Enantioselektivní redukce ketonů

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Enantioselektivní redukce ketonů jsou organické reakce, při kterých se mění prochirální ketony na chirální a neracemické alkoholy. Využití mají v přípravách alkoholů s danou stereochemií.[1]

Redukce karbonylových sloučenin, spočívající v adicích H2 na dvojné vazby uhlík-kyslík, vytvářejí sekundární alkoholy. Ke stechiometrickým redukčním činidlům použitelným k těmto účelům patří hydrid lithno-hlinitý, borohydrid sodný, alkoxyborohydridy, alkoxyhlinité hydridy a borany. Výzkum enantioselektivních redukcí ketonů se nejprve zaměřoval na chirální a neracemická redukční činidla. I když se se stechiometrickými chirálními redukčními činidly často dosahuje vysoké enantioselektivity, tak je potřeba stechiometrického množství chirální sloučeniny nedostatkem.[2]

Katalytické asymetrické redukce ketonů lze provést pomocí katalytických množství oxazaborolidinů ve spojení s boranem nebo katecholboranem jako stechiometrickými redukčními činidly.[3] Oxazaborolidiny se stále používají na redukce jednoduchých ketonů.

Později se snahy o enantioselektivní redukci zaměřovaly na vývoj reakcí katalyzovaných přechodnými kovy, využívajících nepříliš nákladná redukční činidla, například plynný vodík (H2), kyselinu mravenčí (HCO2H) nebo isopropylalkohol ((CH3)2CHOH). Kyselina mravenčí a isopropylalkohol jsou zapojovány do přenosových hydrogenací, při nichž se přenáší H2 z redukčního činidla na substrát.[4] Asymetrické indukce se zde dosahuje pomocí katalytických množství ligandů v podobě chirálních Lewisových zásad. U ketonů, které mohou s kovovými katalyzátory vytvářet cheláty bývají často enantioselektivity redukcí katalyzovaných kovy vyšší a vedlejší reakce méně výrazné než u odpovídajících redukcí oxazaborolidiny.[5]

(1)

Mechanismus a stereochemie[editovat | editovat zdroj]

Oxazaborolidinové redukce[editovat | editovat zdroj]

Mechanismus redukcí oxazaborolidiny byl podpořen ab initio výpočty.[6] Koordinací boranu na dusíkový atom oxazaborolidinu vznikne komplex I, na který se poté naváže molekula ketonu za tvorby meziproduktu II. V přechodném stavu přenosu hydridu (II → III) se substituent ketonu odkloní a zamezí se tím sterickým interakcím se skupinou R u oxazaborolidinu. Po přesunu hydridu komplex III uvolní produkt a koordinuje se s druhou molekulou boranu.

(2)

Redukce katalyzované přechodnými kovy[editovat | editovat zdroj]

Redukce katalyzované přechodnými kovy mohou probíhat několika různými mechanismy, které závisí na použitém reduktantu a kovu. Nezávisle na konkrétním mechanismu určují druh a míru enantioselektivity prostorové vlastnosti chirálního ligandu navázaného na kov. Byl vyvinut spolehlivý stereochemický model redukcí využívajících BINAP ligandy.[7] Po chelataci BINAP na kov, například ruthenium, se fenylové skupiny navázané na fosfor nachází v pseudoaxiálních nebo psudeoeqkvatoriálních pozicích. Pseudoekvatoriální fenyly ovlivňují převažující vazebnou konformaci chelatovaných ketonů (například α-aminoketonů nebo β-ketoesterů). Keton se obvykle nachází v otevřenějších oblastech a hydrid se tak navazuje převážně na jednu stranu ketonu. C2 symetrie koordinačního prostoru zajišťuje, že pro katalyzátor je dostupná pouze jedna strana ketonu.

(3)

Rozsah a omezení[editovat | editovat zdroj]

Stechiometrické redukce s chirálními hydridy[editovat | editovat zdroj]

Hydrid lithno-hlinitý pozměněný chirálními alkoxidovými ligandy lze použít na přípravu chirálních alkoholů s dobrou výtěžností i enantioselektivitou. Chelatující ligandy, jako je například BINOL,[8] mohou zabránit disproporcionacím. Na hydrid lithno-hlinitý mohou být navázány také chirální diaminy a aminoalkoholy.

