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Ein hoch enantioselektiver Brnsted-Sure-Katalysator fr die Strecker-Reaktion.

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Angewandte
Chemie
Organokatalyse
DOI: 10.1002/ange.200504344
Ein hoch enantioselektiver Brønsted-SureKatalysator fr die Strecker-Reaktion**
Magnus Rueping,* Erli Sugiono und Cengiz Azap
Die Hydrocyanierung von Iminen, die Strecker-Reaktion, ist
eine wertvolle und direkte Methode zur Synthese von aAminosuren,[1] und es wurden bereits zahlreiche Versuche
zur Entwicklung von asymmetrischen Varianten dieser Umsetzung unternommen.[2] Neben metallkatalysierten Cyanierungen unter Verwendung von chiralen Al-, Ti-, Zr- und
Lanthanoid-Katalysatoren[3] wurden vielversprechende metallfreie enantioselektive Varianten beschrieben. Diese verwenden chirale Guanidine,[4] Harnstoff- und ThioharnstoffDerivate[5] sowie BisACHTUNGRE(N-oxide)[6] und Ammoniumsalze.[7] Wir
stellen hier einen neuen Typ eines Brønsted-Sure-Katalysators in Form eines chiralen Binolphosphats vor.[8]
Ausgangspunkt f>r die Entwicklung des neuen Katalysators f>r die enantioselektive Strecker-Reaktion war der erfolgreiche Einsatz der Brønsted-Sure-Katalysatoren des
Typs 1 in asymmetrischen Transformationen,[9, 10] die erstmals
von Terada und Akiyama vorgestellt wurden. K>rzlich berichteten wir ebenso >ber eine Brønsted-Sure-katalysierte
Transferhydrierung von Iminen und Chinolinen[10] unter
Verwendung des Binolphosphats 1. Basierend auf diesen Ergebnissen nahmen wir an, dass die Aktivierung des Imins 2
durch katalytische Protonierung zum Iminium-Ion 3 f>hrt,
das durch nachfolgende Addition von HCN das gew>nschte
Aminonitril 4 sowie die regenerierte Brønsted-Sure 1 ergibt
(Schema 1).
Vor diesem Hintergrund haben wir mehrere Binolphosphate hergestellt und die entsprechenden Katalysatoren 1 a–g
in der enantioselektiven Strecker-Reaktion getestet. In ersten
Versuchen wurden Reaktionsparameter wie die IminSchutzgruppe, Cyanidquelle, Katalysatorbeladung, Temperatur und Konzentration verndert.[11] Beste Resultate hinsichtlich Ausbeute und Selektivitt wurden mit Benzyl-gesch>tzten Iminen und HCN als Cyanidquelle unter Verwendung von 10 Mol-% Katalysator und bei einer Reaktionstemperatur von 40 8C erhalten.
Daraufhin wurde der Einfluss des Substituenten Ar’ auf
das Verhalten des Katalysators untersucht (Tabelle 1). Es
[*] Prof. M. Rueping, E. Sugiono, C. Azap
Degussa-Stiftungsprofessur
Institut fr Organische Chemie und Chemische Biologie
Johann Wolfgang Goethe-Universit+t Frankfurt
Marie-Curie-Straße 11, 60439 Frankfurt am Main (Deutschland)
Fax: (+ 49) 69-798-29248
E-mail: m.rueping@chemie.uni-frankfurt.de
[**] Wir danken der Degussa AG fr die großzgige Untersttzung.
Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag sind im WWW unter
http://www.angewandte.de zu finden oder k@nnen beim Autor
angefordert werden.
Angew. Chem. 2006, 118, 2679 –2681
Schema 1. Postulierter Katalysezyklus fr die Aktivierung von Iminen
durch das Binolphosphat 1.
Tabelle 1: Verhalten chiraler Brønsted-S+ure-Katalysatoren 1 a–g in der
Strecker-Reaktion.
