Asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa - reakcja chemiczna olefin z tetratlenkiem osmu i solą odpowiedniego amidu, sulfonamidu lub karbaminianu (stanowiącą źródło azotu) w obecności chiralnego ligandu chininowego, której produktem są wicynalne 1,2-aminoalkohole[1][2][3][4].

Asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa

Jako źródło tetratlenku osmu stosuje się zwykle osmian(VI) potasu.

Reakcję tę odkrył w 1975 roku Barry Sharpless. Między innymi za to odkrycie otrzymał w 2001 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Pomimo trudności z kontrolą regioselektywności, ubocznej reakcji dihydroksylowania Sharplessa oraz licznym czynnikom mającym wpływ na wydajność i stereochemię reakcji, asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa znajduje liczne zastosowania w syntezie organicznej.

Mechanizm[edytuj | edytuj kod]

W pierwszym etapie tetratlenek osmu reaguje z solą aminową tworząc imidotrioksoosm(VIII) 1, który wiąże się z ligandem i olefiną, w wyniku czego powstaje kompleks azaglikolanu osmu(VI) 2. Ulega on utlenieniu i substytucji przez anion soli amidu, prowadząc do azaglikolanu imidotrioksoosmu(VIII) 3, ulegającemu hydrolizie uwalniając cząsteczkę produktu 4 jednocześnie odtwarzając imidotrioksoosm(VIII) 1 co zamyka pierwszy dominujący cykl katalityczny.

Azaglikolanu imidotrioksoosmu(VIII) może ulegać addycji do kolejnej cząsteczki olefiny prowadząc do bis(azaglikolanu) osmu 5, który hydrolizuje do aminoalkoholu 6 i odtwarza kompleks azaglikolanu osmu(VI) 2 zamykając drugi cykl katalityczny[5].

Mechanizm aminohydroksylacji Sharplessa

Stereochemia[edytuj | edytuj kod]

Enancjoselektywność[edytuj | edytuj kod]

W asymetrycznej aminohydroksylacji Sharplessa na enancjoselektywność można wpływać dobierając odpowiedni chiralny ligand. Pochodne dihydrochinidynowe faworyzują powstawanie R-enancjomeru natomiast dihydrochinonowe S-enancjomeru. W asymetrycznej hydroksylacji Sharplessa ligandy te działają odwrotnie[6][7].

Enancjoselektywność reakcji obniża obecność drugiego cyklu katalitycznego, którego wpływ można ograniczyć, przeprowadzając reakcję w środowisku wodnym o niewielkim stężeniu substratów, dzięki czemu faworyzowana jest hydroliza azaglikolanu imidotrioksoosmu(VIII).

Ilość podstawników w alkenie także ma wpływ na enancjoselektywność reakcji. Dla 1,1-dwupodstawionych oraz trójpodstawionych olefin obserwuje się znacznie zwiększony wpływ drugiego cyklu katalitycznego, drastycznie zmniejszający enancjoselektywność, a nawet prowadzący do powstania racematu. Czteropodstawione alkeny nie ulegają reakcji aminohydroksylacji[8][9][10].

Większą enancjoselektywność produktu obserwuje się w przypadku użycia soli amidu o mniejszym podstawniku[11].

Diastereoselektywność[edytuj | edytuj kod]

Kontrola diastereoselektywności polega głównie na umiejscowieniu grupy funkcyjnej olefiny z chiralnym podstawnikiem po odpowiedniej stronie płaszczyzny względem grupy aminowej i hydroksylowej w cząsteczce produktu, bądź też na kontroli aminohydroksylacji konkretnego wiązania podwójnego w przypadku symetrycznych polienów. Rodzaj użytego chiralnego ligandu nie ma zwykle istotnego wpływu na diastereoselektywność reakcji, natomiast obserwuje się wzrost wydajności otrzymywania pary diastereoizomerów w miarę zwiększania stosunku ligand:katalizator tlenku osmu.

Regioselektywność[edytuj | edytuj kod]

Największą trudnością w asymetrycznej aminohydroksylacji Sharplessa jest kontrola regioselektywności. Istotny wpływ na nią wywierają takie czynniki jak podstawienie lub polaryzacja alkenu oraz interakcje pomiędzy ligandem a substratem[12].

W większości przypadków azot wykazuje większe powinowactwo do mniej podstawionego atomu węgla w cząsteczce alkenu.

