WO1994001390A1 - Procede d'hydrogenation enantioselectif du groupe carbonyl, utilisant des complexes de ruthenium avec biphosphine ligands - Google Patents

Procede d'hydrogenation enantioselectif du groupe carbonyl, utilisant des complexes de ruthenium avec biphosphine ligands Download PDF

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Sylvain Juge
Jean-Alex Laffitte
Catherine Pinel
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Definitions

  • This new process provides from a ketone an enantiomerically pure or high purity secondary alcohol compound. It uses a complex ruthenium compound which is neutral.
  • the hydrogenation of a double bond C O ketoni ⁇ ue gives a compound with function secondary alcohol which consists of a mixture of enantiomers, this mixture is then treated according to a method known per se, generally long and tedious, to isolate the enantiomer deemed advantageous, in particular by chiral chromatography (in particular by HPLC) or crystallization fractional.
  • al represents an allylic group
  • Q represents a hydrocarbon bridge comprising at least two catenary carbon atoms and capable of containing one to four catenary heteroatoms chosen from O, S, N and Si,
  • R 1 to R 4 which may be the same or different, each represents a C 1 -C 18 alkyl, C 5 -C 7 cycloalkyl or C 6 -C 12 aryl group.
  • allylic groups herein include all of the allyl groups.
  • Method GOALS OF THE INVENTION
  • Q represents a hydrocarbon bridge comprising at least two catenary carbon atoms and capable of containing one to four catenary heteroatoms chosen from O, S, N and Si,
  • R 1 to R 4 which may be identical or different, each represent a hydrocarbon group, optionally substituted, selected from alkyl C 1 -C 18 cycloalkyl, C 5 -C 7 aryl and C 6 - C 12.
  • This process is particularly advantageous in the case of the hydrogenation of substrates such as (i) diketones and (ii) compounds comprising at least one ketone function and at least one other function, in particular the alpha- and beta-ketoesters compounds.
  • this process is also recommended for obtaining compounds with a specific secondary alcohol function, optically active and useful as intermediates in the stereospecific synthesis of other products, in particular of interest in therapy, both human and veterinary. .
  • al allyl or methallyl
  • BDPP 2,4-bis (diphenylphosphino) pentane
  • BINAP 2, 2 '-bis (diphenylphosphino) -1, 1' -binaphtyle
  • Boc t-butyloxycaroonyle
  • bNp betanaphthyl (i.e. 2-naphthyl)
  • BNPE bis (naphthyl phenyl phosphino) ethane
  • BNPPMDS bis (2-naphthyl phenyl phosphino-methano) diphenylsilane
  • BPPM N-Boc-4-diphenylphosphino-2- (dimethylphosphinomethyl) -pyrrolidine
  • CHIRAPHOS 2,3-bis (diphenylphosphino) butane
  • DIOP 0,0-isopropylidene-2,3-dihydroxy-1,4-bis
  • DIPAMP 1,2-bis (phenyl o-anisyl phosphino) ethane
  • Ph phenyl
  • the groups R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each represent a hydrocarbon group, optionally substituted, chosen from C 1 -C 18 alkyl, C 5 -C cycloalkyl groups C 7 and C 6 -C 12 aryl.
  • the groups R 1 , R 2 , R 3 and R 4 which are identical or different, will each represent a C 1 -C 8 alkyl group (in particular methyl, ethyl, isopropyl, propyl, s-butyl, i-butyl , t-butyl 2,2-dimethylpropyl or 1,1,3,3-tetramethylbutyl), a C 3 -C 7 cycloalkyl group (in particular cyclopentyl or better cyclohexyl) or a C 6 -C 12 aryl group (in particular phenyl , tolyl, xylyl, halophenyl, p-methoxyphenyl, p-ethoxyphenyl, p- (t-butyloxy) phenyl or naphthyl).
  • a C 1 -C 8 alkyl group in particular methyl, ethyl, isopropyl, propyl, s-
  • R 1 , R 2 , R 3 and R 4 which may be identical or different, will each represent a cyclohexyl, phenyl or phenyl group substituted in the para position by a C 1 -C 4 alkyl group, phenyl substituted in the para position by a C 1 -C 4 alkoxy group, phenyl substituted in the para position by an F, Cl or Br group, or 2-naphthyl.
  • the hydrocarbon chain of bridge Q is either an unsaturated hydrocarbon chain or a saturated hydrocarbon chain.
  • said bridge Q may have one of the following structures
  • n, m and p identical or different, each represent an integer from 1 to 6,
  • A represents O, S, PR, SiR 2 or NR, where R is C 1 -C 4 alkyl, C 5 cycloalkyl - C 6 , C 6 -C 10 aryl, benzyl or phenethyl.
  • said bridge Q may in particular be chosen from the group consisting of
  • the catalyst according to the invention will have the formula
  • L * is a chiral ligand of the diphosphino type where the two phosphorus atoms are linked together by a hydrocarbon bridge comprising at least two catenary carbon atoms and capable of containing 1 to 4 catenary heteroatoms chosen from O, S, N and Si.
  • the chiral ligand L * represents the divalent system R 1 R 2 PQ-PR 3 R 4 (of formula I) in which R 1 to R 4 are advantageously each an aryl group (preferably Ph or bNp) optionally substituted or a cyclohexyl group, and Q is a hydrocarbon bridge whose catenary chain can be partially or completely included in a cycle.
