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Articulo de referencia

Reducción de Corey-Itsuno

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La reducción de Corey-Itsuno , también conocida como reducción de Corey-Bakshi-Shibata (CBS) , es una reacción química en la que una cetona proquiral se reduce enantioselectivamente para producir el alcohol quiral no racémico correspondiente. El reactivo de oxazaborolidina que media la reducción enantioselectiva de cetonas fue desarrollado previamente por el laboratorio de Shinichi Itsuno, por lo que esta transformación puede denominarse más apropiadamente reducción de Itsuno-Corey con oxazaborolidina. [ 1 ]

The CBS reduction
La reducción de CBS

Historia

En 1981, Itsuno y colaboradores informaron por primera vez sobre el uso de complejos de alcoxiamina-borano quirales en la reducción enantioselectiva y con alto rendimiento de cetonas aquirales a alcoholes quirales. [ 1 ] Varios años más tarde, en 1987, EJ Corey y colaboradores desarrollaron la reacción entre aminoalcoholes quirales y borano (BH 3 ), generando productos de oxazaborolidina que demostraron catalizar rápidamente la reducción enantioselectiva de cetonas aquirales en presencia de BH 3 •THF. [ 2 ] [ 3 ]

La reducción de CBS ha sido utilizada desde entonces por químicos orgánicos como un método fiable para la reducción asimétrica de cetonas aquirales. Cabe destacar que ha encontrado un uso destacado no solo en diversas síntesis de productos naturales, sino que también se ha utilizado a gran escala en la industria (véase el apartado Alcance más adelante). Se han publicado varias revisiones. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Mecanismo

Corey y colaboradores propusieron originalmente el siguiente mecanismo de reacción para explicar la selectividad obtenida en la reducción catalítica. [ 2 ] [ 3 ]

Mechanism of CBS reduction
Mecanismo de reducción de CBS

El primer paso del mecanismo implica la coordinación de BH 3 al átomo de nitrógeno del catalizador oxazaborolidina CBS 1. Esta coordinación sirve para activar el BH 3 como donador de hidruro y para aumentar la acidez de Lewis del boro endocíclico del catalizador. [ 5 ] Las estructuras cristalinas de rayos X y los análisis espectroscópicos de RMN de 11 B del complejo catalizador-borano coordinado 2 han proporcionado apoyo para este paso inicial. [ 5 ] [ 7 ] Posteriormente, el boro endocíclico del catalizador se coordina a la cetona en el par de electrones solitarios estéricamente más accesible (es decir, el par solitario más cercano al sustituyente más pequeño, Rs). Esta unión preferencial en 3 actúa para minimizar la tensión 1,3-alílica entre la cetona (el sustituyente R L grande dirigido hacia afuera) y el grupo R' del catalizador, y alinea el carbonilo y el borano coordinado para una transferencia de hidruro favorable y selectiva de cara a través de un estado de transición de seis miembros 4 . [ 8 ] [ 9 ] La transferencia de hidruro produce el alcoxiborano quiral 5 , que tras un tratamiento ácido produce el alcohol quiral 6. El último paso para regenerar el catalizador puede tener lugar por dos vías diferentes ( Vía 1 o 2 ). [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

La fuerza impulsora predominante para esta transferencia intramolecular de hidruro selectiva de cara es la activación simultánea del reactivo borano por coordinación con el nitrógeno básico de Lewis y el aumento de la acidez de Lewis del átomo de boro endocíclico para la coordinación con la cetona. [ 5 ]

Alcance y limitaciones

Estereoselectividad y quimioselectividad

La reducción CBS ha demostrado ser un método eficaz y potente para reducir una amplia gama de cetonas de forma estereoselectiva y quimioselectiva . Los sustratos incluyen una gran variedad de sistemas aril-alifáticos, dialifáticos, diaril, enonas α,β insaturadas e inonas , así como cetonas que contienen heteroátomos . [ 5 ] [ 13 ] Se han empleado combinaciones de diferentes derivados del catalizador CBS y agentes reductores de borano para optimizar la enantioselectividad.

