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Quim. Nova, Vol. 26, No. 4, 531-541, 2003 R e v is ã o *e-mail: pilli@iqm.unicamp.br REAÇÕES ALDÓLICAS ASSIMÉTRICAS CATALÍTICAS Ivan R. Corrêa Jr. e Ronaldo A. Pilli* Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, CP 6154, 13083-970 Campinas - SP Recebido em 31/7/02; aceito em 27/11/02 CATALYTIC ASYMMETRIC ALDOL REACTIONS: This review describes the use of catalytic asymmetric aldol reactions of silyl enol ethers and silyl (thio)ketene acetals with aldehydes (the Mukaiyama aldol reaction) in order to illustrate its synthetic utility. A variety of Lewis acid and basic reagents were employed for catalytic aldol reactions with high diastereo- and enantioselectivities. The origins of the selectivity of these reactions are discussed and some representative examples of their application in the synthesis of natural products are presented. New developments in chiral heterobimettalic lanthanoid catalysis and enantioselective aldol reactions in aqueous media are also included. Keywords: aldol reaction; asymmetric catalysis; enantioselective synthesis. INTRODUÇÃO As adições aldólicas assimétricas estão entre as reações mais importantes para a construção de ligações C-C e para o controle da configuração absoluta dos novos centros estereogênicos criados1. A utilidade desta reação foi demonstrada em diversas oportunidades na síntese de produtos naturais tais como antibióticos macrolídeos, poliéteres e carboidratos2. As reações aldólicas assimétricas podem apresentar excelentes níveis de estereosseletividade quando envolvem o uso de aldeídos quirais ou de enolatos contendo auxiliares quirais ligados covalentemente. O emprego de auxiliares quirais, em tese, permite a obtenção de todos os estereoisômeros possíveis com alta estereosseletividade, mas requer as etapas adicionais de introdução e remoção do auxiliar. Da mesma forma, a utilização de enolatos e aldeídos aquirais com bases ou ácidos de Lewis quirais tem como limitação o uso de quantidades estequiométricas do ligante quiral1. O desenvolvimento de reações aldólicas assimétricas catalíticas que apresentem alta diastereo- e enantiosseletividade tem sido um constante desafio em síntese orgânica3. Nos últimos anos explora- ram-se vários métodos empregando biocatalisadores, como aldolases e anticorpos catalíticos, e também catalisadores químicos, como áci- dos e bases de Lewis quirais4. Mais recentemente, surgiram os pri- meiros exemplos de reações aldólicas assimétricas realizadas em meio aquoso5 e na presença de catalisadores heterobimetálicos6. Neste contexto, embora a utilização de ácidos de Lewis quirais em quantidades sub-estequiométricas seja um dos métodos mais pro- missores, esta área apresentou pouco progresso em comparação com o desenvolvimento alcançado com as reações de Diels-Alder7. Pro- vavelmente isso se deve à maior dificuldade no controle da etapa de indução assimétrica nas reações aldólicas. Baseada na reação de Mukaiyama3, que envolve a adição de olefinas ativadas como éteres enólicos de silício a aldeídos promovi- da por ácidos de Lewis, a versão catalítica da reação aldólica assimétrica requer a coordenação do ácido de Lewis quiral (M*) ao aldeído para o ataque de um éter enólico de silício ou equivalente pela sua face enantiotópica menos impedida (os éteres enólicos de silício são análogos sintéticos de enolatos metálicos). Para que o ciclo catalítico se mantenha, é necessário que ocorra a troca entre o M* e SiR3, a qual produz o aldolato de silício correspondente e rege- nera o ácido de Lewis quiral (Figura 1). Figura 1 Para que ocorra a transferência de quiralidade, um catalisador eficiente na reação aldólica assimétrica catalítica deve coordenar-se com o oxigênio do aldeído de modo a formar um estado de transição compacto, mas não deve se ligar fortemente ao aldolato resultante, a fim de não interromper o ciclo catalítico. Outro fator importante a se considerar é a geração da espécie R3Si+ no meio reacional, que tam- bém pode catalisar a reação aldólica, mas de forma aquiral, ocasio- nando um decréscimo da enantiosseletividade. Inicialmente foi relatado por Mukaiyama e colaboradores o uso das reações aldólicas entre éteres enólicos de silício e aldeídos medi- adas por TiCl4 em quantidades estequiométricas8 e, posteriormente, catalisadas por sais de tritila (5-10 mol%)9. Interessantemente, ob- servou-se nestas reações que os enolatos de silício reagem com aldeídos, produzindo os adutos aldólicos na forma dos seus respec- tivos éteres de silício. R2 H O M R2 O (E) H M R3SiO R1 R1 R2 O OSiR3 R1 (R) R2 O OM* SiR3 * * R3SiO R1 M *- 532 Quim. NovaCorrêa Jr. e Pilli A utilização de ácidos de Lewis quirais fortes e metais duros como Al(III) e Ti(IV), empregados com sucesso para as reações de Diels-Alder, foi inicialmente um obstáculo para as reações aldólicas, já que estes metais fortemente oxofílicos poderiam, em princípio, dificultar a troca entre o metal e o silício. Em 