  • chiral ligands L * which are suitable according to the invention, there may be mentioned in particular the ligands BDPP, BINAP, BNPE, BNPPMDS, BPPM, CHIRAPHOS, DIOP and DIPAMP referred to above in the chapter "ABBREVIATIONS", as well as analogous ligands in particular those already described in the literature, in particular the ligands BPPM, CyDIOP, CyPRONOP, Cy-cy CAPP, CyPOP AE, DEGUPHOS, DPCB, NORPHOS, PNNP, PROPHOS and SKEWPHOS which are mostly illustrated in the international application PCT / FR 91/01077 cited above.
  • the chiral compounds of formulas I and II which are diallylic complexes of (diphosphino) ruthenium, can be prepared according to a method known per se.
  • the hydrogenation process of the invention comprises the treatment of a substrate, here a ketone carbonyl-functional compound, with H 2 / in a suitable inert solvent, in the presence of a diallyl compound of (diphosphino) ruthenium of formula I or better still of formula II as a catalytic hydrogenation catalyst, under the following preferential conditions:
  • the temperature of the hydrogenation reaction is greater than or equal to 15 ° C.
  • the catalytic hydrogenation according to the invention will be carried out at a temperature of 15 to 100 ° C under an H 2 pressure of the order of 5 ⁇ 10 5 to 10 7 Pa.
  • the hydrogenation time is not critical. In general, it will in particular be greater than or equal to 1 hour. Depending on the substrate and the catalyst, it may for example be between 10 and 70 hours.
  • anhydrous alcohols such as MeOH, EtOH and PrOH
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene
  • aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane and the like
  • hydrocarbons halogens such as CH 2 Cl 2 , ClCH 2 -CH 2 Cl, and Cl 2 CH-CHCl 2
  • ethers in particular cyclic ethers such as THF, and mixtures thereof.
  • the preferred solvents according to the invention are toluene and CH 2 Cl 2 .
  • the substrate When carrying out the hydrogenation reaction according to the process of the invention, it is recommended to use the substrate at a concentration, in the solvent, of 0.2 to 1.5 mol / liter, and preferably 0.4 to 0.8 moles / liter.
  • a small amount of tertiary amine in particular, can be added to the reaction medium.
  • ment And 3 N to improve the yield in very specific cases, in particular when the solvent of the reaction medium is MeOH.
  • such an addition is not essential, it may even constitute a discomfort in obtaining methyl (R) -2-chloromandelate, from methyl (2-chlorophenyl) -oxoacetate, as has been illustrated. below.
  • said tertiary amine will be introduced into the reaction medium in an amount corresponding to (i) a tertiary amine / solvent weight ratio of the order of 1/100, or (ii) a tertiary amine / substrate molar ratio analogous or identical to the catalyst / substrate molar ratio.
  • the best mode for implementing the process of the invention consists, in particular in obtaining methyl (R) -2-chloromandelate from methyl (2-chlorophenyl) oxoacetate, in subjecting the substrate to hydrogenation.
  • ketone to be reduced this hydrogenation being carried out in a solvent chosen from CH 2 Cl 2 and toluene, in the presence of a catalyst of formula II where L * is DIOP or BINAP, under the following conditions:
  • a reaction tube containing 6 ⁇ 10 -6 mole of a catalyst of formula I according to the invention an amount of 5.9 ⁇ 10 -4 mole of alpha-keto ester substrate is added to 2 ml of solvent. using a "PIPETMAN GIBSON" device.
  • the tube is then placed under argon in a reactor and then said reactor is purged with H 2 three times.
  • the reaction medium is maintained under vigorous magnetic stirring (for at least 1 hour, in particular for 10 to 64 hours according to the examples given below), at a determined temperature and pressure.
  • the solvent is evaporated in vacuo (water pump). A viscous dark liquid is obtained.
  • the compound (R) -pantolactone of formula IV which corresponds to the systematic nomenclature of L-dihydro-3-hydroxy-4H-dimethyl-2 (3H) -furanone or L-3-hydroxy-4,4-dimethyl-tetrahydrofuran -2-one, is an enantiomer useful in the synthesis of the L - (+) - pantothenic acid enantiomer, the latter being the only isomer of pantothenic acid to have vitamin activity.
  • the enantiomer of formula IV is obtained with a yield of 100% (calculated from the starting substrate) and an enantiomeric excess (e.e) of 14%.
  • vitamin BT important pharmacological agent, responsible for human metabolism and the transport of fatty acids through the mitochondrial walls.
  • CHIRAPHOS Ru (Met) 2 is not very enantioselective here.
  • catalysts have advantageously been used in a catalyst / substrate molar ratio of 0.5 / 100 to 4/100.
  • the best solvents were CH 2 Cl 2 and toluene, without the addition of Et 3 N.
  • a tetralone is hydrogenated according to the reaction:
  • X can be H, MeO, EtO, etc.
  • the compound of formula XII is obtained according to this reaction from an ethyl ⁇ -chloro-acetoacetate of formula XI by enantioselective hydrogenation in the presence of 2% of catalyst, here [BINAP] Ru (Met) 2 , in CH 2 Cl 2 at 50 ° C for 60 hours at 7 ⁇ 10 6 Pa; the yield is 100% and the enantiomeric excess is 70% for the anti form, and 43% for the syn form (ratio
  • Example 23 is applicable to the preparation of alkyl ⁇ -chloro-hydroxyacetate compounds (where the alkyl group, in particular C 1 -C 6 alkyl is different from Et).

