Jump to content

Восстановительное аминирование

Восстановительное аминирование
Тип реакции Реакция сцепления
Идентификаторы
RSC Идентификатор онтологии RXNO: 0000335

Восстановительное аминирование (также известное как восстановительное алкилирование ) — это форма аминирования , которая включает превращение карбонильной группы в амин через промежуточный имин . Карбонильная группа чаще всего представляет собой кетон или альдегид . Это распространенный метод получения аминов, который широко используется в зеленой химии , поскольку его можно получить каталитически в одном котле в мягких условиях. В биохимии ферменты дегидрогеназы используют восстановительное аминирование для производства аминокислоты глутамата. Кроме того, продолжаются исследования альтернативных механизмов синтеза с использованием различных металлических катализаторов, которые позволяют проводить реакцию с меньшими затратами энергии и требуют более мягких условий реакции. Исследование биокатализаторов, таких как иминредуктазы , позволило повысить селективность восстановления хиральных аминов, что является важным фактором в фармацевтическом синтезе. [1]

Процесс реакции

[ редактировать ]

Восстановительное аминирование происходит между карбонилом, таким как альдегид или кетон, и амином в присутствии восстановителя . [2] Условия реакции нейтральные или слабокислые. [2]

Промежуточные продукты реакции восстановительного аминирования.

Амин сначала реагирует с карбонильной группой с образованием полуаминной теряет одну молекулу воды разновидности, которая впоследствии обратимо за счет алкилимино-де-оксо-бизамещения с образованием иминного промежуточного соединения. [3] Равновесие между альдегидом/кетоном и имином смещается в сторону образования имина в результате дегидратации. [2] Этот промежуточный имин затем можно выделить и восстановить подходящим восстановителем (например, боргидридом натрия ) с получением конечного аминного продукта. [2] Внутримолекулярное восстановительное аминирование также может происходить с образованием циклического аминного продукта, если амин и карбонил находятся в одной и той же молекуле исходного материала. [4]

Существует два способа проведения реакции восстановительного аминирования: прямой и непрямой. [2]

Прямое восстановительное аминирование

[ редактировать ]

При прямой реакции исходные карбонильные и аминные соединения и восстановитель объединяются, и восстановление проводится последовательно. [2] Часто это реакции в одном котле, поскольку промежуточный имин не выделяется до окончательного восстановления до продукта. [2] Вместо этого по мере протекания реакции имин становится более предпочтительным для восстановления, чем исходный карбонильный материал. [2] Двумя наиболее распространенными методами прямого восстановительного аминирования являются гидрирование с использованием каталитических платиновых, палладиевых или никелевых катализаторов и использование гидридных восстановителей, таких как цианоборгидрид (NaBH 3 CN). [2]

Непрямое восстановительное аминирование

[ редактировать ]

Непрямое восстановительное аминирование, также называемое ступенчатым восстановлением, изолирует промежуточный имин. [2] На отдельной стадии выделенный промежуточный имин восстанавливают с образованием аминного продукта. [2]

Проектирование реакции восстановительного аминирования

[ редактировать ]

При разработке реакции восстановительного аминирования необходимо учитывать множество факторов. [5]

  1. Могут возникнуть проблемы с хемоселективностью , поскольку карбонильная группа также восстанавливаема.
  2. Реакция между карбонилом и амином находится в равновесии с предпочтением карбонильной стороны, если из системы не удалена вода.
  3. В реакции могут появиться восстанавливаемые интермедиаты, что может повлиять на хемоселективность.
  4. Аминовый субстрат, иминный промежуточный продукт или аминовый продукт могут дезактивировать катализатор.
  5. Ациклические имины имеют E/Z-изомеры. Это затрудняет создание энантиочистых хиральных соединений путем стереоселективного восстановления.

