有机金属催化剂制造技术

本发明专利技术涉及新型的用于烯烃置换反应的基于钌的和基于锇的催化剂，尤其涉及具有立体选择性的催化剂。Z‑选择性通过使用具有完全不同的空间要求的两种单阴离子配体获得。在烯烃置换反应中，这些催化剂甚至在空气或酸的存在下也选择性地提供二取代烯烃产物的Z‑异构体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于烯烃置换(metathesis)反应的新型催化剂，具体地涉及能够主要提供烯烃产物的Z-异构体的催化剂。
技术介绍
催化烯烃置换是通常制备碳-碳键且尤其制备碳-碳双键(C＝C)的最灵活的方式之一(1，2，3)。该反应形式上使两个不同的碳-碳双键(C＝C)裂解成四个片段，这四个片段通过两个新的C＝C双键重新组合以形成烯烃产物，其中交换了原始片段配偶体。最近10年已经发现在该反应用于制造精细化学品、聚合物和药物的方面有几乎爆炸式的增长。该反应为催化反应且据报道置换催化剂的市场价值为$1.5bn(占全世界催化剂市场的12.5％)且每年以9-10％扩增。该转化的产物通常为顺式(Z)二取代异构体与反式(E)二取代异构体的混合物，其中热力学更稳定的E-异构体通常是主要组分。然而，在某些情况中目标产物是纯的E-异构体或纯的Z-异构体。例如，在一对给定E-异构体与Z-异构体之间生物、化学和物理性质实际上可能极为不同，这使得对于选择性制备单一异构体的需求变得突出。所制备的异构体混合物需经历高成本的分离过程。有时，分离可能非常具有挑战性(4)。催化剂是控制所形成的异构体的比率的主要关键物质，并且期望稳健且工业上相容的立体选择性催化剂的利用度使得可以扩大烯烃置换在有机合成和聚合化学中的适用性(3)。这样的催化剂将对通过闭环置换(RCM)合成大环、有规立构聚合物(strereoregular polymers)(ROMP)和立体异构的纯烯烃具有特定的影响。在很多情形下实际上需要Z-烯烃官能团，因为其存在于目标分子中或者因为其对于随后的立体特异性转变是必要的。多种具有生物活性(例如，抗癌、抗菌和抗真菌)的天然产物含有Z-烯烃大环框架，参见表1。在大多数情形下，提取这些分子的成本非常高，且全合成是唯一的供选方案(4、5)。形成这样的大环非常具有挑战性，在少数的供选路径之中RCM最为突出(1、5、6)。表1.合成路径可以经由顺式选择性烯烃置换而大幅简化的天然产物的代表性实例。($)：商业产品立体化学结果通常是无法预测的且取决于许多因素，诸如底物和催化剂的性质、反应条件和特定添加物的存在(7-10)。因此需要耗时且高成本的经验方法来改善单种分子的制备工艺。因此，对于有效立体选择性催化剂的探索在很大程度上由商业需求推动(3)。近年来，已经发现一些高度Z-选择性的催化剂。Schrock和Hoveyda公开了第一种实例(参见，例如，催化剂A，图2)(11-14)。这些催化剂基于钼或钨并能够促进置换转化如开环/交叉置换(ROCM)(12)、开环置换聚合(ROMP)(13)、烯烃自偶联(14)、交叉置换(CM)(15，16)和RCM(17，18)。最近已经发现高度Z-选择性的基于钌的催化剂。Grubbs和同事已经研发包含双配位的N-杂环卡宾(NHC)-金刚烷基配体的Ru-催化剂。这些催化剂在多个过程中已显示出高度选择性：交叉置换(CM)(19)、烯烃自偶联(20，21)、开环置换聚合(ROMP)(22，23)、闭环置换(RCM)(24，25)，和开环/交叉置换(ROCM)(26)。包含一个2,4,6-三苯基苯硫酚(triphenylbenzenethiolate)配体的不同体系到目前为止已经显现出自偶联反应中的高度Z-选择性(27，28)。最后，最近Hoveyda和同事已经研发另一种包含二硫纶(dithiolate)配体的高度Z-选择性的体系(29)，其已经在开环置换聚合(ROMP)和开环/交叉置换(ROCM)中应用。然而，迄今报道的Z-选择性催化剂(即，基于钼或钨的催化剂或基于钌的催化剂)无一表现出对催化过程中空气或酸存在的耐受性。本专利技术通过使用空间需求极为不同的阴离子配体解决对于活性且官能团耐受的立体选择性烯烃置换反应催化剂的需求。在烯烃置换反应中，由此得到的钌催化剂和锇催化剂选择性地提供热力学较不利的Z-异构体。除了是Z-立体选择性的以外，这些催化剂表现出许多烯烃置换反应一般采用(即，非Z-选择性的)的基于钌的催化剂的引人注意的特性。特别地，本专利技术的实施方式是高度活性的催化剂，并且在空气中和质子条件下表现出较佳的稳定性。例如，相比于其他Z-选择性催化剂，本专利技术的体系能够实现使用非脱气的(non-degassed)(即，空气中保存)的烯烃底物和溶剂在空气中的Z-选择性烯烃置换反应。Z-选择性的烯烃置换还可在相对强的酸(例如，苯基磷酸(phenylphopshoric acid)，相对于催化剂一个当量)的存在下进行。此外，它们显示出对一些官能团和溶剂的耐受性。