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Abstract

La présente invention a trait à un procédé d'hydrogénation catalytique énantiosélectif de la liaison C=O cétonique en fonction alcool secondaire, ledit procédé, qui met en ÷uvre l'utilisation d'un complexe neutre de ruthénium en tant que catalyseur et d'un composé à fonctionnalité C=O en tant que substrat à hydrogéner, étant caractérisé en ce qu'il comprend l'hydrogénation du substrat d'un composé diallylique de (diphosphino)ruthénium répondant à la formule (I), dans laquelle al représente de préférence CH2CH=CH2 ou CH2C(CH3)=CH2, Q représente un pont hydrocarboné comportant au moins 2 tomes de carbone caténaires et susceptible de contenir 1 à 4 hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si, R1 à R4, qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un groupe alkyle en C¿1?-C18, cycloalkyle en C5-C7 ou aryle en C6-C12.

Description

Procédé d'hydrogénation énantioselectif du groupe-carbonyl, utilisant des complexes de ruthénium avec biphosphine ligands
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a trait à un nouveau procédé d'hydrogénation catalytique de la double liaison C=O oxo ou cétonique qui est énantioselectif. Ce nouveau procédé fournit à partir d'une cétone un composé alcool secondaire énantiomériquement pur ou de haute pureté. Il met en oeuvre un composé complexe de ruthénium qui est neutre.
ART ANTERIEUR
On sait que l'hydrogénation de la fonction carbonyle C=O donne selon les mécanismes
Figure imgf000003_0001
une fonction alcool primaire dépourvue d'atome de carbone asymétrique quand la fonction carbonyle considérée est constituée d'un groupe formyle, d'une part, et une fonction alcool secondaire comportant un atome de carbone asymétrique quand la fonction carbonyle considérée est constituée d'un groupe oxo (i.e. cétonique), d'autre part. D'une manière générale, l'hydrogénation d'une double liaison C=O cétoniσue donne un composé à fonction alcool secondaire qui est constitué d'un mélange des enantiomeres, ce mélange est ensuite traité selon une méthode connue en soi, en général longue et fastidieuse, pour isoler l'enantiomère jugé intéressant, notamment par chromatographie chirale (en particulier par HPLC) ou cristallisation fractionnée.
Pour pallier aux inconvénients de ce type d'isolation, on sait que l'on a déjà proposé par le passé d'utiliser, en tant que catalyseurs d'hydrogénation énantioselectifs de la fonction carbonyle C=O cétonique, des composés complexes de ruthénium comprenant notamment des groupements acétate ou halogénure. Voir à cet effet les publications de POWEL et al., J. Chem. Soc, (1968), pages 159-161, R. NOYORI et al., J. Am. Chem. Soc, (1987), pages 5856-5858, M. KITAMURA et al., J. Am. Chem. Soc, (1988), 110, pages 629-631, et T. IKARIYA et al., J. Chem. Soc, Chem. Commun., (1985), page 922.
Dans le domaine de l'hydrogénation de composés organiques éthylèniquement insaturés présentant au moins une double liaison C=C aliphatique, on sait que l'on a déjà utilisé des catalyseurs à base de ruthénium appartenant à l'ensemble des composés complexes dits
"ioniques", d'une part, et dits "neutres", d'autre part.
On connaît notamment de la demande de brevet français No 90 165 414 déposée le 28 décembre 1992 (publication sous le numéro FR-A-2 671 079 le 3 juillet 1992) et, de la demande internationale correspondante PCT/FR 91/01077 déposée le 27 décembre 1991, pour l'hydrogénation catalytique de composés éthylèniquement insaturés, des catalyseurs qui sont des composés complexes de ruthénium "neutres" et dans lesquels (i) deux groupes phosphine tertiaire sont liés au même atome de Ru, les atomes de P desdits groupes phosphine tertiaire étant reliés entre eux par une chaine comportant au moins deux atomes caténaires, et (ii) deux restes allyle ou métallyle sont liés au même atome de Ru.
Les complexes de Ru selon ladite demande française et ladite demande internationale, qui sont des composés diallyliσues de (diphosphino)ruthénium, peuvent être reϋrésentés par la formule I suivante
Figure imgf000005_0001
dans laquelle
al représente un groupe allylique,
Q représente un pont hydrocarboné comportant au moins deux atomes de carbone caténaires et susceptible de contenir un à quatre hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si,
R1 à R4 qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un groupe alkyle en C1-C18, cycloalkyle en C5-C7 ou aryle en C6-C12.
Les groupes allyliques ai précités comprennent ici tous les groupes allyle. Les plus simples et les plus économiques étant plus précisément le groupe allyle proprement dit de formule CH2CH=CH2 et surtout le groupe raéthallyle de formule CH2C(CH3)=CH2 qui est désigné ciaυrès en abréσé "Met". BUTS DE L'INVENTION
Un des buts de l'invention est de disposer d'un nouveau procédé d'hydrogénation catalytique de la double liaison C=O cétonique sans affecter de façon substantielle le groupement carbonyle C=O inclus dans tout groupe acide carboxylique -C ( =O)-OH, carboxylate -C (=O ) -O- ou carboxamide -C(=O)-NH- éventuellement présent dans le composé cétone que l'on veut réduire en composé alcool.
