PL233568B1 - Prekursor chelatującego ligandu karbenowego, izomeryczne kompleksy zawierające ligand chelatujący utworzony z tego prekursora oraz ich zastosowanie jako katalizatora metatezy olefin - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest prekursor chelatującego ligandu karbenowego przedstawiony wzorem 1, gdzie: R1, R2 oraz R3 są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, fragmentami węglowodorowymi, fragmentami węglowodorowymi zawierającymi heteroatom(y); R4 oraz R5 są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, fragmentami węglowodorowymi, fragmentami węglowodorowymi zawierającymi heteroatom(y), przy czym R4 oraz R5 mogą łączyć się w pierścień(nie); R5 oznacza fragment węglowodorowy, fragment węglowodorowy zawierający heteroatom(y); określenie "fragment węglowodorowy" oznacza podstawnik węglowodorowy zawierający od 1 do około 64 atomów węgla, korzystnie 1 do około 32 atomów węgla, najkorzystniej od 1 do około 16 atomów węgla, włączając liniowe, rozgałęzione, cykliczne, nasycone i nienasycone łańcuchy, zaś określenie "fragment węglowodorowy zawierający heteroatom" oznacza fragment węglowodorowy, w którym przynajmniej jeden z atomów węgla lub wodoru jest zastąpiony w dowolnym miejscu przez heteroatom, przy czym mianem heteroatomu określa się dowolny atom w cząsteczce organicznej niebędący atomem węgla lub wodoru, np. azot, fosfor, tlen, siarka, krzem. Zgłoszenie obejmuje także pięcio- i sześcioczłonowy izomer kompleksu zawierającego ligand chelatujący utworzony z takiego prekursora, a także izomeru, zwłaszcza takiego, w którym M jest rutenem, jako katalizatora metatezy olefin.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest prekursor chelatującego ligandu karbenowego, izomeryczne kompleksy zawierające ligand chelatujący utworzony z tego prekursora oraz ich zastosowanie jako katalizatora metatezy olefin.

Reakcja metatezy olefin jest ważnym narzędziem chemicznym do tworzenia nowych wiązań podwójnych między atomami węgla. Nowe wiązania powstają m.in. w wyniku reakcji krzyżowej (CM), zamykania pierścienia (RCM) oraz polimeryzacji z otwarciem pierścienia (ROMP). Reakcja jest katalizowana związkami metali przejściowych i ma szerokie zastosowanie w przemyśle. Na drodze metatezy otrzymuje się m.in. niskocząsteczkowe olefiny („Olefin Conversion Technology”), prekursory perfum (Tonalide®) i środków przeciwgrzybiczych (Terbinafine®), polimery na bazie cycklooktenu (Vestenamer®), norbornenu (Norsorex®) oraz dicyklopentadienu (Telene®, Pentem®, Metton®). Dzięki odkryciu dobrze zdefiniowanych katalizatorów rutenowych typu Grubbsa-Hoveydy reakcja ta zyskała duża popularność w środowisku naukowym jak również znalazła nowe zastosowania w innych sektorach przemysłu. Obecnie są wdrażane do produkcji masowej związki owadobójcze oraz farmaceutyki otrzymane tym sposobem. Oprócz poszukiwań nowych zastosowań dla metatezy olefin równolegle prowadzą się prace związane z projektowaniem nowych katalizatorów. Szczególne zainteresowanie budzą aktualnie katalizatory zdolne do aktywacji lub dezaktywacji na żądanie. Taka właściwość wówczas umożliwi sprzedaż gotowych preparatów zawierających nieaktywny katalizator, a następnie uruchomienie reakcji metatezy w dowolnym miejscu i w dowolnym czasie. W celu rozpoczęcia reakcji wystarczy na przykład podgrzać mieszaninę reakcyjną lub ją naświetlić.

Katalizatory aktywowane temperaturą uzyskuje się poprzez stosowanie silnie chelatujących ligandów. Mocne wiązanie, zazwyczaj między rutenem a azotem lub siarką, uniemożliwia dysocjacje ligandu, a zatem inicjację reakcji w temperaturze pokojowej. Proces ten zachodzi dopiero w podwyższonych temperaturach. Temperaturę aktywacji (Ta) katalizatora oznacza się zwykle za pomocą analizy termicznej stosując reakcje ROMP. Katalizatory rutenowe wykazujące takie zachowanie zostały opisane jak dotąd w nielicznych pracach naukowych. Jako element chelatujący dotychczas stosowano m.in. grupę iminową (Ta = 70-90°C; Slugovc et al., Organometallics, 2005, 24, 2255-2258), pierścień chinolinowy (Ta = ok. 50-120°C; Gstrein et al., J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 2007, 45, 3494-3500), benzochinolinowy (Ta = ok. 130°C; Pump et al., Organometallics, 2015, 34, 5383-5392) lub phenylopirydyniowy (Ta = ok. 70°C; Szadkowska et al., Organometallics, 2010, 29, 117-124), oraz grupę tioeterową (Ben-Asuly et al., Organometallics, 2008, 27, 811-813; Ben-Asuly et al., Organometallics, 2009, 28, 4652-4655; Ginzburg et al., Organometallics, 2011, 30, 3430-3437). Grupa badawcza pod kierownictwem Prof. Lemcoff zaobserwowała, że katalizator posiadający grupę tioeterową można zaktywować oprócz temperatury również światłem (Ben-Asuly et al., Organometallics, 2009, 28, 4652-4655). Możliwość niezależnej aktywacji katalizatora odmiennymi bodźcami zewnętrznymi nie została jak dotąd odnotowana dla kompleksów zawierających grupę azotową; przykłady literaturowe mówią wyłącznie o aktywacji termicznej (patrz wyżej) lub świetlnej (grupa triazenowa, Wang et al., Eur. J. Inorg. Chem., 2013, 5462-5468). Katalizatory posiadające grupy chelatujące są również przedmiotem szeregu wynalazków oraz zgłoszeń patentowych.

