KR20010086436A - 비대칭 촉매반응용 키랄 리간드 - Google Patents

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KR20010086436A
KR20010086436A KR1020017004944A KR20017004944A KR20010086436A KR 20010086436 A KR20010086436 A KR 20010086436A KR 1020017004944 A KR1020017004944 A KR 1020017004944A KR 20017004944 A KR20017004944 A KR 20017004944A KR 20010086436 A KR20010086436 A KR 20010086436A
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마크 조셉 버크
아른 게르라크
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마르크 젠너
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Abstract

R이 C1-10알킬기인 거울상 이성질적으로 풍부한 구조식 4의 화합물 또는 그의 거울상 이성질체. 이 화합물은 전이금속 착물의 형태로 입체선택성 수소첨가반응의 촉매로서 유용하다.

Description

비대칭 촉매반응용 키랄 리간드{CHIRAL LIGANDS FOR ASYMMETRIC CATALYSIS}
비대칭 촉매 변환에 사용가능한 키랄 리간드의 리스트는 빠른 속도로 계속 증가하고 있지만, 현재 사용할 수 있는 촉매 시스템의 제한으로 인해 아직도 많은 바람직한 반응이 실행불가능하게 남아 있다. 특히, 촉매반응에서 높은 전환율과 높은 거울상 선택성을 모두 달성하는 것은 비용 효율적인 비대칭 촉매반응 개발의 중요한 장애가 여전히 존재하는 심각한 과제로 남아있다.
Burk는 Chiral Chemicals, ed. Ager, Marcel Dekker, Inc., New York(1999), Chapter 18:339-59 및 여기서 인용된 참조에서, 2,5-이치환 포스폴란기로 구성된 리간드가 거울상 선택성에 있어서 비대칭 촉매 수소첨가 반응에 중대한 이점을 제공한다는 것을 보고하였다. 불행히도, 가장 높은 선택성을 제공하는 촉매(예를 들면, DuPHOS-Rh 및 BPE-Rh)는 종종 특정 작용기(예를 들면, 케톤, 방해된 알켄 등)의 수소첨가 반응에서 낮은 촉매반응율을 나타낸다. Burk 및 Gross(Tet. Lett.35:9363 (1994))는 더 가요성인 리간드 골격(예를 들면, 1,3-프로파노 및 1,1'-페로세닐 브릿지)을 도입함으로써 반응 속도를 가속할 수 있지만, 거울상 선택성은 감소된다고 보고하였다.
WO-A-98/02445호는 하기 구조식 1로 정의되는 키랄 포스페탄 리간드, 또는 그의 반대 거울상 이성질체를 기재하고 있다. 식 중, R 기들은 R1및 R2가 둘다 H가 아닌 조건에서, 각각 독립적으로 H, 알킬, 시클로알킬, 아릴 또는 알크아릴기이며, X는 인과 안정한 결합을 할 수 있는 어떠한 기이다. 특히, WO-A-98/02445호는 구조식 3의 5원 고리 유사체와 비교하여, R1=R2인 구조식 2의 모노포스페탄의 로듐 착물의 합성적 유용성을 강조한다.
WO-A-99/02444호(본 출원서에 주장된 우선일 이후 발행)는 환형 포스핀의 향샹된 제조방법을 기재한다. 이 방법은 제 1 포스핀과 알킬화제의 예비성형된 혼합물 또는 반응 생성물에 강염을 첨가하는 것을 포함한다.
본 발명은 포스핀 리간드 및 그의 금속 착물에 관한 것이며, 그 착물을 비대칭 수소첨가반응 공정에서 촉매로서 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따른 신규 리간드는 구조식 4의 비스(디알킬포스페타노)페로센이다.
식 중, R은 선형 또는 분지형 알킬(그의 반대 거울상 이성질체를 포함하여)이다. 뜻밖에, 본 발명자들은 이들 비스(디알킬포스페타노)페로센이 비대칭 합성에 있어서 촉매의 성분으로써 특별한 유용성을 갖는다는 것을 발견하였다. 특히, 그들의 전이금속 착물은 공지의 키랄 포스핀 리간드의 동가의 착물과 비교했을 때, 특정 프로키랄 기질의 비대칭 수소화반응에 향상된 거울상이성질 선택성 및 촉매 활성의 항목에서 뛰어난 실행을 제공한다.