1986, Reetz e colabo- radores relataram os primeiros resultados para a versão catalítica de uma reação aldólica assimétrica promovida por quantidades sub- estequiométricas de ácidos de Lewis quirais derivados de Ti(IV)- BINOL e Al(III)-pinanodiol (Esquema 1)10. Esquema 1 A utilização de ácido de Lewis quiral de estanho (II), preparado in situ pela coordenação de derivados quirais da (S)-prolina com Sn(OTf)2, propiciou algumas das primeiras indicações de que o con- trole da estereoquímica absoluta poderia ser obtido nas reações aldólicas empregando aditivos quirais não ligados covalentemente ao substrato ou ao catalisador (Esquema 2)11. A escolha de Sn(II) foi baseada na existência de quatro orbitais d vazios para o metal, o qual poderia coordenar-se aos dois átomos de nitrogênio do ligante quiral e também ao aldeído, criando assim um ambiente quiral favorável à indução assimétrica12. Esquema 2 De um modo geral, as investigações preliminares mostraram que o perfil mecanístico das reações aldólicas de enolatos latentes catalisadas por ácidos de Lewis quirais pode ser consideravelmente mais complexo, sendo a enantiosseletividade dependente de fatores como a geração do catalisador, da estrutura em solução das espécies cataliticamente ativas e de variações nas condições reacionais, como a presença de co-catalisadores12. SISTEMAS CATALISADOS POR ESTANHO(II) Os complexos de estanho divalente modificados com ligantes derivados de diaminas quirais, associados a um co-catalisador (tipi- camente um sal de Sn(IV) como n-Bu3SnF ou n-Bu2Sn(OAc)2), mostraram excelentes níveis de controle estereoquímico relativo e absoluto em reações aldólicas de aldeídos aromáticos, α,β-insaturados e alifáticos com cetenotioacetais de silício derivados de acetatos e propionatos (Esquema 3)13. Esquema 3 A geometria da ligação dupla do cetenotioacetal apresenta forte influência tanto na reatividade quanto na seletividade da reação. Por exemplo, o enolato E(O) reage com o benzaldeído, produzindo o aduto aldólico com seletividade sin em alto rendimento (77%, sin:anti=93:7, 90% ee), enquanto o correspondente Z(O) reage mais lentamente, produzindo o aduto em baixo rendimento e seletividade (30%, sin:anti=59:41, 30% ee). A presença de um co-catalisador nestas reações é fundamental para a obtenção de altos níveis de seletividade. O co-catalisador de- monstra uma afinidade por silício e presumivelmente serve para mediar a interação entre o cetenotioacetal e o promotor quiral, per- mitindo a transferência da quiralidade. Além disso, a formação indesejada de produtos da reação promovida por TMSOTf, que oca- siona um decréscimo na estereosseletividade, pode também ser minimizada pela adição lenta dos reagentes à solução do catalisador e pelo uso de solventes polares, como propionitrila14. A seletividade nas reações aldólicas que empregam o promotor Sn(II)-diamina quiraldeve-se à orientação do substituinte 1-naftil no nitrogênio (1-Nf), em uma conformação do complexo tipo biciclo[3.3.0] octano, a qual bloqueia a aproximação do enolato pela face Re do aldeído (Figura 2). A adição ocorre através de um estado de transição acíclico, de forma a minimizar a interação gauche entre o substituinte β do cetenotioacetal e o grupo R do aldeído, interação esta que resulta no aduto aldólico sin. A configuração absoluta do produto de reação pode ser controlada pela escolha apropriada da diamina quiral15. Figura 2 O sistema catalítico triflato de Sn(II)-diamina quiral foi aplicado com sucesso no controle da seletividade facial de cetenotioacetais de O O O OAl Cl MeMe Me N O Al SO2pTol Cl MeMe Me MeO Me OSiMe3 Me H iBu O MeO iBu Me Me O OH + * Catalisador 20 mol% PhMe, -78oC 8% ee 66% ee 25% ee TiCl2 N (S) N Sn H Me OTfTfO H R H O N Sn (S) N Me O (E) HR R O H Me H OSiMe3 SEt EtS (S) (R) R O OSiMe3 Me 1-Nf Face Si L*Sn H (II) (Z) SEt OSiMe3 Me H 2 + 2 + - L*Sn(OTf)2 L*Sn(OTf)2 2 TfO- 2 TfO- EtS OSiMe3 + H R O EtS R O OSiMe3 R= Ph, 4-MeOPh, (E)-CH3CH=CH, cC6H11, (E)-nBuCH=CH, C7H15 Sn(OTf)2, (nBu)3SnF N Me N H 20 mol% rend. 71-80% sin:anti 89:11 a 100:0 % ee (sin) 90 a >98 Me EtCN, -78oC Me EtS OSiMe3 H R O EtS R O OH N Me N HN Me N + R= Ph, (CH2)2Ph, iPr, tBu 1) Sn(OTf)2, (nBu)3SnF EtCN, -78oC 70-90% 78-98% ee 50-52% 81-92% ee 2) HCl 1N/THF (20:1) 533Reações Aldólicas Assimétricas CatalíticasVol. 