1 Aula 15 A Química do Boro (B) Livros: A) (revisão) Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Organic Chemistry 2 nd ed. Oxford University Press, New York: 2012. B) Carey, F. A.; Sundberg, R. J.; Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms 4 th ed. Kluwer academic/Plenum Publishers, New York, 2000. C) Carey, F. A.; Sundberg, R. J.; Advanced Organic Chemistry. Part B: Reactions and Synthesis 4 th ed. Kluwer academic/Plenum Publishers, New York: 2000. D) Li, J. J.; Name Reactions: a Collection of Detailed Reaction Mechanisms 2 nd ed. Springer: 2003. E) Kürti, L.; Czakó; Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis Elsevier, Oxford: 2005. F) Curso do Prof. Samir Z. Zard de "Fundamentos da Quimica Molecular", École Polytechnique: 2004. Artigos: G) Suzuki, A.; ”Organoborates in New Synthetic Routes” Acc. Chem. Res. 1982, 15, 178. H) Miyaura, N.; Suzuki, A.; “Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds” Chem. Rev. 1995, 95, 2457. I) Dimitrijevic, E.; Taylor, M. S.; “Organoboron Acids and Their Derivatives as Catalysts for Organic Synthesis” ACS Catalysis, 2013, 3, 945. J) Hermanek, S.; “Boron Chemistry: Introduction” Chem. Rev. 1992, 92, 175. K) Crudden, C. M.; Hleba, Y. B.; Chen, A. C.; "Regio and Enantiocontrol in the Room Temperature Hydroboration of Vinyl Arenes” J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9200. L) Suzuki, A.; “Recent Advances in the Cross-Coupling Reactions of Organoboron Derivatives with Organic Electrophiles” J. Organometallic Chem. 1999, 576, 147. Química Orgânica Avançada (QP-021), Unicamp Igor D. Jurberg
Transcript
1
Aula 15 A Química do Boro (B)
Livros: A) (revisão) Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Organic Chemistry 2nd ed. Oxford University Press, New York: 2012. B) Carey, F. A.; Sundberg, R. J.; Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms 4th ed. Kluwer academic/Plenum Publishers, New York, 2000. C) Carey, F. A.; Sundberg, R. J.; Advanced Organic Chemistry. Part B: Reactions and Synthesis 4th ed. Kluwer academic/Plenum Publishers, New York: 2000. D) Li, J. J.; Name Reactions: a Collection of Detailed Reaction Mechanisms 2nd ed. Springer: 2003. E) Kürti, L.; Czakó; Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis Elsevier, Oxford: 2005. F) Curso do Prof. Samir Z. Zard de "Fundamentos da Quimica Molecular", École Polytechnique: 2004. Artigos: G) Suzuki, A.; ”Organoborates in New Synthetic Routes” Acc. Chem. Res. 1982, 15, 178. H) Miyaura, N.; Suzuki, A.; “Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds” Chem. Rev. 1995, 95, 2457. I) Dimitrijevic, E.; Taylor, M. S.; “Organoboron Acids and Their Derivatives as Catalysts for Organic Synthesis” ACS Catalysis, 2013, 3, 945. J) Hermanek, S.; “Boron Chemistry: Introduction” Chem. Rev. 1992, 92, 175. K) Crudden, C. M.; Hleba, Y. B.; Chen, A. C.; "Regio and Enantiocontrol in the Room Temperature Hydroboration of Vinyl Arenes” J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9200. L) Suzuki, A.; “Recent Advances in the Cross-Coupling Reactions of Organoboron Derivatives with Organic Electrophiles” J. Organometallic Chem. 1999, 576, 147.
Química Orgânica Avançada (QP-021), Unicamp Igor D. Jurberg
2
Propriedades do Boro
Raios covalentes (Å): C (0.76) < B (0.84) < P (1.07) < Si (1.11)
- A hidroboração de olefina é um processo que pode ser reversível - O hidrogênio e o boro são introduzidos do mesmo lado (adição sin) - O boro se adiciona sobre o carbono menos substituído (regioseletividade anti-Markovnikov)
Lazlo, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 2071.