Для решения последней проблемы можно использовать реакции асимметрического восстановительного аминирования для синтеза энантиочистого продукта хиральных аминов. [5] При асимметричном восстановительном аминировании используется карбонил, который можно превратить из ахирального в хиральный. [6] Карбонил подвергается конденсации с амином в присутствии H 2 и хирального катализатора с образованием промежуточного имина, который затем восстанавливается с образованием амина. [6] Однако этот метод по-прежнему ограничивает возможности синтеза первичных аминов, которые неселективны и склонны к сверхалкилированию. [6]

Распространенные восстановители

[ редактировать ]

Боргидрид натрия

[ редактировать ]

NaBH 4 восстанавливает как имины, так и карбонильные группы. [3] Однако он не очень селективен и может восстанавливать другие восстанавливаемые функциональные группы, присутствующие в реакции. [3] Чтобы этого не произошло, не следует использовать реагенты со слабыми электрофильными карбонильными группами, плохими нуклеофильными аминами и стерически затрудненными реакционными центрами, поскольку эти свойства не способствуют восстановлению карбонила с образованием имина и увеличивают вероятность того, что другие функциональные Вместо этого группы будут сокращены. [3]

Цианоборгидрид натрия

[ редактировать ]

Цианоборгидрид натрия растворим в гидроксильных растворителях, стабилен в кислых растворах и обладает различной селективностью в зависимости от pH. [2] При низких значениях pH эффективно восстанавливает альдегиды и кетоны. [7] По мере увеличения pH скорость восстановления замедляется, и вместо этого предпочтительным для восстановления становится промежуточный имин. [7] По этой причине NaBH 3 CN является идеальным восстановителем для однореакторных реакций прямого восстановительного аминирования, в которых не выделяется промежуточный имин. [2]

При использовании в качестве восстановителя NaBH 3 CN во время обработки может выделять токсичные побочные продукты, такие как HCN и NaCN. [2]

[ редактировать ]

Эта реакция связана с реакцией Эшвейлера-Кларка , в которой амины метилируются до третичных аминов, реакцией Лейкарта-Валлаха , [8] или другими методами алкилирования аминов, такими как реакция Манниха и реакция Петасиса .

Классической названной реакцией является реакция Миньонака (1921). [9] включающая реакцию кетона с аммиаком на никелевом катализаторе, например, при синтезе 1-фенилэтиламина, исходя из ацетофенона : [10]

Восстановительное аминирование ацетофенона аммиаком

Кроме того, существует множество систем, которые катализируют восстановительное аминирование с помощью катализатора гидрирования . [11] Как правило, катализ предпочтительнее стехиометрических реакций, поскольку реакция может быть более эффективной, более экономичной по атомам и производить меньше отходов. [12] Это может быть либо гомогенная каталитическая система, либо гетерогенная система. [11] Эти системы представляют собой альтернативный метод, который эффективен, требует меньше летучих реагентов и экономичен в окислительно-восстановительном процессе. [11] [13] Кроме того, этот метод можно использовать для восстановления спиртов вместе с альдегидами и кетонами с образованием аминного продукта. [11] Одним из примеров гетерогенной каталитической системы является восстановительное аминирование спиртов с использованием системы, катализируемой Ni. [11] [14]

Рисунок схемы реакции восстановительного аминирования, катализируемого Ni: сначала металлический никель дегидрирует спирт с образованием кетона и комплекса Ni-H. Затем кетон реагирует с аммиаком, образуя имин. Наконец, имин реагирует с Ni-H, регенерируя катализатор и образуя первичный амин.
First, the nickel metal dehydrogenates the alcohol to form a ketone and Ni-H complex. Then, the ketone reacts with ammonia to form an imine. Finally, the imine reacts with Ni-H to regenerate catalyst and form primary amine.