26, No. 4 silício derivados de α-alcóxi tioésteres pelo uso do grupo protetor adequado, permitindo a obtenção de sin- e anti-1,2-dióis com alta estereosseleção (Esquema 4)16. O substituinte α-benziloxi do cetenotioacetal, que permite a coordenação do Sn(II) ao oxigênio, leva ao produto anti, ao passo que o substituinte α-sililoxi forma o produto sin. Esquema 4 Nos últimos anos foram publicados vários trabalhos que utili- zam a reação aldólica catalítica assimétrica mediada por Sn(II) na síntese de produtos naturais complexos, entre eles o Taxol17, a Rapamicina18, a Cefalosporina D19, as Esfingofunginas B e F (Es- quema 5)20, a Febrifugina e a Isofebrifugina21. Esquema 5 SISTEMAS CATALISADOS POR BORO Os heterociclos quirais de boro, como os aciloxiboranos e as oxazaborolidinonas, estão entre os ácidos de Lewis quirais aplica- dos com maior sucesso em síntese orgânica, sendo facilmente obti- dos como quelatos bidentados derivados de amino ácidos, tartaratos ou sulfonatos opticamente ativos (Figura 3)4,22. Os primeiros experi- mentos foram realizados utilizando-se ácidos de Lewis quirais de boro em quantidades estequiométricas23, mas subseqüentemente fo- ram desenvolvidos métodos empregando quantidades sub- estequiométricas do catalisador24,25. Figura 3 Complexos aciloxiboranos Os aciloxiboranos desenvolvidos por Yamamoto e colaborado- res a partir de (R,R)- e (S,S)-tartaratos mostraram bons níveis de estereosseletividade relativa e absoluta na adição de vários éteres enólicos e cetenoacetais de silício a aldeídos aromáticos e alifáticos (Esquema 6)26. Esquema 6 A diastereosseletividade da reação independe da estereoquímica E ou Z dos enolatos latentes, uma vez que ambos fornecem o produ- to de aldol sin. Este resultado sugere que as reações sejam intermediadas por estados de transição acíclicos antiperiplanares, os quais minimizam as interações entre o substituinte β do enolato e o grupo R do aldeído, independente da geometria inicial do éter enólico de silício. Os aciloxiboranos, analogamente aos sistemas catalíticos Sn(OTf)2-diamina quiral, requerem solventes como propionitrila ou nitrometano para aumentar a sua eficiência catalítica, provavelmente devido à aceleração da transferência do silicío para o aldolato inter- mediário24. O modelo de estado de transição que racionaliza a indução assimétrica observada é baseado em interações do tipo π-stacking entre o aldeído e o sistema aromático do catalisador (Figura 4)27. Complexos oxazaborolidinonas Os complexos oxazaborolidinonas apresentam analogia estrutu- ral com os aciloxiboranos, comportando-se como ácidos de Lewis eficientes para as reações de adição aldólica. Os complexos catalíticos oxazaborolidinonas foram desenvolvidos por Masamune e colabo- O B O O R2O CO2H R1 N B O OR3 R1 ArO2S Aciloxiboranos Oxazaborolidinonas EtS (Z) OSiMe3 + H R O EtS (S) (R) R O OSiMe3 R= Ph, (E)-CH3CH=CH, (E)-PhCH=CH, C2H5 Sn(OTf)2 (nBu)2Sn(OAc)2 20 mol% rend. 46-86% sin:anti 88:12 a 93:7 % ee (sin) 82-94 OTBS CH2Cl2, -78oC OTBS N (S) Pr N EtS (Z) OSiMe3 + H R O EtS (R) (R) R O OSiMe3 rend. 72-88% sin:anti 91:9 a 99:1 % ee (sin) 95-98 OBn OBn Seletividade Sin Seletividade Anti Sn(OTf)2 (nBu)2Sn(OAc)2 20 mol% CH2Cl2, -78oC N (S) Pr N SEt OSiMe3 + HC6H13 O SEtC6H13 OOH Sn(OTf)2, SnO N Me N H 20 mol% EtCN, -78oC OPh OSiMe3 H O R BnO+ OPh OOH OBnR C6H13 OH OH OH OH OH NH2 O 5 87%, % ee 94 87%, % ee 91 sin:anti = 97:3 2) HCl 1N/THF (4:1) Sn(OTf)2, SnO N Me N H 20 mol% EtCN, -78oC 2) HCl 1N/THF (4:1) 1) 1) Esfingofungina B R=SiMe3 Bu OSiMe3 + H R O Bu R O OSiMe3 R= Ph, nPr, (E)-CH3CH=CH 20 mol% rend. 61-96% sin:anti 80:20 a 94:6 % ee (sin) 88-96 Me EtCN, -78oC Me O B O O O CO2H H OOiPr OiPr n n Bu OSiMe3 + H R O Bu R O OSiMe3 R= Ph, nBu 20 mol% rend. 70-98% % ee 80-85 EtCN, -78oC O B O O O CO2H H OOiPr OiPr n n 534 Quim. NovaCorrêa Jr. e Pilli radores, pela incorporação de aminoácidos α,α-dissubstituídos28, por Kiyooka29 e Corey30, pela incorporação de derivados da valina, e por Corey30, pela incorporação de derivados do triptofano. Os complexos catalíticos de aminoácidos α,α-dissubstituídos for- neceram enantiosseletividades excelentes em reações de adição de cetenoacetais de silício dissubstituídos a aldeídos alifáticos. Entre- tanto, os resultados para cetenoacetais de silício terminais foram mais limitados, mostrando uma dependência acentuada da estrutura do nucleófilo (Esquema 7)28. Esquema 7 Em contraste com os sistemas catalíticos aciloxiboranos e Sn(II)- diamina, o diastereoisômero anti predomina como produto nas rea- ções aldólicas de cetenotioacetais de silício de geometria E(O) catalisadas por oxazaborolidinonas derivadas de aminoácidos α,α- dissubstituídos (Esquema 8)28. A seletividade em favor do aduto aldólico anti também foi recentemente reportada por Kobayashi e colaboradores para o sistema catalítico Zr(IV)-[3,3´-BrBINOL]31. Esquema 8 As oxazaborolidinonas derivadas do triptofano apresentaram enantiosseletividade superior aos aciloxiboranos na adição de éteres enólicos de silício a aldeídos (Esquema 9). Entretanto, como na maioria das reações catalisadas por boro, mostraram baixa eficiên- cia, sendo necessárias quantidades relativamente altas do catalisador (20 mol%) recuperando-se, em alguns casos, o aldeído de partida em grandes proporções. Os cetenoacetais de silício conduzem à bai- xa enantiosseletividade na presença destes catalisadores30. Esquema 9 As oxazaborolidinonas derivadas da valina, embora apresentan- do sensibilidade à estrutura do nucleófilo, comportaram-se como catalisadores efetivos para adição de cetenoacetais e éteres enólicos de silício a aldeídos aromáticos e alifáticos (Esquema 