Энантиоселективное восстановление кетонов - Enantioselective reduction of ketones

Энантиоселективное восстановление кетонов превращают прохиральные кетоны в хиральные нерацемические спирты и широко используются для синтеза стереоданных спиртов.[1]

Вступление

Восстановление карбонила, чистое добавление H2 через двойную связь углерод-кислород, это простой способ получения спиртов. Стехиометрические восстановители для выполнения этой задачи включают: литийалюминийгидрид, борогидрид натрия, алкоксиборгидриды, алкоксиалюминийгидриды и бораны. Первоначальные усилия по энантиоселективному восстановлению кетонов были сосредоточены на разработке хиральных, нерацемических восстанавливающих агентов. Хотя стехиометрические хиральные восстанавливающие агенты часто дают продукты с высокой энантиоселективностью, необходимость стехиометрическое количество 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 снижения содержания 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 (H2), муравьиная кислота (HCO2H) или изопропанол ((CH3)2CHOH). Последние два реагента используются для перенос гидрирования, которые представляют собой формальный перенос H2 молекула 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)

KetRedGen.png

Механизм и стереохимия

Снижение оксазаборолидина

Механизм восстановления оксазаборолидина был подтвержден ab initio расчеты.[6] Координация борана с оксазаборолидиновым азотом приводит к образованию комплекса я, который затем координирует молекулу кетона с образованием комплекса II. В переходном состоянии для переноса гидрида (II → III), большой заместитель кетона выровнен внутрь, чтобы избежать стерических взаимодействий с направленной наружу группой R оксазаборолидина, которая часто связана с атомом азота. После гидридного переноса комплекс III высвобождает продукт и координирует вторую молекулу борана.

(2)

KetRedMech.png

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 положении. 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)

BINAPStereo.png

Объем и ограничения

Стехиометрическое восстановление хирального гидрида

Литийалюминийгидрид (LAH), модифицированный хиральными алкоксидными лигандами, может быть использован для синтеза хиральных спиртов с хорошим выходом и высокой энантиоселективностью. Хелатирующие лиганды, такие как BINOL[8] используются для предотвращения диспропорционирования и снижения фона под действием LAH. Хиральные диамины и аминоспирты также использовались для модификации LAH для энантиоселективного восстановления.

(4)

KetRedScope1.png

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)

KetRedScope2.png

Хиральные алкилборгидриды доступны через диастереоселективное гидроборирование хиральных алкенов. Бораны, полученные из пинен были использованы в этом контексте для энантиоселективного восстановления.[10] Нейтральные алкоксибораны могут быть результатом такого восстановления.

(6)

KetRedScope3.png

Каталитическое восстановление кетонов

С бораном или катехолбораном в качестве стехиометрического восстанавливающего агента можно использовать хиральные оксазаборолидиновые катализаторы для энантиоселективного восстановления кетонов. Катехолборан может использоваться в качестве альтернативы растворам аддуктов боран-основание Льюиса.[11]

(7)

KetRedScope4.png

Восстановление за счет чистой передачи водорода от одной органической молекулы к другой известно как перенос гидрирования. Перенос гидрирования в кетоны приводит к спиртам ( Редукция Меервейна-Понндорфа-Верлея ), 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.[12] Другие используемые металлы включают самарий (III),[13] иридий (I),[14] и родий (I).[15]

(8)

KetRedScope5.png

Соли муравьиной кислоты и формиата также можно использовать в качестве восстановителей при гидрогенизации с переносом. Простые арилкетоны восстанавливаются энантиоселективно при использовании хирального аминоспиртового лиганда.[4]

(9)

KetRedScope6.png

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] Конфигурацию нового стереоцентра можно предсказать с помощью стереохимической модели, разработанной для гидрирования с использованием BINAP (см. Уравнение (3) выше).