6
Funcionalização de organoboranas
Rearranjo intermolecular
Rearranjo intramolecular
Aptitude migratória: Para BR3: R-1º > R-2º > R-3º Para BR(OR)2: R-3º > R-2º > R-1º > alcóxi
Bottoni, A.; Trombini, C; J. Org. Chem. 2003, 68, 3397.
7
Funcionalização de organoboranos
Exemplos clássicos:
8
Funcionalização de organoboranos
Homologação de Matteson
Mecanismo:
Aplicações:
O boro é muito mais deficiente em elétrons do que o carbono carregando o cloro.
D. S. Matteson, J. Org. Chem. 2000, 65, 6650.
9
Aplicações:
Funcionalização de organoboranos
“Produção em série”: inserção estereoseletiva sequencial de metilas.
Aggarwal, V. K. et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6317
10
Protonação de organoboranas
Mecanismo:
Liberação do auxiliar de boro uma vez a funcionalização realizada
Interesse:
Brown, H. C.; Pure Appl. Chem. 1976, 47, 49.
11
Síntese de alcenos trans
A) Zweifel, G.; Arzoumanian, H. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5086. B) Zweifel, G.; Fisher, R. P.; Snow, J. T.; Whitney, C. C. Ibid. 1971, 93, 6309. C) Brown, H. C. et al.; J. Org. Chem. 1986, 51, 5270.
Mecanismo?
Ref A)
12
Síntese de alcenos cis
Mecanismo?
Mecanismo:
13
Rearranjo de alcinos
Exemplo:
Peste que ataca maçãs no sul do Brasil
Park, C. P.; Gel, J. M.; Sung, J. W.; Oh, D. Y.; Tetrahedron Lett. 1998, 39, 2583.
Rendimento global: 54%
R2
B
R1
R1
R1
E
E R2
R1R12B
14
Rearranjo de alcinos
Corey, E. J.; Seibel, W. L.; Tetrahedron Lett. 1986, 27, 905.
E-g-Bisaboleno: Sesquiterpeno precursor para a síntese de diversos terpenóides oxigenados
Exemplo:
Me
OTBS
1) n-BuLi
2)
BMe
Me 3
Me
OTBS
B
Me
Me RR
Me3SiOTf
Me
OTBSSiMe3
BR2
MeMe
1) n-BuLi2) CuI3) MeI, HMPA
Me
OTBSSiMe3
Me
MeMe
TiCl4, PhNHMe
Me
MeMe
MeMe
OHSiMe3
Me
MeMe
TBAF
E-g-Bisaboleno
91% 96%
84%, 6 etapas
15
Hidroboração de derivados carbonilados
Regioseletividade, soma de fatores: impedimento estérico, polaridade da ligação, e afinidade B/O
Compostos carbonilados: aldeídos, cetonas, ésteres, amidas, haletos de acila
do tipo Midland
Meerwein-Pondorff-Verley
Redução assimétrica com olefina quiral (cat.) é impossível, pois boro possui maior afinidade pela carbonila.
E(pCO) = 355kJ.mol-1
E(sCB) = 320kJ.mol-1
E(pCC) = 270kJ.mol-1
E(sOB) = 520kJ.mol-1
Termodina- micamente favorisada
B +O
RPRGB O
H
RP
RG RPRG
HO H
THF,
67oC
(1 equiv.)
(R)-Alpina borana
16
Reduções assimétricas: protocolo de Midland
Redução Midland:
Preparo do reagente de Midland
Menor interação desestabilizante com RP do que com RG
RG : grupo grande
RP : grupo pequeno
A) Midland, M. M.; Tramontano A.; Zderic, S. A.; J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5211. B) Midland, M. M.; Chem Rev. 1989, 89, 1553.
HB
+THF, 67oC
B B
(+)--pineno 9-BBN(R)-Alpina borana
17
Redução de Midland
Exemplos:
A) Williams, D. R.; Fromhold, M. G.; Earley, J. D.; Org. Lett. 2001, 3, 2721. B) Murakami, N.; Nakajima, T.; Kobayashi, M.; Tetrahedron Lett. 2001, 42, 1941.
