Реакции десульфонилирования
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Ноябрь 2019 г. ) |
Реакции десульфонилирования — химические реакции, приводящие к удалению сульфонильной группы из органических соединений . Поскольку сульфонильная функциональная группа является электроноакцепторной , [ 1 ] методы расщепления связей сера -углерод сульфонов обычно носят восстановительный характер. Олефинирование или замещение водородом можно осуществить с использованием методов восстановительного десульфонилирования. [ 2 ]
Введение
[ редактировать ]Сульфонильная 2 функциональная группа (RS(O) R ') стала важной электроноакцепторной группой для современной органической химии. α- Сульфонилкарбанионы могут использоваться в качестве нуклеофилов в реакциях алкилирования, присоединения типа Михаэля и других процессах. [ 3 ] Выполнив свою синтетическую задачу, сульфонильные группы часто удаляются. В присутствии некоторых восстановителей одна из серо-углеродных связей сульфонильной группы расщепляется, что приводит к образованию бессернистых органических продуктов. В зависимости от природы субстрата и условий реакции алкилсульфоны дают либо соответствующие алканы , либо олефины ( олефинирование Юлия ). Восстановительное десульфонилирование обычно осуществляется с использованием активных металлов или солей ( амальгамы натрия , амальгамы алюминия , магния , йодида самария (II ), гидридов олова ( гидрид трибутилолова ) или комплексов переходных металлов с восстановителями или нуклеофилами (PdCl 2 (dppp)/LiHBEt 3 , Pd(PPh 3 ) 4 /LiHBEt 3 , Pd(PPh 3 ) 4 /NaHC(CO 2 Et) 2 ). Алкил, алкенил и аллилсульфоны можно восстановить, используя один или несколько из этих методов.
(1)
Механизм и стереохимия
[ редактировать ]Восстановительное десульфонилирование
[ редактировать ]Реакции восстановительного десульфонилирования приводят к замене связи углерод-сера в сульфонильной группе на связь углерод -водород. Однако, поскольку сульфонильная группа по определению присоединена к двум атомам углерода, возможно восстановление до двух наборов продуктов. Механистические исследования восстановления с использованием амальгам металлов в качестве восстановителя показывают, что при переносе электрона к сульфону происходит фрагментация до сульфинат- аниона и более стабильного органического радикала. Затем происходит немедленное восстановление радикала и протонирование, в результате чего образуется продукт, не содержащий серы, полученный из более стабильного радикала. Таким образом, S-алкильные связи расщепляются предпочтительнее, чем S-арильные или S-алкенильные связи. [ 4 ]
( 2 ) |
Йодид самария (II) можно использовать для восстановительного расщепления α-кетосульфонов; [ 5 ] в присутствии гексаметилфосфорамида (HMPA) SmI 2 способен осуществлять восстановительное отщепление α-функционализированных сульфонов (см. уравнение ( 11 ) ниже).
![]() | ( 3 ) |
олова Гидриды восстанавливают α-кето [ 6 ] и аллильный [ 7 ] сульфоны. Механизмы этих процессов включают присоединение к субстрату оловоцентрированного радикала с последующим отщеплением сульфинильного радикала, который отрывает водород от молекулы гидрида олова для продолжения радикальной цепи. Протонирование образующихся таким образом оловоорганических промежуточных продуктов (с помощью сульфиновой кислоты, образующейся in situ ) приводит к восстановлению продуктов. Добавление стехиометрического количества источника протонов позволяет использовать гидрид олова в каталитических количествах. Хотя десульфонилирование аллильных сульфонов является сайт-селективным (давая только продукты аллильной транспозиции), оно не является стереоселективным двойной связи и дает смеси изомеров . [ 7 ] Механизм десульфонилирования α-кетосульфонов аналогичен. [ 6 ]
![]() | ( 4 ) |
Восстановительное десульфонилирование, опосредованное переходными металлами, основано на образовании промежуточного π-аллильного комплекса, который подвергается нуклеофильной атаке гидридом или другим нуклеофилом с образованием восстановленных продуктов. [ 8 ] Нуклеофильная атака обычно происходит в менее замещенном положении π-аллильного фрагмента, хотя селективность сайта сильно зависит от субстрата и условий реакции. Комплексы палладия (0) являются наиболее часто используемыми предкатализаторами.
