Способ получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3r)-фенилалюминациклопентана

Способ получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3r)-фенилалюминациклопентана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения нового энантиомерно обогащенного алюминийорганического соединения 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана формулы (I):

Указанное соединение может найти применение в реакциях стереорегулярной поли- и олигомеризации непредельных соединений, а также в качестве синтонов тонкого органического и металлорганического синтеза ([1] Толстиков Г.А., Джемилев У.М., Толстиков А.Г.. Алюминийорганические соединения в органическом синтезе. Гео, Новосибирск, 2009. 645 с.; [2] Одиноков В.Н., Ишмуратов Г.Ю., Ибрагимов А.Г., Яковлева М.П., Золотарев А.П., Джемилев У.М., Толстиков Г.А. // Химия природн. соедин., 1992, 567; [3] Одиноков В.Н., Ишмуратов Г.Ю., Харисов Р.Я., Ибрагимов А.Г., Султанов P.M., Джемилев У.М., Толстиков Г.А. // Химия природ. соединений, 1989, 272).

Известен способ ([4] Ибрагимов А.Г., Хафизова Л.О., Сатенов К.Г., Халилов Л.М., Яковлева Л.Г., Русаков С. В., Джемилев У.М. // Изв. АН. Сер. хим. - 1999. - №8. - С.1594-1600) получения рацемического 1-этил-(3R,S)-фенилалюминациклопентана (3R,S-1) реакцией триэтилалюминия (AlEt₃) со стиролом (1:1,2) в присутствии 5 мол.% Cp₂ZrCl₂:

В результате образуется смесь 2-фенил-, 3-фенил-, 2,4-дифенил-, 2,5-дифенилалюминациклопентанов и фенилалюминациклопропана с выходом >90% и мольным соотношением 50:25:15:3:7, соответственно.

Известный способ не позволяет получать энантиомерно обогащенные производные алюминия (1). Другим недостатком способа является низкая региоселективность реакции.

Известен способ ([5] Khalilov L.M., Parfenova L.V., Pechatkina S.V., Ibragimov A.G., Genet J.P., Dzhemilev U.M., Beletskaya I.P. // J. Organomet. Chem. - 2004. - v.689. - No.2. - p.444-453) получения оптически активных алюминациклопентанов (5) взаимодействием AlEt₃ с ноненом-1 в присутствии Cp₂ZrCl₂ и хиральных АОС^* 4, 5, 6 с выходом продукта циклоалюминирования (2) 19% с энантиомерным избытком 13% ее по схеме:

Недостатком данного метода является низкий выход продуктов циклометаллирования и невысокая оптическая чистота получаемых соединений; не установлена абсолютная конфигурация хирального центра полученных алюминациклопентанов.

Известен способ ([6] Dawson, G., Currant, C.A., Kirk, G.G., Whitby, RJ. // Tetrahedron Letters, 1997, 38, 13, 2335-2338) получения оптически активных алюминациклопентанов (7) реакцией AlEt₃ с 4-фенил-1-бутеном или аллилфенилсульфидом в гексане, в присутствии 4 мол.% циклопентадиенил 1-неоментил-4,5,6,7-тетрагидроинденил цирконий дихлорида (CpCp^*ZrCl₂) (9) в течение семи дней при комнатной температуре. Выход полученного продукта окисления и гидролиза 1,4-диола (8) составил 69%, а энантиомерный избыток - 30% ее.

Недостатком данного метода является длительное время проведения реакции.

Известен способ ([7] Патент US 6002037 A. Negishi E-i., Kondakov D.Y. Chiral Organoalanes and their Organic Derivatives via Zirconium Catalyzed Asymmetric Carboalumination of Terminal Alkenes; [8] Kondakov D.Y., Negishi E-i. // J. Am. Chem. Soc., 1995, V.117, p.10771-10772) получения 1-этил-3-(н-октил)-алюминациклопентана (10) взаимодействием триэтилалюминия с деценом-1 в присутствии 8 мол.% энантимерно чистого катализатора бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорида , в гексане по схеме:

Выход алюминийорганического соединения (10) определялся по продукту последующего окисления и гидролиза 2-н-октил-1,4-бутандиолу (11). Так, выход (11) составил 65%, а энантиомерный избыток 33% ее, однако авторами не была установлена абсолютная конфигурация хирального центра в полученном продукте. В работе также не приведены условия и время проведения реакции (температура, соотношение AlEt₃:олефин). Недостатком данного метода является использование большого количества Zr катализатора.

