Colloidal system based on Pd(Acac)2–chiral stabilizer-H2 in the enantioselective hydrogenation of N-acetyl-α-amidocinminamic acid

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It has been shown that the colloidal system Pd(Acac)2–mod–H2, where mod are chiral stabilizers of molecular (8S,9R)-cinhonidine, (-)-Сin, and ionic type (-)-Cin*HCl and (-)- Cin*2HCl, exhibits catalytic activity in the asymmetric hydrogenation of N-acetyl-α-amidocinnamic acid (AACA) at room temperature and a H2 pressure of 5 atm.

In the presence of protonated forms of cinchonidine, the esterification reaction of the product N-acetylphenylalanine (N-APha) was observed. The excess of the R-(-)-enantiomer of N-acetylphenylalanine reaches 78% on the Pd(Acac)2–(-)-Сin–H2 system at the ratio (-)-Сin/Pd = 1.5, while the protonated forms of the quinine alkaloid as modifiers of catalytic systems show less efficiency with respect to chiral induction.

Using XRD and HR-TEM, the formation of palladium nanoparticles with average size 5.3 ± 0.8 nm and 4.2 ± 0.5 nm, respectively, was established for the systems Pd(Acac)2–(-)-Cin–H2 and Pd(Acac)2–(-) -Сin *HCl–H2.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. O. Nindakova

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Author for correspondence.
Email: nindakova@istu.edu
Russian Federation, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074

V. O. Strakhov

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: nindakova@istu.edu
Russian Federation, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074

N. M. Badyrova

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: nindakova@istu.edu
Russian Federation, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074