본 발명의 바람직한 리간드는 R이 선형 알킬, 예를 들면 선형 C1-4알킬, 더욱 바람직하게는 메틸 또는 에틸인 리간드, 및 그의 로듐(Ⅰ)착물이다. 당업자들은 "알킬"이라는 용어가 반드시 C 및 H 만으로 이루어진 것이 아니며, 리간드의 작용에 영향을 미치지 않는 어떠한 치환체도 가능하다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 기질의 다양성, 특히 다른 경우라면 강제조건을 필요로 했을 기질, 또는 다른 리간드는 전환을 제공하지 않거나 또는 거의 전환하지 않는 기질에 적용할 수 있는 비대칭 수소첨가반응을 포함한다. 이와 같은 기질의 예는, 예를 들면 테트라치환 알켄 및 (반드시 β-치환 또는 β,β'-이치환)에스테르와 같은 이타코산 유도체인 C=C 결합을 갖는 기질, 예를 들면 케톤 및 α-케토산과 같은 C=O 결합을 갖는 기질, 및 예를 들면 각각 키랄 히드록시아민 및 키랄아민으로 전환할 수 있는 옥심 및 이민과 같은 C=N 결합을 갖는 기질이다. 다음의 실시예로부터 분명히 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 수소첨가될 수 있는 기질의 특정 종류는 구조식 C=C(C=O)-C-C=O, 특히 C=C(COOH)-C-C=O의 부분을 갖는 것이다.
수소첨가반응은 당업자들에게 알려져 있거나, 당업자들에 의해 결정될 수 있는 조건하에서 실시된다. 실시예를 아래에 제공하였다.
신규 1,1'-비스(포스페타노)페로센은 공지의 공정 또는 일반적으로 WO-A-99/02444에 기재된 방법에 의해 제조될 수 있다. 적당한 반응물은 THF 중에서 알킬리튬의 존재하에 반응할 수 있는 다음 구조식의 반응물이다.
시클릭 황산염은 거울상이성질적으로 순수한 1,3-디올로부터 출발하여 제조할 수 있다. 이들 디올은 Ru-BINAP 촉매와 같은 촉매를 포함하는 잘 입증된 공정을 사용하여 1,3-디케톤의 비대칭 수소첨가반응을 통해 제조할 수 있다: Noyoriet al, JACS 110:629(1998) 참조. 그 후, 디올을 염화티오닐로 처리하고 그 다음 과요오드산나트륨과의 Ru-촉매 산화반응을 통해 1,3-디올 시클릭 황산염으로 전환할 수 있다.s-BuLi와 같은 강한 염기의 존재하에 시클릭 황산염과 1,1'-비스(포스피노)페로센의 반응은 원하는 리간드(4)를 제공한다. 비대칭 수소첨가반응에 촉매로서 사용하기 위해, 구조식(4)의 로듐 착물은 [Rh(4)(COD)]BF4의 형태이고, 이것은 Rh(COD)acac와 COD(1,5-시클로옥타디엔), HBF4-OEt2및 리간드(4)의 순차 반응에 의해 제조된다.
본 발명은 다음의 실시예에 따라 더욱 설명된다. 실시예 1-5는 구조식(4)의리간드의 제조를 기재한다. 실시예 6-10은 대응 로듐 착물의 제조를 기재한다. 실시예 11-15는 비대칭 수소첨가반응의 촉매로서 착물의 사용을 기재하며, 기타 키랄 리간드의 로듐 착물과의 비교를 포함한다. 이들 실시예의 수소첨가 반응조건은 개별식으로 나타내었다(80 psi = 550 kPa). 모든 경우에, 로듐 착물은 [Rh(리간드) (COD)]BF4이며, 여기서 리간드는 키랄 디포스핀 리간드이다. 리간드는 다음과 같이, 머리글자로 표현된다:
본 발명의 리간드(4)는 Fc-4-Me, Fc-4-Et, Fc-4-Pr, Fc-4-i-Pr 및 Fc-4-t-Bu이며; 및
Fc-5-Me 및 Fc-5-Et는 Burk 및 Gross, supra에 의해 기재된 것과 같이, 5원 포스폴란 고리를 함유하는 유사체(4)이다.
BINAP, bppm, DIPAMP 및 DuPHOS의 정의는 Noyori, in Catalytic Asymmetric Synthesis, ed. Ojima, VCH Inc., New York(1993)을 참조.
PHANEPHOS의 정의는 Pyeet al., JACS 119:6207 (1997)를 참조.
