Enantioselektivní redukce ketonů

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.Itsuno, S. Organic Reactions 1998, 52, 395

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.Yamamoto, K.; Fukushima, H.; Nakazaki, M. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 1984, 1490

Katalytické asymetrické redukce ketonů lze provést pomocí katalytických množství oxazaborolidinů ve spojení s boranem nebo katecholboranem jako stechiometrickými redukčními činidly.Hirao, A.; Itsuno, S.; Nakahama, S.; Yamazaki, N. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 1981, 315. 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. 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.Giacomelli, G.; Lardicci, L.; Palla, F. The Journal of Organic Chemistry 1984, 49, 310.

(1)center

Mechanismus a stereochemie Oxazaborolidinové redukce Mechanismus redukcí oxazaborolidiny byl podpořen ab initio výpočty.Nevalainen, V. Tetrahedron: Asymmetry 1992, 3, 1441. 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) center

Redukce katalyzované přechodnými kovy 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.Imamoto, T. Chemical Communications, 2009, 7447 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)center

Rozsah a omezení Stechiometrické redukce s chirálními hydridy Hydrid lithno-hlinitý pozměněný chirálními alkoxidovými ligandy lze použít na přípravu chirálních alkoholů s dobrou výtěžností i enantioselektivitou. Chelatující ligandy, jako je například BINOL,Chan, P. C.-M.; Chong, J. M. The Journal of Organic Chemistry 1988, 53, 5586 mohou zabránit disproporcionacím. Na hydrid lithno-hlinitý mohou být navázány také chirální diaminy a aminoalkoholy.

(4)center

V enantioselektivních redukcích se dají použít i chirální borohydridy, obsahující například aminokyselinové ligandy, umožňující provádět reakce s vysokou selektivitou.Soai, K. J. Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan 1989, 47, 11

(5)center

Chirální alkylborohydridy lze získat diastereoselektivními hydroboracemi chirálních alkenů; v enantioselektivních redukcích byly použity borany odvozené od pinenu.Ramachandran, P. V.; Brown, H. C.; Swaminathan, S. Tetrahedron: Asymmetry 1990, 1, 433. Produkty takovýchto redukcí bývají neutrální alkoxyborany.

(6)center

Katalytické redukce ketonů 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.Corey, E. J.; Balzski, R. K. Tetrahedron Letters 1990, 31, 611

(7)center

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.Hashiguchi, S.; Fujii, A.; Takehara, J.; Ikariya, T.; Noyori, R. Journal of the American Chemical Society 1995, 117, 7562 Byla také prozkoumána katalýza samaritými,<ref>Evans, D. A.; Nelson, S. G.; Gagné, M. R.; Muci, A. R. Journal of the American Chemical Society 1993, 115, 9800</ref> iridnýmiZassinovich, G.; Bettella, R.; Mestroni, G.; Brestiani-Pahor, N.; Geremia, S.; Randaccio, L. Journal of Organometallic Chemistry 1989, 370, 187 a rhodnými sloučeninami.Gladiali, S.; Pinna, L.; Delogu, G.; De Martin, S.; Zassinovich, G.; Mestroni, G. Tetrahedron: Asymmetry 1990, 1, 635

(8)center

Redukčními činidly mohou být i kyselina mravenčí a její soli. Jednoduché arylketony se redukují enantioselektivně při použití chirálních aminoalkoholových ligandů.Mao, J.; Wan, B.; Wu, F.; Lu, S. Tetrahedron Letters 2005, 46, 7341

(9)center

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.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 Konfigurace nových stereocenter lze předvídat pomocí stereochemického modelu vyvinutého pro redukce s BINAP (viz rovnici (3) výše).

(10)center

Také se dají použít hydrosilylace a následné hydrolýzy silyletherů; nejčastějšími katalyzátory hydrosilylací jsou zde rhodné a rhodité soli. Asymetrickou indukci zajišťují chirální PYBOX ligandy.Nishiyama, H.; Kondo, M. Nakamura, T.; Itoh, K. Organometallics 1991, 10, 500

(11)center

Enzymatické redukce Mikroorganismy redukují některé jednoduché ketony s velmi vysokou enantioselektivitou. K enzymatické redukci se nejčastěji používají kvasinky,Inoue, T.; Hosomi, K.; Araki, M.; Nishide, K.; Node, M. Tetrahedron: Asymmetry 1995, 6, 31 lze však využít i jiné mikroorganismy. Tvorba „nepřirozených“ redukovaných enantiomerů je většinou obtížná.

(12)center

Reakční podmínky (13)center|Příklad enantioselektivní redukce ketonuOhkuma, T.; Ooka, H.; Hashiguchi, S.; Ikariya, T.; Noyori, R. Journal of the American Chemical Society 1995, 117, 2675

(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.Li, X.; Wu, X.; Chen, W.; Hancock, F.; King, F.; Xiao, J. Organic Letters 2004, 6, 3321

Reference

Kategorie:Organické redoxní reakce