Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық реакция
Chemical reaction
Шарплесс асимметриялық дигидроксилдеу (кейде Шарплесс бигидроксилдеу деп те аталады) – хиральды хинин лигандының қатысуымен алькеннің осмий тетроксидімен химиялық реакциясы, нәтижесінде вициналды диол түзіледі. Бұл реакция барлық түрдегі алмастырылған алькендерге қолданылады, көбінесе жоғары энантиоселективтіліктері байқалады, ал хиральды нәтиже лиганд ретінде дигидрохинидин (DHQD) немесе дигидрохинин (DHQ) таңдау арқылы анықталады. Асимметриялық дигидроксилдеу реакциялары жоғары селективті болып келеді, субстраттағы ең электронды қанығуға ие екі байланыстан туындаған өнімдерді береді. Реакцияны каталитикалық мөлшерде осмий тетроксидін қолдана жүргізу жиі кездеседі, ол реакциядан кейін калий феррицианиді немесе N-метилморфолин N-оксиді сияқты қайта тотықтырғыштармен қалпына келтіріледі. Бұл өте улы және өте қымбат осмий тетроксидінің қажетті мөлшерін едәуір төмендетеді. Бұл төрт реагент коммерциялық түрде алдын ала араластырылған күйде ("AD қоспасы") қол жетімді. (DHQ)2PHAL қоспасы AD қоспасы α деп, ал (DHQD)2PHAL қоспасы AD қоспасы β деп аталады. Мұндай хиральды диольдар органикалық синтезде маңызды. Хиральды емес реагенттерге хиральды катализаторлардың көмегімен хиральдылықты енгізу органикалық синтездегі маңызды концепция болып табылады. Бұл реакцияны К. Барри Шарплес негізінен 2001 жылғы Химия бойынша Нобель сыйлығының бір бөлігін алған бұрыннан белгілі рацемиялық Upjohn дигидроксилдеуіне сүйене отырып әзірледі.
Sharpless asymmetric dihydroxylation (also called the Sharpless bishydroxylation) is the chemical reaction of an alkene with osmium tetroxide in the presence of a chiral quinine ligand to form a vicinal diol. The reaction has been applied to alkenes of virtually every substitution, often high enantioselectivities are realized, with the chiral outcome controlled by the choice of dihydroquinidine (DHQD) vs dihydroquinine (DHQ) as the ligand. Asymmetric dihydroxylation reactions are also highly site selective, providing products derived from reaction of the most electron rich double bond in the substrate. It is common practice to perform this reaction using a catalytic amount of osmium tetroxide, which after reaction is regenerated with reoxidants such as potassium ferricyanide or N methylmorpholine N oxide. This dramatically reduces the amount of the highly toxic and very expensive osmium tetroxide needed. These four reagents are commercially available premixed ("AD mix"). The mixture containing (DHQ)2 PHAL is called AD mix α, and the mixture containing (DHQD)2 PHAL is called AD mix β. Such chiral diols are important in organic synthesis. The introduction of chirality into nonchiral reactants through usage of chiral catalysts is an important concept in organic synthesis. This reaction was developed principally by K. Barry Sharpless building on the already known racemic Upjohn dihydroxylation, for which he was awarded a share of the 2001 Nobel Prize in Chemistry.
Өмірбаян
Алкенді осмий тетроксидімен дигидроксилдеу олефиндерді функционалдастырудың ескі және өте пайдалы әдісі болып табылады. Дегенмен, осмий тетроксиді (OsO4) сияқты осмий(VIII) реагенттерінің қымбатқа түсуі және өте улы болуына байланысты, осы реакцияның катализдік түрлерін жасау қажет болды. Осы катализдік реакцияларда қолданылған кейбір стехиометриялық тотықтырғыштарға калий хлораты, сутек пероксиді (Милас дигидроксилдеуі), N-метилморфолин N-оксиді (NMO, Upjohn дигидроксилдеуі), трет-бутил гидропероксиді (tBHP) және калий феррицианиді (K3Fe(CN)6) жатады. К. Барри Шарплес алғаш рет жалпы, сенімді энантиоселективті алкенді дигидроксилдеуді жасады, ол Шарплес асимметриялық дигидроксилдеу (SAD) деп аталады. OsO4-тің төмен мөлшері, хиральды азотты лигандтардың қатысуымен стехиометриялық феррицианид тотықтырғышымен біріктіріліп, тотықтырғыштың айналасында асимметриялық орта құрайды.