방법 1 리간드
500 ml의 3구 플라스크에 자석 젓기막대, 가운데 구의 적하깔대기, 버블러를 갖는 환류 응축기 및 세번째 구의 격벽을 장치하였다. 이 플라스크에서, THF 250 ml 중에서 시클릭 황산염 8.4 m몰 용액을 질소하에 제조하였다. 플라스크를 빙조에 담그고, 용매를 모세관 블리드를 사용하여 용매중의 질소를 기포화시켜 용매를 탈기시켰다. 적하 깔대기에서, 펜탄 50 ml 중의 s-BuLi 35.2 m몰 용액을 질소하에서제조하였다. 용매를 탈기시키고 45 분 후, 1,1'-비스(포스피노)페로센 2.0 g(8 m몰)을 주사기를 통해 THF-용액에 첨가하였다. 그 다음, 격렬히 교반을 시작하고, 상기 와류에s-BuLi의 묽은 용액을 적가하였다. 첨가 마지막에, 메탄올 ca.3 ml를 첨가하여 반응을 끝내고, 진공하에 용매를 제거하였다. 잔류물에 물 (ca. 150 ml)을 첨가한 다음, 리간드를 펜탄(2 x 100 ml)으로 추출하였다. 건조 혼합된 유기층으로부터 용매를 휘발시켜 원(crude) 생성물을 얻은 다음, 추가로 메탄올로부터 재결정하여 정화시켰다.
실시예 1
1,1'-비스((2R,4R)-2,4-디메틸-포스페타노)페로센(이하, (R,R)-Fc-4-Me)로 칭함)을 상기 방법 1로 제조하였고, 원 수득률 3.00 g을 얻었다. 메탄올 ca 15 ml로 재결정하여 황색 플레이트 0.85 g(27.5 %)를 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ16.01.
실시예 2
1,1'-비스((2R,4R)-2,4-디에틸-포스페타노)페로센(이하, (R,R)-Fc-4-Et)로 칭함)을 상기 방법 1로 제조하였고, 원 수득률 3.2 g을 얻었다. 메탄올 ca 30 ml로 재결정하여 매우 미세한 황색 니들 1.06 g(30 %)를 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ13.10.
실시예 3
1,1'-비스((2R,4R)-2,4-디-n-프로필-포스페타노)페로센(이하,(R,R)-Fc-4-Pr)로 칭함)을 상기 방법 1로 제조하였고, 원 수득률 3.2 g을 얻었다. 메탄올과 에탄올 혼합물로 재결정하여 매우 미세한 황색고체 1.34 g(33 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ16.04.
실시예 4
1,1'-비스((2R,4R)-2,4-디이소프로필-포스페타노)페로센(이하,(R,R)-Fc-4-i-Pr)로 칭함)을 상기 방법 1로 제조하였고, 원 수득률 4.0 g을 얻었다. 메탄올 20 ml로부터 재결정하여 매우 미세한 황색니들 2.85 g(71.5 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ9.74.
실시예 5
1,1'-비스((2R,4R)-2,4-디-tert-부틸-포스페타노)페로센(이하,(R,R)-Fc-4-t-Bu)로 칭함)을 상기 방법 1로 제조하였고, 원 수득률 3.4 g을 얻었다. 메탄올 50 ml로 재결정하여 매우 미세한 황색니들 1.12 g(25 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ7.63.
방법 2 Rh(Ⅰ)-테트라플루오로보레이트 촉매반응
슐렌크 플라스크에서 THF 중의 [Rh(COD)acac] 1 당량의 ca. 0.5 N 용액을 질소하에 제조하였다. 이 용액에 1,5-시클로옥타디엔 2 당량을 첨가하고, 혼합물이50 ℃까지 가온시키고, HBF4-OEt21당량을 THF 중에서 ca. 1 N이 되도록 적가하였다. [Rh(COD)2]BF4의 슬러리가 형성되었고, 여기에 리간드 1 당량 용액을 적가하였다. [Rh(COD)2]BF4를 점진적으로 용해시켰고, 용액의 색은 갈색에서 밝은 주황색으로 변하였다. 첨가를 끝내고, 혼합물을 추가 10분 동안 계속 교반하였다. 그 후, 혼합물이 탁해질 때까지 교반된 용액에 에테르를 적가하였다. 촉매가 결정화되기 시작할 때, 반응 혼합물에 에테르를 더욱 첨가하여 촉매의 침전을 완성시켰다. 생성물을 질소하에 여과하였고, 여액이 무색이 될 때까지 THF/에테르 6:4(부피:부피) 혼합물로 세척한 다음, 여과된 고체를 중량이 일정해질 때까지 진공하에 건조시켰다.