Nr.[a]
Ar’
ee [%][b]
1
2
3
4
5
6
7
Phenyl (1 a)
4-Biphenyl (1 b)
1-Naphthyl (1 c)
2-Naphthyl (1 d)
3,5-(CF3)2-C6H3 (1 e)
3,5-(C6H5)2-C6H3 (1 f)
9-Phenanthryl (1 g)
26
60
84
32
38
rac
93
[a] Reaktionsbedingungen: Imin 2 (Bn = Benzyl), HCN (1.5 =quiv.),
0.15 m L@sung in Toluol, 10 Mol-% 1. [b] Enantioselektivit+ten wurden
durch HPLC bestimmt (Chiralcel OD-H).
zeigte sich, dass die sterisch anspruchsvollen Brønsted-SureKatalysatoren am besten geeignet waren und gute bis exzellente Enantioselektivitten lieferten. Die hEchsten Selektivitten wurden mit 1 g erhalten, das unter optimalen Bedingungen das Benzyl-gesch>tzte Aminonitril 4 mit 93 % ee lieferte (Tabelle 1, Nr. 7).
In weiteren Experimenten wurde der Einfluss verschiedener LEsungsmittel untersucht (Tabelle 2). Die Hydrocyanierung lief zwar in allen getesteten LEsungsmitteln ab, war
aber nur in Toluol (Tabelle 2, Nr. 1) sowie in Chloroform und
Dichlormethan enantioselektiv (Nr. 2 und 3). Dieses Resultat
ist in Fbereinstimmung mit unseren Beobachtungen zu den
Brønsted-Sure-katalysierten Transferhydrierungen.[10]
Unter den nun optimierten Bedingungen wurden unterschiedliche Imine in der Brønsted-Sure-katalysierten Strecker-Reaktion zu den Aminonitrilen umgesetzt (Tabelle 3).
Im Allgemeinen wurden aromatische und heteroaromatische
sowie N-Benzyl- und N-para-Methoxybenzyl-gesch>tzte
Aminonitrile mit elektronenziehenden bzw. elektronenschiebenden Substituenten in hohen Enantioselektivitten
und guten Ausbeuten isoliert.[12]
Aus der Strecker-Reaktion resultieren die wichtigen
Aminonitrile, die unter anderem zu Aminosuren und Di-
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Zuschriften
Tabelle 2: Einfluss des L@sungsmittels auf die Enantioselektivit+t der
Strecker-Reaktion.
Nr.[a]
L@sungsmittel
ee [%][b]
1
2
3
4
5
Toluol
Chloroform
Dichlormethan
Acetonitril
Tetrahydrofuran
93
60
44
rac
rac
ACHTUNGREaminen umgesetzt werden kEnnen. Zur Synthese dieser Verbindungen und zur Bestimmung der absoluten Konfiguration
wurde das Aminonitril 5 l unter Desacetylierung zum Diamin
6 reduziert (Schema 2).[13] Ferner wurde das formylierte
Aminonitril 7 hydrolysiert, und anschließende Debenzylierung lieferte die Aminosure 8.[5b]
[a] Reaktionsbedingungen: Imin 2, HCN (1.5 =quiv.), 0.15 m L@sung in
Toluol, 10 Mol-% 1 g. [b] Enantioselektivit+ten wurden durch HPLC bestimmt (Chiralcel OD-H).
Tabelle 3: Brønsted-S+ure-katalysierte Strecker-Reaktion von Iminen.
Nr.[a]
R
4
Ausb. [%][b] ee [%][c]
1
2
2a
2b
Ph
p-H3COC6H4
75
53
97
96
3
2c
Ph
59
98
4
5
2d
2e
Ph, R2 = H
Ph, R2 = OCH3
85
70
99
94
6
2f
Ph
71
85
7
2g
Ph
88
93
8
9
10
2h
2i
2j
Ph, X = S, R2 = H
Ph, X = O, R2 = H
Ph, X = O, R2 = CH3
77
84
85
95
89
92
11
2k
p-H3COC6H4
87
89
12
13
2 l Ph, R2 = OCH3
2 m Ph, R2 = CH3
97
55
93
87
14
15
2n
2o
69
60
85
86
Ph
p-H3COC6H4
[a] Reaktionsbedingungen: Imin 2, HCN (1.5 =quiv.), 0.15 m L@sung in
Toluol, 10 Mol-% 1 g, 2–3 Tage. [b] Ausbeute der isolierten Trifluoracetamide 5 nach Acetylierung der Aminonitrile und Chromatographie.
