EP1436305A1 - Neue chirale liganden und deren übergangsmetallkomplexe sowie deren katalytische anwendung - Google Patents

Neue chirale liganden und deren übergangsmetallkomplexe sowie deren katalytische anwendung

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EP1436305A1
EP1436305A1 EP02758238A EP02758238A EP1436305A1 EP 1436305 A1 EP1436305 A1 EP 1436305A1 EP 02758238 A EP02758238 A EP 02758238A EP 02758238 A EP02758238 A EP 02758238A EP 1436305 A1 EP1436305 A1 EP 1436305A1
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EP
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alkyl
aryl
chiral ligands
radical
radicals
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Withdrawn
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EP02758238A
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Matthias Beller
Kathrin Junge
Axel Monsees
Thomas Riermeier
Harald Trauthwein
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Degussa GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to new chiral phosphine ligands and their use in catalytic reactions.
  • Chiral organophosphorus compounds as ligands in homogeneous catalysis have become increasingly important in recent years.
  • Chiral phosphine ligands in particular are used industrially as constituents of catalysts for the production of fine chemicals or of intermediates for pharmaceuticals and agrochemicals.
  • Such catalytic processes and technical processes are also subject to constant further development, whereby the improvement of new catalyst and ligand systems is the focus of the efforts.
  • the suitability of certain phosphorus-containing ligands for the catalytic conversion of specific substrates depends on the steric and electronic properties at the coordinating phosphorus atom.
  • the electronic and steric properties of the phosphorus ligand can be influenced in a targeted manner, so that selectivity and activity in homogeneous catalytic processes can be controlled.
  • Enantiomerically enriched chiral ligands are used in asymmetric synthesis and asymmetric catalysis. Here it is essential that the electronic and stereochemical properties of the ligand are optimally matched to the respective catalysis problem. There is therefore a great need for chiral ligands that are stereochemical and distinguish electronically in order to find the "tailor-made" ligand that is optimal for a particular asymmetric catalysis.
  • Chiral ligands are e.g. B. in stereoselective hydrogenation reactions of olefins, for example for the production of enantiomerically pure amino acid derivatives used.
  • a review article describing this methodology can be found, for example, in M. Beller, C. Bolm, Transition Metals for Organic Synthesis, Vol. 2, p. 13, VCH-Wiley, Weinheim 1998.
  • Other frequently used methods for the synthesis of chiral compounds using chiral phosphine ligands are e.g. B. asymmetric allyl substitutions, asymmetric coupling reactions (Heck, Suzuki reaction, Negishi coupling) and asymmetric cyanation and vinylation.
  • chelating phosphine ligands are used to achieve high enantioselectivities.
  • the preparation of chelating ligands is often more difficult than the preparation of simple monodentate phosphine ligands. Therefore, there is great interest in producing new monodentate phosphine ligands, which, however, allow highly enantioselective reactions.
  • R 1 is a hydrogen, alkyl, alkenyl, aromatic or heteroaromatic aryl, O-alkyl, NH-alkyl, N- (alkyl) 2 , where the two alkyl radicals can also be linked to one another directly or via an oxygen bridge, O- Represent (aryl), NH- (aryl), N- (alkyl) (aryl) radical,
  • NH alkyl (C 1 -C 2 )
  • N alkyl (C 1 -C 2)
  • R 1 radicals from the group consisting of alkyl, aryl or heteroaryl, O-alkyl, NH-alkyl, N- (alkyl) 2 , piperidine, morpholine, O- (aryl), NH- (aryl), N- (Alkyl) (aryl) preferred.
  • Preferred radicals R 2 to R 9 are independently selected from the group of O-CO-alkyl, O-CO-aryl, Br, CONH 2 , CONH (alkyl), CON (alkyl) 2 , SO (alkyl), SO ( Aryl), SO 2 (alkyl), S0 2 (aryl), SO 3 (alkyl), SO 3 (aryl), NH-CO (alkyl), C0 2 (alkyl), CONH 2 , CO (alkyl), NHCOH, NHC0 2 (alkyl), CO 2 (aryl), PO (alkyl) 2l PO (O-alkyl) 2 radicals, particularly preferred are the radicals hydrogen, alkyl, aryl or heteroaryl, O-alkyl, NH-alkyl , N- (alkyl) 2 , O- (aryl), NH- (aryl), N- (alkyl) (aryl), F, Cl, OH, CO 2 H, SO3H, CO (alkyl), CO (aryl)
  • R 1 to R 9 are preferably alkyl and alkenyl for a hydrocarbon radical having 1 to 4 carbon atoms, the alkenyl group having a double bond and aryl for a 5 to 7-membered aromatic radical.
  • Heteroaromatic aryl radicals preferably contain one or two nitrogen atoms, one nitrogen - And an oxygen atom or a sulfur or an oxygen atom.
  • Formula I also includes ligands which contain condensed ring systems, two or more adjacent radicals R 2 to R 9 being linked to one another.
  • the linked radicals cycloaliphatic and aromatic rings form particularly preferably 5 to 7-membered cycloaliphatic and 6-membered aromatic ring systems.
  • the link is made preferably via a direct single or double bond or via a (Cr C 3 ) alkyl or alkenyl group with one or two double bonds.
  • Particularly preferred ligands of the formula I accordingly have a substitution pattern in which
  • R 1 is an alkyl, aryl or heteroaryl radical, O-alkyl, NH-alkyl, N- (alkyl) 2 , 0-
  • R 2 to R 9 independently of one another have the meaning of R 1 or moreover a radical from the group hydrogen, F, Cl, OH, CO 2 H, SO3H, CO (alkyl), CO (aryl), PO (aryl) 2 , PO3H, where two or more adjacent radicals can each be linked independently of one another, so that a condensed ring system is present
  • alkyl, alkenyl, aromatic or heteroaromatic aryl groups are subject to the above definition and can carry the above-mentioned substituents.
