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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft P-chirale Biphospholanliganden und
Verfahren für
die Herstellung derselben. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
die Bildung von Metall/P-chirales Biphospholan-Komplexen, die asymmetrische
Umwandlungsreaktionen unter Erzeugung hoher Enantiomerenüberschüsse gebildeter
Verbindungen katalysieren.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
der pharmazeutischen Industrie besteht eine wachsende Tendenz, chirale
Arzneimittel in enantiomerenreiner Form zur Bereitstellung gewünschter
positiver Wirkungen bei Menschen auf den Markt zu bringen. Die Produktion
enantiomerenreiner Verbindungen ist aus mehreren Gründen von
Bedeutung. Erstens ergibt ein Enantiomer häufig eine gewünschte biologische
Funktion durch Wechselwirkungen mit natürlichen Bindungsstellen, während jedoch
ein anderes Enantiomer typischerweise nicht die gleiche Funktion
oder Wirkung hat. Ferner ist es möglich, dass ein Enantiomer
schädliche
Nebenwirkungen hat, während
ein anderes Enantiomer eine gewünschte
positive biologische Aktivität
ergibt. Um diesen Bedarf an chiralen Arzneimittelen zu erfüllen, wurden
viele Ansätze
zur Gewinnung enantiomerenreiner Verbindungen, wie Diastereomerentrennung,
strukturelle Modifikation natürlich
vorkommender chiraler Verbindungen, asymmetrische Katalyse unter Verwendung
synthetischer chiraler Katalysatoren und Enzyme und die Trennung
von Enantiomeren unter Verwendung von Simulated Moving Bed (SMB)-Technologie,
erforscht.
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Asymmetrische
Katalyse ist häufig
das effizienteste Verfahren, da eine kleine Menge eines chiralen Katalysators
zur Produktion einer großen
Menge eines chiralen Zielmoleküls
verwendet werden kann. Während
der letzten zwei Dekaden wurden mehr als ein halbes Dutzend kommerzieller
großtechnischer
Verfahren entwickelt, die asymmetrische Katalyse als die Schlüsselstufe
bei der Produktion enantiomerenreiner Verbindungen verwenden, wobei
sich ungeheure Anstrengungen auf die Entwicklung neuer asymmetrischer
Katalysatoren für
diese Reaktionen konzentrierten (J. D. Morrison, Hrsg., Asymmetric
Synthesis, Academic Press: New York, 1985 (5); B. Bosnich, Hrsg.,
Asymmetric Catalysis, Martinus Nijhoff Publishers: Dordrecht, Niederlande,
2986; H. Brunner, Synthesis, 1988: 645; R. Scheffold, Hrsg., Modern
Synthetic Methods, Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, 1989: 115(5);
W. A. Nugent, T. V. RajanBabu, M. J. Burk, Science, 1993, 259: 479;
I. Ojima, Hrsg., Catalytic Asymmetric Synthesis, VCH: New York,
1993; R. Noyori, Asymmetric Catalysis and Organic Synthesis, New
York: John Wiley & Sons,
Inc., 1994).
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Chirale
Phosphinliganden spielten eine bedeutsame Rolle bei der Entwicklung
neuer übergangsmetallkatalysierter
asymmetrischer Reaktionen zur Bildung eines Enantiomerenüberschusses
von Verbindungen mit gewünschten
Aktivitäten.
Die ersten erfolgreichen Versuche bei der asymmetrischen Hydrierung
von Enamidsubstraten wurden in den späten 1970er Jahren unter Verwendung
von chiralen Biphosphinen als Übergangsmetallliganden
durchgeführt
(B. D. Vineyard, W. S. Knowles, M. J. Sabacky, G. L. Bachmann, D.
J. Weinkauff, J. Am. Chem. Soc., 1977, 99 (18): 5946–5952; W.
S. Knowles, M. J. Sabacky, B. D. Vineyard, D. J. Weinkauff, J. Am.
Chem. Soc., 1975, 97 (9): 2567–2568).
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Seit
diesen ersten veröffentlichten
Berichten gab es eine Explosion der auf die Synthese neuer chiraler Biphosphinliganden
für asymmetrische
Hydrierungen und andere chirale katalytische Umwandlungen gerichteten
Forschung (I. Ojima, Hrsg., Catalytic Asymmetric Synthesis, VCH
Publishers, Inc., 1993; D. J. Ager, Hrsg., Handbook of Chiral Chemicals,
Marcel Dekker, Inc., 1999). Hochselektive starre chirale Phospholanliganden
wurden verwendet, um diese asymmetrischen Reaktionen zu fördern. Beispielsweise
werden Phospholanliganden bei der asymmetrischen Hydrierung von
Enamidsubstraten und anderen chiralen katalytischen Umwandlungen
verwendet.
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BEP-,
Duphos- und BisP-Liganden sind einige der wirksamsten und breit
verwendbaren Liganden, die bisher für eine asymmetrische Hydrierung
entwickelt wurden. M. J. Burk, Chemtracts 11 (11), 787–802 (CODEN:
CHEMFW ISSN: 1431–9268.
CAN 130: 38423; AN 1998: 698087 CAPLUS) 1998; M. J. Burk, F. Bienewald,
M. Harris, A. Zanotti-Gerosa, Angew. Chem. Int. Ed., 1998; 37 (13/14):
1931–1933;
M. J. Burk, G. Casy, N. B. Johnson, J. Org. Chem, 1998; 63 (18):
6084–6085;
M. J. Burk, C. S. Kalberg, A. Pizzano, J. Am. Chem. Soc., 1998;
120 (18): 4345–4353;
M. J. Burk, T. G. P. Harper, C. S. Kalberg, J. Am. Chem. Soc., 1995; 117
(15): 4423–4424;
M. J. Burk, J. E. Feaster, W. A. Nugent, R. L. Harlow, J. Am. Chem.
Soc., 1993; 115 (22): 10125–10138;
W. A. Nugent, T. V. RajanBabu, M. J. Burk, Science (Washington,
D. C., 1883–)1993;
259 (5094): 479–483;
M. J. Burk, J. E, Feaster, R. L. Harlow, Tetrahedron: Asymmetry,
1991; 2 (7): 569–92;
M. J. Burk, J. Am. Chem. Soc., 1991: 113 (22): 8518–8519; T.
Imamoto, J. Watanabe, Y. Wada, H. Masuda, H. Yamada, H. Tsuruta,
S. Matsukawa, K. Yamaguchi; J. Am. Chem. Soc., 1998: 120 (7): 1635–1636; G.
Zhu, P. Cao, Q. Jiang, X. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 1997; 119 (7):
1799–1800.
Beispielsweise kann ein Rhodium/Duphos-Komplex zur selektiven Bildung
von (S)-(+)-3-(Aminomethyl)-5-methylhexansäure, die als Pregabalin bekannt
ist, das als krampflösendes
Arzneimittel verwendet wird, verwendet werden. Das S-Enantiomer,
das in einem Enantiomerenüberschuss
produziert wird, ist bevorzugt, da es bessere krampflösende Ak tivität als das R-Enantiomer
zeigt. Yuen et al., Bioorganic & Medicinal
Chemistry Letters, 1994, 4: 823.
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Andere
Phospholanliganden und Ligandenvorläufer sind bekannt. M. J. Burk,
A. Pizzano, J. A. Martin, L. M. Liable-Sands, A. L. Rheingold, Organometallics,
2000, 19: 250–260,
offenbaren die Herstellung von sekundären 2,5-Dialkylphospholanen
und deren Boranaddukten. Die WO 99/62917 offenbart die Herstellung
von optisch aktiven Phospholanen und Diphospholanen. Die WO 00/11008
beschreibt chirale Liganden, die von natürlichen Produkten, die D-Mannit
und Weinsäure
umfassen, abgeleitet sind. Die WO 99/24444 offenbart ein Verfahren
zur Herstellung eines cyclischen Phosphins aus einem primären Phosphin
und einem bifunktionellen Alkylierungsmittel. A. Ohashi, T. Imamoto,
Acta Crystallographica, Section C, Crystal Structure Communications,
2000, 56: 723–725
offenbaren die Herstellung von 1-tert-Butyl-2-methylphospholan-boran
und 2,2'-Bis (1-tert-butylphospholan-boran).
R. P. Polniaszek, J. Org. Chem., 1992,57: 5189–5195, offenbart die Herstellung
von 1-(N,N-Diisopropylamino)-1-oxo-2-alkylphospholanen.
S. G. Borleske, L. D. Quin, Phosphorus, 1975, 5: 173–182, beschreiben
bestimmte Phospholanoxid-carbonsäurederivate.
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Der
Erfolg von BPE-, Duphos- und BisP-Übergangsmetallkomplexen bei
asymmetrischen Hydrierungen beruht auf vielen Faktoren. Beispielsweise
wurden Substrat/Katalysator-Verhältnisse
von bis zu 50 000/1 belegt. Auch wurden mit aus diesen Liganden
hergestellten Katalysatoren hohe Raten der Substratumwandlung in
ein Produkt unter Verwendung niedriger Wasserstoffdrücke beobachtet.
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BPE,
Duphos und BisP zeigten bei zahlreichen asymmetrischen Reaktionen
hohe Enantioselektivitäten.
Die verbesserte Reaktion von BPE, Duphos und BisP wird unter anderen
Faktoren der Starrheit in deren Struktur von C2-Symmetrie
zuge schrieben. Wenn der Raumbereich einer Metall/Phosphinligand-Struktur,
wie BPE, wie in Schema 1 gezeigt in vier Quadranten geteilt wird,
werden abwechselnd gehinderte und nicht-gehinderte Quadranten gebildet.
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Dieses
Strukturmerkmal schafft Hinderungsbereiche in den Metallkomplexen
und ergibt bei asymmetrischen Hydrierungsreaktionen gewünschte stereochemische
Ergebnisse. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Reaktionen, wie die
Katalyse einfacher Olefine, bei denen diese Liganden im Hinblick
auf Aktivität
und Selektivität
nicht sehr effizient sind.
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Ferner
gibt es viele mit diesen Liganden in Verbindung stehende Eigenschaften,
die deren Anwendung beschränken
können.
Beispielsweise ist das chirale Zentrum dieser Liganden nicht direkt
an das Metallzentrum gebunden. Dies kann die Effektivität der Enantioselektivität bei asymmetrischen
Reaktionen verringern, da die Chiralität der Liganden dazu beiträgt, die
Stereochemie während
der Reaktion eines Zielmoleküls
mit dem Metall/chiraler Ligand-Komplex zu lenken. Daher kann eine
enger am Metallzentrum erfolgende Bindung eines chiralen Atoms die
Bildung von Enantiomerenüberschüssen erhöhen. Auch
können
sperrige Substituenten in den nicht-gehinderten Regionen die Verfügbarkeit
und Reaktivität
des Metallzentrums gegenüber
dem Zielmolekül
beschränken.
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Benötigt werden
verbesserte chirale Phosphinliganden, die die Produktion von als
Enantiomeren aktiven Formen von Verbindungen durch asymmetrische
Katalyse weiter verbessern können.
Daher besteht Bedarf an der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung
und an der Synthese von Verbindungen, die ein chirales Phosphinatom
direkt an ein Metallzentrum binden, und an der Entfernung von hemmenden
Substituenten von dem Liganden, wobei die Enantioselektivität bei asymmetrischen
Reaktionen verbessert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Durch
die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung von Enantiomeren
von P-chiralen Biphospholanliganden und Verfahren für deren
Herstellung. P-chirale Biphospholane dienen bei Komplexierung mit einem
Metall als Katalysatoren bei asymmetrischen Hydrierungsreaktionen
unter Förderung
der Bildung eines gewünschten
Stereoisomers. Eine P-chirale Biphospholanverbindung der vorliegenden
Erfindung wird durch die Strukturformel I dargestellt:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet. Das entsprechende
Enantiomer der Verbindung I ist eine weitere Verbindung der vorliegenden
Erfindung.
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Eine
weitere P-chirale Biphospholanverbindung der vorliegenden Erfindung
hat die Strukturformel VII:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
jedes
Y unabhängig
voneinander Halogen, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Nitro, Amino,
Vinyl, substituiertes Vinyl, Alkinyl oder eine Sulfonsäure bedeutet
und n eine ganze Zahl von 0 bis 4 gleich der Zahl der nicht-substituierten
aromatischen Ringkohlenstoffe ist. Das entsprechende Enantiomer
der allgemeinen Verbindung VII ist eine weitere Verbindung der vorliegenden
Erfindung.
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Während der
Synthese von P-chiralen Biphospholanliganden gebildete Verbindungen
umfassen Verbindungen mit der Strukturformel V und VIa und deren
entsprechende Enantiomere:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
G eine
Alkylgruppe, die bis zu etwa 12 Kohlenstoffatome enthält, NR'
2,
OR', SR' oder SiMe
3, wobei R' Wasserstoff, eine Alkyl-, Aryl-, substituierte
Arylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe ist,
bedeutet, wobei, wenn R Methyl ist, G dann nicht tert-Butyl ist;
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet;
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet.
