Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Хиральные кислоты Льюиса (CLA) представляют собой тип кислотных катализаторов Льюиса, которые влияют на хиральность субстрата при взаимодействии с ним. В таких реакциях синтез способствует образованию определенного энантиомера или диастереомера. Таким образом, метод представляет собой реакцию энантиоселективного асимметричного синтеза . Поскольку они влияют на хиральность, они производят оптически активные продукты из оптически неактивных или смешанных исходных материалов. Этот тип предпочтительного образования одного энантиомера или диастереомера по сравнению с другим формально известен как асимметричная индукция . В этой разновидности кислоты Льюиса. электроноакцепторный атом обычно представляет собой металл, такой как индий ,цинк , литий , алюминий , титан или бор . В хиральных -altering лиганды , используемые для синтеза этих кислот наиболее часто имеют несколько основных Льюиса сайты (часто диола или структуру диазота) , которые позволяют формирование кольцевой структуры с участием атома металла. [1] [2]

Ахиральные кислоты Льюиса использовались на протяжении десятилетий для стимулирования синтеза рацемических смесей в бесчисленных различных реакциях. С 1960-х годов химики использовали хиральные кислоты Льюиса для индукции энантиоселективных реакций. Это полезно, когда желаемый продукт представляет собой конкретный энантиомер, обычно используемый в синтезе лекарств. Общие типы реакций включают реакции Дильса-Альдера, реакцию ена, реакции [2 + 2] циклоприсоединения , гидроцианирование альдегидов и, в первую очередь, эпоксидирование Шарплесса. [3]

Теория [ править ]

Рисунок 2. Вверху: диаграмма свободной энергии Гиббса, изображающая одностадийную реакцию, в которой ахиральная кислота Льюиса катализирует образование рацемической смеси продуктов из рацемических исходных материалов. Внизу: диаграмма свободной энергии Гиббса, изображающая ту же реакцию, когда в качестве катализатора используется хиральная кислота Льюиса.

Энантиоселективность CLA проистекает из их способности нарушать барьер свободной энергии вдоль пути координаты реакции, который ведет к R - или S - энантиомеру. Диастереомеры и энантиомеры в основном состоянии имеют одинаковую энергию в основном состоянии, и при взаимодействии с ахиральной кислотой Льюиса их диастереомерные промежуточные соединения, переходные состояния и продукты также имеют одинаковую энергию. Это приводит к производству рацемических смесей продуктов. Однако, когда CLA используется в той же реакции, энергетический барьер образования одного диастереомера меньше, чем у другого - реакция находится под кинетическим контролем.. Если разница в энергетических барьерах между диастереомерными переходными состояниями достаточно велика, то должен наблюдаться высокий энантиомерный избыток одного изомера (Рисунок 2). [4]

Применение CLA в асимметричном синтезе [ править ]

Реакция Дильса-Альдера [ править ]

Реакции Дильса-Альдера происходят между сопряженным диеном и алкеном (широко известным как диенофил ). Этот процесс циклоприсоединения делает возможным стереоселективное образование циклогексеновых колец, способных иметь до четырех смежных стереогенных центров.

Реакции Дильса-Альдера могут приводить к образованию множества структурных изомеров и стереоизомеров. Теория молекулярных орбиталей считает, что эндо-переходное состояние предпочтительнее, чем экзо-переходное состояние ( правило эндо-сложения ). Кроме того, усиленные вторичные орбитальные взаимодействия были постулированы как источник усиленного эндо-диастереоселекции.

Добавление CLA избирательно активирует один компонент реакции (диен или диенофил), обеспечивая при этом стереотипную среду, которая обеспечивает уникальную энантиоселективность.

Кога с соавторами раскрыли первый практический пример каталитической энантиоселективной реакции Дильса-Альдера, стимулированной CLA - дихлоридом ментоксиалюминия - производным ментола и дихлорида этилалюминия. [5]

Десять лет спустя Элиас Джеймс Кори представил эффективный регулятор алюминия и диамина для реакции Дильса-Альдера. Образование активного катализатора достигается обработкой бис (сульфонамида) триметилалюминием; восстановление лиганда было по существу количественным. Предлагаемый четырехкоординатный алюминий предотвращает действие имида в качестве хелатирующего основания Льюиса, в то же время усиливая α-винильный протон диенофила и бензильный протон катализатора.

Рентгеноструктурный катализатора показал stereodefined среду. [6]

В 1993 году Вульф и его коллеги обнаружили комплекс, полученный из хлорида диэтилалюминия, и «сводчатый» биарильный лиганд, расположенный ниже, катализирует энантиоселективную реакцию Дильса-Альдера между циклопентадиеном и метакролеином. Хиральный лиганд количественно выделяют с помощью хроматографии на силикагеле . [7]

Хисаши Ямамото и его коллеги разработали практический катализатор Дильса-Альдера для альдегидных диенофилов. Хиральный (ацилокси) борановый (CAB) комплекс эффективен в катализе ряда альдегидных реакций Дильса-Альдера. Эксперименты по ЯМР-спектроскопии показали близость альдегида и арильного кольца. Кроме того, наложение Pi между арильной группой и альдегидом было предложено как организационная особенность, которая придает высокую энантиоселективность циклоприсоединения. [8]

