Реакция Хайоса – Пэрриша – Эдера – Зауэра – Вихерта. - Hajos–Parrish–Eder–Sauer–Wiechert reaction

В Реакция Хайоса – Пэрриша – Эдера – Зауэра – Вихерта. в органическая химия это пролин катализированный асимметричный альдольная реакция. Реакция названа в честь ее главных исследователей, Золтан Хаджос другие, из Hoffmann-La Roche[1][2] и Schering AG.[3] Обнаружена в 1970-х годах оригинальная каталитическая процедура Хаджоса-Пэрриша, показанная в уравнении реакции, приводящая к оптически активному бициклическому кетолу, а также модификация Эдера-Зауэра-Вихерта, приводящая к оптически активному ендиону за счет потери воды из кетолового покрытия. путь асимметричного органокатализ. Он широко использовался в качестве инструмента для синтеза стероиды и другие энантиомерно чистые молекулы.[4]

Оригинальная реакция

Рисунок 1.

В исходной реакции, показанной на рисунке 1. встречающиеся в природе хиральные пролин является хиральным катализатором в Альдольная реакция. Исходный материал - ахиральный трикетон и требуется всего 3% пролина для получения продукта реакции, кетола в 93% энантиомерный избыток. Как показано выше, Хаджос и Пэрриш работали при температуре окружающей среды в диметилформамид (DMF) растворитель с использованием каталитического количества (3% молярных эквивалентов) (S) - (-) - пролина, позволяющий выделить оптически активный промежуточный бициклический кетол. Таким образом, они описали первое использование пролина в каталитической асимметричной альдольной реакции.

Группа Шеринга работала в небиологических условиях с использованием (S) -пролина (47 мол.%), 1N. хлорная кислота, в ацетонитрил при 80 ° С. Следовательно, они не смогли выделить промежуточный бициклический кетол Хайоса, Пэрриша, а вместо этого смогли выделить продукт конденсации (S) -7a-метил-2,3,7,7a-тетрагидро-1H-инден-1,5 (6H) -дион через потеря воды.[5] Тридцать семь лет спустя[6] новая группа в Schering AG опубликовала продолжение более ранней работы Schering.[3] Вместо вышеупомянутых небиологических условий новая группа использовала каталитическую процедуру Хаджоса-Пэрриша. Таким образом, они смогли выделить оптически активный 6,5-бициклический кетол, описанный до сих пор только в публикациях Хаджоса-Пэрриша.[1][2]

Хаджос и Пэрриш далее исследовали точную конфигурацию вышеуказанного цис-конденсированного-7a-метил-6,5-бициклического кетола с помощью круговой дихроизм, и эти результаты были подтверждены рентгеноструктурным исследованием. Центросимметричный кристалл соответствующего рацемического кетола без метки тяжелого атома был получен с использованием рацемического пролина. Он показал с помощью дифракции рентгеновских лучей аксиальную ориентацию угловой метильной группы и экваториальную ориентацию гидроксильной группы в конформере кресло шестичленного кольца. Это хорошо согласуется с кристаллической структурой CD-кольца дигитоксигенин.[7] Структура этого кетола и его этильного гомолога показана следующим образом.

400pxКетолы Хаджоса-Пэрриша

Аналогичные исследования 7a-этил-гомолога показали, что этилбицикический кетол существует в цис-конформации, в которой 7a-этильная группа ориентирована экваториально, а гидроксильная группа ориентирована аксиально в форме кресла шестичленного кольца, как показано выше. . Причина предпочтения этой конформации может быть усилена 1,3-диаксиальным взаимодействием в другом цис-конформере между угловой этильной группой и аксиальными атомами водорода в С-4 и С-6 в шестичленном кольце.