  • a large number of the ligands according to the invention can advantageously be prepared by reaction with amines, alcohols and Grignard reagents, starting from the corresponding 4-chlorophosphepine, which can be obtained from the respective 4-aminophosphepine by HCl / Et2N exchange.
  • the ligands of the formula I according to the invention are used with transition metals as catalysts.
  • the metal-ligand complex compounds can be prepared in situ by reacting a metal salt or a corresponding pre-complex with the ligands of the general formula (I).
  • a metal-ligand complex compound can be obtained by reacting a metal salt or a corresponding pre-complex with the ligands of the general formula (I) and subsequent isolation.
  • Such a complex compound is preferably produced in a one-pot reaction with stirring at elevated temperature.
  • Catalytically active complex compounds can also be generated directly in the reaction batch of the planned catalytic conversion.
  • metal salts are metal chlorides, bromides, iodides, cyanides, nitrates, acetates, acetylacetonates, hexafluoroacetylacetonates, tetrafluoroborates, perfluoroacetates or triflates, in particular of palladium, platinum, rhodium, ruthenium, osmium, irium , Cobalt, nickel and / or copper.
  • Suitable precomplexes for the production of catalysts are e.g. B. cyclooctadiene palladium chloride, cyclooctadiene palladium iodide, 1, 5-hexadiene palladium chloride, 1, 5-hexadiene palladium iodide, bis (dibenzylidene acetone) palladium, bis (acetonitrile) palladium (II) chloride, bis (acetonitrile) palladium (II) bromide, bis (benzonitrile ll) chloride, Bis (benzonitrile) palladium (II) bromide, bis (benzonitrile) palladium (II) iodide,
  • Methallyl palladium chloride dimer tetramethylethylenediamine palladium dichloride
  • Tetramethylethylenediamine palladium dibromide Tetramethylethylenediamine palladium diiodide
  • Cyclooctadiene rhodium (l) chloride dimer norbomadiene rhodium (l) chloride dimer, 1,5-hexadiene rhodium (l) chloride dimer, tris (triphenylphosphine) rhodium (l) chloride,
  • OsCl 2 (arene) dimer cyclooctadieniridium (l) chloride dimer
  • Nickel tetracarbonyl nickel (11) acetylacetonate, (arene) copper triflate, (arene) copper perchlorate, (arene) copper trifluoroacetate, cobalt carbonyl.
  • the ligands according to the invention can be used as isolated complexes of the transition metals mentioned, but they can also be used in situ.
  • Catalytic reactions in which the ligands according to the invention or their complexes are used are, for example, catalytic hydrogenations, hydrosilylations, aminations, allyl substitutions, Grignard couplings, Heck and Suzuki reactions, hydrocyanations, hydrovinylations, hydroformylations, hydroacylations and hydrocarboxylations.
  • Preferred reactions are catalytic hydrogenations, hydrosilylations, allyl substitutions, hydrocyanations, hydroformylations and hydrocarboxylations.
  • Catalytic hydrogenations are particularly preferred.
  • the catalytic reactions are preferably carried out in solution, with organic solvents such as. B. ethyl acetate, THF, methanol, toluene, acetone or CH 2 CI2 have been found to be suitable.
  • organic solvents such as. B. ethyl acetate, THF, methanol, toluene, acetone or CH 2 CI2
  • very high enantioselectivities such. B. in asymmetric hydrogenation, can be achieved by adding SDS. Based on the substrate used, the addition of SDS in a molar ratio of 1: 0.01 to 1: 2, preferably between 1: 0.1 and 1: 0.5, has proven successful.
  • the addition of SDS in a molar ratio of 1: 0.2 achieved a previously unattained enantioselectivity in the reaction.
  • Catalysts in the order of 1,000 and more can be realized with high enantioselectivities. It is thus possible with the ligands according to the invention to carry out reactions with small amounts of catalyst, ie with high catalyst productivity, so that the catalyst costs are minimized.
  • the ligands according to the invention are simple to produce. In addition to the good catalytic properties, a large number of differently substituted ligands can be obtained simply by selecting suitable starting materials for ligand synthesis. This opens up the possibility for a specific synthesis to select ligands of the formula I which are optimized with regard to their electronic and steric properties. For these reasons, the ligands described can be used on a large industrial scale for a large number of catalytic syntheses.
  • R 1 alkyl or aryl
  • the LiCl is separated off by hydrolysis with degassed water.
  • the phosphoramidites can be obtained by concentrating the solvent or by overlaying with hexane.
  • the catalytic hydrogenation is carried out as just described, taking into account the information listed in the following table:

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Abstract

Die Erfindung betrifft neue chirale Liganden der Formel 1, ihre Herstellung und Verwendung in katalytischen Reaktionen.

Description

Neue chirale Liganden und deren Übergangsmetallkomplexe sowie deren katalytische Anwendung
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft neue chirale Phosphanliganden sowie deren Anwendung in katalytischen Reaktionen.
Chirale Organophosphorverbindungen als Liganden in der homogenen Katalyse haben in den letzten Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. Insbesondere chirale Phosphanliganden finden eine technische Anwendung als Bestandteile von Katalysatoren für die Herstellung von Feinchemikalien oder von Zwischenprodukten für Pharmazeutika und Agrochemikalien. Solche katalytischen Verfahren und technischen Prozesse unterliegen darüber hinaus einer ständigen Weiterentwicklung, wobei die Verbesserung neuer Katalysator- und Ligandensysteme im Mittelpunkt der Bemühungen steht.