Никель обычно используется в качестве катализатора восстановительного аминирования из-за его распространенности и относительно хорошей каталитической активности. [11] [15] Примером гомогенной каталитической системы является восстановительное аминирование кетонов, осуществляемое с помощью иридиевого катализатора. [16] Кроме того, было показано, что использование гомогенной каталитической системы иридия (III) эффективно для восстановительного аминирования карбоновых кислот , что в прошлом было более трудным, чем альдегиды и кетоны. [12] Гомогенные катализаторы часто отдаются предпочтением, поскольку они более экологически и экономически безопасны по сравнению с большинством гетерогенных систем. [11]

Реакция кетона с формиатом аммония, катализируемая иридиевым катализатором, с образованием первичного амина.
Ketone reacting with ammonium formate, catalyzed by iridium catalyst, to form primary amine.

В промышленности третичные амины, такие как триэтиламин и диизопропилэтиламин, образуются непосредственно из кетонов с помощью газообразной смеси аммиака и водорода и подходящего катализатора.

В зеленой химии

[ редактировать ]

Восстановительное аминирование обычно используется по сравнению с другими методами введения аминов в алкильные субстраты, такими как SN реакции 2 -типа с галогенидами , поскольку оно может осуществляться в мягких условиях и обладает высокой селективностью по отношению к азотсодержащим соединениям. [17] [18] Восстановительное аминирование может происходить последовательно в однореакторных реакциях, что устраняет необходимость в промежуточной очистке и снижает отходы. [17] Некоторые многостадийные пути синтеза были сокращены до одной стадии за счет восстановительного аминирования в одном реакторе. [17] Это делает его очень привлекательным методом производства аминов в зеленой химии.

Биохимия

[ редактировать ]

В биохимии ферменты дегидрогеназы могут катализировать восстановительное аминирование α-кетокислот и аммиака с образованием α- аминокислот . аминокислоты, Восстановительное аминирование преимущественно используется для синтеза глутамата начиная с α-кетоглутарата, тогда как биохимия в значительной степени полагается на трансаминирование для введения азота в другие аминокислоты. [19] Использование ферментов в качестве катализатора выгодно, поскольку активные центры ферментов часто стереоспецифичны и обладают способностью избирательно синтезировать определенный энантиомер . [20] Это полезно в фармацевтической промышленности, особенно при разработке лекарств , поскольку пары энантиомеров могут иметь разную реакционную способность в организме. [1] [21] Кроме того, ферментные биокатализаторы часто весьма избирательны по реакционной способности, поэтому их можно использовать в присутствии других функциональных групп без использования защитных групп . [20] [22] Например, класс ферментов, называемых иминредуктазами , IRED, можно использовать для катализа прямого асимметричного восстановительного аминирования с образованием хиральных аминов. [1] [22]

[ редактировать ]

