WikiDer > Хиральная кислота Льюиса

Chiral Lewis acid

Хиральные кислоты Льюиса (CLA) - это тип Кислота Льюиса катализатор что влияет на хиральность субстрата, когда он реагирует с ним. В таких реакциях синтез способствует образованию определенного энантиомера или диастереомера. Таким образом, метод является энантиоселективным. асимметричный синтез реакция. Поскольку они влияют на хиральность, они производят оптически активный продукты из оптически неактивных или смешанных исходных материалов. Этот вид льготного образования одного энантиомер или же диастереомер над другим формально известен как асимметричная индукция. В этой разновидности кислоты Льюиса. электроноакцепторный атом обычно представляет собой металл, такой как индий, цинк, литий, алюминий, титан, или же бор. В хиральный-изменяющие лиганды, используемые для синтеза этих кислот, чаще всего имеют несколько Льюис Бэйсик сайты (часто диол или структура диазота), которые позволяют образовывать кольцевую структуру с участием атома металла.[1][2]

Ахиральные кислоты Льюиса десятилетиями использовались для стимуляции синтеза рацемические смеси в бесчисленном множестве различных реакций. С 1960-х годов химики использовали хиральные кислоты Льюиса для индукции энантиоселективных реакций. Это полезно, когда желаемый продукт представляет собой конкретный энантиомер, обычно используемый в синтезе лекарств. Общие типы реакций включают: Дильс-Альдер реакции, ее реакция, [2+2] циклоприсоединение реакции, гидроцианирование альдегидов и, в первую очередь, эпоксидирования Шарплесса.[3]

Теория

Рис. 2. Вверху: диаграмма свободной энергии Гиббса, изображающая одностадийную реакцию, в которой ахиральная кислота Льюиса катализирует образование рацемической смеси продуктов из рацемических исходных материалов. Внизу: диаграмма свободной энергии Гиббса, изображающая ту же реакцию, когда в качестве катализатора используется хиральная кислота Льюиса.

Энантиоселективность CLA проистекает из их способности нарушать свободный энергетический барьер вдоль координата реакции путь, ведущий к р- или же S- энантиомер. Диастереомеры и энантиомеры в основном состоянии имеют одинаковую энергию в основном состоянии, и при взаимодействии с ахиральной кислотой Льюиса их диастереомерные промежуточные соединения, переходные состояния, и продукты также имеют равную энергию. Это приводит к производству рацемические смеси продуктов. Однако, когда CLA используется в той же реакции, энергетический барьер образования одного диастереомера меньше, чем у другого - реакция проходит ниже кинетический контроль. Если разница в энергетических барьерах между диастереомерными переходными состояниями достаточно велика, то высокая энантиомерный избыток одного изомера (рисунок 2).[4]

Применение CLA в асимметричном синтезе

Реакция Дильса-Альдера

Реакции Дильса-Альдера происходят между сопряженными диен и алкен (широко известный как диенофил). Этот циклоприсоединение процесс позволяет стереоселективно формировать циклогексен кольца, способные иметь до четырех смежных стереогенных центров.

Реакции Дильса-Альдера могут приводить к образованию множества структурных изомеров и стереоизомеров. В теория молекулярных орбиталей считает, что состояние перехода эндо, а не состояние перехода экзо, является предпочтительным (правило сложения эндо). Кроме того, усиленные вторичные орбитальные взаимодействия были постулированы как источник усиленного эндо-диастереоселекции.

CLA1.png

Добавление CLA селективно активирует один компонент реакции (диен или диенофил), обеспечивая при этом стереотипное окружение, которое обеспечивает уникальную энантиоселективность.

Кога с соавторами раскрыли первый практический пример каталитической энантиоселективной реакции Дильса-Альдера, стимулированной CLA - дихлоридом ментоксиалюминия - производным ментола и дихлорида этилалюминия.[5]

CLA2.png

Десять лет спустя Элиас Джеймс Кори представила эффективный алюмо-диаминный регулятор для реакции Дильса-Альдера. Образование активного катализатора достигается обработкой бис (сульфонамида) триметилалюминием; восстановление лиганда было по существу количественным. Предлагаемый четырехкоординатный алюминий предотвращает действие имида в качестве хелатирующего основания Льюиса, в то же время усиливая α-винильный протон диенофила и бензильный протон катализатора.

CLA3-2.png

В Рентгеновская структура катализатора показали стереодетальную среду.[6]

CLA4.png

В 1993 году Вульф и его коллеги обнаружили комплекс, полученный из хлорид диэтилалюминия и «сводчатый» биарильный лиганд, представленный ниже, катализирует энантиоселективную реакцию Дильса-Альдера между циклопентадиеном и метакролеином. Хиральный лиганд количественно восстанавливается силикагелем. хроматография.[7]

CLA5.png

Хисаши Ямамото и сотрудники разработали практический катализатор Дильса-Альдера для альдегиддиенофилов. Хиральный (ацилокси) борановый (CAB) комплекс эффективен в катализе ряда альдегидных реакций Дильса-Альдера. Эксперименты по ЯМР-спектроскопии показали близость альдегида и арильного кольца. Кроме того, наложение Pi между арильной группой и альдегидом было предложено как организационная особенность, которая придает высокую энантиоселективность циклоприсоединения.[8]

