Нитро-Манниха реакция
Реакция нитро-Манниха (или реакция аза-Генри ) представляет собой присоединение нитроалкана нуклеофильное (или соответствующего нитронат-аниона) к имину , приводящее к образованию бета-нитроамина. [1] Реакция нитро-Манниха, включающая присоединение кислого углеродного нуклеофила к двойной связи углерод-гетероатом , связана с некоторыми из наиболее фундаментальных реакций образования углерод-углеродной связи в органической химии , включая альдольную реакцию . [2] Реакция Генри (нитро-альдольная реакция) [3] и реакция Манниха . [4]

Хотя вышеупомянутые реакции были проведены обширные исследования, реакция нитро-Манниха изучена в гораздо меньшей степени, хотя она известна уже более 100 лет. [5] Значительное внимание начало проявляться только после доклада Андерсона и его коллег на рубеже веков. [6] и с тех пор привело к появлению широкого спектра новых методологий. Интерес к реакции нитро-Манниха обусловлен синтетической применимостью продуктов бета-нитроамина. В дальнейшем ими можно манипулировать различными методами, включая восстановительное удаление нитрогруппы, обеспечивающее доступ к моноаминам , восстановление нитрогруппы дает 1,2-диамины , а преобразование нитрогруппы в карбонильную функциональную группу дает бета-аминокарбонильные соединения .

История
[ редактировать ]Ранние примеры реакции нитро-Манниха
[ редактировать ]О первой нитрореакции Манниха сообщил Генри в 1896 году. [5] В этом отчете Генри описал добавление нитроалканов к имину, полученному из гемиаминаля . При удалении воды in-situ образуется имин . , который затем реагирует с нитрогруппой (в виде нитронат-иона) с образованием бета-нитроамина, который впоследствии может вступать в дальнейшую реакцию с образованием одного из двух аддуктов Хотя это первое сообщение о нитрореакции Манниха, выходы продуктов не указаны.

После основополагающего доклада Генри Муссе [7] и Дуден [8] внес вклад в эту область, изучая присоединение разветвленных нитроалканов к гемиаминалям, используя те же процедуры, о которых сообщил Генри. Пример восстановления нитрогруппы до амина с использованием SnCl 2 и HCl был также раскрыт Дуденом и его сотрудниками, что представляет собой первое использование реакции нитро-Манниха для получения полиаминов . Следующий отчет появился только в 1931 году. [9] когда Серф де Мони провел тщательное исследование оригинальной работы Генри с использованием полуаминалов. Область реакции была расширена до нитроалканов более высокого порядка, дающих бета-нитроамин с отличными выходами.

Следующие работы появились в 1946 году, когда Сенкус и Джонсон независимо друг от друга сообщили о своих исследованиях нитрореакции Манниха. Сенкус и коллеги [10] продемонстрировал, что нитроалканы могут реагировать с метаналем (формальдегидом) и замещенными первичными аминами в присутствии сульфата натрия ( Na 2 SO 4 ), образуя различные замещенные бета-нитроамины с выходами от умеренных до хороших. При использовании первичных нитроалканов наблюдалось двойное присоединение нитроалкана к имину, однако этого можно было избежать, используя вторичные нитроалканы. Исследование, о котором сообщили Джонсон и его коллеги [11] также использовался формальдегид, но он использовался в сочетании с набором вторичных аминов, что давало соответствующие бета-нитроамины с выходами от умеренных до хороших. Оба автора также восстановили нитрогруппу до аминогруппы, используя никель Ренея.

До этого момента во всех описанных методологиях нитро-Манниха использовались имины, которые образовывались in situ из альдегида и амина. В 1950 году Херд и Стронг сообщили [12] первая реакция нитро-Манниха с использованием предварительно полученного имина. Воздействие имина на нитроалкан привело к получению замещенных бета-нитроаминов с умеренными выходами. Умеренные выходы, полученные при использовании предварительно полученного имина, возможно, можно объяснить конкурирующим путем разложения имина или продукта.