Die Eignung bestimmter phosphorhaltiger Liganden zur katalytischen Umsetzung spezifischer Substrate hängt von den sterischen und elektronischen Eigenschaften am koordinierenden Phosphoratom ab. Durch Variation der Substituenten am Phosphor in solchen Verbindungen lassen sich somit die elektronischen und sterischen Eigenschaften des Phosphorliganden gezielt beeinflussen, so dass Selektivität und Aktivität bei homogen-katalytischen Prozessen gesteuert werden können.
Enantiomerenangereicherte chirale Liganden werden in der asymmetrischen Synthese bzw. asymmetrischen Katalyse eingesetzt, hier kommt es wesentlich darauf an, dass die elektronischen und die stereochemischen Eigenschaften des Liganden auf das jeweilige Katalyseproblem optimal abgestimmt sind. Es besteht somit ein großer Bedarf an chiralen Liganden, die sich stereochemisch und elektronisch unterscheiden, um den für eine bestimmte asymmetrische Katalyse optimalen „maßgeschneiderten" Liganden aufzufinden.
Chirale Liganden werden z. B. bei stereoselektiven Hydrierreaktionen von Olefinen, beispielsweise zur Herstellung von enantiomerenreinen Aminosäurederivaten, eingesetzt. Ein Übersichtsartikel, der diese Methodik beschreibt, findet sich beispielsweise in M. Beller, C. Bolm, Transition Metals for Organic Synthesis, Vol. 2, S. 13, VCH-Wiley, Weinheim 1998. Weitere häufig angewandte Methoden zur Synthese von chiralen Verbindungen unter Verwendung chiraler Phosphanliganden sind z. B. asymmetrische Allylsubstitutionen, asymmetrische Kupplungsreaktionen (Heck-, Suzuki-Reaktion, Negishi-Kupplung) und asymmetrische Cyanierungen und Vinylierungen.
Bei all diesen Reaktionen werden, um hohe Enantioselektivitäten zu erreichen, chelatisierende Phosphanliganden eingesetzt. Häufig ist die Darstellung chelatisierender Liganden mit größeren Schwierigkeiten verbunden als die Herstellung einfacherer monodentater Phosphanliganden. Daher besteht ein großes Interesse neue monodentate Phosphanliganden herzustellen, die allerdings hochenantioselektive Reaktionen erlauben.
Das auch monodentate chirale phosphorhaltige Ligande als chirale Liganden zur Durchführung enantioselektiver katalytischer Prozesse geeignet sind, wird in einem Übersichtsartikel von I. V. Komarev, A. Börner, Angew. Chem. 2001 , 113, 1237 anhand von Phosphit- und Aminophosphonitliganden beschrieben. Die dort dargestellten Liganden sind jedoch für viele, mit Hilfe von Phosphanliganden durchführbarer katalytischen Umsetzungen nicht geeignet.
Daher besteht ein großer Bedarf an neuen monodentaten chiralen Phosphanliganden, die einfach herzustellen sind und die eine enantioselektive Reaktionsführung erlauben. Diese Aufgabe wird gelöst durch Liganden der allgemeinen Formel
(I) wobei in der Formel I
R1 einen Wasserstoff-, Alkyl-, Alkenyl-, aromatischen oder heteroaromatischen Aryl-, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, wobei die beiden Alkylreste auch direkt oder über eine Sauerstoffbrücke miteinander verknüpft sein können, O-(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl) Rest darstellen,
R2 bis R9 unabhängig voneinander die Bedeutung von R1 besitzen, oder für einen Rest ausgewählt aus der Gruppe O-CO-Alkyl, O-CO-Aryl, F, Cl, Br, OH, NO2, Si(Alkyl)3, CF3, CN, CO2H, COH, S03H, CONH2, CONH(Alkyl), CON(Alkyl)2, SO2(Alkyl), SO(Alkyl), SO(Aryl), SO2(Aryl), SO3(Alkyl), S03(Aryl), S-Alkyl, S-Aryl, NH-CO(Alkyl), CO2(Alkyl), CONH2, CO(Alkyl), NHCOH, NHCO2(Alkyl), CO(Aryl), CO2(Aryl), CH=CH-C02(Alkyl), CH=CH-CO2H, PO(Aryl)2, PO(Alkyl)2, PO3H, PO(0-Alkyl)2 stehen, wobei jeweils zwei oder mehr benachbarte Reste jeweils unabhängig voneinander auch miteinander verknüpft sein können, so dass ein kondensiertes Ringsystem vorliegt und
wobei in R1 bis R9
Alkyl für einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C-Atomen und Alkenyl für einen ein- oder mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 4 C-Atomen steht, die jeweils linear oder verzweigt und die mit Cl, F, Alkyl-(C C12), 0-Alkyl-(Cι-C12), (C5-Cιo)-Aryl, O-(C5-Cι0)-Aryl, NH2l NH(Alkyl-(Cι-Cι2)), N(Alkyl-(Cι-Cι2))2 substituiert sein können und Aryl für einen 5 bis 10 gliedrigen aromatischen Rest steht, der mit Cl, F, Br, Alkyl-(Cι-Cι2), 0-Alkyl-(Cι-Cι2), (C5-Cιo)-Aryl, O-(C5-Cι0)-Aryl, NH2,
NH(Alkyl-(Cι-Cι2)), N(Alkyl-(Cι-Ci2))2, substituiert sein kann, wobei ein bis vier Kohlenstoffatome des aromatischen Rests auch durch Heteroatome aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel ersetzt sein können, so dass ein 5 bis 10 gliedriger heteroaromatischer Rest vorliegt.
