段 麗 萍,雍 勝 利

(包頭師范學院 化學學院, 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

對映選擇性還原前手性羰基化合物是最基本的手性轉(zhuǎn)換之一[1]，目前實驗室常用的手性轉(zhuǎn)換方法通常是用帶有手性輔基的復雜金屬氫化試劑對含有羰基的化合物進行還原。日本名古屋大學R.Noyori研究組在美國加州大學D.J.Cram研究組的研究基礎(chǔ)上經(jīng)過分析、比較認為，應該從以下兩方面實踐才能得到能夠滿足實際需求的和便于操作的光學純的有機化合物。首先為了獲得高的對映選擇性，絡(luò)合物能夠提供的活潑氫數(shù)目必須最少，其次是使用軸手性的雙官能團化的1,1′- 聯(lián)萘衍生物。按照他們的想法他們采用金屬氫化物LiAlH4簡稱為(LAH)、軸手性(S)-或(R)-聯(lián)萘酚與簡單醇之間的反應制備新的手性氫化試劑BINAL-H[2]。其合成方法為：將LAH與等摩爾量的光學純(S)-或(R)-聯(lián)萘酚、簡單醇(R′OH)[3]混合后原位生成新的手性氫化試劑(S)-BINAL-H(1)簡稱為(S)-1或(R)- BINAL-H(1)簡稱為(R)-1，該試劑能夠高光學產(chǎn)率地還原許多羰基化合物。

1 BINAL-H對烷基芳基酮類化合物的還原

研究BINAL-H對苯乙酮的還原過程發(fā)現(xiàn)不對稱誘導的敏感性與程度受R′O基性質(zhì)的影響很大，通常簡單烷氧基如CH3O或C2H5O就可以表現(xiàn)出高的對映選擇性且光學產(chǎn)率隨著反應溫度的降低而增加[4]。如：-78℃，當(R′O = C2H5O) 時，光學產(chǎn)率值高達95%。一般情況下為了快速、高光學產(chǎn)率地完成反應，需要2-3eq.還原劑1。表1列出了用還原劑1還原一系列烷基苯基酮所得產(chǎn)物的化學產(chǎn)率、光學純度以及相對應產(chǎn)物的構(gòu)型。產(chǎn)物醇的光學純度經(jīng)由旋光值，1HNMR以及HPLC等測定。在一些例子中不對稱還原顯示了相當高的選擇性，對映位面的選擇實際上是完全的。盡管立體選擇性程度依賴于羰基上所連接的烷基取代基，但一般來說用(R)-1優(yōu)先給出R構(gòu)型為主的產(chǎn)物醇，用(S)-1優(yōu)先給出S構(gòu)型為主的產(chǎn)物醇。

Table 1：用BINAL-H(R′O = C2H5O)對映選擇性還原芳香酮a

KetoneBinaphtholconfign inBINAL-HbCarbinolproductyield,%ChemicalOpticalpurity,%eeConfign.C6H5COCH3R6195RC6H5COC2H5S6298SC6H5CO-n-C3H7S78100SC6H5CO-n-C4H9S64100SC6H5COCH(CH3)2S6871SC6H5COC(CH3)3R80b44Rα-TetraloneR91c62R

反應條件a: THF, 3eq. 1, -100℃ 2-3h然后-78℃ 16h; b: 25℃ 12h; c: -50℃ 6h然后20℃ 16h.

2 BINAL-H對乙炔酮類化合物的還原

以THF為溶劑，用手性BINAL-H試劑1(R′O =CH3O或 C2H5O)為還原劑還原乙炔酮類化合物4，可以高化學產(chǎn)率和光學產(chǎn)率地制備相應的醇5。表2中列出了用還原劑1還原一系列乙炔酮類化合物所得產(chǎn)物的化學產(chǎn)率、光學純度以及相對應產(chǎn)物的構(gòu)型。酮羰基上連接乙炔基與取代的長鏈炔基具有同樣的性質(zhì)。(S)-1還原劑傾向于給出S構(gòu)型的炔丙醇為主要產(chǎn)物，而(R)-1還原劑傾向于給出R構(gòu)型的炔丙醇為主要產(chǎn)物。

