Разработка технологии энантиоселективного присоединения диэтилмалоната к нитростиролу
Разработка новых, современных технологий тонкого органического синтеза на основе продуктов глубокой переработки нефти. Синтез металлокомплексных катализаторов. Присоединение диэтилмалоната к нитростиролу, катализируемое комплексами переходных металлов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.08.2018 |
| Размер файла | 88,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Разработка технологии энантиоселективного присоединения диэтилмалоната к нитростиролу
А.Н. Резников, Е.В. Головин, Ю.Н. Климочкин
Самарский государственный технический университет
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
В работе предлагается новый подход к созданию технологии энантиоселективного присоединения диэтилмалоната к нитростиролу - ключевой стадии производства ряда полупродуктов тонкого органического синтеза. Показано, что процесс может быть осуществлен при катализе комплексами переходных металлов с транс-(1S,2S)-N,N-дибензилциклогексан-1,2-диамином с высоким энантиомерным избытком продукта присоединения.
Ключевые слова: нитростирол, диэтилмалонат, энантиоселективное присоединение, комплексы переходных металлов.
Введение
Разработка новых, современных технологий тонкого органического синтеза на основе продуктов глубокой переработки нефти является одним из возможных направлений рационального использования нефтехимического сырья. В последние годы широкое развитие получили методы энантиоселективного создания новых С-С связей как перспективный путь к созданию конечных продуктов тонкого органического синтеза и их синтетических предшественников.
С этой точки зрения перспективным представляется использование нитростирола - продукта конденсации бензальдегида и нитрометана - в качестве сырья для синтеза хиральных нитроэфиров, промежуточных продуктов в производстве ряда фармацевтических препаратов. Одним из основных путей синтеза данных соединений является энантиоселективное присоединение малонатов к нитростиролу.
Исследования, проводимые в последнее время различными научными группами, привели к быстрому развитию каталитических энантиоселективных методов присоединения 1,3-дикарбонильных соединений к нитроалкенам. Наибольшее распространение получило использование органокатализа в этих реакциях [1-5]. Однако сложная структура органокатализаторов и связанная с этим их синтетическая малодоступность наряду с высокими концентрациями (5-20 мольн. %) являются серьезным ограничением к практической реализации подобных процессов, например, в производстве фармацевтических препаратов. Преимуществом использования энантиоселективного металлокомплексного катализа в технологии тонкого органического синтеза является достижение высоких выходов и энантиомерного избытка целевых продуктов при низких концентрациях катализатора, что позволяет достичь значительного снижения себестоимости продукции за счет отказа от стехиометрических количеств дорогостоящих хиральных реагентов и отсутствия стадии разделения рацемических смесей. В то же время данные об использовании хиральных металлокомплексных катализаторов в реакциях присоединения по Михаэлю к настоящему времени весьма ограничены.
Имеются сообщения об использовании комплексов палладия [6], скандия [7], меди [8], никеля [9], магния [10], иридия [11] в катализе присоединения по Михаэлю. В большинстве публикаций в качестве акцепторов Михаэля выступают еноны, производные ненасыщенных карбоновых кислот и др. соединения. В работе [12] сообщается об успешном использовании комплекса Ni(II) с транс-(1R,2R)-N,N-дибензилциклогексан-1,2-диамином в качестве катализатора присоединения 1,3-дикарбонильных соединений к нитроалкенам. Предполагаемый механизм включает образование комплекса ацетилацетонатного типа в качестве ключевого интермедиата каталитического цикла с последующей нуклеофильной атакой координированного 1,3-дикарбонильного соединения по кратной связи нитроалкена. Авторами рассмотрено влияние природы 1,3-дикарбонильного соединения и непредельного субстрата на скорость и энантиоселективность реакции. Однако круг рассмотренных в работе [12] катализаторов ограничен комплексами Ni(II), отсутствуют сведения о влиянии природы металла на каталитические свойства металлокомплексов.Центральная роль переходного металла в каталитической активации 1,3-дикарбонильного соединения определяет интерес к исследованию его влияния на каталитические свойства в реакции нитростирола с диэтилмалонатом .Основным требованием, определяющим возможность технологической реализации процесса, является получение промышленного полупродукта (R)-диэтил(2-нитро-1-фенилэтил)малоната с энантиомерным избытком не менее 80% в условиях проведения процесса, удовлетворяющих экономическим требованиям.