(4)

V enantioselektivních redukcích se dají použít i chirální borohydridy, obsahující například aminokyselinové ligandy, umožňující provádět reakce s vysokou selektivitou.[9]

(5)

Chirální alkylborohydridy lze získat diastereoselektivními hydroboracemi chirálních alkenů; v enantioselektivních redukcích byly použity borany odvozené od pinenu.[10] Produkty takovýchto redukcí bývají neutrální alkoxyborany.

(6)

Katalytické redukce ketonů[editovat | editovat zdroj]

Při použití boranů nebo katecholboranů jako stechiometrických redukčních činidel se k enantioselektivním redukcím dají použít chirální oxazaborolidinové katalyzátory. Katecholborany mohou být náhradou aduktů boranů s Lewiovými zásadami.[11]

(7)

Redukce prostřednictvím přenosu vodíku z jedné organické molekuly na jinou se označují jako přenosové hydrogenace. Z ketonů takto vznikají sekundární alkoholy, (proces se nazývá Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce) za přítomnosti chirálních kovových katalyzátorů mohou být enantioselektivní. Sloučeniny ruthenia ve spojení s chirálními diaminy mohou například katalyzovat enantioselektivní hydrogenace arylketonů isopropylalkoholem.[12] Byla také prozkoumána katalýza samaritými,[13] iridnými[14] a rhodnými sloučeninami.[15]

(8)

Redukčními činidly mohou být i kyselina mravenčí a její soli. Jednoduché arylketony se redukují enantioselektivně při použití chirálních aminoalkoholových ligandů.[4]

(9)

Katalyzátory založené na přechodných kovech je možné využít i na redukce plynným vodíkem. Ketony obsahující chelatující skupiny se redukují enantioselektivně při použití chirálního Ru(BINAP) katalyzátoru.[16] Konfigurace nových stereocenter lze předvídat pomocí stereochemického modelu vyvinutého pro redukce s BINAP (viz rovnici (3) výše).

(10)

Také se dají použít hydrosilylace a následné hydrolýzy silyletherů; nejčastějšími katalyzátory hydrosilylací jsou zde rhodné a rhodité soli. Asymetrickou indukci zajišťují chirální PYBOX ligandy.[17]

(11)

Enzymatické redukce[editovat | editovat zdroj]

Mikroorganismy redukují některé jednoduché ketony s velmi vysokou enantioselektivitou. K enzymatické redukci se nejčastěji používají kvasinky,[18][19] lze však využít i jiné mikroorganismy. Tvorba „nepřirozených“ redukovaných enantiomerů je většinou obtížná.

(12)

Reakční podmínky[editovat | editovat zdroj]

(13)

Příklad enantioselektivní redukce ketonu[20]
Příklad enantioselektivní redukce ketonu[20]

(S,S)-1,2-difenylethylendiamin (122) (7,5 mg, 0,035 mmol), 0,5M roztok KOH v propan-2-olu (140 μl, 0,070 mmol) byly přidány k propan-2-olu (10 ml) a směs byla odplyněna. K roztoku se přidal RuCl2[(S)-BINAP](dmf)n (269) (33,1 mg, 0,035 mmol) a vzniklá směs byla po 10 minut vystavena ultrazvuku a použita jako katalyzátor. Roztok 1-acetonaftonu (30,0 g, 176 mmol) v propan-2-olu (90 ml) byl odplyněn. Po přemístění obou roztoků do skleněného autoklávu byl přidán plynný vodík o tlaku 8 atm a směs promíchávána při 28 °C po 24 hodin. Následně se za sníženého tlaku oddělilo rozpouštědlo a zbytek prošel destilací, čímž byl získán (R)-1-(1-naftyl)ethanol (27,90 g, 92% výtěžnost, enantiomerní přebytek 95 %) o teplotě varu 98–100 °C při 0,5 mmHg, [α]25D + 75,8° (c 0,99, diethylether) (lit. (270) [α]25D + 82,1° (c 1,0, diethylether)). Čistota, určená pomocí 1H NMR, dosahovala více než 99 %. 1H NMR (CDCl3/TMS): δ 1,64 (d, J = 6 Hz, 3 H), 1,95 (bs, 1 H), 5,64 (q, J = 6 Hz, 1 H), 7,43–8,10 (m, 7 H); 13C NMR (CDCl3/TMS): 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]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Enantioselective reduction of ketones na anglické Wikipedii.