Przedmiotem patentu USA nr US 8,846,938 B2 Method for preparation of ruthenium-based metathesis catalysts with chelating alkylidene ligands jest sposób przygotowania O- i N-chelatujących katalizatorów rutenowych typu Hoveydy. W jednym z przykładów realizacji wynalazku centrum rutenowe jest chelatowane przez azot grupy aminowej będącej częścią pierścienia aromatycznego, a mianowicie chinoliny.

Przedmiotem patentu USA nr US 9,108,996 B2 Ruthenium-based metathesis catalysts and precursors for their preparation są prekursory aminowe oraz ich wykorzystanie w syntezie odpowiednich katalizatorów rutenowych. W jednym z przykładów realizacji wynalazku jako prekursorów używa się pochodnych diaryloamin. W jeszcze jednym z przykładów realizacji wynalazku katalizator jest stosowany do reakcji RCM w temperaturze 50°C.

Przedmiotem patentu USA nr US 7,820,843 B2 Chelating carbene ligand precursors and their use in the synthesis of metathesis catalysts są prekursory ligandów zawierających różnorodne heteroatomy wykorzystywane następnie do syntezy katalizatorów rutenowych. W jednym z przykładów realizacji wynalazku owymi prekursorami są związki aryloksowe. W innym przykładzie realizacji wynalazku pokazano, że katalizatory uzyskane według tej metody są aktywne w reakcji metatezy w temperaturze zbliżonej do pokojowej.

PL 233 568 Β1

Przedmiotem patentu USA nr US 8,871,879 B2 Latent, high-activity olefin metathesis catalysts containing an N-heterocyclic carbene ligand są katalizatory rutenowe zawierające N-chelatujące ligandy. Wjednym z przykładów realizacji wynalazku atom rutenu jest chelatowany przez grupę iminową. Winnym przykładzie realizacji wynalazku reakcja RCM jest katalizowana w temperaturze 60°C. W jeszcze jednym z przykładów realizacji wynalazku reakcja ROMP w obecności katalizatora rozpoczyna się w 30°C.

Przedmiotem międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 2011091980 A1 Process for preparation of ruthenium-based carbene catalysts with chelating alkylidene ligands jest sposób przygotowania katalizatorów rutenowych zawierających grupy tlenowe oraz siarkowe. Wjednym z przykładów realizacji wynalazku jako prekursor ligandu stosuje się 2-izopropoksystyren.

Przedmiotem zgłoszenia patentowego USA nr US 20140155511 A1 Sulfur chelated ruthenium compounds useful as olefin metathesis catalysts są katalizatory rutenowe zawierające w swojej strukturze chelatujący do rutenu atom siarki. W jednym z przykładów realizacji wynalazku jest pokazana aktywacja katalizatora w reakcji RCM pod wpływem temperatury. W jeszcze jednym przykładzie realizacji wynalazku zademonstrowano aktywację katalizatora w reakcji ROMP na skutek działania światła.

Przedmiotem wynalazku jest prekursor chelatującego ligandu karbenowego dany wzorem 1

gdzie:

R¹, R² oraz R³ są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom;

R⁴ oraz R⁵ są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom, przy czym R⁴ oraz R⁵ mogą łączyć się w pierścień(nie);

R⁶ oznacza podstawnik węglowodorowy, podstawnik węglowodorowy zawierający co najmniej jeden heteroatom;

przy czym podstawnik węglowodorowy może być liniowy, rozgałęziony, cykliczny, nasycony i nienasycony i zawiera od 1 do około 64 atomów węgla, korzystnie 1 do około 32 atomów węgla, najkorzystniej od 1 do około 16 atomów węgla, zaś podstawnik węglowodorowy zawierający co najmniej jeden heteroatom oznacza podstawnik węglowodorowy, w którym przynajmniej jeden z atomów węgla lub wodoru jest zastąpiony w dowolnym miejscu przez heteroatom, przy czym mianem heteroatomu określa się dowolny atom w cząsteczce organicznej niebędący atomem węgla lub wodoru, np. azot, fosfor, tlen, siarka, krzem. Korzystnie, R¹, R² oraz R³ jest wodorem.