Table 2：用BINAL-H對映選擇性還原乙炔酮a

KetoneBinaphtholconfign inBINAL-HbCarbinolproductyield,%ChemicalOpticalpurity,%eeConfign.HC≡CCO-n-C5C11S8784SHC≡CCO-n-C5C11Sb7184SHC≡CCO-n-C8C17S8096SHC≡CCO-n-C8C17Sb7490SHC≡CCO-n-C11C23S9092SHC≡CCOCH(C3)2S8457Sn-C4H9C≡CCOCH3R7984Rn-C4H9C≡CCO-n-C5H11S8590S

反應條件為a: THF, 3eq. 1(R′O =CH3O), -100℃ 1h然后-78℃ 2h; b: 1(R′O =C2H5O).

上述對映選擇性還原法獲得的手性炔丙醇是重要的有機合成中間體，可以應用到某些昆蟲信息素的不對稱合成上。如：用(R)-1(R′O =CH3O)試劑還原取代的炔基酮6，以80%的產(chǎn)率，85% ee值得到光學純的醇(R)-7，在對甲基苯磺酸催化下，醇(R)-7發(fā)生內(nèi)酯化，隨后用Lindlar催化劑催化氫化可以不對稱的合成日本金龜子性息素(R)-8。用(S)-1(R′O =CH3O)還原炔酮9，以80%的產(chǎn)率，87% ee值得到光學活性的醇(S)-10，隨后經(jīng)過二酰亞胺還原，再經(jīng)酸催化內(nèi)酯化，得到左旋隱翅蟲性息素(S)-11。

3 BINAL-H對烷基烯基酮類化合物的選擇性還原

在THF中，用手性BINAL-H還原簡單烷基烯基酮類化合物12，可以立體選擇性的方式得到對映體大大過量的烯丙醇類化合物13。當?shù)孜餅橐蚁┩?12，R1= H)時，得到不需要的1,4-還原產(chǎn)物。共軛二烯酮，β-紫羅蘭酮用(S)-1為還原劑進行還原，NMR分析基本上定量得到(S)-β-紫羅蘭醇。表3中列出了用還原劑1還原一系列烷基烯基酮類化合物所得產(chǎn)物的化學產(chǎn)率、光學純度以及相對應產(chǎn)物的構(gòu)型。

Table 3：用BINAL-H對映選擇性還原烷基烯基酮類化合物(R′O =C2H5O)a

KetoneBinaphtholconfign inBINAL-HbCarbinolproductyield,%ChemicalOpticalpurity,%eeConfign.(E)-n-C4H9CH=CHCOCH3R7379R(E)-n-C4H9CH=CHCO-n-C5H11R8591R(E)-cyclo-C5H9CH=CHCO-n-C5H11R9192Rβ-IononeS87100S

反應條件為a: THF, 3eq. 1(R′O =C2H5O), -100℃ 1h然后-78℃ 2-4h.

手性BINAL-H試劑對前列腺素(PG)的合成也是極其有用的，這種方法能夠從相應的酮底物選擇性的得到15S的天然構(gòu)型產(chǎn)物[5]。低溫下用(S)-1(R′O =C2H5O)還原劑還原α，β-不飽和酮14-16，擁有15S絕對構(gòu)型的烯丙醇17-19就可以以極高的立體選擇性得到(ee值大于99%)。并且這一還原過程不受11-羥基保護基性質(zhì)的影響，也不受羥基是否被保護的影響。如：11-位未被保護的烯酮化合物16，專一性的給出了15S構(gòu)型的醇19。還原單環(huán)底物20專一性地得到PGF2α的衍生物21。用(S)-1還原劑還原前手性烯酮12(R1= 環(huán)戊烯，R2= 正戊基)給出兩個對映異構(gòu)體的產(chǎn)率比為(S)-13/(R)-13 = 96/4，明顯地，用(S)-1還原劑還原帶有手性環(huán)戊烷單元的烯酮15顯示了明顯的S對映體過量(S/R=99.5/0.5)，如果使用(R)-1還原劑還原則得到對映體選擇性減少的產(chǎn)物(S/R=32/68)。因此通過研究光學PG中間體的合成過程發(fā)現(xiàn)，這類反應的立體選擇性似乎是“雙立體識別”結(jié)果的產(chǎn)物。