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Andere
Zwischenprodukte, die bei alternativen Synthesewegen zu P-chiralen
Phospholanen gebildet werden, sind Verbindungen mit den Strukturformeln
Vb und VIb:
worin:
R
eine Alkyl-, Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis
zu etwa 8 Kohlenstoffatome enthält,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet oder – nur für Formel
VIb – eine
Carbonsäuregruppe
oder eine Carbonsäureestergruppe
bedeutet;
G eine Alkylgruppe, die bis zu etwa 12 Kohlenstoffatome
enthält,
NR'
2,
OR', SR' oder SiMe
3, wobei R' Wasserstoff, eine Alkyl-, Aryl-, substituierte
Arylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe ist,
bedeutet, wobei – für Formel
Vb – NR'
2 nicht
N(Isopropyl)
2 ist;
X S oder O bedeutet;
und
Bridge -(CH
2)
n-,
wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist auf Verfahren zur Bildung von
P-chiralen Biphospholanliganden gerichtet. Die Verfahren umfassen
die Herstellung einer Verbindung der Formel I über mehrere Zwischenprodukte,
wie in den Reaktionsschemata 3 und 4 angegeben. Ein Verfahren umfasst
bei spielsweise Stufen der Umsetzung einer sperrigen Alkoxyverbindung,
wie (–)-Menthol,
mit Phosphortrichlorid unter Bildung eines ersten Zwischenprodukts
der Formel IIa. Das erste Zwischenprodukt wird mit einer Lösung einer
Di-Grignard-Verbindung
eines zweiwertigen Alkyls und einem Boran-Methylsulfid-Komplex unter
Bildung eines zweiten Zwischenprodukts mit beispielsweise der Formel
IIIa umgesetzt. Das zweite Zwischenprodukt wird dann mit einer chiralen
Base, beispielsweise sek-Butyllithium/(–)-Spartein, und einem Elektrophil
zur enantioselektiven Alkylierung des zweiten Zwischenprodukts unter
Bildung eines dritten Zwischenprodukts, wie IVa, umgesetzt. Das dritte
Zwischenprodukt wird mit einem Methylanion, wie Methyllithium, unter
Bildung eines vierten Zwischenprodukts mit beispielsweise der Strukturformel
Va umgesetzt. Das vierte Zwischenprodukt wird dann mit einem oxidativen
Kopplungsmittel unter Bildung eines fünften Zwischenprodukts, wie
VIa, umgesetzt. Die Verbindung VIa kann mit einem Boran entfernenden
Gemisch, wie in Reaktionsschema 4 angegeben, unter Bildung einer Verbindung
mit der Strukturformel I oder von dessen entsprechendem Enantiomer
umgesetzt werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist auf Verfahren zur Bildung von
Zwischenprodukten des P-chiralen Biphospholanliganden, wie eine
Verbindung der Formel 17, über
die Verwendung von in den Reaktionsschemata 12 und 13 gezeigten
Zwischenproduktverbindungen gerichtet.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist auf Verfahren zur Bildung von
P-chiralen Biphospholanliganden, wie eine Verbindung der Formel
I, über
die Verwendung von Zwischenproduktverbindungen, die in den Reaktionsschemata
9 und 10 angegeben sind, gerichtet.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist auf Verfahren zur Bildung einer
Verbindung der Formel VII über Zwischenpro duktverbindungen,
wie in Reaktionsschema 6 angegeben gerichtet. Beispielsweise wird
ein Bis (primäres
Phosphin) in Gegenwart einer starken Base mit einer cyclischen Sulfatverbindung
umgesetzt, wobei eine erste Verbindung erhalten wird, die dann mit
einer chiralen Base und einem Elektrophil zur enantioselektiven
Alkylierung der ersten Verbindung umgesetzt wird, wobei eine zweite
Verbindung gebildet wird. Die zweite Verbindung wird mit einem Boran
entfernenden Gemisch unter Bildung einer Verbindung der Formel VII
oder von dessen entsprechendem Enantiomer umgesetzt.
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Eine
weitere Verbindung der vorliegenden Erfindung hat die Strukturformel
IX:
worin:
R
eine Alkyl-, Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis
zu etwa 8 Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet;
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet;
M
ein Übergangsmetall,
ein Actinoid oder ein Lanthanoid bedeutet;
Z BF
4,
PF
6, SbF
6, OTf oder
ClO
4 bedeutet; und
A Norbornadien oder
Cyclooctadien bedeutet.
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Das
entsprechende Enantiomer der allgemeinen Verbindung IX ist eine
weitere Verbindung der vorliegenden Erfindung.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist auf Verfahren zur Bildung von
Verbindungen der Formel IX, wie IXc, wie beispielsweise in Reaktionsschema
11 angegeben, gerichtet.
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Ein
noch weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Bildung von Verbindungen
mit hohen Enantiomerenüberschüssen bei
katalytischen asymmetrischen Umwandlungen unter Verwendung von Metall/P-chirales Biphospholan-Komplexen
der Strukturformel IX gerichtet.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Synthese P-chiraler Biphospholanliganden
zur Herstellung von Metall/P-chirales Biphospholan-Komplexen zur
asymmetrischen Katalyse. In dieser Anmeldung bedeutet "P-chiral", dass das Phosphoratom
oder die Phosphoratome einer Verbindung chirale Zentren der Verbindung sind.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Umsetzung der
Metall/P-chirales Biphospholan-Komplexe mit beispielsweise Acrylaten
bei asymmetrischen Hydrierungssynthesen zur Produktion von Enantiomerenüberschüssen von
Verbindungen gerichtet. Zwar ist die vorliegende Erfindung nicht
darauf beschränkt, doch
wird eine Würdigung
verschiedener Aspekte der Erfindung durch eine Diskussion der im
folgenden angegebenen Beispiele erhalten.
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Zum
Zwecke dieser Anmeldung bedeutet das "entsprechende Enantiomer", dass, wenn eine
Verbindung zwei P-chirale Zentren und zwei C-chirale oder chirale
Kohlenstoffatomzentren umfasst, das "entsprechende Enantiomer" für eine Verbindung
mit einer 1R,2S-Konfiguration die 1S,2R-Verbindung ist. In ähnlicher Weise
ist, wenn eine Verbindung eine 1S,2R-Konfiguration aufweist, das "entsprechende Enantiomer" die 1R,2S-Verbindung.
Wenn eine P-chirale Verbindung eine 1S,2S-Konfiguration aufweist,
ist das "entsprechende
Enantiomer" die
1R,2R-Verbindung. Wenn eine P-chirale Verbindung eine 1R,2R-Konfiguration
aufweist, ist das "entsprechende
Enantiomer" die
1S,2S-Verbindung. In Biphospholanen werden chirale Zentren am Phosphor
mit 1 bezeichnet und chirale Zentren am Kohlenstoff mit 2 bezeichnet.
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Für den Zweck
dieser Anmeldung bedeutet eine "Verbindung
mit einem hohen Grad an Enantiomerenreinheit", eine "Verbindung hoher Enantiomerenreinheit" oder ein "hoher Enantioselektivitätsgrad" eine Hydrierung,
die ein Produkt mit einem Enantiomerenüberschuss (abgekürzt e.e.)
von größer als
oder gleich etwa 80 Prozent ergibt.
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Enantiomerenüberschuss
ist als das Verhältnis
(% R – %
S)/(% R + % S)·100
definiert, wobei % R der Prozentanteil des R-Enantiomers und % S
der Prozentanteil des S-Enantiomers in einer Probe einer optisch aktiven
Verbindung ist.
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P-chirale
Phospholane
-
Die
vorliegende Erfindung stellt neue P-chirale substituierte Biphospholanverbindungen
der Strukturformel I und von deren entsprechendem Enantiomer bereit:
worin
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Car bonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Alkyl" umfasst eine gerade oder verzweigte
gesättigte aliphatische
Kohlenwasserstoffkette oder cyclische gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe,
beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl (1-Methylethyl),
Butyl, tert-Butyl (1,1-Dimethylethyl), Cyclohexyl, Cyclopentyl, Cyclobutyl
und dgl.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Fluoralkyl" umfasst ein Alkyl, wobei Alkyl wie
oben definiert ist, bei dem ein oder mehrere Wasserstoffatome durch
Fluoratome ersetzt sind.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Perfluoralkyl" umfasst ein Alkyl, wobei Alkyl wie
im vorhergehenden definiert ist, bei dem alle Wasserstoffatome durch
Fluoratome ersetzt sind.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Aryl"gruppe
umfasst eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe einschließlich kondensierter
aromatischer Ringe, wie beispielsweise Phenyl und Naphthyl. Derartige
Gruppen können
unsubstituiert sein oder unabhängig
voneinander an dem aromatischen Ring mit beispielsweise Halogen,
Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Nitro, Amino, Vinyl, substituiertem
Vinyl, Alkinyl oder Sulfonsäure
substituiert sein.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Aralkyl"gruppe umfasst eine oder mehrere Arylgruppen
gemäß der obigen
De finition, die an eine Alkylgruppe gebunden sind, beispielsweise
Benzyl, wobei das Alkyl an den Phospholanring gebunden ist. Die
aromatische Kohlenwasserstoffgruppe kann unsubstituiert sein oder
mit beispielsweise einer Alkoxygruppe mit 0 bis 4 Kohlenstoffatomen,
einer Aminogruppe, einer Hydroxygruppe oder einer Acetyloxygruppe
substituiert sein (ringsubstituiertes Aralkyl).
-
Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "substituiertes Phenyl" umfasst eine Phenylgruppe, wobei
die Kohlenstoffe des unsubstituierten aromatischen Rings unabhängig voneinander
mit beispielsweise Halogen, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Nitro,
Amino, Vinyl, substituiertem Vinyl, Alkinyl oder Sulfonsäure substituiert
sind.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Carbonsäureester" umfasst eine COO-Gruppe, die über ein
Sauerstoffatom an ein Alkyl, ein Aryl oder ein substituiertes Aryl
gebunden ist, wobei Alkyl, Aryl und substituiertes Aryl oben beschrieben
sind und das Kohlenstoffatom an den Phospholanring gebunden ist.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Phospholanring" umfasst eine 5-gliedrige cyclische Struktur,
in der mindestens ein Atom Phosphor ist.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Übergangsmetall" umfasst Scandium,
Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Yttrium,
Zirconium, Niob, Molybdän,
Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Lanthan, Hafnium,
Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin und Gold.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Actinoid" umfasst Thorium, Protactinium, Uran,
Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium,
Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium.
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Der
in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Lanthanoid" umfasst Cer, Praseodym, Neodym, Promethium,
Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium,
Thulium, Ytterbium und Lutetium.
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Die
Biphospholanverbindungen der Formel I sind mit einer an einen der
Kohlenstoffe des Phospholanrings gebundenen R-Gruppe und einer Verbrückungsgruppe,
deren Bindung zwischen den Phosphoratomen an den Phospholanringen
erfolgt, zweifach substituiert. Den Verbindungen fehlt eine R-Gruppe
in dem nicht-gehinderten Quadranten des Phospholanrings, wie in
Schema 2 gezeigt.
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Das
P-chirale Bisphospholan platziert die Chiralität näher am Metallzentrum als bei
bekannten Metall/Phospholan-Komplexen, wie Duphos und BisP. Die
engere Nähe
des chiralen Zentrums zum Metall kann in den Endprodukten eine größere Enantioselektivität ergeben.
Auch kann das Fehlen von Substituenten in den nicht-gehinderten
Quadranten von Verbindungen der Formel I die Verfügbarkeit
des Metallzentrums für eine
Katalyse verbessern.
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Typische
R-Gruppen umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, beispielsweise
Niederalkylgruppen, wie Methyl, Ethyl und Isopropyl, zusammen mit
sperrigeren Gruppen, wie Benzhydryl-, Fluorenyl- und Tritylgruppen.
Eine typische R-Gruppe
für Verbindungen
der Formel I sind Aralkylgruppen, wie eine Benzylgruppe. Beispiele
für andere
P-chirale Bisphospholanliganden umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholano)-ethan,
1,2-Bis((1R,2R)-2-benzylphospholano)-ethan, 1,2-Bis((1S,2R)-2-methylphospholano)-ethan,
1,2-Bis((1S,2R)-2-ethylphospholano)-ethan. Beispiele für Enantiomere
des P-chiralen Phospholanliganden von I umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, 1,2-Bis((1R,2S)-2-methylphospholano)-ethan
und 1,2-Bis((1R,2S)-2-ethylphospholano)-ethan.
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Die
P-chirale substituierte Bisphospholanverbindung 1,2-Bis((1R,2R)-2-benzylphospholano)-ethan wird
durch die Formel Ia dargestellt:
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Die
P-chirale substituierte Bisphospholanverbindung 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholano)-ethan wird
durch die Formel Ib dargestellt:
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Die
Bisphospholanliganden der Strukturformel I sind zur Umsetzung mit Übergangsmetallen,
Actinoiden oder Lanthanoiden unter Bildung von Komplexen zur Verwendung
bei asymmetrischer Katalyse fähig.
Die Verwendung dieser Verbindungen als Liganden für Übergangsmetalle
führt zu
Katalysatoren, die einen hohen Grad an enantioselektiver und stereochemischer
Kontrolle bei der katalysierten Hydrierung von ungesättigten Substraten
ergeben.
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Mehrere
Zwischenprodukte werden während
der Synthese von Verbindungen der Formel I gebildet. Die vorliegende
Erfindung umfasst Zwischenproduktverbindungen der Formel V und VIa
und deren entsprechende Enantiomere:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
G eine
Alkylgruppe, die bis zu etwa 12 Kohlenstoffatome enthält, NR'
2,
OR', SR' oder SiMe
3, wobei R' Wasserstoff, eine Alkyl-, Aryl-, substituierte
Arylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe ist,
bedeutet, wobei, wenn R Methyl ist, G dann nicht tert-Butyl ist;
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges sub stituiertes Phenyl bedeutet.