References

  1. Jansat S., Picurelli D., Pelzer K., Philippot K., Gómez M., Muller G., Lecante P., Chaudret B. Synthesis, characterization and catalytic reactivity of ruthenium nanoparticles stabilized by chiral N-donor ligands// New J. Chem. 2006. V. 30. № 1. P. 115–122. https://doi.org/10.1039/B509378C
  2. Blaser H.U., Federsel H.-J. Asymmetric catalysis on industrial scale: Challenges, approaches and solutions. Weinheim: Wiley-VCH, 2011.
  3. Blaser H.U., Pugin B., Spindler F. Progress in enantioselective catalysis assessed from an industrial point of view // J. Mol. Catal. A: Chem. 2005. V. 231. № 1–2. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2004.11.025
  4. Tang W., Zhang X. New chiral phosphorus ligands for enantioselective hydrogenation // Chem. Rev. 2003. V. 103. № 8. P. 3029–3070. https://doi.org/10.1021/cr020049i
  5. Tao F. Metal Nanoparticles for Catalysis: Advances and Applications. RSC Catalysis Series // Royal Society of Chemistry Book. 2014. V. 17. P. 1–156. https://doi.org/10.1039/9781782621034
  6. Barbaro P., Santo V.D., Liguori F. Emerging strategies in sustainable fine-chemical synthesis: Asymmetric catalysis by metal nanoparticles // Dalton Trans. 2010. V. 39. № 36. P. 8391–8402. https://doi.org/10.1039/C002051F
  7. Yasukawa T., Suzuki A., Miyamura H., Nishino K., Kobayashi S. Chiral metal nanoparticle systems as heterogeneous catalysts beyond homogeneous metal complex catalysts for asymmetric addition of arylboronic acids to α,β-unsaturated carbonyl compounds // J. Am. Chem. Soc. 2015. V. 137. № 20. P. 6616–6623. https://doi.org/10.1021/jacs.5b02213
  8. Grabulosa A., Lavedan P., Pradel Ch., Muller G., Gómez M., Raluy E. P-stereogenic phosphines for the stabilisation of metal nanoparticles. A surface state study // Catalysts. 2016. V. 6. № 12. P. 213. https://doi.org/10.3390/catal6120213
  9. Smith G.V., Cheng J., Song R. Enantioselective hydrogenation of prochiral C=C bonds over nobel metal catalysts supported by β-cyclodextrin polymer. Catalysis of organic reactions. New York-Basel-Hong Kong: Marcel Dekker, 1996.
  10. Hall T.J., Johnston P., Vermeer W.A.H., Watson S.R., Wells P.B. Enantioselective hydrogenation catalysed by palladium // Stud. Surf. Sci. Catal. 1996. V. 101. P. 221–230. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(96)80232-1
  11. Li M., He W., Zhang S-Y. The use of cinchona alkaloid derivatives as chiral ligands and organocatalysts in asymmetric catalysis // Mini-Rev. Org. Chem. 2022. V. 19. № 2. P. 146–165. http://dx.doi.org/10.2174/1570193X18666210428133120
  12. Perez J.R.G., Malthete J., Jacques J. Hydrogenation asymetrique d’acides cinnamiques prochiraux en presence de Pd sur charbon et de bases chirales // Compt. Rend. 1985. V. 300. № 5. P. 169–172.
  13. Szӧllősi G., Niwa S.I., Hanaoka T.A., Mizukami F. Enantioselective hydrogenation of α,β-unsaturated carboxylic acids over cinchonidine-modified Pd catalysts: Effect of substrate structure on the adsorption mode // J. Mol. Cat. A. Chem. 2005. V. 230. № 1–2. P. 91–95. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2004.12.019
  14. Szӧllősi G., Szabó E., Bartók M. Enantioselective hydrogenation of N-acetyldehydroamino acids over supported palladium catalysts // Adv. Synth. Catal. 2007. V. 349. № 3. P. 405–410. https://doi.org/10.1002/adsc.200600304
  15. Borszeky K., Mallat T., Baiker A. Enantioselective hydrogenation of 2-methyl-2-pentenoic acid over cinchonidine-modified Pd/alumina // Catal. Lett. 1996. V. 41. P. 199–202. https://doi.org/10.1007/BF00811491
  16. Borszeky K., Mallat T., Baiker A. Enantioselective hydrogenation of α,β-unsaturated acid. Substrate-modifier interaction over cinchonidine modified Pd/Al2O3 // Tetrahedron: Asymmetry. 1997. V. 8. № 22. P. 3745–3753. https://doi.org/10.1016/S0957-4166(97)00526-0
  17. Borszeky K., Mallat T., Baiker A. Palladium-catalysed enantioselective hydrogenation of alkenoic acids. Role of isomerization // Catal. Lett. 1999. V. 59. P. 95–97. https://doi.org/10.1023/A:1019049311321
  18. Deng G.-J., Fan Q.-H., Chen X.-M., Liu D.-S., Chan A.S.C. A novel system consisting of easily recyclable dendritic Ru-BINAP catalyst for asymmetric hydrogenation // Chem. Commun. 2002. № 15. P. 1570–1571. https://doi.org/10.1039/B203117E
  19. Chan A.S.C., Pluth J.F., Halpern J. Identification of the enantioselective step in the asymmetric catalytic hydrogenation of a prochiral olefins // J. Amer. Chem. Soc. 1980. V. 102. № 18. P. 5952–5954. https://doi.org/10.1021/ja00538a064
  20. Broadley K.J. The vascular effects of trace amines and amphetamines // Pharmacology & Therapeutics. 2010. V. 125. № 3. P. 363–375. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2009.11.005
  21. Segawa M. Hereditary progressive dystonia with marked diurnal fluctuation // Brain Dev. 2000. № 22. P.65–80. https://doi.org/10.1016/s0387-7604(00)00148-0
  22. Ниндакова Л.О., Страхов В.О., Колесников С.С. Гидрирование кетонов на диспергированных хирально-модифицированных наночастицах палладия // Журнал общей химии. 2018. Т. 88. № 2. С. 219–227.
  23. Гордон А., Форд Р. Спутник Химика. Перевод с англ. Розенберг Е.Л., Коппель С.И. Москва: Мир, 1976. С. 437–465.
  24. Bonnemann H., Braun G., Brijoux W., Brinkmann R., Schulze T.A., Seevogel K., Siepen K. Nanoscale colloidal metals and alloys stabilized by solvents and surfactants. Preparation and use as catalyst precursors // J. Organomet. Chem. 1996. V. 520. № 1–2. P. 143–162. https://doi.org/10.1016/0022-328X(96)06273-0
  25. Hagen C. M., Widegren J.A., Maitlis P.M., Finke R.G. Is it homogeneous or heterogeneous catalysis? Compelling evidence for both types of catalysts derived from [rh(η5-c5me5)cl2]2 as a function of temperature and hydrogen pressure // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127. № 12. P. 4423–4432. https://doi.org/10.1021/ja044154g
  26. Poltorak O.M., Boronin V.S. A new method of studying active centres in crystalline catalysts // Russ. J. Phys. Chem. 1966. V. 40. P. 1436–1445.
  27. Van Hardeveld R., Hartog F. The statistics of surface atoms and surface sites on metal crystals // Surface Science. 1969. V. 15. № 2. P. 189–230. https://doi.org/10.1016/0039-6028(69)90148-4
  28. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General atomic and molecular electronic structure system // J. Comput. Chem. 1993. V. 14. № 11. P.1347–1363. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112
  29. Tungler A., Sipos E., Hada V. Heterogeneous catalytic asymmetric hydrogenation of the C=C bond // Current Organic Chemistry. 2006. V. 10. № 13. P. 1569–1583. https://doi.org/10.2174/138527206778249595
  30. Свирский К.С., Кунакова Р.В., Зайнуллин Р.А., Докичев В.А. Катализируемая PdCl2 этерификация карбоновых кислот и переэтерификация сложных эфиров // Башкирский химический журнал. 2010. Т. 17. № 2. С. 162–164.
  31. Cho C., Kim D., Choi H., Kim T., Shim S. Catalytic activity of tin(II) chloride in esterification of carboxylic acids with alcohols // Bull. Korean Chem. Soc. 2002. V. 23. № 4. P. 539–540. https://doi.org/10.1002/chin.200244079
  32. Mineno T., Kansuii H. High yielding methyl esterification catalyzed by indium (III) chloride // Chem. Pharm. Bull. 2006. V. 54. № 6. P. 918–919. https://doi.org/10.1248/cpb.54.918