Эти ранние нитро-методологии Манниха использовались рядом групп для синтеза различных гетероциклических продуктов, сопряженных нитроалкенов (путем удаления аминогруппы). [13] [14] и динитроамины. [15]
Неэнантиоселективные реакции нитроманниха
[ редактировать ]Хотя реакция нитро-Манниха обеспечивает доступ к синтетически полезным мотивам бета-нитроамина, отсутствие селективности в их синтезе остается серьезной проблемой. Интерес к этой области начал значительно возрастать после того, как Андерсон и его коллеги сообщили о первой диастереоселективной ациклической реакции нитро-Манниха. [6] Нитроалкан и н -бутиллитий (nBuLi) объединяли при -78 °C с получением соответствующих нитронат-ионов. набор иминов N Затем к реакционной смеси добавляли -PMB и после гашения уксусной кислотой получали продукты бета-нитроамина с хорошими выходами и диастереоселективностью от умеренной до хорошей.

Затем авторы превратили бета-нитроамины в незащищенные 1,2-диамины с помощью двухэтапной процедуры. Сначала нитрогруппу восстанавливали до аминов с помощью йодида самария с последующим удалением ПМБ в присутствии церийно-аммиачной селитры (КАН). Позже та же группа сообщила об улучшениях этой методологии и расширила эти предварительные результаты в дальнейших публикациях. [16] [17]
В 2000 году Андерсон и его коллеги сообщили о рацемической нитро-реакции Манниха ТМС -защищенного нитроната с иминами N -PMB или N -PMP, катализируемой Sc(OTf) 3 . [18] Авторы впервые попытались провести реакцию нитро-Манниха с использованием нитронатов лития, однако в этих условиях продукта не образовалось. В результате нитронат, защищенный ТМС, использовали в сочетании с трифторметансульфонатом скандия (III) [Sc(OTf) 3 ] (4 моль%), чтобы получить продукты бета-нитроамина с выходами от умеренных до превосходных для ряда алкильных и арильных групп. Имины, защищенные N -PMB и N -PMP.

Следуя отчету Андерсона, Цянь и его коллеги описали трифторметансульфонат иттербия (III) [Yb(OiPr) 3 ], катализируемый нитро-реакцией Манниха N -сульфонилиминов и нитрометана. [19] При использовании мягких условий реакции β-нитроамины, несущие богатые электронами и бедные электронами арильные заместители, были получены с отличными выходами после короткого времени реакции.

Энантиоселективные реакции нитро-Манниха, катализируемые прямыми металлами
[ редактировать ]О первой энантиоселективной реакции нитро-Манниха, катализируемой металлами, сообщили Шибасаки и его коллеги в 1999 году. [20] Авторы использовали бинафтол-лигированный гетеробиметаллический комплекс Yb/K для индукции энантиоконтроля в реакции, получая β-нитроамины с выходами от умеренных до хороших и с хорошей энантиоселективностью. Однако нитрометан был единственным нитроалканом, который можно было использовать с гетеробиметаллическим комплексом, и реакции протекали очень медленно (2,5–7 дней) даже при использовании относительно высокой загрузки катализатора 20 мол.%.

Основываясь на работе Шибасаки, Йоргенсен и его коллеги сообщили об асимметричной реакции нитро-Манниха нитроалканов и N-PMP-α-иминоэфиров. [21] Катализируемая Cu(II)-BOX 52 и триэтиламином (Et 3 N) реакция давала β-нитро-α-аминоэфиры с хорошими выходами и отличным энантиоконтролем (до 99% э.и.). Реакция допускает выбор нитроалканов, но ограничивается исключительно N-PMP-α-иминоэфирами. Авторы предполагают, что реакция протекает по переходной структуре типа кресла, где как N-PMP-α-иминоэфир, так и нитронат-анион связываются с комплексом Cu(II)-BOX.