Für R1 sind Reste aus der Gruppe Alkyl-, Aryl- oder Heteroaryl-, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, Piperidin, Morpholin, O-(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl) bevorzugt.
Bevorzugte Reste R2 bis R9 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe der O-CO-Alkyl, O-CO-Aryl, Br, CONH2, CONH(Alkyl), CON(Alkyl)2, SO(Alkyl), SO(Aryl), SO2(Alkyl), S02(Aryl), SO3(Alkyl), SO3(Aryl), NH-CO(Alkyl), C02(Alkyl), CONH2, CO(Alkyl), NHCOH, NHC02(Alkyl), CO2(Aryl), PO(Alkyl)2l PO(O-Alkyl)2 -Reste, besonders bevorzugt sind die Reste Wasserstoff, Alkyl-, Aryl- oder Heteroaryl-, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, O-(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl), F, Cl, OH, CO2H, SO3H, CO(Alkyl), CO(Aryl), PO(Aryl)2, PO3H.
Bevorzugt steht in R1 bis R9 Alkyl und Alkenyl für einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen, wobei die Alkenylgruppe eine Doppelbindung besitzt und Aryl für einen 5 bis 7 gliedrigen aromatischen Rest. Heteroaromatische Arylreste enthalten bevorzugt ein oder zwei Stickstoffatome, ein Stickstoff- und ein Sauerstoffatom oder ein Schwefel oder ein Sauerstoffatom.
Unter Formel I fallen auch Liganden, die kondensierte Ringsysteme enthalten, wobei zwei oder mehr benachbarte Reste R2 bis R9 miteinander verknüpft vorliegen. In bevorzugten kondensierten Ringsysteme bilden die miteinander verknüpften Reste cycloaliphatische und aromatische Ringe besonders bevorzugt 5 bis 7 gliedrige cycloaliphatische und 6 gliedrige aromatische Ringsysteme. Die Verknüpfung erfolgt dabei bevorzugt über eine direkte Einfach- oder Doppelbindung oder über eine (C-r C3)-Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ein oder zwei Doppelbindungen.
Besonders bevorzugte Liganden der Formel I besitzen entsprechend ein Substituionsmuster worin
R1 einen Alkyl-, Aryl- oder Heteroarylrest, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, 0-
(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl),
R2 bis R9 unabhängig voneinander die Bedeutung von R1 haben oder darüber hinaus einen Rest aus der Gruppe Wasserstoff, F, Cl, OH, CO2H, SO3H, CO(Alkyl), CO(Aryl), PO(Aryl)2, PO3H darstellen, wobei jeweils zwei oder mehr benachbarte Reste jeweils unabhängig voneinander auch miteinander verknüpft sein können, so dass ein kondensiertes Ringsystem vorliegt
und worin die Alkyl-, Alkenyl-, aromatischen oder heteroaromatischen Arylgruppen der obigen Definition unterliegen und die oben genannte Substituenten tragen können.
Bei der Synthese der erfindungsgemäßen Liganden über enantiomerenreine Dimethylverbindungen der Formel II mit anschließender Lithiierung mit Alkyllithiumverbindungen und nachfolgende Umsetzung mit Aminophosphordichloriden oder Alkyl- bzw. Arylphosphordichloriden hat sich besonders bewährt.
(ll) Vorteilhaft können ausgehend vom entsprechenden 4-Chlor-phosphepin, welches durch HCI/Et2N-Austausch aus dem jeweiligen 4-Amino-phosphepin zugänglich ist, durch Reaktion mit Aminen, Alkoholen und Grignard-Reagenzien eine große Zahl der erfindungsgemäßen Liganden dargestellt werden.
Mit Hilfe dieses Verfahrens sind Verbindungen der Formel I einfach herstellbar, wobei durch die Wahl geeigneter substituierter Edukte die gewünschten Substitutionsmuster am Liganden erhalten werden können. Der Rest R1 kann darüber hinaus, wie eben beschrieben, auch noch nachträglich modifiziert oder ausgetauscht werden.
Die erfindungsgemäßen Liganden der Formel I werden mit Übergangsmetallen als Katalysatoren eingesetzt.
Die Herstellung der Metall-Ligand-Komplexverbindungen kann in situ durch Reaktion eines Metallsalzes oder eines entsprechenden Vorkomplexes mit den Liganden der allgemeinen Formel (I) erfolgen. Darüber hinaus kann eine Metall-Ligand- Komplexverbindung durch Reaktion eines Metallsalzes oder eines entsprechenden Vorkomplexes mit den Liganden der allgemeinen Formel (I) und anschließende Isolierung gewonnen werden. Die Erzeugung einer solchen Komplexverbindung erfolgt bevorzugt in einer Eintopfreaktion unter Rühren bei erhöhter Temperatur. Katalytisch aktive Komplexverbindungen können dabei auch direkt im Reaktionsansatz der geplanten katalytischen Umsetzung erzeugt werden.
Beispiele für die Metallsalze sind Metallchloride, -bromide, -iodide, -cyanide, -nitrate, -acetate, -acetylacetonate, -hexafluoracetylacetonate, -tetrafluoroborate, -perfluoracetate oder -triflate, insbesondere des Palladium, Platins, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Iridium, Kobalts, Nickels oder/und des Kupfers.