[c] Enantioselektivit+ten wurden durch HPLC bestimmt (Chiralcel OD-H
und AD-H).
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Schema 2. Reduktion und Hydrolyse der Aminonitrile 5 l und 7.
a) LiAlH4, Et2O; b) 65 % H2SO4 (m/v), 45 8C, 20 h; c) HCl (konz.),
70 8C, 12 h; d) H2/Pd-C, MeOH.
Die resultierende S-Konfiguration der Produkte lsst sich
mit einem durch REntgenkristallstrukturanalyse von 1 g erhaltenen stereochemischen Modell erklren. Die Bildung des
Iminium-Ions 3 im Fbergangszustand erfolgt in der Weise,
dass sich das Cyanid-Nucleophil von der weniger gehinderten
Re-Seite nhert, da die Si-Seite durch die große Phenanthrylgruppe effektiv abgeschirmt wird (Abbildung 1).
Abbildung 1. Modell des stereochemischen Verlaufs der Hydrocyanierung von Iminen basierend auf der R@ntgenkristallstruktur von 1 g und
Energieminimierungen.
Wir haben eine neuartige organokatalytische Hydrocyanierung von Iminen entwickelt, die eine Vielzahl von aromatischen Aminonitrilen und davon abgeleiteten Aminosuren und Diaminen mit hohen Enantioselektivitten und
Ausbeuten zugnglich macht. Der Einsatz von Binolphosphaten als effiziente Brønsted-Sure-Katalysatoren in der
enantioselektiven Strecker-Reaktion ist nicht nur ein weiterer
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Angewandte
Chemie
Beitrag zur vielseitigen Anwendung dieses Katalysators,
sondern zeigt auch das große Potenzial von Brønsted-Suren
in der asymmetrischen Katalyse auf. Weiterf>hrende Untersuchungen zur Aufklrung des Reaktionsmechanismus und
zur Hydrocyanierung von Ketiminen und anderen Reaktionen sind Gegenstand laufender Studien.
Eingegangen am 6. Dezember 2005
Online verEffentlicht am 17. Mrz 2006
.
Stichwrter: Aminos+uren · Binolphosphat · Brønsted-S+uren ·
Organokatalyse · Strecker-Reaktion
[10] a) M. Rueping, C. Azap, E. Sugiono, T. Theissmann, Synlett
2005, 2367; b) M. Rueping, E. Sugiono, C. Azap, T. Theissmann,
M. Bolte, Org. Lett. 2005, 7, 3781; enantioselektive Hydrierung
von Chinolinen: c) M. Rueping, A. P. Antonchick, T. Theissmann, Angew. Chem./Angew. Chem. Int. Ed. 2006, im Druck.
[11] Mit N-Boc-, N-Tosyl-, N-Phenyl-, N-Benzhydryl- und N-Phosphinoyl-gesch>tzten Iminen wurden schlechtere Ergebnisse erhalten als mit N-Benzyl-gesch>tzten Iminen. Als Cyanid-Quellen wurden Acetoncyanhydrin, Trimethylsilylcyanid und HCN
untersucht. Niedrigere Katalysatorbeladungen, Temperaturen
und Konzentrationen f>hrten zu geringeren Enantioselektivitten.
[12] Aliphatische Imine wurden mit geringeren Enantioselektivitten erhalten (z. B. 2-(Benzylamino)-3-methylbutyronitril mit
55 % ee).
[13] N. A. Hassan, E. Bayer, J. C. Jochims, J. Chem. Soc. Perkin Trans.
1 1998, 3747.
[1] A. Strecker, Ann. Chem. Pharm. 1850, 75, 27.
[2] Fbersichten: a) H. GrEger, Chem. Rev. 2003, 103, 2795; b) L.
Yet, Angew. Chem. 2001, 113, 900; Angew. Chem. Int. Ed. 2001,
40, 875; c) C. Spino, Angew. Chem. 2004, 116, 1796; Angew.
Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1764.