Alcance de la reducción del CBS
Alcance de la reducción del CBS

En esta selección de sustratos, cabe destacar varios casos interesantes. En primer lugar, en el caso del sistema diarílico 9 , se logra una estereoselectividad relativamente alta a pesar de la naturaleza isostérica de los sustituyentes de la cetona, lo que sugiere que la electrónica, además de los impedimentos estéricos, puede desempeñar un papel en la estereoselectividad de la reducción CBS. [ 5 ] Las diferencias en la sustitución de las fracciones de alquino en las inonas 11 y 12 dan como resultado un cambio de selectividad para que el alquino funcione como el sustituyente estéricamente más voluminoso en lugar del más pequeño. Para los sistemas α,β insaturados 10-12 , se produce una reducción eficiente de la cetona a pesar de la posible reacción secundaria de hidroboración del enlace insaturado CC. También se ha demostrado que la reducción CBS tolera la presencia de heteroátomos como en la cetona 13 , que es capaz de coordinarse con el borano.

Consideraciones y limitaciones experimentales

Se ha demostrado que la presencia de agua en la mezcla de reacción tiene un efecto significativo en los excesos enantioméricos , por lo que la reducción de CBS debe realizarse en condiciones anhidras. [ 14 ] La temperatura también juega un papel crítico en la estereoselectividad observada. En general, a temperaturas más bajas se obtienen excesos enantioméricos (ee). Sin embargo, cuando se aumenta la temperatura, los valores de ee alcanzan un valor máximo que depende de la estructura del catalizador y del agente reductor de borano utilizado. [ 15 ] El uso del reactivo de borano catecolborano, que ha demostrado participar en reducciones de CBS llevadas a cabo a temperaturas tan bajas como -126  °C con marcada enantioselectividad, ofrece una solución potencial para mejorar los valores de ee disminuidos obtenidos a temperaturas más bajas. [ 16 ] [ 17 ]

Se han reportado problemas de enantioselectividad asociados con el uso de BH₃ como agente reductor para la reducción de CBS. Se demostró que las soluciones comerciales de BH₃ • THF evaluadas por Nettles et al. contenían trazas de especies de borohidruro, las cuales participan en reducciones no selectivas que llevaron a una disminución de la enantioselectividad. [ 18 ] Aunque la vía de reducción catalizada por borohidruro es mucho más lenta que la reducción catalizada por CBS, la reacción secundaria aún presenta un desafío potencial para optimizar la estereoselectividad.

En 2012, Mahale et al. desarrollaron un procedimiento seguro y económico para la reducción asimétrica de cetonas utilizando N , N -dietilanilina - borano y catalizador de oxazaborolidina preparados in situ a partir de borohidruro de sodio, clorhidrato de N , N -dietilanilina y (S)-α,α-difenilprolinol [ 19 ].

Variaciones

Aunque el catalizador CBS 1 desarrollado por Corey se ha convertido en un método de uso común en la reacción de reducción de CBS, se han desarrollado y utilizado con éxito otros derivados del catalizador. El grupo R' del catalizador CBS desempeña un papel importante en la enantioselectividad de la reducción y, como se ilustra en la sección de Alcance, se han empleado varias variaciones del grupo R' del CBS para optimizar la selectividad. [ 5 ] [ 13 ]

Aplicaciones

En las últimas dos décadas, la reducción CBS ha adquirido una utilidad sintética significativa en la síntesis de un número significativo de productos naturales, incluyendo lactonas, terpenoides, alcaloides, esteroides y biotinas. [ 5 ] [ 6 ] [ 20 ] La reducción enantioselectiva también se ha empleado a gran escala en la industria. Jones et al. utilizaron la reducción CBS en la síntesis total de MK-0417, un inhibidor de la anhidrasa carbónica soluble en agua que se ha utilizado terapéuticamente para reducir la presión intraocular. [ 14 ] La reducción asimétrica de un intermedio de sulfona bicíclica clave se logró con el catalizador de oxazaborolidina CBS que contiene Me como grupo R'.

