Восстановление Кори–Ицуно: Энантиоселективное восстановление кетонов до хиральных спиртов.
Corey–Itsuno reduction
Восстановление Кори-Ицуно (CBS): энантиоселективное восстановление кетонов в хиральные спирты с высоким выходом. Применение в органическом синтезе и промышленности.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Редукция Кори–Ицуно, также известная как редукция Кори–Бакши–Сибаты (CBS), — это химическая реакция, в которой прохиральный кетон энантиоселективно восстанавливается с образованием соответствующего хирального, нерацемического спирта. Оксазаборолидиновый реагент, который осуществляет энантиоселективное восстановление кетонов, был ранее разработан лабораторией Ицуно, и поэтому данное превращение более корректно называть восстановлением оксазаборолидина Ицуно–Кори.
The Corey–Itsuno reduction, also known as the Corey–Bakshi–Shibata (CBS) reduction, is a chemical reaction in which a prochiral ketone is enantioselectively reduced to produce the corresponding chiral, non racemic alcohol. The oxazaborolidine reagent which mediates the enantioselective reduction of ketones was previously developed by the laboratory of Itsuno and thus this transformation may more properly be called the Itsuno Corey oxazaborolidine reduction.
История
В 1981 году Ицуно и его коллеги впервые сообщили об использовании хиральных алкоксиаминборанных комплексов для энантиоселективного восстановления ахиральных кетонов до хиральных спиртов с высоким выходом. С тех пор восстановление по CBS стало надежным методом асимметричного восстановления ахиральных кетонов, широко используемым органическими химиками. Особенно заметное применение оно нашло не только в ряде синтезов природных соединений, но и в промышленных масштабах (см. раздел "Область применения" ниже). Было опубликовано несколько обзорных статей.
In 1981, Itsuno and coworkers first reported the use of chiral alkoxy amine borane complexes in reducing achiral ketones to chiral alcohols enantioselectively and in high yield. The CBS reduction has since been utilized by organic chemists as a reliable method for the asymmetric reduction of achiral ketones. Notably, it has found prominent use not only in a number of natural product syntheses, but has been utilized on large scale in industry (See Scope Below). Several reviews have been published.
Механизм
Кори и его коллеги первоначально предложили следующий механизм реакции для объяснения селективности, достигаемой при каталитическом восстановлении. Впоследствии эндоциклический бор катализатора координируется с кетоном по стерически более доступной электронной паре (то есть паре, ближе к меньшему заместителю, Rs). Это предпочтительное связывание в 3 способствует минимизации стерических взаимодействий между кетоном (большой RL-заместитель направлен в сторону) и R'-группой катализатора, а также выравнивает карбонильную группу и координированный боран для благоприятного, лицевой селективного переноса гидрида через шестичленное переходное состояние 4. Перенос гидрида приводит к образованию хирального соединения 5, которое при кислотной обработке дает хиральный спирт 6. Последний этап регенерации катализатора может протекать по двум различным путям (путь 1 или 2). Преобладающей движущей силой для этого лицевой селективного внутримолекулярного переноса гидрида является одновременная активация борного реагента посредством координации с азотом Льюиса, обладающим основными свойствами, и усиление кислотности Льюиса эндоциклического атома бора для координации с кетоном. Комбинации различных производных катализатора CBS и бор-восстанавливающих агентов использовались для оптимизации энантиоселективности. В этом ряду субстратов стоит отметить несколько интересных случаев. Во-первых, в случае диарильной системы 9 достигается относительно высокая стереоселективность, несмотря на изостерическую природу кетоновых заместителей, что позволяет предположить, что электроника, помимо стерики, может играть роль в стереоселективности восстановления CBS. Температура также играет критическую роль в наблюдаемой стереоселективности. В целом, при более низких температурах достигаются более высокие энантиомерные избытки (ee). Однако при повышении температуры значения ee достигают максимального значения, зависящего от структуры катализатора и используемого бор-восстанавливающего агента. Использование борного реагента катехольборана, который, как было показано, участвует в реакциях восстановления CBS, проводимых при температурах до 126 °C с заметной энантиоселективностью, предлагает потенциальное решение для повышения сниженных значений ee, получаемых при более низких температурах. Сообщалось о проблемах с энантиоселективностью, связанных с использованием BH3 в качестве восстановителя для восстановления CBS. Коммерчески доступные растворы BH3•THF, исследованные Nettles и др., содержали следовые количества видов боргидрида, которые участвуют в неселективных реакциях восстановления, приводящих к снижению энантиоселективности. Хотя путь восстановления, катализируемый боргидридом, значительно медленнее, чем путь восстановления, катализируемый CBS, побочная реакция все же представляет собой потенциальную проблему для оптимизации стереоселективности. В 2012 году Mahale и др. разработали безопасную и недорогую процедуру асимметричного восстановления кетонов с использованием бор-производного N,N-диэтиланилина, полученного in situ, и оксазаборолидинового катализатора из боргидрида натрия, гидрохлорида N,N-диэтиланилина и (S)-α,α-дифенилпролинола.