В 2007 году Фэн и его коллеги сообщили, что CuOTf, используемый в сочетании с показанным хиральным N -оксидным лигандом и DIPEA, представляет собой эффективную каталитическую систему для энантиоселективной нитро-реакции Манниха нитрометана с N-сульфонилиминами. [22] Объединение всех реагентов в ТГФ при –40 °C привело к образованию β-нитроаминов с отличными выходами (до 99%) и хорошей энантиоселективностью по отношению к множеству замещенных арильных групп. Постулируемый промежуточный комплекс аналогичен переходной структуре, предложенной Йоргенсеном и его сотрудниками, где лигированные частицы меди связываются с N-сульфонилимином. Предполагается, что между амидом NH и нитронатами существует взаимодействие водородных связей.

Примерно в то же время, что и доклад Фэна, Шибасаки и сотрудники сообщили об одной из наиболее успешных энантиоселективных реакций нитро-Манниха, катализируемых показанным гетеробиметаллическим комплексом Cu/Sm. [23] Комбинирование N-Boc-защищенных иминов и нитроалканов привело к получению выходов от умеренных до превосходных и энантиоселективности продуктов от хорошей до отличной. Интересно, что реакция нитро-Манниха, катализируемая комплексом, дает син-β-нитроамины, тогда как большинство других энантиоселективных методов отдают предпочтение анти-β-нитроаминам. Позже авторы сообщили об улучшенной версии протокола и предложили механизм объяснения наблюдаемой синдиастереоселективности . [24]

Органокатализируемые энантиоселективные реакции нитро-Манниха
[ редактировать ]С момента появления органокатализа сообщалось о многочисленных сообщениях об органокаталитических энантиоселективных реакциях нитро-Манниха. [1] К ним относятся примеры использования катализаторов на основе Бренстеда, кислотных катализаторов Бренстеда, бифункциональных катализаторов на основе Бренстеда/донора Н-связей и катализаторов фазового переноса.
Бифункциональное основание Бренстеда/донорный органокатализ
[ редактировать ]Малые хиральные молекулы-доноры Н-связи могут быть использованы в качестве мощного инструмента для энантиоселективного синтеза. [25] Эти низкомолекулярные соединения, содержащие структурные каркасы с различными донорными мотивами H-связей, могут катализировать широкий спектр реакций образования связей углерод-углерод и углерод-гетероатом, происходящих за счет активации доноров H-связи партнеров реакции, а также за счет организации их пространственное расположение. Этой области органической химии уделялось ограниченное внимание до появления плодотворной работы Якобсена и Сигмана. [26] в котором они сообщили о высокоэнантиоселективной реакции Стрекера донора Н-связей с использованием органокализатора- :

Основываясь на работе Якобсена, было признано, что донорные мотивы Н-связи могут быть связаны через хиральный каркас с основными фрагментами Бренстеда , создавая новый класс бифункциональных органокализаторов (см. концептуальный рисунок ниже). Объединение этих двух функций позволяет одновременно активировать нуклеофил (посредством депротонирования основанием Бренстеда) и электрофила (посредством донорства Н-связи), что позволяет развивать новые энантиоселективные реакции посредством новых способов активации.

Основываясь на этой концепции, Такемото и его коллеги сообщили о первом бифункциональном органокатализаторе тиомочевины, доноре оснований Бренстеда/Н-связей 62 (см. Ниже) в 2003 году. [27] Этот органокатализатор, основанный на каркасе 1,2-транс-циклогександиамина, обеспечивает высокий уровень энантиоконтроля при присоединении диметилмалоната по Михаэлю к различным нитростиролам. После этого плодотворного отчета было разработано множество других бифункциональных органокатализаторов, полученных из легкодоступного каркаса алкалоида хинного дерева . Бифункциональный органокатализатор на основе хинидина 63 (впервые описанный Денгом и соавторами) действует как эффективный катализатор реакций присоединения Михаэля. [28] Считается, что в этой органокаталитической системе взаимодействие Н-связей, возникающее из-за хинолинового спирта, имеет решающее значение для достижения высокой энантиоселективности.

