Окисление карбонила реагентами гипервалентного йода
Окисление карбонила реагентами гипервалентного йода включает функционализацию α-положения. карбонильных соединений посредством енолятов гипервалентного йода (III). Этот электрофильный промежуточное соединение может подвергаться атаке различных нуклеофилов или подвергаться перегруппировке или элиминированию. [ 1 ]
Введение
[ редактировать ]Соединения гипервалентного йода(III) являются привлекательными окислителями благодаря своей стабильности и селективности. В В присутствии енолизуемых карбонильных соединений они способны осуществлять окислительную функционализацию положение α. Ключевая промежуточная форма енолята йода (III), которая затем подвергается нуклеофильному замещению. (α-функционализация), элиминирование (дегидрирование) или перегруппировка. Обычные реагенты гипервалентного йода, используемые для осуществления этих преобразований, включают йодозилбензол (PhIO), [ 2 ] иодбензолдиацетат (PhI(OAc) 2 ), [ 3 ] реактив Козера (PhI(OTs)OH), [ 4 ] и (дихлориод)бензол (PhICl 2 ). [ 5 ]
 | ( 1 ) |
Механизм и стереохимия
[ редактировать ]Преобладающий механизм
[ редактировать ]Механизм окисления карбонила реагентами йода(III) варьируется в зависимости от структуры субстрата и условия реакции, но возможны некоторые обобщения. В основных условиях активными йодирующими соединениями являются соединения йода (III), в которых любые относительно кислые лиганды йода (например, ацетат) заменены алкоксидом. [ 2 ] Во всех случаях α-углерод образует связь с йод. Восстановление йода (III) до йода (I) затем происходит за счет атаки нуклеофила на теперь уже электрофильный α. углерод. В основных условиях нуклеофильная атака карбонильного углерода происходит быстрее, чем атака α-углерода. Йод замещение фактически осуществляется внутримолекулярно карбонильным кислородом, который становится α-гидроксильным кислородом в продукт. [ 6 ]
 | ( 2 ) |
Наблюдались перегруппировки видов енолятов йода (III). В кислой среде происходит окисление эфиров ариленола. приводят к α-ариловым эфирам посредством миграции 1,2-арила. [ 7 ] Кольцево-сжимающие перегруппировки Фаворского могут иметь место при основных условиях (см. уравнение (12) ниже).
 | ( 3 ) |
Стереохимия
[ редактировать ]С помощью карбонильного комплекса хрома было показано, что замещение йода, вероятно, происходит с инверсией. конфигурации. Йод приближается со стороны, противоположной трикарбонильному звену хрома, из-за стерических затруднений. Инверторный смещение приводит к син- отношению между хромом и α-гидроксильной группой. [ 8 ]
 | ( 4 ) |
Исследования окисления ненасыщенных карбонильных соединений также дают представление о стереохимии. Обнаружен только изомер с син -отношением между α-гидрокси и β-метоксигруппами. После нуклеофильной атаки метоксида йод приближается к грани, противоположной метоксиду. Инверсивное смещение гидроксидом затем приводит к син- изомеру. [ 9 ]
 | ( 5 ) |
Область применения и ограничения
[ редактировать ]В протонных условиях кетоны подвергаются α-гидроксилированию и образованию диметилацеталя. На это превращение могут влиять как йодозилбензол, так и йодбензолдиацетат (ИБД). Этот метод можно использовать для синтеза α-гидроксикетонов после кислотного гидролиза кетальной функциональности. [ 10 ]
 | ( 6 ) |
В присутствии солей диарилиодония еноляты подвергаются α-арилированию. Объемные диарилиодониумы реагируют медленнее, и енолятное гомосочетание (см. уравнение ( 10 ) ниже) начинает конкурировать по мере замещения ароматического кольца. [ 11 ]
 | ( 7 ) |
α-Окситозилирование облегчает преобразование карбонильных соединений в различные α-функционализированные продукты. Полученные в результате α-тозилоксикарбонильные соединения более стабильны, чем α-галогенкарбонильные соединения, и не являются слезоточивыми. [ 12 ]
 | ( 8 ) |
Эфиры силилинола подвергаются многим из тех же реакций, что и карбонильные соединения, в присутствии йода (III). реагенты. α-Алкоксилирование возможно в присутствии внешнего спиртового нуклеофила, хотя выходы несколько варьируются. [ 13 ]
 | ( 9 ) |
Когда нет внешнего или внутреннего нуклеофила, происходит окислительное гомосочетание с образованием 1,4-дикарбонильных соединений. [ 14 ]
 | ( 10 ) |
Внутримолекулярно связанные нуклеофилы могут замещать иодбензол с образованием лактонов или других гетероциклов. [ 15 ] Если в циклическом продукте присутствуют кислые водороды, в условиях реакции может произойти переокисление.