Korzystnie, a przedstawia zdelokalizowane wiązanie podwójne węgiel-węgiel.

Korzystnie, R⁴ oraz R⁵ tworzą pierścień benzenowy. Korzystnie, R⁶ jest podstawnikiem fenylowym.

Przedmiotem wynalazku jest także izomer pięcioczłonowy kompleksu zawierającego ligand chelatujący utworzony z prekursora określonego w zastrzeżeniach od 1 do 5, dany wzorem 2

wzór 2

PL 233 568 Β1 gdzie:

L¹ jest neutralnym dwuelektronowym ligandem donorowym wybranym spośród fosfin takich jak tricyckloheksylofosfina lub karbenów N-heterocyklicznych (NHC), korzystnie takich jak nienasycony ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazolidyn-2-ylidenowy (IMes), a najkorzystniej ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazol-2-ylidenowy (hLIMes);

X¹ oraz X² są anionowymi ligandami organicznymi lub nieorganicznymi, które mogą być takie same lub różne i mogą znajdować się w cis lub trans orientacji względem centrum koordynacyjnego;

M jest metalem przejściowym z grupy 8 układu okresowego pierwiastków, korzystnie rutenem zaś a przedstawia pojedyncze lub wielokrotne wiązanie węgiel-węgiel.

Korzystnie, X¹ orazX² są halogenami, korzystnie atomami chloru.

Przedmiotem wynalazku jest też izomer sześcioczłonowy kompleksu zawierającego ligand chelatujący utworzony z prekursora określonego w zastrzeżeniach od 1 do 6, dany wzorem 3

wzór 3 gdzie:

L¹ jest neutralnym dwuelektronowym ligandem donorowym wybranym spośród fosfin takich jak tricyckloheksylofosfina lub karbenów N-heterocyklicznych (NHC), korzystnie takich jak nienasycony ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazolidyn-2-ylidenowy (iMes), a najkorzystniej ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazol-2-ylidenowy (HzlMes);

X¹ oraz X² są anionowymi ligandami organicznymi lub nieorganicznymi, które mogą być takie same lub różne i mogą znajdować się w cis lub trans orientacji względem centrum koordynacyjnego;

M jest metalem przejściowym z grupy 8 układu okresowego pierwiastków, korzystnie rutenem zaś a przedstawia pojedyncze lub wielokrotne wiązanie węgiel-węgiel.

Korzystnie, X¹ orazX² są halogenami, korzystnie atomami chloru.

Wynalazek dotyczy także zastosowania izomeru według zastrz. 6-7 i 8-9, zwłaszcza takiego, w którym

M jest rutenem, jako katalizatora metatezy olefin.

Podsumowanie wynalazku

Przedmiotem obecnego wynalazku jest prekursor ligandu chelatującego oraz izomeryczne kompleksy zawierające taki ligand. Kompleks zawierający pięcioczłonowy pierścień chelatujący jest kinetycznym izomerem, który przekształca się w roztworze w termodynamicznie uprzywilejowany sześcioczłonowy produkt. Ten ostatni cechuje się wysoką stabilnością w obecności powietrza zarówno w roztworze jak i w ciele stałym. Wykazuje on również cechy tak zwanego uśpionego katalizatora, czyli jest praktycznie nieaktywny w normalnych warunkach jednak zdolny do aktywacji pod wpływem temperatury lub światła.

Izomeryczne kompleksy zawierające ligand według wynalazku powstają w reakcji chemicznej zilustrowanej poniżej:

PL 233 568 Β1

gdzie:

L¹

L²

X¹ oraz X²

R¹, R² oraz R³

R⁴ oraz R⁵

R⁶

jest neutralnym dwuelektronowym ligandem donorowym wybranym spośród fosfin lub karbenów N-heterocyklicznych (NHC);

jest neutralnym ligandem wybranym spośród amin lub fosfin; są anionowymi ligandami organicznymi lub nieorganicznymi, mogą być takie same lub różne, znajdować się w cis lub trans orientacji względem centrum koordynacyjnego;

są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom; Y¹ oraz Y² mogą łączyć się w pierścień(nie);

jest metalem przejściowym z grupy 8 układu okresowego pierwiastków; przedstawia pojedyncze lub wielokrotne wiązanie węgiel-węgiel;

są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom;

są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom; R⁴ oraz R⁵ mogą łączyć się w pierścień(nie);

oznacza podstawnik węglowodorowy, podstawnik węglowodorowy zawierający co najmniej jeden heteroatom.