Reducción de sulfona mediante CBS en la síntesis de MK-0417
Reducción de sulfona mediante CBS en la síntesis de MK-0417

La reducción asimétrica de un compuesto 1,1,1-tricloro-2-ceto es la primera etapa de la reacción de Corey-Link para la síntesis de aminoácidos y estructuras relacionadas, con la posibilidad de elegir entre estereoquímica natural o no natural y diversas cadenas laterales.

La reducción asimétrica de 7-(benciloxi)hept-1-en-3-ona conduce a (S)-7-(benciloxi)hept-1-en-3-ol, un alcohol quiral que permite la síntesis directa de kamanienamidas , las cuales se investigan actualmente como éteres enólicos que contienen enamida y que muestran una potente inhibición de las células cancerosas. La formación selectiva del producto quiral se logra mediante el catalizador (R)-CBS con un rendimiento del 89 % y un exceso enantiomérico del 91 %. [ 21 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Hirao, A.; Itsuno, S.; Nakahama, S.; Yamazaki, N. (1981), "Reducción asimétrica de cetonas aromáticas con complejos quirales de alcoxiaminaborano", Journal of the Chemical Society, Chemical Communications , 7 (7): 315, doi : 10.1039/C39810000315
  2. 1 2 Corey, EJ; Bakshi, RK; Shibata, S. (1987), "Reducción de cetonas con borano altamente enantioselectiva catalizada por oxazaborolidinas quirales. Mecanismo e implicaciones sintéticas", Journal of the American Chemical Society , 109 (18): 5551– 5553, doi : 10.1021/ja00252a056
  3. 1 2 Corey, EJ; Bakshi, RK; Shibata, S.; Chen, CP; Singh, VK (1987), "Un catalizador estable y de fácil preparación para la reducción enantioselectiva de cetonas. Aplicaciones a síntesis de múltiples pasos", Journal of the American Chemical Society , 109 (25): 7925– 7926, doi : 10.1021/ja00259a075
  4. ↑ Deloux, L.; Srebnik, M. (1993), "Reacciones asimétricas catalizadas por boro", Chemical Reviews , 93 (2): 763–784 , doi : 10.1021/cr00018a007
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 Corey, EJ; Helal, CJ (1998), "Reducción de compuestos carbonílicos con catalizadores de oxazaborolidina quirales: un nuevo paradigma para la catálisis enantioselectiva y un nuevo y potente método sintético", Angewandte Chemie International Edition , 37 (15): 1986– 2012, doi : 10.1002/(sici)1521-3773(19980817)37:15 < 1986::aid-anie1986 > 3.0.co ; 2-z , PMID 29711061 
  6. 1 2 Cho, BT (2006), "Avances recientes en las aplicaciones sintéticas de la reducción asimétrica mediada por oxazaborolidina", Tetrahedron , 62 (33): 7621– 7643, doi : 10.1016/j.tet.2006.05.036
  7. ↑ Corey, EJ; Azimioara, M.; Sarshar, S. (1992), "Estructura cristalina por rayos X de un catalizador de oxazaborolidina quiral para la reducción enantioselectiva de carbonilos", Tetrahedron Letters , 33 (24): 3429– 3430, doi : 10.1016/s0040-4039(00)92654-6
  8. ↑ Evans, D. (1988), "Reacciones orgánicas estereoselectivas: catalizadores para procesos de adición de carbonilo", Science , 240 (4851): 420–6 , Bibcode : 1988Sci...240..420E , doi : 10.1126/science.3358127 , PMID 3358127 
  9. ↑ Jones, DK; Liotta, DC; Shinkai, I.; Mathre, DJ (1993), "Orígenes de la enantioselectividad observada en las reducciones de cetonas catalizadas por oxazaborolidina", The Journal of Organic Chemistry , 58 (4): 799–801 , doi : 10.1021/jo00056a001