В исследовании 2000 года группа Барбаса обнаружила, что межмолекулярный Добавки альдола (между кетонами и альдегидами) также возможны, хотя и с использованием значительно большего количества пролина:[8]

Алдол Барбас 2000

Авторы отметили сходство пролина, созданных ими антител к альдолазе.[9] и природные ферменты альдолазы альдолаза А все они работают через енамин средний. В этой реакции большая концентрация ацетон (один из двух реагентов) подавляет различные возможные побочные реакции: реакцию кетона с пролином до оксазолидинон и реакция альдегида с пролином до азометин-илид.

Ноц и Лист расширили полезность этой реакции для синтеза 1,2-диолов:[10]

Синтез диолов Notz 2000

В своем полном отчете о Коммуникации 2000 года группа обнаружила, что пролин вместе с соль тиазолия 5,5-диметилтиазолидиния-4-карбоксилат оказались наиболее эффективными катализаторами среди большой группы аминов, в то время как катализ солями (S) -1- (2-пирролидинилметил) пирролидина лег в основу разработки диаминовых органокатализаторов, которые доказали свою эффективность в широком спектре или органокаталитические реакции.[11]

Асимметричный синтез Кетон Виланда-Мишера (1985) - еще один внутримолекулярная реакция также на основе пролина, который был исследован группой Барбаса в 2000 году.[12] В этом исследовании группа Барбаса впервые продемонстрировала, что пролин может катализировать каскадную реакцию Михаэля-альдола посредством комбинированного иминий-енаминового катализа. Эта работа важна, потому что, несмотря на 30-летнюю историю и применение реакции Хаджоса-Пэрриша в промышленности, трикетоновый субстрат для этой реакции всегда синтезировался на дискретной независимой стадии, демонстрируя фундаментальное отсутствие понимания химического состава механизм этой реакции. Группа Барбаса сообщила, что антитела к альдолазе катализируют аннулирование иминий-енамина Робинсона в своем исследовании 1997 года, которое положило начало их исследованиям в области, которая теперь называется органокатализом.[13] В отчете, опубликованном в 2002 г. Карлос Ф. Барбас III сказал: «Работа в 1970-х годах над катализируемыми пролином реакциями внутримолекулярного альдольного присоединения, проведенная химиками-синтетиками Золтаном Г. Хаджосом и Дэвидом Р. Пэрриш из отдела химических исследований в Хоффманн-Ла-Рош, Натли, штат Нью-Джерси, вдохновила нас на более пристальный взгляд на параллели между низкомолекулярными катализаторами и ферментами ».[14]

В 2002 году группа Macmillan была первой, кто продемонстрировал катализируемую пролином альдольную реакцию между различными альдегиды.[15] Эта реакция необычна, потому что обычно альдегиды самоконденсируются.

Альдол Макмиллан 2002

Органокаталитическая межмолекулярная альдольная реакция теперь известна как альдольная реакция Барбаса-Листа.[16]

Механизм реакции

На протяжении многих лет было предложено несколько механизмов реакции трикетона. Хаджос и Пэрриш предложили механизм енамина в своей статье. [2] . Однако их эксперимент со стехиометрическим количеством меченой воды (H218O) поддерживает карбиноламиновый механизм. Поэтому Хаджос выдвинул (1974) полуаминальный средний.[2] Механизм Агами (1984) имеет енамин промежуточный с двумя единицами пролина, участвующими в переходное состояние (на основе экспериментальных кинетика реакции )[17] и согласно механизму Хоука (2001)[18][19] одной единицы пролина достаточно с циклическим переходным состоянием и с карбоксильной группой пролина, участвующей в водородная связь.

Алдол трикетон Механизмы

В полуаминальный (карбиноламин), предложенный Хаджосом в 1974 году, может превращаться в таутомерный промежуточный гидроксид иминия. Ион гидроксида иминия, вызвавший енолизацию метилкетона боковой цепи, будет сопровождаться замыканием кольца до показанного выше оптически активного бициклического кетола (см. Рисунок 1) под влиянием каталитического количества (S) - (-) - пролина. .Pengxin Zhou, Long Zhang, Sanzhong Luo и Jin-Pei Cheng получили отличные результаты, используя простой хиральный первичный амин t-Bu-CH (NH2) -CH2-Сеть2.TfOH для синтеза как кетона Виланда-Мишера, так и кетона Хайоса-Пэрриша, а также их аналогов.[20] Это подтверждает иминиевый механизм, потому что это учебник химии, согласно которому первичные амины образуют имины, а не енамины с карбонильными соединениями.

