5.3: Епоксидування нефункціоналізованих алкенів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20913

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Асиметричне епоксидування нефункціоналізованих алкенів дає привабливу стратегію синтезу оптично активних органічних сполук. Цей розділ охоплює деякі останні події щодо цього протоколу.

5.3.1 Реакції, що каталізуються марганцем

У 1990 році групи Якобена та Кацукі самостійно повідомили про хіральну Mn-каталізовану асиметричну епоксидацію нефункціоналізованих алкенів. Каталізатори можуть бути легко синтезовані реакцією Mn (OaC) ₂ з основою Шиффа, отриманої з хіральних 1,2-діамінів та похідних 2-гідроксибензальдегіду (Схема\(\PageIndex{1}\)). Реакція з Mn (OaC) ₂ в присутності повітря дає комплекс Mn (III), який може бути виділений як похідне хлору після додавання хлориду літію.

Наприклад, хіральний Mn-Salen 22 каталізує епоксидування тризаміщених нефункціоналізованих алкенів з 88-95% ee (Scheme\(\PageIndex{2}\)).

Приклади:

Похідні стиролу можна успішно епоксидизувати за допомогою 23a-b з хорошою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{3}\)). Реакція ефективна з використанням комбінації N -морфоліноксиду і m -хлорпербензойної кислоти.

Механізм

Епоксидування може протікати за допомогою узгодженого (A) або радикально-опосередкованого (B) ступінчастого способу, що залежить від електронного та окислювального стану оксо видів (Схема\(\PageIndex{4}\)).

Для врахування ступеня та сенсу енантіоселективності було застосовано побічний перпендикулярний підхід алкену до високовалентного металу-оксопроміжного (Схема\(\PageIndex{5}\)).

Схема\(\PageIndex{6}\): Побудова антигіпертензивних засобів.

Додатки

Епоксидування 6-ціано-2,2-диметилхормена 24 з 22 дозволяє 25, які можуть бути перетворені в антигіпертензивні агенти кромакалім і ЕМД-52692 шляхом реакції з відповідними нуклеофілами азоту (Схема\(\PageIndex{6}\)).

Каталізатор 22 був додатково використаний для епоксидування цис-коричного ефіру в 97% ee і 56% вихід, який може бути перетворений в бічний ланцюг таксолу шляхом відкриття епоксиду аміаком з подальшим гідролізом і захистом з використанням (T-buCo) ₂ O (Схема\(\PageIndex{7}\)).

5.3.2 Рутенієво-каталізоване аеробне епоксидування

Встановлено, що комплекси хірального Ru (NO) -салену каталізують аеробне епоксидування алкенів у присутності води при опроміненні видимим світлом при кімнатній температурі (Схема\(\PageIndex{8}\)). Цей метод привабливий з екологічної та економічної точки зору. Спостережувані попередні експериментальні результати свідчать про те, що аква-ліганд, координований з іоном рутенію, діє як агент переносу протонів для процесу активації кисню.

5.3.3 Каталізоване титаном епоксидування пероксидами водню

Продемонстровано використання Ti (салан) для епоксидування алкенів у присутності водного H ₂ O ₂. Реакція є стереоспецифічною і розкладання H ₂ _{O 2} не спостерігалося. Найбільш яскравою особливістю цієї системи є аліфатичні алкени, які є однією з найбільш складних підкладок для асиметричного епоксидування, можуть бути успішно окислені з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{9}\)). ^{Крім того, in situ генерований титановий комплекс, отриманий з 3 (SALANEL) і Ti (O i Pr) ₄ в CH ₂ _{Cl 2} каталізує епоксидування алкенів у присутності фосфатного буфера з відмінною енантіоселективністю (Схема} \(\PageIndex{10}\)).

Цей протокол епоксидування був успішно застосований для синтезу оксиду індену в мультиграмній шкалі. У той час як пролін на основі C ₁ -симетричний Ti- (салан) від 4 і Ti (O ⁱ Pr) ₄ був виявлений відмінним каталізатором для епоксидування похідних стиролу (Схема\(\PageIndex{11}\)).

5.3.4 Епоксидування, каталізоване лантаноїдом

Методи нуклеофільної епоксидації є життєздатною альтернативою електрофільним методам, багато з яких не епоксидируют бідні електронами подвійні зв'язки. Встановлено, що каталізатори на основі лантаніду, отримані з хіральних лігандів 5-7, ефективні при епоксидації α, β-ненасичених кетонів (схема\(\PageIndex{12}\)). В основному це нуклеофільне епоксидування електронно-дефіцитних подвійних зв'язків за допомогою дії нуклеофільних окислювачів.

