Abstrak
Katalis sulfida turunan BINOL yang mengandung unit difenilmetanol disiapkan. Kemampuan katalitik sulfida kiral dengan unit difenilmetanol diteliti dalam bromolaktonisasi desimetrisasi untuk sintesis asimetris γ-butirolakton kiral yang terfungsionalisasi. Kinerja katalitik yang sangat baik diamati dalam bromolaktonisasi desimetrisasi katalitik. Lebih jauh, peran masing-masing gugus fungsional dalam katalis sulfida turunan BINOL dijelaskan dalam penelitian ini.
1 Pendahuluan
Halolaktonisasi asimetris katalitik dari asam alkenoat merupakan salah satu metode yang paling dapat diandalkan untuk preparasi stereoselektif senyawa lakton kiral yang penting. [ 1 – 7 ] Berbagai macam katalis molekuler kiral telah dikembangkan untuk aplikasi dalam halolaktonisasi enantioselektif. Kelompok penelitian kami juga tertarik untuk mengembangkan organokatalis kiral yang efektif untuk halolaktonisasi yang sangat stereoselektif. [ 7 ] Untungnya, kami berhasil mengembangkan katalis sulfida bifungsional kiral turunan BINOL untuk bromolaktonisasi asam alkenoat yang sangat enantioselektif (Skema 1 ). [ 7 – 18 ] Katalis sulfida bifungsional kiral kami sangat efektif untuk sintesis stereoselektif senyawa γ-butirolakton kiral melalui bromolaktonisasi asimetris dari turunan asam 4-pentenoat. [ 14 – 17 ] Misalnya, desimetrisasi bromolaktonisasi asam alkenoat 2 dan 4 di bawah pengaruh katalis sulfida bifungsional kiral ( S )- 1 menghasilkan produk γ-butyrolactone 3 dan 5 dengan diastereo- dan enantioselektivitas yang baik. [ 14 , 15 ] Peran masing-masing gugus fungsi pada katalis sulfida turunan BINOL telah dijelaskan dalam karya kami sebelumnya, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Skema 1
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Peran setiap gugus fungsi dalam katalis sulfida turunan BINOL.
1. Kami telah menunjukkan bahwa gugus sulfida pada katalis sangat penting untuk mendorong bromolaktonisasi. Faktanya, senyawa turunan BINOL yang tidak memiliki gugus sulfida hampir tidak menunjukkan aktivitas katalitik untuk bromolaktonisasi dalam penelitian kami sebelumnya. [ 9 – 12 ]
2. Kami juga mengamati bahwa gugus hidroksi pada posisi 2 dari unit binaphthyl dalam katalis sulfida ( S )- 1 sangat diperlukan untuk mencapai bromolaktonisasi yang sangat enantioselektif. [ 11 – 18 ] Temuan ini menyoroti pentingnya desain bifungsional dari sulfida kiral ( S )- 1 sebagai katalis yang efektif untuk bromolaktonisasi asimetris.
3. Penempelan gugus aril yang sesuai pada posisi 3 dari unit binaftil dalam katalis sulfida ( S )- 1 cukup meningkatkan enantioselektivitas produk bromolaktonisasi dalam kebanyakan kasus, meskipun peningkatannya tidak signifikan. [ 11 – 18 ]
Untuk mengembangkan katalis sulfida kiral yang lebih efektif untuk bromolaktonisasi asimetris, kami merancang sulfida turunan BINOL ( S )- 6 , yang memiliki unit difenilmetanol yang umum digunakan sebagai lampiran dalam katalis kiral yang efisien (Skema 1 ). [ 19 – 23 ] Dalam penelitian ini, kami melaporkan sintesis dan kinerja katalitik katalis sulfida kiral turunan BINOL ( S )- 6 dengan unit difenilmetanol dalam bromolaktonisasi asimetris.