Un autre but de l'invention est de disposer d'un nouveau procédé d'hydrogénation catalytique de la double liaison C=O cétonique permettant d'obtenir des composés du type alcool secondaire optiquement actifs avec des rendements supérieurs à 85 %, de préférence supérieurs à 90 % et mieux de l'ordre de 99-100 % par rapport aux composés cétoniques de départ, d'une part, et des e.e d'au moins 35 %, d'autre part.
Selon l'invention, on se propose également de préparer des composés du type alcool secondaire optiquement actifs en vue de les utiliser comme intermédiaires de synthèse dans la préparation de produits énantiomériquement purs qui sont utiles dans d'autres domaines, notamment en thérapeutique.
OBJET DE L'INVENTION
Les buts précités et d'autres avantages sont obtenus au moyen de la présente invention. Plus précisément, l'invention dans son aspect le plus large vise une nouvelle utilisation des complexes de Ru précités de formule I pour l'hydrogénation catalytique de la double liaison C=O cétonique, alors que ces dits complexes n'avaient été initialement préconisés que pour l'hydrogénation catalytique de la double liaison C=C de composés éthylèniquement insaturés selon la demande internationale PCT/FR 91/01077 sus-visée (cette dernière étant incorpo rée ici à titre de référence).
Selon l'invention, l'on préconise donc un nouveau procédé d'hydrogénation catalytique énantioselectif de la double liaison C=O cétonique en fonction alcool secondaire, ledit procédé, qui met en oeuvre l'utilisation d'un complexe neutre de ruthénium en tant que catalyseur et d'un composé à fonctionnalité C=O en tant que substrat à hydrogener, étant caractérisé en ce qu'il comprend l'hydrogénation de la fonctionnalité carbonyle cétonique du substrat dans un solvant approprié au moyen de H2 (de préférence, sous une pression de 105 Pa à 1,5 × 107 Pa, à une température de -20 à 150°C , en présence de 0,01 à 10 % molaires, par rapport audit substrat), d'un composé diallylique de (diphosphino)ruthénium répondant à la formule
Figure imgf000007_0001
dans laquelle
al représente un groupe allylique choisi de préférence parmi CH2CH=CH2 et CH2C(CH3)=CH2,
Q représente un pont hydrocarboné comportant au moins deux atomes de carbone caténaires et susceptible de contenir un à quatre hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si,
R1 à R4 qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné, éventuellement substitué, choisi parmi les groupes alkyle en C1-C18, cycloalkyle en C5-C7 et aryle en C6- C12. Ce procédé est particulièrement intéressant dans le cas de l'hydrogénation de substrats tels que (i) les dicétones et (ii) les composés comprenant au moins une fonction cétone et au moins une autre fonction, notamment les composés alpha- et béta-cétoesters.
Selon l'invention, l'on préconise également l'utilisation de ce procédé pour l'obtention de composés à fonction alcool secondaire particuliers, optiquement actifs et utiles comme intermédiaires dans la synthèse stéréospécifique d'autres produits notamment intéressants en thérapeutique tant humaine que vétérinaire.
ABREVIATIONS
Par commodité, les abréviations suivantes ont été utilisées dans la présente description,
al = allyle ou méthallyle
BDPP = 2,4-bis(diphénylphosphino)pentane
Figure imgf000008_0001
BINAP = 2 , 2 ' -bis ( diphénylphosphino ) -1 , 1 ' -binaphtyle
Figure imgf000008_0002
Boc = t-butyloxycaroonyle
bNp = bétanaphtyle (i.e. 2-naphtyle)
BNPE = bis(naphthyl phényl phosphino)éthane
Figure imgf000009_0001
BNPPMDS = bis(2-naphthyl phényl phosphino-méthano) diphénylsilane
Figure imgf000009_0002
BPPM = N-Boc-4-diphénylphosphino-2-(diméthyl- phosphinométhyl)-pyrrolidiné
Figure imgf000010_0002
Bu = n-butyle
BZ = benzyle
CHIRAPHOS = 2,3-bis(diphénylphosphino)butane
Figure imgf000010_0001
DIOP = 0,0-isopropylidène-2,3-dihydroxy-1,4-bis
(diphénylphosphino)butane
Figure imgf000011_0001
DIPAMP = 1,2-bis(phényl o-anisyl phosphino)éthane
Figure imgf000011_0002
qui est également dénommé (R,R)-1,2-bis(phényl ortho-anisylphosphino)éthane
Et = éthyle
HPLC = chromatographie liquide de haute performance i-Pr = isopropyle
Me = méthyle
MeO = méthoxy
Met = methallyle [i.e. CH2C(CH3)=CH2]
Ph = phényle
Pr = n-propyle
RT = température ambiante ( 15-20ºC)
s-Bu = sec-butyle t-Bu = tert.-butyie
THF = tétrahydrofuranne
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Comme indiqué ci-dessus, les groupes R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné, éventuellement substitué, choisi parmi les groupes alkyle en C1-C18, cycloalkyle en C5-C7 et aryle en C6-C12 . De façon avantageuse, les groupes R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représenteront chacun un groupe alkyle en C1-C8 (notamment méthyle, éthyle, isopropyle, propyle, s-butyle, i-butyle, t-butyle 2,2-diméthylpropyle ou 1,1, 3,3-tétraméthylbutyle), un groupe cycloalkyle en C3-C7 (notamment cyclopentyle ou mieux cyclohexyle) ou un groupe aryle en C6-C12 (notamment phenyle, tolyle, xylyle, halogénophényle, p-méthoxyphényle, p-éthoxyphényle, p-(t-butyloxy) phenyle ou naphtyle).
