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Hidrogenación de enlaces dobles carbono-nitrógeno

En química, la hidrogenación de enlaces dobles carbono-nitrógeno es la adición de los elementos de dihidrógeno (H 2 ) a través de un enlace doble carbono-nitrógeno, formando aminas o derivados de amina. [1] Aunque se han desarrollado diversos métodos generales para la hidrogenación enantioselectiva de cetonas, [2] los métodos para la hidrogenación de enlaces dobles carbono-nitrógeno son menos generales. La hidrogenación de iminas se complica tanto por la isomerización sin / anti como por la tautomerización a enaminas, que pueden hidrogenarse con baja enantioselectividad en presencia de un catalizador quiral. [3] Además, el sustituyente unido al nitrógeno afecta tanto a la reactividad como a las propiedades espaciales de la imina, lo que complica el desarrollo de un sistema catalizador general para la hidrogenación de iminas. A pesar de estos desafíos, se han desarrollado métodos que abordan clases de sustratos particulares, como N -arilo, N -alquilo e iminas endocíclicas.

Si el complejo es quiral y no racémico y el sustrato es proquiral, puede resultar un exceso de un solo enantiómero de un producto quiral. [4]

Mecanismo y estereoquímica

El hidrógeno para la reducción del doble enlace C=N puede ser proporcionado por gas hidrógeno (H2 ) o transferido desde fuentes de H2 , como alcoholes y ácido fórmico. El proceso suele estar catalizado por complejos de metales de transición . En las reacciones catalizadas por metales, la transferencia de H2 a la imina puede realizarse mediante mecanismos de esfera interna o de esfera externa.

Mecanismos de esfera interior

Mecanismo de esfera interna propuesto para la hidrogenación de iminas
Modos de coordinación para una cis-aldimina

Los dos modos por los que las iminas pueden coordinarse, como un ligando π o como un ligando donador σ, son relevantes para el mecanismo de la esfera interna. Las iminas pi también son susceptibles de convertirse en ligandos de iminio tras la N-protonación. El modo de unión de la imina no está claro, tanto η 1 (tipo σ) como η 2 (tipo π). El paso final del mecanismo es la liberación de la amina. [5] En algunas hidrogenaciones catalizadas por iridio, se cree que el mecanismo procede a través de una especie de monohidruro. El estado de oxidación del iridio es siempre +3. Ejemplos: [6] [7] [8] [9] [10] [11]

Mecanismos de la esfera exterior

Mecanismo de esfera exterior para la hidrogenación por transferencia catalizada por metal de una imina.)

Los complejos de rutenio(II) de ligandos de amina son conocidos por participar en el mecanismo de esfera externa, durante el cual el sustrato imina/iminio no se une al centro metálico directamente. En cambio, el sustrato recibe los elementos de H2 mediante la interacción con los sitios Ru-H y NH. [12] [13] Este proceso es utilizado por el catalizador Shvo y muchos complejos de amina de rutenio. Uno de estos complejos es el catalizador de Baratta RuCl2 ( PPh3 ) 2 ( ampy) (ampy = 2- picolilamina ) para la hidrogenación por transferencia . [14]

Hidrogenaciones sin metales

Debido a que los sustituyentes unidos al nitrógeno de la imina ejercen una profunda influencia en la reactividad, existen pocos sistemas catalíticos generales para la hidrogenación enantioselectiva de iminas y derivados de iminas. Sin embargo, se han desarrollado sistemas catalíticos que catalizan la hidrogenación de clases particulares de iminas con alta enantioselectividad y rendimiento. Esta sección describe algunos de estos sistemas y está organizada por el patrón de sustitución de la imina.

Las α-carboxi-iminas son precursores atractivos de los α-aminoácidos. La reducción organocatalítica de estos sustratos es posible utilizando un éster de Hantzsch y un catalizador de ácido fosfórico quiral. [15]

Aplicaciones

La hidrogenación de iminas proporciona una ruta práctica para la obtención de aminas quirales. [16] El metolaclor es el ingrediente activo del herbicida Dual Magnum, ampliamente utilizado. Un paso clave en su producción industrial implica la reducción enantioselectiva de una N -aril imina. Esta reducción se logra con un número de recambio extremadamente alto (aunque con una enantioselectividad moderada) mediante el uso de un sistema catalizador especializado que consiste en [Ir(COD)Cl] 2 , ligando Josiphos modificado 3 y aditivos de ácido y yoduro. [17]