Кроме того, бифункциональные тиомочевины 64 и 65 , также полученные из алкалоидов хинного дерева, являются очень эффективными катализаторами в реакциях присоединения по Михаэлю. [29] [30] [31] [32] Бифункциональная тиомочевина 66 способна обеспечивать высокий уровень энантиоконтроля в нитро-альдольной реакции (Генри). [33] Бифункциональная тиомочевина 66 структурно отличается от бифункциональных тиомочевины 64 и 65 , поскольку фрагмент тиомочевины присоединен к хинолиновому кольцу каркаса хинного дерева вместо центрального стереоцентра . Описаны также многочисленные другие бифункциональные органокаталитические системы, которые еще больше расширяют диапазон реакций, которые можно проводить с использованием бифункционального (тио)мочевинного органокатализа. [25]
Ссылки
[ редактировать ] В эту статью включен текст Дэвида Майкла Барбера, доступный по лицензии CC BY 2.5 .
- ^ Jump up to: а б Благородный, Адам; Андерсон, Джеймс К. (8 мая 2013 г.). «Реакция Нитро-Манниха» . Химические обзоры . 113 (5): 2887–2939. дои : 10.1021/cr300272t . ISSN 0009-2665 . ПМИД 23461586 .
- ^ Р. Марвальд, Современные альдольные реакции; Wiley-VCH, Вайнхайм, 2004 г.
- ^ Луццио, Фредерик А. (февраль 2001 г.). «Реакция Генри: недавние примеры» . Тетраэдр . 57 (6): 915–945. дои : 10.1016/S0040-4020(00)00965-0 .
- ^ Кобаяши, Шу; Мори, Юичиро; Фосси, Джон С.; Солтер, Мэтью М. (13 апреля 2011 г.). «Каталитическое энантиоселективное образование связей CC путем добавления к иминам и гидразонам: десятилетнее обновление» . Химические обзоры . 111 (4): 2626–2704. дои : 10.1021/cr100204f . ISSN 0009-2665 . ПМИД 21405021 .
- ^ Jump up to: а б Л. Генри, Булл. акад. Рой. Бельг. 1896, 32, 33.
- ^ Jump up to: а б Адамс, Гарри; Андерсон, Джеймс С.; Мир, Саймон; Пеннелл, Эндрю МК (декабрь 1998 г.). «Реакция Нитро-Манниха и ее применение к стереоселективному синтезу 1,2-диаминов †» . Журнал органической химии . 63 (26): 9932–9934. дои : 10.1021/jo981700d . ISSN 0022-3263 .
- ^ Т. Муссе, Бюлл. акад. Рой. Бельг. 1901, 37, 622.
- ^ П. Дуден, К. Бок, Х.Дж. Рид, Chem. 1905, 33, 2036.
- ^ (а) Х. Серф де Мони, Bull. Соц. хим. 1931, 4, 1451; (б) Х. Серф де Мони, Bull. Соц. хим. 1931, 4, 1460.
- ^ Сенкус, Мюррей (январь 1946 г.). «Реакция первичных алифатических аминов с формальдегидом и нитропарафинами*» . Журнал Американского химического общества . 68 (1): 10–12. дои : 10.1021/ja01205a004 . ISSN 0002-7863 .
- ^ (а) HG Johnson, J. Am. хим. Соц. 1946, 68, 12; (б) Х.Г. Джонсон, Дж. Ам. хим. Соц. 1946, 68, 14.
- ^ Херд, Чарльз Д.; Стронг, Джеймс С. (октябрь 1950 г.). «Конденсация нитроалканов с анилами» . Журнал Американского химического общества . 72 (10): 4813–4814. дои : 10.1021/ja01166a510 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Сенкус, Мюррей (август 1946 г.). «Получение некоторых гексагидропиримидинов из нитропарафинов 1» . Журнал Американского химического общества . 68 (8): 1611–1613. дои : 10.1021/ja01212a073 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Херст, Эл.; Джонс, JKN; Минахан, С.; Очинский, ФРВ; Томас, AT; Урбански, Т. (1947). «172. Реакция 1-нитропропана с формальдегидом и аммиаком» . Журнал Химического общества (возобновленный) : 924–928. дои : 10.1039/jr9470000924 . ISSN 0368-1769 .