-
Chirale
Liganden der Strukturformel I können
alternativ über
Zwischenprodukte mit den Strukturformeln Vb und VIb hergestellt
werden:
worin:
R
eine Alkyl-, Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis
zu etwa 8 Kohlenstoffatome enthält,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet oder – nur für Formel
VIb – eine
Carbonsäuregruppe
oder eine Carbonsäureestergruppe
bedeutet;
G eine Alkylgruppe, die bis zu etwa 12 Kohlenstoffatome
enthält,
NR'
2,
OR', SR' oder SiMe
3, wobei R' Wasserstoff, eine Alkyl-, Aryl-, substituierte
Arylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe
ist, bedeutet, wobei – für Formel
Vb – NR'
2 nicht
N(Isopropyl)
2 ist;
X S oder O bedeutet;
und
Bridge -(CH
2)
n-,
wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet.
-
Eine
weitere Verbindung der vorliegenden Erfindung hat die Strukturformel
VII:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet; und
jedes
Y unabhängig
voneinander Halogen, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Nitro, Amino,
Vinyl, substituiertes Vinyl, Alkinyl oder Sulfonsäure bedeutet
und n eine ganze Zahl von 0 bis 4 gleich der Zahl der nicht-substituierten aromatischen
Ringkohlenstoffe ist.
-
Die
obigen Bisphospholanverbindungen der Formel I und VII und deren
entsprechende Enantiomere können
beliebig mit einem der Übergangsmetalle
sowie der Lanthanoide und Actinoide komplexiert werden. Derartige
Komplexe werden durch einschlägig
bekannte Verfahren gebildet.
-
Eine
weitere Verbindung der vorliegenden Erfindung umfasst den Metall/P-chirales
Phospholan-Komplex mit der Strukturformel IX und dessen entsprechendes
Enantiomer:
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet;
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet;
M
ein Übergangsmetall,
ein Actinoid oder ein Lanthanoid
bedeutet; Z BF
4,
PF
6, SbF
6, OTf oder
ClO
4 bedeutet; und
A Norbornadien oder
Cyclooctadien bedeutet.
Z kann auch ein beliebiges anderes
geeignetes Gegenion sein. Das Anion OTf
– ist
Triflat.
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Typischerweise
verwendbare Übergangsmetallkomplexe
der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, die die oben beschriebenen
Verbindungen mit Rhodium komplexiert umfassen.
-
Synthese borangeschützter Bisphospholane
-
Chirale
Liganden der Strukturformel I können
wie in den Reaktionsschemata 3 und 4 angegeben hergestellt werden.
-
-
-
Der
Syntheseweg zu einem der borangeschützten Bisphospholane der Formel
VIa ist in Reaktionsschema 3 gezeigt. Eine chirale Menthoxygruppe
wird bei dieser Synthese verwendet. Die Chiralität der Menthoxygruppe ist bei
der Synthese nicht erforderlich, und verschiedene Alkoxysubstituenten
(chirale und achirale) können
zur Durchführung
der Synthese der Verbindungen der Formel I verwendet werden, beispielsweise ein
Alkohol der Formel R1OH, worin R1 ein verzweigtes Alkyl, eine Arylgruppe,
eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe, eine ringsubstituierte
Aralkylgruppe oder eine andere sperrige Gruppe ist. Beispielsweise sind
Adamantyl und Phenyl geeignete R1-Substituenten.
Die Reaktion von (–)-Menthol
mit Phosphortrichlorid in Tetrahydrofuran ergibt (–)-Menthoxyphosphordichlorid,
das in Reaktionsschema 3 mit der Strukturformel IIa angegeben ist.
(+)-Menthol ist
ebenfalls für
diese Reaktion geeignet. Ein Beispiel für eine alternative Verbindung
zur Umsetzung mit (–)-Menthol
umfasst PBr3. Eine Phosphin-Boran-Verbindung
der Formel IIIa kann durch Umsetzung von (–)-Menthoxyphosphordichlorid
mit einer Lösung
einer Di-Grignard-Verbindung eines zweiwertigen Alkyls, was in Reaktionsschema
3 angegeben ist, und dann einem Borankomplex gebildet werden. Beispiele
für Borankomplexe
umfassen, ohne hierauf beschränkt
zu sein, einen Boran-Methylsulfid-Komplex oder alternativ einen
Boran-Tetrahydrofuran-Komplex, die bei Aldrich Chemical Co. im Handel
erhältlich sind.
-
Die
enantioselektive Alkylierung der Phosphin-Boran-Verbindung IIIa
wird unter Verwendung einer chiralen Base, die aus sek-BuLi und
(–)-Spartein
gebildet wird, durchgeführt
(T. Imamoto, J. Watanabe, Y. Wada, H. Masuda, H. Yamada, H. Tsuruta,
S. Matsukawa, K. Yamaguchi, J. Am. Chem. Soc., 1998; 120 (7): 1635–1636; A.
R. Muci, K. R. Campos, D. A. Evans, J. Am. Chem. Soc., 1995; 117
(35): 9075–9076).
Andere geeignete chirale Basen können
zur Bereitstellung verbesserter Enantioselektivitäten für die chiralen
Alkylierungsreaktionen oder zur Bildung des gewünschten Enantiomers verwendet
werden, beispielsweise Verbindungen mit der allgemeinen Formel R3Li, worin R3 ein
Alkyl, ein Aryl, ein Alkylamid oder ein Alkylamin ist. Die Verbindung
IVa wurde über
dieses chirale Alkylierungsverfahren synthetisiert. Die Selektivität wird durch
zwei Faktoren: das α-Kohlenstoffatom,
von dem das Proton abgezogen wird, und die Seite des Rings, auf
der das gebildete Anion alkyliert wird, bestimmt. Ein Proton wird
unter Verwendung der chiralen Base selektiv von einem Kohlenstoffatom
des Phosphinrings abgezogen. Die Alkylierung erfolgt selektiv auf
der gleichen Seite des Rings, die von der Borangruppe besetzt ist.
-
Das
zur chiralen Alkylierung zugesetzte Elektrophil kann ein beliebiges
Elektrophil sein, das, ohne hierauf beschränkt zu sein, ein Alkylhalogenid,
Kohlendioxid, einen Aldehyd, ein Keton, einen Carbonsäureester,
ein Carbonat, ein Silylchlorid oder ein Alkylsulfonat umfasst, wobei
eine Verbindung der Formel IVa als drittes Zwischenprodukt mit der
Gruppe R gebildet wird, wobei R eine Alkyl-, Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die
jeweils bis zu etwa 8 Kohlenstoffatome enthält, eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe, eine
Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe oder
eine ringsubstituierte Aralkylgruppe ist. Beispiele für geeignete
Elektrophile umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Benzylbromid,
Iodmethan, Iodethan, Kohlendioxid, Chlortrimethylsilan, Benzaldehyd,
Aceton, Cyclopentanon, Benzophenon, Ethylacetat, Dimethylcarbonat
oder Di-tert-butyldicarbonat. Das Elektrophil kann variiert werden,
wobei eine Vielzahl von Liganden synthetisiert wird, die unterschiedliche
Substituenten an dem Phospholanring besitzen, um die sterischen
Anforderungen zur Herstellung eines speziellen Enantiomers der Zielmoleküle zu erfüllen.
-
Die
relative Stereochemie von Verbindungen der Strukturformel IVa wurde
durch Analogie zu der Kristallstruktur der IVa-Verbindung, worin
R CO2H ist, zugeordnet. Offensichtlich blockiert
die Sperrigkeit der Menthoxygruppe die Annä herung des Elektrophils von
der Rückseite
des Rings. Daher werden während
einer Alkylierung des Bisphospholans IIIa ohne die Verwendung einer
chiralen Base vorwiegend nur 2 Diastereomere gebildet.
-
Obwohl
der Diastereomerenüberschuss
der alkylierten Produkte IVa vor dem Ersetzen der Menthoxygruppe
durch Methyllithium nicht bewertet werden konnte, konnte der Enantiomerenüberschuss
von Verbindungen Va bestimmt werden. Die Werte der Enantiomerenüberschüsse lagen
im Bereich von unteren bis mittleren 70 Prozent. Die relative Stereochemie
der Verbindungen Va, worin R eine Benzylgruppe ist, wurde durch Nuclear
Overhauser Effect (NOE)-Untersuchungen bestimmt. Die relative Stereochemie
von anderen Verbindungen der Formel Va, worin R entweder ein Methyl
oder ein Ethyl ist, wurde durch Analogie zugeordnet.
-
Bei
der Synthese der Verbindung Va ersetzt Methyllithium die Menthoxygruppe
eher unter Beibehalten der Konfiguration am Phosphor als durch Inversion.
Andere Methylanionen können
zum Ersetzen der Menthoxygruppe verwendet werden, beispielsweise
Methylmagnesiumbromid oder Methylcuprat. Wenn die Stereochemie am
Phosphor invertiert wäre,
würden
die R-Gruppen von
Liganden der Verbindung I dann auf der in Bezug auf die einsamen
Elektronenpaare am Phosphor entgegengesetzten Seite des Phospholanrings
sitzen, wobei das entgegengesetzte Diastereomer hergestellt werden
würde.
Eine hohe Enantioselektivität
würde bei einer
Verwendung der Metallkomplexe dieser Liganden bei einer asymmetrischen
Hydrierung, wenn dies der Fall ist, nicht erwartet werden.
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Die
oxidative Kopplung von Va führt
zu einer Verstärkung
des Enantiomerenüberschusses
des chiralen borangeschützten
Produkts VIa. Eine Reaktion eines oxidativen Kopplungsmittels umfasst
die Reaktion von Va mit beispielsweise sek-BuLi und CuCl2.
Alternative oxidative Kopplungsreagentien umfassen starke Basen,
wie sek-BuLi in Verbindung mit ver- schiedenen Kupfer(II)salzen,
die, ohne hierauf beschränkt
zu sein, CuBr2, CuI2 oder
Cu(OTf)2, Cu(OPiv)2 umfassen.
Piv bedeutet Pivolat. Das Nebenenantiomer von Va reagiert vorwiegend
mit dem Hauptenantiomer unter Bildung eines meso-Komplexes, der aus dem Reaktionsgemisch durch
Umkristallisieren entfernt werden kann. Vor dem Aufarbeiten des
Reaktionsgemisches existiert die Verbindung VIa in einem Enantiomerenüberschuss
von weniger als 100%. Nach dem Umkristallisieren ist VIa optisch
rein hergestellt. Alternativ kann der borangeschützte Ligand der Strukturformel
VIa über
den in Reaktionsschema 5 angegebenen Weg synthetisiert werden.
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-
-
Die
Verbindung der Formel Xa kann über
den in Reaktionsschema 6 angegebenen Weg synthetisiert werden.
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Wie
in Reaktionsschema 6 angegeben ist, wird ein Bis(primäres Phosphin)
mit einer starken Base, die P_H deprotonieren kann, umgesetzt. Beispielsweise
kann 1,2-Bis(phosphino)benzol
mit der starken Base umgesetzt werden. Geeignete Basen umfassen,
ohne hierauf beschränkt
zu sein, Natriumamid, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder Verbindungen
mit einer Strukturformel R3Li, worin R3 ein Alkyl, ein Aryl, ein Alkylamid oder
ein Alkylamin ist. Beispielsweise können Methyllithium, n-Butyllithium,
Phenyllithium oder Lithiumdiisopropylamid zur Deprotonierung der
P-H-Bindung verwendet werden. Die starke Base entfernt ein Proton
von dem Phosphoratom jeder primären
Phosphingruppe, wobei ein Anion gebildet wird. Das Anion wird mit
einem cyclischen Sulfat, das in Reaktionsschema 6 angegeben ist,
umgesetzt, wobei an jedem der Phosphoratome eine Kohlenstoff-Phosphor-Bindung
gebildet wird. Eine weitere Base wird dann zugesetzt, um das verbliebene Proton
an jedem der Phosphoratome zu entfernen, und ein heterocyclisches
Phospholan, eine erste Verbindung, wird durch eine zweite Kohlenstoff-Phosphor-Bindung
durch Ersetzen der Sulfatgruppe gebildet.
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Die
Synthese der Verbindung Xa wurde durch chirale Alkylierung durchgeführt. Die
enantioselektive Alkylierung wird unter Verwendung einer aus sek-BuLi
und (–)-Spartein
gebildeten chiralen Base durchgeführt. T. Imamoto, J. Watanabe,
Y. Wada, H. Masuda, H. Yamada, H. Tsuruta, S. Matsukawa, K. Yamaguchi,
J. Am. Chem. Soc., 1998; 120 (7): 1635–1636; A. R. Muci, K. R. Campos,
D. A. Evans, J. Am. Chem. Soc., 1995; 117 (35): 9075–6. Alternativ
können
andere geeignete chirale Basen zur Bereitstellung verbesserter Enantioselektivitäten für die chiralen
Alkylierungsreaktionen zur Bildung des gewünschten Enantiomers verwendet
werden. Das zur chiralen Alkylierung zugesetzte Elektrophil kann
ein beliebiges Elektrophil sein, das, ohne hierauf beschränkt zu sein,
ein Alkylhalogenid, Kohlendioxid, ein Keton, einen Carbonsäureester,
ein Carbonat, ein Silylchlorid oder ein Alkylsulfonat umfasst, wobei
eine Verbindung mit der Strukturformel Xa als eine zweite Verbindung
mit der Gruppe R gebildet wird, wobei R eine Alkyl-, Fluoralkyl-
oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8 Kohlenstoffatome
enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe ist. Beispiele für geeignete
Elektrophile umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Benzylbromid,
Iodmethan, Iodethan, Kohlendioxid, Chlortrimethylsilan, Benzaldehyd,
Aceton, Trisylazid, Cyclopentanon, Benzophenon, Ethylacetat, Dimethylcarbonat
oder Di-tert-butyldicarbonat. Das Elektrophil kann variiert werden,
um eine Vielzahl von Liganden zu synthetisieren, die unterschiedliche
Substituenten an dem Phospholanring besitzen, um die sterischen
Anforderungen zur Herstellung eines speziellen Enantiomers des Zielmoleküls zu erfüllen.