  10. ↑ Corey, EJ (1990), "Nuevas rutas enantioselectivas hacia compuestos biológicamente interesantes", Pure and Applied Chemistry , 62 (7): 1209–1216 , doi : 10.1351/pac199062071209 , S2CID 97731491 
  11. ↑ Nevalainen, V. (1994), "Modelado químico cuántico de la catálisis quiral. Parte 15. Sobre el papel de los complejos borano-alcoxiborano con puente de hidruro en la reducción catalítica enantioselectiva de cetonas promovida por oxazaborolidinas quirales", Tetrahedron: Asymmetry , 5 (2): 289–296 , doi : 10.1016/s0957-4166(00)86186-8
  12. ↑ Quallich, GJ; Blake, JF; Woodall, TM (1994), "Un estudio combinado sintético y ab initio de las relaciones de estructura y enantioselectividad de las oxazaborolidinas quirales", Journal of the American Chemical Society , 116 (19): 8516–8525 , doi : 10.1021/ja00098a012
  13. 1 2 Quallich, GJ; Woodall, TM (1993), "Reducción enantioselectiva de cetonas que contienen heteroátomos mediante oxazaborolidina", Tetrahedron Letters , 34 (5): 785– 788, doi : 10.1016/0040-4039(93)89012-f
  14. 1 2 Jones, TK; Mohan, JJ; Xavier, LC; Blacklock, TJ; Mathre, DJ; Sohar, P.; Jones, ETT; Reamer, RA; Roberts, FE; Grabowski, EJJ (1991), "Una síntesis asimétrica de MK-0417. Observaciones sobre reducciones catalizadas por oxazaborolidina", The Journal of Organic Chemistry , 56 (2): 763– 769, doi : 10.1021/jo00002a050
  15. ↑Bulliard, Michael (1999). "Chapter 11.1: Asymmetric Reduction of Prochiral Ketones Catalyzed by Oxazaborolidines". In Ager, David (ed.). Handbook of Chiral Chemicals. Marcel Decker. pp. 211–225. ISBN 0824710584.
  16. ↑Corey, E. J.; Link, J. O. (1989), "A new chiral catalyst for the enantioselective synthesis of secondary alcohols and deuterated primary alcohols by carbonyl reduction", Tetrahedron Letters, 30 (46): 6275–6278, doi:10.1016/s0040-4039(01)93871-7
  17. ↑Corey, E. J.; Bakshi, R. K. (1990), "A new system for catalytic enantioselective reduction of achiral ketones to chiral alcohols. Synthesis of chiral α-hydroxy acids", Tetrahedron Letters, 31 (5): 611–614, doi:10.1016/s0040-4039(00)94581-7
  18. ↑Nettles, S. M.; Matos, K.; Burkhardt, E. R.; Rouda, D. R.; Corella, J. A. (2002), "Role of NaBH 4 Stabilizer in the Oxazaborolidine-Catalyzed Asymmetric Reduction of Ketones with BH 3 - THF", The Journal of Organic Chemistry, 67 (9): 2970–2976, doi:10.1021/jo016257c, PMID 11975554
  19. ↑Mahale, Rajendra D.; Chaskar, Sudhir P.; Patil, Kiran E.; Maikap, Golak C.; Gurjar, Mukund K. (2012). "Corey–Itsuno Reduction of Ketones: A Development of Safe and Inexpensive Process for Synthesis of Some API Intermediates". Organic Process Research & Development. 16 (4): 710–713. doi:10.1021/op300034u.
  20. ↑Stemmler, R. T. (2007), "CBS Oxazaborolidines - Versatile Catalysts for Asymmetric Synthesis", Synlett, 2007 (6): 0997–0998, doi:10.1055/s-2007-973876
  21. ↑Prabhakar Reddy, D.; Zhang, Ning; Yu, Zhimei; Wang, Zhen; He, Yun (2017-10-02). "Total Synthesis of Kanamienamide". The Journal of Organic Chemistry. 82 (20): 11262–11268. doi:10.1021/acs.joc.7b01984. ISSN 0022-3263. PMID 28944669.