В получившей признание критиков драме « Во все тяжкие » главный герой Уолтер Уайт использует реакцию восстановительного аминирования для производства метамфетамина высокой чистоты , полагаясь на фенил-2-пропанон и метиламин .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с Торп, Томас В.; Маршалл, Джеймс Р.; Харава, Ванесса; Руско, Ребекка Э.; Куэтос, Анибал; Финниган, Джеймс Д.; Ангеластро, Антонио; Хит, Рэйчел С.; Пармеджани, Фабио; Чарнок, Саймон Дж.; Ховард, Роджер М.; Кумар, Раджеш; Дэниелс, Дэвид С.Б.; Гроган, Гидеон; Тернер, Николас Дж. (7 апреля 2022 г.). «Многофункциональный биокатализатор для сопряженного восстановления и восстановительного аминирования» . Природа . 604 (7904): 86–91. Бибкод : 2022Natur.604...86T . дои : 10.1038/s41586-022-04458-x . hdl : 11311/1232494 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   35388195 . S2CID   248001189 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Абдель-Магид, Ахмед Ф.; Карсон, Кеннет Г.; Харрис, Брюс Д.; Марьянов, Синтия А.; Шах, Рекха Д. (1 января 1996 г.). «Восстановительное аминирование альдегидов и кетонов триацетоксиборгидридом натрия. Исследования методов прямого и непрямого восстановительного аминирования 1» . Журнал органической химии . 61 (11): 3849–3862. дои : 10.1021/jo960057x . ISSN   0022-3263 . ПМИД   11667239 .
  3. ^ Jump up to: а б с д Трипати, Рама П.; Верма, Шьям С.; Пандей, Джьоти; Тивари, Винод К. (2008). «Последние разработки в области каталитического восстановительного аминирования и их применения» . Современная органическая химия . 12 (13): 1093–1115. дои : 10.2174/138527208785740283 .
  4. ^ Савант, Раджив Т.; Вагмод, Суреш Б. (13 марта 2010 г.). «Стратегия внутримолекулярного восстановительного аминирования для синтеза (R)-N-Boc-2-гидроксиметилморфолина, N-(3,4-дихлорбензил)(R)-2-гидроксиметилморфолина и (R)-2-бензилморфолина» . Тетраэдр . 66 (11): 2010–2014. дои : 10.1016/j.tet.2010.01.047 . ISSN   0040-4020 .
  5. ^ Jump up to: а б Ван, Чао; Сяо, Цзяньлян (2013), Ли, Вэй; Чжан, Сюму (ред.), «Асимметричное восстановительное аминирование» , Стереоселективное образование аминов , том. 343, Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 261–282, doi : 10.1007/128_2013_484 , ISBN  978-3-642-53928-2 , PMID   24158548 , получено 6 ноября 2023 г.
  6. ^ Jump up to: а б с Реши, Нур У Дин; Саптал, Виттал Б.; Беллер, Матиас; Бера, Джитендра К. (19 ноября 2021 г.). «Последние достижения в области асимметричного восстановительного аминирования, катализируемого переходными металлами» . АКС-катализ . 11 (22): 13809–13837. doi : 10.1021/acscal.1c04208 . ISSN   2155-5435 . S2CID   240250685 .
  7. ^ Jump up to: а б Борч, Ричард Ф.; Дерст, Х. Дюпон (июль 1969 г.). «Циангидридоборат лития — новый универсальный реагент» . Журнал Американского химического общества . 91 (14): 3996–3997. дои : 10.1021/ja01042a078 . ISSN   0002-7863 .
  8. ^ Джордж, Фредерик и Сондерс, Бернард (1960). Практическая органическая химия, 4-е изд . Лондон: Лонгман. п. 223. ИСБН  9780582444072 .
  9. ^ Миньонак, Жорж (1921). «Новый общий метод получения аминов из альдегидов или кетонов» . Отчеты (на французском языке). 172 :223.
  10. ^ Робинсон, Джон К.; Снайдер, HR (1955). «α-Фенилэтиламин» . Органические синтезы . дои : 10.1002/0471264180.os023.27 ; Сборник томов , т. 3, с. 717 .
  11. ^ Jump up to: а б с д и ж г Хуан, Хао; Вэй, Юеджун; Ченг, Юран; Сяо, Шувэнь; Чен, Мингчи; Вэй, Цзоцзюнь (7 октября 2023 г.). «Получение первичных аминов из спиртов путем восстановительного аминирования на гетерогенных катализаторах» . Катализаторы . 13 (10): 1350. дои : 10.3390/catal13101350 . ISSN   2073-4344 .