2 Hasil dan Pembahasan
Sulfida kiral ( S )- 6 yang diinginkan disintesis dari senyawa yang dilaporkan sebelumnya ( R )- 7 , [ 24 ] seperti yang diilustrasikan dalam Skema 2 . Awalnya, gugus karboksilat diperkenalkan pada posisi 3 dari unit binaphthyl. Senyawa awal ( R )- 7 diolah dengan butyllithium, dan zat antara yang dihasilkan kemudian diolah dengan etil kloroformat untuk menghasilkan senyawa ( R )- 8 , yang memiliki gugus ester. [ 25 ] Senyawa ( R )- 8 dapat dengan mudah diubah menjadi sulfida ( S )- 11 dalam tiga langkah, mengikuti prosedur sintesis khas untuk senyawa sulfida kiral yang berasal dari BINOL. [ 12 – 14 , 16 ] Sulfida ( S ) – 11 , yang mengandung gugus ester, diolah dengan fenilmagnesium bromida untuk menghasilkan sulfida kiral target ( S ) – 6 , yang mengandung unit difenilmetanol, dalam hasil yang tinggi. [ 26 ]
Skema 2
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Sintesis sulfida turunan BINOL yang mengandung unit difenilmetanol.
Dengan skema sintesis efisien sulfida ( S )- 6 turunan BINOL yang mengandung unit difenilmetanol, kami menguji kemampuan katalitik sulfida kiral ( S )- 6 dibandingkan dengan sulfida bifungsional kiral ( S )- 1 yang dikembangkan sebelumnya ( Skema 3 ). Bromolaktonisasi desimetris asimetris katalitik dari asam alkenoat 2a dipilih sebagai reaksi model. [ 14 , 27 , 28 ] Yang menggembirakan, sulfida kiral ( S )- 6 menunjukkan kemampuan katalitik yang sangat baik dalam desimetrisasi bromolaktonisasi 2a , yang mengarah ke produk γ-butirolakton fungsional 3a dengan hasil yang sangat baik (99%) dan stereoselektivitas (>20:1 dr, 97% ee). Enantioselektivitas yang diamati (97% ee) lebih unggul daripada yang dicapai dalam reaksi menggunakan katalis sulfida bifungsional sederhana ( S )- 1a (85% ee). Lebih jauh lagi, enantioselektivitas produk 3a ditingkatkan dalam reaksi menggunakan katalis ( S )- 6 (97% ee), dibandingkan dengan reaksi menggunakan katalis sulfida kiral yang dioptimalkan sebelumnya ( S )- 1b (93% ee) dan ( S )- 1c (89% ee).
Skema 3
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Efek katalis sulfida kiral yang berasal dari BINOL.
Untuk memperjelas peran dua gugus hidroksi pada sulfida kiral ( S )- 6 , beberapa percobaan kontrol dengan sulfida ( S )- 13 , 14 , dan 15 dilakukan (Skema 3 ). Ketika bromolaktonisasi desimetrisasi 2a dilakukan menggunakan katalis bertopeng gugus hidroksi fenolik ( S )- 13 , produk 3a diperoleh dengan enantioselektivitas yang sangat buruk (5% ee). Hasil yang diamati serupa dengan reaksi menggunakan katalis sulfida sederhana yang dilindungi hidroksi ( S )- 12 (4% ee). Hasil ini dengan jelas menunjukkan bahwa gugus hidroksi fenolik pada posisi 2 pada katalis sulfida turunan BINOL sangat penting untuk mencapai bromolaktonisasi yang sangat enantioselektivitas. Selanjutnya, peran gugus hidroksi dalam unit difenilmetanol dari katalis sulfida diselidiki. Sulfida bifungsional kiral ( S )- 14 , yang mengandung unit difenilmetana, menunjukkan kinerja katalitik yang sangat baik, memberikan produk bromolaktonisasi 3a dengan enantioselektivitas tinggi (96% ee). Selain itu, katalis yang dilindungi alkohol ( S )- 15 juga disiapkan dan dikenakan bromolaktonisasi desimetrisasi 2a . Sebagai hasil dari reaksi dengan katalis ( S )- 15 , produk bromolaktonisasi 3a diperoleh dengan tingkat enantioselektivitas yang baik (82% ee). Berdasarkan hasil ini, kami menyimpulkan bahwa gugus hidroksi alkohol dalam unit difenilmetanol dari katalis sulfida kiral ( S )- 6 tidak penting secara signifikan, sedangkan gugus hidroksi fenolik pada posisi 2 dari katalis sulfida yang berasal dari BINOL sangat penting untuk bromolaktonisasi enantioselektivitas.
