Синтез Штаудингера
Синтез Штаудингера , также называемый кетено-иминным циклоприсоединением Штаудингера, представляет собой химический синтез , в котором имин 1 реагирует с кетеном 2 посредством нефотохимического 2 +2 циклоприсоединения с образованием β -лактама 3 . [1] Реакция имеет особое значение при синтезе β-лактамных антибиотиков . [2] Синтез Штаудингера не следует путать с реакцией Штаудингера , реакцией фосфина или фосфита, используемой для восстановления азидов до аминов.
Опубликованы обзоры о механизме, стереохимии и применении реакции. [3] [4] [5]
История
[ редактировать ]Реакция была открыта в 1907 году немецким химиком Германом Штаудингером . [6] Реакция не вызывала интереса до 1940-х годов, когда была выяснена структура пенициллина . β - лактамная часть первого синтетического пенициллина была построена с использованием этого циклоприсоединения. [7] и он остается ценным инструментом в синтетической органической химии.
Механизм
[ редактировать ]Первым шагом является нуклеофильная атака иминного азота на карбонильный углерод с образованием цвиттер-ионного промежуточного продукта. Электронодонорные группы имина облегчают этот этап, тогда как электроноакцепторные группы препятствуют атаке. [8] Второй этап — это либо внутримолекулярное замыкание нуклеофильного кольца, либо замыкание электроциклического кольца . [9] Второй этап отличается от типичных электроциклических замыканий колец, предсказанных правилами Вудворда-Гоффмана . В фотохимических и микроволновых условиях 4π-электронная система промежуточного соединения не может подвергнуться дисротационному замыканию кольца с образованием β-лактама, возможно, потому, что две двойные связи не являются копланарными. [10] Некоторые продукты синтеза Штаудингера отличаются от предсказанных торкоэлектронной моделью. [11] Кроме того, электронная структура переходного состояния отличается от электронной структуры других замкнутых колец. [11] Результаты компьютерных исследований модельных систем свидетельствуют о том, что в газовой фазе механизм согласован. [5]
Стереохимия
[ редактировать ]Стереохимию определять синтеза Штаудингера может быть трудно предсказать, поскольку любой этап может скорость . [12] Если стадия замыкания кольца является определяющей, стереохимические прогнозы, основанные на торкоселективности, надежны. [12] Другие факторы, влияющие на стереохимию, включают исходную региохимию имина. Обычно (E)-имины образуют цис-β-лактамы, а (Z)-имины образуют транс-β-лактамы. [5] Другие заместители также влияют на стереохимию. Кетены с сильными электронодонорными заместителями в основном образуют цис-β-лактамы, тогда как кетены с сильными электроноакцепторными заместителями обычно образуют транс-β-лактамы. Кетеновый заместитель влияет на переходное состояние, ускоряя или замедляя переход к β-лактаму. Более медленная реакция позволяет провести изомеризацию имина, что обычно приводит к образованию транс-продукта. [11]
Вариации
[ редактировать ]обзоры по асимметричной индукции синтеза Штаудингера, в том числе с использованием органических и металлоорганических катализаторов. Опубликованы [1] [5] [13]
Имин можно заменить добавлением олефина для получения циклобутанона , карбонила для получения β -лактона или карбодиимидов для получения 4-имино -β -лактамов . [1] Синтез Штаудингера и его варианты представляют собой циклоприсоединения кетенов .
В 2014 году Дойл и его коллеги сообщили об однореакторном многокомпонентном синтезе β-лактамов по Штаудингеру из азидов и двух диазосоединений. Реакция происходит в результате катализируемой ацетатом родия реакции между арилдиазоацетатом (красный) и органическим азидом (синий) с образованием имина. Перегруппировка Вольфа диазоацетоацетатенона (черный) образует стабильный кетен, который реагирует с имином с образованием стабильного соединения β-лактама. Растворителем, используемым для этой реакции, является дихлорметан (DCM), и раствор должен постоять в течение 3 часов при комнатной температуре. Выход реакции составляет около 99%. [14]
Реакция с сульфенами вместо кетенов, приводящая к β - султамам, называется сульфа-циклоприсоединением Штаудингера . На следующей иллюстрации показан пример циклоприсоединения Сульфа-Штаудингера. Бензилиденметиламин реагирует с этансульфонилхлоридом с образованием β-султама. Для этой реакции в качестве растворителя использовали тетрагидрофуран (ТГФ), и раствору необходимо было постоять в течение 24 часов. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Райт, Стивен в Кори, под редакцией Цзе Джека Ли; предисловие EJ (2010). Назовите реакции образования карбоциклических колец . Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. п. 45. ИСБН 9780470872208 .