這種方法也可以用來方便的制備共軛加成反應中的構(gòu)建砌塊。用(S)-1(R′O =C2H5O)對應選擇性還原鹵代乙烯基酮22和23，高光學純度地得到相應的S構(gòu)型醇24與25。更進一步，用這種方法可以制備手性環(huán)戊烯酮。-100℃時，將1.5eq. (S)-1(R′O =C2H5O)與環(huán)戊二烯酮26混合，迅速發(fā)生反應以60%的產(chǎn)率、94% ee值得到(R)-27。因此這些手性中間體的組合可以制備具有11R,15S立體構(gòu)型的PG衍生物[6]。

4 BINAL-H對1-氘代醛的選擇性還原

-100℃時，在THF中，用3eq.(S)-1(R′O =C2H5O)還原1-氘代香葉醛28，以91%的產(chǎn)率、91%(旋光值)或84%(NMR)的光學純度得到S-(+)-1-氘代香葉醇29[7], 類似的不對稱還原方法也可以應用到其它光學純的、氘代標記伯醇的合成上，如：橙花醇、法尼醇和芐醇等。具體結(jié)果總結(jié)與表4中。

Table 4：用BINAL-H對映選擇性還原氘代標記的醛類化合物(R′O =C2H5O)a

KetoneBinaphtholconfign inBINAL-HbCarbinolproductyield,%ChemicalOpticalpurity,%eeConfign.Geranial-1-dS9191 or 84SNeral-1-dS9072S(E,F)-Farnesal-1-dR9188R(Z,E)-Farnesal-1-dR9382RBenzaldehyde-α-dR7582R

反應條件為a: THF, 3eq. 1(R’O =C2H5O), -100℃ 2-3h.

5 BINAL-H對二烷基銅的選擇性還原

BINAL-H試劑對二烷基銅的選擇性還原不是十分有效，例如，芐基甲基酮與3eq.(S)-1(R′O =C2H5O)(THF, -100℃ 2h然后-78℃ 16h)以71%的產(chǎn)率、13% ee值得到(S)-1-苯基-2-丙醇；用(R)-1(R′O =C2H5O)與2-辛酮反應，以67%的產(chǎn)率、24% ee值得到(S)-2-辛醇。

6 BINAL-H選擇性還原的機理解釋

用BINAL-H試劑對簡單前手性羰基化合物29(Un=苯基、烯基、炔基；R=烷基、氫)還原時發(fā)現(xiàn)，羰基所連的取代基苯基、烯基、炔基在新手性中心的形成過程中起了相同的導向作用，即用還原劑(S)-1(R′O =簡單烷氧基)優(yōu)先得到S構(gòu)型的醇而用(R)-1優(yōu)先得到R構(gòu)型的醇，這種動力學優(yōu)先的性質(zhì)主要與羰基所連基團(Un 與R)的電子性質(zhì)有關(guān)。

〔參考文獻〕

[1]J. D. Morrison and H.S. Mosher, Asymmetric Organic Reactions[M]. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,1971; D. Valentine and J. W. Scott.Asymmetric synthesis[J].Synthesis,1978:329-356; J. W. ApSimon and R. P. Seguin.Recent advances in asymmetric synthesis[J].Tetrahedron,1979,(35):2797-2842.

[2]A. Miyashita, A. Yasuda, H. Takaya, K. Toriumi, T. Ito, T. Souchi and R..Noyori,Synthesis of 2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl(BINAP),an atropisomeric chiral bis(triaryl)phosphine, and its use in the rhodium(I)-catalyzed asymmetric hydrogenation of α-(acylamino)acrylic acids[J].J. Am. Chem. Soc.,1980,(102): 7932-7934.

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[5]R. Noyori, I. Tomino and M. Nishizawa.A Highly efficient synthesis of prostaglandin intermediates possessing the 15S configuration[J]. J. Am. Chem. Soc.,1979,(101):5843-5844.

[6]R. Noyori.Organic Synthesis-Today and Tomorrow[M].London:Pergamon Press,1981.

[7]M. Nishizawa and R. Noyori.Asymmetric synthesis of chiral geraniol-1-d and related terpenic alcohols[J].Tetrahedron Lett.,1980,(21):2821-2824.