Способ получения рутениевого катализатора метатезисной полимеризации Российский патент 2025 года по МПК C08F4/80 C07F15/00 B01J37/00 B01J23/46 B01J31/18 

Изобретатели катализатора Граббса II поколения Граббс Р. и Шолль М. в международной заявке WO 00/71554 описали способ синтеза. В своем изобретении авторы получали катализатор Граббса II поколения из тетрафторбората 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил) имидазолидиния. Для получения катализатора Граббса II поколения в колбу Шленка помещают тетрафторборат 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил) имидазолидиния и тетрагидрофуран в атмосфере азота. В полученную суспензию медленно добавляют трет-бутоксид калия при комнатной температуре. Соль тетрафторбората растворяется с образованием желтого раствора. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение часа, после чего переносят реакционный раствор в другую, сухую колбу Шленка под аргоном. Растворитель выпаривают в глубоком вакууме, затем добавляют сухой бензол и (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида. Реакционную смесь нагревают при 80 °С в течение 90 минут. После завершения реакции растворитель упаривают в вакууме, а остаток промывают сухим метанолом до получения розовато-коричневого микрокристаллического твердого осадка. Выход составляет 56 %. Недостатком способа является низкий выход катализатора.

Большинство методик (RU 2462308, RU 2574718, RU 2393171, RU 2375379) получения катализатора Граббса II поколения как целевого или промежуточного соединения для синтеза катализаторов Граббса III поколения или Ховейда-Граббса основано на взаимодействии (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида с 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорметилимидазолидином, H₂IMesHCCl₃.

Известен способ получения катализатора Граббса II поколения (CN 101775043) из хлорида (H₂IMes(H)(Cl)) или тетрафторбората (H₂IMes(H)(BF₄)) 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил) имидазолидиния с KN(Si(CH₃)₃)₂, с последующим взаимодействием получающегося 1,3-бис(2,4,6-триметилфенил)имидазолидина с (η⁶-цимен) (циклооктадиен)рутением, PhCHCl₂ и PCy₃ (Cy = циклогексил).

В статье (J.J. Van Veldhuizen «A readily available chiral ag-based n-heterocyclic carbene complex for use in efficient and highly enantioselective Ru-catalyzed olefin metathesis and Cu-catalyzed allylic alkylation reactions» // J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 6877-6882) описан синтез комплекса серебра-диастереомера, в котором хелатообразующий фенольный фрагмент направлен в сторону от проксимального фенильного звена хирального диаминового комплекса. Комплекс получают взаимодействием соли имидазолия с оксидом серебра с обратным холодильником в течение 3 часов в смеси тетрагидрофурана и бензола в соотношении 1:1. Выход комплекса серебра составляет 98 %. Далее полученный комплекс серебра взаимодействует с Ru-комплексом в среде тетрагидрофурана при 70 °С в течение 1 часа с образованием хирального хлорида рутения с выходом 42 %. Полученный комплекс обладает каталитическими свойствами в реакциях метатезиса. Недостатком описанного способа является низкий выход рутениевого комплекса, многостадийность процесса.

В статье (Guopin Xu «Development of Building Blocks for the Synthesis of N-Heterocyclic Carbene Ligands» // Org. Lett., Vol. 7, No. 21, 2005) описан синтез комплекса рутения в две стадии. На первой стадии 1-[2-[метил 2(R)-[(трет-бутоксикарбонил) амино]-1-пропионат-3-ил]-4,6-диметилфенил)]-4,5-дигидроимидазолиния хлорид и оксид серебра помещают в колбу Шленка, наполняют азотом, добавляют сухой дихлорметан, смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 4 часов, фильтруют, растворитель удаляют в вакууме при комнатной температуре с образованием желтых кристаллов, которые промывают пентаном и сушат в вакууме, выход составляет 93 %. На второй стадии получившийся бис[1-[2-[метил 2 (R)-[(трет-бутоксикарбонил)]амино]-1-пропионат-3-ил]-4,6-диметилфенил)]-3-(2,4,6 (триметилфенил)имидазолин-2-илиден] дихлораргентат серебра и (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида помещают в колбу Шленка, заполняют азотом и добавляют толуол. Смесь перемешивают при температуре 65-70 °С в течение 1,5 часов и охлаждают до комнатной температуры (22 °С). Толуол удаляют в вакууме с получением осадка, который промывают сухим гексаном. При концентрировании растворa гексана получают твердое вещество темно-коричневого цвета, которое пропускают через колонку с силикагелем, используя в качестве элюента диэтиловый эфир и гексан в соотношении 1:1. Выход продукта составляет 67 %. Недостатком способа является многостадийность процесса, низкий выход целевого продукта (рутениевого комплекса), высокое содержание рутений-содержащих отходов.

