Реакция Бартона
Реакция Бартона , также известная как реакция нитритного эфира Бартона , представляет собой фотохимическую реакцию, которая включает фотолиз алкилнитрита - образованием δ нитрозоспирта с .
Обнаруженная в 1960 году реакция названа в честь своего первооткрывателя, нобелевского лауреата сэра Дерека Бартона . [1] 1969 года была присуждена Бартону Нобелевская премия по химии за работу по пониманию конформаций органических молекул, работу, которая сыграла ключевую роль в осознании полезности реакции Бартона. [2]
Реакция Бартона включает гомолитическое расщепление RO–NO с последующим отщеплением δ-водорода , свободнорадикальной рекомбинацией и таутомеризацией с образованием оксима . [3] Селективность по δ-водороду является результатом конформации 6-членного радикального промежуточного соединения. Часто место отрыва атома водорода можно легко предсказать. Это позволяет регио- и стереоселективно вводить функциональные группы в сложные молекулы с высоким выходом. Благодаря его уникальному для того времени свойству изменять инертные субстраты, Бартон широко использовал эту реакцию в 1960-х годах для создания ряда неестественных аналогов стероидов. [4]
Хотя реакция Бартона не пользуется такой популярностью и не получила широкого распространения, как многие другие органические реакции, вместе с аналогичной по механизму реакцией Хофмана-Леффлера она представляет собой один из первых примеров химии активации CH , области, которая сейчас является темой многих передовых исследований. в кругах промышленной и академической химии. [5]
Получение алкилнитритов
[ редактировать ]Необычный алкилнитритный исходный материал реакции Бартона получают путем атаки спирта на катион нитрозилия, образующийся in situ в результате дегидратации дважды протонированной азотистой кислоты. [6] Эта серия стадий механически идентична первой половине механизма образования более известных солей арила и алкилдиазония .
Хотя синтез алкилнитритов из нитрозилхлорида известен и часто используется в контексте синтеза сложных молекул, реакция обратима, и продукты находятся в термодинамическом равновесии с исходным веществом. Кроме того, нитрозилхлорид является сильным окислителем, и наблюдалось окисление спиртов с сопутствующим хлорированием. [7] Реакция нитрозилхлорида с ароматическими спиртами обычно приводит к нитрозосоединениям и другим продуктам переокисления.
Механизм реакции и региоселективность
[ редактировать ]Реакция Бартона начинается с фотохимически индуцированного разрыва связи нитрит-ON, обычно с использованием ртутной лампы высокого давления. [8] При этом образуется алкиоксильный радикал, который немедленно отрывает атом водорода от δ-углерода. В отсутствие других источников радикалов или других проксимальных реакционноспособных групп алкильный радикал рекомбинирует с нитрозильным радикалом. Полученные нитрозосоединения подвергаются таутомеризации с образованием выделенного оксимного продукта.
Углеродцентрированный радикал может быть перехвачен другими источниками радикалов, такими как йод или акрилонитрил . В первом случае δ-водород заменяется йодом с последующей циклизацией в тетрагидрофуран по реакции SN2 . [9] Второй пример приводит к образованию продукта удлинения цепи, в котором оксим образует на 2 углеродных звена дальше от кислорода, чем обычно. [10]
Эта механистическая гипотеза подтверждается экспериментами по кинетическому изотопному эффекту . [11] Изотопное мечение нитрита 15N показало, что механизм не является «клеточным» и что нитрозильный радикал, образующийся из данного нитрита, случайным образом рекомбинирует с другими алкильными радикалами. Однако было показано, что рекомбинация нитрозильного радикала с алкоксильным радикалом (обратное гомолитическое расщепление) протекает без перемешивания изотопных меток. [12] Отсутствие тесного спаривания радикалов также подтверждается наблюдением, что алкильные радикалы, образующиеся в условиях Бартона, могут подвергаться радикальной циклизации, в то время как аналогичные промежуточные соединения, образующиеся при окислении тетраацетата свинца, этого не делают. [13]
В редких случаях оказывается, что алкоксильный радикал может эпимеризоваться до отрыва атома водорода. [14]
Чаще всего, включая стероидные системы, атом водорода отрывается от метильной группы, которая имеет 1,3-диаксиальное отношение с алкоксильным радикалом. [15] В отсутствие водорода на δ-углероде или когда определенная конформация субстрата ориентирует ε-углерод близко друг к другу, предпочтительным процессом является перенос 1,6-атома водорода. Однако эти реакции, как правило, протекают на порядок медленнее, чем соответствующий перенос атома 1,5-водорода.
Вычислительные исследования показали, что это предпочтение переноса 1,5-атома водорода перед переносом 1,6-атома водорода, по-видимому, является энтропийным, а не результатом особого стабильного переходного состояния, подобного стулу . [16] Фактически было подсчитано, что перенос атома водорода 1,6 происходит через переход, который примерно на 0,8 ккал/моль ниже, чем у 1,5.