нитростирол диэтилмалонат металлокомплексный катализатор
Синтез металлокомплексных катализаторов
Поскольку в качестве ключевой стадии в катализе реакции нитроалкенов с 1,3-дикарбонильными соединениями предполагается образование комплексов ацетилацетонатного типа [12], выбор металлов-комплексообразователей был обусловлен тем, что для них известны устойчивые ацетилацетонатные комплексы. При этом, так как нельзя исключить влияния ацидолигандов, были синтезированы комплексы с различными ацидолигандами (Сl, Br, NO3).
В рамках решения данной задачи нами синтезированы комплексы Co(II), Cu(I), Cu(II), Cr(III), Pd(II) и Ag(I) cтранс-(1S,2S)-N,N-дибензилциклогексан-1,2-диаминомL в соответствии со следующими схемами:
CoCl2 + 2L > [CoCl2L2]; (1)
CoBr2 + 2L [CoBr2L2]; (2)
CrCl3 + 3L > [CrL3]Cl3; (3)
CuBr + L > [CuBrL]; (4)
CuBr2 + L > [CuBr2L]; (5)
AgNO3 + L > [AgNO3L]; (6)
[PdCl2(CH3CN)2] + L > [PdCl2L]Cl, (7)
где
Строениеисоставполученных координационных соединений были подтверждены данными элементного анализа, ИК- и УФ-спектроскопии. В табл. 1 приведены препаративные выходы, данные элементного анализа и спектральные характеристики полученных соединений.
Таблица 1. Выход и спектральные характеристики металлокомплексных катализаторов
|
№ соединения |
Структура |
Выход, % |
Данные |
ИК, см-1 |
УФ, max, нм() |
|
|
L |
- |
Найдено, %: С 81.51, Н 8.92, N 9.57 Вычислено, %: С 81.59, Н 8.90,N9.51 |
3273, 3026, 2942, 2853, 1600, 1495, 1452, 1080, 1057, 974, 893, 733, 696 |
292, 240 |
||
|
1 |
[CoCl2L2] |
86.0 |
Найдено, %: С 66.80, H 7.23, N 7.73 Вычислено, %: С 66.85, H 7.29, N 7.80 |
2994; 2858; 1490; 1452; 1109; 700; 588 |
342 (1300), 240 (9580) |
|
|
2 |
[CoBr2L2] |
90.0 |
Найдено, %: C 59.42, H 6.42, N 6.87 Вычислено, %: C 59.49, H 6.49, N 6.94 |
2994; 2858; 1490; 1452; 1109; 750; 700; 588. 2994; 2858; 1490; 1452; 1109; 750; 700;588 |
342 (1300), 240 (9580) |
|
|
3 |
[CrL3]Cl3 |
12.7 |
Найдено, %: C 69.13, H 7.51, N 8.00 Вычислено, %: C 69.18, H 7.55, N 8.07 |
3326, 2935, 2860, 1497, 1452, 1078, 1049, 1030, 989, 935, 877, 746, 700. |
330 (1052), 242 (5890) |
|
|
4 |
[CuBrL] |
28.8 |
Найдено, %: C 65.71, H 7.43, N 7.42 Вычислено, %: C 65.80, H 7.54, N 7.49 |
3143, 3110, 2934, 2858, 1497, 1452, 1078, 1047, 1032, 986, 932, 876, 752, 734, 700 |
290 (4170) |
|
|
5 |
[CuBr2L] |
67.0 |
Найдено, %: C 59.41, H 6.76, N 6.73 Вычислено, %: C 59.45, H 6.81, N 6.76 |
3140, 3100, 2933, 2854, 1492, 1452, 1078, 1047, 1031, 987, 932, 876, 752, 734, 700 |
304 (4023), 238 (3065) |
|
|
6 |
[AgNO3L] |
64.3 |
Найдено, %: C 58.50, H 6.31, N 10.21 Вычислено, %: C 58.54, H 6.39, N 10.24 |
3298, 3236, 2926, 2852, 1493, 1452, 1383, 1115, 1028, 737, 698 |
344 (675), 236 (3525) |
|
|
7 |
[PdCl2L] |
92.0 |
Найдено, %: C 62.67, H 6.81, N 7.26 Вычислено, %: C 62.70, H 6.84, N 7.31 |
3456, 3060, 2939, 2860, 1456, 1128, 1081, 1057, 987, 939, 754, 737, 702 |
444 (80), 298 (3685) |
В ИК-спектрах полученных соединений, снятых на инфракрасном Фурье-спектрофотометре SchimadzuFTIR-8400S в диапазоне 400-4000 см-1, наблюдаются полосы поглощения, соответствующие диаминному лиганду. Для ряда координационных соединений наблюдается некоторое смещение полос поглощения валентных колебаний связей N-H, связанное с координацией атомов азота транс-(1S, 2S)-N,N-дибензилциклогексан-1,2-диамина.
