Katalizator hydrosililowania

[Cp*Ru(MeCN)₃]PF₆: Wysoce wydajne katalizatory hydrosililowania

Winylosilany są wszechstronnymi odczynnikami metaloorganicznymi, które uczestniczą w różnych paradygmatach reakcji, takich jak utlenianie Tamao-Fleminga, metateza olefin, sprzęganie krzyżowe katalizowane Pd, protodesililowanie i cykloaddycja. Spośród dostępnych metod otrzymywania winylosilanów, hydrosililowanie alkinów jest najbardziej bezpośrednim i ekonomicznym atomowo podejściem (Schemat 1). Opracowano szereg katalizatorów metali przejściowych do przeprowadzania tych reakcji w sposób regio- i stereokontrolowany (Rysunek 1).

Schemat 1. Hydrosililowanie alkinów

Rysunek 1. Katalizatory metali przejściowych zostały opracowane w celu przeprowadzania reakcji w sposób regio- i stereokontrolowany.

Metody hydrosililowania terminalnych alkinów zostały opracowane jakiś czas temu w celu otrzymania cis- i trans-β-winylosilanów. Klasyczna kataliza Pt (katalizatory Speiera¹ i Karstedta²), jak również kataliza oparta na Rh ([Rh(cod)₂BF₄ ³ i [RhCl(nbd)]₂ ⁴), pozostają skutecznymi metodami syntezy trans-β-winylosilanów. Wykazano również, że katalizator Wilkinsona daje produkt trans w rozpuszczalnikach polarnych, z izomerem cis dominującym w mediach niepolarnych.⁵ Katalizatory na bazie Ru (np.[Ru(benzen)Cl₂]² lub [Ru(p-cymen)Cl₂]²) umożliwiają dostęp do cis-β-winylosilanów.⁶ W pewnych warunkach katalizator Grubbsa 1. generacji również daje produkty cis, chociaż stereo- i regioselektywność hydrosililowania jest wysoce zależna od alkinu, silanu i rozpuszczalnika.⁷ Podczas gdy istnieje wiele metod otrzymywania liniowych β-winylosilanów, do niedawna nie było ogólnych metod otrzymywania 1,1-dipodstawionych α-winylosilanów.⁸ Co więcej, chociaż można osiągnąć selektywne wewnątrzcząsteczkowe hydrosililowanie wewnętrznych alkinów,⁹ selektywny wariant międzycząsteczkowy był praktycznie nieznany.¹⁰ Grupa Trosta z Uniwersytetu Stanforda opracowała niezwykle solidny protokół hydrosililowania końcowych acetylenów w celu otrzymania α-winylosilanów, oparty na katalizatorze rutenowym(II) [Cp*Ru(MeCN)₃]PF₆.^11-14 Katalizator ten zapewnia również kompetentną metodę regioselektywnej wewnątrz- i międzycząsteczkowej hydrosililacji wewnętrznych alkinów, dając wyłącznie Z-trisubstytuowane alkeny.

Międzycząsteczkowa hydrosililacja: Terminalne alkiny

Zróżnicowany zestaw terminalnych alkinów uległ szybkiemu i łagodnemu hydrosililowaniu w obecności [Cp*Ru(MeCN)₃PF₆ dając 1,1-dipodstawione α-winylosilany z dobrą do doskonałej wydajnością, często przy niskim obciążeniu katalizatora (Schemat 2). Reakcja jest tolerancyjna dla szerokiego zakresu grup funkcyjnych, w tym halogenów, wolnych alkoholi, alkenów, wewnętrznych alkinów, estrów i amin. Co więcej, w reakcji można stosować szeroką gamę silanów z doskonałą przewidywalnością.

Schemat 2. Hydrosililowanie międzycząsteczkowe: Alkiny terminalne

Międzycząsteczkowe hydrosililowanie: Wewnętrzne alkiny

Jak pokazano w Schemacie 1, nieselektywne hydrosililowanie wewnętrznych alkinów potencjalnie dałoby cztery izomeryczne produkty addycji. Grupa Trost wykazała, że hydrosililowanie wewnętrznych alkinów za pomocą [Cp*Ru(MeCN)₃]PF₆ daje tripodstawione Z-winylosilany wyłącznie w wyniku trans addycji silanu do alkinu (Schemat 3).¹¹