Известен способ ([9] Parfenova L.V., Berestova T.V., Tyumkina T.V., Kovyazin P.V., Khalilov L.M., Whitby R.J., Dzhemilev U.M. // Tetrahedron: Asymmetry, 21, 2010, p.299-310) получения 1-этил-(3S)-(n-бутил)-алюминациклопентана (12) взаимодействием триэтилалюминия с гексеном-1 в присутствии 8 мол.% катализатора бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорида в гексане по схеме:

Известный способ позволяет получать преимущественно S-энантиомер 1-этил-3-бутилалюминациклопентана (S-12) с выходом до 80% и энантиомерным избытком 36% ее.

Наиболее близким к изобретению является способ ([10] Millward D.B., Cole A.P., Waymouth R.M. // Organometallics, 2000, 19, 1870) получения энантиомерно обогащенных алюминациклопентанов (13) при взаимодействии AlEt₃ с терминальными алкенами (мольное соотношение 2:1), в том числе стиролом и аллилбензолом, в присутствии 5 мол.% (+)-η⁵-5,η⁵-1-инденил(диметилсилил)(R-метилбензил)амидотитан дихлорида (η⁵-(C₅Me₄)SiMe₂N(Bu^t)TiCl₂) (15) в гексане. Выход продукта окисления и гидролиза 2-фенил-1,4-диола (14) составил 12% за 92 ч, а энантиомерный избыток -19% ee.

Недостатком данного метода является невысокий выход и энантиомерный избыток получаемых соединений, большая длительность реакции, а также неизвестная конфигурация хирального центра образующихся энантиомерно обогащенных алюминациклопентанов.

Таким образом, в литературе имеются ограниченные сведения о способе получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана (1). Согласно этим сведениям целевой продукт (1) образуется с меньшим выходом и энантиоселективностью в течение длительного времени.

Предлагается способ получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии стирола с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии энантиомерно чистого катализатора бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорида , взятых в мольном соотношении стирол:AlEt₃:[Zr]=25:(29-31):2. Реакцию проводят в атмосфере аргона при комнатной температуре (~22°C) и атмосферном давлении, преимущественно без растворителя. Время реакции 24 часа, выход целевого продукта (1) составляет 38%, с энантиомерным избытком 40% ее. Реакция проходит по схеме:

Энантиомерно обогащенный 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентан (1) образуется с участием стирола, AlEt₃ и энантиомерно чистого комплекса циркония в качестве катализатора. В присутствии других алюминийорганических соединений (например, AlMe₃, , Et₂AlCl) целевой продукт (1) не образуется. В присутствии других комплексов Zr, например, Cp₂ZrCl₂, (CpMe)₂ZrCl₂, (CpMe₅)₂ZrCl₂, Ind₂ZrCl₂, Flu₂ZrCl₂, не обладающих оптической активностью, образующийся алюминациклопентан (1) представляет собой рацемическую смесь 3R- и 3S-энантиомеров. При использовании другого энантиомерно чистого катализатора циклопентадиенил 1-неоментилинденил цирконий дихлорида (CpInd^*ZrCl₂) значительно снижается энантиоселективность реакции (Таблица 1). Использование других алкенов, как гексен-1, гептен-1, октен-1, нонен-1, децен-1, метилпентен-1 позволяет получать соответствующие 1-этил-3-алкилалюминациклопентаны (где Алкил=н-бутил, н-пентил, н-гексил, н-гептил, н-октил, изо-бутил) с энантиомерным избытком, не превышающим 36% ее. Проведение реакции в бензоле или хлористом метилене приводит к снижению выхода и энантиомерного избытка продукта реакции - алюминациклопентана (1) (Таблица 1).

