Dihidroksilasyon - Dihydroxylation

Dihidroksilasyon hangi süreçtir alken bir yakın diol. Bunu başarmanın birçok yolu olmasına rağmen oksidasyon, en yaygın ve doğrudan işlemler yüksek oksidasyon durumunu kullanır Geçiş metali (tipik olarak osmiyum veya manganez). Metal genellikle bir katalizör bir başkasıyla stokiyometrik oksidan mevcut.[1] Ek olarak, diğer geçiş metalleri ve geçiş olmayan metal yöntemler geliştirilmiş ve reaksiyonu katalize etmek için kullanılmıştır.

Dihydroxylation.png

Mekanizma

Osmiyum tetroksit kullanarak dihidroksilasyon mekanizması.

Dihidroksilasyon mekanizmasında, bir ligand olefinin kiral seçiciliğini belirleyen metal katalizöre (osmiyum olarak gösterilen) ilk koordinatlar. Alken daha sonra bir [3 + 2] siklo katma yoluyla metale koordine olur ve ligand metal katalizörden ayrışır. Hidroliz olefin daha sonra komşu diolü verir ve katalizörün stokiyometrik bir oksidan ile oksidasyonu, döngüyü tekrarlamak için metal katalizörü yeniden oluşturur.[2] Olefin konsantrasyonu, diolün enantiyomerik fazlalığı için çok önemlidir çünkü alkenlerin daha yüksek konsantrasyonları, diğer enantiyomeri üretmek için diğer katalitik bölge ile birleşebilir.[3]

Osmiyum katalizli reaksiyonlar

Osmiyum tetroksit (OsO4) alkenlerin dihidroksilasyonunda kullanılan, güvenilirliği ve syn-diol üretmedeki etkinliği nedeniyle popüler bir oksidandır. Pahalı ve toksik olduğu için katalitik miktarda OsO4 stokiyometrik bir oksitleyici ajan ile birlikte kullanılır.[2][3] Milas hidroksilasyon, Upjohn dihidroksilasyon, ve Keskinsiz asimetrik dihidroksilasyon reaksiyonların tümü, katalizör olarak osmiyumun yanı sıra değişen ikincil oksitleyici maddeler kullanır.

Milas

Milas dihidroksilasyon 1930'da tanıtıldı ve stokiyometrik oksitleyici ajan olarak hidrojen peroksit kullanıyor.[4] Yöntem, diol üretebilmesine rağmen, dikarbonil bileşiğine aşırı oksidasyon, komşu diolü izole etmede zorluklara yol açmıştır.[4] Bu nedenle Milas protokolünün yerini Upjohn ve Sharpless asimetrik dihidroksilasyon almıştır.

Upjohn

Upjohn dihidroksilasyon 1973'te rapor edildi ve OsO kullanıyor4 dihidroksilasyon prosedüründe aktif katalizör olarak. Aynı zamanda N-Metilmorfolin N-oksit (NMO) osmiyum katalizörünü yeniden oluşturmak için stokiyometrik oksidan olarak, katalitik miktarlarda osmiyum kullanılmasına izin verir.[2][5] Upjohn protokolü, visinal diole yüksek dönüşümler sağlar ve birçok substratı tolere eder. Bununla birlikte, protokol tetrasübstitüe edilmiş alkenleri dihidroksile edemez.[2] Upjohn koşulları, Kishi ve çalışma arkadaşlarının gösterdiği gibi, alilik alkollerden anti-diollerin sentezlenmesi için kullanılabilir.[6]

Keskisiz asimetrik

Sharpless asimetrik dihidroksilasyon, katalitik miktarlarda OsO kullanmak için K. Barry Sharpless tarafından geliştirilmiştir.4 stokiyometrik oksidan K ile birlikte3[Fe (CN)6].[1][2][7] Reaksiyon, şiral bir yardımcı varlığında gerçekleştirilir. Kiral bir yardımcı olarak dihidrokinidin (DHQD) veya dihidrokininin (DHQ) seçilmesi, ligandların mutlak konfigürasyonu zıt olduğu için olefinin yüz seçiciliğini belirler.[2][7][8] Katalizör, oksidan ve kiral yardımcı, seçici dihidroksilasyon için önceden karıştırılmış olarak satın alınabilir. AD-mix-α şiral yardımcı (DHQ) içerir2OsO'yu konumlandıran PHAL4 olefinin alfa yüzünde; AD-mix-β şunları içerir (DHQD)2PHAL ve beta yüzüne hidroksil grupları iletir.[1][9] Sharpless asimetrik dihidroksilasyon, kiral yardımcı sınıfı değiştirerek substrat seçiciliği için geniş bir kapsama sahiptir.[7]