 | ( 11 ) |
В ряде случаев перегруппировки осложняют окисление карбонильных соединений гипервалентным йодом. Эрил миграция может происходить в кислых условиях с образованием α-ариловых эфиров из эфиров енолов. [ 7 ] Перегруппировки Фаворского также наблюдались, и они были особенно полезны для синтеза стероидов. [ 16 ]
 | ( 12 ) |
Синтетические приложения
[ редактировать ]Окислительная функционализация эфиров силиленола в низкой концентрации (во избежание гомосочетания) без внешнего нуклеофила приводит к дегидрированию. Это может быть полезным способ получения α,β-ненасыщенных карбонильных соединений при отсутствии функциональных ручек. Например, дегидрирование используется в синтезе стероидов для образования ненасыщенных кетонов. [ 17 ]
 | ( 13 ) |
Сравнение с другими методами
[ редактировать ]Лишь немногие соединения, окисляющие карбонильные соединения, могут соперничать по безопасности, селективности и универсальности с реагентами на основе гипервалентного йода. В других методах α-гидроксилирования карбонильных соединений могут использоваться токсичные металлорганические соединения (такие как тетраацетат свинца или тетраоксид осмия). Одной из альтернатив окислению гипервалентного йода, в котором не используются тяжелые металлы, является воздействие енолята металла на дикислород с последующим восстановлением образующегося пероксида (уравнение ( 14 )). Наиболее популярным методом α-гидроксилирования карбонильных соединений является окисление Руботтома , в котором в качестве субстратов используются эфиры силиленола, а в качестве окислителей — надкислоты. [ 18 ]
 | ( 14 ) |
Окислительные перегруппировки обычно легче осуществить с использованием реагентов гипервалентного йода, чем с использованием других окислителей. Например, реакция Виллгеродта-Киндлера с алкиларилкетонами требует вынуждающих условий и часто дает низкие выходы амидных продуктов.
 | ( 15 ) |
Условия и методика эксперимента
[ редактировать ]Пример процедуры
[ редактировать ] | ( 16 ) |
Гидрокси(мезилокси)иодбензол (3,16 г, 10 ммоль) добавляли к раствору метилтриметилсилилфенилкетенацеталя, полученного из метилфенилацетата (3,33 г, 15 ммоль), в сухом дихлорметане (50 мл). Смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 2 часов, а затем промывали водным раствором бикарбоната натрия (3 × 50 мл). Органическую фазу сушили (MgSO 4 ) и концентрировали в вакууме с получением сырого мезилоксиэфира, который очищали колоночной хроматографией на силикагеле (гексан-дихлорметан, 1:1) с получением 1,58 г (65%) указанного в заголовке соединения, т. пл. 91–92°; ИК (КБр) 1760 см −1 (КО); 1 H ЯМР (CDCl 3 ): δ 3,10 (с, 3H), 3,80 (с, 3H), 6,00 (с, H), 7,40–7,80 (м, 5H); 13 1С ЯМР (CDCl3 ) : δ 168,2 (с), 132,2 (с), 130,0 (с), 129,0 (с), 127,7 (с), 78,9 (с), 53,0 (с), 39,45 (с); МС, м/з 185 (53), 165 (15), 145 (15), 107 (100), 90 (12), 79 (65), 51 (17). [ 19 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мориарти, РМ; Пракаш, О. Орг. Реагировать. 1999 , 54 , 273. два : 10.1002/0471264180.or054.02
- ^ Jump up to: а б Шардт, Британская Колумбия; Хилл, CL Неорг. хим. 1983 , 22 , 1563.
- ^ Мориарти, РМ; Ху, Х. Tetrahedron Lett. 1981 , 22 , 2747.
- ^ Козер, Г.Ф.; Реленый, А.Г.; Калос, АН; Ребрович, Л.; Веттах, RHJ Org. хим. 1982 , 47 , 2487.
- ^ Dneprovskii, A. S.; Krainyuchenko, I. V.; Temnikova, T. I. J. Org. Chem. USSR (Engl. Transl.) 1978 , 14 , 1414.
- ^ Мориарти, РМ; Хм.; Гупта, С. К. Тетраэдр Летт. 1981 , 22 , 1283.
- ^ Jump up to: а б Пракаш, О. Aldrichimica Acta 1995 , 28 , 63.
- ^ Мориарти, РМ; Энгерер, Южная Каролина; Пракаш, О.; Пракаш, И.; Гилл., США; Фриман, Вашингтон, J. Org. хим. 1987 , 52 , 153.
- ^ Тамура, Ю.; Якура, Т.; Тераши, Х.; Харута, Дж.; Кита, Ю. Хим. Фарм. Бык. 1987 , 35 , 570.
- ^ Podolesov, B. J. Org. Chem. 1984 , 49 , 2644.
- ^ Beringer, F. M.; Galton, S. A. J. Org. Chem. 1963 , 28 , 3417.
- ^ Пракаш, О.; Гоял, С. Синтез 1992 , 6291.
- ^ Мориарти, РМ; Пракаш, О.; Дункан, член парламента; Вайд, РК; Мусаллам, HA J. Org. хим. 1987 , 52 , 150.
- ^ Мориарти, РМ; Пракаш, О.; Дункан, член парламента J. Chem. Соц., хим. Коммун. 1985 , 420.
- ^ Moriarty, R. M.; Prakash, O.; Prakash, I.; Musallam, H. A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1984 , 1342.
- ^ Даум, С. Дж. Тетраэдр Летт. 1984 , 25 , 4725.
- ^ Цусима, Т.; Кавада, К.; Цудзи, Т. Тетраэдр Летт. 1982 , 23 , 1165.
- ^ Чен, Британская Колумбия; Чжоу, П.; Дэвис, ФА; Циганек, Е. Орг. Реагировать. 2003 , 62 , 1.
- ^ Мориарти, РМ; Пенмаста, Р.; Авасти, АК; Эпа, RW; Пракаш, IJ Org. хим. 1989, 54 , 1101.