1 Муравьёв В.О. Асимметрическая альдольная реакция (а также реакция Манниха, Нитроальдольная реакция Михаэля, Мукояма реакция Hajos-Paris-Eder-Sauer-Wiechert. - презентация

1 1 Муравьёв В.О. Асимметрическая альдольная реакция (а также реакция Манниха, Нитроальдольная реакция Михаэля, Мукояма реакция Hajos-Paris-Eder-Sauer-Wiechert reaction, И многие другие) & Ионные жидкости. лето 2006

2 2 Введение: оглавление Together (возобновляемый катализ) цинк-пролин, и др. (26) Полимер (12) (отдельными кадрами Together не выделено) Ионные жидкости См. На Месте… альдольная реакция Асимметрическая альдольная реакция введение органокатализ пароли новый катализ (4, 8, 10, 11, 15, 18, 26, 27) переходное состояние (10, 23, ) другие аминок-ты (14) производные пролин.ряда (4, 24, ) Механизм пароли нового катализа и сходных ему. другой катализ: бинолы, и пр.

3 3 Введение: способы проведения [ 43 ] С-Нуклеофил + карбонильная компонента Альдольная|Реация Кляйзена|Конденсация (далее конд.) Виттига|Реация Манниха|Реакция Нитро-Альдольная Михаэля|конденсация ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ: Альдольная реакция НА Следующем кадре, то же самое и по-другому…

4 4 Введение: способы проведения 1. основно-катализируемая альдольная реакция (например, тетрабутил аммоний гидроксид). 2. Взаимодействие ффенолята-аниона c менее активной альдольной компонентой, например кетоном (менее селективноая, чем п.4). 3. через енамин и анион (Wittig aldol r.) 4. Проведя Мукояма альдольную рацию, т.е. через си лиловый эквивалент ффенолятаа (Например) альдольная реакция Пути проведения альдольной реакции Дубль 2, или «Ты меня понимаешь?» если нет, смотри книжки – это лишь эссе

5 5 Введение: Среда Тип катализа Тип катализа гомогенный, одна фаза вода ДМФА, ДМСО ТГФ CH 2 Cl 2 Вода ИЖ (IL,RTIL) другие гетерогенный, две-три фазы нанесённый на неорг. субстрат (SiO 2 [21],MgO, целлюлоза [17] ) нанесённый на орг. субстрат (резины, ионная жидкость, полимеры [12], [21] ) альдольная реакция механизм основно-катализируемой альдольной реакции альдольной реакции

6 6 Введение: примеры с выходами альдольная реакция [ 25 ], [ 4 ] [25]: 30 mol%, 15 h, [25] : 30 mol%, 15 h, 98%, 73% ee

7 7 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина альдольная реакция [4][4][4][4] Начальные примеры: Рутинные комбинации…

8 8 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина альдольная реакция [4][4][4][4] Начальные примеры: Рутинные комбинации…

9 9 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина альдольная реакция [4][4][4][4] (5-Пирролидинил-2)тетразол

10 10 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина [15, 18, 26, 27 ] стадия образования ПС (енамин) является скорость-лимитирующей Преимущества этого производного: высокая сольватируемость полярными ролями отсутствие образования т.н. «паразитных» оксазолидиновых продуктов пролина с субстратом более широкая сфера применений (напр. в CH 2 Cl 2 ) большие ee и выходы меньшая загрузка катализатора (результаты при загрузке оного 1 ммоль сравнимы с классическими 20 ммоль пролина!) ( раннее полагали, что заключительная стадия образования C-C связи является таковой ) ПС стадия образования C-C связи альдольная реакция (5-Пирролидинил-2)тетразол

11 11 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина [15, 18, 26, 27 ] ПС стадия образования C-C связи (5-Пирролидинил-2)тетразол альдольная реакция (5-Пирролидинил-2)тетразол

12 12 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина Доказательство наличия «паразитных» оксазолидиновых продуктов пролина с субстратом (в отличие от ) Доказательство наличия «паразитных» оксазолидиновых продуктов пролина с субстратом (в отличие от ) (5-Пирролидинил-2)тетразола (5-Пирролидинил-2)тетразол альдольная реакция

13 13 [ 15, 18, 26, 27] : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина Манниха|Реакция Альдольная|Реакция эти основные типы ПС для обеих реакций ведут к преимуществу разных диастереомеров для разных реакций. однако ещё большие выходы мы зарабатываем с другими производными… (листай дальше) > >14 Примеры в таблице относятся к Альдольной реакции ПС (5-Пирролидинил-2)тетразол альдольная реакция