[3] Al-Katalysatoren: a) M. S. Sigman, E. N. Jacobsen, J. Am.
Chem. Soc. 1998, 120, 5315; b) M. Takamura, Y. Hamashima, H.
Usuda, M. Kanai, M. Shibasaki, Angew. Chem. 2000, 112, 1716;
Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 1650; Ti-Katalysatoren: c) C. A.
Krueger, K. W. Kuntz, C. D. Dzierba, W. G. Wirschun, J. D.
Gleason, M. L. Snapper, A. H. Hoveyda, J. Am. Chem. Soc.
1999, 121, 4284; d) J. J. Byrne, M. Chavarot, P.-Y. Chavant, Y.
ValleM, Tetrahedron Lett. 2000, 41, 873; e) N. S. Josephsohn,
K. W. Kuntz, M. L. Snapper, A. H. Hoveyda, J. Am. Chem. Soc.
2001, 123, 11 594; Zr-Katalysatoren: f) H. Ishitani, S. Komiyama,
S. Kobayashi, Angew. Chem. 1998, 110, 3369; Angew. Chem. Int.
Ed. 1998, 37, 3186; g) S. Kobayashi, H. Ishitani, Chirality 2000,
12, 540; Lanthanoid-Katalysatoren: h) M. Chavarot, J. J. Byrne,
P.-Y. Chavant, Y. ValleM, Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12,
1147; i) S. Masumoto, H. Usuda, M. Suzuki, M. Kanai, M.
Shibasaki, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5634.
[4] E. J. Corey, M. J. Grogan, Org. Lett. 1999, 1, 157.
[5] a) M. S. Sigman, E. N. Jacobsen, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120,
4901; b) M. S. Sigman, P. Vachal, E. N. Jacobsen, Angew. Chem.
2000, 112, 1336; Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 1279; c) P.
Vachal, E. N. Jacobsen, Org. Lett. 2000, 2, 867; d) P. Vachal, E. N.
Jacobsen, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10 012; e) A. G. Wenzel,
M. P. Lalonde, E. N. Jacobsen, Synlett 2003, 1919; f) S. B. Tsogoeva, D. A. Yalalov, M. J. Hateley, C. Weckbecker, K. Huthmacher, Eur. J. Org. Chem. 2005, 4995.
[6] Reaktionen in Gegenwart stEchiometrischer Mengen an BisACHTUNGRE(Noxiden): a) B. Liu, X. Feng, F. Chen, G. Zhang, X. Cui, Y. Jiang,
Synlett 2001, 1551; b) Z. Jiao, X. Feng, B. Liu, F. Chen, G. Zhang,
Y. Jiang, Eur. J. Org. Chem. 2003, 3818.
[7] J. Huang, E. J. Corey, Org. Lett. 2004, 6, 5027.
[8] Fbersichten: a) P. R. Schreiner, Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 289;
b) P. M. Pihko, Angew. Chem. 2004, 116, 2110; Angew. Chem.
Int. Ed. 2004, 43, 2062; c) C. Bolm, T. Rantanen, I. Schiffers, L.
Zani, Angew. Chem. 2005, 117, 1788; Angew. Chem. Int. Ed.
2005, 44, 1758.
[9] a) T. Akiyama, J. Itoh, K. Yokota, K. Fuchibe, Angew. Chem.
2004, 116, 1592; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1566; b) D.
Uraguchi, M. Terada, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5356; c) D.
Uraguchi, K. Sorimachi, M. Terada, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126,
11 804; d) T. Akiyama, H. Morita, J. Itoh, K. Fuchibe, Org. Lett.
2005, 7, 2583; e) S. Hofmann, A. M. Seayad, B. List, Angew.
Chem. 2005, 117, 7590; Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7424;
f) M. Terada, K. Sorimachi, D. Uraguchi, Synlett 2006, 13; g) T.
Akiyama, Y. Tamura, J. Itoh, H. Morita, K. Fuchibe, Synlett
2006, 141; h) R. I. Storer, D. E. Carrera, Y. Ni, D. W. C. MacMillan, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 84.
Angew. Chem. 2006, 118, 2679 –2681
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