De préférence, R1 , R2, R3 et R4, identiques ou différents, représenteront chacun un groupe cyclohexyle, phenyle, phenyle substitué en position para par un groupe alkyle en C1-C4, phenyle substitué en position para par un groupe alkoxy en C1-C4, phenyle substitué en position para par un groupe F, Cl ou Br, ou 2-naphtyle.
La chaîne hydrocarbonée du pont Q est soit une chaîne hydrocarbonée insaturée, soit une chaîne hydrocarbonée saturée. En particulier, ledit pont Q pourra avoir l'une des structures suivantes
(a) -(CH2)n-, et
(b) -(CH2)m-A-(CH2)p- dans lesquelles
n, m et p, identiques ou différents, représentent chacun un nombre entier de 1 à 6,
A représente O, S, PR, SiR2 ou NR, où R est alkyle en C1-C4 , cycloalkyle en C5- C6, aryle en C6-C10, benzyle ou phénéthyle.
Quand le pont Q renfermera de 2 à 4 atomes caténaires, on pourra avoir notamment l'une des structures suivantes :
Figure imgf000013_0008
(S2) - CH2 - CH2 - CH2- CH2 -
Figure imgf000013_0007
Figure imgf000013_0006
Figure imgf000013_0005
Figure imgf000013_0004
Figure imgf000013_0003
Figure imgf000013_0002
ou
Figure imgf000013_0001
(S10) -CH(CH3)-CH(CH3)dans lesquels les traits en pointillé désignent chacun un substituant différent de H, voire encore une double liai- son C=C sur deux atomes de carbone vicinaux éventuellement inclus dans un cycle ; ainsi la structure (S9) ci-desssus du pont Q pourra être :
Figure imgf000014_0001
Eu égard à ces définitions, ledit pont Q pourra être notamment choisi parmi l'ensemble constitué par
(a1) -CH2-,
(a2) -CH=CH2-,
(b1) -CH2-O-CH2-,
(b2) -CH2-S-CH2-,
(b3) -CH2-P(Ph)-CH2-,
(b4) -CH2-Si(Me)2-CH2-,
(b5) -CH2-Si(Ph)2-CH2-,
(b6) -CH2-Si(Bz)2-CH2-,
(b7) -CH2-Si(Et)2-CH2- ou
(b8) -CH2CH2-P(Ph)-CH2CH2.
De façon avantageuse, le catalyseur selon l'invention aura pour formule
L*Ru(Z)2 (II) où
Z est Met, et
L* est un ligand chiral du type diphosphino où les deux atomes de phosphore sont reliés entre eux par un pont hydrocarboné comportant au moins deux atomes de carbone caténaires et susceptible de contenir 1 à 4 hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si.
Dans le cas de la formule II, le ligand chiral L* représente le système divalent R1R2P-Q-PR3R4 (de la formule I) dans lequel R1 à R4 sont avantageusement chacun un groupe aryle (de préférence Ph ou bNp) éventuellement substitué ou un groupe cyclohexyle, et Q est un pont hydrocarboné dont la chaîne caténaire peut être partiellement ou totalement incluse dans un cycle.
Parmi les ligands chiraux L* qui conviennent selon l'invention, on peut notamment citer les ligands BDPP, BINAP, BNPE, BNPPMDS , BPPM, CHIRAPHOS, DIOP et DIPAMP visés ci-dessus dans le chapitre "ABREVIATIONS", ainsi que les ligands analogues notamment ceux déjà décrits dans la littérature, en particulier les ligands BPPM, CyDIOP, CyPRONOP, Cy-cy CAPP, CyPOP AE, DEGUPHOS, DPCB, NORPHOS, PNNP, PROPHOS et SKEWPHOS qui sont dans leur majorité illustrés dans la demande internationale PCT/FR 91/01077 précitée.
Les complexes "neutres" de ruthénium de formule II que l'on préfère selon l'invention pour l'hydrogénation catalytique eniantoselective des composés à double liaison C=O cétonique, sont ceux dans lesquels le ligand chiral L* est DIOP ou BINAP.
Les composés chiraux de formules I et II, qui sont des complexes diallyliques de (diphosphino)ruthénium, peuvent être préparés selon une méthode connue en soi.
La méthode que l'on préconise pour leur préparation est celle décrite dans la demande internationale PCT/FR 91/01077 précitée.
Le procédé d'hydrogénation de l'invention comprend le traitement d'un substrat, ici un composé à fonctionnalité carbonyle cétonique, avec H2/ dans un solvant inerte approprié, en présence d'un composé diallylique de (diphosphino)ruthénium de formule I ou mieux de formule II en tant que catalyseur d'hydrogénation catalytique, dans les conditions préférentielles suivantes :
- température comprise entre -20 et +150°C,
- pression comprise entre 105 et 1,5×107 Pa, et
- rapport molaire catalyseur/substrat compris entre
0,01/100 et 10/100. On préfère plus particulièrement que la température de la réaction d'hydrogénation soit supérieure ou égale à 15°C. En pratique, l'hydrogénation catalytique selon l'invention sera réalisée à une température de 15 à 100°C sous une pression de H2 de l'ordre de 5×105 à 107 Pa.