Реакцию проводили при перемешивании на магнитной мешалке, при температуре ~22°C. Повышение температуры выше 40°C приводит к уменьшению конверсии алкена. Понижение температуры снижает скорость образования (1), а также увеличивает время реакции.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону уменьшения исходной концентрации AlEt₃ или олефина приводит к снижению скорости реакции и выхода целевого продукта (1). Увеличение исходной концентрации AlEt₃, существенно ускоряет побочные реакции.

Образование циклического АОС 1 доказывалось путем анализа продукта дейтеролиза - (1,4-дидейтеро-втор-бутил)бензола (19) методами хроматомасс-спектрометрии, ЯМР ¹H и ¹³C спектроскопии. Энантиомерный избыток и абсолютную конфигурацию 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана (1) определяли по продукту окисления и гидролиза - (2R)-фенил-1,4-бутандиолу (20), который вовлекали в реакцию с реагентом Мошера (α-метокси-α-фенил-α-(трифторометил)хлорангидридом (S-MTPACl)). Полученный MTPA эфир (21) анализировали с помощью спектроскопии ЯМР ¹H и ¹³С.

Существенные отличия предлагаемого способа:

1. В предлагаемом способе получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана используется энантиомерно чистый циркониевый катализатор бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорид. В известном способе [10] применяется энантиомерно чистый титановый катализатор - (+)-η⁵-5,η⁵-1-инденил(диметилсилил)(R-метилбензил)-амидотитан дихлорид.

2. В предлагаемом способе для получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана используется соотношение реагентов α-олефин: AlEt₃:[Zr]=25:(29-31):2, время реакции 24 ч, растворитель - бензол или без растворителя. В известном способе [10] реакция проводится при соотношении α-олефин:AlEt₃:[Ti]=20:40:1, время реакции 92 ч, растворитель - гексан.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать энантиомерно обогащенный 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентан (1), обладающий R- конфигурацией β-хирального центра, с большим выходом 36-40% и энантиомерным избытком 39-41% ее.

2. Реакция проходит за меньший промежуток времени.

Способ поясняется следующим примером:

Пример 1. В стеклянный реактор объемом 10 мл, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 50 мг (0.08 ммоль) катализатора бис-(1-неометилинденил) цирконий дихлорида (Ind^*ZrCl₂), 0.11 мл (1 ммоль) стирола и 0.2 мл (1,2 ммоль) AlEt₃. Реакцию проводят при температуре 22°C при непрерывном перемешивании в течение 24 ч.

По окончанию реакции часть реакционной массы разлагали 10% DCl, продукты экстрагировали бензолом, органический слой сушили над Na₂SO₄ и анализировали с помощью ГХ-МС.

Оставшуюся часть окисляли барботированием O₂ в течение 2 ч и выдерживали в атмосфере кислорода в течение 24 ч. Продукты разлагали HCl и экстрагировали диэтиловым эфиром, органический слой сушили над Na₂SO₄, фильтровали и упаривали. Двухатомный спирт (20) в виде маслянистой жидкости выделяли методом колоночной хроматографиии на силикагеле с помощью ацетона. Органические фракции сушили над Na₂SO₄. Полученный спирт (2R,S)-фенил-1,4-бутандиол (20) (-11.7° (c=1.2, CH₂Cl₂) вовлекали в реакцию с реагентом Мошера (S-MTPACl). Полученный MTPA эфир 21 анализировали с помощью спектроскопии ЯМР ¹H и ¹³C. Выход 1 составляет 38% с энантиомерным избытком 40% ее, (R).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в Таблице 1.

Спектральные характеристики (19-20):

(1,4-Дидейтеро-втор-бутил)бензол (19). Т. кип. 53-54°C (8 мм. рт.ст.). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃): 0.91 (т, 2H, CH₂D, J=7.2); 1.22 (д, 2Н, CH₂D), J=7.2); 1.39-1.70 (м, 2H, CH₂); 2.50-2.69 (м, 1H, CHPh); 6.81-7.35 (м, 5H, CH аром.). Спектр ЯМР ¹³C: 21.6 (т, C₁, J_C-D=19.1), 41.9 (д, C₂), 31.4 (т, C₃), 11.9 (т, C₄, J_C-D=19.1), 147.5 (c, C₅), 128.4 (д, C₆), 127.1 (д, C₇), 125.9 (д, C₈). Масс- спектр, m/z: 136 [М]⁺.

