Οργανοκαταλυτικές Αντιδράσεις Ασύμμετρης Σύνθεσης β-Υδροξυκετονών και Δευτεροταγών Αλκοολών σε Οργανικούς Διαλύτες και Υδατικά Μικκύλια

Abstract

Μία σειρά νέων χειρόμορφων καταλυτών, παραγώγων β-αμινοαλκοολών, συντέθηκαν από τα αντίστοιχα τους α-αμινοξέα με βοροϋδρίδιο του νατρίου παρουσία πυκνού θειϊκού οξέος ως καταλύτη. Η αντίδραση αναγωγής πραγματοποιήθηκε σε ένα βήμα και οδήγησε στις β-αμινοαλκοόλες 56a-f ή στα Ν-βοράνια των β-αμινοαλκοολών 57a-f σε σχετικά υψηλές χημικές αποδόσεις. Οι δύο κατηγορίες των καταλυτών μπορούν να παραχθούν εκλεκτικά από την ίδια αντίδραση, ανάλογα με τις συνθήκες επεξεργασίας των ενδιάμεσων προϊόντων. Όξινη υδρόλυση των ενδιάμεσων προϊόντων οδηγεί αποκλειστικά στις β-αμινοαλκοόλες 56a-f, ενώ ήπια αλκαλική υδρόλυση αυτών οδηγεί στη σύνθεση των μη κυκλικών Ν-βορανίων των αμινοαλκοολών 57a-f. Οι χειρόμορφες β-αμινοαλκοόλες 56a-f χρησιμοποιήθηκαν ως οργανοκαταλύτες σε αλδολικές αντιδράσεις ασύμμετρης σύνθεσης σε υδατικά μικκύλια, ενώ τα Ν-βοράνια των β-αμινοαλκοολών 57a-f χρησιμοποιήθηκαν: (α) Ως αναγωγικά αντιδραστήρια σε αντιδράσεις ασύμμετρης αναγωγής προχειρόμορφων κετονών σε υδατικά μικκύλια, και (β) ως καταλύτες, παρουσία ενός αναγωγικού αντιδραστηρίου, σε αντιδράσεις ασύμμερης αναγωγής κετονών σε οργανικούς διαλύτες. Στην πρώτη περίπτωση, οι β-αμινοαλκοόλες 56a-f οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε οργανοκαταλυτικές αλδολικές αντιδράσεις σε υδατικά μικκύλια, απέδειξαν ότι είναι εφικτή η αποφυγή τοξικών και εύφλεκτων οργανικών διαλυτών. Οι χημικές και στερεοχημικές αποδόσεις των τελικών προϊόντων των αντιδράσεων αυτών (β-υδροξυ-κετόνες) έφθασαν μέχρι και 90 %. Η (S)-φαινυλογλυκινόλη έδωσε τα καλύτερα χημικά και στερεοχημικά αποτελέσματα σε υδατικά μικκύλια της επιφανειοδραστικής ουσίας Triton X-100. Στη δεύτερη περίπτωση, η χρήση των νέων χειρόμορφων Ν-βορανίων των β-αμινοαλκοολών 57a-f σε αντιδράσεις ασύμμετρης αναγωγής σε υδατικά μικκύλια, οδήγησε μεν σε προϊόντα αναγωγής (δευτεροταγείς αλκοόλες) με σχετικά καλές χημικές αποδόσεις (μέχρι και 66%), αλλά με αμελητεές έως μηδενικές στερεοχημικές αποδόσεις. Αντιθέτως, εφαρμογή αυτών στις ίδιες αντιδράσεις, αλλά σε ξηρούς οργανικούς διαλύτες και σε συνδυασμό με κάποιο αναγωγικό αντιδραστήριο (βοράνιο, BH3) οδήγησε σε χειρόμορφες αλκοόλες με σχετικά υψηλές χημικές και στερεοχημικές αποδόσεις (έως και 80%). Τα καλύτερα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν κατά την χρήση του Ν-βορανίου της (S)- ή (R)-φαινυλογλυκινόλης 57a σε τετραϋδροφουράνιο. Στα πλαίσια των αναγωγικών αντιδράσεων χρησιμοποιήθηκε, επίσης, για πρώτη φορά η χειρόμορφη πολυκυκλική βοραζίνη 61, η οποία συντέθηκε σε ένα βήμα από το μη κυκλικό Ν-βοράνιo της (R)-φαινυλογλυκινόλης 57a. Η καταλυτική της δράση, στις περισσότερες περιπτώσεις, ήταν ανάλογη του μη κυκλικού Ν-βορανίου 57a. Η ένωση αυτή, σε αντίθεση με τα μη κυκλικά Ν-βοράνια 57a-f, τα οποία είνα σταθερά τόσο σε υδατικά διαλύματα όσο και σε οργανικούς διαλύτες, εμφανίζει σταθερότητα μόνο σε ξηρούς οργανικούς διαλύτες.

A series of novel chiral catalysts, derivatives of β-amino alcohols, were synthesized through the reduction of the corresponding α-amino acids with sodium borohydride in the presence of concentrated sulfuric acid as catalyst. The reduction process was conducted in one step, leading to β-amino alcohols 56a-f and β-amino alcohol N-boranes 57a-f in relatively high yields. The two types of catalysts were prepared selectively by the same reaction, using different work-up procedures. Acid hydrolysis of the intermediates led exclusively to β-amino alcohols 56a-f, while mild alkaline hydrolysis resulted in the synthesis of non-cyclic β-amino alcohol N-boranes 57a-f. The chiral β-amino alcohols 56a-f were utilized as organocatalysts for asymmetric aldol reactions in aqueous micellar solutions, while the N-boranes 57a-f were utilized as: (a) Reducing reagents in the asymmetric reduction of prochiral ketones in aqueous micellar solutions, or (b) as catalysts, in the presence of a reducing reagent, in the asymmetric reduction of ketones in organic solvents. In the first case, β-amino alcohols 56a-f which were used for the first time in organocatalytic aldol reactions in aqueous micelles, demonstrated that it is possible to avoid toxic and flammable organic solvents. The final products of the above reactions (β-hydroxy-ketones) were obtained in yields and stereoselectivities up to 90%. (S)-Phenylglycinol proved to be the best organocatalyst, in combination with Triton X-100 aqueous micelles. In the second case, the employment of the new N-chiral boranes 57a-f in asymmetric reduction reactions in aqueous micelles, afforded reduction products (secondary alcohols) in relatively good yields (up to 66%), albeit stereoselectivities were negligible. In sharp contrast, application of N-boranes 57a-f as catalysts in the same reactions, but in dry organic solvents and in combination with a reducing agent (borane, BH3), led to chiral secondary alcohols in relatively high yields and stereoselectivities (up to 80%). The best results were obtained by using (S)- or (R)-phenylglycinol N-borane (57a) in combination with tetrahydrofuran. During asymmetric reduction experiments, the catalytic activity of the novel chiral polycyclic borazine 61, which was synthesized in one step from the corresponding N-borane 57a, was evaluated for the first time in asymmetric reduction reactions. In most cases yields and stereoselectivities of the reduction products were similar to those obtained using the non-cyclic N-borane 57a. Non-cyclic N-boranes 57a-f are stable in aqueous as well as organic solvents, while polycyclic borazine 7 is stable only in nonprotic dry organic solvents.