В УФ-спектрах комплексов присутствуют полосы поглощения, соответствующие * переходу ароматической системы лиганда (максимум полос поглощения в области 236-242 нм, для некоординированного лиганда max292, 240 нм).
Комплексы Fe(II) и Mn(II) вследствие их неустойчивости были получены insitu из пентагидрата сульфата железа(II) и тетрагидрата хлорида марганца(II) в растворе метанола.
Присоединение диэтилмалоната к нитростиролу, катализируемое комплексами переходных металлов
Присоединение диэтилмалоната9 к нитростиролу8 в присутствии синтезированных комплексов переходных металлов осуществлялось в растворе толуола.
Конверсия по нитростиролу определялась методом хромато-масс-спектрометрии на приборе FinniganTraceDSQc использованием колонки DB-5MS30 м ? 0.32 мм, толщина фазы 0.25 мкм, скорость газа-носителя 1.5 мл/мин, температурная программа 80 0С 1 мин, подъем до 340 0С со скоростью 20 0С/мин, температура инжектора 250 0С.
Энантиомерный избыток (R)-изомера 10определялся методом ВЭЖХ с использованием колонки с неподвижной хиральной фазой СhiralpakAD-3 250?4.6 мм, расход мобильной фазы 1.0 мл/мин с использованием элюента гексан-изопропанол. Порядок выхода соответствующих энантиомеров определялся исходя из литературных данных[12].
Результаты проведенных исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2. Присоединение диэтилмалоната к нитростиролу в условиях металлокомплексного катализа
|
Катализатор |
Температура, 0С |
Время реакции, ч |
Конверсия по нитростиролу, % |
Энантиомерный избыток (R)-10, % |
|
|
[CoCl2L2] |
25 |
41 |
91 |
86.2 |
|
|
[CoBr2L2] |
25 |
41 |
90 |
86.7 |
|
|
[CrL3]Cl3 |
75 |
16 |
8.9 |
2.1 |
|
|
[CuBrL] |
75 |
16 |
28.7 |
0 |
|
|
[CuBr2L] |
50 |
21 |
16.8 |
39.8 |
|
|
[CuBr2L] |
75 |
16 |
16.8 |
33.9 |
|
|
[AgNO3L] |
50 |
16 |
37.9 |
0 |
|
|
[PdCl2L] |
50 |
16 |
1.4 |
- |
|
|
MnCl2 + 3L (in situ) |
25 |
16 |
100 |
66.0 |
|
|
FeSO4 5H2O + 3L |
25 |
168 |
73.7 |
2.7 |
Как видно из приведенных данных, наибольшую каталитическую активность в реакции диэтилмалоната с нитростиролом проявил комплекс Mn(II), полученный insitu, в то время как катализ комплексами Co(II) характеризуется большей энантиоселективностью при меньшей скорости реакции в аналогичных условиях. Комплексы Cu(I) и Cu(II) и Ag(I) в условиях эксперимента проявили каталитическую активность лишь при температурах выше 50 0С. При этом энантиомерный избыток (R)-изомера для комплексов Сu(II) не превышал 39.8%, а применение комплексов Cu(I), Ag(I) и Fe(II) не приводило к асимметрической индукции в реакции диэтилмалоната с нитростиролом. В присутствии комплекса Pd(II) наблюдалось образование лишь следовых количеств продукта присоединения.
Таким образом, с точки зрения реализации технологического процесса энантиоселективного присоединения диэтилмалоната к нитростиролу наиболее перспективным является использование комплексов Со(II) cтранс-(1S,2S)-N,N-дибензилциклогексан-1,2-диамином, сочетающих высокую энантиоселективность и каталитическую активность. Преимуществом предлагаемого подхода к реализации энантиоселективного процесса синтеза нитроэфира является использование дешевого металлокомплексного катализатора, полученного из промышленно доступных реагентов.
Библиографическийсписок
1. Thirumalaikumar M. Enantioselective Michael addition reactions // Org. Prep. & Proced. Int. - 2011. - Vol. 43. - № 1. - P. 67-129.