Alkene dihydroxylation by osmium tetroxide is an old and extremely useful method for the functionalization of olefins. However, since osmium(VIII) reagents like osmium tetroxide (OsO4) are expensive and extremely toxic, it has become desirable to develop catalytic variants of this reaction. Some stoichiometric terminal oxidants that have been employed in these catalytic reactions include potassium chlorate, hydrogen peroxide (Milas hydroxylation), N Methylmorpholine N oxide (NMO, Upjohn dihydroxylation), tert butyl hydroperoxide (tBHP), and potassium ferricyanide (K3Fe(CN)6). K. Barry Sharpless was the first to develop a general, reliable enantioselective alkene dihydroxylation, referred to as the Sharpless asymmetric dihydroxylation (SAD). Low levels of OsO4 are combined with a stoichiometric ferricyanide oxidant in the presence of chiral nitrogenous ligands to create an asymmetric environment around the oxidant.
Реакция механизмі
Sharpless дигидроксилдеу реакциясының механизмі осмий тетроксиді – лиганд кешенінің (2) қалыптасуымен басталады. Алкенмен (3) [3+2] циклоқосылыс циклдік аралық зат 4-ті тудырады. Сілтілік гидролиз диолды (5) және тотығудан төмендеген осматты (6) босатады. Метансульфонамид (CH3SO2NH2) осы катализдік цикл сатысын жылдамдатуға қабілетті катализатор ретінде анықталды және жиі қосымша ретінде қолданылса, терминалды емес алкен субстраттарының 0 °C-та тиімді түрде реакцияласуына жағдай жасайды. Егер осмилат эфирінің аралық қосылысы ыдырамай тұрып тотықса, онда осмий(VIII) диол кешені пайда болады, ол тағы бір алкенді дигидроксилдей алады. Бұл екінші арнадан туындаған дигидроксилдеулер көбінесе бастапқы арнадан туындағандарға қарағанда нашар энантиоселективтілікке ие болады. Осы екінші катализдік арнаны көрсететін схема төменде келтірілген. Лигандтың жоғары молярлық концентрациясын қолдану арқылы осы екінші арнаны тежеуге болады.
The reaction mechanism of the Sharpless dihydroxylation begins with the formation of the osmium tetroxide – ligand complex (2). A [3+2] cycloaddition with the alkene (3) gives the cyclic intermediate 4. Basic hydrolysis liberates the diol (5) and the reduced osmate (6). Methanesulfonamide (CH3SO2NH2) has been identified as a catalyst to accelerate this step of the catalytic cycle and if frequently used as an additive to allow non terminal alkene substrates to react efficiently at 0 °C. If the osmylate ester intermediate is oxidized before it dissociates, then an osmium(VIII) diol complex is formed which may then dihydroxylate another alkene. Dihydroxylations resulting from this secondary pathway generally suffer lower enantioselectivities than those resulting from the primary pathway. A schematic showing this secondary catalytic pathway is shown below. This secondary pathway may be suppressed by using a higher molar concentration of ligand.
[2+2] және [3+2] талқылау
Өзінің бастапқы баяндамасында Шарплес реакцияның алкенге OsO4 циклоаддициясы арқылы [2+2] жолымен жүргізілгенін және осмоокетан аралық қосылысын түзетінін ұсынды (төменде қараңыз). Бұл аралық қосылыс 1,1-міграциялық инсерцияға түсіп, кейін гидролизденгеннен соң сәйкес диолды беретін осмилат эфирін құрайды. 1989 жылы Э. Дж. Кори осы реакцияның сәл өзгеше түрін жариялады және реакцияның, ең болжамды, OsO4 циклоаддициясы арқылы [3+2] алкенмен тікелей осмилат эфирін түзетінін ұсынды. Коридің ұсынысы Йоргенсен мен Хоффманның бұрынғы есептеу зерттеуіне негізделген, ол [3+2] реакциялық жолын төмен энергиялы жол деп анықтады. Сонымен қатар, Кори октаэдрлік аралық қосылыстағы стерикалық тепе-теңсіздіктің [2+2] жолын ұнамсыз ететінін болжады. Келесі он жыл ішінде Кори мен Шарплесстің көптеген жарияланымдары шықты, олардың әрқайсысы механизмнің өзіндік нұсқасын қолдады. Бұл зерттеулер екі ұсынылған циклдеу жолын ажырата алмаса да, механизмді басқа жағынан түсінуге көмектесті. Мысалы, Шарплес реакцияның сатылап жүретін механизм арқылы өтетініне дәлелдер келтірді. Сонымен қатар, Шарплес пен Кори белсенді катализатордың U-тәрізді хиральді байланыстыру қалтасына ие екенін көрсетті. Кори сондай-ақ катализатордың Михаэлис-Ментен кинетикасына бағынатынын және алдын ала тепе-теңдік күйіндегі ферменттік қалта сияқты әрекет ететінін көрсетті. 