Sharpless-Aminohydroxylierung

Die Sharpless-Aminohydroxylierung (oft abgekürzt a​ls AA für asymmetrische Aminohydroxylierung,[1] i​m Englischen a​uch als Oxyamination bezeichnet[2][3]) i​st eine Namensreaktion d​er Organischen Chemie.[4] Sie i​st nach d​em Chemie Nobelpreisträger Barry Sharpless benannt, welcher 1976 e​rste Hinweise a​uf sie fand.[2] Sharpless berichtete allerdings e​rst 1996 v​on einer enantioselektiven Variante.[5][6] Mithilfe dieser Reaktion können Olefine i​n einer cis-vic-Aminohydroxylierung i​n β-Aminoalkohole überführt werden.[7] Die Reaktion i​st eng verwandt m​it der asymmetrischen Dihydroxylierung u​nd kann a​ls dessen Aza-Analoga betrachtet werden.[8] Die Reaktion i​st durch e​ine hohe Enantioselektivität gekennzeichnet u​nd wird o​ft als Eintopfreaktion geführt. Die asymmetrische Aminohydroxylierung i​st von Bedeutung, d​a die d​abei erhaltenen β-Aminoalkohole für biologische Systeme v​on großer Relevanz sind.[6][9] Die Reaktion i​st ebenso v​on großem Interesse für d​ie Totalsynthese.[6]

Die asymmetrische Aminohydroxylierung i​st nach d​er asymmetrischen Epoxidierung u​nd der asymmetrischen Dihydroxylierung e​ine der bekanntesten Reaktionen v​on Sharpless.[10] Allgemein g​ilt die asymmetrische Aminohydroxylierung allerdings a​ls noch n​icht vollständig ausgereift, d​a die Kontrolle d​er Regioselektivität n​ach wie v​or eine Herausforderung darstellt.[6][11][12][13] Die Regioselektivität w​ird nicht allein d​urch die verwendeten Liganden d​es Katalysatorsystems, sondern d​urch viele Faktoren beeinflusst.[7]

Übersicht

In der Sharpless-Aminohydroxylierung werden Olefine in einem Katalysatorsystem mithilfe einer Osmium(VI)-Spezies, einer Stickstoffquelle und einem Liganden zu β-Aminoalkoholen überführt.[7] Als Stickstoffquelle verwendet man Alkalimetallsalze N-halogenierter Sulfonamide, N-halogenierter Alkylcarbamate oder N-halogenierten Amiden.[8] Als Osmium(VI)-Spezies wird Kaliumosmat(VI)-Dihydrat K2OsO4 · 2 H2O (andere Schreibweise: K2Os2(OH)4) verwendet.[8] Als Lösungsmittel kommen meistens Gemische aus Alkoholen und Wasser zum Einsatz.[6] Bei der Sharpless-Aminohydroxylierung werden analog zur Sharpless-Dihydroxylierung dimere Liganden auf Basis von Chinona-Alkaloiden verwendet, meistens (DHQ)2PHAL oder (DHQD)2PHAL.[6]

  • Allgemeines Reaktionsschema einer asymmetrischen Aminohydroxylierung nach Sharpless: Ein Olefin (1) wird mit einer Stickstoffquelle und einem Osmium-Katalysatorsystem zu den Regioisomeren β-Aminoalkoholen (2) und (3) umgesetzt.
  • (DHQ)2PHAL
  • (DHQD)2PHAL

Mechanismus

Die asymmetrische Aminohydroxylierung i​st mechanistisch e​ng verwandt m​it der asymmetrischen Dihydroxylierung.[7] Zunächst k​ommt es z​ur Bildung e​ines Osmium(VI) azaglycolats (6). Ausgehend v​on der Imidotrioxoosmium(VI)spezies (2) k​ann dies entweder über e​ine schrittweise [2+2] Cycloaddition o​der eine [3+2] Cycloaddition erfolgen. Die Cycloaddition erfolgt i​n beiden Fällen syn-stereospezifisch. Sharpless schlug ursprünglich vor,[14] d​ass die [2+2] Cycloaddition d​es Olefins z​u einem Osmaazetidin (4) führt, welches s​ich nach Koordination e​ines weiteren Liganden u​nd einer [1,2]-Migration d​es Intermediats (5) z​u (6) umwandelt.[15][7] Theoretische Untersuchungen v​on Sharpless u​nd Kendal Houk a​us 1997 stellen d​ies jedoch i​n Frage. Demnach g​ibt es Hinweise, d​ass die [3+2] Cycloaddition d​er geschwindigkeitsbestimmende Schritt für d​ie Bildung v​on (6) ist.[16] Auch theoretische Berechnungen v​on Gernot Frenking a​us 1996 deuten darauf hin, d​ass eine [2+2] Cycloaddition unwahrscheinlich ist.[17] Das Intermediat (6) w​ird nach d​er Addition v​on (7) z​um enantiomerenreinen β-Aminoalkohol (9) hydrolysiert, w​obei (2) regeneriert wird. 1996 schlug Sharpless vor, d​ass auch e​ine sekundärer Katalysezyklus möglich ist, w​enn ein weiteres Äquivalent d​es Olefins a​n (8) addiert (dieser i​st in d​er nachfolgenden Abbildung d​er Übersichtlichkeit w​egen nicht dargestellt).[18][4]