14 14 [ 43 ] 15. TFA 7 hours toluene : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина алициклические производные альдольная реакция

15 15 : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина [ 25 ], [ 4 ] ацилсульфониламиды альдольная реакция

16 16 : пролин, Органокатализ : пролин, механизм альдольная реакция предположительный механизм катализа c пролином (через обр. енамина) предположительный механизм катализа c пролином (через обр. енамина) [1 0 ], [1 4 ], [ 15 ], [ 19 ] (Hajos-Eder-Sauer-Wiechert reactrion [10] )

17 17 [ 43 ] 15. TFA 7 hours toluene : Производные пролина Органокатализ : Производные пролина алициклические производные альдольная реакция

18 18 (S)-0, (S)-2, (S)3 – Это катализаторы альдольная реакция : другой катализ, в т.ч. возобновляемый Органокатализ : другой катализ, в т.ч. возобновляемый комплекс с цинком бинольные катализаторы, содержащие аминогруппу

19 19 (S)-0: 10 mol%, 20 h, THF (S)-0: 10 mol%, 20 h, THF 49%, 98% ee (S)-1: 5 mol%, 20 h, dioxane (S)-1: 5 mol%, 20 h, dioxane 60%, 86% ee (S)-3: 2 mol%, 0.5 h, toluene (S)-3: 2 mol%, 0.5 h, toluene 98%, >99% ee альдольная реакция : другой катализ, в т.ч. возобновляемый (2) Органокатализ : другой катализ, в т.ч. возобновляемый (2) Примеры реакций

20 20 Пример: практическое использование Данное лекарство используется пока только в испытаниях, как жаропонижающее, и пр. альдольная реакция

21 21 Данное лекарство используется пока только в испытаниях, как жаропонижающее, и пр. Пример: практическое использование (2) альдольная реакция

22 22 Введение: оглавление Ионные жидкости (ИЖ) введение основные типы использование (21) ИЖ в хим. Реакциях #1(20, 22, 45) ИЖ в хим. Реакциях #2(38, 28) ИЖ в хим. Реакциях #3(20) ИЖ в хим. Реакциях #4(7, 22) ИЖ в хим. Реакциях #5(20) Металлокомплексный катализ недостатки и достоинства ионные жидкости…

23 23 Введение Ионные Жидкости (ИЖ, IL [Ionic Liquid]). Ионные Жидкости (ИЖ, IL [Ionic Liquid]). первая ИЖ была получена Вальденом Ионная жидкость это Ионная жидкость это жидкость, состоящая, главным образом, из одних ионов. Некоторые ионные жидкости, такие как этил аммоний нитрат, находятся в динамическом равновесии, и более чем на 99,99% состоят из ионов, а не молекул (отсюда пошло и название). Первый пример ионной жидкости: нитрат этиламмония (этил аммоний нитрат). Paul Walden, Bull. Acad. Sci. St. Petersburg 1914,

24 24 Введение В более широком смысле, определение включает все плавкие соли. Например, натрия хлорид, с температурой плавления свыше 800°C. Однако сейчас, определение "ионная жидкость", как правило, используется для солей, с очень низкими температурами плавления (ниже 100°C). В частности, соли, жидкие при комнатной температуре называются ионные жидкости, жидкие при комнатной температуре, или ИЖКТ ( RTILs ).

25 25 основные типы Катионные Катионные BMIM, IMIM, пр. Анионные Анионные Цвиттер-ионные Цвиттер-ионные ионные жидкости… [1 3 ], [ 21 ]

26 26 гетерогенный катализ катализаторы (в т.ч. межфазн. переноса) в альдольной реакции [16 ] Диельса-Альдера реакция энзимный катализ электрохим. полимеризация полимеризация Knoevenagel condensation металлокомплексный катализ металлокомплексный катализ (Pd, Rh, Zn, Ir, etc.) гидроформилирование [22,7 ] алкилирование Tsuji-Trost ионные жидкости… гидрирование Wilkinson [7 ] coupling reactions/ /Wilkinson

27 27 ИЖ в хим. Реакциях #1 1. комплексы с хим. связанной ИЖ 2. комплексы в ИЖ, как в среде [ 20, 22, 45 ] ионные жидкости… карбоновые комплексы с имидазольными лигандами с имидазольными лигандами См. работу Кирилина А.В.