Określenie „podstawnik węglowodorowy” oznacza podstawnik węglowodorowy zawierający od 1 do około 64 atomów węgla, korzystnie 1 do około 32 atomów węgla, najkorzystniej od 1 do około 16 atomów węgla, włączając liniowe, rozgałęzione, cykliczne, nasycone i nienasycone łańcuchy. „Podstawnik węglowodorowy zawierający heteroatom” oznacza podstawnik węglowodorowy, w którym przynajmniej jeden z atomów węgla lub wodoru jest zastąpiony w dowolnym miejscu przez heteroatom. Mianem heteroatomu określa się dowolny atom w cząsteczce organicznej niebędący atomem węgla lub wodoru, np. azot, fosfor, tlen, siarka, krzem.

Korzystnie, L¹ jest nienasyconym ligandem 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)-imidazolidyn-2-ylideneowym (IMes), najkorzystniej jest ligandem 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)-imidazol-2-ylidenowym (H₂IMes).

Korzystnie, L²jest pirydyną, najkorzystniej tricyckloheksylofosfiną.

Korzystnie, X¹ orazX² są halogenkami, najkorzystniej chlorkami.

Korzystnie, R¹, R² oraz R³ jest wodorem.

Korzystnie, Y¹ jest wodorem, zaś Y² stanowi podstawnik fenylowy.

Korzystnie, M jest rutenem.

Korzystnie, a przedstawia zdelokalizowane wiązanie podwójne węgiel-węgiel.

Korzystnie, R⁴ oraz R⁵ tworzą pierścień benzenowy.

Korzystnie, R⁶ jest podstawnikiem fenylowym.

Zgodnie z wynalazkiem prekursor ligandu chelatującego zawiera grupą olefinową oraz azową (-N=N-) oddzielone od siebie o dwa połączone atomy węgla i jest wybrany z grupy obejmującej związki zadane wzorem 1.

Otrzymywanie prekursora ligandu chelatującego według wynalazku.

Korzystnie, prekursor ligandu chelatującego otrzymuje się w reakcji nitrozobenzenu z odpowiednią pochodną aniliny.

Korzystnie, reakcję prowadzi się w zakresie 0°-85°C, najkorzystniej w temperaturze pokojowej.

Korzystnie, jako rozpuszczalnik stosuje się lodowaty kwas octowy.

Korzystnie, rozpuszczalnik dodaje się do mieszaniny nitrozobenzenu oraz 2-winyloanaliny.

PL 233 568 Β1

Korzystnie, stosuje się dwukrotnego nadmiaru nitrozobenzenu.

Korzystnie, mieszanie trwa od 0,25 do 48 godzin, najkorzystniej przez jedną dobę.

Korzystnie, związek wydziela się z mieszaniny poreakcyjnej stosując chromatografię.

Korzystnie, jako eluent używa się rozpuszczalników węglowodorowych, korzystniej n-heksanu, najkorzystniej pentanu.

Katalizator rutenowy zawierający Ugand chelatujący według wynalazku otrzymuje się w reakcji prekursora takiego ligandu z kompleksem rutenowym wybranym z grupy obejmującej związki zdane wzorem 4 (dostępne w handlu).

wzór 4

Otrzymywanie izomeru pięcioczłonowego kompleksu zawierającego Ugand chelatujący według wynalazku.

Izomer pięcioczłonowy zadany wzorem 2 powstaje w korzystnym zakresie temperaturowym 0°-(-60)°C, korzystniej w temperaturze -10°C, najkorzystniej w temperaturze około 0°C.

Korzystnie, jako medium reakcyjne stosuje się chlorowcowane rozpuszczalniki węglowodorowe, najkorzystniej - chlorek metylenu.

Korzystnie, reakcję prowadzi się w obecności chlorku miedzi(l) jako zamiatacza fosfiny.

Korzystnie, substraty używano w ilościach stechiometrycznych.

Korzystnie, czas reakcji wynosi od 15 minut do 2 godzin, najkorzystniej półgodziny.

Korzystnie, produkt w postaci izomerycznie czystej uzyskuje się poprzez krystalizacje w temperaturze -30°C.

Korzystnie, izomer pięcioczłonowy przechowuje się w postaci krystalicznej w temperaturze 4°C w zaciemnionym miejscu.

Otrzymywanie izomeru sześcioczłonowego kompleksu zawierającego Ugand chelatujący według wynalazku.

Izomer sześcioczłonowy zadany wzorem 3 powstaje w korzystnym zakresie temperaturowym 20°-80°C, korzystniej w temperaturze 20°-60°C, najkorzystniej w temperaturze zbliżonej do pokojowej.

Korzystnie, rozpuszczalnikiem są chlorowcowane rozpuszczalniki węglowodorowe, najkorzystniej - chlorek metylenu.

Korzystnie, reakcję prowadzi się w obecności chlorku miedzi(l) jako środek wiążący fosfinę.

Korzystnie, substraty używano w ilościach stechiometrycznych.

