5.5: Окислення Байєра-Вільгера (BVO)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20910

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

Введення атома кисню між кетоном карбонілом і сусіднім вуглецем, що дає розширений ефір, називається окисленням Байєра-Віллігера (BVO). Під впливом хірального реагенту це окислення може здійснюватися асиметрично. У разі рацемічного кетону хіральний каталізатор має потенціал виконання кінетичної роздільної здатності. Через століття після свого відкриття каталітичний асиметричний BVO залишається одним з найпотужніших методів перетворення кетону в ефір, що протікає шляхом введення атома кисню в зв'язок.

Металево-каталізовані реакції

Досліджено комплекси міді (II) з лігандами на основі оксазоліну для окислення заміщених циклічних кетонів з метою отримання лактонів з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{1}\)). Ці реакції використовують ізобутанал як ко-редуктор в аеробних умовах. В ході реакції ізобутанал окислюється до відповідної карбонової кислоти.

Платинові комплекси, що несуть хіральні фосфіни, каталізують окислення заміщених циклічних кетонів в присутності пероксиду водню (Схема\(\PageIndex{2}\)). Координація Pt і перекису з карбонілом призводить до утворення металоциклу, який міг бути розкладений на цільовий лактон. Хіральні ліганди, пов'язані з Pt, дозволяють досягти діастереомерних перехідних станів, які розрізняють два можливі мігруючі атоми вуглецю, що призводить до енантіоселективності.

Умови реакції, що використовуються для енантіоселективного епоксидування аллілових спиртів (Sharpless епоксидування), також ефективні для окислення заміщених циклобутанонів для отримання лактонів з помірною та хорошою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{3}\)).

Окислення симетричних циклобутанонів ефективно з використанням хірального паладієвого комплексу, що містить фосфінооксазолін (ФОКС) у присутності сечовини пероксиду водню. Наприклад, прохіральні 3-заміщені циклобутанони піддаються окисленню з отриманням γ -лактонів, які можуть бути перекристалізовані для отримання цільових продуктів з 93% е і 91% виходом. Ця процедура була використана для синтезу агоніста рецепторів ГАМК-В (R) - (_) -баклофен (Схема\(\PageIndex{5}\)). Рацемічна форма баклофену є комерційно доступною для лікування спастичності та алкоголізму; однак (R) - ізомер, як було показано, переважно відповідає за біоактивність молекули. Молекула була мішенню багатьох асиметричних синтезів. Деякі з цих стратегій починаються з енантіозбагаченого лактону з використанням ферментативного BVO або з енантіоселективного введення С-Н.

Крім каталізованого металом bVOS, хіральний допоміжний підхід також дотримується до синтезу лактону з хорошою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{6}\)). Наприклад, реакція оптично активного 1,3-діолу з ахіральним циклобутаноном може дати хіральний метал. Останній може реагувати з m CPBA і SnCl ₄, щоб дати ортоефір, який при кислотній обробці забезпечує лактон.

Ферментні каталізовані реакції

Монооксигенази Байєра-Віллігера - це ферменти, які каталізують введення атома кисню в кетон, поруч з атомом карбонільного вуглецю. Поки що з бактерій і грибів виявлено лише обмежену кількість БВМО. Ці ферменти зазвичай містять FAD або FMN як кофактор і каталізують високо- і стереоселективні оксигенації за рахунок NAD (P) H та молекулярного кисню. Біо-каталізований БВО протікає з високим рівнем енантіоселективності. Наприклад, циклогексанонмонооксигеназа (CHMO), бактеріальний флавоензим, здійснює реакцію введення кисню на циклогексанон з утворенням семичленного циклічного продукту, ε-капролактону (Схема\(\PageIndex{7}\)). Ця реакція передбачає чотириелектронне відновлення O ₂ за рахунок двоелектронного окислення NADPH і двоелектронного окислення циклогексанону з утворенням ε-капролактону. CHMO успішно застосовується для окислювальної десимметризації циклобутанонових та циклопентанонових кілець з високою енантіоселективністю. Мутант CHMO 1K ₂ -F ₅ (Phe ₄₃₂ Ser) був використаний з повітрям як окислювач у цільноклітинному процесі. Мутант Phe ₄₃₂ Ser також тестували на окислювальну десимметризацію набору 4-заміщених похідних циклогексанону (метил, етил, метокси, хлор, бром, йодо) і у всіх випадках спостерігаються енантіоселективні перетворення з до 99% е.

Аналогічно, мутант PAMO Gln ₉₃ Asn/ Pro ₉₄ Asp тестується на асиметричну десимметризацію 4-заміщених похідних циклогексанону для отримання хіральних лактонів з високою енантіоселективністю (Схема\(\PageIndex{8}\)). Цікаво відзначити, що абсолютна конфігурація лактонових продуктів протилежна тому, що спостерігається з термолабільною циклогексанонмонооксигеназою (CHMO) як каталізатором.

Реакції з використанням органокаталізу

Легкодоступний оксазолідинон, одержуваний глюкозою, що містить кетон, може бути використаний для БВО різних бензиліденцециклопропанів у присутності оксону (схема\(\PageIndex{9}\)). Оптично активні α -арил- γ -бутиролактони та α -арил- γ - метил- γ -бутиролактони можуть бути отримані при розумних врожайності та енантіоселективності. Реакція працює за допомогою епоксидної перестановки in situ та BVO. Хіральні циклобутанони також можна отримати шляхом придушення БВО з більшою кількістю кетонових каталізаторів і меншою кількістю оксону.