- ^ Смайли, Роберт А. (август 1958 г.). «Динитроамины и продукты их восстановления реакции Манниха нитроциклогексана с алифатическими диаминами или аммиаком» . Журнал органической химии . 23 (8): 1115–1117. дои : 10.1021/jo01102a008 . ISSN 0022-3263 .
- ^ Андерсон, Джеймс С.; Блейк, Александр Дж.; Хауэлл, Гарет П.; Уилсон, Клэр (январь 2005 г.). «Объем и ограничения реакции нитро-Манниха для стереоселективного синтеза 1,2-диаминов» . Журнал органической химии . 70 (2): 549–555. дои : 10.1021/jo048304h . ISSN 0022-3263 . ПМИД 15651800 .
- ^ Андерсон, Джеймс; Чепмен, Хелен (5 сентября 2006 г.). «Алюминиевая амальгама для восстановления чувствительных β-нитроаминов до 1,2-диаминов» . Синтез . 2006 (19): 3309–3315. дои : 10.1055/s-2006-950229 . ISSN 0039-7881 .
- ^ Андерсон, Джеймс С.; Мир, Саймон; Пих, Стивен (10 октября 2000 г.). "ХимИнформ Реферат: Катализируемое кислотой Льюиса присоединение 1-триметилсилилнитропропаната к иминам" . ХимИнформ . 31 (41): нет. дои : 10.1002/chin.200041018 .
- ^ Цянь, Чантао; Гао, Фейфэн; Чен, Жуйфан (июль 2001 г.). «Yb(OiPr)3, высокоэффективный катализатор нитрореакции Манниха» . Буквы тетраэдра . 42 (28): 4673–4675. дои : 10.1016/S0040-4039(01)00786-9 .
- ^ Ямада, Кен-ичи; Харвуд, Саймон Дж.; Грегер, Харальд; Сибасаки, Масакацу (1999). «Первая каталитическая асимметричная реакция типа нитро-Манниха, стимулируемая новым гетеробиметаллическим комплексом» . Angewandte Chemie, международное издание . 38 (23): 3504–3506. doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19991203)38:23<3504::AID-ANIE3504>3.0.CO;2-E . ISSN 1521-3773 . ПМИД 10602222 .
- ^ Нишиваки, Нагатоши; Кнудсен, Кристиан Рахбек; Готельф, Курт В.; Йоргенсен, Карл Анкер (2001). «Каталитическое энантиоселективное добавление нитросоединений к иминам - простой подход к синтезу оптически активных β-нитро-α-аминоэфиров» . Angewandte Chemie, международное издание . 40 (16): 2992–2995. doi : 10.1002/1521-3773(20010817)40:16<2992::AID-ANIE2992>3.0.CO;2-3 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 12203626 .
- ^ Чжоу, Хуэй; Пэн, Дэн; Цинь, Бо; Хоу, Зонгруй; Лю, Сяохуа; Фэн, Сяомин (1 декабря 2007 г.). «Высокоэнантиоселективная аза-генри-реакция N-тозилиминов, катализируемая комплексами N,N'-диоксид-Cu(I)» . Журнал органической химии . 72 (26): 10302–10304. дои : 10.1021/jo702200u . ISSN 0022-3263 . ПМИД 18044933 .
- ^ Ханда, Шинья; Гнанадэсикан, Виджай; Мацунага, Сигэки; Сибасаки, Масакацу (апрель 2007 г.). «Син-селективные каталитические асимметричные реакции Нитро-Манниха с использованием гетеробиметаллического базового комплекса Cu-Sm-Шиффа» . Журнал Американского химического общества . 129 (16): 4900–4901. дои : 10.1021/ja0701560 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 17394322 .
- ^ Ханда, Шинья; Гнанадэсикан, Виджай; Мацунага, Сигэки; Сибасаки, Масакацу (7 апреля 2010 г.). «Бифункциональный катализ гетеробиметаллических переходных металлов/редкоземельных металлов: базовый комплекс Cu/Sm/Schiff для син-селективной каталитической асимметричной реакции нитро-Манниха» . Журнал Американского химического общества . 132 (13): 4925–4934. дои : 10.1021/ja100514y . ISSN 0002-7863 . ПМИД 20218689 .