1997 жылдың ақпан айындағы «Американдық химиялық қоғам журналында» Шарплес [2+2] циклдеуді [3+2] циклдеуден қолдайтын зерттеу нәтижелерін (Хаммет талдауы) жариялады. Дегенмен, сол жылдың қазан айындағы санында Шарплес Кен Хоук пен Синглтонмен бірлесіп жүргізген тағы бір зерттеудің нәтижелерін жариялады, ол [3+2] механизміне нақты дәлелдер берді. Бұл мысалда SAD алкеннің диолын (электронды тартып алушы) пара-метоксибензоил тобына жақын орналасқан күйде береді, бірақ өнімділігі төмен. Бұл арил сақинасының π-қосылу арқылы катализатордың белсенді орнымен жақсырақ өзара әрекеттесу қабілетіне байланысты болуы мүмкін. Осылайша, арил тобы бағыттаушы топ ретінде әрекет ете алады.
In his original report Sharpless suggested the reaction proceeded via a [2+2] cycloaddition of OsO4 onto the alkene to give an osmaoxetane intermediate (see below). This intermediate would then undergo a 1,1 migratory insertion to form an osmylate ester which after hydrolysis would give the corresponding diol. In 1989 E. J. Corey published a slightly different variant of this reaction and suggested that the reaction most likely proceeded via a [3+2] cycloaddition of OsO4 with the alkene to directly generate the osmylate ester. Corey's suggestion was based on a previous computational study done by Jorgensen and Hoffmann which determined the [3+2] reaction pathway to be the lower energy pathway. In addition Corey reasoned that steric repulsions in the octahedral intermediate would disfavor the [2+2] pathway. The next ten years saw numerous publications by both Corey and Sharpless, each supporting their own version of the mechanism. While these studies were not able to distinguish between the two proposed cyclization pathways, they were successful in shedding light on the mechanism in other ways. For example, Sharpless provided evidence for the reaction proceeding via a step wise mechanism. Additionally both Sharpless and Corey showed that the active catalyst possesses a U shaped chiral binding pocket. Corey also showed that the catalyst obeys Michaelis Menten kinetics and acts like an enzyme pocket with a pre equilibrium. In the February 1997 issue of the Journal of the American Chemical Society Sharpless published the results of a study (a Hammett analysis) which he claimed supported a [2+2] cyclization over a [3+2]. In the October issue of the same year, however, Sharpless also published the results of another study conducted in collaboration with Ken Houk and Singleton which provided conclusive evidence for the [3+2] mechanism. In this example SAD gives the diol of the alkene closest to the (electron withdrawing) para methoxybenzoyl group, albeit in low yield. This is likely due to the ability of the aryl ring to interact favorably with the active site of the catalyst via π stacking. In this manner the aryl substituent can act as a directing group.
Стереоселективтілік
АДС диастереоселективтілігі негізінен лиганд таңдау арқылы анықталады (яғни АД қоспасы α және АД қоспасы β), бірақ субстраттағы немесе жақын орналасқан функционалдық топтардағы бұрыннан бар хиральдық сипаттамалар да әсер ете алады. Төменде көрсетілген мысалда, пара-метоксибензоил тобы негізінен катализаторға алкеннің екі жағын ажыратуға мүмкіндік беретін кеңістіктік кедергінің көзі болып табылады. Егер олефиннің екі ұшы да бірдей кеңістіктік ортаға ие болса, цис-дисубституцияланған алкендерде жоғары диастереоселективтілікке қол жеткізу көбінесе қиынға соғады.
The diastereoselectivity of SAD is set primarily by the choice of ligand (i. e. AD mix α versus AD mix β), however factors such as pre existing chirality in the substrate or neighboring functional groups may also play a role. In the example shown below, the para methoxybenzoyl substituent serves primarily as a source of steric bulk to allow the catalyst to differentiate the two faces of the alkene. It is often difficult to obtain high diastereoselectivity on cis disubstituted alkenes when both ends of the olefin have similar steric environments.