10)32. Esquema 10 O mecanismo proposto para as reações aldólicas catalisadas por oxazaborolidinonas está baseado numa transferência intramolecularda espécie eletrofílica de silício assistida pelo ligante quiral de boro (Figura 5). A regeneração do catalisador, com concomitante libera- ção do aduto aldólico de silício, foi postulada como a etapa limitante do processo, de forma que a afinidade entre o aldeído, o enolato e o ligante quiral influenciariam na reciclagem do catalisador. Apesar da homologia existente entre os vários ácidos de Lewis derivados de oxazaborolidinonas, a estereosseletividade nas reações de aldol destes catalisadores apresenta algumas divergências nos ele- mentos de controle da estereoquímica (Figura 6). A enantios- seletividade propiciada pelas oxazaborolidinonas derivadas da valina e de aminoácidos α,α-dissubstituídos é consistente com a associa- ção do aldeído em oposição aos grupos alquílicos no anel, forçando a aproximação no nucleófilo pela face Si que é contrária ao resíduo da sulfonamida28,32. Por outro lado, a coordenação do aldeído ao boro para os derivados do triptofano ocorre sin ao substituinte indólico e O B OO O HO2C PriO OiPr HH H O R H R OH Me H Me3SiO Bun B(L*) nBu R O OSiMe3 Me R OH Me H nBu Me3SiO B(L*) O Face Re E(O) Z(O) Figura 4 EtO OSiMe3 + H R O EtO R O OH R= Ph, cC6H11, nPr, iBu, Ph(CH2)2, BnO(CH2)2 rend. 59-89%% ee 84-99 EtCN, -78oC Me Me N B O O H p-TolO2S Me MeO MeO N B O O H p-TolO2S iPr Me ou Me Me2) HCl (aq) 1) 20 mol% tBuS OSiMe3 + H R O tBuS R O OH R= Ph, 2-Furil anti:sin 88:12 a 94:6 % ee (anti) 79-82 N B O O H p-TolO2S iPr Me Me Me EtCN, -78oC 2) nBu4NF 1) 20 mol% R1 OSiMe3 + H R2 O R1 R2 O OH R2= Ph, nPr, cC6H11, 2-furil rend. 86-93% % ee 67-100 N B O O nBu p-TolO2S H N R1= Ph, nBu EtCN, -78oC 2) HCl (aq) 1) 20 mol% N B O O H pTolO2S Me Me PhO OSiMe3 + H R O PhO R O OH R= Ph, iPr PhO OSiMe3 + H R O Me PhO R O OH Me rend. 60-66% % ee 70-80 sin:anti 65:35 a 76:24 % ee (sin) 66-90 CH3NO2, -78oC 2) HCl (aq) R= Ph, iPr 1) 20 mol% N B O O H pTolO2S Me Me CH3NO2, -78oC 2) HCl (aq) 1) 20 mol% 535Reações Aldólicas Assimétricas CatalíticasVol. 26, No. 4 isso sugere uma interação do tipo π-π∗, a qual permite o ataque nucleofílico pela face Re do aldeído30. Figura 6 Alguns trabalhos foram publicados utilizando a reação aldólica catalítica assimétrica mediada por boro, como na síntese da briostatina (Esquema 11)33 e de azetidinonas com fusão de anel espiro (Esque- ma 12)34. Interessantemente, na síntese do fragmento C1-C9 da briostatina, foram utilizados enolatos de silício α,α-sulfurados, como análogos sintéticos de cetenoacetais terminais, visando a obtenção de altos níveis de enantiosseletividade. Esquema 11 SISTEMAS CATALISADOS POR TITÂNIO(IV) Os complexos baseados em Ti(IV) estão entre os ácidos de Lewis mais utilizados nas reações aldólicas catalíticas assimétricas, espe- cialmente os tetra(alcoxi)titânio derivados do (R) ou (S)-binaftol de- senvolvidos independentemente por Keck35 e Carreira36 e os diclorodi(alcoxi)titânio desenvolvidos por Mikami e colaboradores37. As reações aldólicas entre cetenotioacetais de silício e aldeídos, promovidas pelo sistema catalítico Ti(IV)-BINOL (preparado a par- tir de Ti(Oi-Pr)4 e (S)-BINOL), apresentaram altos níveis de enantiosseletividade, sendo entretanto bastante sensíveis não apenas ao método de preparação do catalisador, como ainda à porcentagem molar utilizada e também ao solvente da reação, usualmente tolueno ou éter etílico. Vários aldeídos aromáticos, α,β-insaturados, alifáticos e α-substituídos foram empregados com sucesso na obtenção dos correspondentes adutos aldólicos (Esquema 13)35. Esquema 13 Também foram obtidos excelentes resultados para a adição assimétrica de éteres enólicos de silício a glioxalatos a partir do com- plexo Ti(IV)-BINOL, preparado a partir de Cl2Ti(Oi-Pr)2 e (R)- BINOL, o qual favorece a reação do tipo eno com a diastereos- seletividade sin insensível à geometria do enolato (Esquema 14)38. Esquema 14 Para a adição de cetenotioacetais de silício a aldeídos, catalisada por Ti(IV)-BINOL, foram obtidos os produtos de reação com altos níveis de enantiosseletividade, via um processo do tipo eno silatrópico, no qual ocorre a transferência do grupo silício para o oxigênio do aldolato incipiente (Esquema 15)37. Neste caso, há um controle da estereoquímica relativa, segundo o modelo de estado de transição de Zimmerman-Traxler, que resulta no aduto aldólico anti REtO OSiMe3O N B O O H p-TolO2S Me Me OSiMe3 EtO RCHO N B O O p-TolO2S Me Me R OEt O O SiMe3H R OEt O O N BH O p-TolO2S Me Me O SiMe3 Figura 5 N B OH HO R O S Me O O H Me MeH N B O O H N HO R H p-TolO2S Face Si Face Re N B O O H pTolO2S Me Me EtO OSiMe3 H R O EtO R O OH S S BnO OEt TBSO OTBSOH O + CH2Cl2, -78 oC rend. 64% % ee >98 2) Ni2B-H2 Fragmento C1-C9 da Briostatina R= BnOCH2 1) 20 mol% O O OSiMe3 OEt RH O N B O O H p-TolO2S Me Me O O OEt O RH HO N HO F Cl OH O + CH3NO2, -78oC 2) Bu4NF/THF rend. 90% ee% 91 