Geeignete Vorkomplexe zur Herstellung von Katalysatoren sind z. B. Cyclooctadienpalladiumchlorid, Cyclooctadienpalladiumiodid, 1 ,5-Hexadienpalladiumchlorid, 1 ,5-Hexadienpalladiumiodid, Bis(dibenzylidenaceton)palladium, Bis(acetonitril)palladium(ll)chlorid, Bis(acetonitril)palladium(ll)bromid, Bis(benzonitril)palladium(ll)chlorid, Bis(benzonitril)palladium(ll)bromid, Bis(benzonitril)palladium(ll)iodid,
Bis(allyl)palladium, Bis(methallyl)palladium, Allylpalladiumchlorid-Dimer,
Methallylpalladiumchlorid-Dimer, Tetramethylethylendiaminpalladiumdichlorid,
Tetramethylethylendiaminpalladiumdibromid, Tetramethylethylendiaminpalladiumdiiodid,
Tetramethylethylendiaminpalladiumdimethyl,
Cyclooctadienplatinchlorid, Cyclooctadienplatiniodid, 1 ,5-Hexadienplatinchlorid,
1 ,5-Hexadienplatiniodid, Bis(cyclooctadien)platin, Kalium(ethylentrichloroplatinat),
Cyclooctadienrhodium(l)chlorid-Dimer, Norbomadienrhodium(l)chlorid-Dimer, 1 ,5-Hexadienrhodium(l)chlorid-Dimer, Tris(triphenylphosphan)rhodium(l)chlorid,
Hydridocarbonyltris(triphenylphosphan)rhodium(l)chlorid,
Bis(cyclooctadien)rhodium(l)perchlorat, Bis(cyclooctadien)rhodium(l)tetrafluorborat,
Bis(cyclooctadien)rhodium(l)triflat, Bis(acetonitrilcyclooctadien)rhodium(l)perchlorat,
Bis(acetonitrilcyclooctadien)rhodium(l)tetrafluorborat, Bis(acetonitrilcyclooctadien)rhodium(l)triflat,
Cyclopentadienrhodium(lll)chlorid-Dimer,
Pentamethylcyclopentadienrhodium(lll)chlorid-Dimer,
(Cyclooctadien)Ru(μ3-allyl)2, ((Cyclooctadien)Ru)2(acetat)4,
((Cyclooctadien)Ru)2(trifluoracetat)4, RuCl2(Aren)-Dimer, Tris(triphenylphosphan)ruthenium(ll)chlorid, Cyclooctadienruthenium(ll)chlorid,
OsCl2(Aren)-Dimer, Cyclooctadieniridium(l)chlorid-Dimer,
Bis(cycloocten)iridium(l)chlorid-Dimer,
Bis(cyclooctadien)nickel, (Cyclododecatrien)nickel, Tris(norbomen)nickel,
N ickeltetracarbonyl, Nickel( 11 )acetylacetonat, (Aren)kupfertriflat, (Aren)kupferperchlorat, (Aren)kupfertrifluoracetat, Kobaltcarbonyl.
In katalytischen Reaktionen können die erfindungsgemäßen Liganden als isolierte Komplexe der genannten Übergangsmetalle verwendet werden, aber sie können auch in in situ Form eingesetzt werden.
Katalytische Reaktionen bei denen die erfindungsgemäßen Liganden bzw. deren Komplexe verwendet werden sind beispielsweise katalytische Hydrierungen, Hydrosilylierungen, Amiπierungen, Allylsubstitutionen, Grignard-Kupplungen, Heck- und Suzuki-Reaktionen, Hydrocyanierungen, Hydrovinylierungen, Hydroformylierungen, Hydroacylierungen und Hydrocarboxylierungen.
Bevorzugte Reaktionen sind katalytische Hydrierungen, Hydrosilylierungen, Allylsubstitutionen, Hydrocyanierungen, Hydroformylierungen und Hydrocarboxylierungen.
Besonders bevorzugt sind katalytische Hydrierungen.
Die katalytischen Reaktionen werden bevorzugt in Lösung durchgeführt, wobei sich organische Lösemittel wie z. B. Ethylacetat, THF, Methanol, Toluol, Aceton oder CH2CI2 als geeignet erwiesen haben. Darüber hinaus können sehr hohe Enantioselektivitäten z. B. bei der asymmetrischen Hydrierung, durch Zusatz von SDS erzielt werden. Bezogen auf das eingesetzte Substrat hat sich der Zusatz von SDS in einem Molverhältnis von 1 : 0.01 bis 1 : 2, bevorzugt zwischen 1 : 0.1 und 1 : 0.5, bewährt. Insbesondere bei der asymmetrischen Hydrierung in Toluol wurden durch Zusatz von SDS im Molverhältnis von 1 : 0.2 eine bisher nicht erreichte Enantioselektivität der Umsetzung erzielt.
Mit den erfindungsgemäßen Liganden können große Tumover-Werte der
Katalysatoren in der Größenordnung von 1.000 und mehr bei gleichzeitig hohen Enantioselektivitäten realisiert werden. Somit ist es mit den erfindungsgemäßen Liganden möglich, Umsetzungen mit geringen Katalysatormengen, also mit hoher Katalysatorproduktivität, durchzuführen, so dass die Katalysatorkosten minimiert werden. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Liganden einfach herstellbar. Neben den guten katalytischen Eigenschaften kann eine Vielzahl von unterschiedlich substituierten Liganden einfach durch die Wahl geeigneter Edukte bei der Ligandensynthese erhalten werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit für eine spezifische Synthese Liganden der Formel I auszuwählen, die hinsichtlich ihrer elektronischen und sterischen Eigenschaften optimiert sind. Aus diesen Gründen sind die beschriebenen Liganden für eine Vielzahl katalytischer Synthesen großtechnisch einsetzbar. Ausführungsbeispiele:
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Synthese erfindungsgemäßer Liganden
Methode 1 :
29.4 ml einer 1.6 m n-BuLi Lösung in Hexan (0.047 mol n-BuLi) werden in einen 250 ml Dreihalskolben gegeben und im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Der gelbe, ölige Rückstand wird in 15 ml Diethylether aufgenommen und auf 0 °C abgekühlt. Anschließend werden 0.019 mol in 20 ml Diethylether gelöstes 2,2'-Dimethyl-1 ,1'- diphenyl-Derivat portionsweise zugegeben. Die rote Färbung intensiviert sich nach der Zugabe von 7 ml (0.047 mol) TMEDA. Die blutrote Reaktionslösung wird auf Raumtemperatur erwärmt. Nach 2 - 48 h scheiden sich Kristalle ab. Die überstehenden Lösung wird dekantiert und der Kristallbrei mit wenig Pentan gewaschen. Die Trocknung im Vakuum liefert 50-85 % regioselektiv dilithiiertes 2,2'- Dimethyl-1 , 1 '-diphenyl-Derivat.