  12. ^ Jump up to: а б Оуян, Лу; Мяо, Руи; Ян, Чжаньхуэй; Ло, Ренши (1 февраля 2023 г.). «Иридий-катализируемое восстановительное аминирование карбоновых кислот» . Журнал катализа . 418 : 283–289. дои : 10.1016/j.jcat.2023.01.030 . ISSN   0021-9517 .
  13. ^ Бернс, Ной З.; Бэран, Фил С.; Хоффманн, Рейнхард В. (6 апреля 2009 г.). «Окислительно-восстановительная экономика в органическом синтезе» . Angewandte Chemie, международное издание . 48 (16): 2854–2867. дои : 10.1002/anie.200806086 . ISSN   1433-7851 . ПМИД   19294720 .
  14. ^ Калбаси, Рузбе Джавад; Мазахери, Омид (2015). «Синтез и характеристика иерархического цеолита ZSM-5, содержащего наночастицы Ni для однореакторного восстановительного аминирования альдегидов нитроаренами» . Катализные коммуникации . 69 : 86–91. дои : 10.1016/j.catcom.2015.05.016 .
  15. ^ Чернышев Виктор М.; Анаников Валентин П. (21 января 2022 г.). «Катализ на никеле и палладии: спрос выше, чем когда-либо» . АКС-катализ . 12 (2): 1180–1200. doi : 10.1021/acscatal.1c04705 . ISSN   2155-5435 . S2CID   245795966 .
  16. ^ Танака, Коити; Мики, Такаши; Мурата, Кунихико; Ямагучи, Аюми; Каяки, Ёшихито; Кувата, Сигеки; Икария, Такао; Ватанабэ, Масахито (6 сентября 2019 г.). «Восстановительное аминирование кетоновых соединений, катализируемое комплексами Cp*Ir(III), несущими пиколинамидато-лиганд» . Журнал органической химии . 84 (17): 10962–10977. дои : 10.1021/acs.joc.9b01565 . ISSN   0022-3263 . ПМИД   31362498 . S2CID   199000460 .
  17. ^ Jump up to: а б с Ван Прает, Софи; Прегель, Герт; Раммаль, Фатима; Селс, Берт Ф. (12 мая 2022 г.). «Синтез фармацевтических препаратов последовательным восстановительным аминированием в одном сосуде: от гликоляльдегида на биологической основе до гидроксихлорохина» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 10 (20): 6503–6508. doi : 10.1021/acssuschemeng.2c00570 . ISSN   2168-0485 . S2CID   248767494 .
  18. ^ Он, Цзянь; Чен, Лулу; Лю, Шима; Сонг, Кэ; Ян, Сун; Рийсагер, Андерс (2020). «Устойчивый доступ к возобновляемым N -содержащим химическим веществам в результате восстановительного аминирования платформенных соединений, полученных из биомассы» . Зеленая химия . 22 (20): 6714–6747. дои : 10.1039/d0gc01869d . ISSN   1463-9262 . S2CID   225001665 .
  19. ^ Мецлер, DE «Биохимия - химические реакции живых клеток, том 2», 2-е изд. Академическая пресса: Сан-Диего, 2003.
  20. ^ Jump up to: а б Вольгемут, Роланд; Литлчайлд, Дженнифер (22 июля 2022 г.). «Снижение сложности и возможности проектирования, интеграции и интенсификации биокаталитических процессов синтеза метаболитов» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 10 . дои : 10.3389/fbioe.2022.958606 . hdl : 10871/130495 . ISSN   2296-4185 .
  21. ^ Брукс, Вашингтон; Гуида, туалет; Дэниел, КГ (2011). «Значение хиральности в дизайне и разработке лекарств» . Актуальные темы медицинской химии . 11 (7): 760–770. дои : 10.2174/156802611795165098 . ПМЦ   5765859 . ПМИД   21291399 .
  22. ^ Jump up to: а б Ву, Кай; Хуан, Цзюньхай; Шао, Лэй (22 ноября 2022 г.). «Иминредуктазы: многофункциональные биокатализаторы с различными активными центрами и каталитическими механизмами» . ChemCatChem . 14 (22). дои : 10.1002/cctc.202200921 . ISSN   1867-3880 . S2CID   252271457 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0fb2f8b22bb5f9f851b173fe8b448eb8__1716672480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0f/b8/0fb2f8b22bb5f9f851b173fe8b448eb8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Reductive amination - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)