Korzystnie, reakcja trwa od 2 do 24 godzin, korzystniej od 4 do 12, najkorzystniej około 6 godzin.

Korzystnie, produkt izoluje się poprzez chromatografię, najkorzystniej następnie połączonej z krystalizacją przeprowadzanej z mieszaniny rozpuszczalników pentan-chlorek metylenu.

Korzystnie, izomer sześcioczłonowy przechowuje się w postaci krystalicznej w temperaturze 4°C w zaciemnionym miejscu.

Właściwości i zastosowanie kompleksu zawierającego Ugand chelatujący według wynalazku.

Kompleks, zwłaszcza rutenowy - to jest taki, w którym M jest rutenem, zawierający sześcioczłonowy pierścień chelatujący wykazuje właściwości katalityczne w reakcjach metatezy olefin, korzystnie w reakcji RCM, najkorzystniej w reakcji ROMP.

Korzystnie, aktywacja kompleksu odbywa się przez naświetlanie, najkorzystniej przez podgrzewanie mieszaniny reakcyjnej.

Korzystnie, aktywacja świetlna wykorzystuje się do reakcji ROMP.

Korzystnie, ilość stosowanego katalizatora wynosi 0,1-5% mol, korzystniej 0,2-1% mol, najkorzystniej 0,3% mol.

Korzystnie, używanym monomerem jest ester dietylowy kwasu 5-norbornen-2,3-dikarboksylowego.

Korzystnie, jako rozpuszczalniki używane są podstawione lub niepodstawione rozpuszczalniki węglowodorowe, najkorzystniej toluen.

Korzystnie, używa się długości fali poniżej 320 nm, najkorzystniej - 254 nm.

PL 233 568 B1

Korzystnie, moc lampy jest w zakresie 1-100 W, najkorzystniej 4 W.

Korzystnie, czas reakcji polimeryzacji wynosi od 1 do 48 godzin, najkorzystniej 24 godziny.

Korzystnie, polimer wydobywa się z mieszaniny poreakcyjnej strącaniem polarnym rozpuszczalnikiem, najkorzystniej metanolem.

W innym przykładzie realizacji wynalazku do aktywacji katalizatora jest wykorzystywana podwyższona temperatura.

Korzystnie, reakcja prowadzona w zakresie 80°-160°C, korzystnie 100°-120°C, najkorzystniej w temperaturze 110°C.

Korzystnie, aktywacja termiczna katalizatora stosuje się w reakcjach RCM, najkorzystniej w reakcjach ROMP.

Korzystnie, jako substrat RCM stosuje się W,W-diallilo-p-tozyloamid.

Korzystnie, jako substrat ROMP stosuje się ester dietylowy kwasu 5-norbornen-2,3-dikarboksylowego.

Korzystnie, dla reakcji RCM stosuje się 1% mol katalizatora, zaś dla reakcji ROMP - 0,3% mol.

Korzystnie, w reakcji ROMP ilość stosowanego katalizatora wynosi 0,1-5% mol, korzystniej 0,2-1% mol, najkorzystniej 0,3% mol.

Korzystnie, rozpuszczalnikami są wysokowrzące węglowodory, najkorzystniej toluen.

Korzystnie, reakcja RCM prowadzi się od 2 do 144 godzin, korzystniej od 6 do 48 godzin, najkorzystniej 24 godziny.

Korzystnie, reakcja ROMP prowadzi się od 15 minut do 4 godzin, korzystniej od 0,5 do 2 godzin, najkorzystniej przez jedną godzinę.

Korzystnie, produkt RCM jest oczyszczany chromatografią cieczową.

Korzystnie, produkt ROMP jest oczyszczany wytrącaniem z mieszaniny poreakcyjnej, najkorzystniej metanolem.

Szczegółowy opis wynalazku

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków, na których:

Fig. 1. Przedstawia widma absorbancji izomerów kompleksu rutenowego zawierającego ligand chelatujący zgodnie z przykładem 6.

Fig. 2. Obrazuje termiczną analizę różnicową układu monomer-katalizator zgodnie z przykładem 7.

Część eksperymentalna

Materiały i sprzęt

Odczynniki chemiczne kupiono w firmach Sigma-Aldrich, Apeiron Synthesis oraz Fluorochem; rozpuszczalniki jakości cz.d.a. z firmy Merck, ChemPur oraz Poch. Rozpuszczalniki oraz szkło do pomiarów NMR kupiono z Armar Chemicals.

Preparatywną chromatografię kolumnową wykonywano z wykorzystaniem żelu krzemionkowego Kieselgel 60, 230-400 mesh (Merck). Widma NMR zostały wykonane przy użyciu aparatów Bruker 400 i 600 MHz. Widma masowe zostały zarejestrowane na aparacie Maldi SYNAPT G2-S HDMS firmy Waters. W eksperymentach fotochemicznych używano podręcznej lampy UV (254 nm, 4W) firmy Benda. Pomiary DTA przeprowadzono na analizatorze SDT-Q600.