Das Dilithiumsalz des 2,2'-Dimethyl-1 ,1 '-diphenyl-Derivates wird bei 0 °C in 35 ml Hexan suspendiert. 1.1 Eq. des jeweiligen Dichlorphosphins CI2PR1 (R1 = Et, t-Bu, Ph, NEt2, NMe2) werden gelöst in 15 ml Hexan portionsweise zugesetzt, wobei eine Entfärbung auftritt. Nach beendeter Zugabe wird das Reaktionsgemisch auf
Raumtemperatur erwärmt und 2 h zur Vervollständigung der Reaktion am Rückfluss erwärmt. Das Lösungsmittel Hexan wird durch Toluol ausgetauscht. Im Falle von R1 = Alkyl oder Aryl erfolgt die Abtrennung des LiCI durch Hydrolyse mit entgastem Wasser. Aus der getrockten organischen Phase lassen sich die Phosphanliganden durch Kristallisation isolieren. Ist R1 = NAIkyl2, NAryl2, NHAlkyl, NHAryl, OAlkyl, OAryl so wird LiCI in einer geschlossenen Fritte abgetrennt. Die Phosphoramidite können durch Einengen des Lösungsmittels bzw. durch Überschichten mit Hexan gewonnen werden.
Methode 2 :
In einem 11 Dreihalskolben werden 0.026 mol des entsprechenden Phosphoramidits R1 = NEt2 (Darstellung gemäß Methode 1 ) in 300 ml Cyclohexan suspendiert. Die Apparatur wird mit einem Gaseinleitungsrohr versehen und auf 0 °C gekühlt. Unter kräftigem Rühren wird 1 h lang HCI-Gas durch die Suspension geleitet, wobei es zwischenzeitig zu einer Auflösung des Niederschlags kommt. Eine weitere Stunde wird überschüssige HCI unter leichtem Argonstrom verrührt. Anschließend wird der Niederschlag über eine Fritte abgetrennt und zweimal mit 100 ml Cyclohexan gewaschen. Das Lösungsmittel wird auf ein Drittel eingeengt und mit Hexan überschichtet. 70-95 % des jeweiligen Chlorphosphins können als kristallines Pulver isoliert werden.
7.9*10"3 mol des so hergestellten Chlorphosphins werden in 20 ml Diethylether und 20 ml THF gelöst und mit 1.1 Eq. RMgX (R = i-Pr, X = Cl) portionsweise bei Raumtemperatur versetzt. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch 2 h am Rückfluss erwärmt. Anschließend wird mit 40 ml entgastem Wasser hydrolysiert, die getrocknete etherische Phase eingeengt und in 10 ml Toluol aufgenommen. Der Ligand wird als kristalliner Niederschlag isoliert.
Beispiele für erfindungsgemäße Liganden, die mit den beschriebenen Methoden hergestellt wurden (Beispiele 1) bis 7)):
1 ) 4-Phenyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2, 1 -c; 1 ',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 6.7 ppm; MS m/z: 388 [M+].
2) 4-t-Butyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 29.6 ppm; MS m/z: 368 [M+], 311 , 265.
3) 4-i-Propyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2, 1 -c; 1 ',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 21.8 ppm; MS m/z: 354 [M+], 311 , 265.
4) 4-Ethyl-4,5-di-hydro-3H-dinaphtho[2, 1 -c; 1 ',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 8.5 ppm; MS m/z: 340 [M+].
5) 4-Diethylamino-4,5-dihydro-3H-dinaphtho-[2, 1 -c; 1 ',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 73.0 ppm; MS m/z: 383 [M+], 340, 313, 265.
6) 4-Dimethylamino-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin: 31P-NMR (C6D6): 77.0 ppm; MS m/z: 355 [M+]. 7) 4-Chlor-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2, 1 -c; 1 ',2'-e]phosρhepin: 31P-NMR (C6D6): 115.1 ppm; MS m/z: 347 [M+1], 329, 311 , 283.
Analog wurden folgende weitere Verbindungen (Beispiele 8) bis 17)) nach der allgemeinen Arbeitsvorschrift hergestellt:
8) 4-Methyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin,
9) 4-p-Methoxyphenyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]-phosphepin
10) 4-p-Trifluormethylphenyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]-phosphepin 11 ) 4-Methoxy-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin,
12) 4-Ethoxy-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin,
13) 4-Benzyloxy-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1',2'-e]phosphepin,
14) 4-Di-i-Propylamino-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2, 1 -c; 1 \2'-e]phosphepin,
15) 4-Piperidyl-4,5-dihydro-3H-dinaphtho[2,1-c;1 ',2'-e]phosphepin, 16) 6-Diethylamino-1 , 11 -dimethoxy-6-phospha-dibenzo[a,c]cyclohepten,
17) 6-Dimethylamino-1 , 11 -dimethoxy-6-phospha-dibenzo[a,c]cyclohepten,
18) 6-Methyl-1 , 11 -dimethoxy-6-phospha-dibenzo[a,c]cyclohepten,
19) 6-Ethoxy-1 , 11 -dimethoxy-6-phospha-dibenzo[a,c]cyclohepten.
