При энантиоселективном восстановлении кетонов прохиральные кетоны превращаются в хиральные нерацемические спирты и широко используются для синтеза стереоданных спиртов. [1]
Вступление
Восстановление карбонила, чистое добавление H 2 через двойную связь углерод-кислород, представляет собой простой способ получения спиртов. Стехиометрические восстанавливающие агенты для выполнения этой задачи включают алюмогидрид лития , борогидрид натрия , алкоксиборгидриды, алкоксиалюминийгидриды и бораны. Первоначальные усилия по энантиоселективному восстановлению кетонов были сосредоточены на разработке хиральных, нерацемических восстанавливающих агентов. Хотя стехиометрические хиральные восстановители часто дают продукты с высокой энантиоселективностью, необходимость стехиометрического количества хирального материала является недостатком этих реагентов. [2]
Каталитическое асимметричное восстановление кетонов может быть достигнуто за счет использования каталитических количеств оксазаборолидинового катализатора в сочетании с бораном или катехолбораном в качестве стехиометрического восстанавливающего агента. [3] Оксазаборолидины по-прежнему широко используются для восстановления простых кетонов.
В последнее время усилия в области энантиоселективного восстановления были сосредоточены на разработке реакций, катализируемых переходными металлами, в которых используются дешевые восстановители, такие как газообразный водород (H 2 ), муравьиная кислота (HCO 2 H) или изопропанол ((CH 3 ) 2 CHOH). Последние два реагента используются для переноса гидрогенизации , что представляет собой формальный перенос молекулы H 2 от восстановителя к субстрату. [4] Асимметричная индукция в реакциях, катализируемых переходными металлами, достигается за счет использования хирального основного лиганда Льюиса в каталитических количествах. Для кетоновых субстратов, которые могут хелатировать металлический катализатор, энантиоселективность реакций, катализируемых переходными металлами, может быть выше (а побочные реакции менее распространены), чем соответствующие восстановления оксазаборолидина. [5]
(1)
Механизм и стереохимия
Снижение оксазаборолидина
Механизм восстановления оксазаборолидина подтвержден расчетами ab initio . [6] Координация борана с оксазаборолидиновым азотом приводит к образованию комплекса I , который затем координирует молекулу кетона с образованием комплекса II . В переходном состоянии для переноса гидрида ( II → III ) большой заместитель кетона ориентирован внутрь, чтобы избежать стерических взаимодействий с направленной наружу группой R оксазаборолидина, которая часто связана с атомом азота. После переноса гидрида комплекс III высвобождает продукт и координирует вторую молекулу борана.
(2)
Восстановление, катализируемое переходными металлами
Восстановление, катализируемое переходными металлами, может протекать по множеству механизмов, в зависимости от используемого восстановителя и металла. Независимо от точного механизма, именно пространственные свойства хирального лиганда, связанного с металлическим центром, определяют смысл и степень энантиоселективности. Была разработана надежная стереохимическая модель восстановления с использованием лигандов BINAP. [7] Когда BINAP хелатируется с переходным металлом, таким как рутений, фенильные группы, присоединенные к фосфору, находятся либо в псевдоаксиальном, либо в псевдоэкваториальном положениях. Псевдоэкваториальные фенильные группы выступают в область пространства с другой стороны лиганда BINAP и влияют на предпочтительную конформацию связывания хелатирующих кетонов (таких как α-аминокетоны или β-кетоэфиры). Кетон обычно занимает более открытые области пространства, что приводит к доставке гидрида к одной стороне кетона. Симметрия C2 координационного пространства гарантирует, что катализатору будет доступна только одна грань кетона, независимо от того, в какой открытой области кетон связывается.
(3)
Объем и ограничения
Стехиометрическое восстановление хирального гидрида
Литийалюминийгидрид (ЛАГ), модифицированный хиральными алкоксидными лигандами, может быть использован для синтеза хиральных спиртов с хорошим выходом и высокой энантиоселективностью. Хелатирующие лиганды, такие как BINOL [8] , используются, чтобы избежать диспропорционирования и снижения фона под действием LAH. Хиральные диамины и аминоспирты также использовались для модификации LAH для энантиоселективного восстановления.