(10)

KetRedScope9.png

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)

KetRedScope7.png

Ферментативные сокращения

Микроорганизмы восстанавливают определенные классы простых кетонов с чрезвычайно высокой энантиоселективностью. пекарские дрожжи это 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)

KetRedScope8.png

Условия и методика экспериментов

Пример процедуры[20]

(13)

KetRedEx.png

(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 был добавлен RuCl2[(S) -BINAP] (dmf)п (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, получая (R) -1- (1-нафтил) этанол (27,90 г, выход 92%, 95% ее), т.кип. 98-100 ° / 0,5 мм рт. Ст., [Α]25D + 75,8 ° (c 0,99, эфир) (лит. (270) [α]25D + 82,1 ° (c 1,0, эфир)). Чистота определяется 1H ЯМР> 99%.1H ЯМР (CDCl3/ ТМС): δ 1,64 (д, J = 6 Гц, 3 H), 1,95 (ш.с, 1 H), 5,64 (кв, J = 6 Гц, 1 H), 7,43–8,10 (м, 7 H); 13C ЯМР (CDCl3/ 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

  1. ^ Ицуно, С. Орг. Реагировать. 1998, 52, 395. Дои:10.1002 / 0471264180.or052.02
  2. ^ Ямамото, К .; Фукусима, H .; Накадзаки, М. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984, 1490.
  3. ^ Hirao, A .; Itsuno, S .; Nakahama, S .; Ямазаки, Н. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1981, 315.
  4. ^ а б Mao, J .; Ван, Б .; Wu, F .; Лу, С. Tetrahedron Lett. 2005, 46, 7341.
  5. ^ Giacomelli, G .; Lardicci, L .; Палла, Ф. J. Org. Chem. 1984, 49, 310.
  6. ^ Невалайнен, В. Тетраэдр: асимметрия 1992, 3, 1441.
  7. ^ Имамото, Т. Chem. Commun., 2009, 7447.
  8. ^ Chan, P. C.-M .; Чонг, Дж. М. J. Org. Chem. 1988, 53, 5586.
  9. ^ Соай, К. Дж. Synth. Орг. Chem., Jpn. 1989, 47, 11.
  10. ^ Рамачандран, П. В .; Brown, H.C .; Сваминатан, С. Тетраэдр: асимметрия 1990, 1, 433.
  11. ^ Кори, Э. Дж .; Бальзский, Р. К. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 611.
  12. ^ Hashiguchi, S .; Fujii, A .; Takehara, J .; Икария, Т .; Нойори, Р. Варенье. Chem. Soc. 1995, 117, 7562.
  13. ^ Эванс, Д. А .; Nelson, S.G .; Gagné, M. R .; Мучи, А. Варенье. Chem. Soc. 1993, 115, 9800.
  14. ^ Засинович, Г .; Bettella, R .; Mestroni, G .; Brestiani-Pahor, N .; Геремия, С .; Рандаччо, Л. J. Organomet. Chem. 1989, 370, 187.
  15. ^ Gladiali, S .; Pinna, L .; Delogu, G .; De Martin, S .; Засинович, Г .; Местрони, Г. Тетраэдр: асимметрия 1990, 1, 635.
  16. ^ Китамура, М .; Okuma, T .; Inoue, S .; Sayo, N .; Kumobayashi, H .; Akutagawa, S .; Охта, Т .; Takaya, H .; Нойори, Р. Варенье. Chem. Soc. 1988, 110, 629.
  17. ^ Nishiyama, H .; Кондо, М. Накамура, Т .; Ито, К. Металлоорганические соединения 1991, 10, 500.
  18. ^ Csuk, Rene .; Гленцер, Бриджит И. (1991-01-01). «Превращения, опосредованные пекарскими дрожжами в органической химии». Химические обзоры. 91 (1): 49–97. Дои:10.1021 / cr00001a004. ISSN  0009-2665.
  19. ^ Inoue, T .; Hosomi, K .; Araki, M .; Nishide, K .; Узел, М. Тетраэдр: асимметрия 1995, 6, 31 Дои:10.1016 / 0957-4166 (94) 00344-Б.
  20. ^ Окума, Т .; Ooka, H .; Hashiguchi, S .; Икария, Т .; Нойори, Р. Варенье. Chem. Soc. 1995, 117, 2675.
  21. ^ Li, X .; Wu, X .; Chen, W .; Hancock, F .; King, F .; Сяо, Дж. Орг. Lett. 2004, 6, 3321.