![]() | ( 5 ) |
Редукционное устранение
[ редактировать ]Сульфоны с хорошей уходящей группой в β-положении могут подвергаться восстановительному отщеплению в условиях десульфонилирования с образованием алкенов . Этот процесс является ключевым этапом олефинирования Джулии , в результате которого алкены образуются путем присоединения α-сульфонилкарбаниона к альдегиду с последующим восстановительным элиминированием. Амальгама натрия [ 9 ] или йодид самария (II)/HMPA [ 10 ] могут быть использованы для превращения β-сульфонилокси или β -ацилоксисульфонов в соответствующие алкены. Ключевым механистическим этапом этого процесса является удаление анионного или металлоорганического промежуточного продукта с образованием алкена.
(6)
Использование амальгамы натрия, способствующей образованию практически свободных алкил-анионов, [ 9 ] приводит к ( E ) алкенам с чрезвычайно высокой селективностью. Йодид самария (II) также производит преимущественно ( E ) алкен, но с более низкой селективностью. [ 10 ]
Область применения и ограничения
[ редактировать ]Используя соответствующий реагент и условия, алкил, алкенил, аллил и α-кетосульфоны можно восстановить с хорошим выходом и высокой стереоселективностью (где это применимо). Соответствующие условия восстановления этих классов сульфонов обсуждаются ниже.
Алкилсульфоны можно восстановить натрием или литием в жидком аммиаке ; [ 11 ] однако сильно основные условия такого восстановления металлов растворением представляют собой существенный недостаток. В спиртовых растворителях металлический магний и каталитическое количество хлорида ртути (II). можно использовать [ 12 ] Эти условия не затрагивают широкий спектр функциональных групп, в том числе многие из них, которые трансформируются в результате растворения восстановленных металлов. Восстановительное десульфонилирование этими реагентами не происходит в реакциях β-гидроксисульфонов из-за плохой способности гидроксильной группы к уходящей группе. [ 13 ]
![]() | ( 7 ) |
Важной проблемой, связанной с восстановлением аллильных сульфонов, является транспозиция аллильной двойной связи, которая происходит в различных количествах при восстановлении амальгамами металлов. [ 14 ] и гидриды олова [ 15 ] Восстановительное десульфонилирование аллильных сульфонов, катализируемое палладием, не имеет этой проблемы и дает аллильные сульфоны с высокой центральной и стереоселективностью. [ 8 ]
![]() | ( 8 ) |
Амальгаму алюминия (Al/Hg) можно использовать для хемоселективного восстановления α-сульфонилированных карбонильных групп. Производные карбоновых кислот , ацетали, тиоацетали , амины, спирты и изолированные двойные связи инертны по отношению к Al/Hg. Селективное десульфонилирование β-гидроксисульфонов можно проводить без восстановительного элиминирования. [ 16 ]
![]() | ( 9 ) |
Катализ переходными металлами также полезен для стереоспецифического восстановления алкенилсульфонов. В присутствии избытка реактива Гриньяра , палладиевого(II) или никелевого (II) катализатора и фосфорного или азотистого лиганда алкенилсульфоны стереоспецифически с хорошим выходом превращаются в соответствующие алкены. С другой стороны, растворение металла и восстановление металлической амальгамы в целом не являются стереоселективными. [ 17 ] Палладиевый катализ обычно превосходит никелевый катализ, обеспечивая более высокие выходы и стереоселективность. [ 18 ] [ 19 ]
![]() | ( 10 ) |