De façon encore plus avantageuse, le procédé d'hydrogénation catalytique de la double liaison C=O cétonique de l'invention sera réalisé dans les conditions suivantes :
- température comprise entre 25-50°C,
- pression H2 comprise entre 5×106 et 107 Pa, et
- rapport molaire catalyseur/substrat compris 0,5/100 et 4/100.
La durée d'hydrogénation n'est pas critique. Elle sera en général notamment supérieure ou égale à lh. En fonction du substrat et du catalyseur, elle pourra par exemple être notamment comprise entre 10 et 70h.
Parmi les solvants appropriés qui conviennent, on peut notamment citer les alcools tels que MeOH, EtOH et PrOH anhydres, les hydrocarbures aromatiques tels que les benzène, toluène et xylène, les hydrocarbures aliphatiques tels que les pentane, hexane, heptane et similaires, les hydrocarbures halogènes tels que les CH2Cl2, ClCH2-CH2Cl, et Cl2CH-CHCl2, les éthers, notamment les éthers cycliques tels que le THF, et leurs mélanges. Les solvants préférés selon l'invention sont le toluène et CH2Cl2.
Lors de la mise en oeuvre de la réaction d'hydrogénation selon le procédé de l'invention, l'on recommande d'utiliser le substrat à une concentration, dans le solvant, de 0,2 à 1,5 mole/litre, et de préférence de 0,4 à 0,8 mole/litre.
Par ailleurs, l'on peut ajouter dans le milieu réactionnel une faible quantité d'aminé tertiaire, notam- ment Et3N pour améliorer le rendement dans des cas très particuliers, en particulier quand le solvant du milieu réactionnel est MeOH. Cependant un tel ajout n'est pas essentiel, il peut même constituer une gêne dans l'obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle, à partir du (2-chlorophényl)-oxoacétate de méthyle, ainsi que cela a été illustré ci-après. Néanmoins, dans les cas où cet ajout est effectué, l'on introduira ladite aminé tertiaire dans le milieu réactionnel selon une quantité correspondante à (i) un rapport pondéral aminé tertiaire/solvant de l'ordre de 1/100, ou (ii) un rapport molaire aminé tertiaire/substrat analogue ou identique au rapport molaire catalyseur/substrat.
MEILLEUR MODE
Le meilleur mode pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention consiste, en particulier pour l'obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle à partir du (2-chlorophényl)oxoacétate de méthyle, à soumettre à une hydrogénation le substrat cétonique devant être réduit, cette hydrogénation étant effectuée dans un solvant choisi parmi les CH2Cl2 et toluène, en présence d'un catalyseur de formule II où L* est DIOP ou BINAP, dans les conditions suivantes :
- température comprise entre 25-50°C,
- pression H2 comprise entre 5×106 et 107 Pa,
- rapport molaire catalyseur/substrat de l' ordre de
1/100, et
- concentration du substrat comprise entre 0,4 et 0,8 mole/litre.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture qui va suivre d'exemples d'hydrogénation et d'essais comparatifs. Bien entendu, l'ensemble de ces éléments n'est nullement limitatif mais est donné à titre d'illustration. En particulier, l'homme du métier par des essais simples peut déterminer, sans sortir du cadre de la présente invention, (i) le catalyseur chiral de formule I ou mieux de formule II (notamment par le choix du ligand L*), (ii) le solvant et (iii) les conditions opératoires, qui conviennent le plus favorablement à l'hydrogénation d'un substrat cétonique donné.
MODE OPERATOIRE
Réduction de la double liaison C=O cétonique au moven d'un complexe de ruthénium
Dans un tube réactionnel contenant 6×10-6 mole d'un catalyseur de formule I selon l'invention, on ajoute dans 2 ml de solvant, une quantité de 5,9×10-4 mole de substrat alpha- cétoester à l'aide d'un dispositif "PIPETMAN GIBSON". Le tube est ensuite placé sous argon dans un réacteur puis on purge trois fois avec H2 ledit réacteur. Le milieu réactionnel est maintenu sous vive agitation magnétique (pendant au moins 1 h, en particulier pendant 10 à 64 h selon les exemples donnés ci-après), à une température et une pression déterminées. A la fin de la réaction, le solvant est évaporé sous vide (trompe à eau). Un liquide foncé visqueux est obtenu.
C'est ce mode opératoire A qui a été utilisé dans les exemples qui suivent, avec le cas échéant des modifications en ce qui concerne la nature du substrat et/ou les quantités de catalyseur et de substrat.
EXEMPLE 1
Obtention de (R) -pantolactone
Figure imgf000018_0001
Le composé (R)-pantolactone de formule IV, qui répond à la nomenclature systématique de L-dihydro-3-hydroxy-4H-diméthyl-2(3H)-furanone ou L-3-hydroxy-4,4-diméthyl-tétrahydrofuran-2-one, est un enantiomère utile dans la synthèse de l'enantiomère acide L-(+)-pantothénique, ce dernier étant le seul isomère de l'acide pantothénique à avoir une activité vitaminique.