Korzystne przykłady realizacji wynalazku

P r z y k ł a d 1 - Synteza prekursora ligandu chelatującego (AST)

Ligand zsyntetyzowano wedle zmodyfikowanej metody literaturowej (Shirtcliff et al., J. Org. Chem., 2004, 69, 6979-6985). Do 2-winylaaniliny (238 mg, 2 mmol) oraz nitrozobenzenu (428 mg, 4 mmol) dodano lodowaty kwas octowy (6 ml) i mieszano w temperaturze pokojowej w atmosferze argonu przez 16 godzin. W trakcie reakcji kolor roztworu zmienił się z zielonego do barwy brązowej. Mieszaninę reakcyjną rozcieńczono solanką i surowy produkt wyekstrahowano octanem etylu. Ekstrakt zatężono na wyparce obrotowej i pozostałość oczyszczono metodą chromatografii kolumnowej, stosując eter naftowy jako eluent. Produkt wyodrębniono z wydajnością 20% (84 mg) w postaci ciemno-pomarańczowego oleju, który zestala się w lodówce. 1H NMR (400 MHz, CDCI3) δ 7,97 (d, J = 7,5 Hz, 2H), 7,84 (dd, J = 17,7, 11,1 Hz, 1H), 7,73 (dd, J = 20,0, 8,0 Hz, 2H), 7,72 - 7,42 (m, 4H), 7,37 (t, J = 7,6 Hz, 1H), 5,89 (d, J = 17,7 Hz, 1H), 5,48 (d, J = 11,1 Hz, 1H). ¹³C NMR (100 MHz, CDCI3): δ 153,1, 149,2, 136,9, 132,6, 131,1, 131,1, 129,2, 128,4, 126,1, 123,2, 116,3, 115,7. HRMS (ASAP): m/z: obliczono dla C13H13N2: 209.1079 [M+H]+; znaleziono: 209.1074.

PL 233 568 Β1

Produkt syntezy według przykładu 1 przedstawia poniższy wzór strukturalny. Jest to szczególny przypadek związku zadanego ogólnie wzorem 1.

Przykład 2 - Synteza kompleksu rutenowego zawierającego pięcioczłonowy pierścień chelatujący (CASH)

Suchą kolbę Schlenka zawierającą kompleks Grubbsa 2 generacji (122 mg, 0,144 mmol), AST (30 mg, 0,144 mmol) i chlorek miedzi(l) (14 mg, 0,144 mmol) opróżniono i wypełniono argonem trzy razy, a następnie umieszczono do łaźni z lodem wypełnioną wodą. Zimny chlorek metylenu (1 ml) dodano za pomocą strzykawki do kolby i powstały roztwór mieszano przez 30 minut w temperaturze 0°C. Roztwór z nad osadu ostrożnie przeniesiono za pomocą kaniuli do małej fiolki szklanej umieszczonej wewnątrz większej fiolki wypełnionej schłodzonym pentanem. Większą fiolkę szczelnie zamknięto i umieszczono w lodówce (-30°C) przez noc. Brązowe kryształy CAST1 zebrano i analizowano za pomocą NMR oraz MS. Według ¹H NMR CAST1 zawiera niewielkie ilości CAST2 ze względu na szybką izomeryzację w roztworze. ¹H NMR (600 MHz, chlorek metylenu-d2, 10°C): 517,14 (s, 1H), 7,80 - 7,73 (m, 2H), 7,64 (d, J = 8,1 Hz, 1H), 7,57 (td, J = 7,6, 1,3 Hz, 1H), 7,51 - 7,47 (m, 1H), 7,32 (td, J = 7,4, 1,2 Hz, 1H), 7,16 (t, J = 7,9 Hz, 2H), 7,16 - 6,95 (m, 4H), 6,95 (dd, J = 7,6, 1,3 Hz, 1H), 4,12 - 3,85 (m, 4H), 2,46 (s, 12H), 2,33 (s, 6H). ¹³C NMR (150 MHz, chlorek metylenu-d₂, 10°C): 5298,9, 208,0, 156,2, 152,4, 148,1, 138,6 (m), 137,7 (m), 134,1, 130,4, 130,1, 129,8, 129,0, 120,8, 119,8, 117,9, 52,0, 21,2, 19,7, 18,2. HRMS (ESI): m/z: obliczono dla Cs^N^bRuNa: 695.1258 [M+Na]⁺; znaleziono: 695.1246.

Produkt syntezy według przykładu 2 przedstawia poniższy wzór strukturalny. Jest to szczególny przypadek związku zadanego ogólnie wzorem 2.

