Триметиленметановое циклоприсоединение
Циклоприсоединение триметиленметана представляет собой формальное (3+2) аннелирование производных триметиленметана ( ТММ ) к двухатомным пи-системам . Хотя ТММ сам по себе слишком реакционноспособен и нестабилен для хранения, реагенты , которые могут генерировать ТММ или синтоны ТММ in situ, могут использоваться для проведения реакций циклоприсоединения с соответствующими акцепторами электронов . с дефицитом электронов Как правило, пи-связи подвергаются циклизации с помощью ТММ легче, чем богатые электронами пи-связи. [1]
Введение
[ редактировать ]Триметиленметан представляет собой нейтральную четырехуглеродную молекулу, состоящую из четырех пи-связей; таким образом, он должен быть выражен либо как молекула, не принадлежащая Кекуле , либо как цвиттер-ион . Орбитальные энергетические уровни ТММ показывают, что он обладает синглетными и триплетными состояниями ; как правило, эти состояния демонстрируют разные профили реакционной способности и селективности . [2] Считается, что синглетное (3+2) циклоприсоединение, когда оно согласовано, происходит под пограничным орбитальным контролем. Когда задействованы богатые электронами ТММ, орбиталь А служит ВЗМО (что приводит к образованию слитых продуктов, если ТММ является циклическим). Когда задействованы бедные электронами (или незамещенные) ТММ, S -орбиталь служит ВЗМО (что приводит к образованию мостиковых продуктов, если ТММ является циклическим). Циклоприсоединения с участием триплетного состояния происходят ступенчато и обычно приводят к конфигурационному скремблированию в двухатомном компоненте. [3]
Быстрое закрытие ТММ до метилиденциклопропанов является общей проблемой, которая влияет на скорость и выход реакций (3+2) циклоприсоединения с участием этого класса промежуточных продуктов реакции . [4] Проблема, как правило, менее серьезна для пятичленных циклических TMM из-за деформации колец в соответствующих MCP. Когда замыкание цикла и димеризацию ТММ можно контролировать, циклоприсоединение (3+2) дает изомерные смеси метиленциклопентанов. полезных промежуточных продуктов ТММ использовались три класса соединений: диазены , силилзамещенные аллилацетаты Для создания синтетически и метиленциклопропены. переходными металлами Катализ можно использовать с двумя последними классами, хотя полярные МКП могут открываться под действием света или тепла (см. Ниже).
Механизм и стереохимия
[ редактировать ]Преобладающие механизмы
[ редактировать ]Диазены могут вытеснять азот с образованием дискретных промежуточных продуктов ТММ. Обычно мостиковые диазены используются, чтобы избежать конкурентного замыкания с MCP и реакций димеризации. [5] В сочетании с алкеновым акцептором происходит циклизация с образованием конденсированных или мостиковых продуктов. Обычно предпочтительны конденсированные продукты, если только предшественник диазена не замещен электронодонорными группами у атома углерода метилена . Конфигурация алкена сохраняется до тех пор, пока реакция протекает через синглетный ТММ. [6]
При наличии стабилизирующих групп МКП могут открываться для соответствующих цвиттер-ионных ТММ. [7] ацеталь 1 В этом контексте использовался , который с высокой селективностью обеспечивает циклопентаны с ацетальной функциональностью вне новообразованного кольца. Эта реакция также стереоспецифична в отношении геометрии алкенов и . в большинстве случаев демонстрирует высокую селективность в отношении эндопродуктов
МЧК, лишенные стабилизирующих групп, могут генерировать синтоны ТММ в присутствии палладиевых (0) или никелевых (0) катализаторов. [8] Формальное введение катализатора в любую из двух химически различных циклопропановых связей (называемых «дистальной» и «проксимальной», чтобы отразить их расстояние от двойной связи ) может привести к образованию изомерных продуктов. Обычно палладиевые катализаторы вызывают формальный разрыв дистальной связи. Считается, что этот процесс происходит за счет прямой атаки дистальной связи на координированный алкен. Реакция протекает ступенчато и не имеет стереоспецифичности как при палладиевом, так и при никелевом катализе.