(4)
Хирально модифицированные боргидриды также полезны для энантиоселективного восстановления кетонов. Экономичные лиганды, полученные из аминокислот, были использованы для модификации борогидридов, что позволило получить высокоселективные восстанавливающие агенты. [9]
(5)
Хиральные алкилборгидриды доступны через диастереоселективное гидроборирование хиральных алкенов. Бораны, полученные из пинена , были использованы в этом контексте для энантиоселективного восстановления. [10] Нейтральные алкоксибораны могут быть результатом такого восстановления.
(6)
Каталитическое восстановление кетонов
С бораном или катехолбораном в качестве стехиометрического восстанавливающего агента можно использовать хиральные оксазаборолидиновые катализаторы для энантиоселективного восстановления кетонов. Катехолборан может использоваться как альтернатива растворам аддуктов боран-основание Льюиса. [11]
(7)
Восстановление за счет чистой передачи водорода от одной органической молекулы к другой известно как гидрогенизация с переносом . Перенос гидрирования на кетоны приводит к образованию спиртов (восстановление Меервейна-Понндорфа-Верлея ), и в присутствии хирального катализатора переходного металла этот процесс может стать энантиоселективным. В присутствии хирального диамина рутений катализирует энантиоселективное переносное гидрирование арилкетонов изопропанолом. [12] Другие используемые металлы включают самарий (III), [13] иридий (I), [14] и родий (I). [15]
(8)
Соли муравьиной кислоты и формиата также могут использоваться в качестве восстановителей при гидрогенизации с переносом. Простые арилкетоны восстанавливаются энантиоселективно, когда используется хиральный аминоспиртовый лиганд. [4]
(9)
Катализаторы на основе переходных металлов также использовались с газообразным водородом в качестве стехиометрического восстановителя. Кетоны с хелатной группой подвергаются энантиоселективному восстановлению в присутствии хирального Ru (BINAP) катализатора. [16] Конфигурация нового стереоцентра предсказуема с использованием стереохимической модели, разработанной для гидрирования с использованием BINAP (см. Уравнение (3) выше).
(10)
Гидросилилирование можно использовать для восстановления кетонов после гидролиза силилового эфира. Соли родия (I) и родия (III) являются наиболее распространенными катализаторами гидросилилирования. Асимметричная индукция может быть обеспечена хиральными лигандами PYBOX. [17]
(11)
Ферментативные сокращения
Микроорганизмы восстанавливают определенные классы простых кетонов с чрезвычайно высокой энантиоселективностью. Пекарские дрожжи - наиболее распространенный организм, используемый для ферментативного восстановления кетонов [18] [19], хотя могут использоваться и другие микроорганизмы. Доступ к «неестественным» восстановленным энантиомерам в большинстве случаев затруднен.
(12)
Условия и порядок экспериментов.
Пример процедуры [20]
(13)
(S, S) -1,2-дифенилэтилендиамин (122) (7,5 мг, 0,035 ммоль) и 0,5 М раствор КОН в 2-пропаноле (140 мкл, 0,070 ммоль) добавляли к 2-пропанолу (10 мл) и смесь дегазировали циклами замораживания-оттаивания. К этому раствору добавляли RuCl 2 [( S ) -BINAP] (dmf) n (269) (33,1 мг, 0,035 ммоль), и полученную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 10 минут и использовали в качестве катализатора. Раствор 1-аценафтона (30,0 г, 176 ммоль) в 2-пропаноле (90 мл) подвергали циклам замораживания-оттаивания. Эти два раствора переносили в стеклянный автоклав, давление водорода повышали до 8 атм и раствор интенсивно перемешивали при 28 ° в течение 24 часов. После удаления водорода растворитель удаляли при пониженном давлении и остаток перегоняли с получением (R) -1- (1-нафтил) этанола (27,90 г, выход 92%, 95% ее), т.кип. 98-100 ° / 0,5 мм рт. Ст., [Α] 25 D + 75,8 ° (c 0,99, эфир) (лит. (270) [α] 25 D + 82,1 ° (c 1,0, эфир)). Чистота, определенная с помощью 1 H ЯМР, составляла> 99%. 1 H ЯМР (CDCl 3 / ТМС): δ 1,64 (д, J = 6 Гц, 3 H), 1,95 (шир. С, 1 H), 5,64 (кв, J = 6 Гц, 1 H), 7,43-8,10 (м , 7 H); 13 C ЯМР (CDCl 3 / ТМС): δ 25,50, 70,56, 123,9, 124,1, 126,5, 126,8, 128,2, 128,9, 132,6, 134,0, 134,4, 142,8. [21]
Рекомендации
- ^ Itsuno, С. Org. Реагировать. 1998 , 52 , 395. DOI : 10.1002 / 0471264180.or052.02
- ^ Ямамото, К .; Фукусима, H .; Nakazaki, M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984 , 1490.
