Síntesi estereoselectiva de fosfines amb quiralitat al fòsfor. Aplicacions en catàlisis

Abstract

L’obtenció de lligands quirals eficients i de fàcil accés segueix essent un dels objectius principals en catàlisi. Les fosfines estereogèniques voluminoses han mostrat ser molt eficients en un ampli ventall de reaccions catalítiques. No obstant, la seva síntesis de forma enantiomèricament pura és molt sovint complicada. Podem considerar que els mètodes més efectius per a la construcció de fòsfor estereogènic són els desenvolupats per Jugé i Evans basats en l’obertura d’oxazafosfolidines enantiopures i la desprotonació enantioselectiva de fosfino-borans, respectivament. Aquests mètodes, tanmateix, presenten limitacions i desavantatges. Aquest fet confereix atractiu al desenvolupament de nous processos per a la síntesi de fòsfor estereogènic. En la present tesi doctoral, es va estudiar la condensació de fenil i tert-butilfosfines amb el (cis)-1-amino-2-indanol. Aquestes ens conduí a les corresponents oxazafosfolidines amb bon rendiment i diastereoselectivitats de fins a 18 : 1. La condensació amb aquest aminoalcohol ens proporcionà oxazafosfolidines amb funció NH lliure. Justament aquesta nova funcionalitat s’ha revelat clau en la química d’obertura d’anells d’oxazafosfolidines. Pel que fa l’obertura d’anell de la 2-feniloxazafosfolidina amb organolítics, aquestes transcorregueren amb inversió o retenció depenent de la substitució sobre l’àtom de nitrogen. Quan tenim un grup NH, l’obertura transcorre amb inversió mentre que quan el nitrogen està substituït amb un metil s’observa retenció tal i com havia descrit Jugé i col•laboradors. En la mateixa línia, l’obertura d’anell de la 2-tert-butiloxazafosfolidina amb el grup NH lliure amb organomagnesians té lloc de forma totalment estereoselectiva a temperatures elevades amb inversió. També s’ha desenvolupat una obertura reductiva de la 2-tert-butiloxazafosfolidina mitjançant l’ús combinat d’una font d’hidrur i un magnesià. Aquesta obertura també és totalment estereoselectiva i no té precedents en la literatura. Els productes d’obertura de la 2-feniloxazafosfolidina es van hidrolitzar segons la metòdica descrita per Jugé a les corresponents metoxifosfines amb bons rendiments i elevats ee. Els productes d’obertura de la 2-tert-butiloxazafosfolidina amb grups alquil es van poder trencar de l’auxiliar quiral amb Li/NH3(liq.) obtenint-se les aminofosfines amb ee>99%. Alternativament, es va desenvolupar una seqüència d’eliminació i posterior hidròlisis que permet alliberar les aril-tert-butilaminofosfines amb bons rendiments i ee>99%. Aquests es va derivatitzar la tert-butilaminofosfina en diferents compostos. Finalment també es va descriure una nova família de lligands basats en fosfinosulfonamides. Es van descriure nous complexos de Rh-fosfinosulfonamida els quals es van aplicar a la reacció de cicloaddició [2+2+2] intramolecular de manera exitosa. Aquests complexos ens van permetre superar amb escreix els resultats descrits prèviament. Finalment, es va dissenyar una nova família de lligands que hem anomenat ThaxPHOS. Es van emprar aquests en la reacció de Pauson-Khand intermolecular catalítica enantioselectiva. La desprotecció i complexació amb dicobalt dóna molt bon resultats i bones diastereoselectivitats gràcies a equilibracions tèrmiques. Inicialment, es va dissenyar una estratègia estequiomètrica enantioselectiva per a l’obtenció de l’adducte de Pauson-Khand amb acetilè lliure sense emprar l’acetilè en forma de gas. L’aplicació d’aquests complexos en la reacció catalítica han donat els millors resultats mai descrits en aquest camp. S’ha plantejat un nou mecanisme catalític per justificar els resultats obtinguts.

The synthesis of efficient and easily affordable chiral ligands are one of the main goals in catalysis. Bulky stereogenic phosphine have demonstrated to be excellent ligands in a broad range of catalytic reactions. Furthermore, their synthesis in an optically pure form is usually difficult. We can consider that the method developed independently by Jugé and Evans are the most effective in this field. Nevertheless, these methods have some drawbacks. These downsides need to be improved and new synthetic methodologies need to be developed to obtain stereogenic phosphorus compounds. In this doctoral thesis we studied the condensation of phenyl- and tert-butylphosphines with (cis)-1-amino-2-indanol. These allowed us to obtain the corresponding oxazaphospholidines with excellent yields and diastereoselectivities (up to 18 : 1). These condensations allowed us to get a free NH functionality. We saw as this secondary amine was the key for our ring-opening strategy. Taking advantage of this group, we performed the ring-opening reaction allowing us to obtain the corresponding ring-opened product with inversion of configuration on the phosphorus atom. This reaction was carried out with total diastereoselectivity, and the ring-opened products obtained from 2-phenyloxazaphospholidine were hydrolyzed following the Jugé procedure described in literature. We obtained the corresponding methoxyphosphine with excellent yields and high ee. The ring-opened products obtained from 2-tert-butyloxazaphospholidine with alkyl groups were reductively cleaved with Li/NH3(l) affording the corresponding aminophosphine with ee>99%. Alternatively, we developed a new strategy based on elimination-hydrolysis to free the corresponding aryl-tert-butylaminophosphines with excellent results and optically pure. Subsequently, we described a new ligand family based on phosphinosulfonamide. We described new complexes of Rh-phosphinosulfonamide and we tested them in the intramolecular cycloaddition [2+2+2] significantly improving on the previous results described. Finally, we designed a new family of PnP* ligands called ThaxPHOS. These ligands were used in the enantioselective catalytic intermolecular Pauson-Khand reaction. The deprotection and successive coordination gave excellent yields and diastereoselectivities due to thermal equilibration. We used ThaxPHOS ligands in this reaction and we described the best results ever obtained in this field and we described a new catalytic mechanism to explain our results.