Beispiele

Zur Synthese e​ines HIV-Proteaseinhibitors verwendeten Kondekar et al. 2004 d​ie asymmetrische Aminohydroxylierung i​m folgenden Schritt:[19]

Siehe auch

Andere bedeutende Reaktionen v​on Barry Sharpless:

Literatur
  • László Kürti, Barbara Czakó: Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis: Background and Detailed Mechanisms, Elsevier, ISBN 978-0124297852, S. 404, 673.
  • Reinhard Brückner: Reaktionsmechanismen: organische Reaktionen, Stereochemie, moderne Synthesemethoden. 3. Aufl., aktualisiert und überarb., korr. Nachdr. Spektrum Akad. Verl, Berlin 2007, ISBN 3-8274-1579-9, S. 755–757.
  • Erick M. Carreira: Classics in stereoselective synthesis. Wiley-VCH, Weinheim [Germany] 2009, ISBN 978-3-527-32452-1, S. 300–302.
  • Michael B. Smith: March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. Hrsg.: Wiley-VCH. 8. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey 2020, ISBN 978-1-119-37180-9, S. 1019–1020.
Commons: Sharpless oxyamination – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise
  1. Peter O'Brien: Möglichkeiten und Grenzen der asymmetrischen Sharpless-Aminohydroxylierung in der organischen Synthese. In: Angewandte Chemie. Band 111, Nr. 3, 1999, ISSN 1521-3757, S. 339–342, doi:10.1002/(SICI)1521-3757(19990201)111:3<339::AID-ANGE339>3.0.CO;2-E (wiley.com [abgerufen am 27. Januar 2022]).
  2. K. Barry Sharpless, Donald W. Patrick, Larry K. Truesdale, Scott A. Biller: New reaction. Stereospecific vicinal oxyamination of olefins by alkyl imido osmium compounds. In: Journal of the American Chemical Society. Band 97, Nr. 8, April 1975, ISSN 0002-7863, S. 2305–2307, doi:10.1021/ja00841a071 (acs.org [PDF; abgerufen am 11. Februar 2022]).
  3. Michael B. Smith: March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. Hrsg.: Wiley-VCH. 8. Auflage. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey 2020, ISBN 978-1-119-37180-9, S. 1019–1020.
  4. Dmitry Nilov, Oliver Reiser: The Sharpless Asymmetric Aminohydroxylation –Scope and Limitation. In: Advanced Synthesis & Catalysis. Band 344, Nr. 10, 2002, ISSN 1615-4169, S. 1169–1173, doi:10.1002/1615-4169(200212)344:10<1169::AID-ADSC1169>3.0.CO;2-G (wiley.com [abgerufen am 27. Januar 2022]).
  5. Guigen Li, Han-Ting Chang, K. Barry Sharpless: Catalytic Asymmetric Aminohydroxylation (AA) of Olefins. In: Angewandte Chemie International Edition in English. Band 35, Nr. 4, 1996, ISSN 1521-3773, S. 451–454, doi:10.1002/anie.199604511 (wiley.com [abgerufen am 27. Januar 2022]).
  6. Erick Moran Carreira: Classics in stereoselective synthesis. Wiley-VCH, Weinheim [Germany] 2009, ISBN 978-3-527-32452-1, S. 300–302.
  7. László Kürti: Strategic applications of named reactions in organic synthesis : background and detailed mechanisms. Elsevier Academic Press, Amsterdam 2005, ISBN 978-0-12-429785-2.
  8. Reinhard Brückner: Reaktionsmechanismen: organische Reaktionen, Stereochemie, moderne Synthesemethoden. 3. Aufl., aktualisiert und überarb., korr. Nachdr. Spektrum Akad. Verl, Berlin 2007, ISBN 3-8274-1579-9, S. 755–757.