Sharpless asimetrik dihidroksilasyon için anımsatıcı.
TMEDA Transition State.png

Diğer varyantlar

Yukarıda bahsedildiği gibi, alilik alkollerden anti-diolleri sentezleme yeteneği, NMO'nun bir stoikiometrik oksidan olarak kullanılmasıyla elde edilebilir.[6] Kullanımı tetrametilendiamin (TMEDA) bir ligand olarak Kishi'nin protokolüne kıyasla uygun bir diastereomerik orana sahip syn-dioller üretti; ancak stokiyometrik osmiyum kullanılır. Syn-seçiciliği, alilik alkolün hidrojen bağı verici kabiliyetinden ve diaminin alıcı kabiliyetinden kaynaklanmaktadır.[10][11][12] Bu, o zamandan beri homoalik sistemlere uygulandı. [13]

Diğer dihidroksilasyon yöntemleri

Osmiyum tetroksit pahalı ve toksik olduğundan, olefinlerden komşu diolleri hazırlamak için başka metaller kullanılmıştır. Dihidroksilasyonda kullanılan bir diğer popüler metal rutenyumdur. Yüksek oksidatif olmasına rağmen, kısa reaksiyon süresi ve maliyet etkinliği nedeniyle rutenyum kullanılmıştır.[14] Tipik olarak, rutenyum tetroksit, rutenyum triklorürden ve ikincil oksidan NaIO'dan in situ oluşturulur.4 katalizörü yeniden oluşturmak için kullanılır. Reaksiyonun devir sınırlayıcı aşaması hidroliz aşamasıdır; bu nedenle, bu adımın oranını artırmak için sülfürik asit eklenir.[14][15]

Manganez ayrıca dihidroksilasyonda da kullanılır ve genellikle osmiyum tetroksit yöntemleri zayıf sonuçlar verdiğinde seçilir.[15] Rutenyuma benzer şekilde, manganezin oksidasyon potansiyeli yüksektir ve substratların aşırı oksidasyonuna yol açar. Potasyum permanganat genellikle dihidroksilasyon için oksidan olarak kullanılır; bununla birlikte, organik çözücü içindeki zayıf çözünürlüğü nedeniyle, faz transfer katalizörü (benziltrietilamonyum klorür, TEBACl gibi) ayrıca dihidroksilasyon için substratların sayısını arttırmak için eklenir.[15]

Prévost ve Woodward dihidroksilasyon

Prevost ve Woodward Reaksiyonlarının Şeması.

Katalizör olarak geçiş metallerini kullanan açıklanan diğer yöntemlerin aksine, Prévost ve Woodward yöntemleri iyot ve bir gümüş tuzu kullanır. Bununla birlikte, reaksiyona su ilavesi, hidroksil gruplarının cis- ve trans- ilavesini yönlendirir. Prévost reaksiyonu, trans-diolleri üretmek için tipik olarak gümüş benzoat kullanır; Prévost reaksiyonunun Woodward modifikasyonu, cis-diolleri üretmek için gümüş asetat kullanır. Hem Prévost hem de Woodward reaksiyonlarında, iyot ilk önce alkene eklenir ve siklik bir iyodinyum iyonu üretir. Karşılık gelen gümüş tuzundan gelen anyon daha sonra nükleofilik ikame ile iyodinyum iyonuna eklenir.[16]

Prevost ve Woodward hidroksilasyon yöntemlerinin ilk adımı.

Prévost reaksiyonunda, iyodinyum iyonu, benzoat anyonu tarafından nükleofilik saldırıya uğrar. Benzoat anyonu, bir komşu grup katılım mekanizması yoluyla iyodürü yerinden çıkarmak için tekrar bir nükleofil görevi görür. İkinci bir benzoat anyonu, ara ürünle reaksiyona girerek anti-ikame edilmiş dibenzoat ürününü üretir, bu daha sonra trans-diolleri vermek için hidrolize girebilir.[16]

Prevost reaksiyon mekanizması.

Prévost reaksiyonunun Woodward modifikasyonu cis-diolleri verir. Asetat anyonu siklik iyodinyum iyonu ile reaksiyona girerek bir okson iyon ara maddesi verir. Bu daha sonra monoasetatı vermek için suyla kolayca reaksiyona girebilir ve bu daha sonra bir cis-diol verecek şekilde hidrolize edilebilir. [17]

Woodward reaksiyon mekanizması.