{{cite book}}:|first=имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Тидвелл, Т.Т. (2008). «Хьюго (Уго) Шифф, основания Шиффа и век синтеза β-лактамов». Энджью. хим. Межд. Эд. 47 (6): 1016–1020. дои : 10.1002/anie.200702965 . ПМИД 18022986 .
- ^ Фу, Н.; Тидвелл, Т.Т. «Получение β-лактамов путем [2+2] циклоприсоединения кетенов и иминов» Tetrahedron 2008 , 64 , 10465-10496. ( [1] )
- ^ Георг, Гунда И. (1992). Органическая химия β-лактамов . Нью-Йорк: Верлаг Хеми. ISBN 978-0471187998 .
- ^ Jump up to: а б с д Коссио, ФП; Арриета, А.; Сьерра, МГ (2008). «Механизм кетено-иминной реакции (Штаудингера) в ее столетний юбилей: все еще нерешенная проблема?». Отчеты о химических исследованиях . 41 (8): 925–936. дои : 10.1021/ar800033j . ПМИД 18662024 .
- ^ Х. Штаудингер (1907). «О познании кетенов. Дифенилкетен» . «Анн» Юстуса Либиха. Хим. 356 (1–2): 51–123. дои : 10.1002/jlac.19073560106 .
- ^ Дж. К. Шиэн, Э. Л. Буле, Э. Дж. Кори , Г. Д. Лаубах, Дж. Дж. Райан (1950). «Полный синтез 5-фенилпенициллина: метил-5-фенил-(2-карбометоксиэтил)-пенициллинат». Дж. Ам. хим. Соц. 72 (8): 3828–9. дои : 10.1021/ja01164a534 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Ли; Джи Джек, ред. (2010). Назовите реакции образования карбоциклических колец . Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. п. 47. ИСБН 9780470872208 .
- ^ Ци, Хэнчжэнь; Ли, Синьяо; Сюй, Цзяси (декабрь 2010 г.). «Стереоселективный контроль в реакциях Штаудингера с участием монозамещенных кетенов с заместителями-акцепторами электронов: экспериментальное исследование и теоретическое обоснование». Органическая и биомолекулярная химия . 9 (8): 2702–2714. дои : 10.1039/C0OB00783H . ПМИД 21359284 . S2CID 37085450 .
- ^ Лян, Юн; Цзяо, Лей; Чжан, Шивэй; Сюй, Цзяси (2005). «Индуцированные микроволновым и фотооблучением реакции Штаудингера циклических иминов и кетенов, полученных из α-диазокетонов. Дальнейшее исследование стереохимического процесса». Журнал органической химии . 70 (1): 334–337. дои : 10.1021/jo048328o . ПМИД 15624943 .
- ^ Jump up to: а б с Цзяо, Лей; Лян, Юн; Сюй, Цзяси (2006). «Происхождение относительной стереоселективности образования β-лактамов в реакции Штаудингера». Журнал Американского химического общества . 128 (18): 6060–6069. дои : 10.1021/ja056711k . ПМИД 16669675 .
- ^ Jump up to: а б Лян, Юн; Цзяо, Лей; Чжан, Шивэй; Ю, Чжи-Сян; Сюй, Цзяси (2009). «Новый взгляд на торкоселективность реакции Штаудингера». Журнал Американского химического общества . 131 (4): 1542–1549. дои : 10.1021/ja808046e . ПМИД 19132931 .
- ^ Паломо, Клаудио; Айзпуруа, Хесус М.; Ганбоа, Иньяки; Ойарбиде, Микель (1999). «Асимметричный синтез β-лактамов с помощью реакции циклоприсоединения кетена-имина Штаудингера». Европейский журнал органической химии . 1999 (12): 3223–3235. doi : 10.1002/(SICI)1099-0690(199912)1999:12<3223::AID-EJOC3223>3.0.CO;2-1 .
- ^ Мандлер, Майкл Д.; Труонг, Фонг М.; Завалий, Питер Ю.; Дойл, Майкл П. (2014). «Каталитическая конверсия диазокарбонильных соединений в имины». Органические письма . 16 (3): 740–743. дои : 10.1021/ol403427s . ПМИД 24423056 .
- ^ Ян, Чжаньхуэй; Чен, Нин; Сюй, Цзяси (2015). «Аннулоселективность и стереоселективность, контролируемая заместителем, в циклоприсоединениях Сульфа-Штаудингера». Журнал органической химии . 80 (7): 3611–3620. дои : 10.1021/acs.joc.5b00312 . ISSN 0022-3263 . ПМИД 25756543 .