실시예 6
방법 2에 의해 리간드 0.5 g으로부터 [(2R,4R)-Fc-4-Me]-(1,5-시클로옥타디엔)-로듐(Ⅰ)테트라플루오로보레이트 0.57 g(64.3%)를 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ61.46(d, JP,Rh=146.5 Hz).
실시예 7
방법 2에 의해 리간드 0.6 g으로부터 [(2R,4R)-Fc-4-Et]-(1,5-시클로옥타디엔)-로듐(Ⅰ)테트라플루오로보레이트 0.90 g(89 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ72.15 (d, JP,Rh=146 Hz).
실시예 8
방법 2에 의해 리간드 1.1 g으로부터 [(2R,4R)-Fc-4-Pr]-(1,5-시클로옥타디엔)-로듐(Ⅰ)테트라플루오로보레이트 0.40 g(21 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ53.27 (d, JP,Rh=146 Hz).
실시예 9
방법 2에 의해 리간드 1.0 g으로부터 [(2R,4R)-Fc-4-i-Pr]-(1,5-시클로옥타디엔)-로듐(Ⅰ)테트라플루오로보레이트 1.35 g(84 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ43.86 (d, JP,Rh=145.6 Hz).
실시예 10
방법 2에 의해 리간드 1.12 g으로부터 [(2R,4R)-Fc-4-t-Bu]-(1,5-시클로옥타디엔)-로듐(Ⅰ)테트라플루오로보레이트 0.92 g(53 %)을 얻었다.31P-NMR(CDCl3, 162 MHz) δ38.27 (d, JP,Rh=141 Hz).
실시예 11 α-아세트아미도계피산의 수소첨가반응
번호 리간드 %ee
1 (R,R)-Fc-4-Me 75
2 (R,R)-Fc-5-Me 69
3 (R,R)-Fe-4-Et 90
4 (R,R)-Fc-5-Et 58
표 1에서와 같이, 리간드 (R,R)-Fc-4-Me 및 (R,R)-Fc-4-Et(번호 1 및 3)을 함유하는 로듐 착물은, (R,R)-Fc-5-Me 및 (R,R)-Fc-5-Et(번호 2 및 4)를 함유하는 로듐착물과 비교하여, 본 방법에 뛰어난 거울상이성질 선택성을 제공하였다.
실시예 12 디메틸 이타콘산염의 수소첨가반응
번호 리간드 %ee
1 (R,R)-Fc-4-Me 91
2 (R,R)-Fc-4-Et 96
3 (R,R)-Fc-4-Pr 94
4 (S,S)-Fc-4-i-Pr 78
5 (S,S)-Fc-5-Me 70
6 (S,S)-Fc-5-Et 66
7 Et-DuPHOS 97
8 DIPAMP 85
9 PHANEPHOS 12
10 bppm 69
표 2는 본 발명의 리간드, 특히 Fc-4-Et 및 Fc-4-Pr(번호 2 및 3)가 본 전환에 매우 효과적이며, Et-DuPHOS(번호 7)에 의해 얻을 수 있는 것과 비교하여 거울상이성질 선택성을 갖는 생성물을 제공한다는 것을 나타낸다. 모든 다른 리간드는 낮은 성취를 제공하였다. 두드러진 차이는 신규 리간드, 특히 n-알킬 변형체와 Fc-5-Me 및 Fe-5-Et(번호 5 및 6) 구조 유사체 사이에서 관찰된다. 비록 5원 고리에서 4원 고리 인함유 헤테로사이클로 이동 후, 상당한 선택성 증가의 이유가 명백하지 않지만 포스피탄 리간드에 의해 제공되는 이점은 명백하다.