Силилированные аллильные ацетаты, карбонаты и другие замещенные аллильные соединения могут образовывать синтоны ТММ при катализе палладием. [9] Реакция является высоко региоселективной , обеспечивая только схему замещения, показанную ниже, независимо от положения группы R' в исходном аллилацетате. Однако циклизация происходит ступенчато и не проявляет стереоспецифичности. Происходит быстрая рацемизация хиральных умеренная пи-аллильных комплексов палладия, а в реакциях хиральных аллилацетатов наблюдается лишь . диастереоселективность Однако хиральные нерацемические алкены могут проявлять диастереоселективность от умеренной до высокой.
Стереоселективные варианты
[ редактировать ]Хиральные вспомогательные вещества алкенового партнера использовались для стереоселективных превращений. В реакции , полученных из камфорсултама ненасыщенных амидов , для достижения высокой селективности были необходимы более низкие температуры. [10]
В реакциях силилзамещенных аллилацетатов хиральные сульфоксиды можно использовать для обеспечения высокой диастереофациальной селективности. [11]
Область применения и ограничения
[ редактировать ]Основными ограничениями циклоприсоединения ТММ с использованием диазенов являются конкурентное образование MCP и димеров. Чтобы обойти эти проблемы, необходимо использовать либо очень высокие концентрации алкена, либо циклоприсоединение должно быть внутримолекулярным. Стереоселективность и сайт-селективность также могут быть выше во внутримолекулярных вариантах циклоприсоединения, начиная с диазенов. [12]
Обычно, если не задействована циклическая пи-система, циклоприсоединения ТММ проявляют 2π-периселективность и не реагируют с более крупными пи-системами. Полярные МКП, например, реагируют только с двойной связью 2,3 полиненасыщенных эфиров . [13]
Реакции, катализируемые переходными металлами, могут быстро генерировать интересные функциональные возможности. Пропелланы были получены в результате внутримолекулярной циклизации под палладиевым катализом. [14]
Силилированные аллилацетаты можно использовать для внутри- или межмолекулярных применений. Карбонильные соединения могут быть использованы в качестве 2π-компонента при соответствующих условиях. Например, в присутствии индиевого сокатализатора реакционноспособный 2π-компонент циклоприсоединения, показанного ниже, переключается с CC на двойную связь CO. [15]
Поляризованные триметиленметаны, образующиеся из полярных МЧК, также являются полезными субстратами для реакций (3+2) с полярными двойными связями в качестве 2π-компонента. Ортоэфирные продукты обычно предпочтительнее кетенацеталей . [16]
Синтетические приложения
[ редактировать ]Высокая стереоспецифичность и стереоселективность, присущая многим реакциям циклоприсоединения ТММ, является существенным преимуществом; например, транс- кольцевое соединение в аддукте циклоприсоединения ТММ 2 было осуществлено при синтезе (+)- брефелдина А. [17]
Сравнение с другими методами
[ редактировать ]Хотя 1,3-диполярное циклоприсоединение является полезным методом получения пятичленных гетероциклических соединений , существует мало методов синтеза пятичленных карбоциклических колец за одну стадию посредством аннелирования. Большинство из них, например циклоприсоединение ТММ, основаны на образовании подходящего трехатомного компонента для сочетания со стабильным двухатомным партнером, таким как алкен или алкин . При нагревании циклопропенацетали перегруппировываются в винилкарбены, которые могут служить трехатомным компонентом в циклоприсоединениях с сильноэлектронодефицитными алкенами. [18] Гомоеноляты цинка также могут служить непрямыми трехатомными компонентами и подвергаться циклизации до циклопентенонов в присутствии ненасыщенного сложного эфира. [19] Тандемная межмолекулярно-внутримолекулярная циклизация гомопропаргильных радикалов приводит к метиленциклопропанам . [20]
Условия и методика эксперимента
[ редактировать ]Типичные условия
[ редактировать ]Оптимальные условия циклоприсоединения ТММ зависят как от источника ТММ, так и от двухатомного компонента. Однако появилось несколько общих принципов для каждого из источников ТММ.