Наиболее близким по технической сущности (с технической точки зрения) к настоящему изобретению является способ получения рутениевого катализатора (комплекс рутения, полученный из фторфосфина), описанный в статье (T. Ritter Rate Acceleration in Olefin Metathesis through a Fluorine-Ruthenium Interaction // J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 11768-11769). Согласно описанному способу, к тетрафторгидроимидазолийхлориду, оксиду серебра и цеолиту типа 4А в перчаточном боксе в темноте (без доступа света) при 25 °С добавляют дихлорметан, полученную суспензию черного цвета интенсивно перемешивают в течение часа. Полученную суспензию серого цвета отфильтровывают через слой целита. Фильтрат охлаждают до минус 30 °С в колбу из темного стекла флаконе и отфильтровывают образовавшиеся бесцветные кристаллы. Помещают кристаллы в колбу из темного стекла и добавляют рутениевый комплекс (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида в толуоле, полученную суспензию активно перемешивают при 20 °С в темноте в течение 11 часов. Полученную суспензию выливают в колонку, заполненную силикагелем, комплекс рутения очищают с помощью хроматографического элюирования смесью пентана и диэтилового эфира в соотношении 4:1, 1:1 и 1:4. Темно-красный раствор концентрируют в вакууме до получения красного порошка (выход 60 %). Недостатком способа является низкий выход продукта.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка эффективного (продуктивного) и экономически выгодного (рентабельного) способа получения рутений-содержащего катализатора метатезиса (катализатор Граббса II поколения).

Техническим результатом настоящего изобретения является получение катализатора метатезиса с высоким выходом (более 90 %) и чистотой продукта (более 95 %), а также низкое содержание рутений-содержащих отходов.

Технический результат достигается тем, что катализатор метатезиса (катализатор Граббса II поколения) получают из (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида, N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина (H2IMes⋅HCCl3) и свежеосажденного оксида серебра в инертной атмосфере в среде органического растворителя при постоянном перемешивании и температуре 75 °С в течение 3-5 часов. Оксид серебра вводят в реакционную массу однократно или дробно. Синтез катализатора метатезиса представлен на схеме:

Не ограничивая себя определенной теорией, авторы предполагают следующее: при проведении процесса получения катализатора Граббса II поколения в присутствии свежеосажденного оксида серебра происходит образование комплексов серебра in situ, которые блокируют побочный процесс дезактивации карбенового комплекса рутения, ведущий к образованию неактивных в синтезе катализатора метатезиса азолиевых солей, свойственный для классических способов получения катализаторов метатезиса. Тем самым снижается расход хлороформного аддукта (H₂IMes⋅HCCl₃), увеличивается выход целевого соединения (катализатора Граббса II поколения) при взаимодействии (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида с хлороформным аддуктом (H₂IMes⋅HCCl₃), и снижается количество рутениевых отходов.

Ниже приведён ряд параметров, оказывающие влияние на протекание процесса предлагаемого способа.

Мольное соотношение N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина (H₂IMes⋅HCCl₃) к исходному (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида менее 1 нецелесообразно, так как не приводит к полной конверсии исходного рутениевого комплекса а также осложняет дальнейшее выделение инденилиденового комплекса II поколения (катализатор Граббса II поколения).

Мольное соотношение H₂IMes⋅HCCl₃/GI(Ind) более 1,3 нежелательно, так как увеличивает расход дорогостоящего реагента не влияет на выход целевого соединения - катализатор Граббса II поколения.

Температура реакции менее 60 °С приводит к удлинению процесса и снижает конверсию исходного (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида.

Температура реакции более 75 °С нежелательна, так как увеличивается количество побочных продуктов.

Время реакции менее 3 часов недостаточно для полной конверсии исходного (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида, с другой стороны, время реакции более 5 часов нецелесообразно, поскольку увеличивает вероятность побочных процессов, в частности образования биметаллических комплексов рутения и серебра.

Ниже приведены примеры, не ограничивающие, а лишь иллюстрирующие возможность осуществления изобретения.

Пример 1.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и дистилляционной насадкой, помещают навеску 20,31 г (0,0220 моль) (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида, 10 г (0,0235 моль) N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина (H₂IMes⋅HCCl₃) и 0,765 г (0,0033 моль) свежеосажденного оксида серебра Ag₂O, меняют атмосферу на инертную и добавляют 140-150 мл абсолютированного толуола, включают перемешивание и нагревают смесь до температуры 60 °С. Выдерживают реакционную массу в течение 5 часов при заданных условиях, в течение которых из реакционной массы постепенно отгоняется хлороформ. По завершении процесса реакционную массу охлаждают до температуры менее 40 °С, после чего отфильтровывают, осадок на фильтре промывают толуолом до прозрачного раствора. Полученный остаток распульповывают в 100-120 мл охлажденного до 0÷(-10) °С метанола, осадок отфильтровывают и промывают сначала метанолом, а потом гексаном в количестве 30-50 мл. Сушат на воздухе или под вакуумом при комнатной температуре. Выход целевого продукта – 17,5 г (90,3 %), чистота продукта – 95,5 %.