Алкил- и алкенилсульфоны с хорошими уходящими группами в β-положении подвергаются отщеплению в восстановительных условиях с образованием алкенов или алкинов. использует Олефинирование Джулии этот процесс для синтеза алкенов из алкилсульфонов и карбонильных соединений. Присоединение α-сульфониланиона к карбонильному соединению с последующим гашением ацилом или сульфонилхлоридом приводит к образованию β-ацилокси или -сульфонилоксисульфона, который подвергается элиминированию в восстановительных условиях. Для завершения стадии удаления можно использовать амальгаму натрия; [ 9 ] однако комбинация йодида самария (II) и HMPA мягче, чем сильноосновная амальгама натрия, и приводит к более высоким выходам в процессах восстановительного элиминирования. [ 20 ]
![]() | ( 11 ) |
Синтетические приложения
[ редактировать ]Умеренная кислотность атомов углерода, прилегающих к сульфонильной группе, сделала сульфоны полезными для органического синтеза . При удалении сульфонильной группы путем десульфонилирования или восстановительного элиминирования конечным результатом является образование одинарной или двойной связи углерод-углерод между двумя нефункционализированными атомами углерода, что является повсеместным мотивом в синтетических мишенях. В синтезе (–)-антоплалона олефинирование Джулии использовалось для установления ( E )-алкена в мишени. [ 21 ]
(12)
Восстановительное десульфонилирование используется, когда целью является создание одинарной связи углерод-углерод. В синтезе (+)-хатанцина алкилирование α-сульфонилкарбаниона с последующим десульфонилированием установило ключевую аллильную связь углерод-углерод. [ 22 ]
(13)
Сравнение с другими методами
[ редактировать ]Поскольку α-цианокарбанионы могут использоваться во многих из тех же контекстов, что и α-сульфониланионы, методы восстановительного децианирования предлагают жизнеспособную альтернативу восстановительному десульфонилированию. Растворяющие восстановления металлов наиболее полезны для децианирования третичных нитрилов (первичные и вторичные нитрилы, помимо децианированных продуктов, дают соответствующие амины), [ 23 ] но калий является более общим восстановителем, восстанавливающим первичные, вторичные и третичные нитрилы. [ 24 ]
(14)
Известны самые разнообразные методы карбонильного олефинирования, являющиеся прямой альтернативой олефинированию Жюлиа: реакция Виттига , [ 25 ] реакция Горнера -Уодсворта-Эммонса , [ 26 ] олефинирование Петерсона , [ 27 ] и другие. Основное преимущество олефинирования по Юлию состоит в том, что предшественники сульфонов иногда более доступны и их легче очищать, чем соответствующие фосфор- или кремнийсодержащие соединения. Кроме того, существует множество методов синтеза сульфонов. [ 28 ] Тем не менее, иногда ограниченная стереоселективность (и, в частности, трудность доступа к ( Z )-алкенам) реакции Жюлиа может быть проблематичной. Многие альтернативные методы олефинирования, включая реакцию Петерсона, [ 27 ] нет этой проблемы.
(15)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хараш, Норман; Мейерс, Кэл Ю. (22 октября 2013 г.). Химия органических соединений серы . Эльзевир. ISBN 978-1-4831-5611-8 .
- ^ Алонсо, Диего А.; Аджера, Кармен Н. (2009). «Реакции десульфонилирования». Органические реакции . дои : 10.1002/0471264180.или072.02 . ISBN 978-0471264187 .
- ^ Прилежаева, Е. (2000). «Сульфоны и сульфоксиды в полном синтезе биологически активных природных соединений». Расс. хим. Преподобный . 69 (5): 367–408. Бибкод : 2000RuCRv..69..367P . дои : 10.1070/RC2000v069n05ABEH000561 . S2CID 250835581 .
- ^ Хорнер, Л.; Нойманн, Х. (1965). «Исследования процесса переноса водорода, XII: Гидрогенативное расщепление сульфонов с тетраметиламмонием в качестве переносчика электронов». Хим. Бер . 98 (6): 1715. doi : 10.1002/cber.19650980606 .