- ^ Hirao, A .; Itsuno, S .; Nakahama, S .; Yamazaki, N. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1981 , 315.
- ^ a b Mao, J .; Ван, Б .; Wu, F .; Лу, S. Tetrahedron Lett. 2005 , 46 , 7341.
- ^ Джакомелли, G .; Lardicci, L .; Palla, F. J. Org. Chem. 1984 , 49 , 310.
- ^ Nevalainen, В. Тетраэдр: Асимметрия 1992 , 3 , 1441.
- ^ Имамото, Т. Chem. Commun. , 2009 , 7447.
- ^ Чан, ПК-М .; Чонг, JM J. Org. Chem. 1988 , 53 , 5586.
- ^ Soai, KJ Synth. Орг. Chem., Jpn. 1989 , 47 , 11.
- ^ Рамачандран, PV; Коричневый, HC; Сваминатан, С. Тетраэдр: асимметрия 1990 , 1 , 433.
- ^ Кори, EJ; Balzski, RK Tetrahedron Lett. 1990 , 31 , 611.
- ^ Hashiguchi, S .; Fujii, A .; Takehara, J .; Икария, Т .; Нойори, Р. Дж. Ам. Chem. Soc. 1995 , 117 , 7562.
- ^ Evans, DA; Нельсон С.Г.; Gagné, MR; Muci, AR J. Am. Chem. Soc. 1993 , 115 , 9800.
- ^ Зассинович, Г .; Bettella, R .; Mestroni, G .; Brestiani-Pahor, N .; Геремия, С .; Randaccio, L. J. Organomet. Chem. 1989 , 370 , 187.
- ^ Gladiali, S .; Pinna, L .; Delogu, G .; De Martin, S .; Засинович, Г .; Местрони, Г. Тетраэдр: асимметрия 1990 , 1 , 635.
- ^ Китамура, М .; Okuma, T .; Inoue, S .; Sayo, N .; Kumobayashi, H .; Akutagawa, S .; Охта, Т .; Takaya, H .; Нойори, Р. Дж. Ам. Chem. Soc. 1988 , 110 , 629.
- ^ Nishiyama, H .; Кондо, М. Накамура, Т .; Ито, К. Металлоорганика 1991 , 10 , 500.
- ^ Csuk, Рене .; Гленцер, Бриджит И. (1991-01-01). «Превращения в органической химии, опосредованные пекарскими дрожжами». Химические обзоры . 91 (1): 49–97. DOI : 10.1021 / cr00001a004 . ISSN 0009-2665 .
- ^ Иноуэ, Т .; Hosomi, K .; Араки, М .; Nishide, K .; Узел, М. , Tetrahedron: Асимметрия 1995 , 6 , 31 DOI : 10.1016 / 0957-4166 (94) 00344-В .
- ^ Окума, Т .; Ooka, H .; Hashiguchi, S .; Икария, Т .; Нойори, Р. Дж. Ам. Chem. Soc. 1995, 117 , 2675.
- ^ Ли, X .; Wu, X .; Chen, W .; Hancock, F .; King, F .; Сяо, J. Org. Lett. 2004 , 6 , 3321.