Sch 59053 1) 40 mol% R=4-(BnO)Ph Esquema 12 OSiMe3 + H CO2Me O CO2Me Me3SiO OSiMe3 R1= H, Me. Et R2=H, Me 5 mol% rend. 54-75% sin:anti 98:2 ee (sin) 99% CH2Cl2, 0oC R2 O O Ti(OiPr)2 R1 R2 R1 536 Quim. NovaCorrêa Jr. e Pilli para o (E)-O-cetenotioacetal e no aduto sin para o correspondente (Z)-O-cetenotioacetal. Esquema 15 Os melhores resultados para o sistema catalítico de titânio, em termos de simplicidade operacional, eficiência e generalidade de substratos, foram reportados por Carreira e colaboradores36 que em- pregaram um complexo Ti(IV)-base de Schiff derivado de um ligante tridentado, Ti(Oi-Pr)4 e o ácido di-terc-butilsalicílico. Os equivalentes de enolatos derivados de acetato de metila rea- gem com aldeídos alifáticos funcionalizados, aromáticos e insaturados e utilizam o Ti(IV)-salicilato para produzir β-hidroxi ésteres com excelentes enantiosseletividades (Esquema 16)36. O catalisador Ti(IV)-salicilato também exibiu altas seletividades nas reações de adição com o dienil cetenoacetal de silício (Esquema 16), resultando em β-hidroxi dioxinonas opticamente ativas. O mecanismo postulado para a reação de aldol catalisada por Ti(IV)-salicilato foi baseado na aceleração da transferência do silí- cio promovida pelo ácido di-terc-butilsalicílico através da formação de um intermediário carboxilato de trimetilsilila que, atacado pelo oxigênio do aldolato, regenera o complexo catalítico (Figura 7)36. As reações aldólicas enantiosseletivas promovidas por Ti(IV)- salicilato foram exploradas no contexto das sínteses totais tanto dos antibióticos macrolídeos roflamicoina39 e macrolactina A (Esquema 17)40, quanto do depsipeptídeo FR-901.22841. SISTEMAS CATALISADOS POR COBRE(II) Os complexos catalíticos de cobre(II)-bisoxazolinas com eixo de simetria C2 foram empregados com sucesso por Evans e colabo- radores42 para a reação aldólica assimétrica de cetenotioacetais de silício (Esquema 18). Excelentes seletividades enantiofaciais foram obtidas para aceptores capazes de fazer quelação como α-benziloxi aldeídos e piruvatos. A reação aldólica que emprega o sistema catalítico Cu(II)- bisoxazolina com piruvatos representa um método importante para a tBuS OSiMe3 H R O tBuS R O OSiMe3 Me Me EtS OSiMe3 EtS R O OSiMe3 Me O O Ti(OiPr)2 Me Me3Si O O StBuH RL*Ti Me H H R O O O Ti(OiPr)2 Me3Si O O SEt H RL*Ti H Me + R= BnOCH2 5 mol% rend. 72% anti:sin 92:8 ee (anti) 90% R= CO2nBu rend. 64% sin:anti 92:8 ee (sin) 98% + 5 mol% Et2O, 0oC E(O) Z(O) Et2O, 0oC REtO OSiMe3O OSiMe3 EtO N O Ti O O O O tBu Br tBu tBu O N Ti O OO O tBu Br O REtO O Me3Si O N Ti O OMe3SiO O tBu Br O REtO O RCHO Figura 7 MeO OSiMe3 + H R O MeO (S) R O OH R= Ph, Ph(CH2)2, cC6H11, (E,E)-CH3CH=CHCH=CH, Me3SiO (E) O rend. 72-98% % ee 94-98 rend. 72-98% % ee 80-92 O Me Me (R) N O Ti O O O O tBu Br tBu tBu O O (Z) O Me Me (S) R OH Et2O, 0oC 2) nBu4NF, THF H R O + 1) 2 mol% (R) N O Ti O O O O tBu Br tBu tBu Et2O, 0oC 2) nBu4NF, THF 1) 2 mol% iPr3SiC C Esquema 16 obtenção de álcoois terciários com seletividade sin. Interessantemente, com a troca de Cu(II) por Sn(II) no complexo, ocorre a formação dos respectivos adutos anti com excelentes níveis de estereosseleção (anti:sin 99:1; 99% ee)43. Ambos os cetenotioacetais de silício E(O)- e Z(O)-α-substituí- dos forneceram os adutos aldólicos de configuração relativa sin, mas com uma significativa redução em rendimento e seletividade para o isômero E(O) (Esquema 19)42. O complexo catalítico Cu(II)-bisoxa- zolina também exibiu alta enantiosseletividade na reação aldólica entre o α-benziloxi aldeído e o dienil cetenoacetal de silício, e em reações eno com glioxalatos e piruvatos. A origem da seletividade está baseada na coordenação bidentada do aldeído com o metal através de um quelato de cinco membros, formando-se um complexo piramidal de base quadrada entre o catalisador e o aceptor (Figura 8). A coordenação do aldeído ocorre de modo a permitir que a interação mais forte se alinhe no plano dos ligantes do metal, enquanto a interação mais fraca ocupa a orienta- 537Reações Aldólicas Assimétricas CatalíticasVol. 26, No. 4 ção axial. Segundo este modelo, a aproximação do enolato ocorre pela face Si menos impedida42. Figura 8 Um complexo catalítico de Cu(II), gerado in situ a partir de (S)- Tol-BINAP, Cu(OTf)2 e (Bu4N)Ph3SiF2, foi desenvolvido por Car- reira e colaboradores44, e apresentou bons resultados na adição do dienolato de silício a aldeídos aromáticos, heteroaromáticos e α,β- insaturados (rend. 72-98%; 65-94% ee). Este complexo catalítico de fluoreto de bisfosfanil-Cu(II) foi aplicado com sucesso na síntese do fragmento C1-C13 da anfotericina (Esquema 20)45. Esquema 20 CATALISADORES NUCLEOFÍLICOS: BASES DE LEWIS No desenvolvimento das reações aldólicas assimétricas catalíticas foram utilizados principalmente eletrófilos ativados através da complexação com ácidos de Lewis quirais, com vistas à discrimina- ção facial. Alternativamente, Denmark e colaboradores elaboraram uma nova estratégia que envolve