Schemat 3. Hydrosililowanie międzycząsteczkowe: Wewnętrzne alkiny

Co ważne, reakcja hydrosililowania wykazuje wysoki poziom regioselektywności. Regioselektywność można podsumować następująco: (i) hydrosililowanie 2-alkinów prowadzi do powstania Z-alkenów z grupą sililową zajmującą mniej wymagającą sterycznie pozycję (pozycje 1 i 2); (ii) dla substratów, w których alkin nie znajduje się w pozycji 2, podstawnik sililowy będzie zajmował bardziej wymagającą sterycznie pozycję w Z-alkenie (pozycja 4); (iii) dla propargilowych, homopropargilowych i bishomopropargilowych substratów alkoholowych, hydrosililowanie zachodzi w taki sposób, że grupa sililowa znajduje się dystalnie od funkcyjności hydroksylowej Z -alkenu (pozycje 5-9).-alkenu (pozycje 5-9); (iv) w przypadku α,β-alkilokarbonyli, grupa sililowa ponownie selektywnie zajmuje dystalną pozycję Z-alkenu (pozycje 10-13).^11,15 Dla wolnych alkoholi propargilowych, homopropargilowych i bishomopropargilowych, hydrosililowanie silanem zawierającym grupę opuszczającą (np. podstawnik etoksylowy), podstawnik etoksylowy) prowadzi do utworzenia cyklicznego siloksanu (pozycje 5 i 8). Co istotne, hydrosililowanie z użyciem [Cp*Ru(MeCN)₃]PF₆ można przeprowadzić przy zachowaniu stereochemicznej integralności centrów asymetrycznych rezydujących w substracie alkinowym (pozycja 9). Wreszcie, chociaż niesterycznie zróżnicowane alkiny ulegają stereoselektywnej hydrosililowaniu (pozycja 3), protodesililowanie mieszaniny produktów zapewnia pojedynczy trans diastereomer.¹³ Stanowi to cenne uzupełnienie cis selektywności obserwowanej w warunkach redukcji Lindlara.

Jak pokazano w Schemacie 4, nawet wysoce reaktywne silany mogą uczestniczyć w międzycząsteczkowej reakcji hydrosililowania, z doskonałą przewidywalnością.^11b Otrzymany alkenylchlorosilan został uwięziony z heksadienolem, dając wiązanie siloksanowe. Ogrzewanie trienu spowodowało wewnątrzcząsteczkową reakcję Dielsa-Aldera (IMDA), dając siloksan z czterema sąsiadującymi stereocentrami. Addukt może być następnie poddany protodesililacji lub reakcji Tamao-Fleminga w celu otrzymania odpowiednio alkoholu pierwszorzędowego lub diolu.

Schemat 4. Wysoce reaktywne silany mogą uczestniczyć w międzycząsteczkowej reakcji hydrosililowania z doskonałą przewidywalnością.

Możliwe jest również manipulowanie alkenem przed protodesililowaniem lub utlenianiem. Na przykład, winylosilany są łatwo epoksydowane przez m-CPBA w sposób diastereoselektywny (Schemat 5). Późniejsza protodesililacja dostarcza odpowiedni syn-alkohol epoksydowy, podczas gdy utlenianie Tamao-Fleminga dostarcza syn-diol. Dlatego proces ten może być stosowany jako substytut kondensacji aldolowej.

Schemat 5. Winylosilany są łatwo epoksydowane przez m-CPBA w sposób diastereoselektywny.

Wewnątrzcząsteczkowa hydrosililacja

.Wreszcie, wewnątrzcząsteczkowa hydrosililacja jest możliwa przy użyciu hydroksyalkinów, jak zilustrowano w zwięzłej syntezie alkaloidu 3-hydroksypiperydyny (+)-spektaliny (Schemat 6).^16b Traktowanie alkoholu homopropargilowego tetrametylodisilazanem (TMDS), a następnie regio- (dystalne) i stereoselektywne (Z) wewnątrzcząsteczkowe hydrosililowanie, dało cykliczny azydosiloksan. Utlenianie Tamao-Fleminga, a następnie redukcja z jednoczesną cyklizacją dały (+)-spektalinę z przyzwoitą wydajnością.

Schemat 6. Zwięzła synteza alkaloidu 3-hydroksypiperydyny (+)-spektaliny

Sekwencja wewnątrzcząsteczkowego hydrosililowania i następującego po nim sprzęgania krzyżowego zapewnia doskonałą metodę wprowadzania nowego wiązania węglowego przy węglu alkinu, który znajduje się w odległej pozycji od wolnej grupy hydroksylowej (Schemat 7).¹⁷

Schemat 7. Węgiel alkilowy, który znajduje się w odległej pozycji od wolnej grupy hydroksylowej

Mamy przyjemność zaoferować [Cp*Ru(MeCN)₃]PF₆, a także szereg innych katalizatorów do hydrosililowania.