Gümüş tuzlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırmak için Sudalai ve arkadaşları Prévost-Woodward reaksiyonunu değiştirdiler; reaksiyon LiBr ile katalize edilir ve NaIO kullanır4 ve PhI (OAc)2 oksidan olarak.[18]LiBr, NaIO ile reaksiyona girer4 ve daha sonra daha önce belirtildiği gibi reaksiyon boyunca ilerleyebilen lityum asetat üretmek için asetik asit. Protokol, seçilen oksidana bağlı olarak ilgili diol için yüksek dr üretti.

Sudalai tarafından önerilen Prevost-Woodward reaksiyonunun modifikasyonu.

Başvurular

Yüksek oranda ikame edilmiş ve stereospesifik şekerlerin sentezi önemlidir, çünkü polisakkaritler doğada bulunan büyük bir bileşik sınıfını oluşturur. Spesifik bir örnek, anti-HIV aktivitesine sahip olduğu gösterilen biyolojik olarak aktif molekül kakelokelozdadır.[19] Harris ve arkadaşları tarafından yürütülen araştırma. kakelokeloz ve diğer şekerlere ait enantiyospesifik bir şeker sentezi üzerinde çalışmış, osmiyum katalizörü ile birçok farklı dihidroksilasyon reaksiyonu gerçekleştirmiştir. Vinilfuran Sharpless koşulları altında AD-karışım-a ile reaksiyona sokularak (R) -diol elde edildi. Daha sonra ortaya çıkan dihidropiran elde edilen şekeri vermek için Upjohn koşulları altında reaksiyona sokuldu, mannoz (burada R, H'yi veya bir koruma grubunu temsil eder).[19]

Sugar synthesis.png

Bunlara ek olarak, talose ve Gulose ayrıca farklı bir dihidropirandan sentezlendi. Bileşik bir alilik alkol içerdiğinden, Upjohn koşulları ve elde edilen şekerleri oluşturmak için ikincil oksidan olarak TMEDA'yı kullanan Upjohn modifikasyonu (burada R, H'yi veya bir koruyucu grubu temsil eder).[19]

NMO - TMEDA.png

Dihidroksilasyon yöntemlerinin bir başka uygulaması da steroid sentezidir. Brassinosteroidler, bitki büyümesini düzenlediği ve bir böcek ilacı olarak tarımsal aktiviteye sahip olduğu gösterilen bir steroid sınıfıdır. Bu steroid sınıfı, kendi stereokimyasına sahip dört komşu diolün yanı sıra standart steroid çerçevesini içerir.[20] Brosa, steroidin A halkasına cis-diol vermek için her iki Woodward koşulunu kullanarak hidroksil gruplarını steroid içine yerleştirdi. Daha sonra, D halkasındaki alken zinciri, OsO kullanılarak ikinci cis-diol verecek şekilde dihidroksile edildi.4 ve stoikiometrik oksidan olarak NMO.[21]

Dihidroksilasyon adımlarını gösteren reaksiyonlar.