Zastosowanie odpowiedniej aminy jako źródła azotu, jak chloramina T czy bromoacetamid, w połączeniu z odpowiednio dobranym chiralnym ligandem może mieć istotny wpływ na regioselektywność produktu.

Użyty rozpuszczalnik często decyduje o regioselektywności w przypadku, gdy źródłem azotu są karbaminiany

Odmiany[edytuj | edytuj kod]

Źródła azotu[edytuj | edytuj kod]

Sulfonamidy[edytuj | edytuj kod]

Najczęściej używanym odczynnikiem jest chloramina T ze względu na niskie koszty i łatwą dostępność. Alternatywą jest chloramina M (CH3SO2NClNa), zapewniająca lepszą wydajność oraz enancjo- i regioselektywność, lecz musi być generowana in situ.

Produktami reakcji przy użyciu sulfonamidów są 1,2-hydroksyaminy z zablokowaną grupą aminową, której odblokowanie wymaga ostrych warunków. Łatwiejsze do odblokowania są produkty aminohydroksylacji przy użyciu p-nitrofenylosulfonamidu (NsN(Na)Cl), tert-butylosulfonamidu (BusN(Na)Cl) lub 2-(trimetylosilylo)etylosulfonamidu.

Zastosowanie sulfonamidów ogranicza się do reakcji z α,ß-nienasyconymi estrami, fosfonianami oraz amidami.

Karbaminiany[edytuj | edytuj kod]

Odkrycie karbaminianów jako źródła azotu znacznie rozszerzyło możliwości aminohydroksylacji Sharplessa – o styreny i terminalne alkeny. Najczęściej stosuje się: etylo-, benzylo- (Cbz), tert-butylo- (Boc), 2-(trimetylosililo)etylokarbaminian (Teoc). Przy użyciu tego ostatniego zaobserwowano najlepszą wydajność, enancjo- i regioselektywność oraz szybkość reakcji przy znacznie mniejszym zużyciu katalizatora. Grupy ochronne pochodzące od karbaminianów można odblokować w stosunkowo łagodnych warunkach.

Amidy[edytuj | edytuj kod]

Amidy w reakcji aminohydroksylacji Sharplessa dają rezultaty zbliżone do karbaminianów. Do ich zalet zalicza się potrzebę użycia tylko jednego ekwiwalentu N-haloamidu, co ułatwia odizolowanie głównego produktu z mieszaniny poreakcyjnej. Najcześciej używa się odczynników takich jak litowa sól N-bromoacetamidu czy kwas dibromoizocyjanurowy (DBI).

Heterocykliczne aminy[edytuj | edytuj kod]

Do aminohydroksylacji Sharplessa sukcesywnie udało się wykorzystać także pochodne adeniny oraz heterocyklicznych pochodnych pirymidyny jako źródła azotu.

Alternatywne chiralne ligandy[edytuj | edytuj kod]

Struktura cząsteczki ligandu składa się z dwóch części: chiralnego pomocnika i arylowej podstawy połączone ze sobą grupą eterową.

Na część chiralną ligandu składają się zwykle dihydrochinina (DHQ) lub dihydrochinidyna (DHQD).

Znacznie bardziej zróżnicowany jest dobór części arylowej. W tzw. ligandach pierwszej generacji stosuje się struktury jak p-chlorobenzoeasan (CLB), eter fenantrenowy (PHN), eter 4-metylo-2-chinolinowy (MEQ). Ligandy drugiej generacji charakteryzują się podstawą arylową połączoną z dwoma chiralnymi pomocnikami. Umożliwiają to takie struktury jak difenylopirymidyna (PYR), ftalazyna (PHAL), difenylopirazynopiradyzyna (DPP), difenyloftalizyna (DP-PHAL) czy antrachinon (AQN)[13].

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa znajduje szereg zastosowań w syntezie produktów naturalnych i leków.

Synteza Loracarbefu

Na powyższym przykładzie przedstawiona jest synteza loracarbefu, antybiotyku stosowanego m.in. w terapii infekcji uszu. W drugim etapie syntezy asymetryczna aminohydroksylacja Sharplessa odgrywa kluczową rolę[14][15].