agora a ativação do nucleófilo (enolato latente) via coordenação com uma base de Lewis quiral46. Em contraste com a maioria dos catalisadores organometálicos, as fosforamidas atuam como bases de Lewis catalisando a reação aldólica pela coordenação transiente ao átomo de silício altamente eletrofílico em enolatos de triclorosilila. Neste processo, o silício é capaz de expandir sua valência para gerar uma espécie ativada que reage com vários aldeídos. Este efeito foi inicialmente observado por Denmark e colabora- dores para a hexametilfosforamida (HMPA), que acelera a reação aldólica quando empregada em quantidades catalíticas47. Após avali- ação sistemática da influência de parâmetros como solvente, con- centração, velocidade de adição e quantidade do catalisador, as fosforamidas quirais derivadas da (S,S)-estilbenodiamina foram apli- cadas com sucesso para a obtenção dos adutos aldólicos com níveis de enantiosseletividade de moderados a excelentes (Esquema 21)48. A reação aldólica entre o enolato de silício da cicloexanona e aldeídos aromáticos e α,β-insaturados, catalisada pela fosforamida quiral derivada da (S,S)-estilbeno-1,2-diamina, fornece os adutos anti N N O Cu NO O HO R H RPh H H Ph Face Si 2+ H O Me3SiO O O Me Me N O Ti O O O O tBu Br tBu tBu O O O Me Me OSiMe3 SnBu3 SnBu3 N O Ti O O O O tBu Br tBu tBu O O O Me Me OSiMe3 SnBu3 (S)- (R)- HO HO OH OO + 2 mol% Et2O, 0oC rend. 80%; ee 92% 2 mol% Et2O, 0oC rend. 80%; ee 92% Macrolactina A Esquema 17 Esquema 18 tBuS OSiMe3 + H O tBuS O OH CH2Cl2, -78oC rend. 100% ee 99% OBn OBn tBuS OSiMe3 + Me O tBuS O 10 mol%OMe OMe Me O Me OHMe O rend. 96% sin:anti 98:2 ee (sin) 99% 10 mol% N N OO N Cu PhPh 2+ 2 SbF6 N N OO Me Me CutBu tBu 2+ CH2Cl2, -78oC 2 OTf Esquema 19 + H R O tBuS O OH OBnEtS OSiMe3 Me Me rend. 90%; sin:anti 97:3; ee 97% rend. 48%; sin:anti 86:14; ee 85% + H R O O OH OBnMe3SiO O O Me Me Z:E = 95:5 Z:E = 1:99 O O Me Me rend. 94% ee 92% N N OO N Cu PhPh 2+ 2 SbF6 CH2Cl2, -78oC 2) HCl 1N/THF 1) 10 mol% N N OO N Cu PhPh 2+ 2 SbF6 CH2Cl2, -78oC 2) HCl 1N/THF 1) 10 mol% R=BnOCH2 R=BnOCH2 Me3SiO O rend. 95%; ee 99% O Me Me O O O Me Me OH H O O O Me O OH HO Me Me OMicosamina COOHO OH OHOH OH OHOHO Anfotericina P P CuF2 Tol Tol Tol Tol 2 mol%, THF, -78oC 2) CF3CO2H 1) + 538 Quim. NovaCorrêa Jr. e Pilli com bons níveis de seletividade, enquanto que na reação de enolatos acíclicos Z, os adutos sin são formados preferencialmente (Esquema 22)48. Comparativamente, na reação de enolatos de triclorosilila com aldeídos não catalisada por fosforamidas forma-se predominante- mente o aduto sin. Esquema 22 O mecanismo postulado para a reação aldólica catalisada por fosforamidas envolve uma associação ternária entre o enolato, o aldeído e a base de Lewis. A seletividade facial da aldolização depende funda- mentalmente do tamanho e da concentração da fosforamida, de forma que dois estados de transição podem estar envolvidos: um ET do tipo cadeira com uma espécie de silício hexacoordenada octaédrica com dois ligantes quirais ou um ET do tipo barco com o silício pentacoordenado em bipirâmide trigonal (Figura 9)46. Figura 9 CATALISADORES ELETROFÍLICOS E NUCLEOFÍLICOS As versões assimétricas catalíticas aplicadas para as reações aldólicas através da geração de eletrófilos ou nucleófilos, ativados respectivamente por ácidos ou bases de Lewis quirais, necessitam inevitavelmente da pré-conversão do composto carbonílico em es- pécies mais reativas, tais como éteres enólicos ou cetenoacetais de silício. Mais recentemente, Shibasaki e colaboradores desenvolve- ram novos catalisadores que mimetizam os sistemas enzimáticos de aldolases, onde ambos os sítios ácidos e básicos participam coopera- tivamente na reação entre cetonas não modificadas e aldeídos6,49. Os catalisadores multifuncionais incorporam um átomo central de lantanídeo, que funciona como ácido de Lewis, assim como uma porção composta por binaftóxido de lítio, que atua como base de Brønsted. Esses catalisadores, conhecidos como complexos heterobimetálicos (LLB), são preparados a partir de LnCl3 anidro e quantidades equimolares do sal de lítio derivado do BINOL, na pre- sença de quantidades catalíticas de água50. Apesar da aparente baixa basicidade de Brønsted dos complexos heterobimetálicos, o efeito sinérgico de ambas as funcionalidades permitiu a obtenção dos adutos aldólicos em bons rendimentos e comníveis de seletividade de altos a moderados (Esquema 23)49. Esquema 23 A principal deficiência deste sistema catalítico é a necessidade do uso da cetona correspondente em excesso e tempos de reação longos para se atingirem resultados satisfatórios. Com o desenvolvi- mento dos catalisadores heteropolimetálicos, LLB.KOH (Figura 10), preparados in situ pela reação com KHMDS e H2O, a atividade catalítica do complexo foi ampliada (3-8 mol%), possibilitando a formação de uma variedade de adutos aldólicos a partir da reação entre aldeídos alifáticos primários, secundários e terciários, e cetonas