Анализ чистоты катализатора Граббса II поколения настоящего изобретения определяется с помощью спектроскопии ЯМР ¹H, ЯМР ³¹P.

Спектры ЯМР записываются на спектрометре Avance 600 NMR (Bruker) при температуре 25 °C. Перед анализом соединения растворяются в дейтерированном растворителе (CDCl₃). Для количественного определения чистоты используется метод интегрирования пиков.

Спектры ЯМР ¹H записываются на чистоте 600 МГц с использованием тетраметилсилана в качестве внутреннего стандарта;

Спектры ЯМР ³¹P записываются на чистоте 250 МГц с полным подавлением протонов. Химические сдвиги резонансов ядер фосфора определяются относительно фосфорной кислоты в качестве внешнего стандарта (H₃PO₄: δ=0.0 м.д.).

Спектр ЯМР ¹H: 1.01-1.64 (30Н; PCy₃); 2.20 (kv, 3H; PCy₃); 2.72-2.73 (s, 6H; CH₃-Mes); 2.37 (s, 3H; CH₃-Mes); 2.26 (s, 3H; CH₃-Mes); 2.11 (s, 3H; CH₃-Mes); 1.88 (s, 3H; CH₃-Mes); 3.80 (kv, 1H im-SIMes); 3.88 (kv, 1H im-SIMes); 4.02 (tr, 2H im-SIMes); 6.03 (s, 1H; Ar-Mes); 6.46 (s, 1H; Ar-Mes); 7.06 (d, 1H Ind); 7.07 (s, 2H; Ar-Mes);; .7,18 (dd, 1H Ind); 7.22 (dd, 1H Ind); 7.33 (s, 1H Ind); 8.65 (d, 1H Ind); 7.41 (tr, 2H_meta Ph-Ind); 7.51 (tr,1H_para Ph-Ind); 7.73 (d, 2H_ortho Ph-Ind).

Пример 2.

Осуществляют аналогично Примеру 1, но реакционную смесь нагревают до 75 °С и выдерживают в течение 3 часов. Выход целевого продукта – 90,6 %, чистота продукта – 95,8 %.

Пример 3.

Осуществляют аналогично Примеру 1, но количество хлороформного аддукта (H₂IMes⋅HCCl₃) составляет 12,18г (0,0286 моль) Выход целевого продукта – 91,0 %, чистота продукта – 95,3 %.

Пример 4.

Осуществляют аналогично Примеру 1, но количество свежеосажденного оксида серебра составляет 0,255 г (0,0011 моль). Выход целевого продукта – 91,3 %, чистота продукта – 96,3 %.

Пример 5.

Осуществляют аналогично Примеру 1, но N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина водят дробной загрузкой тремя равными партиями, который добавляют в виде раствора с помощью сосуда Шленка, а оксид серебра в виде суспензии в толуоле вводят на протяжении всего процесса со скоростью 5 мл/ч с помощью перистальтического насоса. Выход целевого продукта – 92,1 %, чистота продукта – 95,6 %.

Изобретение относится к области гомогенного катализа и касается способа получения рутениевого катализатора метатезисной полимеризации. Катализатор используется для полимеризации дициклопентадиена, циклооктадиена, норборнена и его функциональных производных. Описан способ получения рутениевого катализатора метатезисной полимеризации из (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида, N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина (H₂IMes⋅HCCl₃) и свежеосажденного оксида серебра в инертной атмосфере в среде органического растворителя при постоянном перемешивании и температуре от 60 до 75 °С в течение 3-5 ч при мольном соотношении между N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидином и (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлоридом от 1 до 1,3. Технический результат – получение высокоэффективного катализатора метатезиса с высоким выходом и чистотой продукта, а также низкое содержание рутений-содержащих отходов. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

1. Способ получения рутений-содержащего катализатора метатезиса из (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида, N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидина в среде толуола при температуре от 60 до 75 °С в течение от 3 до 5 ч, отличающийся тем, что мольное соотношение между N,N-бис(2,4,6-триметилфенил)-2-трихлорометилимидазолидином и (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлоридом варьируется от 1 до 1,3, а также в реакционную массу добавляют свежеосажденный оксид серебра.

2. Способ получения рутений-содержащего катализатора метатезиса по п. 1, отличающийся тем, что количество свежеосажденного оксида серебра варьируется от 5 до 15 % мол. от количества (3-фенил-1H-инденилиден)-бис-(трициклогексилфосфин) рутений дихлорида.

3. Способ получения рутений-содержащего катализатора метатезиса по п. 1, отличающийся тем, что оксид серебра вводят в реакционную массу однократно или дробно.