I 4
O
TMS
(R)-Alpina boranaTHF, ta
I 4
OH
TMS82%, 94% ee
OH
Me14
Lambeina A
(toxina de uma esponja marinha, Haliclona sp.)
BnO
O (R)-Alpina boranaTHF, -10°C a ta
BnO
OH
95%, 88%ee NO
OO
O
MeOH H
Me
H Me
(-)-Estemospironina
(da familia de alcalóides da Estemona,substâncias tipicamente empregadasem chás na medicina popular chinesa.Alguns membros da familiademonstraram propriedades inseticidas)
18
Redução de CBS:
Reduções assimétricas: protocolo de Corey-Bakshi-Shibata
Mecanismo:
A) Corey, E. J.; Bakshi, R. K.; Shibata, S.; JACS, 1987, 109, 551 e 7925. B) Corey, E. J.; Helal, C. J.; ACIE, 1998, 37, 1986.
OO
O
MeMeMe
Me
O
O
OBnMe
O
Me
OMeO
O
HOBn
H
H
MeOBn
O
O
H
Me
H H
N BO
H PhPh
Me
1)
BH3
2) TsOH, benzeno
81%
OO
O
MeMeMe
Me
O
O
OBnMe
Me
O
O
HOBn
H
H
MeOBn
O
O
H
Me
H H
OH
1) LiOH, H2O, THF2)LiDBB, THF
69%
Me
O
O
OHMe
Me
O
O
HOH
H
H
MeOH
O
O
H
Me
H H
OHHO
O
HO
Acido Ocadaico
(neurotoxina liberada por algas dinoflageladas, causadora de fortes diarréias)
F
O
N
O
O
O
Ph
NB
O
H PhPh
Me[(R)-MeCBS]
BH3.THF
F
OH
N
O
O
O
Ph
rend. 97%, de 95%escala multi-Kg
(3 mol%)
pTSA (5 mol%)THF, ta
OH
NOF
F
OH
Ezetimibe (SCH 58235)
(potente agente redutor de colesterol)
19
Redução de CBS:
Exemplos:
A) Fu et al., Tetrahedron Lett. 2003, 44, 81. B) Forsyth, C. G. et al.; J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 8381.
- LiBHEt3 é doador de hidreto mais forte de todos devido ao efeito indutivo dos grupos alquila presentes e do contra-ion Li+ .
- LiBH4 é mais nucleofílico que NaBH4, pois o Li+ é um melhor ácido de Lewis que o Na+, portanto ativando mais a cabonila para o ataque do hidreto. - LiBH(sec-Bu)3 se equipara com LiBH4 em poder redutor, pois ao mesmo tempo que a presença das cadeias alquilas volumosas fornecem efeito indutivo aumentando a nucleofilicidade, proporcionam empedimento estérico que dificulta a doação do hidreto. - De maneira análoga, a presença do grupo atrator de elétrons CN em NaBH3(CN) faz essa fonte de hidreto ser mais fraca que NaBH4.
Uso de TMSCl como aditivo: Giannis, A. et al.; ACIE 1989, 28, 218.
21
SN2 usando hidretos como nucleófilos:
LiAlH4 também pode ser usado em muitos casos.
LiBHEt3: Super hidreto
H
BrLiBDEt3, THF
D
H
OTs
Me
MeMe
LiBHEt3, THF
H
Me
MeMe
A) Krishnamurthy, S.; Brown, H. C.; J. Org. Chem. 1980, 45, 849. B) Larsen, S. D.; Monti, S. A. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 8015.
H27C13 OMe
O
Me
OH
LiBH4, MeOH, taH27C13 OH
Me
OH99%
Me
OH
Me
O
HNMe
Me
NH
O
OH
NH
O
AcO
O O
H27C13
Estevastelina B
(agente imunosupressor, isolado de bactérias Penicillum sp.)
22
LiBH4
- Além de reduzir aldeídos, cetonas, anidridos e haletos de acila (reatividade típica do NaBH4), o LiBH4 reduz igualmente ésteres seletivamente na presença de ácidos carboxílicos, amidas e nitrilas.