Карбиноламиновый механизм Hajos 1974 получил невольную поддержку в более поздней статье Майкла Лимбаха.[21] Исходный трикетон, 2-метил-2- (3-оксобутил) -1,3-циклопентандион, давал ожидаемый оптически активный бициклический кетол (+) - (3aS, 7aS) -3a, 4,7,7a-тетрагидро-3a- гидрокси-7a-метил-1,5 (6H) -индандион с катализатором (S) - (-) - пролином. С другой стороны, стереохимический результат меняется на противоположный с селективностью до 83% при использовании гомологичных аминокислотных катализаторов, таких как (S) -β-гомопролин, [(пирролидин- (2S) -ил) уксусная кислота]. Виртуальная аномалия может быть объяснена верхним подходом более объемных бета-аминокислот к вышеуказанному исходному материалу трикетона с отражательной симметрией. Подход с верхней стороны приводит к образованию энантиотопного карбиноламина с образованием (-) - (3aR, 7aR) -3a, 4,7,7a-тетрагидро-3a-гидрокси-7a-метил-1,5 (6H) - бициклический кетол-энантиомер индандиона, идентичный энантиомеру, полученному с неестественным (R) - (+) - пролином. Список в 2010 году[22] с другой стороны озадаченный и удивлен что Хаджос отверг енаминный механизм, конечно, в свете более ранней работы Спенсера в 1965 году по катализируемым амином альдольным реакциям.[23] Интересно и удивительно, что Эдер, Зауэр и Вихерт не пытались объяснить механизм реакции. [3]

В механизм реакции как было предложено группой Барбаса в 2000 г. для межмолекулярных реакций[8] основан также на енамин формирование и наблюдаемые стереоселективность на основе Модель Циммермана-Тракслера благоприятствуя Повторить лицо подход. Это тот же механизм, предложенный Барбасом для антител к альдолазе, о котором группа сообщила в 1995 году:

Список механизмов Aldol 2000

Этот енаминный механизм также запускает исходную реакцию трикетона Хаджоса-Пэрриша, но участие в ней двух молекул пролина, как было предложено Агами.[17] оспаривается Барбасом из-за отсутствия нелинейных эффектов[11] и поддерживаются более поздними исследованиями Листа на основе кинетика реакции.[24] Общий механизм дополнительно подтверждается Листом выводом о том, что в реакции, проведенной в маркированный вода (H218O), изотоп кислорода попадает в продукт реакции.[25] Эксперимент Хаджоса и Пэрриша со стехиометрическим количеством меченой воды (H218О) поддерживал карбиноламиновый механизм.[2]

В том же исследовании [20] реакция пролина с ацетон к оксазолидинону (в ДМСО ) было исследовано:

Образование оксазолидинона реакцией кетона с пролином

В константа равновесия для этой реакции только 0,12 приводит к выводу, что участие оксазолидинона является только паразитарным.