2-Фенил-1,4-бутандиол (20). ¹H ЯМР (400.13 МГц, CDCl₃)δ_H 1.81-1.94 (1H, м, CHCHHCH₂OH), 1.96-2.11 (1H, м, CHCHHCH₂OH), 2.95 (1H, квинт, ³J=6.8 Гц, CHCH₂OH), 3.50-3.61 (1H, м, CH₂CHHOH), 3.61-3.72 (1H, м, CH₂CHHOH), 3.75 (2H, дд, ²J=6.4 Гц, ³J=4.0 Гц, CHCH₂OH), 7.15-7.28 (3H, Ph), 7.29-7.40 (2H, Ph). ¹³C ЯМР (100.62 МГц, CDCl₃) δ_C 35.9 (C₃), 45.9 (C₂), 61.0(C₄),67.5(C₁).

(R)-MTPA эфир 2-фенил-1,4-бутандиола (20) ¹H ЯМР (400.13 МГц, C₇D₈) δ_H 1.51-1.69 (1H, м, CHCHHCH₂O), 1.69-1.87 (1H, м, CHCHHCH₂O), 2.72-2.91 (RRS), 3.00-3.20 (RRR) (1H, CHCH₂O), 3.22 (RRR), 3.25 (RRS), 3.36 (RRS), 3.38 (RRR) (s, 6H, OCH₃), 3.68-3.81 (RRS), 3.91-4.00 (RRR) (1H, м, CH₂CHHHO), 3.96-4.07 (RRS), 4.09-4.19 (RRR) (1H, м, CH₂CHHO), 3.90-4.03 (RRS), 4.12-4.25 (RRR) (1H, м, CHCHHO), 4.10-4.24 (RRS), 4.33-4.47 (RRR) (1H, м, CHCHHO), 6.73-7.82 (15H, Ph). ¹³C ЯМР (100.62 МГц, C₇D₈) δ_C 30.38 (RRS), 30.67 (RRR) (C₃), 40.91 (RRS), 41.08 (RRR) (C₂), 54.9 (OCH₃), 63.37 (RRS), 64.44 (RRR) (C₄), 69.27 (RRS), 69.79 (RRR) (C₁), 84.7 (к, ²J=26.0 Гц, COCH₃), 124.2 (к, J_C-F=288.4 Гц), 139.04 (RRS), 140.86 (RRR) (C₅), 127.3-130.2 (Ph), 166.0 (C=O).

Таблица 1
Выход и энантиомерный избыток 1-этил-3-фенилалюминациклопентанов (1) в реакции AlEt3 с алкенами в присутствии комплексов и CpInd*ZrCl2.
Катализатор	Алкен-1: Et3Al:[Zr]	Растворитель	Время, ч.	Конверсия стирола, %	Выход 1, % (ее, R/S)	20 (CH2Cl2)
	25:29:2	-	24	67	36 (39, R)	-10.5° (с=0.9)
25:31:2	-	24	70	40 (41, R)	-12.1° (с=1.5)
25:30:2	C6H6	24	68	27 (6, R)	-
25:30:2	CH2Cl2	24	30	4	-
CpInd*ZrCl2	25:30:2	CH2Cl2	72	95	15 (2, S)	+0.2 (с=0.6)
25:30:2	-	24	60	21	-

Способ получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана (1) взаимодействием α-олефина с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии энантиомерно чистого катализатора, отличающийся тем, что в качестве α-олефина используют стирол, в качестве энантиомерно чистого катализатора бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорид , реакцию проводят при мольном соотношении стирол : AlEt₃ : =25:(29-31):2 при комнатной температуре (22°C) в течение 24 часов без растворителя.