 % выход, 94 % ee

Ti(Oi-Pr)4 + L-(+)-DET