Innym popularnym przykładem zastosowania reakcji, często pojawiającym się w literaturze, jest synteza łańcucha bocznego paklitakselu[16].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. K. Barry Sharpless, Donald W. Patrick, Larry K. Truesdale, Scott A. Biller. New reaction. Stereospecific vicinal oxyamination of olefins by alkyl imido osmium compounds. „J. Am. Chem. Soc.”. 97 (8), s. 2305–2307, 1975. doi:10.1021/ja00841a071. 
  2. Eugenio Herranz, Scott A. Biller, K. Barry Sharpless. Osmium-catalyzed vicinal oxyamination of olefins by N-chloro-N-argentocarbamates. „J. Am. Chem. Soc.”. 100 (11), s. 3596–3598, 1978. doi:10.1021/ja00479a051. 
  3. S. C. Bergmeier. The Synthesis of Vicinal Amino Alcohols. „Tetrahedron”. 56 (17), s. 2561-2576, 2000. doi:10.1016/S0040-4020(00)00149-6. 
  4. Peter O'Brien. Sharpless Asymmetric Aminohydroxylation: Scope, Limitations, and Use in Synthesis. „Angewandte Chemie International Edition”. 38 (3), s. 326-329, 1999. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19990201)38:3%3C326::AID-ANIE326%3E3.0.CO;2-T. 
  5. J. A. Bodkin, M. D. McLeod. The Sharpless asymmetric aminohydroxylation. „J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1”, s. 2733–2746, 2002. doi:10.1039/b111276g. 
  6. Guigen Li, Hubert H. Angert, K. Barry Sharpless. N-Halocarbamate Salts Lead to More Efficient Catalytic Asymmetric Aminohydroxylation. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 35 (23-24), s. 2813–2817, 1996. doi:10.1002/anie.199628131. 
  7. C. Kolb, Michael S. VanNieuwenhze, K. Barry Sharpless. Catalytic Asymmetric Dihydroxylation. „Chem. Rev.”. 94 (8), s. 2483–2547, 1994. doi:10.1021/cr00032a009. 
  8. Wallace Pringle, K. Barry Sharpless. The osmium-catalyzed aminohydroxylation of Baylis-Hillman olefins. „Tetrahedron Letters”. 40 (28), s. 5151-5154, 1999. doi:10.1016/S0040-4039(99)00887-4. 
  9. Valery V. Fokin, K. Barry Sharpless. A Practical and Highly Efficient Aminohydroxylation of Unsaturated Carboxylic Acids. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 40 (18), s. 3455–3457, 2001. doi:10.1002/1521-3773(20010917)40:18%3C3455::AID-ANIE3455%3E3.0.CO;2-I. 
  10. A. Erik Rubin, K. Barry Sharpless. A Highly Efficient Aminohydroxylation Process. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 36 (23), s. 2637–2640, 1997. doi:10.1002/anie.199726371. 
  11. Joachim Rudolph, Peter C. Sennhenn, Cornelis P. Vlaar, K. Barry Sharpless. Smaller Substituents on Nitrogen Facilitate the Osmium-Catalyzed Asymmetric Aminohydroxylation. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 35 (23-24), s. 2810–2813, 1996. doi:10.1002/anie.199628101. 
  12. Hyunsoo Han, Chang-Woo Cho, Kim D. Janda. A Substrate-Based Methodology That Allows the Regioselective Control of the Catalytic Aminohydroxylation Reaction. „Chem. Eur. J.”. 5 (5), s. 1565–1569, 1999. doi:10.1002/(SICI)1521-3765(19990503)5:5%3C1565::AID-CHEM1565%3E3.0.CO;2-J. 
  13. Cinchona Alkaloids
  14. Jong-Cheol Lee, Geun Tae Kim, Young Key Shim, Sung Ho Kang. An asymmetric aminohydroxylation approach to the stereoselective synthesis of cis-substituted azetidinone of loracarbef. „Tetrahedron Letters”. 42 (27), s. 4519–4521, 2001. doi:10.1016/S0040-4039(01)00757-2. 
  15. Ziwei Huang: Drug discovery research : new frontiers in the post-genomic era. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007, s. 268. ISBN 978-0-471-67200-5.
  16. M. Bruncko, G. Schingloff, K. B. Sharpless. N-Bromoacetamide—A New Nitrogen Source for the Catalytic Asymmetric Aminohydroxylation of Olefins. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 36 (13-14), s. 1483-1486, 1997. doi:10.1002/anie.199714831. 

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • László Kürti, Barbara Czakó: Strategic applications of named reactions in organic synthesis : background and detailed mechanism. Amsterdam ; Boston: Elsevier Academic Press, 2005, s. 404-406. ISBN 978-0-12-429785-2.
  • Jie Jack Li, E. J. Corey: Name reactions for functional group transformations. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007, s. 72. ISBN 978-0-471-74868-7.

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]