Przykład 3 - Synteza kompleksu rutenowego zawierającego sześcioczłonowy pierścień chelatujący (CAST2)

Suchą kolbę Schlenka zawierającą kompleks Grubbsa 2 generacji (122 mg, 0,144 mmol), AST (30 mg, 0,144 mmol) i chlorek miedzi(l) (14 mg, 0,144 mmol) opróżniono i wypełniono argonem trzy razy. Chlorek metylenu (5 mL) dodano za pomocą strzykawki do kolby i powstały roztwór mieszano w temperaturze pokojowej przez 6 godzin. Następnie mieszaninę poreakcyjną zatężono pod próżnią i pozostałość chromatografowano (eter naftowy : octan etylu = 7:3) otrzymując CAST2 jako mikrokrystaliczny proszek. CAST2 przekrystalizowano z wydajnością 67% z roztworu pentan-chlorek metylenu. ¹H NMR (600 MHz, chlorek metylenu-d2, 20°C): 517,83 (s, 1H), 8,13 (dd, J= 7,8, 1,2 Hz, 1H), 7,95 (td, J = 7,6, 1,4 Hz, 1H), 7,78 - 7,72 (m, 2H), 7,65 (td, J = 7,5, 1,3 Hz, 1H), 7,52 - 7,44 (m, 1H), 7,26 (dd, J = 8,5, 7,3 Hz, 2H), 7,18 (s, 4H), 6,82 (dd, J = 7,8, 1,4 Hz, 1H), 4,26 - 4,05 (m, 4H), 2,55 (s, 12H), 2,42 (s, 6H). ¹³C NMR (150 MHz, chlorek metylenu-d2, 20°C): 5309,6, 211,6, 155,8, 142,6, 140,0 (m), 139,4, 138,3 (m), 135,1 (m), 134,1, 131,2, 131,0, 130,2, 129,1, 126,6, 122,6, 122,1, 52,8, 51,6, 21,5, 20,3, 18,5. HRMS (ESI): m/z: obliczono dla Cs^N^bRuNa: 695.1258 [M+Na]⁺; znaleziono: 695.1248.

Produkt syntezy według przykładu 3 przedstawia poniższy wzór strukturalny. Jest to szczególny przypadek związku zadanego ogólnie wzorem 3.

PL 233 568 Β1

Przykład 4 - Reakcja ROMP inicjowana światłem

Do probówki NMR wykonanej z kwarcu dodano ester dietylowy kwasu 5-norbornen-2,3-dikarboksylowego (21,3 mg, 89,2 μπιοΙ, 100 eq.), CAST2 (0,60 mg, 0,89 μπιοΙ, 1 eq.) oraz toluen-ds (700 μί). Roztwór odgazowano techniką zamrażania w ciekłym azocie, a następnie umieszczono przed lampą UV i naświetlano. Postęp reakcji monitorowano za pomocą analizy ¹H NMR, która wykazała 68% konwersji po upływie 24 godzin.

Przykład 5 - Reakcja ROMP inicjowana temperaturą

Do probówki NMR dodano ester dietylowy kwasu 5-norbornen-2,3-dikarboksylowego (23,4 mg, 98,1 μπιοΙ, 300 eq.), CAST2 (0,22 mg, 0,33 μπιοΙ, 1 eq.) oraz toluen-ds (700 μί). Roztwór odgazowano techniką zamrażania w ciekłym azocie, a następnie umieszczono do łaźni rozgrzanej do temperatury 110°C. Postęp reakcji monitorowano za pomocą analizy ¹H NMR, która wykazała konwersję powyżej 99% po upływie jednej godziny.

Przykład 5 - Reakcja RCM inicjowana temperaturą

Do probówki NMR dodano /V,/V-diallilo-p-tozyloamid (10,0 mg, 40,0 μπιοΙ, 100 eq.), CAST2 (0,27 mg, 0,40 μπιοΙ, 1 eq.) oraz toluen-ds (700 μί). Roztwór odgazowano techniką zamrażania w ciekłym azocie, a następnie umieszczono do łaźni rozgrzanej do temperatury 110°C. Postęp reakcji monitorowano za pomocą analizy ¹H NMR, która wykazała konwersję 75% po upływie jednej doby.

Przykład 6 - Badanie przemiany CAST1 w CAST2 spektroskopią UV-Vis

Roztwór CAST1 (3Ί0-⁵ M, toluen) w kuwecie kwarcowej umieszczono w uchwyt spektroskopu i rejestrowano widmo w temperaturze pokojowej w pięciominutowych odstępach czasowych. Fig. 1 przedstawia widmo absorbancji początkowe (CAST1) oraz końcowe (CAST2).