Comparación con otros métodos

Las iminas pueden reducirse enantioselectivamente utilizando cantidades estequiométricas de hidruros metálicos quirales. [18] Estos métodos tienen la ventaja de que son fáciles de implementar. La reducción con hidrosilanos es una segunda alternativa a la hidrogenación catalizada por metales de transición. [19]

Referencias

  1. ^ Blaser, Hans-Ulrich; Spindler, Felix (2009). "Hidrogenación asimétrica catalítica de funciones CN". Reacciones orgánicas . págs. 1–102. doi :10.1002/0471264180.or074.01. ISBN 978-0471264187.
  2. ^ Itsuno, S. Org. React. 1998 , 52 , 395.
  3. ^ Chan, ASC; Chen, C.-C.; Lin, C.-W.; Lin, YC.; Cheng, M.-C.; Peng, S.-M. Química Común. 1995 , 1767.
  4. ^ Spindler, Felix; Pugin, Benoit; Blaser, Hans-Ulrich (1990). "Nuevos catalizadores de difosfinoiridio para la hidrogenación enantioselectiva de N-arilcetiminas". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 29 (5): 558–559. doi :10.1002/anie.199005581.
  5. ^ Becalski, Adam G.; Cullen, William R.; Fryzuk, Michael D.; James, Brian R.; Kang, Guo J.; Rettig, Steven J. (1991). "Hidrogenación catalítica asimétrica de iminas. Uso de complejos de rodio(I)/fosfina y caracterización de complejos de rodio(I)/imina". Química inorgánica . 30 (26): 5002–5008. doi :10.1021/ic00026a027.
  6. ^ Cheemala, MN; Knochel, P. Org. Lett. 2007 , 9 , 3089.
  7. ^ Zhu, S.-F.; Xie, J.-B.; Zhang, Y.-Z.; Li, S.; Zhou, Q.-L. J. Am. Chem. Soc. 2006 , 128 , 12886.
  8. ^ Moessner, C.; Bolm, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2005 , 44 , 7564.
  9. ^ Zhu, G.; Zhang, X. Tetraedro: Asimetría 1998 , 9 , 2415.
  10. ^ Ah, KH; Jamón, C.; Kim, S.-K.; Cho, C.-W. J. Org. Química. 1997 , 62 , 7047.
  11. ^ Zhu, S.-F.; Xie, J.-B.; Zhang, Y.-Z.; Li, S.; Zhou, Q.-L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128 , 12886.
  12. ^ Clapham, Sean E.; Hadzovic, Alen; Morris, Robert H. (2004). "Mecanismos de la hidrogenación de H2 y la hidrogenación por transferencia de enlaces polares catalizada por complejos de hidruro de rutenio". Coordination Chemistry Reviews . 248 (21–24): 2201–2237. doi :10.1016/j.ccr.2004.04.007.
  13. ^ Conley, Brian L.; Pennington-Boggio, Megan K.; Boz, Emine; Williams, Travis J. (2010). "Descubrimiento, aplicaciones y mecanismos catalíticos del catalizador de Shvo". Chemical Reviews . 110 (4): 2294–2312. doi :10.1021/cr9003133. PMID  20095576.
  14. ^ Chelucci, Giorgio; Baldino, Salvatore; Baratta, Walter (2015). "Complejos de rutenio y osmio que contienen ligandos basados ​​en 2-(aminometil)piridina (Ampy) en catálisis". Coordination Chemistry Reviews . 300 : 29–85. doi :10.1016/j.ccr.2015.04.007. hdl : 2318/1693450 .
  15. ^ Li, G.; Liang, Y.; Antilla, JC J. Am. Química. Soc. 2007 , 129 , 5830.
  16. ^ Breuer, Michael; Ditrich, Klaus; Habicher, Tilo; Hauer, Bernhard; Keßeler, María; Stürmer, Rainer; Zelinski, Thomas (2004). "Métodos industriales para la producción de productos intermedios ópticamente activos". Edición internacional Angewandte Chemie . 43 (7): 788–824. doi : 10.1002/anie.200300599 . PMID  14767950.
  17. ^ Blaser, HU; Buser, HP; Coers, K.; Hanreich, R.; Jalett, HP; Jelsch, E.; Pugin, B.; Schneider, HD; Spindler, F.; Wegmann, A. Chimia 1999 , 53 , 275.
  18. ^ Wallbaum, S.; Martens, J. Tetraedro: Asimetría 1992 , 3 , 1475.
  19. ^ Lipshutz, BH; Shimizu, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2004 43 , 2228.