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Die
chirale Alkylierungsstufe produziert einen enantiomerenangereicherten
borangeschützten
Liganden. Wenn in der chiralen Alkylierungsstufe keine chirale Base
verwendet wird, zeigt das Produkt des borangeschützten Liganden ein 1:2:1-Verhältnis von
R:meso:S und es ist nicht enantiomerenangereichert.
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Bezugnehmend
auf die Verbindungen VIa und Xa können zwei verschiedene, Boran
entfernende Gemische zur Entfernung von Boran von Phosphor, die
nicht zur Racemisierung am P-chiralen Zentrum führen, wie in Reaktionsschema
4 angegeben ist, verwendet werden. Typischerweise kann die Borangruppe
durch Behandeln des Phosphin-Boran-Liganden mit HBF4·Me2O und anschließende Hydrolyse mit KaCO3 entfernt werden. Alternativ ergibt Rühren des
borangeschützten
Liganden VIa in Toluol mit 4 Äquivalenten
von DABCO (1,4-Diazabicyclo(2.2.2)octan) während 48 h bei 40°C den entschützten Liganden
der Struk turformel I. Die Entfernung von Boran von der Verbindung
IXa führt
zu einer Verbindung der Formel VIIa:
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 7 wurde nach Beendigung der Entfernung von Boran
der Ligand der Strukturformel I durch Umsetzen des Liganden mit
(Rh(Norbornadien)BF4)2 unmittelbar
an Rhodium gebunden, wobei ein Katalysator der Formel IXa erhalten
wurde.
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Jedes
geeignete Übergangsmetall,
Actinoid oder Lanthanoid und entsprechende Anion kann zur Bildung
des als Verbindung IX angegebenen Metall/P-chirales Phospholan-Komplexes
verwendet werden. Beispielsweise kann das entsprechende Anion alternativ
PF6 –, SbF6 –,
OTf– oder
ClO4 – oder jedes andere geeignete Gegenion
sein.
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Wie
in Reaktionsschema 8 angegeben, können die chiralen Zwischenprodukte
Vb und VIb gebildet werden.
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Die
Verbindung Vb kann oxidativ gekoppelt werden, wobei eine Verbindung
mit der allgemeinen Formel VIb, worin Bridge -(CH2)n-, wobei n 2 ist, bedeutet, hergestellt
wird. Beispielsweise kann Vb mit sek-BuLi und CuCl2 unter
Bildung von VIb umgesetzt werden. Andere geeignete oxidative Kopplungsmittel
umfassen, ohne hierauf beschränkt
zu sein, starke Basen, wie sek-BuLi in Verbindung mit verschiedenen
Kupfer(II)salzen, die, ohne hierauf beschränkt zu sein, CuBr2,
CuI2, Cu(OTf)2 oder
Cu(OPiv)2 umfassen.
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Asymmetrische Umwandlungen
mit Metall/P-chirales Phospholan-Komplexen
-
Metall/P-chirales
Phospholan-Komplexe der Formel IX können zur Katalyse einer Hydrierung
und anderer asymmetrischer Reaktionen verwendet werden. Beispielsweise
können
Verbin dungen der Formel IX als Katalysatoren bei Umwandlungen, die,
ohne hierauf beschränkt
zu sein, eine Hydrierung, Hydroformylierung, n-Allyl-Palladium-Kopplung,
Hydrosililierung, Hydrocyanierung, Olefinmetathese, Hydroacylierung
und Isomerisierung von Allylaminen umfassen, verwendet werden.
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Beispielsweise
wurde ein Komplex der Formel IXc zur Katalyse des Substrats Methylacetamidoacetat in
Gegenwart von Wasserstoff wie in Reaktionsschema 14 angegeben verwendet.
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Die
Verbindung IXb ist das entsprechende Enantiomer zu Verbindung IXc.
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Die
Verbindungen der Strukturformeln IX, IXb und IXc binden typischerweise
an ein zu katalysierendes Substrat über das Zentrum M einer Verbindung
mit der Strukturformel IXd, von deren entsprechendem Enantiomer
oder Solvaten derselben
worin:
R eine Alkyl-,
Fluoralkyl- oder Perfluoralkylgruppe, die jeweils bis zu etwa 8
Kohlenstoffatome enthält,
eine Carbonsäuregruppe,
eine Carbonsäureestergruppe,
eine Arylgruppe, eine substituierte Arylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder eine ringsubstituierte Aralkylgruppe bedeutet;
Bridge
-(CH
2)
n-, wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, ein 1,2-zweiwertiges Phenyl
oder ein 1,2-zweiwertiges substituiertes Phenyl bedeutet; und
M
ein Übergangsmetall,
ein Actinoid oder ein Lanthanoid bedeutet.
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Ein
Solvat der Formel IXc umfasst Verbindungen mit einem oder mehreren
Lösemittelmolekülen, die an
das M-Zentrum gebunden sind. Die Lösemittelmoleküle umfassen,
ohne hierauf beschränkt
zu sein, MeOH, THF, Ethanol, Isopropanol, Acetonitril, Methylenchlorid,
Benzol, Toluol, Wasser, Ethylacetat, Dioxan, Tetrachlorkohlenstoff,
DMSO, DMF, DMF/Wasser-Gemische, superkritisches Kohlendioxid, Alkohol/Wasser-Gemische
oder jedes andere geeignete Lösemittel.
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Andere
Zwischenprodukte können
zur Herstellung von Katalysatoren der Formel IX, die entweder das (S)-
oder (R)-Enantiomer
des Pregabalinvorläufers
erzeugen, verwendet werden. Bezugnehmend auf Reaktionsschema 9 kann
jedes der beiden Enantiomere des Dimesylats (5) durch die Wahl von
(R)- oder (S)-(2,3-Epoxypropyl)benzol synthetisiert werden.
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Die
in Reaktionsschema 9 angegebene Synthese kann auch ausgehend von
racemischem (2,3-Epoxypropyl)benzol (1) durchgeführt werden. Die Enantiomere
des gebildeten racemischen Diols (4) können dann im Labormaßstab unter
Verwendung chiraler HPLC getrennt werden.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 10 wird Methylphosphin-Boran mit einer Verbindung der Formel (5)
oder (7) umgesetzt, wobei Verbindungen der Formel (8) und (9) gebildet
werden. Das cyclische Sulfat (7) kann anstelle des Dimesylats (5)
verwendet werden. Das gebildete Phospholanmonomer (8) ist eine Verbindung
des Zwischenprodukts V. Das Phospholanmonomer (8) kann über den
gleichen oder einen ähnlichen Syntheseweg,
wie er für
die Verbindung Va beschrieben wurde, der in den Reaktionsschemata
3 und 4 angegeben und in den Beispielen 14 und 15 beschrieben ist,
unter Bildung eines Liganden mit der Formel Ib umgesetzt werden.
Die Verbindung (8) oder deren entsprechendes Enantiomer kann entsprechend
der Wahl des optisch reinen Dimesylats (5) oder cyclischen Sulfats
(7) synthetisiert werden. Die Verbindung (9) oder deren entsprechendes
Enantiomer ist ein Diastereomernebenprodukt der einen Phospholanring
bildenden Reaktionen in Reaktionsschema 10.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 11 wird die in THF gelöste Verbindung Ib mit [Rh+(Norbornadien)2]+BF4 – in
einer Lösung
von MeOH bei einer Temperatur von –15°C umgesetzt. Die gebildete Lösung wurde sich
dann auf Raumtemperatur erwärmen
gelassen, wobei die Verbindung IXc erhalten wird.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 12 ist ein Syntheseweg, der einen allgemeinen
Weg zu einer Vielzahl optisch reiner Dimesylate der Formel (14),
worin R eine beliebige Alkylgruppe ist, angibt, gezeigt. Jedes der
beiden Enantiomere dieser Dimesylate kann entsprechend der Wahl
des passenden Enantiomers des Epoxidausgangsmaterials synthetisiert
werden. Ein beliebiges terminales Epoxid kann unter Verwendung von Jacobsen-Epoxidringöffnungskatalysatoren
mit kinetischer Auftrennung aufgetrennt werden. Diese Katalysatoren
für optisch
reines terminales Epoxid sind bei Rhodia ChiRex, Sitz in Boston,
Massachusetts, erhältlich.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 13 ist der gezeigte Syntheseweg für die Synthese
einer Vielzahl von Phospholanmonomeren (und daher einer Vielzahl
von Katalysatoren), worin R eine beliebige Alkylgruppe ist, verwendbar.
Das cyclische Sulfat der Formel (16) kann anstelle des Dimesylats
der Formel (14) verwendet werden. Das Phospholanmonomer (17) entspricht
Verbindungen der Formel V. Die Verbindung (17) oder deren entsprechendes
Enantiomer kann entsprechend der Wahl des optisch reinen Dimesylats
(14) oder cyclischen Sulfats (16) synthetisiert werden. Die Verbindung
(18) oder deren entsprechendes Enantiomer ist ein Diastereomernebenprodukt
der einen Phospholanring bildenden Reaktionen in Reaktionsschema
13. Ein Syntheseweg zu dem Katalysator IX ausgehend von den Phospholanmonomeren
(17) ist partiell in Reaktionsschema 3 und in den Reak tionsschemata
4 und 7 angegeben. Jedes der beiden Enan- tiomere des Katalysators
IX kann entsprechend der Wahl des Enantiomers des Dimesylats (14)
oder cyclischen Sulfats (16) synthetisiert werden.
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Für die in
Reaktionsschema 14 gezeigte Reaktion wurden die Bedingungen modifiziert,
um die Hydrierung von Methylacetamidoacetat zu optimieren. 1 Mol-%
des Liganden IXc in MeOH mit 30 psi Wasserstoff und bei Raumtemperatur
führte
zu einem Enantiomerenüberschuss
der Größenordnung
von etwa 95% in weniger als 45 min.
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Die
gleichen Bedingungen wurden für
die Hydrierung anderer Substrate, die in den Reaktionsschema 15
und 16 angegeben sind, verwendet. Die Substrate der Reaktionsschemata
15 und 16 wurden unter Verwendung dieser beschriebenen Bedingungen
quantitativ in deren Hydrierungsprodukte umgewandelt. Der Enantiomerenüberschuss
für die
Produkte betrug in Reaktionsschema 15 86% und in Reaktionsschema
16 76% bei einer Umwandlung von 100% bei beiden Reaktionen.
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Asymmetrische
Reduktionsexperimente des Kaliumsalzes von 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure wurden
unter Verwendung des Katalysators IXc unter Bildung eines Pregabalinvorläufers wie
in Reaktionsschema 17 angegeben durchgeführt. Das tert-Butylammoniumsalz
von 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure
kann ebenfalls mit dem Katalysator IXc unter Bildung des Pregabalinvorläufers umgesetzt
werden. Andere Substrate, die mit dem Katalysator IXc unter Durchführung einer
asymmetrischen Reduktion unter Bildung von weiteren Pregabalinvorläufern umgesetzt
werden können,
sind 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäuremethylester
und 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäureethylester.
Der Pregabalinvorläufer
kann dann in Pregabalin umgewandelt werden. Pregabalin ist der Freiname
für (S)-(+)-(Aminomethyl)-5-methylhexansäure. Pregabalin
wird bei der Behandlung und Vorbeugung von Anfallsleiden, Schmerz
und psychotischen Störungen
verwendet.
-
Reaktionsschema
17 Asymmetrische
Hydrierung des Kaliumsalzes von 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure
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Die
Hydrierungsexperimente zeigen hohe Enantiomerenüberschüsse und Umwandlungsraten der Substrate.
Die Hydrierung von E/Z-Gemischen des Kaliumsalzes von 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure ergab einen
Enantiomerenüberschuss
des Produkts von größer als
93 Prozent. Andere Salze von 3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure, wie
das tert-Butylaminsalz oder ein beliebiges anderes Salz der Säure, können eine
asymmetrische Hydrierung erfahren.
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Die
Bestimmung des Enantiomerenüberschusses
der Produkte der Reduktionen von Substraten wurde durch Ansäuern des
hydrierten Reaktionsgemischs und anschließendes Behandeln des Carbonsäureprodukts
mit TMS-Diazomethan unter Bildung des Methylesters durchgeführt. Die
Enantiomerenverhältnisse
des Methylesters wurden durch chirale Gaschromatographie (GC) analysiert.
Die Zuordnung der Stereochemie der Enantiomere erfolgte durch Vergleich
der Elutionsreihenfolge der Methylester.
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Bezugnehmend
auf Reaktionsschema 18 wird ein allgemeines Reaktionsschema zur
Umwandlung eines Pregabalinvorläufers,
wie dem in Reaktionsschema 17 angegebenen Pregabalinvor läufer, in
Pregabalin gezeigt.