- A reatividade do LiBH4 é dependente do meio, de na ordem Et2O > THF > iPrOH. Isso se explica pela disponibilidade do Li+ para se coordenar com o substrato.
Exemplo:
A) Nystrom, R. F.; Chaykin, S. W.; Brown, W. G.; JACS 1949, 71, 3245. B) Kohyama, N.; Yamamoto, Y. Synlett 2001, 5, 694.
23
NaBH4
- É o agente redutor doador de hidreto doce mais usualmente empregado. Ele reduz aldeidos, cetonas, cloretos de acila, anidridos e imidas, mas reage lentamente ou nada com ésteres, lactonas, ácidos, nitrilas, amidas, compostos nitro, alcenos, epóxidos e alcinos. Não é eficiente em reações SN2 com haletos e tosilatos. NaBH4 é comumente empregado na redução de organo mercuriais e na redução completa de ozonídeos.
- NaBH4 demonstra uma boa tendência para reduzir olefinas em sistemas ,b-insaturados. Isto pode ser evitado com as condições de Luche: NaBH4 + CeCl3
(JACS, 1978, 100, 2226.)
Exemplo:
Me
BnO
ON
O
O
HHO
iPr NaBH4, THF, H2O
Me
BnO
OHH
OH92%
OMe
BrH H
Cl
(+)-Regioloxepano A
Crimmins, M. T.; DeBaillie, A. C.; Org. Lett. 2003, 5, 3009.
NROR
ativação daLUMO
NH
H2O
H2ONH
24
NaBH3(CN) - NaBH3(CN) reage com aldeídos e cetonas somente em meios bem ácidos (pH < 4). Isso se deve à protonação da carbonila nessa faixa de pH. Entretanto, NaBH3(CN) reage com íons imínio formados in situ à partir da condensação de aldeídos e cetonas com aminas em condições ácidas fracas (5 < pH < 7), dando origem a aminação redutora (é o principal uso desse agente redutor). - Complexos de amino borana (BH3.NH2) possuem uma reatividade similar e também podem ser empregadas em aminações redutoras.
Exemplo:
AMINOCATÁLISE
Zhao, H.; Mootoo, D. R.; J. Org. Chem. 1996, 61, 6762.
O
CHO
BnO
BnO
BnO
CHO
OBn
HCO2(NH4) (1.5 equiv.), NaBH3(CN) (30 equiv.)
MeOH, ta NH
OBnBnO
BnO
BnO
H2, 10% Pd/C MeOH-HCO2H
53%
NH
OHHO
HO
HO
Castanospermina
O
OHC
OBn
OMeBnO
BnO
obtido em 4 etapassimples a partir do-D-glucopiranosideo total: 9 etapas,
rend. global 22%
quant.
25
LiBH(sec-Bu)3 (L-Selectrida)
Demonstra seletividade estérica excepcional na redução de aldeídos e cetonas.
A) Brown, C. A.; J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 4100. B) McGhie, K. E.; Paton, R. M.; Tetrahedron Lett. 1993, 34, 2831.
tBu
O HtBu
H
OH+
tBu
OH
H
LiAlH4 90 : 10
NaBH4 85 : 15
LiBH(sec-Bu)3 7 : 93
O
99.6%
O
Me
H
98%OMe
99.3%
Exemplos:
OO
OO
O
O
O
O
MeMe
HO
HOMe Me
Me Me
HR1
R2
HO
HO+
R1
R2
HO
HO
NaBH4 49 : 51
LiBH(sec-Bu)3 3 : 97
26
Caso particular de indução 1,3 na redução de cetonas Aproximação intramolecular vs intermolecular
Inter: A) Narasaka et al.; Chem. Lett. 1980, 1415. B) Prasad et al.; TL 1987, 155. C) DiMare et al.; JOC 1996, 868. D) Oishi et al.; Acc. Chem. Res. 1984, 338. E) Evans et al.; JOC 1990, 5190. Intra: F) Evans et al.; JACS 1988, 3560. G) Davis et al.; Chem. Commun. 1986, 831. H) Evans et al.; JACS 1990, 6447.