CLA6.png

Ямамото и его сотрудники представили концептуально интересную серию катализаторов, которые включают кислый протон в активный катализатор. Этот вид так называемой хиральной кислоты Льюиса (BLA) с кислотой Бренстеда катализирует ряд реакций диен-альдегидного циклоприсоединения.[9]

CLA7-3.png

Альдольная реакция

в альдол реакции, диастереоселективность продукта часто диктуется геометрией енолята согласно модели Циммермана-Тракслера. Модель предсказывает, что Z энолировать дам син продукты, и что енолаты E будут давать анти товары. Хиральные кислоты Льюиса позволяют использовать продукты, которые противоречат модели Циммермана-Тракслера, и позволяют контролировать абсолютное стереохимия. Кобаяши и Хорибе продемонстрировали это при синтезе производных дигидрокситиоэфира с использованием банкана основе хиральной кислоты Льюиса.[10]

Ald1.png

Переходные структуры для реакций с катализатором R и S энантиомеры показаны ниже.

Ald2.png

Реакция Бейлиса-Хиллмана

Bhillmech.png

В Реакция Бейлиса-Хиллмана представляет собой путь образования связи C-C между альфа, бета-ненасыщенными карбонил и альдегид, что требует нуклеофильный катализатор, обычно третичный амин, для сложения и исключения типа Майкла. Стереоселективность этих реакций обычно невысока. Chen et al. продемонстрировали энантиоселективную реакцию, катализируемую хиральной кислотой Льюиса. Лантан был использован в этом случае. Аналогичным образом для достижения стереоселективности можно использовать хиральный амин.[11]

Bhillchiralcat.png

Продукт, полученный реакцией с использованием хирального катализатор был получен с хорошим выходом и превосходной энантиоселективностью.

Bhillprod.png

Эне реакция

Хиральные кислоты Льюиса также оказались полезными в ее реакция. При катализе ахиральной кислотой Льюиса реакция обычно обеспечивает хорошую диастереоселективность.[12]

Enecatrxn.png

При использовании катализатора на основе хиральной кислоты Льюиса наблюдалась хорошая энантиоселективность.

Enetstruct.png

Считается, что энантиоселективность обусловлена стерический взаимодействие между метил и фенил группы, что делает переходную структуру изопродукта значительно более благоприятной.

Примеры ахиральных кислот Льюиса в стереоселективном синтезе

Никель катализируемое сочетание 1,3-диенов с альдегидами В некоторых случаях ахиральная кислота Льюиса может обеспечивать хорошую стереоселективность. Kimura et al. продемонстрировали регио- и диастереоселективное связывание 1,3-диены с альдегиды.[13]

Полезность хиральных кислот Льюиса

Асимметричный синтез и производство энантиомерно чистых веществ с использованием CLA представляет особый интерес для химиков-органиков и фармацевтических корпораций. Поскольку многие фармацевтические препараты нацелены на ферменты, специфичные для конкретного энантиомера, соединения, предназначенные для введения пациенту, должны иметь высокую оптическую чистоту. Кроме того, отделение определенного энантиомера от рацемический смесь дорогостоящая и расточительная.

Примечания

  1. ^ Реагенты кислоты Льюиса. Практический подход. Ямамото, Х., Oxford University Press. 1999 (по состоянию на 3 декабря 2008 г.)
  2. ^ Бин, Ю., Пикул, С., Имвинкельрид, Р., Кори, Э.Дж. 1989, JACS, (14) 5493-5495
  3. ^ Нарасака К. Синтез. 1991 (01) 1-11
  4. ^ Моррисон, Дж. Д., Mosher, H.S. (1971). Асимметричные органические реакции. Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-049551-8.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ Хасимото С.И., Комешима Н., Кога К., 1979, J Chem Soc Chem Commun, 437
  6. ^ Coery, EJ; Саршар, S; Борднер, Дж., 1992, J Am Chem Soc, 114, 7938
  7. ^ Бао, Дж; Wulff, WD; Рейнгольд, Алабама, 1993, J Am Chem Soc, 115, 3814
  8. ^ Исихара, К. Гао, Q; Ямамото, H, 1993, J Am Chem Soc, 115, 10412
  9. ^ Исихара, К. Ямамото, H, 1994, J Am Chem Soc, 116, 1561
  10. ^ * Кобаяши, С .; Хорибе, М., 1997, Chem. Евро. Дж., 3, 9, 1472-1481
  11. ^ Ян, К .; Lee, W .; Pan, J .; Чен, К., 2003, J. Org. Chem., 68, 915-919
  12. ^ Ян, Д .; Ян, М .; Чжу, Н., 2003 Орг. Lett., 5, 20, 3749-3752
  13. ^ * Кимура, М .; Ezoe, A ,; Мори, М .; Iwata, K .; Тамару., Ю., 2006, JACS, 128, 8559-8568

Рекомендации

  • Реагенты кислоты Льюиса. Практический подход. Ямамото, Х., Oxford University Press., 1999
  • Бин, Ю., Пикул, С., Имвинкельрид, Р., Кори, Э.Дж. 1989, JACS, (14) 5493-5495
  • Нарасака, К. 1991, Синтез, (01) 1-11
  • Асимметричные органические реакции. Моррисон, Д.Д., Мошер, Х.С. Prentice-Hall, Inc., 1971