Энантиоселективное восстановление кетонов
Энантиоселективное восстановление кетонов превращает прохиральные кетоны в хиральные нерацемические спирты и широко используются для синтеза стереоопределенных спиртов. [ 1 ]
Восстановление карбонила, чистое присоединение H 2 через двойную связь углерод-кислород, является важным способом получения спиртов. Стехиометрические восстановители для выполнения этой задачи включают алюмогидрид лития , боргидрид натрия , алкоксиборогидриды, алкоксиалюминийгидриды и бораны. Хотя стехиометрические хиральные восстановители часто дают продукты с высокой энантиоселективностью, необходимость в стехиометрическом количестве хирального материала является недостатком. [ 2 ]
Каталитическое асимметричное восстановление кетонов можно осуществить за счет использования каталитических количеств оксазаборолидинового катализатора в сочетании с бораном или катехолбораном в качестве стехиометрического восстановителя. [ 3 ] Оксазаборолидины по-прежнему широко используются для снижения количества простых кетонов.
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 трансферного гидрирования , которое 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)
Стехиометрические сокращения
[ редактировать ]Показано, что литийалюминийгидрид (LAH), модифицированный хиральными алкоксидными лигандами, протекает с хорошим выходом и высокой энантиоселективностью. Хелатирующие лиганды, такие как БИНОЛ. [ 6 ] используются во избежание диспропорционирования и снижения фона под действием LAH. Хиральные диамины и аминоспирты также использовались для модификации LAH с целью энантиоселективного восстановления.
(4)
Хирально модифицированные боргидриды также полезны для энантиоселективного восстановления кетонов. Экономичные лиганды, полученные из аминокислот, использовались для модификации борогидридов, что дает высокоселективные восстановители. [ 7 ]
(5)
Хиральные алкилборгидриды доступны посредством диастереоселективного гидроборирования хиральных алкенов. Бораны, полученные из пинена, использовались в этом контексте для энантиоселективного восстановления. [ 8 ] В результате такого восстановления могут образоваться нейтральные алкоксибораны.
(6)
Также было продемонстрировано снижение содержания оксазаборолидина. [ 9 ] Координация борана с азотом оксазаборолидина приводит к образованию комплекса I , который затем координирует молекулу кетона с образованием комплекса II . В переходном состоянии гидридного переноса ( 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)
Каталитическое восстановление
[ редактировать ]С бораном или катехолбораном в качестве стехиометрического восстановителя можно использовать хиральные оксазаборолидиновые катализаторы для энантиоселективного восстановления кетонов. Катехолборан может быть использован в качестве альтернативы растворам аддуктов боран-основание Льюиса. [ 10 ]
(7)
Восстановление посредством чистого переноса водорода от одной органической молекулы к другой известно как трансферное гидрирование . Трансферное гидрирование до кетонов приводит к спиртам ( восстановление Меервейна-Понндорфа-Верли ), и в присутствии хирального катализатора на основе переходного металла этот процесс можно сделать энантиоселективным. В присутствии хирального диамина рутений катализирует энантиоселективное переносное гидрирование арилкетонов изопропанолом. [ 11 ] Другие используемые металлы включают самарий (III), [ 12 ] иридий(I), [ 13 ] и родий(I). [ 14 ] Муравьиная кислота и соли формиата также могут использоваться в качестве восстановителей при трансферном гидрировании. Простые арилкетоны восстанавливаются энантиоселективно при использовании хирального аминоспиртового лиганда. [ 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 катализатора Ru(BINAP). [ 15 ] Конфигурацию нового стереоцентра можно предсказать с помощью 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. [ 16 ]
(11)
Восстановление, катализируемое переходными металлами, зависит от пространственных свойств хирального лиганда, связанного с металлическим центром, которые определяют смысл и степень энантиоселективности. Разработана надежная стереохимическая модель восстановления с использованием лигандов BINAP. [ 17 ] 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 по другую сторону от 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 поверхности кетона. Симметрия C2 координационного пространства гарантирует, что катализатору будет доступна только одна грань кетона, независимо от того, в какой открытой области кетон связывается.
(3)
Ферментативные сокращения
[ редактировать ]Микроорганизмы (точнее, их ферменты) восстанавливают определенные классы простых кетонов с чрезвычайно высокой энантиоселективностью. Пекарские дрожжи — наиболее распространенный организм, используемый для ферментативного восстановления кетонов. [ 18 ] [ 19 ] хотя могут быть использованы и другие микроорганизмы. Доступ к «неестественным» восстановленным энантиомерам в большинстве случаев затруднен.
(12)
Альпийская редукция
[ редактировать ]Хорошо известным методом синтеза энантиочистых спиртов путем восстановления кетонов является восстановление борана Midland Alpine , названное в честь его изобретателя профессора М. Марка Мидленда. [ 20 ] В этой стратегии используется хиральный органоборан , полученный в результате гидроборирования альфа-пинена с помощью 9-BBN , для дифференциации энантиотопных граней кетона. После тренировки с базовым [ нужны разъяснения ] перекисью водорода можно получить продукт-спирты, часто обладающие высокой степенью энантиоселективности . Реакция протекает лучше всего, если одна из кетоновых групп имеет низкие стерические препятствия , например алкин или нитрил .