OR1
O
Ph
O
HR2
Sm
R1 R2
OBz OH
R1 R2
O OH
O
MOR1
R2
L
L R1 R2
OH OHH
SIN
MOR1
L
L
O
HR2
R1 R2
OH OH
ANTI
MLn, H
HMLn
redução intermolecular
redução intramolecular
12
3
27
Carbonilação de organoboranas
A. B. Burg & H. I. Schlesinger JACS, 1937, 59, 780
ACIE, 2002, 41, 799 JACS, 2002, 124, 15385
28
Funcionalização de acil boranas
29
Reações de Alilação
Princípio de Curtin-Hammet A interconversão entre os isômeros é mais rápida do que a reação do isômero majoritário com o aldeído
A reação ocorre exclusivamente a partir deste isômero
Wang, Gu, Liu, JACS, 1990, 112, 4425.
Olefinação de Paterson: HO- : elim. sin H+ : elim. anti
30
O
O2N
HMe
BO
OMeMe
MeMe
NH3, EtOH
OH
O2NMe
92:8 dr
BO
OMeMe
MeMe
Me
NH3, EtOH
OH
O2NMe
99:1 dr
A) Sugiura, M.; Hirano, K.; Kobayashi, S.; JACS, 2004, 126, 7181. B) Krüger, J.; Hoffmann; R. W.; JACS, 1997, 119, 7499.
Reações de Alilação Iminas, intermolecular:
Intramolecular:
Amida de Weinreb
N
OMeO
Me
O
TBSO
1) DiBAl-H2) sec-BuLi3)
OB
OMe
Me
Me
Me
OMe N
OMeO
Me
O
TBSO
BO
O
Me
Me
Me
Me
Al
Me Me
H2O
O
HO
TBSO
O
Br
AcO
(+)-Laurencina
H
31
Reações de Alilação Controle de regioseletividade da alilação
A) Yamamoto, Y.; Saito, Y.; Maruyama, K.; J. Org. Chem., 1983, 48, 5408. B) Frantz, D. E.; Singleton, D. A.; Org. Lett. 1999, 1, 485.
Alilboranas eletrofílicas são adicionadas a olefinas levemente ativadas
BBr2
0 °C, hexano
1)
2) NaOH, H2O2
OH
90%
Sn
4
BBr3 BBr2
Para bons rendimentos, as olefinas precisam ser um pouco ativadas. Bons resultados são obtidos com por ex.: norborneno, estireno, 1,1-dialquiletilenos, ciclohexadieno e ciclopentadieno. 1-noneno fornece apena 33%.
PhSe
Li BEt3
PhSe
BEt3 0 °C
Et
BEtEt
SePh PhCHO
-78 °C
Et
OH
Ph
94 : 6
25 °C
[1,3]
Et
BEtEt
SePh PhCHO
-78 °C Et
Ph OH
91 : 9
T
32
Alilações enantioseletivas: método de Roush
Preparação dos reagentes:
MgBr
1) B(OMe)3, Et2O, -78°C2) 2N HCl, Et2O3) (+)-DIPT, MgSO4 B
- A incubação prolongada a 0°C produz Ipc2BH enantiomericamente enriquecido, devido ao equilíbrio entre a tetraisopinocanfeildiborana com -pineno e triisopinocanfeildiborana. O dímero simétrico cristaliza preferencialmente. - B-Alildiisopinocanfeilborana pode ser preparada e usada in situ após filtração dos sais de magnésio produzidos. Os compostos mais reativos são livres de sais de Mg.
B
Me
Me
Me
Me Me
Me
Brown
Me
MeMe
(1R)-(+)--Pineno91.3% ee
BH3.SMe2THF, 0°C BH
2
(-)-Ipc2BH
98.9% ee
3 dias, 72%
MeOH, 0°C
1h, quant.
B
2
OMe
MgBr
-78 a 25°C
25°C, 1h, quant.