Przykład 7 - Oznaczanie temperatury aktywacji katalizatora CAST2

CAST2 (1,0 mg, 1,5 μπιοΙ, 1 eq.) rozpuszczono w chlorku metylenu (200 μί), a następnie dodano ester dietylowy kwasu 5-norbornen-2,3-dikarboksylowego (177 mg, 750 μπιοΙ, 500 eq.). Roztwór zatężono pod próżnią, a pozostałość umieszczono w tygielek do skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC). Mieszaninę ogrzewano z prędkością 3°C/min w przepływie argonu. Fig. 2 przedstawia różnicę temperaturową badanej próbki z próbką wzorcową ze wzrostem temperatury (profil DTA). Pik egzotermiczny przy 100°C wskazuje na początek reakcji polimeryzacji, a zatem temperaturę aktywacji katalizatora.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Prekursor chelatującego ligandu karbenowego dany wzorem 1

   wzór 1 gdzie:

   R¹, R² oraz R³ są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom; R⁴ oraz R⁵ są wybranymi w sposób niezależny atomami wodoru, podstawnikami węglowodorowymi, podstawnikami węglowodorowymi zawierającymi co najmniej jeden heteroatom, przy czym R⁴ oraz R⁵ mogą łączyć się w pierścień(nie);

   PL 233 568 Β1
2. 2.
3. 3.
4. 4.
5. 5.
6. 6.
7. 7.
8. 8.

   R⁶ oznacza podstawnik węglowodorowy, podstawnikwęglowodorowy zawierający co najmniej jeden heteroatom;

   przy czym podstawnik węglowodorowy może być liniowy, rozgałęziony, cykliczny, nasycony i nienasycony i zawiera od 1 do około 64 atomów węgla, korzystnie 1 do około 32 atomów węgla, najkorzystniej od 1 do około 16 atomów węgla, zaś podstawnik węglowodorowy zawierający co najmniej jeden heteroatom oznacza podstawnik węglowodorowy, w którym przynajmniej jeden z atomów węgla lub wodoru jest zastąpiony w dowolnym miejscu przez heteroatom, przy czym mianem heteroatomu określa się dowolny atom w cząsteczce organicznej niebędący atomem węgla lub wodoru, np. azot, fosfor, tlen, siarka, krzem.

   Prekursor według zastrz. 1, znamienny tym, że R¹, R² oraz R³ jest wodorem.

   Prekursor według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że a przedstawia zdelokalizowane wiązanie podwójne węgiel-węgiel.

   Prekursor według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że R⁴ oraz R⁵ tworzą pierścień benzenowy.

   Prekursor według któregokolwiek z zastrz. 1-4, znamienny tym, że R⁶ jest podstawnikiem fenylowym.

   Izomer pięcioczłonowy kompleksu zawierającego Ugand chelatujący utworzony z prekursora określonego w zastrzeżeniach od 1 do 5, dany wzorem 2 χ!^ 1¹ R³

   Χ^^Κ-R⁴

   N-(^a r⁶-n^{z r5} wzór 2 gdzie:

   L¹ jest neutralnym dwuelektronowym ligandem donorowym wybranym spośród fosfin takich jak tricyckloheksylofosfina lub karbenów N-heterocyklicznych (NHC), korzystnie takich jak nienasycony Ugand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazolidyn-2-ylidenowy (IMes), a najkorzystniej ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazol-2-ylidenowy (hhlMes);

   X¹ orazX² są anionowymi ligandami organicznymi lub nieorganicznymi, które mogą być takie same lub różne i mogą znajdować się w cis lub trans orientacji względem centrum koordynacyjnego;

   M jest metalem przejściowym z grupy 8 układu okresowego pierwiastków, korzystnie rutenem zaś a przedstawia pojedyncze lub wielokrotne wiązanie węgiel-węgiel.

   Izomer według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że X¹ orazX² są halogenami, korzystnie atomami chloru.

   Izomer sześcioczłonowy kompleksu zawierającego ligand chelatujący utworzony z prekursora określonego w zastrzeżeniach od 1 do 6, dany wzorem 3

   1 ‘l¹ R³ χί I ,^R χζΧ^Μ=\ n' ^^r4

   R⁶^ 'ΝΑ'*

   R⁵ wzór 3 gdzie:

   L¹ jest neutralnym dwuelektronowym ligandem donorowym wybranym spośród fosfin takich jak tricyckloheksylofosfina lub karbenów N-heterocyklicznych (NHC), korzystnie takich jak nienasycony ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazolidyn-2-ylidenowy (IMes), a najkorzystniej ligand 1,3-bis-(2,4,6-trimetylofenylo)imidazol-2-ylidenowy (H2lMes);

   X¹ orazX² są anionowymi ligandami organicznymi lub nieorganicznymi, które mogą być takie same lub różne i mogą znajdować się w cis lub trans orientacji względem centrum koordynacyjnego;

   PL 233 568 Β1

   M jest metalem przejściowym z grupy 8 układu okresowego pierwiastków, korzystnie rutenem zaś a przedstawia pojedyncze lub wielokrotne wiązanie węgiel-węgiel.
9. 9. Izomer według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że X¹ orazX² są halogenami, korzystnie atomami chloru.
10. 10. Zastosowanie izomeru według zastrz. 6-7 i 8-9, zwłaszcza takiego, w którym M jest rutenem, jako katalizatora metatezy olefin.