  9. Joachim Rudolph, Peter C. Sennhenn, Cornelis P. Vlaar, K. Barry Sharpless: Smaller Substituents on Nitrogen Facilitate the Osmium-Catalyzed Asymmetric Aminohydroxylation. In: Angewandte Chemie International Edition in English. Band 35, Nr. 2324, Dezember 1996, ISSN 0570-0833, S. 2810–2813, doi:10.1002/anie.199628101 (wiley.com [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  10. Jonathan Clayden: Organische Chemie. 2. Auflage. Berlin 2013, ISBN 978-3-642-34715-3.
  11. Iwao Ojima: Catalytic asymmetric synthesis. 2nd ed Auflage. Wiley-VCH, New York 2000, ISBN 0-471-29805-0, S. 399–428.
  12. Jennifer A. Bodkin, Malcolm D. McLeod: The Sharpless asymmetric aminohydroxylation. In: Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1. Nr. 24, 19. Dezember 2002, ISSN 1364-5463, S. 2733–2746, doi:10.1039/B111276G (rsc.org [abgerufen am 11. Februar 2022]).
  13. Carlo Bonini, Giuliana Righi: A critical outlook and comparison of enantioselective oxidation methodologies of olefins. In: Tetrahedron. Band 58, Nr. 25, Juni 2002, S. 4981–5021, doi:10.1016/S0040-4020(02)00440-4 (elsevier.com [abgerufen am 11. Februar 2022]).
  14. K. B. Sharpless, A. O. Chong, Koichiro Oshima: Osmium-catalyzed vicinal oxyamination of olefins by Chloramine-T. In: The Journal of Organic Chemistry. Band 41, Nr. 1, Januar 1976, ISSN 0022-3263, S. 177–179, doi:10.1021/jo00863a052 (acs.org [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  15. Majid M. Heravi, Tahmineh Baie Lashaki, Bahareh Fattahi, Vahideh Zadsirjan: Application of asymmetric Sharpless aminohydroxylation in total synthesis of natural products and some synthetic complex bio-active molecules. In: RSC Advances. Band 8, Nr. 12, 2018, ISSN 2046-2069, S. 6634–6659, doi:10.1039/C7RA12625E (rsc.org [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  16. Albert J. DelMonte, Jan Haller, K. N. Houk, K. Barry Sharpless, Daniel A. Singleton: Experimental and Theoretical Kinetic Isotope Effects for Asymmetric Dihydroxylation. Evidence Supporting a Rate-Limiting “(3 + 2)” Cycloaddition. In: Journal of the American Chemical Society. Band 119, Nr. 41, 1. Oktober 1997, ISSN 0002-7863, S. 9907–9908, doi:10.1021/ja971650e (acs.org [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  17. Ulrich Pidun, Christian Boehme, Gernot Frenking: Theory Rules Out a[2+ 2] Addition of Osmium Tetroxide to Olefins as Initial Step of the Dihydroxylation Reaction. In: Angewandte Chemie International Edition in English. Band 35, Nr. 2324, Dezember 1996, ISSN 0570-0833, S. 2817–2820, doi:10.1002/anie.199628171 (wiley.com [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  18. Joachim Rudolph, Peter C. Sennhenn, Cornelis P. Vlaar, K. Barry Sharpless: Smaller Substituents on Nitrogen Facilitate the Osmium-Catalyzed Asymmetric Aminohydroxylation. In: Angewandte Chemie International Edition in English. Band 35, Nr. 2324, Dezember 1996, ISSN 0570-0833, S. 2810–2813, doi:10.1002/anie.199628101 (wiley.com [abgerufen am 13. Februar 2022]).
  19. Nagendra B Kondekar, Subba Rao V Kandula, Pradeep Kumar: Application of the asymmetric aminohydroxylation reaction for the syntheses of HIV-protease inhibitor, hydroxyethylene dipeptide isostere and γ-amino acid derivative. In: Tetrahedron Letters. Band 45, Nr. 28, Juli 2004, S. 5477–5479, doi:10.1016/j.tetlet.2004.05.057 (elsevier.com [abgerufen am 11. Februar 2022]).
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