- ^ Jump up to: а б Дойл, Эбигейл Г.; Якобсен, Эрик Н. (1 декабря 2007 г.). «Маленькие молекулы-доноры Н-связей в асимметричном катализе» . Химические обзоры . 107 (12): 5713–5743. дои : 10.1021/cr068373r . ISSN 0009-2665 . ПМИД 18072808 .
- ^ Сигман, Мэтью С.; Якобсен, Эрик Н. (май 1998 г.). «Катализаторы на основе Шиффа для асимметричной реакции Стрекера, идентифицированные и оптимизированные на основе параллельных синтетических библиотек» . Журнал Американского химического общества . 120 (19): 4901–4902. дои : 10.1021/ja980139y . ISSN 0002-7863 .
- ^ (а) Т. Окино, Ю. Хоаши, Ю. Такемото, Дж. Ам. Ткань. Соц. 2003 , 125, 12672;(b) Т. Окино, Ю. Хоаси, Т. Фурукава, С. Сюй, Ю. Такемото, Дж. Ам. Ткань. Соц. 2005 , 127, 119.
- ^ Ли, Хунмин; Ван, Йи; Тан, Лян; Дэн, Ли (01 августа 2004 г.). «Высокоэнантиоселективное конъюгатное добавление малоната и β-кетоэфира к нитроалкенам: образование асимметричной связи C-C с помощью новых бифункциональных органических катализаторов на основе алкалоидов хинного дерева» . Журнал Американского химического общества . 126 (32): 9906–9907. дои : 10.1021/ja047281l . ISSN 0002-7863 . ПМИД 15303849 .
- ^ Да, Джинсин; Диксон, Даррен Дж.; Хайнс, Питер С. (2005). «Энантиоселективное органокаталитическое присоединение по Михаэлю малонатных эфиров к нитроолефинам с использованием бифункциональных производных цинхонина» . Химические коммуникации (35): 4481–4483. дои : 10.1039/b508833j . ISSN 1359-7345 . ПМИД 16136258 .
- ^ Ли, Бан-Цзин; Цзян, Линь; Лю, Мин; Чен, Ин-Чун; Дин, Ли-Шэн; Ву, Юн (2005). «Асимметричное присоединение по Михаэлю арилтиолов к α,β-ненасыщенным карбонильным соединениям, катализируемое бифункциональными органокатализаторами» . Синлетт . 2005 (4): 603–606. дои : 10.1055/s-2005-863710 . ISSN 0936-5214 .
- ^ МакКуи, Симус Х.; Коннон, Стивен Дж. (07 октября 2005 г.). «Производные алкалоидов хинного дерева, замещенные мочевиной и тиомочевиной, как высокоэффективные бифункциональные органокатализаторы для асимметричного присоединения малоната к нитроалкенам: инверсия конфигурации при C9 значительно улучшает эффективность катализатора» . Angewandte Chemie, международное издание . 44 (39): 6367–6370. дои : 10.1002/anie.200501721 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 16136619 .
- ^ Вакуля, Бенедикт; Варга, Солид; Чампай, Антал; Соос, Тибор (май 2005 г.). «Высокоэнантиоселективное сопряженное добавление нитрометана к халконам с использованием бифункциональных хинных органокализаторов» . Органические письма . 7 (10): 1967–1969. дои : 10.1021/ol050431s . ISSN 1523-7060 . ПМИД 15876031 .
- ^ Марчелли, Томмазо; ван дер Хаас, Ричард Н.С.; ван Маарсевен, Ян Х.; Химстра, Хенк (30 января 2006 г.). «Асимметричная органокаталитическая реакция Генри» . Angewandte Chemie, международное издание . 45 (6): 929–931. дои : 10.1002/anie.200503724 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 16429453 .