Allgemeine Arbeitsvorschrift für katalytische Hydrierungen:
In ein Hydriergefäß werden unter einer Argonatmosphäre 0.025 mmol [Rh(COD)2]BF4, 0.055 mmol Ligand und 0,5 mmol (Z)-α- Acetaminozimtsäuremethylester zu 12,5 ml des jeweiligen getrockneten und entgasten Lösungsmittels bei einer Temperatur von 25 °C gegeben und 15 min verrührt. Das Reaktionsgefäß wird mehrmals mit Wasserstoff gespült. Anschließend wird unter Normaldruck die entsprechende Menge Wasserstoff zugesetzt. Nach Beginn der Reaktion wird der Verbrauch von Wasserstoff in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Der Hydrierversuch wird nach der vierfachen Halbwertzeit beendet. Die Bestimmung der ee-Werte erfolgt nach Probenentnahme mittels GC (XE 60) oder HPLC (Chiracel OD-H). Beispiele 20 bis 28 für katalytische Hydrierungen mit chiralen Liganden der Formel (III)
(III)
Alternative Arbeits Vorschrift für Hydrierungen:
In ein Hydriergefäß werden unter einer Argonatmosphäre 0.01 mmol [Rh(COD)2]BF4, 0.022 mmol Ligand Ju 176/2 (Formel (lila))
(llla)Ligand: Ju 176/2
und 1 ,0 mmol Substrat zu 15 ml des jeweiligen getrockneten und entgasten Lösungsmittels bei einer Temperatur von 25 °C gegeben und 15 min verrührt. Das Reaktionsgefäß wird mehrmals mit Wasserstoff gespült. Anschließend wird unter Normaldruck die entsprechende Menge Wasserstoff zugesetzt. Nach Beginn der Reaktion wird der Verbrauch von Wasserstoff in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Der Hydrierversuch wird nach der vierfachen Halbwertzeit beendet. Die Bestimmung der ee-Werte erfolgt nach Probenentnahme mittels GC (XE 60) oder HPLC (Chiracel OD-H).
Beispiele 33 bis 38 für Hydrierungen gemäß der eben beschriebenen Vorschrift.
e = tαconsäure met y ester Beispiele 40 bis 42: Die katalytische Hydrierung erfolgt wie eben beschrieben, das Rh : Ligand (lila) -Verhältnis wird variiert :
Beispiele 43 bis 47: Katalytische Hydrierung weiterer Substrate
Die katalytische Hydrierung erfolgt wie eben beschrieben unter Berücksichtigung der in der folgenden Tabelle aufgeführten Angaben:
Beispiele 47 bis 58 für katalytische Hydrierungen :
Die Hydrierung erfolgt wie eben beschrieben. Als Katalysatorvorkomplex werden 0,01 mmol [Rh(COD)2]BF4, als Ligand werden 0.022 mmol der Verbindung der Formel (lllb) (Ju 180/4/2) eingesetzt. 1 ,0 mmol Substrat wird umgesetzt.
(lllb) Ju 180/4/2
Die Ergebnisse der Hydrierung sind in der folgenden Tabellen aufgeführt.
AMe = Z-α-Acetαmidozimtsäuremethylester αMe = 2-Acetαmidoαcrylsäuremethylester IMe = Itαconsäuredimethylester

Claims

Patentansprüche:
1. Chiralen Liganden der Formel
(I)
wobei in der Formel I
R1 einen Wasserstoff-, Alkyl-, Alkenyl- aromatischen oder heteroaromatischen Aryl-, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, wobei die beiden Alkylreste auch direkt oder über eine Sauerstoffbrücke miteinander verknüpft sein können, O-(Aryl), NH-(Aryl), N- (Alkyl)(Aryl) -Rest darstellen,
R2 bis R9 unabhängig voneinander die Bedeutung von R1 besitzen, oder für einen Rest ausgewählt aus der Gruppe O-CO-Alkyl, O-CO-Aryl, F, Cl, Br, OH, N02l Si(Alkyl)3, CF3, CN, CO2H, COH, SO3H, CONH2, CONH(Alkyl), CON(Alkyl)2, S02(Alkyl), SO(Alkyl), SO(Aryl), S02(Aryl), SO3(Alkyl), SO3(Aryl), S-Alkyl, S-Aryl, NH-CO(Alkyl), CO2(Alkyl), CONH2, CO(Alkyl), NHCOH, NHCO2(Alkyl), CO(Aryl), CO2(Aryl), CH=CH-C02(Alkyl), CH=CH-C02H, PO(Aryl)2, PO(Alkyl)2, PO3H, PO(O-Alkyl)2 stehen, wobei jeweils zwei oder mehr benachbarte Reste jeweils unabhängig voneinander auch miteinander verknüpft sein können, so dass ein kondensiertes Ringsystem vorliegt und
wobei in R1 bis R9 Alkyl für einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 12 C-Atomen und Alkenyl für einen ein- oder mehrfach ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 4 C-Atomen steht, die jeweils linear oder verzweigt und die mit Cl, F, Alkyl-(Cι-Cι2), 0-Alkyl-(Cι-C12), (C5-Cιo)-Aryl, O-(C5-Cιo)-Aryl, NH2, 5 NH(Alkyl-(Cι-Cι2)), N(Alkyl-(Cι-Cι2))2 substituiert sein können und
Aryl für einen 5 bis 10 gliedrigen aromatischen Rest steht, der mit Cl, F, Br, Alkyl-(Cι-Cι2), 0-Alkyl-(Cι-Cι2), (C5-Cι0)-Aryl, O-(C5-Cιo)-Aryl, NH2, NH(Alkyl-(Cι-Cι2)), N(Alkyl-(Cι-Cι2))2, substituiert sein kann, wobei ein bis vier Kohlenstoffatome des aromatischen Rests auch durch o Heteroatome aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel ersetzt sein können, so dass ein 5 bis 10 gliedriger heteroaromatischer Arylrest vorliegt.