Блэкмонд в 2004 году также обнаружил оксазолидиноны в качестве промежуточных продуктов (ЯМР) в связанном катализируемом пролином α-аминооксилировании пропанал с нитрозобензол:[26]

Катализируемое пролином α-аминооксилирование

Чионг Тек Вонг из Института высокопроизводительных вычислений Сингапура изучал аналогичную реакцию оксиаминирования нитрозобензола с бутаном с использованием хирального пролинол катализатор на основе силилового эфира.[27] Его исследования убедительно показывают, что катализатор генерирует енол и образует комплекс енол-катализатор. Впоследствии ницособензол реагирует с комплексом енол-катализатор с образованием (S) -N-нитрозоальдольного продукта в соответствии с диаграммой электроотрицательности Полинга. Восстановление первично образовавшихся альдольных продуктов боргидридом натрия давало соответствующие спирты с хорошим выходом и превосходной энантиоселективностью в отношении PN/ПО=> 99: 1, как показано на схеме ниже. Вонг предполагает, что механизм реакции N-нитрозоальдола, катализируемой (S) -Cat, между нитрозобензолом и бутаном протекает через промежуточное соединение енола, а не через промежуточное соединение енамина.

оксиаминирование, катализируемое хиральным пролинолом, силиловым эфиром

Взгляд на оксазолидиноны как на паразитический вид оспаривается Зеебахом и Эшенмозером, которые в 2007 году опубликовали статью[28] в котором они утверждают, что оксазолидиноны на самом деле играют ключевую роль в катализе пролина. Одна из вещей, которые они сделали, - это реакция оксазолидинона с активированным альдегидом. хлорал в составе альдольной добавки:

Хлорал, Альдол, Зеебах, 2007

В 2008 году Барбас в своем эссе затронул вопрос, почему только в 2000 году возродился интерес к этой, казалось бы, простой реакции через 30 лет после новаторской работы Хаджоса и Пэрриша, и почему механизм катализа пролина так долго оставался загадкой.[29] Одно объяснение связано с различными научными культурами: механизм пролина в контексте катализа альдолазой, уже постулированный в 1964 году биохимиком.[30] был проигнорирован химиками-органиками. Другая часть объяснения заключалась в предполагаемой сложности катализа альдолазой, который долгое время доминировал в химическом мышлении. Наконец, исследования в этой области в Hoffmann-La Roche не расширились после отставки ZGH в ноябре 1970 года.

Происхождение названия реакции

Название этой реакции заняло некоторое время. В 1985 году профессор Агами и его сотрудники первыми назвали аннулирование Робинсона, катализируемое пролином, реакцией Хаджоса-Пэрриша.[31] В 1986 году профессор Анри Б. Каган и профессор Агами[32] все еще назвал это реакцией Хайоса-Пэрриша в аннотации этой статьи. В 2001 году профессор Каган опубликовал в Synlett статью «Нелинейные эффекты в асимметричном катализе: личное мнение».[33] В этой статье он ввел новое название - реакция Хайоса-Пэрриша-Вихерта. В 2002 году профессор Бенджамин Лист добавил еще два имени и ввел термин реакция Хайоса – Пэрриша – Эдера – Зауэра – Вихерта.[34] В научных статьях, опубликованных в 2008 г. в области органокатализа, используются названия реакции 1985, 2001 или 2002 гг. Поиск в июне 2014 г., ограниченный периодом 2009-2014 гг., Проведенный Google Scholar, дает 44 совпадения для реакции Хаджоса-Пэрриша 3. для реакции Хайоса-Пэрриша-Вихерта и 184 для реакции Хайоса-Пэрриша-Эдера-Зауэра-Вихерта. Однако термин «кетон Хаджоса-Пэрриша» (и аналогичные) остается распространенным.