Referanslar

  1. ^ a b c Carey, Francis A .; Sundberg, Richard J. İleri Organik Kimya Bölüm B: Reaksiyonlar ve Sentez (5. baskı). Springer.
  2. ^ a b c d e f Schroder, M. (1980). "Doymamış substratların osmiyum tetraoksit cis hidroksilasyonu". Chem. Rev. 80 (2): 187–213. doi:10.1021 / cr60324a003.
  3. ^ a b Kolbe, H.C .; VanNieuwanhze, M.S .; Sharpless, K.B. (1994). "Katalitik Asimetrik Dihidroksilasyon". Chem. Rev. 94 (8): 2483–2547. doi:10.1021 / cr00032a009.
  4. ^ a b Milas, N.A .; Sussman, S. (1936). "Çift Bağ 1'in Hidroksilasyonu". J. Am. Chem. Soc. 58 (7): 1302–4. doi:10.1021 / ja01298a065.
  5. ^ Dupau, P .; Epple, R .; Thomas, A.A .; Fokin, V.V .; Sharpless, K.B. (2002). "Asidik Ortamda Olefinlerin Osmiyum Katalizeli Dihidroksilasyonu: Eski İşlem, Yeni Hileler". Adv. Synth. Katal. 344 (3–4): 421–33. doi:10.1002 / 1615-4169 (200206) 344: 3/4 <421 :: AID-ADSC421> 3.0.CO; 2-F.
  6. ^ a b Cha, J.K .; Christ, W.J .; Kishi, Y. (1983). "1983". Tetrahedron Harf. 24: 3943–6. doi:10.1016 / s0040-4039 (00) 88231-3.
  7. ^ a b c Morikawa, K .; Park, J .; Anderson, P.G .; Hashiyama, T .; Sharpless, K.B. (1993). "Tetrasübstitüe edilmiş olefinlerin katalitik asimetrik dihidroksilasyonu". J. Am. Chem. Soc. 115 (18): 8463–4. doi:10.1021 / ja00071a072.
  8. ^ Carey, F.A .; Sundberg, R.J. (2007). Advanced Organic Chemistry Part A: Yapı ve Mekanizmalar. Springer. s. 202.
  9. ^ Xu, D.X .; Crispino, G.A .; Sharpless, K.B. (1992). "Dienlerin seçici asimetrik dihidroksilasyon (AD)". J. Am. Chem. Soc. 114 (19): 7570–1. doi:10.1021 / ja00045a043.
  10. ^ Donohoe, T.J .; Blades, K .; Moore, P.R .; Waring, M.J .; Winter, J.J.G .; Helliwell, M .; Newcombe, NJ .; Stemp, G. (2002). "OsO4 / TMEDA kullanılarak siklik alilik alkoller ve trikloroasetamidlerin yönlendirilmiş dihidroksilasyonu". J. Org. Kimya. 67 (23): 7946–56. doi:10.1021 / jo026161y. PMID  12423122.
  11. ^ Donohoe, T.J .; Moore, P.R .; Waring, M.J .; Newcombe, Nicholas J. (1997). "Alilik alkollerin yönlendirilmiş dihidroksilasyonu". Tetrahedron Harf. 38 (28): 5027–30. doi:10.1016 / s0040-4039 (97) 01061-7.
  12. ^ Donohoe, T.J. (2002). "Yönlendirilmiş Dihidroksilasyon Reaksiyonunun Geliştirilmesi". Synlett (8): 1223–32. doi:10.1055 / s-2002-32947.
  13. ^ Donohoe, Timothy J .; Mitchell, Lee; Waring, Michael J .; Helliwell, Madeleine; Bell, Andrew; Newcombe, Nicholas J. (2003-06-10). "Yönlendirilmiş dihidroksilasyon kapsamı: siklik homoalilik alkoller ve trihaloasetamidlere uygulama". Organik ve Biyomoleküler Kimya. 1 (12): 2173–2186. doi:10.1039 / B303081D. ISSN  1477-0539. PMID  12945911.
  14. ^ a b Plietker, B .; Niggemann, M. (2003). "Olefinlerin RuO4 ile katalize edilen dihidroksilasyonu için geliştirilmiş bir protokol". Org. Mektup. 5 (18): 3353–6. doi:10.1021 / ol035335a. PMID  12943425.
  15. ^ a b c Bataille, C.J.R .; Donohoe, T.J. (2011). "Alkenlerin ozmiyum içermeyen doğrudan sin-dihidroksilasyon". Chem. Soc. Rev. 40 (1): 114–28. doi:10.1039 / b923880h. PMID  21049111.
  16. ^ a b Kurti, L .; Czako, B. (2005). Organik Sentezde İsimli Reaksiyonların Stratejik Uygulamaları. Elsevier. s. 360–1.
  17. ^ Woodward, R.B .; Brutcher, Jr., F.V. (1958). "İyot, Gümüş Asetat ve Islak Asetik Asit ile Sentetik Steroid Ara Ürünün cis-Hidroksilasyonu". J. Am. Chem. Soc. 80: 209–11. doi:10.1021 / ja01534a053.
  18. ^ Emmanuvel, L .; Shaikh, T.M.A .; Sudalai, A. (2005). "NaIO4 / Li Brolefinlerin aracılı diastereoselektif dihidroksilasyonu: Prevost-Woodward reaksiyonuna katalitik bir yaklaşım ". Org. Mektup. 7 (22): 5071–4. doi:10.1021 / ol052080n. PMID  16235960.
  19. ^ a b c Harris, J.M .; Keranen, M.D .; O'Doherty, G.A. (1999). "Sentezleri D- ve L-Diyasteroselektif ve Enantiyoselektif Dihidroksilasyon Reaksiyonları Yoluyla Manoz, Guloz ve Taloz ". J. Org. Kimya. 64 (9): 2982–3. doi:10.1021 / jo990410. PMID  11674384.
  20. ^ Bishop, G .; Koncz, Csaba (2002). "Brassinosteroidler ve Bitki Steroid Hormon Sinyali". Bitki Hücresi. 14: S97–110. doi:10.1105 / tpc.001461. PMC  151250. PMID  12045272.
  21. ^ Brosa, C .; Nusimovich, S; Peracaula, R (1994). "Antiekdisteroidler olarak potansiyel aktiviteye sahip yeni brassinosteroidlerin sentezi". Steroidler. 59 (8): 463–7. doi:10.1016 / 0039-128x (94) 90058-2. PMID  7985206. S2CID  45409677.