- ^ Моландер, Гэри А. (27 октября 1994 г.), John Wiley & Sons, Inc. (ред.), «Восстановление с помощью йодида самария (II)» , Органические реакции , Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc. ., стр. 211–367, дои : 10.1002/0471264180.или046.03 , ISBN 978-0-471-26418-7 , получено 27 февраля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Внук, Станислав Ф.; Риос, Жаннетт М.; Хан, Джаханзеб; Сюй, Я-Ли (2000). «Расщепление π-дефицитных гетероциклических сульфонов, опосредованное станнил-радикалом. Синтез α-фторэфиров». Журнал органической химии . 65 (13): 4169–74. дои : 10.1021/jo000342n . ПМИД 10866636 . S2CID 94913752 .
- ^ Перейти обратно: а б Уэно, Ю.; Аоки, С.; Окавара, М. (1979). «Синтетические реакции с использованием оловоорганических и сернистых соединений. 3. Региоселективное десульфонилирование аллильных сульфонов оловоорганическим гидридом с двойной миграцией двойной связи». Журнал Американского химического общества . 101 (18): 5414. doi : 10.1021/ja00512a051 .
- ^ Перейти обратно: а б Хатчинс, Роберт О.; Учись, Кейт (1982). «Регио- и стереоселективное восстановительное замещение аллильных функциональных групп кислорода, серы и селена гидридом посредством каталитической активации комплексами палладия (0)». Журнал органической химии . 47 (22): 4380. doi : 10.1021/jo00143a054 .
- ^ Перейти обратно: а б с Коценски, Филип Дж.; Литгоу, Бэзил; Уотерхаус, Ян (1980). «Влияние разветвления цепи на стерический результат некоторых реакций образования олефинов». Журнал Химического общества, Perkin Transactions 1 : 1045. doi : 10.1039/P19800001045 .
- ^ Перейти обратно: а б Марко, я; Мерфи, Фиона; Долан, Саймон (1996). «Эффективное получение тризамещенных алкенов с использованием олефинирования кетонов по Джулии-Литго. О ключевой роли SmI2 на стадии восстановительного элиминирования». Буквы тетраэдра . 37 (12): 2089. doi : 10.1016/0040-4039(96)00200-6 .
- ^ Сато, Кикумаса; Иноуэ, Сейичи; Ониши, Акира; Учида, Нобухико; Минова, Нобуто (1981). «Стереоселективный синтез соланезола и полностью транс-декапренола». Журнал Химического общества, Perkin Transactions 1 761.doi : : 10.1039/P19810000761 .
- ^ Лай, Дж; Ю, Джуронг; Дэвид Хокинс, Р.; Фальк, младший (1995). «Двууглеродная элонгация/аннеляция спиртов до нитрилов». Буквы тетраэдра . 36 (32): 5691. doi : 10.1016/0040-4039(95)01125-2 .
- ^ Казута, Юджи; Мацуда, Акира; Шуто, Сатоши (2002). «Разработка универсальных цис- и транс-диуглеродзамещенных хиральных циклопропановых звеньев: синтез (1S,2R)- и (1R,2R)-2-аминометил-1-(1H-имидазол-4-ил)циклопропанов и их энантиомеров. как конформационно ограниченные аналоги гистамина». Журнал органической химии . 67 (5): 1669–77. дои : 10.1021/jo010852x . ПМИД 11871901 .
- ^ Алонсо, Диего А.; Фалвелло, Ларри Р.; Манченьо, Бальбино; Нахера, Кармен; Томас, Милагрос (1996). «Литированный γ-тозилзамещенный бензилметаллиламин: новые анионы γ-аминометаллилсульфона в органическом синтезе †». Журнал органической химии . 61 (15): 5004. doi : 10.1021/jo9602478 .