28 28 сильное основание (MeO-) образуется в процессе декарбоксилирования. декарбоксилирования MeOCO 2 -. Которое служит И нуклеофилом. Nu ИЖ в хим. Реакциях #2 [ 38, 28 ] ионные жидкости… альдольная реакция ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ 1. Роль ИЖ (bmim[BF 4 ]) в реакции Allylic Alkylation (Tsuji-Trost) (Tsuji-Trost)

29 29 Роль ИЖ (bmim[BF 4 ]) в реакции Роль ИЖ (bmim[BF 4 ]) в реакции 1. Allylic Alkylation (Tsuji-Trost) 2. Isomerization Reactions 1. Pd 0 -catalyzed ИЖ в хим. Реакциях #2 (2) [ 38, 28 ] ионные жидкости… ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ При этом, ИЖ координируется водородной связью к аниону, водородной связью к аниону, что УВЕЛИЧИВАЕТ селективноость процесса 1., снижая его скорость, по ср. с THF его скорость, по ср. с THF SolventLigandTime [h]Conv., (%) THFPPh [bmim][BF 4 ]PPh

30 30 1. Роль ИЖ (bmim[BF 4 ]) в реакции Isomerization Reactions ИЖ в хим. Реакциях #2 (3) [ 38, 28 ] ионные жидкости… Влияние на изомеризацию Влияние на изомеризацию Pd 0 -catalyzed образованных катионов. Изомеризация {10} в {9} SolventTime [h]Isomerization, (%) CH 2 Cl [bmim][BF 4 ] :46 в ИЖ после 22 ч (1:0 – 0 ч) (равновесное - 34:66) Замечено замедление цис-, транс-изомерии в среде ИЖ:

31 31 ИЖ в хим. Реакциях #3: гетерогенный катализ 1. Роль ИЖ (в реакции (Choline hydroxide)в реакции АЛЬДОЛЬНОЙ конденсации synthesis of flavanones condensation of citral and ketones, into pseudoionones, [(which are precursors for vitamin A)] [ 16 ] ионные жидкости… Лучшие значения TOF (частота превращения) для подобных реакций(!) Choline hydroxide Choline supported on MgO The activity of this new catalyst was compared to other well known ones, such as rehydrated hydrotalcites (HTreh), MgO and NaOH. +

32 32 Supported lonic Liquid Phases Prins condensation of isobutene with formaldehyde hydroformylation reaction of hexene-1 to produce n,i-heptanal [BMIM] [BF 4 ] + tppti (tri(m-sulfonyl)triphenyl phosphine tris(1-butyl-3-methyl-imidazolium) salt ) + [Rh(CO) 2 (acac)](the precursor) improved activity of the biphasic system (TOF = 23 min -1 против 65 min -1 (в гомогенном)) nucleophilic substitution reactions including fluorinations ИЖ в хим. Реакциях #4 [ 7, 22 ] ионные жидкости… катализатор SnCl 4 (mmol*g -1 ) конверсия HCHO MBOH селективно.(%) MBOH выход (%) silica/SnCl recycle 1 [d] recycle Recycling of SIL-NR 4 + SnCl 5 -, after exhaustive washing with dichloromethane. [d][d] MBOH The same catalyst was reused for 18 batch runs without any significant loss of activity. (hydrogenation w/h complex [Rh(nbd)(PPh 3 ) 2 ]PF 4 (NBD =norbornadiene) )

33 33 ИЖ в хим. Реакциях #5 1. Роль ИЖ в реакции Металлокомплексный катализ (реакция мирицена с AcAc в присут. Rh-катализатора) [ 20 ] ионные жидкости… Time: 24h; catalyst: [RhCl(COD)] 2 /TPPMS (0,5%/50 eqiv. 2 nd ) Exo/endo =1:1,3 t,°C: 70 Solvent: [emim][NSO 2 (CF 3 ) 2 ] (RTIL)

34 34 ионные жидкости… Новь! 1. Полимер? Полимер! полимер с «хвостами» ионной жидкости поли(диаллилдиметиламмоний) хлорид (продажный: водный раствор, 20%) (См. рис.1). Данное соединение, а также его аналоги (с анионами [PF6],[BF4]), полученные прикапыванием в исходный раствор HPF6 и HBF4,соответственно были использованы в системе с (S)- пролином (гетерогенный катализ).