실시예 13 역 이타콘산 에스테르의 수소첨가 반응
번호 리간드 %전환 %ee
1 (R,R)-Me-DuPHOS 2 41
2 (S,S)-Et-DuPHOS 3 74
3 DIPAMP 3 32
4 bppm 80 25
5 PHANEPHOS >99 26
6 (R,R)-Fc-4-Me >99 89
7 (R,R)-Fc-4-Et >99 94
8 (R,R)-Fc-4-Pr >99 95
9 (R,R)-Fc-5-Me >99 43
10 (R,R)-Fc-5-Et >99 33
표 3은 "역" 이타콘산(5)의 비대칭 수소첨가반응으로부터 얻은 결과를 나타낸다. "역"이라는 용어는 이타콘산염의 보호패턴을 언급하며, 표준 Stobbe-유도 이타콘산염과 비교한 에스테르/산 보호의 역을 의미한다. DuPHOS, DIPAMP 및 bppm 리간드의 로듐 착물은 촉매 효율 및 거울상이성질 선택성(번호 1-4) 모두에 관해 불충분하였다. 추가 시험에서 PHANEPHOS 리간드의 로듐 촉매는 %ee는 매우 낮지만 전환율은 만족스러웠다(번호 5). 한편, Fc-5-Me 및 Fc-5-Et 리간드를 갖는 촉매는 고활성이지만, 거울상이성질 선택성의 면에서는 아직 불충분하게 실행되었다(번호 9 및 10). 신규 리간드를 기재로한 촉매, 특히 Fc-4-Et 및 Fc-4-Pr는 본 방법에서매우 효과적이었다(번호 6 및 8).
실시예 14 β-치환 역 이타콘산 에스테르의 수소첨가반응
번호 리간드 %전환 %ee
1 Fc-4-Et 60 91
2 Fc-4-Pr 75 93.5
3 bppm 21 3
표 4는 β-치환 역 이타콘산 에스테르(6)의 수소첨가반응 결과를 나타낸다. Fc-4-Et 및 Fc-4-Pr 리간드의 로듐 착물은 양호한 기질 전환을 가지며 높은 거울상이성질 선택성 수소첨가반응을 촉진한다는 것을 발견하였다(번호 1-2). 반대로, bppm 리간드는 전혀 효과가 없었다(번호 3).
실시예 15 β-치환 역 이타콘산 아미드의 수소첨가반응
타입(8)의 아미도숙신산염 유도체는 각종 중요한 약제 후보를 구성하는 펩티도미메틱(peptidomimetic)으로서 작용하기 때문에 본 방법을 조사하였다. 구조식 (7)로 표현되는 기질은 "역으로' 보호된 이타콘산염의 또 다른 종류이다.
결과를 표 5-7에 나타내었다. 특정 기질 (9) 및 (10)의 경우에서, 표 5와 표6은 넓은 범위의 대체 리간드의 로듐 착물과 Fc-4-Et의 로듐 착물의 성능을 비교한 결과이다. 신규 Fc-4-Et 촉매는 전환율과 거울상 이성질 선택성에 있어서 현저히 뛰어났다. 표 7의 결과에서 나타나듯이, 이 촉매는 또한 기질에서 다양한 범위의 β-치환체에 적용될 수 있다. 각각의 경우, 신속한 기질 전환 및 높은 거울상 이성질 선택성이 관찰되었다.
번호 리간드 %전환 %ee
1 Fc-4-Et >99 99
2 Fc-5-Et 45 41
3 Et-DuPHOS 7 89
4 DIPAMP 50.5 89
5 PHANEPHOS 50 69
6 bppm 98 78
번호 리간드 %전환 %ee
1 Fc-4-Et >99 98
2 Fc-5-Et 55 70
3 Et-DuPHOS 5 85
4 DIPAMP 10 87
5 PHANEPHOS 60 62
번호 R t(분) %ee
1 Ph 60 98
2 t-Bu 60 99
3 i-Pr 30 94
4 o-Br-Ph 30 95
5 o-MeS-Ph 15 97
6 o-F-Ph 10 96
(t는 완전 전환에 걸린 시간을 나타냄)

Claims (9)

  1. R이 C1-10알킬기인, 하기 구조식 4의 거울상 이성질적으로 풍부한 화합물 또는 그의 거울상 이성질체.
  2. 제 1항에 있어서, R이 선형 C1-10알킬기인 화합물.
  3. 제 2항에 있어서, R이 메틸 또는 에틸기인 화합물.
  4. 상기 항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물의 전이금속 착물.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전이금속이 로듐(Ⅰ)인 착물.
  6. 제 5항에 있어서, 구조식이 [Rh(4)(COD)]BF4인 착물.
  7. 촉매로서, 제 4항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항의 착물의 존재하에 실시되는, 기질의 거울상이성질 선택성 수소첨가 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 기질이 구조식 C=C(C=O)-C-C=O의 부분을 갖는 수소첨가반응 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 기질이 구조식 C=C(COOH)-C-C=O의 부분을 갖는 수소첨가반응 방법.
KR1020017004944A 1998-11-05 1999-11-03 비대칭 촉매반응용 키랄 리간드 KR20010086436A (ko)

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