aromáticas e alifáticas cíclicas e acíclicas, com rendimentos e seletividades de nível bom a excelente49. Outra modificação projetada por Shibasaki e colaboradores foi ligar a base de Brønsted covalentemente ao anel naftílico através de um ou mais carbonos, objetivando conseguir uma maior flexibilização da base sem alterar a estrutura do complexo (Figura 10). Este cata- lisador mostrou-se efetivo para a reação aldólica entre cetonas aro- máticas e dialquílicas pouco ácidas, com rendimentos e seletividades moderadas51. Também se pode destacar o uso de complexos metáli- cos de bário52 e aminoácidos, tais como a prolina53, para promover reações aldólicas catalíticas assimétricas diretas, ou seja, sem a pré- ativação das cetonas. O mecanismo postulado para a catálise multifuncional, que em- prega o catalisador ligado covalentemente à base de Brønsted, suge- re a coordenação intramolecular do oxigênio do espaçador e de um dos alcóxidos de lítio ao metal, o qual estabiliza a estrutura mono- Esquema 21 5 mol% (S) (S) N P N O N Me Me Ph Ph1) 2) NaHCO3 aq R1 OSiCl3 + H R2 O R1 (R) R2 O OH R= Ph, tBu, 1-Nf, (E)-PhCH=CH, (E)-PhCH=CCH3 rend. 60-98% % ee 52-92 R= Ph, Me, iPr, nBu, iBu, tBu CH2Cl2, -78oC O O (Z) H Cl Si O-P(NR2)3 Cl O=P(NR2)3 R1 (Z) O O Si H R1 P NR2 NR2 NR2 O Cl Cl (R) (R) R1 O OSiCl3 (R) (S) R1 O OSiCl3 ET cadeira hexacoordenado ET barco pentacoordenado anti sin + + Cl - Cl - (R2N)3P=O (R) (R) (R)O O O O O O LiLi Li Ln R1 O + H R2 O R1 (R) R2 O OH R= tBu, cC6H11, iPr, Ph(CH2)2, PhCH2C(CH3)2 (R)-LLB (20mol%) rend. 28-90% % ee 44-94 THF, -20oC 72-277 hR= Ph, 1-Nf, Me, Et 10 mol% (S) (S) N P N O N Me Me Ph Ph CH2Cl2, -78oC 1) 2) NaHCO3 aq (E) OSiCl3 + H R O R= Ph, 1-Nf, (E)-PhCH=CH, (E)-PhCH=CCH3 rend. 90-98% anti:sin 85:15-99:1 % ee (anti) 82-97 Ph (Z) OSiCl3 + H R O Ph (S) (R) R O OH rend. 89-97% sin:anti 75:25-95:5 % ee (sin) 84-96 10 mol% (S) (S) N P N O N Me Me Ph Ph CH2Cl2, -78oC 1) 2) NaHCO3 aq (R) O (R) R OH 539Reações Aldólicas Assimétricas CatalíticasVol. 26, No. 4 mérica (I) (Figura 11)51. O alcóxido remanescente abstrai um próton da posição α da cetona (etapa determinante na velocidade da reação) para formar uma hidroxila e o enolato de lítio correspondente. A quelação do lítio à hidroxila e a um oxigênio do BINOL, por fixar o enolato dentro da cavidade do catalisador, gera o intermediário (II). O aldeído substitui o alcóxido na coordenação ao centro metálico (III) e então sofre o ataque do enolato para produzir o aldolato (IV). Na última etapa, ocorre a protonação do aldolato incipiente pela hidroxila, formando o aduto aldólico enantiomericamente enrique- cido e regenerando o catalisador. Figura 11 Os catalisadores heteropolimetálicos foram recentemente empre- gados por Shibasaki e colaboradores na síntese assimétrica de pro- dutos naturais, como a Epotilona A e a Briostatina 7 (Esquema 24)49. REAÇÕES ALDÓLICAS CATALÍTICAS EM MEIO AQUOSO As reações aldólicas assimétricas catalíticas apresentam duas características comuns: uso de baixas temperaturas e de solventes apróticos estritamente anidros, tais como diclorometano, tolueno e propionitrila. Provavelmente, isso se deve à baixa solubilidade dos compostos orgânicos e à decomposição ou desativação de muitos dos catalisadores e intermediários reativos em água. Por outro lado, a possibilidade de emprego das reações orgânicas em meio aquoso é de grande interesse do ponto de vista econômico e ambiental54. Com esse intuito, Kobayashi e colaboradores desenvolveram novos tipos de ácidos de Lewis estáveis em água para a formação de ligações C-C55, assim como sistemas catalíticos combinados com surfatantes56 e suportados em estruturas poliméricas57. Mais recente- mente, surgiram os primeiros exemplos de reações aldólicas assimétricas catalisadas por complexos quirais de cobre(II)58, chumbo(II)59 e lantanídeos (Ln(OTf)3)5,60 em meio aquoso. Esses metais foram escolhidos por apresentarem uma correlação favorável entre a atividade catalítica em água e as constantes de hidrólise e de velocidade de troca de água55. Para esses sistemas catalíticos, o uso de solventes próticos, como a água, é essencial para a obtenção de altos rendimentos e seletivi- dades. Em meio aquoso, ocorre a supressão do processo aquiral catali- sado por Me3Si+ e a aceleração da reação enantiosseletiva devido a fatores tais como ligações de hidrogênio, solvatação específica e interações hidrofóbicas, os quais, paralelamente à quelação do me- tal, contribuem para o aumento da seletividade58. Além disso, em muitos casos é possível recuperar não apenas os ácidos de Lewis quantitativamente por simples extração da fase aquosa, mas também os ligantes quirais após purificação59,60. As reações aldólicas assimétricas catalisadas por complexos quirais de cobre(II)-bis(oxazolina), entre os éteres enólicos de silí- cio e aldeídos aromáticos, α,β-insaturados, heterocíclicos e alifáticos, foram realizadas em uma solução 9:1 de água-etanol com níveis de seletividade de bons a moderados (Esquema 25). Outras misturas de solventes também foram analisadas, inclusive água pura, mas apre- sentaram resultados inferiores.59 Esquema 25 Um fator importante para o controle da estereosseletividade das reações catalíticas assimétricas em meio aquoso é que a coordena- ção metal-ligante quiral seja superior à metal-água, e que essa quelação não implique numa redução significativa da acidez de Lewis MO O O O OLi LiO R R R OLiR O O O O O O LiLi Li KOH La m m n n M = La, Yb, Al, Ti, Zr m,n = 0,1; R= H, CH3LLB.KOH Figura 10 La O O O O O O Li Li R (R) R1 OH O O R1 O Li La O O O O O O Li Li OH Li O R1 La O O O O O O Li Li OH Li O R1 O (E) R H La O O O O O O Li Li OH Li O(E) R1 O (R)R O HR (I) (II) (III) (IV) H O Ph O OOHBnO [O]70% H OTBSO OR BnO BnO O Ph OHTBSO BnO Ph O + (S)-LLB (8 mol%) rend. 73%, 93% ee THF, -20oC, 24 h Epotilona A KHMDS (7,2 mol%) H2O (16 mol%) (S)-LLB (20 mol%) THF, -20oC, 24 h KHMDS (18 mol%) H2O (40 mol%) + rend. 90%, anti/syn 88:12 ee (anti) 95 % Briostatina 7 O O O O O O LiLi Li Ln Esquema 24 R1 OSiMe3 + H R2 O R1 R2 O OH R= Ph, 4-MeOPh, 4-ClPh, 2-Np, 2-Th, PhCH=CH, cC6H11 Cu(OTf)2 (20mol%) rend. 56-98% sin:anti 62:38 a 85:15 % ee (sin) 42-85 EtOH-H2O (9/1) -15 - 0oC, 20 h Me R=iPr, Bn N N OO Me Me R R R= Ph, Et, iPr * * 540 Quim. NovaCorrêa Jr. e Pilli do metal. Assim, Kobayashi e colaboradores decidiram estudar o uso de triflatos metálicos combinados com sistemas multicoordenados quirais, sendo que o complexo catalítico de Pb(OTf)2 e um éter co- roa quiral apresentou os melhores resultados (Esquema 26)5,59. A natureza do contra-íon (triflato ou perclorato) e a combinação dodiâmetro iônico do Pb2+ (240 pm) com a cavidade interna do éter coroa (260-320 pm) foram fundamentais para a obtenção bons ní- veis de seletividade. Esquema 26 Com base no mesmo pressuposto da multicoordenação, foram avaliados os sistemas catalíticos de triflatos de lantanídeos (Ln(OTf)3) e éteres coroa dissimétricos contendo anéis piridínicos (Esquema 27)60. Também neste caso, os diâmetros iônicos dos metais afetaram subs- tancialmente a seletividade da reação aldólica. Para cátions maiores, tais como La(III), Ce(III), Pr(III) e Nd(III), tanto a diastereo- como a enantiosseletividade foram de nível bom a moderado. Por outro lado, para Sc(III) e Yb(III), que possuem diâmetros iônicos menores (174 e 198 pm, respectivamente), não houve enantiosseleção em meio aquo- so. Interessantemente, a reação do enolato de silício derivado de um tioéster, que como a maioria dos cetenoacetais é sensível à presença de água, mostrou resultados satisfatórios nestas condições. Esquema 27 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Os processos catalíticos experimentaram em geral um enorme avanço nos últimos anos em relação à eficiência, à seletividade e, em alguma extensão, à sua previsibilidade, embora ainda ocorram limi- tações com respeito a seu escopo e preparação. Neste contexto, a versão catalítica das reações aldólicas assimétricas, baseada na rea- ção de Mukaiyama, alcançou significativo progresso para a adição de enolatos de silício derivados de cetonas, ésteres e tioésteres em aldeídos ativados por ácidos de Lewis quirais em quantidades sub- estequiométricas. O controle da estereoquímica nas reações aldólicas catalíticas assimétricas continua sendo um dos principais desafios a serem su- perados, já que os níveis de diastereo- e enantiosseletividade conse- guidos são relativamente variáveis, embora possam ser altos em muitos casos. Além disso, essas reações não apresentam, em sua maioria, sensibilidade às características pro-estereogênicas dos substratos não havendo, portanto, uma dependência entre a configu- ração dos nucleófilos e a diastereosseletividade dos produtos. O aper- feiçoamento dessa metodologia talvez se dê com um melhor conhe- cimento da estrutura das espécies cataliticamente ativas ou do meca- nismo pelo qual ocorre a transferência de quiralidade para a ligação C-C incipiente. Apesar do progresso atingido pelas reações aldólicas catalíticas assimétricas há, no entanto, muito espaço para o desenvolvimento de novos catalisadores, como pode ser observado para as versões diferentes da reação de Mukaiyama, como o uso de bases quirais de Lewis e as reações aldólicas catalíticas assimétricas diretas, ou seja, sem a pré-ativação dos nucleófilos. Estas últimas, por mimetizarem o mecanismo de ação das enzimas aldolases, oferecem grande opor- tunidade para o desenvolvimento de sistemas catalíticos simples com alta eficácia, seletividade e ampla especificidade. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Es- tado de São Paulo (FAPESP) e ao Conselho Nacional para o De- senvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo apoio finan- ceiro e à Maria Lucia de Paula Leão pela revisão ortográfica e gra- matical deste texto. REFERÊNCIAS 1. Kim, B. M.; Williams, S. F.; Masamune, S. Em Comprehensive Organic Synthesis; Trost, B. 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