Хиральные реагенты: Браун и CBS
Реагенты Брауна: гидроборирование и альпин-боран
linkОпора
- Урок 118. Гидроборирование — окисление — получать спирт против правила Марковникова с син-присоединением
- Урок 200. Восстановление карбонильных соединений: NaBH₄ и LiAlH₄ — выбирать гидрид для восстановления
Хиральный терпен α-пинен дёшев в обоих энантиомерах, и Браун сделал из него хиральные бораны для гидроборирования (урок 118) и восстановления карбонильной группы (урок 200). Объёмные пинановые группы при атоме бора пропускают алкен или карбонильное соединение только с одной стороны.
Как работают хиральные бораны
- α-Пинен с \(\ce{BH3}\) (2 : 1) даёт диизопинокамфенилборан Ipc₂BH: две объёмные группы создают у атома бора хиральный «карман».
- Ipc₂BH гидроборирует цис-алкены одной гранью, а окисление \(\ce{H2O2}\) и NaOH (с сохранением конфигурации) даёт спирт с высоким ee. Транс- и тризамещённые алкены с Ipc₂BH реагируют плохо — для них берут IpcBH₂.
- Альпин-боран (продукт α-пинена и 9-BBN) восстанавливает альдегиды и ацетиленовые кетоны: атом водорода переходит от пинанового фрагмента через шестичленное переходное состояние, и α-пинен уходит.
- DIP-Cl (Ipc₂BCl) восстанавливает арилалкилкетоны.
- Энантиомер реагента даёт энантиомер продукта: (+)- и (−)-α-пинен приводят к противоположным спиртам.
Примеры
1. IpcBH₂ и тризамещённый алкен. 1-Метилциклопентен с IpcBH₂, а затем с \(\ce{H2O2}\) и NaOH даёт транс-2-метилциклопентанол одним энантиомером: бор присоединяется к менее замещённому атому двойной связи, а окисление сохраняет конфигурацию.
2. Бензальдегид-1-d. Бензальдегид-1-d \(\ce{C6H5CDO}\) с альпин-бораном даёт \(\ce{C6H5CHD-OH}\) одним энантиомером: атом дейтерия создаёт стереоцентр.
errorАльпин-боран медленно восстанавливает обычные кетоны
Диалкилкетоны альпин-боран восстанавливает медленно, и за это время реагент частично распадается на α-пинен и 9-BBN, а ee падает. Поэтому его применяют для альдегидов и ацетиленовых кетонов.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько стереоцентров у бензилового спирта-α-d \(\ce{C6H5CHDOH}\)?
expand_moreПоказать решение
Один: у атома углерода четыре разных заместителя — фенил, OH, H и D.
CBS и BINAL-H: восстановление кетонов
Каталитический вариант удобнее стехиометрических реагентов Брауна из первой части урока: катализатора CBS нужно всего 5–10 мол. %, а ee продукта часто выше 95 %. Сам катализатор — оксазаборолидин из дифенилпролинола, то есть снова продукт хирального пула (L-пролин).
Как предсказать продукт восстановления по CBS
- Катализатор — оксазаборолидин из (S)- или (R)-дифенилпролинола, восстановитель — \(\ce{BH3*THF}\).
- Кетон координируется атомом бора цикла (кислота Льюиса) так, что большая группа смотрит в сторону от заместителя катализатора; молекула \(\ce{BH3}\) связана с соседним атомом азота.
- Гидрид переходит к карбонильной группе через шестичленное переходное состояние, и катализатор освобождается.
- Селективность тем выше, чем сильнее различаются по размеру группы при C=O.
- BINAL-H (Нойори) — \(\ce{LiAlH4}\) с BINOL и этанолом: стехиометрический хиральный гидрид для арил- и алкинилкетонов.
Примеры
1. Циклогексилметилкетон. Циклогексилметилкетон с \(\ce{BH3*THF}\) и (S)-CBS (10 мол. %) даёт (R)-1-циклогексилэтанол: циклогексил — большая группа, метил — малая (рисунок выше).
2. BINAL-H. Ацетофенон \(\ce{C6H5COCH3}\) с (S)-BINAL-H даёт 1-фенилэтанол \(\ce{C6H5CH(OH)CH3}\) одним энантиомером (пример из пособия Сальникова).
errorCBS боится воды
Вода разлагает и \(\ce{BH3}\), и оксазаборолидин, а восстановление без катализатора идёт с нулевым ee. Поэтому реакцию проводят в сухом тетрагидрофуране.
edit_noteПопробуйте сами
Зачем в катализаторе CBS нужен атом азота?
expand_moreПоказать решение
Он связывает \(\ce{BH3}\) и активирует его как донор гидрида, а атом бора цикла одновременно координирует кетон.
push_pinГлавное
Стехиометрические хиральные реагенты из α-пинена: диизопинокамфеилборан Ipc₂BH гидроборирует цис-алкены одной гранью (после окисления — спирты с высоким ee), транс- и тризамещённые алкены — хуже (для них IpcBH₂); альпин-боран (α-пинен + 9-BBN, Мидленд) восстанавливает альдегиды и ацетиленовые кетоны через циклическое переходное состояние, пинен уходит; DIP-Cl — для арилалкилкетонов. BINAL-H (\(\ce{LiAlH4}\) + BINOL + EtOH, Нойори) восстанавливает арил- и алкинилкетоны. Каталитический метод — CBS: оксазаборолидин из дифенилпролинола (L-пролин) + \(\ce{BH3}\); кетон координируется атомом бора цикла большой группой в сторону от заместителя катализатора, гидрид переходит от борана, связанного с атомом азота; (S)-CBS + ацетофенон → (R)-1-фенилэтанол (ee около 97 %). Селективность тем выше, чем сильнее различаются по размеру группы при C=O.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.