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Enantiomerenangereicherter
Pregabalinvorläufer,
worin X+ K+, Li+, Na+ oder tert-Butylammonium
bedeutet, kann umkristallisiert werden, wobei optisch reines Material
gebildet wird, das in Pregabalin umgewandelt wird. Der optisch reine
Pregabalinvorläufer
kann durch zunächst
Hydrieren der Nitrilgruppe mit Schwammnickel in Gegenwart von Wasserstoff
und anschließendes
Ansäuern
des gebildeten Gemischs mit Essigsäure direkt in Pregabalin umgewandelt
werden.
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P-CHIRALER
LIGAND UND KATALYSATOREN
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ALLGEMEINE
VERFAHREN UND MATERIALIEN
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Materialien
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THF
wurde entweder vor der Verwendung über Natrium destilliert oder
aus von Aldrich Chemical Company gelieferten Aldrich Sure-Seal-Flaschen
als zu 99,9% wasserfrei erhalten. Dichlormethan (wasserfrei, 99,8%)
und Ether (wasserfrei, 99,8%) wurden nach Bedarf aus von Aldrich
Chemical Company gelieferten Aldrich Sure-Seal-Flaschen verwendet.
(1R,2S,5R)-(–)-Menthol,
Boran-Methylsulfid-Komplex (etwa 10–10,2 M), Phosphortrichlorid
(98%), 1,3 M sek-BuLi in Cyclohexan, (–)-Spartein, Benzylbromid (98%),
1,0 M MeLi in THF/Cumol, Tetrafluorborsäure-Dimethylether-Komplex (HBF4·Me2O), Trimethylsilyldiazomethan, Methyl-2-acetamido acrylat,
2-Acetamidoacrylsäure
und α-Acetamidozimtsäure wurden
von Aldrich Chemical Company erhalten. AgBF4 (99%)
und Chlornorbornadien-rhodium(I)-Dimer (99%) wurden von Strem Chemicals,
Incorporated, geliefert. Wasserstoffgas (99,995%) wurde aus einer
von Specialty Gas gelieferten Vortragsflasche verwendet.
-
Hydrierungen
wurden in einem von Kimble/Kontes gelieferten Griffin-Worden-Druckgefäß durchgeführt. (S)-(2,3-Epoxypropyl)benzol
(99,9% chemische Reinheit, 98,2% Enantiomerenüberschuss) wurde von Rhodia-Chirex
nach einem Kunden-Synthesevertrag
gekauft. Natriummetall (Stangen, trocken, 99%), Diethylmalonat (99%),
Lithiumaluminiumhydrid (Pulver, 95%), Methansulfonylchlorid (99,5+%),
Triethylamin (99,5%), n-BuLi (2,5 M in Hexanen) und sek-BuLi (1,3
M in Cyclohexan) wurden von Aldrich Chemical Company gekauft. AgBF4 (99%) und Chlornorbornadien-rhodium(I)-Dimer
(99%) wurden von Strem Chemicals, Incorporated, geliefert. Methylphosphin-Boran
wurde von Digital Chemical Company nach einem Kunden-Synthesevertrag
gekauft.
-
Kernresonanz
-
400-MHz-1H-NMR-, 100-MHz-13C-NMR-
und 162-MHz-31P-NMR-Spektren wurden auf
einem "Barton" – einem Varian Unity +400 (Innova400
nach 08/15/00)-Spektrometer, das mit einer Auto Switchable 4-Nuclei PFG-Probensonde,
zwei HF-Kanälen
und einem SMS-100-Probenwechsler ausgestattet war, von Zymark erhalten.
Die Spektren wurden allgemein nahe Raumtemperatur (21°C) aufgenommen
und Standard-Autolock-, -Autoshim- und -Autogain-Routinen wurden
verwendet. Die Proben wurden üblicherweise
mit 20 Hz für
1D-Experimente rotieren gelassen unter Verwendung von 45-Grad-Spitzenwinkelpulsen,
einer 1,0-Sekunden-Wiederholungsverzögerung und 16 Scans mit einer
Auflösung
von 0,25 Hz/Punkt aufgenommen. Das Aufnahmefenster betrug typischerweise
8000 Hz von +18 bis –2
ppm (Referenz TMS bei 0 ppm) und die Verarbeitung erfolgte mit einer
Linienverbreiterung von 0,2 Hz. Eine typische Aufnahmedauer beträgt 80 Sekunden.
Reguläre 13C-NMR-Spektren wurden unter Verwendung
von 45-Grad-Spitzenwinkelpulsen,
einer 2,0-Sekunden-Wiederholungsverzögerung und 2048 Scans mit einer
Auflösung
von 1 Hz/Punkt aufgenommen. Die Spektrumbreite betrug typischerweise
25 kHz von +235 bis –15
ppm (Referenz TMS bei 0 ppm). Protonentkopplung wurde kontinuierlich
angewandt und eine Linienverbreiterung von 2 Hz wurde während der
Verarbeitung verwendet. Eine typische Aufnahmedauer beträgt 102 Minuten. 31P-NMR wurden unter Verwendung von 45-Grad-Spitzenwinkelpulsen,
einer 1,0-Sekunde-Wiederholungsverzögerung und 34 Scans mit einer
Auflösung
von 2 Hz/Punkt aufgenommen. Die Spektrumbreite betrug typischerweise
48 kHz von +200 bis –1.00 ppm
(Referenz 85%-ige Phosphorsäure
bei 0 ppm). Protonentkopplung wurde kontinuierlich angewandt und eine
Linienverbreiterung von 2 Hz wurde während der Verarbeitung verwendet.
Eine typische Aufnahmedauer beträgt
1,5 min.
-
Massenspektrometrie
-
Massenspektrometrie
wurde auf einem Micromass Platform LC-System, das unter MassLynx- und OpenLynx-Software,
die frei zugänglich
ist, arbeitet, durchgeführt.
Der LC war mit einem HP1100-Quaternary-LC-System und einer Gilson
215-Flüssigkeitshandhabungsvorrichtung
als Autosampler ausgestattet. Daten wurden unter chemischer Ionisierung
unter atmosphärischem
Druck mit 80:20 Acetonitril/Wasser als Lösemittel aufgenommen. Die Temperatur
der Probe betrug 450°C,
die der Quelle 150°C.
Die Koronaentladung betrug 3500 V für positive Ionen und 3200 V
für negative
Ionen.
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Hochleistungsflüssigchromatographie
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Hochleistungsflüssigchromatographie
(HPLC) wurde auf einem Instrument von Hewlett Packard (jetzt Agilent
Technologies) der Reihe 1100, das mit einer manuellen Einspritzvorrichtung,
quaternären
Pumpe und einem UV-Detektor ausgestattet war, durchgeführt. Die
LC war unter Verwendung von HP Chemstation Plus Software PC-gesteuert.
Umkehrphasen-HPLC wurde mit einer von Keystone Scientific Incorporated
gelieferten 150 × 4,6-mm-BDS-Hypersil-C18-Säule durchgeführt. Chirale
Umkehrphasen-HPLC wurde unter Verwendung einer von Chiral Technologies
gelieferten Chiracel OJ-R-Säule
durchgeführt.
Chirale Normalphasen-HPLC wurde unter Verwendung von den von Chiral
Technologies gelieferten Säulen
Chiracel OJ, Chiracel OD, Chiracel OD-H, Chiracel AD und Chiracel
AS durchgeführt.
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Gaschromatographie.
Gaschromatographie (GC) wurde auf einer 110-Volt-Varian Star 3400,
die mit einem FID-Detektor mit Elektrometer, einer Modell 1061 gepackten/530-μm-ID-Flash-Injektionsvorrichtung,
einer Modell 1077 Spalt/spaltlosen Kapillarinjektionsvorrichtung,
einer Voranzeige, die vier äußere Ereignisse überwacht,
und einem in die Anzeige eingebauten Drucker/Plotter ausgestattet
war, durchgeführt.
Gaschromatographie wurde unter Verwendung von von Advanced Separation
Technologies, Incorporated, gelieferten 40 m × 0,25 mm-Chiraldex G-TA- oder
B-TA-Säulen
oder einer von Chrompack gelieferten 25 m × 0,25 mm Coating CP Chirasil-Dex DB-Säule durchgeführt.
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Röntgenkristallographie
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Röntgenkristallographie
wurde auf einem Enraf Nonius CAD-4-Instrument durchgeführt. Zellverfeinerung erfolgte
mit CAD-4. Datenreduktion,
Strukturlösung,
Strukturverfeinerung, Molekülgraphik
und Vorbereitung der Daten zur Veröffentlichung erfolgten mit
maXus-Software.
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BEISPIELE
-
BEISPIEL 1 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese von (–)-Menthoxyphosphordichlorid
-
In
einen 250-ml-Rundkolben wurden (1R,2S,5R)-(–)-Menthol (12,54 g, 0,0802
mol) unter N2 gegeben. Frisch destilliertes
THF (100 ml) wurde über
eine Spritze zugegeben, und die Lösung wurde dann auf 0°C gekühlt. In
diese gerührte
Lösung
wurde PCl3 (7,0 ml, 0,0802 mol) tropfenweise
unter Rühren
während
4 min gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 1 h gerührt und
dann wurde das THF an einem Rotationsverdampfer entfernt, wobei
an Luft rasch gearbeitet wurde, um eine Hydrolyse des Produkts zu
vermeiden. Das farblose rohe Produkt wurde destilliert (81°C/0,5 mm
Hg), wobei 15,8 g (77%) (–)-Menthoxyphosphordichlorid
erhalten wurden. Das (–)-Menthoxyphosphordichlorid
wurde, bis es benötigt
wurde, bei Raumtemperatur unter N2 aufbewahrt. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,78 (d,
J = 7,8 Hz, 3Η),
0,84 (m, 1Η),
0,89 (d, J = 7,6 Hz, 3Η),
0,91 (d, J = 7,8 Hz, 3Η),
0,98–1,08
(m, 1H), 1,16–1,25
(m, 1Η),
1,32–1,38
(m, 1Η),
1,41–1,51
(m, 1Η),
1,64–1,70
(m, 2H), 1,96–2,03
(m, 1Η),
2,32–2,35
(m, 1H), 4,42–4,52
(m, 1Η); 13C-ΝΜΡ (100 MHz,
CDCl3) δ 83,7
(d, JC-P = 9,9 Hz), 48,7, 43,3, 33,9, 31,6,
25,1, 22,9, 22,0, 21,2, 16,0; 31P-NMR (162
MHz, CDCl3) δ 176,7.
-
BEISPIEL 2 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese der Phosphin-Boran-Verbindung
-
In
einen mit einem Rückflusskühler ausgestatteten
250-ml-Dreihalsrundkolben
unter N2 wurden 150 ml frisch destilliertes
THF und Magnesium (2,36 g, 0,0973 mol) gegeben. Ein Iodkristall
wurde zugesetzt und dann wurde 1,4-Dibrombutan (4,65 ml, 0,0389
mol) tropfenweise während
30 min mit einer Spritzenpumpe zugesetzt, während das Reaktionsgemisch
mit einem magnetischen Rührstäbchen gerührt wurde.
Das Reaktionsgemisch wurde während
der Zugabe heiß und
refluxierte nahe dem Ende der Zugabe (ein Eisbad wurde bei der Hand gehalten,
um das Reaktionsgemisch zu kühlen,
um zu verhindern, dass es unkontrollierbar wird). Nach der Zugabe
wurde das Reaktionsgemisch 1 h unter Rückflusskühlung erhitzt. Die Lösung einer
Di-Grignard-Verbindung eines zweiwertigen Alkyls (dunkelgrau nach
dem Refluxieren) wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt. In
einen getrennten 500-ml-Kolben wurden das (–)-Menthoxyphosphordichlorid
von Beispiel 1 (10,0 g, 0,0389 mol) und 250 ml frisch destilliertes
THF unter N2 gegeben. Die (–)-Menthoxyphosphordichloridlösung wurde
auf 0°C
gekühlt
und dann wurde die Di-Grignard-Lösung
schnell über
eine Kanüle
in den Kolben gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur
erwärmt
und dann 3 h gerührt,
und dann wurde BH3·Me2S
(3,9 ml einer 10,0 M Lösung,
0,0389 mol) zu dem Reaktionsgemisch über eine Spritze gegeben und
das Reaktionsgemisch über
Nacht gerührt
(obwohl das Schützen
wahrscheinlich in 1 h vollständig war).
Das Reaktionsgemisch wurde vorsichtig mit 250 ml H2O
gequencht. Die organische Schicht wurde abgetrennt und die wässrige Schicht
wurde mit 3 × 100
ml Et2O extrahiert. Die vereinigten organischen
Phasen wurden über
MgSO4 getrocknet und anschließend wurde
das Lösemittel
auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Säulenchromatographie über Silicagel
(1% EtOAc/Hexan) ergab 5,13 g/52% einer Phosphin-Boran-Verbindung (in 2,5%
EtOAc/Hexan Rf des gewünschten Produkts = 0,38, Rf von nicht-identifizierten geringen Nebenprodukten
= 0,48 und 0,71, alle Produkte wurden auf DC-Platten mit Phosphormolybdänsäureanfärbung sichtbar
gemacht). Die Phosphin-Boran-Verbindung wurde bis zur Verwendung
bei 0°C
unter N2 im Gefrierschrank gehalten. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,1–1,0 (br
m, 3Η),
0,78 (d, J = 7,1 Hz, 3Η),
0,87 (d, J = 5,4 Hz, 3Η),
0,88 (d, J = 4,6 Hz, 3H), 0,91–1,04
(m, 2H), 1,17–1,24
(m, 2H), 1,36–1,48
(m, 1H), 1,571,64 (m, 2H), 1,89–1,96
(m, 9Η),
2,05–2,08
(m, 1H), 3,90–3,99
(m, 1Η); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 16,0, 20,9,
22,1, 23,0, 25,4, 25,80, 25,84, 29,1 (d, JC-P =
42,0 Hz), 30,5 (d, JC-P = 37,4 Hz), 31,3,
34,2, 43,4, 48,6, 79,0 (d, JC-P = 3,8 Hz); 31P-NMR (162 MHz, CDCl3) δ 142.
