Асимметрический синтез - это реакции, в которых ахиральные соединения превращаются в хиральные таким образом, что образующиеся стереоизомерные продукты или энантиомеры получаются в неодинаковых количествах. Чем больше оптическая частота продукта (т.е. процент энантиомерного избытка, равный %$R$ - %$S$ или %$S$-%$R$), тем эффективнее асимметрический синтез.
В металлокомплексных синтезах новый хиральный центр создается из прохирального субстрата под действием хирального катализатора.
Рисунок 1. Металлокомплексный синтез. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Хиральность катализатора может быть обусловлена или тем, что сам металл является центром хиральности (когда он окружен разными лигандами), или тем, что хирален один или несколько лигандов, связанных с металлом. В случае аимметрического гидрирования более важным является второй случай. Почти все известные катализаторы таких реакций содержат родий и третгиные фосфиновые лиганды с асимметрическим фосфором ($P^*R_1R_2R_3$), или асимметрическим атомом в одном из заместителей у атома фосфора ($PR_2R^*$ ; $R^*$ - хиральная группа). В качестве хиральных катализаторов сегодня применяются комплексы нескольких металлов:
- рутениевые комплексы (например, $Ru(II)-$ $(Ν)-ΒΙΝΑΡ$)
- родиевые комплексы (например, $Rh(COD)_2BF_4$)
- комплексы меди и железа
Восстановление кетонов в присутствии хиральных комплексов $Ru$ и $Rh$
Каталитическое гидрирование кетонов в энантиомерно обогащенные спирты осуществляется при использовании молекулярного водорода в присутствии хиральных комплексов рутения. Лигандом, который координируется с $Ru(II)$ и обычно используется, является энантиомерно чистый 2,2'-бис (дифенилфосфино)-1,1 -бинафтил ($(R) - (Ν)-ΒΙΝΑΡ$). Часто реакцию проводят с добавлением хиральных 1,2-диаминов, таких как (6', 6')-$DPEN$ (дифенилетилендиамин) и $(S) -DAIPEN$ (дианизилизопропилетилендиамин) (рис ниже).
Рисунок 2. Представители хиральных лигандов диаминового ряда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение транс-$RuCl_2$ $[(A) -XylBINAP]$ $[(A) -DAIPEN]$ как катализатора асимметричного гидрирования гетероароматических кетонов оказалось достаточно эффективным для получения хиральных спиртов с количественным выходом и высокой ее (94-99%). Молярные соотношения субстрат / катализатор составляли 1000-5000: 1 при давлении 8 атм. и 25$^\circ$С:
Рисунок 3. Молярные соотношения . Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Исходя из полученных результатов, можно считать, что енантиоселективность мало зависит от свойств гетероароматического кольца.
Следует заметить, что в случае восстановления 2-ацетилфурана увеличение давления до 50 атм. позволяет уменьшить количество катализатора в 8 раз, то есть молярные соотношения составляют 40000: 1. Для сравнения, восстановление 2-ацетилфурана в присутствии родиевого катализатора с хиральным фосфином требует увеличения его количества в 400 раз. Интересно, что восстановление 2,6-диацетилпиридина приводит к одному из четырех возможных стереоизомеров, а ее при этом составляет более 99%.
Асимметричное гидрирование гетероароматических кетонов
С высокой активностью и превосходной енантиоселективнистю протекает асимметричное гидрирование гетероароматических кетонов в присутствии комплексов рутения с $PhanePhos$ и хиральными диаминами:
Рисунок 4. Асимметричное гидрирование гетероароматических кетонов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Несмотря на то, что ранее предпочтение отдавалось рутениевым катализаторам, недавно было показано, что использование комплексов родия для восстановления кетонов гетероциклического ряда также приводит к высоким выходам, причем ее в ряде случаев достигает 99%. Наилучшие результаты были получены при использовании комплекса родия и $(R') - Binapine$ и его аналогов:
Рисунок 5. Асимметричное гидрирование гетероароматических кетонов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение в реакциях восстановления цимольного комплекса рутения и хирального диаминоетану позволяет использовать изопропиловый спирт или муравьиную кислоту в качестве источника водорода:
Рисунок 6. Асимметричное гидрирование гетероароматических кетонов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение хиральных комплексов железа и меди для восстановления кетонов гетероциклического ряда
За последние полвека достигнуты значительные успехи в асимметричном гидрировании кетонов. Без сомнения, лидирующие позиции занимают разработки Нойори и его коллег. Действительно, комплексы рутения и родия нашли широкое применение в процессах восстановления кетонов различной природы. Кроме лабораторных опытов эта методология была приспособлена к производственным процессам, в синтезе фармацевтических препаратов и агрохимикатов, начиная от килограмма до тонны веса. Однако ограниченная доступность, высокие цены, лабильность и достаточно высокая токсичность катализаторов на основе этих металлов требуют замены их недорогими, безопасными материалами. Анализ публикаций последних лет показал перспективу применения комплексов железа и меди в асимметричном восстановлении кетонов. Морис и Мильштейн продемонстрировали высокую каталитическую активность комплексов двухвалентного железа с азотсодержащими бисфосфинамы в реакциях гидрирования гетероароматических кетонов:
Рисунок 7. Реакции гидрирования гетероароматических кетонов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