B
2
98.9% ee98.9% ee
35
(-)-Ipc2B
O
R H
+
Et2O, -78 a 23°CNaOH, H2O2
R
OH
ALDEIDO REND(%) EE(%)a EE(%)b
R = CH3
R = n-C4H9
R = t-C4H9
R = C6H5
74
72
88
81
93
87
83
96
> 99
96
> 99
96
Alilações enantioseletivas: método de Brown
a: alilboração realizada sem filtrar os sais de Mg. b: alilboração realizada a -100°C, na ausência de sais de Mg
- A reação é bastante geral. A estequiometria de adição é a mesma em todos os casos. - Temperaturas mais baixas conduzem a enantioseletividades mais altas (0 → -78 → 100°C). - Somente reagentes livre de Mg podem ser usados a -100 °C, a borana é sequestrada pelo reagente CH3OMgBr para formar o complexo ato nessa temperatura. - A alilboração de aldeidos é excenssialmente instantânea a -78 ou -100°C na ausência de sais de Mg.
B Me
MeMe
Me
Me
Me
OR
HH
A seletividade facial do aldeído deriva da minimização das interações estéricas entre os grupos Ipc axial e grupo alila
36
Alilações enantioseletivas: Método de Corey
Preparação do reagente:
TL, 1990, 31, 3715. JACS, 1990, 112, 878.
N NArO2S SO2Ar
PhPh
B
CoreyNH HNArO2S SO2Ar
PhPhN NArO2S SO2Ar
PhPh
B
Br
SnBu3
N NArO2S SO2Ar
PhPh
Btolueno, 23 °C
BBr3, DCM
- O reagente (R,R)-bis-sulfonamida pode ser recuperado da mistura reacional.
Veja outros métodos de alilação: Keck, Hosomi-Sakurai, Duthaler, Soderquist, Leighton, Zard, entre outros…
N NArO2S SO2Ar
PhPh
B
Br
SnBu3
R2
1)
tolueno, 23 °C
2) R1CHO, -78 °C R1
OH R2
REND(%) EE(%)
Cy
92
80
84
76
96
90
92
88
R2R1
Ph
Ph
Cy
H
Cl
H
Cl
37
A reação de acoplamento cruzado de Suzuki-Miyaura
Areas “quentes” de pesquisa
R1 R2 X[Pd0Ln] cat.
base
R1 = alquila, alcinila, arila, vinila
R2 = alquila, alcinila, arila, benzila, vinila
X = Br, Cl, I, OAc, OP(=O)(OR)2, OTf
BY2 R1 R2
L2Pd0 R1 X
L2Pd0R1
X
adição oxidante
transmetalação
R2 BY2
BY2X
L2Pd0R1
R2
R1 R2
eliminação redutora
BY2 = B(OR3)2, B(OH)2, BF3K
A) A. C. Frisch, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 674. B) N. Miyaura, A. Suzuki, Chem. Rev. 1995, 95, 2457.
38
Areas “quentes” de pesquisa
Catálise com ácidos borônicos
Pares de Lewis Frustrados
X
Ph
ROH
MeNO2, ta
X
Ph
R
F
F
F
F
B(OH)2
(20 mol%)
6 exemplos50-97%
Hall, D. G. et al.; ACIE 2012, 6, 5167. Hall, D. G. et al.; Chem. Sci. 2011, 2, 1305.
F
F
F
F
B(OH)2
OH
R1
R2 R3
ou
B(OH)2
F
FF
F
F
F
(20 mol%)
R3
OH
R2
R1
15 exemplos62-93%
tolueno, ta ou 50°C
Revisões: A) Stephan, D. W.; Dalton Trans. 2009, 3129. B) Stephan, D. W.; Erker, G.; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 46. C) Erker, G.; Pure Appl. Chem. 2012, 84, 2203.
Combinação de ácidos e bases de Lewis que são estericamente congestionados, o que evita a reação entre eles, mas aumenta substancialmente suas reatividades.
Stephan, D. W. et al.; Science 2006, 314, 1124.
B(C6F5)(Me3C6H2)2P
F F
F F
H2B(C6F5)(Me3C6H2)2P
F F
F F
H H
ácidos borônicos são empregados como LA com reatividades especiais