-
BEISPIEL 3 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese von (1S,2R)-2-Benzyl-1-(–)-menthoxy-phospholan
boran
-
Die
Phosphin-Boran-Verbindung von Beispiel 2 (8,83 g, 0,0345 mol) wurde
in einen 500-ml-Rundkolben gegeben und in 150 ml Et2O
bei –78°C unter N2 gelöst.
In einem getrennten Kolben wurde (–)-Spartein (9,9 ml, 0,043
mol) in einen 250-ml-Kolben
gegeben und in 100 ml Et2O unter N2 gelöst.
Die (–)-Sparteinlösung wurde
auf –78°C gekühlt und
dann wurde sek-BuLi (33,2 ml eines Reagens einer 1,3 M Lösung in
Cyclohexan, 0,043 mol) über
eine Spritze zugegeben. Die sek-BuLi/Spartein-Lösung wurde dann in den die
Phosphin-Boran-Lösung enthaltenden
Kolben über
eine Kanüle
bei –78°C während 30
min gegeben. Nach der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch 2 h gerührt. In
einem getrennten 100-ml-Kolben wurde Benzylbromid (5,3 ml, 0,0449 mol),
ein Elektrophil, in 50 ml Et2O unter N2 gelöst.
Die Benzylbromidlösung
wurde dann über
eine Kanüle schnell
zu der Anionlösung
gegeben. Das kalte Bad wurde entfernt und das Reaktionsgemisch wurde
sich langsam auf Raumtemperatur erwärmen gelassen. Das Reaktionsgemisch
wurde dann mit 500 ml 1 N HCl gequencht. Die organische Schicht
wurde abgetrennt, und dann wurde die wässrige Schicht mit 2 × 75 ml
Et2O extrahiert. Die vereinigten organischen
Schichten wurden über
MgSO4 getrocknet und das Lösemittel
wurde dann auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Das rohe Produkt
wurde über
Silicagel (1,5 EtOAc/Hexan) chromatographiert, wobei 9,14 g/77%
(1S,2R)-2-Benzyl-1-(–)-menthoxy-phospholanboran
erhalten wurden. Die Bestimmung des Diastereomerenüberschusses
des Produkts war in dieser Stufe nicht möglich. 1H-NMR
(400 MHz, CDCl3) δ 0,2–1,1 (m, 14H), 1,2–1,4 (m,
3Η), 1,3–1,5 (m,
1Η), 1,7–2,0 (m,
8H), 2,18–2,30
(m, 1Η), 2,20–2,25 (m,
1Η), 2,55–2,61 (m,
1Η), 3,15–3,21 (m,
1Η), 3,96–4,02 (m,
1Η), 7,15 (m,
3Η), 7,24–7,29 (m,
2H); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 16,2, 20,9,
22,1, 23,1, 23,7, 26,0, 30,3, 31,2, 31,3, 34,2, 34,9, 43,4, 44,3,
48,7, 79,0 (d, JC-P = 4,6 Hz), 126,2, 128,5,
128,7, 140,7 (d, 14,5 Hz); 31P-NMR (162
MHz, CDCl3) dd 143,5 (m).
-
BEISPIEL 4 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese von (1S,2R)-2-Carbonsäure-1-(–)-menthoxyphospholanboran
-
Die
Phosphin-Boran-Verbindung von Beispiel 3 (3,60 g, 14,1 mmol) wurde
in einen 500-ml-Rundkolben gegeben und in 150 ml Et2O
bei –78°C unter N2 gelöst.
In einem getrennten Kolben wurde (–)-Spartein (4,0 ml, 0,0176
mol) in einen 250-ml-Kolben
gegeben und in 100 ml Et2O unter N2 gelöst.
Die (–)-Sparteinlösung wurde
auf –78°C gekühlt und
dann wurde sek-BuLi (13,5 ml eines Reagens einer 1,3 M Lösung in
Cyclohexan, 17,6 mmol) über
eine Spritze zugegeben. Die sek-BuLi/Spartein-Lösung wurde dann in den die
Phosphin-Boran-Lösung enthaltenden
Kolben über
eine Kanüle
bei –78°C während 30
min gegeben. Nach der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch 2 h gerührt. Kohlendioxid
wurde dann von einem Tank 30 Sekunden durch die Lösung perlen
gelassen. Das kalte Bad wurde entfernt und das Reaktionsgemisch
wurde auf Raumtemperatur erwärmt.
Das Reaktionsgemisch wurde mit 100 ml 1 N HCl gequencht. Die organische
Schicht wurde abgetrennt und danach wurde die wässrige Schicht zweimal mit
75 ml Ethylacetat extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten
wurden dann über
MgSO4 getrocknet und die flüchtigen
Bestandteile wurden unter Vakuum entfernt. Das weiße feste
Produkt wurde über
eine Silicagelsäule
mit einer 15 Ethylacetat/Hexan-Lösung geschickt.
Die Lösung
wurde über
Nacht stehengelassen und Kristalle von Röntgenqualität (farblose Platten) wuchsen
während
dieses Zeitraums längs
der Seite des Kolbens.
-
BEISPIEL 5 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese von (1S,2R)-2-Benzyl-1-methyl-phospholan
-
Die
substituierte Phosphin-Boran-Verbindung von Beispiel 4 (9,14 g,
44,37 mmol) wurde in einen 250-ml-Rundkolben gegeben und in 120
ml THF unter N2 gelöst. Die Lösung wurde auf 50°C erwärmt. Zu
der Lösung
wurde MeLi (92,4 ml, 1,0 M in THF/Cumol-Lösung, 92,4 mmol) über eine
Spritze gegeben. Die Lösung wurde
nach der Zugabe gelb und nach einer Stunde war die Lösung hellrot.
Die Reaktion wurde mittels DC (2,5% EtOAc/Hexan) verfolgt und zu
diesem Zeitpunkt als beendet angenommen. Das Reaktionsgemisch wurde
vorsichtig mit 300 ml 1 N HCl gequencht und die organische Schicht
wurde dann abgetrennt. Die wässrige Schicht
wurde mit 2 × 100
ml Et2O extrahiert. Die vereinigten organischen
Schichten wurden über
MgSO4 getrocknet und das Lösemittel
wurde dann auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Säulenchromatographie
des rohen Produkts über
Silicagel (2,5% EtOAc/Hexan) ergab 2,83 g/52% der Titelverbindung.
Die Analyse des Produkts mittels chiraler HPLC (Chiracel OJ-R, 60%
CH3CN/40% (5% CH3CN
in H2O), 1 ml/min, Enantiomere bei 4,31
min (Hauptenantiomer) und 5,02 min (Nebenenantiomer); der Enantiomerenüberschuss
konnte auch unter den folgenden Bedingungen: Chiracel OD-H, 80%
Hexan/20% Isopropanol, 1 ml/min, Enantiomere bei 5,29 min (Nebenenantiomer)
und 5,59 min (Hauptenantiomer), analysiert werden) zeigte 7% e.e.
Die Zuordnung der relativen Stereochemie wurde mittels 1-D-NMR-Experimenten
durchgeführt. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,05–0,97 (br
m, 3Η),
1,25 (d, J = 10,7 Hz), 1,42–1,70
(m, 2H), 1,70–2,20
(m, 5H), 2,64–2,73
(m, 1Η), 3,06–3,13 (m,
1Η), 7,17–7,29 (m,
5H); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 11,8 (d,
JC-P = 31,3Ηz), 24,4, 25,8 (d, JC-P = 37,4 Hz), 25,8, 33,2, 35,4, 41,0 (d,
J = 33,6 Hz), 41,0, 126,3, 128,5, 128,8, 140,5 (d, JC-P =
11,5Hz); 31P-NMR (162 MHz, CDCl3) δ 29,4 (m).
-
BEISPIEL 6 (wie in Reaktionsschema
3 angegeben)
-
Synthese von 1,2-Bis((1R,2R)-2-benzylphospholanoboran)ethan
-
Das
(1S,2R)-2-Benzyl-1-methyl-phospholanprodukt von Beispiel 5 (2,83
g, 13,74 mmol) wurde in 80 ml THF unter N2 gelöst und auf –78°C gekühlt. Zu
dieser Lösung
wurde sek-BuLi (11,6
ml, Reagens einer 1,3 M Cyclohexanlösung) über eine Spritze gegeben und
die Lösung
wurde rot. Nach 2-stündigem
Rühren
bei –78°C wurde CuCl2-Pulver in einer Portion unter kräftigem Rühren zu
dem Reaktionsgemisch gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde sich mit
dem kalten Bad auf Raumtemperatur erwärmen gelassen und dann über Nacht
gerührt.
Das Gemisch wurde mit 100 ml konz. NH4OH
gequencht und die organische Schicht wurde abgetrennt. Die wässrige Schicht
wurde dann mit 3 × 50
ml EtOAc extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden
mit 5% NH4OH, 1 N HCl und Kochsalzlösung gewaschen.
Die organische Schicht wurde dann über MgSO4 getrocknet,
und das Lösemittel
wurde auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Das rohe Produkt wurde
dreimal aus heißem
Isopropanol umkristallisiert, wobei 1,15 g/41% 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholanoboran)-ethan
erhalten wurden. HPLC-Analyse (Chiralcel OD-H, 80% Hexan/20% Isopropanol,
0,5 ml/min, Enantiomere bei 12,81 min und 16,84 min, meso bei 14,51
min) zeigte > 99%
e.e. des Produkts und > 98%
Reinheit. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,0–1,0 (m,
6H), 1,15–1,30
(m, 2H), 1,40–1,60
(m, 6H), 1,70–1,80
(m, 4H, 1,90–2,10
(m, 6H), 2,68–2,78
(m, 2H), 2,92–2,99
(m, 2H), 7,16–7,24
(m, 6H), 7,27–7,31
(m, 4H; 13C-NMR (100 MHz, CDCl3)
dd 19,9 (d, JC-P = 26,7 Hz), 24,5, 24,6
(d, JC-P = 36,6 Hz), 24,8, 33,9, 35,5, 40,4
(d, J = 32,0 Hz), 126,5, 128,5, 129,1, 140,3; 31P-NMR
(162 MHz, CDCl3) 40 (m); (d)25D –13,7° (c 0,95,
CHCl3).
-
BEISPIEL 7 (wie in Reaktionsschema
4 angegeben und als Verbindung Ia gezeigt)
-
Synthese des freien Phosphinliganden
1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholano)-ethan
-
Das
1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholanoboran)-ethan-Produkt von Beispiel
6 (100 mg, 0,2439 mmol) wurde in 5 ml luftfrei gemachtem CH2Cl2 in einem Schlenkrohr
unter N2 gelöst. Die Lösung wurde auf 0°C gekühlt und
dann wurde HBF4·Me2O
(0,45 ml, 3,66 mmol) tropfenweise über eine Spritze zugegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde dann auf Raumtemperatur erwärmt und über Nacht
gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde mit einem luftfrei gemachten Gemisch
von 6 ml Et2O und 6 ml gesättigter
K2CO3-Lösung gequencht.
Die wässrige
Schicht wurde über
eine Pipette entfernt, während
N2 über
die Lösung
geblasen wurde. Die organische Schicht wurde mit 5 ml luftfrei gemachter
Kochsalzlösung
gewaschen. Die wässrige
Schicht wurde über eine
Pipette entfernt und die organische Schicht wurde über MgSO4 getrocknet und dann über basisches Aluminiumoxid
filtriert. Das Lösemittel
wurde unter Vakuum abgedampft, wobei der freie Phosphinligand als
das einzige Produkt erhalten wurde. Der freie Phosphinligand wurde
unmittelbar darauf wie in der nächsten
Stufe an Rhodium gebunden, um eine Oxidation zu verhindern. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,78–0,99 (m,
4H, 1,18–1,32
(m, 6H), 1,53–1,60
(m, 4H, 1,79–1,82
(m, 6H), 2,62–2,69
(m, 4H, 7,11–7,13
(m, 6H), 7,18–7,22
(m, 4H; 31P-NMR (162 MHz, CDCl3) –7,9.
-
BEISPIEL 8 (wie in Reaktionsschema
7 angegeben und als Verbindung IXa gezeigt)
-
Synthese von Rhodium/1,2-Bis((1S,2R)-2-benzylphospholano)ethan-Komplex
-
In
eine 25-ml-Ampulle wurden AgBF4 (38 mg,
0,1951 mmol) und Chlornorbornadien-rhodium(I)-Dimer (45 mg, 0,09756
mmol Komplex) und 4 ml destilliertes THF unter N2 gegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde 10 min gerührt. Weißes AgCl fiel aus der Lösung aus.
Die Lösung
wurde über
ein Spritzenfilter in eine andere 25-ml-Ampulle unter N2 filtriert.
Die Lösung
wurde dann auf –15°C gekühlt und
der freie Phosphinligand des Beispiels 7 wurde tropfenweise über eine
Spritze in 4 ml THF gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde sich dann
auf Raumtemperatur erwärmen
gelassen und während
1,5 h fiel der Metallkomplex aus der Lösung aus. Der orangefarbene
dicke Katalysator wurde auf einer Fritte unter Vakuum gesammelt
und mit Et2O gewaschen. Der Katalysator
wog 75 mg/58%. Der Katalysator wurde unter Vakuum oder im Gefrierschrank
unter N2 bis zur Verwendung aufbewahrt. 31P-NMR (162 MHz, CDCl3) δ 66,5 (d,
JRh-P = 144,6Hz).