Пропонований механізм

Суміш La (O ⁱ Pr) ₃, BINOL і Ph ₃ As = O може дозволити собі активний комплекс a в реакційному середовищі (схема\(\PageIndex{13}\)). Активація енону b шляхом координації з металом лантану з подальшим 1,4-додаванням пероксиду лантану може призвести до утворення енолату c, який міг би забезпечити епоксид і проміжний d. Останні з TBHP можуть забезпечити активний комплекс а для регенерації каталітичного циклу.

Заміна La (O ⁱ Pr) ₃ на Sm (Oi-Pr) ₃, (R) -BINOL 5 на (R) -H ₈ -BINOL 6, Ph ₃ As=O на Ph ₃ P = O і TBHP по ЧМФ значно підвищує вихід і енантіомерную чистоту при аналогічних умовах для алкенів, що несуть аміди (Схема\(\PageIndex{14}\)).

Каталізатор, отриманий з 7 і Y (O ⁱ Pr) ₃, каталізує епоксидування α, β -ненасичених ефірів з відмінною енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{15}\)). Система сумісна з алкенами, що несуть гетероароматичні кільця.

5.3.5 Органокаталіз

Значний прогрес досягнуто в асиметричному епоксидації алкенів за допомогою органокаталізу. Хіральні кетони є одними з найбільш розвинених каталізаторів епоксидації. Активний диоксиран утворюється з кетону та оксону (пероксомоносульфату калію) або перекису водню в більш м'яких умовах реакції. Серед багатьох корисних хіральних кетонів повідомили, кетон, отриманий фруктозою, розроблений групою Ши, є найнадійнішим каталізатором щодо високої енантіоселективності та широкої сфери застосування субстрату (схема\(\PageIndex{16}\)).

Наприклад, в присутності 8 (зазвичай 20-30 моль%) різні тризаміщені алкени протікають реакцію з відмінною енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{17}\)).

Приклади:

У випадку цис і термінальних алкенів кетон, отриманий глюкозою 9 з N -Boc оксазолідиноном забезпечує високу енантіоселективність. Також введено карбоциклічний аналог 10 та N -арилозаміщені варіанти 11 для епоксидування похідних стиролу та цис-дизаміщених алкенів. Крім того, було виявлено, що хіральний кетон 12 з ацетатом, що виводить електрони, каталізує епоксидування α, β -ненасиченого ефіру з високими енантіоселективіями.

Пропонований механізм

Схема\(\PageIndex{18}\) показує запропонований каталітичний цикл та найбільш сприятливий перехідний стан для епоксидацій на основі хіральних кетонів у присутності оксону як кінцевого окислювача.

Хіральне кетонокаталізоване епоксидування було згодом виявлено ефективним, використовуючи комбінацію перекису водню та ацетонітрилу як альтернативного окислювача. Наприклад, хіральний кетон 8 був використаний для епоксидування різноманітних алкенів з порівнянними врожаями та енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{19}\)).

Пропонований механізм

У цьому протоколі ацетонітрил реагує з перекисом водню з утворенням пероксимідної кислоти, а потім реагує з кетоном, даючи активний діоксиран. У цих умовах стехіометрична кількість аміду утворюється як продукт.

Окрім хіральних кетонів, для епоксидування нефункціоналізованих алкенів були досліджені каталізатори на основі хірального аміну 13 та 14. Наприклад, хіральний піролідин 15 був використаний для α, β -ненасичених альдегідів з чудовою енантіоселективністю в присутності 35% H _{2 O ₂} (схема\(\PageIndex{20}\)). α, β -ненасичені альдегіди, що містять ароматичний замінник в β -положенні, є хорошими субстратами надання епоксидів з високою діастерео- та енантіоселективністю.

Пропонований механізм

Запропонований механізм стверджує, що реакція відбувається через механізм Вайца-Шеффера (Scheme\(\PageIndex{22}\)). Додавання перекису водню до β-атома вуглецю електрофільного іона імінію є оборотним, і атака на електрофільний атом кисню нуклеофільним енаміном визначає стереохімію продукту.

У той час як хіральна N-спіро амонійна сіль 14, що несе аксіально хіральну бінафтильну одиницю, функціонує як каталізатор фазового переносу для епоксидування енонів з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{22}\)). Гідроксильні групи належним чином пов'язані, щоб розпізнати та активувати еноновий субстрат шляхом водневого зв'язку.