技术实现思路
本专利技术涉及具有通式(A)或(B)的新型种类的钌和锇烯烃置换催化剂及它们的异构体：L是含N的杂环卡宾配体；M是钌或锇；X选自-CN、-N3、-NCO、-CNO、-NCS和-NCSe；Y是S、Se或Te；W是芳基、杂芳基、烷基、环烷基或杂环基(heterocyclyl)，其中芳基、烷基、杂芳基、环烷基或杂环基任选地被1-5个独立的CF3、NO2、卤素、CN、-C(O)-R、-C(O)OR、烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基取代；R是任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基；每个L1独立地是卤素、N、S或O；每个Z独立地不存在，或为烷基、芳基或杂芳基；且每个R1和R2独立地是氢、任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基，或R1和R2与它们所连接的碳原子共同形成任选取代的环烷基、任选取代的杂环基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基。另一方面，本专利技术提供式(C)、(D)、(E)或(F)的化合物：其中，每个R3、R4、R5和R6独立地选自H、CF3、NO2、卤素、CN、-C(O)-R、-C(O)OR、任选取代的烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基；Ar1和Ar2各自独立地为任选取代的芳基；M是钌或锇；X选自-CN、-N3、-NCO、-CNO、-NCS和-NCSe；Y是S、Se或Te(优选S)；W是芳基(优选苯基)、杂芳基、烷基、环烷基或杂环基，其中芳基、烷基、杂芳基、环烷基或杂环基任选地被1-5个独立的CF3、NO2、卤素、CN、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物，具有通式(A)或(B)：其中，L是含N的杂环卡宾配体；M是钌或锇；X选自‑CN、‑N3、‑NCO、‑CNO、‑NCS和‑NCSe；Y是S、Se或Te；W是芳基、杂芳基、烷基、环烷基或杂环基，其中芳基、烷基、杂芳基、环烷基或杂环基任选地被1‑5个独立的CF3、NO2、卤素、CN、‑C(O)‑R、‑C(O)OR、烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基取代；R是任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基；每个L1独立地是卤素、N、S或O；每个Z独立地不存在，或为烷基、芳基或杂芳基；且每个R1和R2独立地是氢、任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基、任选取代的杂芳基，或R1和R2与它们所连接的碳原子共同形成任选取代的环烷基、任选取代的杂环基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基。

【技术特征摘要】
2013.07.17 US 61/847,2511.一种化合物，具有通式(A)或(B)：
其中，
L是含N的杂环卡宾配体；
M是钌或锇；
X选自-CN、-N3、-NCO、-CNO、-NCS和-NCSe；
Y是S、Se或Te；
W是芳基、杂芳基、烷基、环烷基或杂环基，其中芳基、烷基、杂
芳基、环烷基或杂环基任选地被1-5个独立的CF3、NO2、卤素、CN、
-C(O)-R、-C(O)OR、烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基取代；
R是任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基、任选取
代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基；
每个L1独立地是卤素、N、S或O；