-
Kristalle
von Röntgenqualität wurden
durch Auflösen
von 25 mg des isolierten Katalysators in einer minimalen Menge Methanol
und anschließendes
Blasen eines leichten N2-Stroms über die
Methanollösung,
bis so genügend
Methanol verdampfte, dass sich rote Kristallwürfel bildeten, erhalten. Röntgenkristallographie
bestätigte
die Struktur und Stereochemie des Katalysators.
-
BEISPIEL 4 (wie in Reaktionsschema
9 angegeben und als Verbindung 3 gezeigt)
-
Synthese von (R)-γ-Benzyllacton
-
Natriummetall
(6,43 g, 0,28 mol) wurde in 200 ml EtOH gelöst. Zu der Lösung wurden
100 ml wasserfreies THF gegeben. Diethylmalonat (51 ml, 0,33 mol)
wurde in das Reaktionsgemisch gegossen und das Reaktionsgemisch
wurde 5 min gerührt
und dann in einem Eisbad auf 0°C
gekühlt.
(S)-(2,3-Epoxypropyl)benzol (15 g, 0,11 mol) wurde dann schnell über eine
Spritze zugegeben und das Eisbad wurde entfernt. Das Reaktionsgemisch
wurde dann über
Nacht bei Raumtemperatur gerührt.
Während
des Ablaufs der Reaktion wandelte sich das Reaktionsgemisch von
einer klaren Lösung
zu einem weißen
Gel. Dieses Gel konnte magnetisch gerührt werden. Die Reaktion wurde
mittels 1H-NMR verfolgt und nach dem Rühren über Nacht
waren nur die zwei Diastereomere von α-Ethylcarboxylat-γ-benzyllacton
und nicht-umgesetztes Diethylmalonat vorhanden. Zu dem Reaktionsgemisch
wurden 60 ml 5 N HCl zum Einstellen des pH-Werts des Reaktionsgemischs auf
5 gegeben. Das Reaktionsgemisch konnte mit 1 N NaOH rücktitriert
werden, wenn es zu sauer wurde. Die flüchtigen Bestandteile wurden
dann unter vermindertem Druck auf einem Rotationsverdampfer entfernt,
wobei ein in Wasser suspendiertes gelbes Öl zurückblieb. Zu der Suspension
wurden 65 ml DMSO gegeben und danach wurde der Kolben in einem Ölbad auf
150°C erhitzt.
Während
Wasser aus dem Reaktionsgemisch absiedete, stieg die Reaktionstemperatur.
Nach 16 h war die Decarboxylierung vollständig. Das Reaktionsgemisch
wurde auf 0°C
gekühlt
und dann mit 300 ml entionisiertem Wasser versetzt. Die gebildete
Lösung
wurde 3-mal mit 150 ml Diethylether extrahiert. Die vereinigten
Diethyletherschichten wurden dann mit 400 ml entionisiertem Wasser
gewaschen, abgetrennt und dann über
MgSO4 getrocknet. Das Produktlacton, (R)-γ-Benzyllacton,
wog 20 g (> 100% Ausbeute),
enthielt jedoch eine geringe Menge einer Diethylmalonatverunreinigung. Das
Produkt besaß eine
so ausreichende Reinheit, dass es in der nächsten Reaktion verwendet werden
konnte. Die chirale HPLC-Analyse (Chiralcel OD-H, 80% Hexan/20%
Isopropanol, 1,0 ml/min, UV-Detektion bei 214 nm, Elution des (S)-Enantiomers
bei 8,02 min und Elution des (R)-Enantiomers bei 8,89 min) zeigte
97,1% e.e. (R)-γ-Benzyllacton. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 1,90–2,00 (m,
1Η), 2,21–2,29 (m,
1Η), 2,33–2,51 (m,
2H), 3,07 (dd, J = 14,16 Hz, J = 6,10 Hz, 1Η), 3,48 (dd, J = 14,16 Hz,
J = 7,08 Hz, 1Η),
4,12–4,77
(m, 1Η),
7,19–7,34 (m,
5H).
-
BEISPIEL 10 (wie in Reaktionsschema
9 angegeben und als Verbindung 4 gezeigt)
-
Synthese von (R)-1-Phenyl-2,5-pentandiol
-
Lithiumaluminiumhydrid
(4,6 g, 0,12 mol) wurde in einen mit einem 500-ml-Druckausgleichtropftrichter ausgestatteten
1-l-Rundkolben gegeben
und dann wurden 300 ml wasserfreies THF zugesetzt. Der Kolben wurde
mit Stickstoff gespült.
(R)-γ-Benzyllacton
von Beispiel 9 (17,7 g, 0,1 mol) wurde in 300 ml wasserfreiem THF
gelöst
und in den Tropftrichter gegeben. Der Reaktionskolben wurde in einem
Eisbad auf 0°C
gekühlt
und dann wurde das Lacton tropfenweise über den Tropftrichter über einen
Zeitraum von 30 min zugegeben. Nach der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch
auf Raumtemperatur erwärmt
und dann über
Nacht gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde auf 0°C
gekühlt
und dann vorsichtig mit 1 N HCl gequencht. Entionisiertes Wasser
(200 ml) wurde dann zu dem Reaktionsgemisch gegeben und das Gemisch
wurde dann in einen Scheidetrichter überführt. Die wässrige Lösung wurde 3-mal mit 200 ml
EtOAc extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden dann
nacheinander mit 1 N HCl, gesättigter
NaHCO3-Lösung,
Kochsalzlösung
und dann entionisiertem Wasser gewaschen. Die organische Schicht
wurde über
MgSO4 getrocknet. Die flüchtigen Bestandteile wurden
unter Vakuum entfernt, wobei 13,6 g eines gelben Öls erhalten
wurden. Das Diol wurde dann bei 178°C/8 mm destilliert, wobei 10,1
g (61%) (R)-1-Phenyl-2,5-pentandiol erhalten wurden. Chirale HPLC-Analyse
(Ciralcel OD-H, 80% Hexan/20% Isopropanol, 1,0 ml/min, UV-Detektion
bei 214 nm, Elution des (S)-Enantiomers bei 4,78 min und Elution
des (R)-Enantiomers bei 5,20 min) zeigte 94,5% e.e. (R)-1-Phenyl-2,5-pentandiol. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 1,51–1,58 (m,
1Η), 1,69–1,77 (m,
3Η), 2,12
(br, s, 2H), 2,70 (dd, J = 13,4 Hz, J = 8,5 Hz, 1Η), 2,82
(dd, J = 13,7 Hz, J = 4,4 Hz, 1H), 3,63–3,72 (m, 2H), 3,83–3,89 (m,
1Η), 7,20–7,33 (m,
5H); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 29,7, 34,0,
44,2, 63,2, 72,8, 126,8, 129,0, 129,7, 138,5.
-
BEISPIEL 11 (wie in den
Reaktionsschemata 9, 10 angegeben und als Verbindung 5 gezeigt)
-
Synthese von (R)-1-Phenyl-2,5-pentandimesylat
-
Das
chirale Diol (R)-1-Phenyl-2,5-pentandiol von Beispiel 10 (10,1 g,
0,061 mol) wurde in 300 ml CH2Cl2 in einem mit einem 500-ml-Druckausgleichtropftrichter
ausgestatteten 1-l-Rundkolben
gelöst.
Der Kolben wurde mit Stickstoff gespült und dann wurde die Lösung unter
Verwendung eines Eisbads auf 0°C
gekühlt. Zu
der Lösung
wurde Et3N (21,3 ml, 0,15 mol) über eine
Spritze gegeben. Methansulfonylchlorid (10,4 ml, 0,135 mol) wurde
in 50 ml CH2Cl2 gelöst und in
den Tropftrichter gegeben. Es wurde der Diollösung über einen Zeitraum von 30 min
zugesetzt. Nach der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch 30 min bei
0°C gerührt und dann
auf Raumtemperatur erwärmt
und 4 h gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde auf 0°C
gekühlt
und dann vorsichtig mit 1 N HCl gequencht. Zu dieser gequenchten
Lösung
wurden 100 ml 1 N HCl gegeben, und das Reaktionsgemisch wurde dann
in einen Scheidetrichter überführt. Die
CH2Cl2-Schicht wurde
abgetrennt. Die wässrige
Schicht wurde mit 300 ml CH2Cl2 extrahiert
und danach wurden die vereinigten CH2Cl2-Schichten nacheinander mit 1 N HCl, gesättigter
NaHCO3-Lösung,
Kochsalzlösung
und entionisiertem Wasser gewaschen. Die organische Schicht wurde über MgSO4 getrocknet und danach wurde das Lösemittel
unter Vakuum entfernt, wobei 18,5 g (90%) (R)-1-Phenyl-2,5-pentandimesylat
erhalten wurden. Die Verbindung wurde in der nächsten Stufe ohne weitere Reinigung
verwendet. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 1,82–2,03 (m,
6H), 2,43 (s, 3Η),
3,00 (s, 3Η),
4,27 (m, 2H), 4,89 (m, 1Η),
7,23–7,32
(m, 3Η),
7,33–7,35
(m, 2H).
-
BEISPIEL 12 (wie in Reaktionsschema
10 angegeben und als Verbindung 8 gezeigt)
-
Synthese von (1R,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran
-
Methylphosphin-Boran
wurde vor der Reaktion bei Raumtemperatur unter Hochvakuum von Falle
zu Falle destilliert. Die aufnehmende Falle wurde während der
Destillation bei –78°C gehalten.
Das Methylphosphin-Boran wurde rasch an Luft gewogen (4,1 g, 0,065
mol) und dann in 600 ml wasserfreiem THF in einem 2-l-Rundkolben
gelöst.
Der Kolben wurde mit Stickstoff gespült und dann wurde die Lösung in
einem Trockeneis/Aceton-Bad auf –78°C gekühlt. Zu der Lösung wurde
n-BuLi (52 ml, 0,13 mol) über
eine Spritze über
einen Zeitraum von 2 bis 3 min gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde
1 h bei –78°C gerührt. In
einem getrennten 500-ml-Rundkolben wurde (R)-1-Phenyl-2,5-pentandimesylat
von Beispiel 11 (18,2 g, 0,054 mol) in 300 ml wasserfreiem THF unter
Stickstoff gelöst.
Die Dimesylatlösung
wurde dann über
eine Kanüle über einen
Zeitraum von 2 bis 3 min zu dem Methylphosphin-boran-Anion gegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde sich während 2 h auf Raumtemperatur
erwärmen
gelassen und dann über
Nacht gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde mit 1 N HCl gequencht und dann wurden
600 ml Diethylether zu dem Reaktionsgemisch gegeben. Das Reaktionsgemisch
wurde in einen Scheidetrichter überführt. Die
organische Schicht wurde abgetrennt und sie wurde dann mit 1 N HCl,
Kochsalzlösung
und dann entionisiertem Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen über MgSO4 wurden die flüchtigen Bestandteile unter
Vakuum entfernt, wobei 13 g eines gelben Öls erhalten wurden. Typische
Reaktionsgemische enthalten 35% von jedem Phospholandiastereomer.
Analytische HPLC-Trennungen konnten unter Verwendung einer 150 × 4,6 mm
BDS-Hypersil-C18-Säule
(5 μm Teilchengröße, 120%
Porengröße) unter
Verwendung von 65% Acetonitril/35% Wasser als Elutionsmittel, UV-Detektion
bei 214 nm und einem Säulendurchfluss
von 1 ml/min durchgeführt
werden. Die Titelverbindung (1R,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran eluierte bei
4,891 min und (1S,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran eluierte
bei 4,559 min. Die Diastereomere konnten auch über chirale HPLC unter Verwendung
einer Chiracel OD-H-Säule
unter Verwendung von 80% Hexan/35% Isopropanol als Elutionsmittel,
UV-Detektion bei 214 nm und einem Säulendurchfluss von 1 ml/min
analytisch getrennt werden. Die Titelverbindung (1R,2S)-1- Methyl-2-benzyl-phospholanboran
eluierte bei 4,804 min und (1S,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran
eluierte bei 5,841 min. DC unter Verwendung von 1,5% EtOAc/Hexan
ergibt eine nicht unterscheidbare Trennung, jedoch zeigte DC unter
Verwendung von 5% EtOAc/Hexan das gewünschte Diastereomer mit Rf
= 0,18 und das unerwünschte
Diastereomer mit Rf = 0,15. Bei höheren Fleckkonzentrationen überlappen diese
Flecken, doch zeigen niedrigere Konzentrationen vollständig aufgetrennte
Flecken. Diastereomere wurden durch Säulenchromatographie über 230
bis 400 mesh Silicagel auf 13 g dieses Reaktionsgemischs getrennt.
Eine Säule
eines Durchmessers von 3,15 Inch wurde mit einer 7,5-Inch-Silicagel/Hexan-Aufschlämmung gepackt
verwendet (1,5% EtOAc/Hexan-Elutionsmittel, 200-ml-Fraktionen).