Снижение CBS
[ редактировать ]
Другой метод, впервые разработанный в 1980-х годах, называется восстановлением Кори-Бакши-Шибаты (CBS), и он включает использование оксазаборолидинового катализатора вместе с бораном в качестве восстановителя для осуществления энантиоселективного восстановления кетонов. Восстановление CBS широко использовалось химиками на пути к синтезу широкого спектра натуральных продуктов, включая алкалоиды, терпеноиды, феромоны и биотины. [ 21 ] На рис. 1 показан пример диастереоселективного восстановления CBS, используемого для получения сложного макроциклического спирта на пути к синтезу 11-десметиллаулималида. [ 22 ] (аналог противоопухолевого средства лаулималида). Авторы отметили, что восстановление CBS было гораздо более эффективным, чем использование трет-бутоксиалюмогидрида лития или L-селектрида . Катализатор CBS, обычно приготовленный из дифенилпролинола , [ 23 ] часто может использоваться при низкой загрузке катализатора, даже такой низкой, как 2%.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ицуно, С. Орг. Реагировать. 1998 , 52 , 395. два : 10.1002/0471264180.or052.02
- ^ Yamamoto, K.; Fukushima, H.; Nakazaki, M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984 , 1490.
- ^ Хирао, А.; Ицуно, С.; Накахама, С.; Ямадзаки, Нью- Джерси Chem. Соц., хим. Коммун. 1981 , 315.
- ^ Jump up to: а б Мао, Дж.; Ван, Б.; Ву, Ф.; Лу, С. Тетраэдр Летт. 2005 , 46 , 7341.
- ^ Джакомелли, Г.; Лардиччи, Л.; Болл, FJ Org. хим. 1984 , 49 , 310.
- ^ Чан, ПК-М.; Чонг, JM J. Org. хим. 1988 , 53 , 5586.
- ^ Соаи, KJ Synth. Орг. Хим., Япония. 1989 , 47 , 11.
- ^ Рамачандран, ПВ; Браун, ХК; Сваминатан, С. Тетраэдр: Асимметрия 1990 , 1 , 433.
- ^ Невалайнен, В. Тетраэдр: Асимметрия 1992 , 3 , 1441.
- ^ Кори, Э.Дж.; Бальский, Р.К. Tetrahedron Lett. 1990 , 31 , 611.
- ^ Хасигути, С.; Фуджи, А.; Такехара, Дж.; Икария, Т.; Ноёри, RJ Am. хим. Соц. 1995 , 117 , 7562.
- ^ Эванс, Д.А.; Нельсон, СГ; Ганье, MR; Муччи, RJ Am. хим. Бревно. 1993 , 115 , 9800.
- ^ Засинович, Г.; Беттелла, Р.; Местрони, Г.; Брестиани-Пахор, Н.; Иеремия, С.; Рандаччо, LJ Organomet. хим. Ред. 1989 , 370 ,
- ^ Гладиали, С.; Пинна, Л.; Делогу, Г.; Де Мартин, С.; Засинович Г. ; Местрони, Г. Тетраэдр: Асимметрия 1990 , 1 , 635.
- ^ Китамура, М.; Окума, Т.; Иноуэ, С.; Сайо, Н.; Кумобаяши, Х.; Акутагава, С.; Охта, Т.; Такая, Х.; Ноёри, RJ Am. хим. Соц. 1988 , 110 , 629.
- ^ Нисияма, Х.; Кондо, М. Накамура, Т.; Ито, К. Металлоорганические соединения , 1991 , 10 , 500.
- ^ Имамото, T. Chem. Коммун. , 2009 , 7447.
- ^ Чук, Рене; Гленцер, Бриджит И. (1 января 1991 г.). «Преобразования в органической химии, опосредованные пекарскими дрожжами». Химические обзоры . 91 (1): 49–97. дои : 10.1021/cr00001a004 . ISSN 0009-2665 .
- ^ Иноуэ, Т.; Хосоми, К.; Араки, М.; Нишиде, К.; Узел, М. Тетраэдр: Асимметрия 1995 , 6 , 31 два : 10.1016/0957-4166(94)00344-Б .
- ^ Мидленд, ММ; Ли, организация PEJ. хим. 1985, 50, 3239 – 3241.
- ^ Чо, Б. Тетраэдр. 2006, 62, 7621.
- ^ Патерсон, И.; Бергманн, Х.; Менче, Д.; Беркессель, А. Орг. Летт. 2004, 6, 1293–1295.
- ^ Кори, Э.Дж.; Бакши, РК; Шибата С., Дж. Ам. хим. Соц. 1987, 109, 5551.