35 35 недостатки Недостатки: Недостатки: трудность получения, очистки; дороговизна хотя отдельные производные, например [Bmim]Cl, достаточно дёшевы… гидроскопичны недостаток ли это? Они сродны воде… после 4-5 циклов алкилимидазолевые соли меняют свой цвет (что говорит о наличии примесей), а выходы падают от цикла к циклу. это неплохо выглядит и зависит от типа проводимого катализа. Один знакомый говорил, что у него зеленеют, а у нас – желтели… ионные жидкости…

36 36 достоинства Достоинства: Достоинства: Нелетучи (отделение от продукта не требует рефракционной перегонки) Жидкие в широком диапазоне температур (действительно в широком диапазоне (!) обычно °С) Достаточно чистые без дополнительной очистки (на примере алкиимидазолия, примесь имидазола <0,2 mol%) электрохим. стабильны Нуклеофильность обусловлена только анионом На примере алкилимидазолиевых ИЖ ионные жидкости…

37 37 1. Thermal Effects in the Organocatalytic Asymmetric Mannich Reaction. J. Org. Chem.; (Note); 2006; 71(7); Oppolzer Sultam Directed Aldol as a Key Step for the Stereoselective Syntheses of Antitumor Antibiotic Belactosin C and Its Synthetic Congeners. J. Org. Chem.; (Note); 2006; 71(1); Hammett Correlation of Nornicotine Analogues in the Aqueous Aldol Reaction: Implications for Green Organocatalysis. J. Org. Chem.; (Note); 2005; 70(9); A Highly Efficient Organocatalyst for Direct Aldol Reactions of Ketones with Aldedydes. J. Am. Chem. Soc.; (Article); 2005; 127(25); Direct Asymmetric Zn-Aldol Reaction of Methyl Vinyl Ketone and Its Synthetic Applications. J. Am. Chem. Soc.; (Communication); 2005; 127(24); Anti-Selective Direct Asymmetric Mannich Reactions Catalyzed by Axially Chiral Amino Sulfonamide as an Organocatalyst. J. Am. Chem. Soc.; 2005; 127(47); Enantioselective Hydrogenation of Imines in Ionic Liquid/Carbon Dioxide Media. J. Am. Chem. Soc.; 2004; 126(49); Novel Small Organic Molecules for a Highly Enantioselective Direct Aldol Reaction. J. Am. Chem. Soc.; (Communication); 2003; 125(18); Supported Ionic Liquid Catalysis - A New Concept for Homogeneous Hydroformylation Catalysis. J. Am. Chem. Soc.; (Communication); 2002; 124(44); Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions. J. Am. Chem. Soc.; 2000; 122(10); Список использованной лит-ры

38 38 Список использованной лит-ры 11. Direct Organocatalytic Asymmetric Aldol Reactions of -Amino Aldehydes: Expedient Syntheses of Highly Enantiomerically Enriched anti--Hydroxy--amino Acids. Org. Lett.; (Letter); 2004; 6(20); Recoverable Catalysts for Asymmetric Organic Synthesis. Chem. Rev. 2002, 102, Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis. Welton, T. Chem. Rev.; (Review); 1999; 99(8); Acyclic amino acid-catalyzed direct asymmetric aldol reactions: alanine, the simplest stereoselective organocatalyst. Armando Córdova, Weibiao Zou, Ismail Ibrahem, Efraim Reyes, Magnus Engqvist and Wei-Wei Liao, Chem. Commun., 2005, Organocatalysis with proline derivatives: improved catalysts for the asymmetric Mannich, nitro-Michael and aldol reactions. Alexander J. A. Cobb, David M. Shaw, Deborah A. Longbottom, Johan B. Gold, Steven V. Ley, Org. Biomol. Chem., 2005, (1), Supported choline hydroxide (ionic liquid) as heterogeneous catalyst for aldol condensation reactions. Sònia Abelló, Francisco Medina, Xavier Rodríguez, Yolanda Cesteros, Pilar Salagre, Jesús E. Sueiras, Didier Tichit, Bernard Coq, Chem. Commun., 2004, (9), Cellulose aluminium oxide coated with organofunctional groups containing nitrogen donor atoms. Angélica M. Lazarin, Yoshitaka Gushikem, Sandra C. de Castro, J. Mater. Chem.Commun., 2000, (11), L-Proline amide-catalyzed direct asymmetric aldol reaction of aldehydes with chloroacetone. Tetrahedron, Volume 62, Issues 2-3, 9 January 2006, Pages Long He, Zhuo Tang, Lin- Feng Cun, Ai-Qiao Mi, Yao-Zhong Jiang and Liu-Zhu Gong 19. Effect of additives on the proline-catalyzed ketone–aldehyde aldol reactions Tetrahedron, Volume 62, Issues 2-3, 9 January 2006, Pages Petri M. Pihko, Katri M. Laurikainen, Annina Usano, Annika I. Nyberg and Jatta A. Kaavi 20. Rhodium catalysed coupling reaction of myrcene with ethyl acetoacetate in the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium triflimide. Tetrahedron 59 (2003)