  1. ↑ Itsuno, S. Organic Reactions 1998, 52, 395 DOI:10.1002/0471264180.or052.02
  2. ↑ Yamamoto, K.; Fukushima, H.; Nakazaki, M. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 1984, 1490
  3. ↑ Hirao, A.; Itsuno, S.; Nakahama, S.; Yamazaki, N. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 1981, 315.
  4. ↑ a b Mao, J.; Wan, B.; Wu, F.; Lu, S. Tetrahedron Letters 2005, 46, 7341
  5. ↑ Giacomelli, G.; Lardicci, L.; Palla, F. The Journal of Organic Chemistry 1984, 49, 310.
  6. ↑ Nevalainen, V. Tetrahedron: Asymmetry 1992, 3, 1441.
  7. ↑ Imamoto, T. Chemical Communications, 2009, 7447
  8. ↑ Chan, P. C.-M.; Chong, J. M. The Journal of Organic Chemistry 1988, 53, 5586
  9. ↑ Soai, K. J. Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan 1989, 47, 11
  10. ↑ Ramachandran, P. V.; Brown, H. C.; Swaminathan, S. Tetrahedron: Asymmetry 1990, 1, 433.
  11. ↑ Corey, E. J.; Balzski, R. K. Tetrahedron Letters 1990, 31, 611
  12. ↑ Hashiguchi, S.; Fujii, A.; Takehara, J.; Ikariya, T.; Noyori, R. Journal of the American Chemical Society 1995, 117, 7562
  13. ↑ Evans, D. A.; Nelson, S. G.; Gagné, M. R.; Muci, A. R. Journal of the American Chemical Society 1993, 115, 9800
  14. ↑ Zassinovich, G.; Bettella, R.; Mestroni, G.; Brestiani-Pahor, N.; Geremia, S.; Randaccio, L. Journal of Organometallic Chemistry 1989, 370, 187
  15. ↑ Gladiali, S.; Pinna, L.; Delogu, G.; De Martin, S.; Zassinovich, G.; Mestroni, G. Tetrahedron: Asymmetry 1990, 1, 635
  16. ↑ Kitamura, M.; Okuma, T.; Inoue, S.; Sayo, N.; Kumobayashi, H.; Akutagawa, S.; Ohta, T.; Takaya, H.; Noyori, R. Journal of the American Chemical Society 1988, 110, 629
  17. ↑ Nishiyama, H.; Kondo, M. Nakamura, T.; Itoh, K. Organometallics 1991, 10, 500
  18. ↑ Rene Csuk; Brigitte I. Glaenzer. Baker's yeast mediated transformations in organic chemistry. Chemical Reviews. 1991-01-01, s. 49–97. ISSN 0009-2665. DOI 10.1021/cr00001a004. 
  19. ↑ Inoue, T.; Hosomi, K.; Araki, M.; Nishide, K.; Node, M. Tetrahedron: Asymmetry 1995, 6, 31 DOI:10.1016/0957-4166(94)00344-B
  20. ↑ Ohkuma, T.; Ooka, H.; Hashiguchi, S.; Ikariya, T.; Noyori, R. Journal of the American Chemical Society 1995, 117, 2675
  21. ↑ Li, X.; Wu, X.; Chen, W.; Hancock, F.; King, F.; Xiao, J. Organic Letters 2004, 6, 3321
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Enantioselektivní_redukce_ketonů&oldid=23040976“