2. Groger H. Catalytic enantioselective Strecker reactions and analogous synthesis // Chem. Rev. - 2003. - Vol. 103. - № 8. - P. 2795-2827.
3. А highly enantioselective organocatalyst for the Michael addition of cyclic ketones to nitroolefins / M.-K. Zhu, L.-F. Cun, A.-Q. Mi, Y.-Z Jiang, L.-Z.Gong // Tetrahedron: Asym. - 2006. - Vol. 17. - № 4. - P. 491-493.
4. Pellisier H. Asymmetric organocatalysis // Tetrahedron. - 2007. - Vol. 63. - № 38. - P. 9267-9331.
5. Chiral 2-aminobenzimidazoles as recoverable organocatalysts / D. Almasi, D.A. Alonso, E. Gomez-Bengoa, C. Najera // J. Org. Chem. - 2009. - Vol. 74. - № 16. - P. 6163-6168.
6. Hamashima Y., Hotta D., Sodeoka M.Direct Generation of Nucleophilic Chiral Palladium Enolate from 1,3-Dicarbonyl Compounds:Размещено на http://www.allbest.ru/
Catalytic Enantioselective Michael Reaction with Enones// J. Am. Chem. Soc. - 2002. - Vol. 124. - № 38. - P. 11240-11241.
7. Kitajima H., Ito K., Katsuki T.A new methodology for the stereoselective synthesis of 4-substituted butenolides: Asymmetric Michael addition reaction of 2-(trimethylsilyloxy)furans to oxazolidinone enoates// Tetrahedron. - 1997. - Vol. 53. - № 50. - P. 17015-17028.
8. Desimoni G., Quadrelli P., Righetti P.P.Copper(II) in organic synthesis. VIII enantioselective michael reactions with chiral copper(II) complexes as catalysts // Tetrahedron. - 1990. - Vol. 46. - № 8. - P. 2927-2934.
9. Kanemasa S., Oderaotoshi Y.,Wada E.Asymmetric Conjugate Addition of Thiols to a 3-(2-Alkenoyl)-2-oxazolidinone Catalyzed by the DBFOX/Ph Aqua Complex of Nickel(II) Perchlorate // J. Am. Chem. Soc. - 1999. - Vol. 121. - № 37. - P. 8675-8676.
10. Catalytic Enantioselective Conjugate Addition of 1,3-Dicarbonyl Compounds to Nitroalkenes / J. Ji, D.M. Barnes, J. Zhang et al// J. Am. Chem. Soc. - 1999. - Vol. 121. - № 43. - P. 10215-10216.
11. Tandem Nazarov Cyclization-Michael Addition Sequence Catalyzed by an Ir(III) Complex / M. Janka, W. He, I.E. Haedicke// J. Am. Chem. Soc. - 2006. - Vol. 128. - № 16. -P. 5312-5313.
12. Evans D.A., Mito S., Seidel D. Scope and mechanism of enantioselective Michael additions of 1,3-dicarbonyl compounds to nitroalkenes catalyzed by nickel(II)-diamine complexes // J. Am. Chem. Soc. - 2007. - Vol. 129. - № 37. - P. 11583-11592.
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Разработка альтернативных видов топлива и новых направлений в области переработки природного газа и других источников углерода. Технологии синтеза диметилового эфира из биомассы и синтез-газа. Особенности нетрадиционных процессов получения топлива.
контрольная работа [227,2 K], добавлен 04.09.2010Изучение основных функций, свойств и принципа действия катализаторов. Значение катализаторов в переработке нефти и газа. Основные этапы нефтепереработки, особенности применения катализаторов. Основы приготовления твердых катализаторов переработки нефти.
реферат [1,0 M], добавлен 10.05.2010Значение и области применения катализаторов. Физико-химические и каталитические свойства и реакционная способность наноструктур. Методы синтеза наноструктурированных каталитических систем на основе полимеров. Кобальтовые катализаторы гидрирования.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 29.05.2014Теория химических процессов органического синтеза. Решение: при алкилировании бензола пропиленом в присутствии любых катализаторов происходит последовательное замещение атомов водорода с образованием смеси продуктов разной степени алкилирования.
курсовая работа [586,5 K], добавлен 04.01.2009Реакции основного органического синтеза, превращения олефинов и ацетиленов. Природа химической связи в п-комплексах переходных металлов. Поляризация молекулы олефина в п-комплексе. Реакция с нуклеофильными реагентами. Реакции п-комплекса.