On procède à l'hydrogénation catalytique du composé de formule III (substrat carbonyle), qui a pour nomenclature systématique 4,4-diméthyl-tétrahydrofuran- 2,3-dione, en présence de DIPAMP Ru (Met)2 et de Et3N, dans les conditions suivantes :
- température : 50°C,
- pression H2 : 1, 13×107Pa (100 atm),
- rapport molaire : DIPAMP Ru (Met)2/substrat :
1/100,
- durée : 64 h,
- solvant : toluène,
- concentration du substrat : 0,5 mole/l,
- rapport molaire : Et3N/substrat : 1/100.
On obtient l'enantiomère de formule IV avec un rendement de 100 % (calculé à partir du substrat de départ) et un excès énantiomérique (e.e) de 14 % .
EXEMPLES 2-4 ET EXEMPLE COMPARATIF CP 1
Obtention de (R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate d' éthyle précurseur de la carnitine (vitamine BT, agent pharmacologique important, responsable du métabolisme humain et du transport des acides gras à travers les parois mitochondriales).
Cl-CH2-C(=O)-CH2-C(=O)-OEt (V)
Figure imgf000019_0001
L'hydrogénation catalytique du substrat V pour obtenir l'enantiomère VI a été réalisée dans les condi tions suivantes :
- catalyseur : BINAP Ru (Met)2, BINAP Ru (Br)2 ou
CHIRAPHOS Ru (Met)2,
- température : 80 ou 90°C,
- pression H2O : 107 Pa,
- rapport molaire catalyseur/substrat : 0,1/100 ou 1/100,
- durée : 10 h,
- solvant : MeOH,
- concentration du substrat : 0,5 mole/ml.
Les conditions opératoires, qui ont été suivies, sont consignées dans le tableau I ci-après, avec les rendements et e.e qui ont été mesurés.
Ces résultats mettent en évidence que le catalyseur BINAP Ru (Met)2 donne des rendements et e.e supérieurs à ceux de BINAP Ru (Br)2, et que le catalyseur
CHIRAPHOS Ru (Met)2 est ici peu énantioselectif.
EXEMPLES 5-6 ET EXEMPLES COMPARATIFS CP 2-CP 3
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On effectué la réaction suivante :
Figure imgf000020_0001
pour l'obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle à partir du (2-chlorophényl)oxoacétate de méthyle de formule VII dans les conditions suivantes :
- catalyseur : voir tableau II,
- température : 25°C,
- pression H2 : 5,065×106 Pa (50 atm),
- rapport molaire catalyseur/substrat : 1/100,
- durée : 24 h,
- solvant : MeOH,
- concentration du substrat : 0,5 mole/ml.
Les rendements et e.e, qui ont été obtenus, sont consignés dans le tableau II ci-après. EXEMPLES 7-8 ET EXEMPLE COMPARATIF CP 4
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On a obtenu l'enantiomère de formule VIII en procédant comme indiqué dans les exemples 5-6 ci-dessus en remplaçant le methanol par le toluène en tant que solvant.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau III ci-après.
EXEMPLES 9-10
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On a obtenu l'enantiomère de formule VIII en procédant comme indiqué dans les exemples 5-6 ci-dessus en remplaçant le methanol par un autre solvant (soit MeOH + 1 % Et3N, soit THF).
Les résultats obtenus figurent dans le tableau IV ci-après.
EXEMPLES 11-13 ET EXEMPLE COMPARATIF CP 5
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On a obtenu l'enantiomère de formule VIII en procédant comme indiqué dans les exemples 5-6 ci-dessus en remplaçant le methanol par le dichlorométhane en tant que solvant.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau V ci-après.
EXEMPLES 14-16 ET EXEMPLES COMPARATIFS CP 6-CP 7
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On procède comme indiqué dans les exemples 11-13 ci-dessus, avec la différence que la réaction est réalisée à 50°C au lieu de 25°C.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau VI ci-après.
EXEMPLES 17-21
Obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle
On procède comme indiqué dans les exemples 14-16 ci-dessus en faisant varier la nature du solvant et/ou le rapport molaire catalyseur/substrat.
Les résultats qui ont été obtenus sont consignés dans le tableau VII ci-après.
L'ensemble des résultats figurant dans les tableaux II-VII montre que les meilleurs catalyseurs pour l'obtention du (R)-2-chloromandélate de méthyle à partir du (2-chlorophényl)oxoacétate de méthyle ont été les catalyseurs chiraux BINAP Ru (Met)2 et DIOP Ru (Met)2.
Ces catalyseurs ont été avantageusement utilisés dans un rapport molaire catalyseur/substrat de 0,5/100 à 4/100. Les meilleurs solvants ont été les CH2Cl2 et toluène, sans ajout de Et3N.
EXEMPLE 22
Application à la préparation de dérivés du tétralol, fort utiles dans l'industrie pharmaceutique.
On hydrogène une tétralone suivant la réaction :
Figure imgf000022_0001
X pouvant être H, MeO, EtO, etc.
On a opéré dans CH2Cl2 à 80°C sous 107 Pa pendant 120 heures. Trois préparations, effectuées chacune avec 2 % de l'un des catalyseurs suivants, ont conduit à des rendements quantitatifs :
(a) catalyseur [DIOP]Ru(Met)2 - rendement 100 %
(b) catalyseur [BINAP]Ru(Met)2 - rendement 100 %
(c) catalyseur [CHIRAPHOS]Ru(Met)2 - rendement 100 % X étant ici MeO dans chacune des trois préparations.