每个Z独立地不存在，或为烷基、芳基或杂芳基；且
每个R1和R2独立地是氢、任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选
取代的炔基、任选取代的杂环基、任选取代的环烷基、任选取代的芳基、
任选取代的杂芳基，或R1和R2与它们所连接的碳原子共同形成任选取代
的环烷基、任选取代的杂环基、任选取代的芳基或任选取代的杂芳基。
2.根据权利要求1所述的化合物，其对应于式(G)、(H)、(I)
或(J)：
其中，
Ar1和Ar2各自独立地是任选取代的芳基；且
M、X、Y、W、R、L1、Z、R1和R2如权利要求1所限定。
3.根据权利要求2所述的化合物，其中W是任选地被1-5个独立
的CF3、NO2、卤素、CN、-C(O)-R、-C(O)OR、烷基、任选取代的芳基
或任选取代的杂芳基取代的苯基。
4.根据权利要求3所述的化合物，其中W是被1-3个独立的烷基
取代的苯基。
5.根据权利要求3所述的化合物，其中W是被1-3个独立的芳基
取代的苯基。
6.根据权利要求3所述的化合物，其中W是(2,4,6-三苯基)苯基。
7.根据权利要求2所述的化合物，其中Y是S。
8.根据权利要求2所述的化合物，其中Y是S且W是被1-3个独
立的芳基取代的苯基。
9.根据权利要求2所述的化合物，其中Y是S且W是(2,4,6-三苯
基)苯基。
10.根据权利要求2所述的化合物，其中Ar1和Ar2各自独立地是取代
的苯基。
11.根据权利要求9所述的化合物，其中Ar1是基。
12.根据权利要求9所述的化合物，其中Ar1和Ar2是基。
13.根据权利要求2所述的化合物，其中Ar1和Ar2是基；Y是S；
且W是(2,4,6-三苯基)苯基。
14.根据权利要求2所述的化合物，其中X是-NCO或-NCS。
15.根据权利要求14所述的化合物，其中M是Ru且X是-NCO或
-NCS。
16.根据权利要求2所述的化合物，其中Z是异丙基。
17.根据权利要求1所述的化合物，其选自以下物质：
18.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物在含氧环境或酸
性介质中比(2,4,6-三苯基苯硫酚)-(Cl)-(1,3-二基-4,5-二氢咪唑-2-亚基)-(2-
异丙氧基苯亚甲基)-钌更加稳定。
19.根据权利要求18所述的化合物，其中所述含氧环境是空气、富
氧气氛、非脱气的烯烃底物、或非脱气的溶剂或溶剂混合物。
20.根据权利要求18所述的化合物，其中所述酸性介质是：a)质子溶
剂；b)非质子酸性溶剂；c)净的酸、或在溶剂中或反应混合物中溶
解的或悬浮的酸；d)净的Lewis酸、或在溶剂中或反应混合物中
溶解的或悬浮的Lewis酸；e)含有一种或多种溶剂的溶剂混合物，其中所述
溶剂混合物包含至少一种质子或非质子酸性溶剂；或f)溶剂或溶剂混合物，
其中所述溶剂或溶剂混合物包含至少一种未被脱气的溶剂。
21.根据权利要求20所述的化合物，其中所述酸是苯基磷
酸。
22.一种用于催化烯烃置换反应的催化剂组合物，其包括权利要求1
所述的化合物。
23.一种用于催化烯烃置换反应的催化剂组合物，其包括权利要求17

\t所述的化合物。
24.根据权利要求22所述的催化剂组合物，其中所述化合物是游离形
式或结合到支载体。
25.根据权利要求22所述的催化剂组合物，其中所述烯烃置换反应包
括选自闭环置换、开环置换、置换自偶联、交叉置换、开环置换聚合或开
环/交叉置换的反应。
26.根据权利要求22所述的催化剂组合物，其中所述烯烃置换反应还
包括含氧环境或酸性介质。
27.根据权利要求26所述的催化剂组合物，其中所述含氧环境是空气、
富氧气氛、或非脱气的烯烃底物、或非脱气的溶剂或溶剂混合物。
28.根据权利要求26所述的催化剂组合物，其中所述酸性介质是：a)
质子溶剂；b)非质子酸性溶剂；c)净的酸、或在溶剂中或反应混合
物中溶解的或悬浮的酸；d)净的Lewis酸、或在溶剂中或反应混
合物中溶解的或悬浮的Lewis酸；e)含有一种或多种溶剂的溶剂混合物，其
中所述溶剂混合物包含至少一种质子或非质子酸性溶剂；或f)溶剂或溶剂
混合物，其中所述溶剂或溶剂混合物包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·R·詹森，G·奥基平蒂，
申请(专利权)人：卑尔根技术交易股份公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO