段 麗 萍,雍 勝 利

(包頭師范學(xué)院 化學(xué)學(xué)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(shí)驗(yàn)室常用的手性轉(zhuǎn)換方法通常是用帶有手性輔基的復(fù)雜金屬氫化試劑對含有羰基的化合物進(jìn)行還原。日本名古屋大學(xué)R.Noyori研究組在美國加州大學(xué)D.J.Cram研究組的研究基礎(chǔ)上經(jīng)過分析、比較認(rèn)為，應(yīng)該從以下兩方面實(shí)踐才能得到能夠滿足實(shí)際需求的和便于操作的光學(xué)純的有機(jī)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(tuán)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L(fēng)iAlH4簡稱為(LAH)、軸手性(S)-或(R)-聯(lián)萘酚與簡單醇之間的反應(yīng)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(xué)產(chǎn)率隨著反應(yīng)溫度的降低而增加[4]。如：-78℃，當(dāng)(R′O = C2H5O) 時，光學(xué)產(chǎn)率值高達(dá)95%。一般情況下為了快速、高光學(xué)產(chǎn)率地完成反應(yīng)，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(xué)產(chǎn)率、光學(xué)純度以及相對應(yīng)產(chǎn)物的構(gòu)型。產(chǎn)物醇的光學(xué)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(dāng)高的選擇性，對映位面的選擇實(shí)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(yīng)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(xué)產(chǎn)率和光學(xué)產(chǎn)率地制備相應(yīng)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(xué)產(chǎn)率、光學(xué)純度以及相對應(yīng)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(yīng)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(jī)合成中間體，可以應(yīng)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(xué)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(xué)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(dāng)?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(jìn)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(xué)產(chǎn)率、光學(xué)純度以及相對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(hù)基性質(zhì)的影響，也不受羥基是否被保護(hù)的影響。如：11-位未被保護(hù)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(xué)PG中間體的合成過程發(fā)現(xiàn)，這類反應(yīng)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(yīng)中的構(gòu)建砌塊。用(S)-1(R′O =C2H5O)對應(yīng)選擇性還原鹵代乙烯基酮22和23，高光學(xué)純度地得到相應(yīng)的S構(gòu)型醇24與25。更進(jìn)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(yīng)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(xué)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(yīng)用到其它光學(xué)純的、氘代標(biāo)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(biāo)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(yīng)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(yīng)，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(jī)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(dǎo)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(xué)優(yōu)先的性質(zhì)主要與羰基所連基團(tuán)(Un 與R)的電子性質(zhì)有關(guān)。

〔參考文獻(xiàn)〕

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