-
(1R,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran
(Verbindung 8):
-
- 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,05–0,97 (br
m, 3Η),
1,25 (d, J = 10,7 Hz), 1,42–1,70
(m, 2H), 1,70–2,20
(m, 5H), 2,64–2,73
(m, 1Η),
3,06–3,13
(m, 1Η),
7,17–7,29
(m, 5H); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 11,8 (d,
JC-P = 31,3 Ηz), 24,4, 25,8 (d, JC-P = 37,4 Hz), 25,6, 33,2, 35,4, 41,0 (d,
JC-P = 33,6 Hz), 41,0, 126,3, 128,5, 140,5
(d, JC-P = 11,5Hz); 31P
(162 MHz, CDCl3) δ 29,4 (m).
-
(1S,2S)-1-Methyl-2-benzyl-phospholanboran
(Verbindung 9):
-
- 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,19–1,00 (br
m, 3Η),
1,30 (d, J = 10,3 Ηz,
3Η), 1,38–1,44 (m,
1Η), 1,61–1,74 (m, 2H),
1,96–2,10
(m, 3Η),
2,21–2,26
(m, 1Η),
2,43–2,51
(m, 1Η),
3,03–3,09
(m, 1Η),
7,19–7,33
(m, 5H); 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 7,9 (d,
JC-P = 29,8 Hz), 24,7, 25,9 (d, JC-P = 35,9 Hz), 32,7, 34,8, 39,8 (d, JC-P = 34,3 Ηz), 126,8, 128,8, 139,9, 140,0; 31P (162 MHz, CDCl3) δ 27,8 (m).
-
BEISPIEL 13 (als Verbindung
7 in Reaktionsschema 10 gezeigt)
-
Synthese von cyclischem
Sulfat von 1-Phenyl-2,5-pentandiol
-
Dieses
Verfahren wurde ausgehend von einem allgemeinen Ver fahren zur Synthese
von cyclischen Sulfaten gemäß der Beschreibung
in Journal of the American Chemical Society, 1991; 113: 8518–8519, modifiziert.
Zu einer Lösung
von 1-Phenyl-2,5-pentandiol
(5 g, 30,1 mmol) in 180 ml CH2Cl2 wurde SOCl2 (2,75
ml, 37,8 mmol) über
eine Spritze gegeben. Die gebildete Lösung wurde 3 h unter Rückflusskühlung erhitzt.
Nach dem Abkühlen
wurden die flüchtigen
Bestandteile auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Der Rückstand wurde
in 45 ml CCl4, 90 ml CH3CN
und 56 ml H2O gelöst, und das Gemisch wurde in
einem Eisbad auf 0°C gekühlt. Zu
der Lösung
wurden RuCl3 (150 mg) und anschließend NaIO4 (8,1 g, 37,8 mmol) gegeben. Das Reaktionsgemisch
wurde über
Nacht gerührt
und danach wurden 300 ml entionisiertes Wasser zu der Lösung gegeben.
Das Gemisch wurde in einen Scheidetrichter überführt und dann 3-mal mit 100
ml Et2O extrahiert. Nach einem herkömmlichen
wässrigen
Aufarbeiten wurde die organische Schicht über MgSO4 getrocknet
und danach wurden die flüchtigen
Bestandteile auf einem Rotationsverdampfer entfernt. Das rohe Produkt
konnte aus heißem
Toluol umkristallisiert werden. 1H-NMR (400
MHz, CDCl3) δ 1,84–2,12 (m, 4H, 2,39 (dd, J =
14,2 Hz, J = 6,6 Hz, 1Η),
3,12 (dd, J = 13,9 Hz, J = 6,6 Hz, 1Η), 4,31–4,36 (m, 1Η), 4,44 (m, 1Η), 4,80–4,86 (m,
1Η), 7,13–7,33 (m,
5H); 13C-NMR
(100 MHz, CDCl3) δ 27,4, 32,1, 41,8, 72,1, 85,4,
127,4, 128,9, 129,8, 135,7; 31P (162 MHz,
CDCl3) δ 29,4
(m).
-
BEISPIEL 14
-
Synthese von 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholanoboran)ethan
-
Das
Phosphin-Boran von Beispiel 12 (2,83 g, 13,74 mmol) wurde in 80
ml THF unter N2 gelöst und auf –78°C gekühlt. Zu dieser Lösung wurde
sek-BuLi (11,6 ml, Reagens einer 1,3 M Cyclohexanlösung) über eine Spritze
gegeben und die Lösung
wurde rot. Nach 2-stündigem
Rühren
bei –78°C wurde CuCl2-Pulver unter kräftigem Rühren in einer Portion zu dem
Reaktionsgemisch gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde sich während 2
h auf Raumtemperatur erwärmen
gelassen und dann über
Nacht gerührt.
Das Gemisch wurde mit 100 ml konz. NH4OH
gequencht, und die organische Schicht wurde abgetrennt. Die wässrige Schicht
wurde dann mit 3 × 50
ml EtOAc extrahiert. Die vereinigten organischen Schichten wurden
mit 5% NH4OH, 1 N HCl und Kochsalzlösung gewaschen.
Die organische Schicht wurden dann über MgSO4 getrocknet
und das Lösemittel
wurde am Rotationsverdampfer entfernt. Das rohe Produkt wurde 3-mal
aus heißem
Isopropanol umkristallisiert, wobei 1,15 g/41% der Titelverbindung
erhalten wurden. Chirale HPLC-Analyse (Chiralcel OD-H, 80% Hexan/20%
Isopropanol, 0,5 ml/min, UV-Detektion bei 214 nm, Elution von 1,2-Bis((1R,2R)-2-benzylphospholanoboran)ethan
bei 12,81 min und 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholanoboran)ethan
bei 16,84 min und Elution der meso-Verbindung bei 14,51 min) zeigte > 99% e.e. von 1,2-Bis((1R,2S)-2-benzylphospholanoboran)ethan
mit > 98% Reinheit. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,0–1,0 (m,
6H), 1,15–1,30
(m, 2H), 1,40–1,60
(m, 6H), 1,70–1,80
(m, 4H, 1,90–2,10
(m, 6H), 2,68–2,78
(m, 2H), 2,92–2,99
(m, 2H), 7,16–7,24
(m, 6H), 7,27–7,31 (m,
4H.
-
BEISPIEL 15 (Verbindung
Ib)
-
Synthese des freien Phosphinliganden
1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholano)ethan
-
Der
borangeschützte
Ligand 1,2-Bis((1S,2S)-2-benzylphospholanoboran)ethan (100 mg, 0,2439 mmol)
wurde in 5 ml luftfrei gemachten CH2Cl2 in einem Schlenkrohr unter N2 gelöst. Die
Lösung
wurde auf 0°C
gekühlt
und dann wurde HBF4·Me2O
(0,45 ml, 3,66 mmol) tropfenweise über eine Spritze zugegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde dann auf Raumtemperatur erwärmt und über Nacht
gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde mit einem luftfrei gemachten Gemisch
von 6 ml Et2O und 6 ml gesättigter
K2CO3-Lösung gequencht.
Die wässrige
Schicht wurde über
eine Pipette entfernt, während
N2 über
die Lö sung
geblasen wurde. Die organische Schicht wurde mit 5 ml luftfrei gemachter
Kochsalzlösung
gewaschen. Die wässrige
Schicht wurde über eine
Pipette entfernt und die organische Schicht wurde über MgSO4 getrocknet und dann durch basisches Aluminiumoxid
filtriert. Das Lösemittel
wurde unter Vakuum abgedampft, wobei das freie Phosphin als das
einzige Produkt erhalten wurde. Das freie Phosphin wurde zur Verhinderung
einer Oxidation unmittelbar darauf in der nächsten Stufe an Rhodium gebunden. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 0,78–0,99 (m,
4H, 1,18–1,32
(m, 6H), 1,53–1,60
(m, 4H, 1,79–1,82
(m, 6H), 2,62–2,69
(m, 4H, 7,11–7,13
(m, 6H), 7,18–7,22
(m, 4H; 13P-NMR (162 MHz, CDCl3) –7,9.
-
BEISPIEL 16 (wie in Reaktionsschema
11 angegeben und als Verbindung IXc gezeigt)
-
Synthese von Rhodium/1,2-Bis((1R,2S)-2-benzylphospholano)ethan-Komplex
-
In
eine 25-ml-Ampulle wurde [Rh(Norbornadien)2]+BF4 – (0,448
mmol) unter Stickstoff gegeben. Zu dem Metallkomplex wurden 2 ml
MeOH über
eine Spritze gegeben, und die gebildete Lösung wurde auf –15°C gekühlt. In
einer getrennten Ampulle wurde der Ligand (0,448 mmol) in 4 ml THF
unter Stickstoff gelöst
und dann wurde die gebildete Lösung
in eine Spritze aufgezogen. Die Ligandenlösung wurde tropfenweise über einen Zeitraum
von 5 min zu der Metallkomplexlösung
gegeben. Die gebildete Lösung
wurde sich dann auf Raumtemperatur erwärmen gelassen und 2 h gerührt. Das
Lösemittel
wurde unter Vakuum entfernt und das rote Pulver wurde dann aus heißem Methanol
umkristallisiert, wobei 213 mg/70% des Katalysators IXc erhalten
wurden. Kristalle von Röntgenqualität wurden
bei langsamem Eindampfen einer Methanollösung des Katalysators gezüchtet. Röntgenkristallographie
bestätigte
die Struktur und Stereochemie des Titelkatalysators. 31P-NMR (162
MHz, CDCl3) δ 66,5 (d, JRh-P =
144,6Hz). [Rh(Norbornadien)2]+BF4 – wurde von Johnson Matthey,
Inc., mit Sitz in Taylor, Michigan, erworben.
-
ASYMMETRISCHE
HYDRIERUNGSREAKTIONEN
-
ALLGEMEINES VERFAHREN
UND BEISPIELE: ASYMMETRISCHE HYDRIERUNG VON SUBSTRATEN
-
Eine
Vielzahl von Substraten wurde mit der Verbindung IXc katalysiert.
Die Substrate umfassen Methyl-2-acetamidoacrylat, 2-Acetamidoacrylsäure, α-Acetamidozimtsäure und
3-Cyano-5-methylhex-3-ensäure. Diese
Verbindungen werden generisch als "Substrat" bezeichnet und die Reaktionsschemata
sind in den Reaktionsschemata 14 bis 17 gezeigt.
-
Die
Verbindung IXc (0,01 mmol) wurde in 1 ml Methanol in einem mit den
zum Anschluss einer Vortragsflasche notwendigen Befestigungen ausgestatteten
Griffin-Worden-Druckgefäß gelöst. Das
Substrat (1 mmol) wurde in 3 ml des gleichen Lösemittels gelöst und dieses
wurde zur Katalysatorlösung
gegeben. Die Lösung
wurde durch Einfrieren/Abpumpen/Auftauen in einem Zyklus luftfrei
gemacht und danach wurde die Reaktionslösung auf 25°C erwärmt. Das Gefäß wurde
dann mit 30 psi Wasserstoff unter Druck gesetzt. Die Reaktionsbeendigungszeiten
und Enantiomerenüberschüsse wurden
mittels chiraler GC überwacht.
Nach der Beendigung der Reaktion, die im Bereich von etwa 15 bis
45 min lag, wurden nur Hydrierungsprodukte beobachtet.
-
BESTIMMUNG
DES ENANTIOMERENÜBERSCHUSSES
-
Bestimmungen
des Enantiomerenüberschusses
wurden mittels chiraler Gaschromatographie durchgeführt.
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N-Acetylalaninmethylester
-
Enantiomere
wurden unter Verwendung einer chiralen 40-m-B- TA Chiraldex-Säule getrennt. Die Bedingungen
sind ein isothermer Zustand von 120°C während 20 min, eine Injektionsvorrichtungstemperatur
von 200°C,
Detektortemperatur von 225°C,
ein Spaltungsverhältnis
von > 100:1, Heliumträgergas mit
65 ml/min. Enantiomere wurden mit 12,811 min und 14,196 min getrennt.
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N-Acetylalanin
-
Der
Methylester dieser Verbindung wird durch Behandeln von N-Acetylalanin
in methanolischer Lösung
mit überschüssigem Trimethylsilyldiazomethan
hergestellt. Der Enantiomerenüberschuss
des gebildeten Methylesterse wird wie für den N-Acetylalaninmethylester angegeben analysiert.
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N-Acetylphenylalanin
-
Der
Methylester dieser Verbindung wird durch Behandeln von N-Acetylphenylalanin
in methanolischer Lösung
mit Trimethylsilyldiazomethan im Überschuss hergestellt. Der
gebildete Methylester wird mittels chiraler HPLC unter Verwendung
einer Chiracel OJ-Säule
analysiert.
-
Es
ist anzumerken, dass, wie dies in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird,
die Singularformen "ein
bzw. eine" und "der bzw. die bzw.
das" mehrere in
Bezug genommene Gegenstände
umfassen, falls nicht der Inhalt klar etwas anderes angibt. Daher
umfasst beispielsweise der Bezug auf eine Zusammensetzung, die "eine Verbindung" enthält, ein
Gemisch von zwei oder mehreren Verbindungen.
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die oben beschriebenen
speziellen Beispiele beschränkt betrachtet
werden, sondern sollte so verstanden werden, dass sie alle Aspekte
der Erfindung, wie sie klar in den beigefügten An sprüchen festgelegt sind, umfasst.
Verschiedene Modifikationen, äquivalente
Verfahren sowie zahlreiche Strukturen, für die die vorliegende Erfindung
verwendbar sein kann, sind dem Fachmann, an den die vorliegende
Erfindung gerichtet ist, bei Betrachtung der vorliegenden Beschreibung
ohne weiteres offensichtlich.