39 39 Список использованной лит-ры 21. Ionic liquids: perspectives for organic and catalytic reactions Hélène Olivier-Bourbigou and Lionel Magna Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2002) Supported Ionic Liquid Catalysis. Chemistry - A European Journal. Volume 11, Issue 1, Pages: The Origin of Stereoselectivity in Primary Amino Acid Catalyzed Intermolecular Aldol Reactions. Angewandte Chemie International Edition. Volume 44, Issue 43, Date: November 4, 2005, Pages: Direct asymmetric aldol reactions catalyzed by (4R)-4-(-Naphthalenyl)methoxy-(S)- proline.Chirality. Volume 17, Issue 2, Date: 2005, Pages: The (S)-Proline/Polyelectrolyte System: An Efficient, Heterogeneous, Reusable Catalyst for Direct Asymmetric Aldol Reactions. European Journal of Organic Chemistry Volume 2006, Issue 8, Date: April 2006, Pages: A Selective Direct Aldol Reaction in Aqueous Media Catalyzed byZinc-Proline. European Journal of Organic Chemistry Volume 2005, Issue 24, Date: December 2005, Pages: (Pyrrolidine-2-yl)tetrazole: Rationale for the Increased Reactivity of the Tetrazole Analogue of Proline in Organocatalyzed Aldol Reactions. European Journal of Organic Chemistry Volume 2005, Issue 20, Date: October 2005, Pages: The Effect of Hydrogen Bonding on Allylic Alkylation and Isomerization Reactions in Ionic Liquids. Chemistry - A European Journal. Volume 9, Issue 20, Date: October 17, 2003, Pages: Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol And Mannich Reactions Reported by Mirth Hoyt October 31, 2005 from chem435/fall05/Hoyt_Mirth.pdf 30. Sustainable Self-Aldol Condensation of Unmodified Aldehyde: A Combination of Ionic Liquid and Heterogeneous Secondary-Amine Grafted on Silica. Synlett, 2003, 06,

40 40 Список использованной лит-ры 31. Стереоселективноый синтез аналогов природных изопреноидов на основе реакции алкил-3-метил-4-диалкоксифосфорилбут-2-ноатов с альдегидами в ионных жидкостях и в системе соль имидазолиябензол. Известия Академии наук. Серия химическая, 2004, 3, Синтез производных пренилуксусных кислот на основе реакций эфиров малоновой, циануксусной и ацетоуксусной кислот с алкилирующими агентами в ионных жидкостях. Известия Академии наук. Серия химическая, 2004, 3, Реакции CH-кислот с α,β-непредельными альдегидами в ионных жидкостях. Известия Академии наук. Серия химическая, 2004, 3, Tetraalkylammonium and 1,3-Dialkylimidazolium Salts with Fluorinated Anions as Recoverable Phase-Transfer Catalysts in Solid Base Promoted Cross-Aldol Condensations. ChemInform Volume 36, Issue 44, Date: November 1, Synthesis of α,β-Unsaturated Esters from Dialkoxyphosphoryl Esters and Aldehydes in the Ionic Liquid [bmim][PF6]. ChemInform Volume 34, Issue 13, Date: April 1, Clayden Organic chemistry 37. J.March Advanced organic chemistry 38. Jie Jack Li Name Reactions 39. Highly Diastereo- and Enantioselective Direct Aldol Reactions in Water** Yujiro Hayashi,* Tatsunobu Sumiya, Junichi Takahashi, Hiroaki Gotoh, Tatsuya Urushima, and Mitsuru Shoji Angewandte Chemie International Edition. 2006, 45 Pages: The ying and yang of asymmetric aminocatalysis. Benjamin List Chem. Commun., 2006,

41 41 Список использованной лит-ры A green look at the aldol reaction. Ramon Mestres Green Chemistry, 2004, 6, 583 – F. A. Carey, Advanced Organic Chemistry. Part B Protonated N9-benzyl-N9-prolyl proline hydrazide as highly enantioselective catalyst for direct asymmetric aldol reaction, Chem. Commun., 2006, Zn-Complex-Catalyzed Asymmetric Aldol Reactions, J. Org. Chem, Vol. 71, No. 4, Olefin metathesis. R. H. Grubbs / Tetrahedron 60 (2004) 7117– Proline catalysed asymmetric reactions. Benjamin List/ Tetrahedron 58 (2002)