реферат [470,1 K], добавлен 26.01.2009Исследование возможности применения синтез–газа в виде альтернативного нефти сырья, его роль в современной химической технологии. Получение метанола, суммарная реакция образования. Продукты синтеза Фишера–Тропша. Механизм гидроформилирования олефинов.
реферат [1,6 M], добавлен 27.02.2014Индексация нефтей, ее связь с технологией их переработки. Физические основы подготовки и первичной переработки нефти. Факторы, определяющие выход и качество продуктов ППН. Краткие теоретические основы процессов вторичной переработки продуктов ППН.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 03.12.2010Задачи и цели переработки нефти. Топливный, топливно-масляный и нефтехимический варианты переработки нефти. Подготовка нефти к переработке, ее первичная перегонка. Методы вторичной переработки нефти. Очистка нефтепродуктов. Продукты переработки нефти.
курсовая работа [809,2 K], добавлен 10.05.2012Реакции альдегидов и кетонов. Нуклеофильное присоединение и углеродных нуклеофилов. Присоединение реактивов Гриньяра. Присоединение литийорганических соединений. Присоединение ацетиленидов металлов. Циангидринный синтез. Реакция Реформатского.
реферат [162,0 K], добавлен 01.02.2009Первичные и основные способы переработки нефти. Увеличения выхода бензина и других светлых продуктов. Процессы деструктивной переработки нефтяного сырья. Состав продуктов прямой гонки. Виды крекинг-процесса. Технологическая схема установки крекинга.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.03.2009Литий-ионные аккумуляторы. Смешанные фосфаты лития и переходных металлов. Смешанные фторидофосфаты щелочных и переходных металлов. Исходные вещества и методы эксперимента. Исходные вещества и их анализ. Проведение синтезов. Опыт по окислению.
дипломная работа [82,3 K], добавлен 19.06.2004Общие подходы к синтезу технологических схем разделения. Поливариантность организации технологического процесса разделения. Методы синтеза технологических схем разделения. Интегрально-гипотетический метод. Продукты разделения. Хлорбензол и дихлорбензолы.
дипломная работа [196,3 K], добавлен 04.01.2009Структура и химические свойства кетонов, стадии их енолизации и схема реакции нуклеофильного присоединения. Возможные побочные эффекты при синтезе диметилэтилкарбинола. Расчет количества исходных веществ, характеристики продуктов реакции и ход синтеза.
курсовая работа [826,5 K], добавлен 09.06.2012Разработка методов синтеза хиноксалинопорфиразинов и их металлокомплексов. Особенности комплексных соединений природных и синтетических порфиринов, их строение и спектральные свойства. Основные способы синтеза фталоцианина и его структурных аналогов.
дипломная работа [416,8 K], добавлен 11.06.2013Условия и способы перевода ценных компонентов из катализаторов на основе оксида алюминия в раствор. Процессы сорбции и десорбции молибдена и кобальта. Технологическая схема извлечения элементов из катализатора, основанная на выщелачивании серной кислотой.
дипломная работа [698,8 K], добавлен 09.01.2014Общая характеристика конгидрина. Синтезы конгидринов, основанные на промежуточном образовании эпоксидов, исходные вещества и модификации методов синтеза. Синтезы конгидринов на основе рутениевых катализаторов и на основе хиральных дилитиевых лигандов.
реферат [753,6 K], добавлен 07.11.2011Перспективные методы синтеза нанокристаллических оксидов. Гидротермальный синтез. Микроэмульсионный метод. Плазмохимический синтез оксидов, сложных композиций металлов. Метод электрического взрыва проводников. Строение и форма ультрадисперсных частиц.
реферат [562,9 K], добавлен 04.02.2009Методы синтеза ароматических соединений и поиск новых, ранее неизвестных соединений пиразольного ряда. Характеристика опасных и вредных факторов при проведении работы и методы защиты. Организация исследований и рабочего места в химической лаборатории.
дипломная работа [170,8 K], добавлен 20.05.2011Окись этилена - один из наиболее крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Физические и химические свойства вещества. Строение молекулы. Производство оксида этилена: синтез через этиленхлоргидрин, окисление этилена. Применение оксида этилена.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 24.06.2008Характеристика некоторых химических соединений на основе хинолина. Особенности синтеза двух азокрасителей ряда 8-гидроксихинолина. Метод синтеза потенциального флюоресцентного индикатора, реагентов для модификации поверхности матрицы металлоиндикаторами.
курсовая работа [76,3 K], добавлен 03.04.2014