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Designation of atoms in molecules of (8S,9R)-cinchinidine and its protonated forms.

Download (18KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. HRTEM micrographs of the Pd(Acаc)2–1–H2 catalytic system and the XRD spectrum of a sample isolated from it: a) micrograph on a scale of 20 nm, insert – diffraction pattern (SAED) from Pd nanoparticles, b) micrograph on a scale of 5 nm, c) histogram of the distribution of nanoparticles by size, d) XRD spectrum of the isolated sample, d) energy-dispersive spectrum (EDS) of palladium nanoparticles.

Download (102KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. HRTEM micrographs at a scale of 20 nm of TEM samples isolated from the catalytic systems Pd(Acac)2–2–H2 (a) and Pd(Acac)2–3–H2 (c); histograms of the distribution of nanoparticles by size (b, d).

Download (82KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Hydrogenation of isomers α-AACC1 (1) and α-AACC2 (2) on the catalytic system Pd(Acac)2–1–H2 with the formation of N-AFA (3) (a) T = 25°C; b) T = 60°C; pH2 = 5 bar, solvent – ​​mixture of toluene: methanol = 3: 17).

Download (26KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the hydrogenation rate of the isomers α-AACC2 (1), AACC1 (2) and ie (R)-(-)-N-AFA (3) on the catalytic systems Pd(Acac)2–nCin–H2 on the molar ratio 1/Pd.

Download (14KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Formation of N-AFA on the Pd(Acac)2–Cin–H2 system (CPd = 0.31 mM; Sub/Pd = 1000; Vр-ра = 20 ml, T = 60оС; pH2 = 5 atm, arrows indicate the time of introduction of a portion of the substrate).

Download (12KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Hydrogenation of geometric isomers of (Z)-N-AACC and (E)-N-AACC with the formation of N-AFA enantiomers.

Download (30KB)
Indexing metadata
9. Scheme 1. Synthesis of ionic stabilizers 2 and 3.

Download (14KB)
Indexing metadata
10. Scheme 2. Hydrogenation of N-acetyl-α-amidocinnamic acid.

Download (9KB)
Indexing metadata
11. Fig. in the table 1

Download (3KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».