В реакциях диазенов следует использовать дегазированные растворители, чтобы избежать радикальных реакций с кислородом. Тетрагидрофуран (ТГФ) при кипячении с обратным холодильником является наиболее часто используемой системой растворителей, но фотодиссоциации также можно использовать условия при низкой температуре.
Реакции с использованием полярных MCP обычно проводятся в полярном растворителе , чтобы облегчить образование промежуточного соединения ТММ. Хотя строгое исключение воздуха и воды не требуется, обычно оно является предпочтительным.
Для реакций MCP, катализируемых переходными металлами, выбор катализатора и лигандной системы является ключевым. Обычно фосфиновые или фосфитные лиганды необходимы в сочетании с источником палладия(0) или никеля(0); наиболее распространенными являются Pd 2 (dba) 3 и Ni(cod) 2 . Три(изопропил)фосфин является наиболее распространенным лигандом, используемым с палладием, а триарилфосфиты обычно добавляют в реакциях, катализируемых никелем.
Для реакций силилированных аллилацетатов, катализируемых переходными металлами, наиболее часто используемой каталитической системой является ацетат палладия (II) и три(изопропил)фосфит. Реакции обычно проводят в ТГФ при температуре от 60 до 110 °С. Выбор растворителя или уходящей группы может повлиять на ход реакции.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ямаго, С.; Накамура, Э. Орг. Реагировать. 2003 , 61 , два : 10.1002/0471264180.or061.01
- ^ Бэйсмен, Р.Дж.; Пратт, Д.В.; Чоу, М.; Дауд, П.Дж.Ам. хим. Соц. 1976 , 98 , 5726.
- ^ Платц, М.С.; Берсон, JA J. Am. хим. Соц. 1980 , 102 , 2358.
- ^ Yamago, S.; Nakamura, E. J. Am. Chem. Soc. 1989 , 111 , 7285.
- ^ Персона, JA Acc. хим. Рез. 1978 , 11 , 446.
- ^ Берсон, Дж.А.; Дункан, компакт-диск; Корвин, LR J. Am. хим. Соц. 1974 , 96 , 6175.
- ^ Накамура, Э.; Ямаго, С.; Эджири, С.; Дориго, А.Е.; Морокума, KJ Am. хим. Соц. 1991 , 113 , 3183.
- ^ Бингер, П.; Бюх, HM Top. Курс. хим. 1987 , 135 , 77.
- ^ Трост, Б.М. Энджью. хим. Межд. Эд. англ. 1986 , 25 , 1.
- ^ Бингер, П.; Шефер, Б. Tetrahedron Lett. 1988 , 29 , 529.
- ^ Шейн, Ф.; Готтеланд, Ж.-П.; Малакрия, М. Тетраэдр Летт. 1989 , 30 , 1803.
- ^ Литтл, Р.Д.; Мюллер, GW J. Am. хим. Соц. 1981 , 103 , 2744.
- ^ Nakamura, E.; Yamago, S. Acc. Chem. Res. 2002 , 35 , 867.
- ^ Ямаго, С.; Накамура, Э. Тетраэдр 1989 , 45 , 3081.
- ^ Трост, Б.М.; Шарма, С.; Шмидт, TJ Am. хим. Соц. 1992 , 114 , 7903.
- ^ Ямаго, С.; Накамура, EJ Org. хим. 1990 , 55 , 5553.
- ^ Трост, Б.М.; Линч, Дж.; Рено, П.; Штайнман, DH J. Am. хим. Соц. 1986 , 108 , 284.
- ^ Богер, Д.Л.; Браттон, CE J. Am. хим. Соц. 1986 , 108 , 6695.
- ^ Кримминс, Монтана; Нантермет, PG J. Org. хим. 1990 , 55 , 4235.
- ^ Карран, ДП; Чен, М.-Х. Дж. Ам. хим. Соц. 1987 , 109 , 6558.