- ^ Уэно, Ю; Сано, Хироши; Аоки, Сейичи; Окавара, Макото (1981). «Стены в синтезе: новый путь к 2-замещенным-1,3-бутадиенам посредством стереоселективного образования аллилтина в гомолитических условиях». тетраэдра Буквы 22 28):2675.doi : ( 10.1016/S0040-4039(01)92967-3 .
- ^ Нанда, Самик (2005). «Хемоферментативный тотальный синтез фитотоксичного лактона гербарума III». тетраэдра Буквы 46 (21): 3661–3663. дои : 10.1016/j.letter.2005.03.139 .
- ^ Катурла, Ф; Нахера, Кармен (1997). «Получение и синтетическое применение литированных винилсульфонов, полученных из 3-бутен-1-ола и 4-пентен-1-ола». Тетраэдр . 53 (33): 11449. doi : 10.1016/S0040-4020(97)00725-4 .
- ^ Фабр, Дж; Юлия, М (1983). «Органический синтез с сульфонами noXXIX. Стереоспецифический гидрогенолиз виниловых сульфонов с гриньяром и катализаторами на основе переходных металлов». Буквы тетраэдра . 24 (40): 4311. doi : 10.1016/S0040-4039(00)88328-8 .
- ^ Кювиньи, Т; Дю Пено, Ш.Эрве; Юлия, М. (1987). «Синтез с сульфонами XLVII: стереоселективный доступ к 1,3- и 1,4-диенам путем гидрогенолиза бензолсульфонилдиенов. Применение к синтезу феромонов». Тетраэдр . 43 (5): 859. doi : 10.1016/S0040-4020(01)90023-7 .
- ^ Ихара, М.; Сузуки, С.; Танигучи, Т.; Токунага, Ю.; Фукумото, К. (1994). «Модификация алкенирования Джулии с использованием SmI2-HMPA». Синлетт . 1994 (10): 859. doi : 10.1055/s-1994-23033 .
- ^ Ханессян, Стивен; Кантен, Луи-Давид; Андреотти, Даниэле (1999). «Полный синтез и абсолютная конфигурация (-)-антоплалона». Журнал органической химии . 64 (13): 4893–4900. дои : 10.1021/jo990302n . ПМИД 11674567 .
- ^ Шиндо, Мицуру; Сугиока, Томоюки; Умаба, Юко; Шишидо, Кодзо (2004). «Тотальный синтез (+)-бонгкрециновой кислоты» тетраэдра Буквы 45 (48): 8863. doi : 10.1016/j.tetlet.2004.09.162 .
- ^ Арапакос, П.Г.; Скотт, Малкольм К.; Хубер, Ф.Е. (1969). «Реакция нитрилов с сольватированными электронами. III». Журнал Американского химического общества . 91 (8): 2059. doi : 10.1021/ja01036a033 .
- ^ Вендер, А; Делонг, Митч А. (1990). «Синтетические исследования арен-олефинового циклоприсоединения. XII. Тотальный синтез (±)-субергоргиевой кислоты» . Буквы тетраэдра . 31 (38): 5429. doi : 10.1016/S0040-4039(00)97864-X .
- ^ Ведейс, Э.; Петерсон, MJ (1994). «Стереохимия и механизм реакции Виттига». Вершина. Стереохим . Темы стереохимии. 21 : 1–157. дои : 10.1002/9780470147306.ch1 . ISBN 9780470147306 .
- ^ Уодсворт, WS (1977). «Синтетическое применение фосфорилстабилизированных анионов». Орг. Реагируйте . 25 : 73–253. дои : 10.1002/0471264180.или 025.02 . ISBN 0471264180 .
- ^ Перейти обратно: а б Петерсон, Дональд Джон (1968). «Реакция карбонильного олефинирования с использованием силилзамещенных металлорганических соединений». Журнал органической химии . 33 (2): 780–784. дои : 10.1021/jo01266a061 .
- ^ Симпкинс, NS- сульфоны в органическом синтезе ; Пергамон Пресс: Оксфорд, 1993.