2. Chirale Liganden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass R1 einen 5 Rest aus der Gruppe der Alkyl, Aryl oder Heteroaryl -Reste darstellt.
3. Chirale Liganden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass R1 einen Rest aus der Gruppe der O-Alkyl oder O-(Aryl) -Reste darstellt.
0 4. Chirale Liganden nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass R1 einen Rest aus der Gruppe der NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, wobei die beiden Alkylreste auch direkt oder über eine Sauerstoffbrücke miteinander verknüpft sein können, NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl)-Reste darstellt.
5 5. Chirale Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass R2 bis R9 unabhängig voneinander Reste ausgewählt aus der Gruppe O-CO-Alkyl, O-CO-Aryl, Br, CONH2, CONH(Alkyl), CON(Alkyl)2, SO(Alkyl), SO(Aryl), SO2(Alkyl), SO2(Aryl), SO3(Alkyl), SO3(Aryl), NH-CO(Alkyl), CO2(Alkyl), CONH2, CO(Alkyl), NHCOH, NHC02(Alkyl), 0 CO2(Aryl), PO(Alkyl)2, PO(O-Alkyl)2, Wasserstoff, Alkyl-, Aryl- oder
Heteroaryl-, O-Alkyl, NH-Alkyl, N-(Alkyl)2, O-(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl), F, Cl, OH, C02H, SO3H, CO(Alkyl), CO(Aryl), PO(Aryl)2, PO3H darstellen.
6. Chirale Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in R1 bis R9 für ein oder mehrere dieser Reste Alkyl und Alkenyl für einen Kohlenwasserstoff rest mit 1 bis 4 C-Atomen steht, wobei die Alkenylgruppe eine Doppelbindung besitzt und Aryl für einen 5 bis 7 gliedrigen aromatischen Rest steht.
7. Chirale Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass heteroaromatische Arylreste in R2 bis R9 ein oder zwei Stickstoffatome, ein Stickstoff- und ein Sauerstoffatom oder ein Schwefel oder ein Sauerstoffatom enthalten.
8. Chirale Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr benachbarte Reste R2 bis R9 miteinander verknüpft vorliegen.
9. Chirale Liganden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Reste R2 bis R9 derart miteinander verknüpft sind, dass ein 5 bis 7 gliedriger gesättigter oder ungesättigter cycloaliphatischer oder ein 6 gliedriger aromatischer Ring vorliegt.
10. Chirale Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass
R1 einen Alkyl-, Aryl- oder Heteroarylrest, O-Alkyl, NH-Alkyl, N- (Alkyl)2, O-(Aryl), NH-(Aryl), N-(Alkyl)(Aryl) darstellt,
R2 bis R9 unabhängig voneinander die Bedeutung von R1, Wasserstoff, F, Cl, OH, CO2H, SO3H, CO(Alkyl), CO(Aryl), PO(Aryl)2, PO3H besitzen, wobei jeweils zwei oder mehr benachbarte Reste jeweils unabhängig voneinander auch miteinander verknüpft sein können, so dass ein kondensiertes Ringsystem vorliegt wobei die Alkyl-, Alkenyl-, aromatischen oder heteroaromatischen Arylgruppen wie in Anspruch 1 definiert sind, wobei diese Gruppen die in Anspruch 1 genannten Substituenten tragen können.
11. Katalysatoren erhältlich durch Umsetzung eines Metallsalzes oder eines Metallvorkomplexes mit Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Katalysatoren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator ein Metall aus der Gruppe Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Iridium, Kobalt, Nickel oder Kupfer enthält.
13. Verfahren zur Herstellung von chiralen Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 10 wobei enantiomerenreine Dimethylverbindungen der Formel II
mit Alkyllithiumverbindungen lithiiert werden und danach mit Aminophosphordichloriden, Alkyl- oder Arylphosphordichloriden umgesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R1 nachträglich ausgetauscht wird, wobei ausgehend von einem 4-Amino- phosphepin durch HCI/Et2N-Austausch in 4-Chlor-phophepin überführt wird und anschließend durch Reaktion mit einem Amin oder einem Alkohol und einer Grignard-Reagenz ein neuer Rest R1 eingeführt wird.
15. Verwendung von chiralen Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder von Katalysatoren nach einem der Ansprüche 11 oder 12 für katalytisch asymmetrische Reaktionen.
16. Verwendung von chiralen Liganden oder Katalysatoren nach Anspruch 15 für Hydrosilylierungen, Aminierungen, Allylsubstitutionen, Grignard-Kupplungen, Heck- und Suzuki-Reaktionen, Hydrocyanierungen, Hydrovinylierungen, Hydroformylierungen, Hydroacylierungen und Hydrocarboxylierungen.
17. Verwendung von chiralen Liganden oder Katalysatoren nach Anspruch 15 für katalytisch asymmetrische Hydrierungen.
18. Verwendung von chiralen Liganden oder Katalysatoren nach einem der Ansprüche 15 bis 17 in Kombination mit SDS.
19. Verwendung von chiralen Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Katalysatoren.
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