Kinerja katalitik tinggi dari sulfida kiral ( S )- 6 , yang mengandung unit difenilmetanol, selanjutnya ditunjukkan dalam bromolaktonisasi desimetrisasi asam alkenoat 2 (Skema 4 ). γ-butirolaktona 3 yang ditargetkan , yang memiliki stereosenter α-tersier dan γ-kuartener, diperoleh dengan tingkat diastereoselektivitas yang tinggi (>20:1 dr) dan enantioselektivitas (90%–97% ee). Bromolaktonisasi asimetris katalitik asam alkenoat 16 , yang digunakan sebagai reaksi patokan untuk mengevaluasi kinerja katalitik, [ 14 , 27 , 29 – 31 ] juga secara efektif dipromosikan oleh katalis sulfida ( S )- 6 , menghasilkan produk γ-butirolaktona 17 dengan hasil dan enantioselektivitas yang tinggi (93% ee).
Skema 4
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Sintesis asimetris katalitik dari γ-kuartener γ-butirolakton.
Kegunaan lanjutan dari katalis sulfida kiral turunan BINOL ( S )- 6 juga terungkap dalam desimetrisasi bromolaktonisasi asam karboksilat α,α-dialil 4a (Skema 5 ). [ 15 , 32 ] Sulfida kiral ( S )- 6 , yang mengandung unit difenilmetanol, secara efisien mendorong bromolaktonisasi 4a pada kondisi reaksi yang dioptimalkan sebelumnya, [ 15 ] menghasilkan γ-butirolakton α-kuartener 5a dengan stereoselektivitas yang sangat baik (>20:1 dr, 93% ee). Khususnya, enantioselektivitas produk 5a yang diamati dalam reaksi dengan katalis ( S )- 6 lebih unggul daripada yang dicapai dengan katalis sulfida bifungsional ( S )- 1 yang dilaporkan sebelumnya . [ 15 ]
Cakupan substrat untuk bromolaktonisasi desimetrisasi diastereo- dan enantioselektif dari asam karboksilat α,α-dialil 4 , di bawah pengaruh katalis sulfida kiral ( S )- 6 , diselidiki (Skema 6 ). Penempelan gugus pendonor dan penarik elektron ke bagian aril substrat 4 tidak memiliki efek signifikan, dan produk 5a – d diperoleh dalam hasil dan stereoselektivitas tinggi (>20:1 dr, >91% ee). Substrat tersubstitusi naftil dan tiofena ( 4e dan 4f ) juga berhasil diaplikasikan dalam reaksi asimetris katalitik saat ini menggunakan katalis ( S )- 6 . Bromolaktonisasi desimetrisasi 4e dan 4f menghasilkan α-kuartener γ-butirolakton 5e dan 5f dengan stereoselektivitas tinggi (92% ee untuk 5e dan 94% ee untuk 5f ). Perlu dicatat bahwa semua contoh reaksi dalam Skema 6 menggunakan katalis ( S )- 6 menunjukkan enantioselektivitas yang lebih baik daripada reaksi yang dilaporkan sebelumnya dengan sulfida bifungsional ( S )- 1c . [ 15 ]
Skema 6
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Sintesis asimetris katalitik dari α-kuartener γ-butirolakton.
3 Kesimpulan
Singkatnya, katalis sulfida kiral turunan BINOL ( S )- 6 , yang mengandung unit difenilmetanol, telah disiapkan. Katalisis asimetris sulfida kiral ( S )- 6 diteliti dalam desimetrisasi bromolaktonisasi substrat asam alkenoat untuk menghasilkan γ-butirolakton terfungsionalisasi. Produk γ-butirolakton kiral yang ditargetkan diperoleh dengan diastereo- dan enantioselektivitas yang sangat baik. Enantioselektivitas yang diamati dari produk γ-butirolakton lebih unggul daripada metode asimetris katalitik yang dilaporkan sebelumnya. Peran gugus hidroksi dan bagian difenilmetanol dalam katalis sulfida kiral ( S )- 6 diperjelas dalam reaksi asimetris ini (Skema 7 ). Meskipun gugus hidroksi fenolik pada posisi 2 pada katalis sulfida ( S ) -6 sangat diperlukan untuk mencapai reaksi enantioselektif yang tinggi, gugus hidroksi alkohol dalam unit difenilmetanol tidak secara signifikan mempengaruhi enantioselektifitas. Namun, unit difenilmetanol pada katalis ( S ) -6 terbukti menjadi substituen yang sangat baik untuk mewujudkan bromolaktonisasi enantioselektif yang tinggi.
Skema 7
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Peran gugus hidroksi dan bagian difenilmetanol dalam katalis sulfida kiral.