Рекомендации

  1. ^ а б Z. G. Hajos, D. R. Parrish, патент Германии DE 2102623 1971
  2. ^ а б Хайос, Золтан Г. (1974). «Асимметричный синтез бициклических интермедиатов химии природных продуктов». Журнал органической химии. 39 (12): 1615–1621. Дои:10.1021 / jo00925a003.
  3. ^ а б Эдер, Ульрих (1971). «Новый тип асимметричной циклизации оптически активных стероидных частичных структур CD». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 10 (7): 496–497. Дои:10.1002 / anie.197104961.
  4. ^ Зеронг Ван ин Комплексные органические названия реакций и реагенты, Комплект 3В, стр. 1306, John Wiley and Sons Inc. 2009.
  5. ^ Список, Бенджамин (2002). «Асимметричные реакции, катализируемые пролином». Тетраэдр. 58 (28): 5573–5590. Дои:10.1016 / S0040-4020 (02) 00516-1.
  6. ^ Кеннеди, Джейсон В. Дж .; Виетрич, София; Вайнманн, Хильмар; Бриттен, Доминик Э. А. (2008). «Синтез 7a-замещенных аналогов кетона Hajos-Wiechert». Журнал органической химии. 73 (13): 5151–5154. Дои:10.1021 / jo800638s. PMID  18540678.
  7. ^ Кристаллическая структура дигитоксигенина, Karle, I.L., и Karle, J., Acta Crystallogr. B, 25: 434-442 (1969).
  8. ^ а б Список, Бенджамин (2000). "Прямые асимметричные альдольные реакции, катализируемые пролином". Журнал Американского химического общества. 122 (10): 2395–2396. Дои:10.1021 / ja994280y.
  9. ^ Вагнер, Дж; Лернер, РА; Барбас, CF (декабрь 1995 г.). «Эффективные каталитические антитела к альдолазам, использующие енаминный механизм природных ферментов». Наука. 270 (5243): 1797–800. Дои:10.1126 / science.270.5243.1797. PMID  8525368. S2CID  12714361.
  10. ^ Notz, Вольфганг (2000). «Каталитический асимметричный синтез анти-1,2-диолов». Журнал Американского химического общества. 122 (30): 7386–7387. Дои:10.1021 / ja001460v.
  11. ^ а б Сакхивел, Кандасами (2001). "Прямые асимметричные альдольные реакции, катализируемые аминокислотами: биоорганический подход к каталитическим асимметричным реакциям образования углерод-углеродных связей". Журнал Американского химического общества. 123 (22): 5260–5267. Дои:10.1021 / ja010037z. PMID  11457388.
  12. ^ Буй, Томми (2000). «Катализируемая пролином асимметричная реакция аннулирования Робинсона». Буквы Тетраэдра. 41 (36): 6951–6954. Дои:10.1016 / S0040-4039 (00) 01180-1.
  13. ^ Чжун, Гофу (1997). "Энантиоселективное аннулирование Робинсона, катализируемое антителами". Журнал Американского химического общества. 119 (34): 8131–8132. Дои:10.1021 / ja970944x.
  14. ^ Наука и технологии, февраль 2002, Том 80, Номер 8, CENEAR 80 08 стр. 33 ISSN 0009-2347
  15. ^ Нортруп, Алан Б. (2002). «Первая прямая и энантиоселективная кросс-альдольная реакция альдегидов». Журнал Американского химического общества. 124 (24): 6798–6799. Дои:10.1021 / ja0262378. PMID  12059180.
  16. ^ Рамачари, Девалапалли Б. (2009). «Прямой каталитический асимметричный синтез высокофункциональных 2-метилхроман-2,4-диолов с помощью альдольной реакции Барбаса-Листа». Химия - Европейский журнал. 15 (18): 4516–4522. Дои:10.1002 / chem.200900066. PMID  19308984.
  17. ^ а б Агами, Клод (1984). «Стереохимия-59». Тетраэдр. 40 (6): 1031–1038. Дои:10.1016 / S0040-4020 (01) 91242-6.
  18. ^ Бахманьяр, С. (2001). «Происхождение стереоселективности во внутримолекулярных альдольных реакциях, катализируемых пролином». Журнал Американского химического общества. 123 (51): 12911–12912. Дои:10.1021 / ja011714s. PMID  11749554.