Corey and coworkers originally proposed the following reaction mechanism to explain the selectivity obtained in the catalytic reduction. Subsequently, the endocyclic boron of the catalyst coordinates to the ketone at the sterically more accessible electron lone pair (i. e. the lone pair closer to the smaller substituent, Rs). This preferential binding in 3 acts to minimize the steric interactions between the ketone (the large RL substituent directed away) and the R’ group of the catalyst, and aligns the carbonyl and the coordinated borane for a favorable, face selective hydride transfer through a six membered transition state 4. Hydride transfer yields the chiral 5, which upon acidic workup yields the chiral alcohol 6. The last step to regenerate the catalyst may take place by two different pathways (Path 1 or 2). The predominant driving force for this face selective, intramolecular hydride transfer is the simultaneous activation of the borane reagent by coordination to the Lewis basic nitrogen and the enhancement of the Lewis acidity of the endocyclic boron atom for coordination to the ketone. Combinations of different derivatives of the CBS catalyst and borane reducing agents have been employed to optimize enantioselectivity. Several interesting cases are worth noting in this selection of substrates. First, in the case of the diaryl system 9, relatively high stereoselectively is achieved despite the isosteric nature of the ketone substituents, suggesting that electronics in addition to sterics may play a role in the stereoselectivity of the CBS reduction. Temperature also plays a critical role in the observed stereoselectivity. In general, at lower temperatures enantiomeric excesses (ee's) are obtained. However, when the temperature is increased, the ee values reach a maximum value that is dependent on the catalyst structure and borane reducing agent used. The use of the borane reagent catecholborane, which has been shown to participate in CBS reductions carried out at temperatures as low as 126 °C with marked enantioselectivity, offers a potential solution to improving the diminished ee values obtained at lower temperatures. Enantioselectivity issues associated with the use of BH3 as the reducing agent for the CBS reduction have been reported. Commercially available solutions of BH3•THF evaluated by Nettles et al. were shown to contain trace amounts of borohydride species, which participate in nonselective reductions that led to the diminished enantioselectivity. Though the borohydride catalyzed reduction pathway is much slower than the CBS catalyzed reduction, the side reaction still presents a potential challenge to optimize stereoselectivity. In 2012, Mahale et al. developed a safe and inexpensive procedure for asymmetric reduction of ketones using in situ prepared N,N diethylaniline borane and oxazaborolidine catalyst from sodium borohydride, N,N diethylaniline hydrochloride and (S) α,α diphenylprolinol
Вариации
Хотя катализатор CBS 1, разработанный Кори, получил широкое распространение в реакции восстановления по CBS, были разработаны и успешно применены и другие производные этого катализатора. Группа R’ катализатора CBS играет важную роль в энантиоселективности восстановления, и, как показано выше в разделе "Область применения", для оптимизации селективности использовались различные варианты группы R’ CBS. Энантиоселективное восстановление также применяется в промышленности в больших масштабах. Джонс и соавторы использовали восстановление по CBS при полном синтезе MK 0417, водорастворимого ингибитора карбоангидразы, который применяется в терапевтических целях для снижения внутриглазного давления.
Although CBS catalyst 1 developed by Corey has become commonly employed in the CBS reduction reaction, other derivatives of the catalyst have been developed and utilized successfully. The R’ group of the CBS catalyst plays an important role in the enantioselectivity of the reduction, and as illustrated in above in the Scope section, several variations of the CBS R’ group have been employed to optimize selectivity. The enantioselective reduction has also been employed on large scale in industry. Jones et al. utilized the CBS reduction in the total synthesis of MK 0417, a water soluble carbonic anhydrase inhibitor which has been used therapeutically to reduce intraocular pressure.