EXEMPLE 23
Préparation d'un autre composé intermédiaire, d'intérêt pharmaceutique, d' α-chloro-hydroxyacétate d'éthyle à partir de la cétone correspondante, suivant la réaction:
Figure imgf000023_0001
Le composé de formule XII est obtenu selon cette réaction à partir d'un α-chloro-acétoacétate d'éthyle de formule XI par hydrogénation enantioselective en présence de 2 % de catalyseur, ici le [BINAP]Ru(Met)2, dans CH2Cl2 à 50°C pendant 60 heures sous 7 × 106 Pa ; le rendement est de 100 % et l'excès enantiomerique ee de 70 % pour la forme anti, et de 43 % pour la forme syn (rapport
syn/anti : 56/44).
Le procédé de l'exemple 23 est applicable à la préparation de composés α-chloro-hydroxyacétate d'alkyle (où le groupe alkyle, notamment en C1-C6 est différent de Et).
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0002
Figure imgf000026_0002
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0002

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'hydrogénation catalytique énantioselectif de la double liaison C=O cétonique en fonction alcool secondaire, ledit procédé, qui met en oeuvre l'utilisation d'un complexe neutre de ruthénium en tant que catalyseur et d'un composé à fonctionnalité C=O en tant que substrat à hydrogener, étant caractérisé en ce qu'il comprend l'hydrogénation de la fonctionnalité carbonyle cétonique du substrat au moyen de H2, en présence d'un composé diallylique ce (diphosphino)ruthénium répondant à la formule
Figure imgf000028_0001
dans laquelle
al représente un croupe allylique choisi de préférence parmi CH2CH=CH2 et CH2C(CH3)=CH2,
Q représente un pont hydrocarboné comportant au moins deux atomes de carbone caténaires et susceptible de contenir un à quatre hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si,
R1 à R4 qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un groupe hydrocarboné, éventuellement substitué, choisi parmi les groupes alkyle en Cι-CχB , cycloalkyle en C5-C7 et aryle en C6- C1 2.
2 . Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le groupe R1R2P-Q-PR3R4 est choisi parmi l'ensemble constitué par les ligands chiraux BDPP, BINAP, BNPE, BNPPMDS, BPPM, CHIRAPHOS, DIOP, DIPAMP BPPM, CyDIOP, CyPRONOP, Cy-cy CAPP, CyPOP AE, DEGUPHOS , DPCB, NORPHOS, PNNP, PROPHOS et SKEWPHOS.
3. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on utilise un solvant choisi parmi l'ensemble constitué par les MeOH, EtOH, PrOH, benzène, toluène, xylène, pentane, hexane, heptane, THF, CH2Cl2, ClCH2-CH2Cl, Cl2CH-CHCl2 et leurs mélanges.
4. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le catalyseur répond à la formule
L*Ru(Z)2 (II) où
Z est methallyle, et
L* est un ligand chiral du type diphosphino où les deux atomes de phosphore sont reliés entre eux par un pont hydrocarboné comportant au moins deux atomes de carbone caténaires et susceptible de contenir 1 à 4 hétéroatomes caténaires choisis parmi O, S, N et Si.
5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel L* est un ligand chiral BDPP, BINAP, BNPE, BNPPMDS, BPPM, CHIRAPHOS, DIOP ou DIPAMP.
6. Procédé suivant la revendication 1 ou 4, dans lequel l'hydrogénation est réalisée dans les conditions suivantes :
- température comprise entre -20 et +150ºC,
- pression H2 comprise entre 105 et 1,5×107 Pa, et
- rapport molaire catalyseur/substrat compris entre
0,01/100 et 10/100.
7. Procédé suivant la revendication 1 ou 4, dans lequel l'hydrogénation est réalisée dans les conditions suivantes : - température comprise entre 15-100°C,
- pression H2 comprise entre 5×105 et 107 Pa,
- rapport molaire catalyseur/substrat compris entre
0,5/100 et 4/100, et
- concentration du substrat comprise entre 0,4 et 0,8 mole/litre.
8. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel l'hydrogénation est effectuée dans un solvant choisi parmi les CH2Cl2 et toluène, en présence d'un catalyseur de formule II où L* est DIOP ou BINAP, dans les conditions suivantes :
- température comprise entre 25-50°C,
- pression H2 comprise entre 5×106 et 107 Pa,
- rapport molaire catalyseur/substrat de l'ordre de
1/100, et
- concentration du substrat comprise entre 0,4 et 0,8 mole/litre.
9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que substrat à double liaison C=O cétonique est choisi parmi l'ensemble des composés alpha- et béta-cétoesters.
10. Utilisation du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 , pour l'obtention d'un isomère énantiomériquement pur choisi parmi l'ensemble constitué par les
(R)-pantolactone,
(R)-4-chloro-3-hydroxybutanoate d'éthyle, et (R)-2-chloromandélate de méthyle.
11. Procédé suivant une des revendications 1 à 9, appliqué à la préparation d'un dérivé de tétralol.
12. Procédé suivant une des revendications 1 à 9, appliqué à la préparation d'un α-chloro-hydroxyacétate d'alkyle.
PCT/FR1993/000663 1992-07-02 1993-06-30 Procede d'hydrogenation enantioselectif du groupe carbonyl, utilisant des complexes de ruthenium avec biphosphine ligands Ceased WO1994001390A1 (fr)

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