Ямамото и его сотрудники представили концептуально интересную серию катализаторов, которые включают кислый протон в активный катализатор. Этот вид так называемой хиральной кислоты Льюиса с кислотой Бренстеда (BLA) катализирует ряд реакций диен-альдегидного циклоприсоединения. [9]

Альдольная реакция [ править ]

В альдольной реакции диастереоселективность продукта часто определяется геометрией енолята согласно модели Циммермана-Тракслера. Модель предсказывает, что енолят Z будут давать син- продукты, а еноляты E будут давать анти- продукты. Хиральные кислоты Льюиса позволяют получать продукты, которые противоречат модели Циммермана-Тракслера, и позволяют контролировать абсолютную стереохимию . Кобаяши и Хорибе продемонстрировали это при синтезе производных дигидрокситиоэфира с использованием хиральной кислоты Льюиса на основе олова . [10]

Переходные структуры для реакций с энантиомерами катализатора R и S показаны ниже.

Реакция Бейлиса-Хиллмана [ править ]

Реакция Бейлиса-Хиллмана представляет собой путь образования связи CC между альфа-, бета-ненасыщенным карбонилом и альдегидом , для чего требуется нуклеофильный катализатор, обычно третичный амин , для присоединения и отщепления по типу Михаэля. Стереоселективность этих реакций обычно невысока. Chen et al. продемонстрировали энантиоселективную реакцию, катализируемую хиральной кислотой Льюиса. Лантан был использован в данном случае. Аналогичным образом для достижения стереоселективности можно использовать хиральный амин. [11]

Продукт, полученный реакцией с использованием хирального катализатора, получали с хорошим выходом и превосходной энантиоселективностью.

Эне реакция [ править ]

Хиральные кислоты Льюиса также оказались полезными в еновой реакции . При катализе ахиральной кислотой Льюиса реакция обычно обеспечивает хорошую диастереоселективность. [12]

При использовании катализатора на основе хиральной кислоты Льюиса наблюдалась хорошая энантиоселективность.

Считается, что энантиоселективность обусловлена стерическими взаимодействиями между метильной и фенильной группами, что делает переходную структуру изопродукта значительно более благоприятной.

Примеры ахиральных кислот Льюиса в стереоселективном синтезе [ править ]

Катализируемое никелем сочетание 1,3-диенов с альдегидами. В некоторых случаях ахиральная кислота Льюиса может обеспечивать хорошую стереоселективность. Kimura et al. продемонстрировали регио- и диастереоселективное связывание 1,3- диенов с альдегидами . [13]

Полезность хиральных кислот Льюиса [ править ]

Асимметричный синтез и производство энантиомерно чистых веществ с использованием CLA представляет особый интерес для химиков-органиков и фармацевтических корпораций. Поскольку многие фармацевтические препараты нацелены на ферменты, специфичные для конкретного энантиомера, соединения, предназначенные для введения пациенту, должны иметь высокую оптическую чистоту. Кроме того, выделение определенного энантиомера из рацемической смеси является дорогостоящим и расточительным.

Примечания [ править ]

  1. ^ Реагенты кислоты Льюиса. Практический подход . Ямамото, Х., Oxford University Press. 1999 (по состоянию на 3 декабря 2008 г.)
  2. ^ Бен Ю., Пикуль, С., Imwinkelried, Р., Кори, Е.Ю. 1989 , JACS , (14) 5493-5495
  3. ^ Нарасака, К. Синтез. 1991 (01) 1-11
  4. ^ Моррисон, JD, Мошер, HS (1971). Асимметричные органические реакции . ISBN компании Prentice-Hall, Inc. 978-0-13-049551-8.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Хасимото С.И., Komeshima Н, Кога К, 1 979 , J Chem Soc Chem Commun , 437
  6. ^ Coery, EJ; Саршар, S; Борднер, Дж., 1992 , J Am Chem Soc , 114, 7938.
  7. ^ Бао, Дж; Wulff, WD; Рейнгольд, AL, 1993 , J Am Chem Soc , 115, 3814
  8. ^ Исихара, К; Гао, Q; Ямамото, H, 1993 , J Am Chem Soc , 115, 10412
  9. ^ Исихара, К; Ямамото, H, 1994 , J Am Chem Soc , 116, 1561
  10. ^ * Кобаяши, С .; Хорибе, М., 1997 , Chem. Евро. J. , 3, 9, 1472–1481
  11. ^ Ян, К .; Lee, W .; Pan, J .; Чен К., 2003 г. , J. Org. Chem. , 68, 915-919
  12. ^ Ян, Д .; Ян, М .; Чжу, Н., 2003 Org. Lett. , 5, 20, 3749-3752
  13. ^ * Кимура, М .; Ezoe, A ,; Мори, М .; Iwata, K .; Тамару., Ю., 2006 , JACS , 128, 8559-8568

Ссылки [ править ]

  • Реагенты кислоты Льюиса. Практический подход . Ямамото, Х., Oxford University Press., 1999.
  • Бин, Ю., Пикул, С., Имвинкельрид, Р., Кори , Э.Дж. 1989 , JACS , (14) 5493-5495
  • Нарасака, К. 1991 , Синтез , (01) 1-11
  • Асимметричные органические реакции . Моррисон, Джей Ди, Мошер, HS Prentice-Hall, Inc., 1971