  19. ^ Бахманьяр, С. (2001). «Переходные состояния катализируемых амином альдольных реакций с участием промежуточных продуктов енамина: теоретические исследования механизма, реакционной способности и стереоселективности». Журнал Американского химического общества. 123 (45): 11273–11283. Дои:10.1021 / ja011403h. PMID  11697970.
  20. ^ «Асимметричный синтез кетонов Виланда-Мишера и Хайоса-Пэрриша, катализируемый хиральным первичным амином, полученным из аминокислот» Zhou, P .; Чжан, Л; Луо, S; Ченг, Ж.-П., J.Org.Chem. 2012; 77; 2526-2530
  21. ^ β-Гомоаминокислоты как катализаторы энантиоселективных внутри- и межмолекулярных альдольных реакций Майкл Лимбах, Tetrahedron Letters 47 (2006) 3843-3847
  22. ^ Лист Б. (2010). «Эмиль Кневенагель и корни аминокатализа». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 49 (10): 1730–1734. Дои:10.1002 / anie.200906900. PMID  20175175.
  23. ^ Спенсер, Т. (1965). «Наблюдения за аминным катализом образования и дегидратации кетолов». Буквы Тетраэдра. 6 (43): 3889–3897. Дои:10.1016 / S0040-4039 (01) 89143-7. PMID  5842468.
  24. ^ Хоанг, Линь (2003). «Кинетические и стереохимические доказательства участия только одной молекулы пролина в переходных состояниях катализируемых пролином внутри- и межмолекулярных альдольных реакций». Журнал Американского химического общества. 125: 16–17. Дои:10.1021 / ja028634o. PMID  12515489.
  25. ^ Лист Б. (2004). "Специальная статья по асимметричному катализу, часть II: Новые исследования механизмов альдольной реакции, катализируемой пролином". Труды Национальной академии наук. 101 (16): 5839–5842. Дои:10.1073 / pnas.0307979101. PMID  15073330.
  26. ^ Ивамура, Хироши (2004). «Исследование активного катализатора в реакциях, опосредованных пролином, ускоряемых продуктом». Журнал Американского химического общества. 126 (50): 16312–16313. Дои:10.1021 / ja0444177. PMID  15600319.
  27. ^ Теоретическое исследование механизма реакции оксиаминирования, катализируемой альфа, альфа-дифенилпролинолом триметилсилиловым эфиром, Chiong Teck Wong, Буквы Тетраэдра 50 (2009) 811-813.
  28. ^ Действительно ли оксазолидиноны являются непродуктивными паразитическими видами в пролиновом катализе? - Мысли и эксперименты, указывающие на альтернативную точку зрения Helvetica Chimica Acta, том 90, выпуск 3, дата: март 2007, Страницы: 425-471 Дитер Зеебах, Альберт К. Бек, Д. Майкл Бадин, Майкл Лимбах, Альберт Эшенмозер, Ади М. Treasurywala, Рейнхард Хоби, Вальтер Прикошович, Бернард Линдер Дои:10.1002 / hlca.200790050
  29. ^ Утрачен органокатализ: современная химия, древняя химия и невидимый биосинтетический аппарат Карлос Ф. Барбас III Энгью. Chem. Int. Эд. 2008, 47, 42–47 Дои:10.1002 / anie.200702210
  30. ^ Раттер, У. Дж. (1964). «Эволюция альдолазы». Кормили. Proc. 23: 1248–57. PMID  14236133.
  31. ^ Агами, Клод (1985). «Новый диагностический инструмент для выяснения механизма энантиоселективных реакций. Приложение к реакции Хаджоса – Пэрриша». J. Chem. Soc., Chem. Commun. (8): 441–442. Дои:10.1039 / c39850000441.
  32. ^ Гилман, Генри; Джонс, Р. Г. (1940). «Трифенилиндий1». Журнал Американского химического общества. 62 (9): 2353–2357. Дои:10.1021 / ja01866a025.
  33. ^ Synlett 2001, № SI, 888–899
  34. ^ Список, Бенджамин (2002). «Асимметричные реакции, катализируемые пролином». Тетраэдр. 58 (28): 5573–5590. Дои:10.1016 / s0040-4020 (02) 00516-1.