В ациклических системах еще наблюдается отщепление δ-водорода, однако отщепление альфа-водорода с образованием соответствующего кетона конкурирует. [17]
В некоторых случаях, особенно в нитритах, полученных из циклопентиловых спиртов, кислородцентрированный радикал предпочитает реагировать через разрыв связи CC, а не через отрыв атома H. [9] Например, при воздействии условий Бартона циклопентилнитрит образует моноксим глутаральдегида. Это также наблюдается в тех случаях, когда промежуточный радикал, образующийся при фрагментации, особенно стабилен, например, аллильный радикал, образующийся при фрагментации нитрита изопулегола. [18]
Варианты
[ редактировать ]В жестких системах, таких как альдостерон, перенос 1,5-атома водорода происходит чрезвычайно быстро, с константой скорости порядка 10^7 с-1. Подобный межмолекулярный перенос атома водорода может быть в 100 раз медленнее. [19] Кроме того, перенос атома водорода выигрывает от образования более прочной связи OH за счет более слабой связи CH. Для образования первичного, второго или третичного алкильного радикала из алкоксильного радикала существует движущая сила 3 ккал/моль, 5 ккал/моль и 9 ккал/моль соответственно. [15]
Алкильный радикал, образующийся после переноса атома водорода, восприимчив к стандартным радикальным реакциям, когда поглотители присутствуют в достаточном избытке, чтобы вытеснить нитрозильный радикал. Вскоре после своего первоначального открытия Бартон и его коллеги сообщили о захвате радикала с помощью I 2 и CCl 3 Br (как источников радикалов йода и брома соответственно) с образованием δ-галогенспирта. Эти виды галогенгидрина могут быть циклизованы до соответствующих производных тетрагидропирана в основных условиях. [20]
Большие избытки активированных алкенов могут быть использованы для перехвата алкильного радикала и приводят к образованию связи CC из неактивированной связи CH. [21]
В присутствии кислорода алкильный радикал улавливается и образует органический пероксирадикал. Это промежуточное соединение захватывается нитрозильным радикалом, а затем изомеризуется с образованием δ-нитратного эфира, который, хотя и стабилен как к кислоте, так и к основанию, может быть восстановлен до соответствующего спирта в мягких условиях. [22]
Применение в синтезе сложных молекул
[ редактировать ]Альдостерона ацетат
[ редактировать ]В публикации, сразу же после первоначального раскрытия Бартоном методологии в Журнале Американского химического общества синтез ацетата альдостерона . , продемонстрирован [23] Взаимодействие ацетата кортикостерона с нитрозилхлоридом в сухом пиридине дает нитрит. Затем облучение в инертной атмосфере с последующей обработкой водным нитритом натрия селективно дает желаемый оксим. Затем оксим ацетилируется и гидролизуется с получением природного продукта полуацеталя .
Пергидрогистрионикотоксин
[ редактировать ]После непродолжительного синтеза для получения желаемой системы спиро-[5.4] нобелевский лауреат Э. Дж. Кори и его коллеги применили реакцию Бартона для селективного введения оксима в 1,3-диаксиальном положении к нитритному эфиру. Оксим превращается в лактам путем перегруппировки Бекмана , а затем восстанавливается до натурального продукта. [24]
Азадирадион
[ редактировать ]Кори снова применил реакцию Бартона в синтезе азадирадиона , члена семейства натуральных продуктов лимоноидов. В этом случае нитрозилсерная кислота . вместо нитрозилхлорида используется [25]
Производные аллобетулина
[ редактировать ]В процессе получения ряда производных тритерпеноида аллобетулина Дехан и его коллеги наблюдали замечательную трансформацию, возникающую в результате двух последовательных переносов 1,5-атома водорода. Хотя продукт однократного переноса 1,5-атома водорода также наблюдался, первое превращение представляет собой формальный перенос 1,7-атома водорода на огромное расстояние. [26]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бартон, DHR; Битон, Дж. М.; Геллер, Л.Е.; Печет, ММ (1960). «Новая фотохимическая реакция». Журнал Американского химического общества . 82 (10): 2640–2641. дои : 10.1021/ja01495a061 .
- ^ Бартон, DHR; Битон, Дж. М.; Геллер, Л.Е.; Печет, ММ (1961). «Новая фотохимическая реакция1». Журнал Американского химического общества . 83 (19): 4076–4083. дои : 10.1021/ja01480a030 .
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Реакция Бартона ». два : 10.1351/goldbook.B00599
- ^ Нуссбаум, Алабама; Юань, ЕП; Робинсон, Швейцария; Митчелл, А.; Оливето, EP; Битон, Дж. М.; Бартон, DHR (1962). «Фотолиз органических нитритов. VII. Фрагментация стероидной боковой цепи». Журнал органической химии . 27 : 20–23. дои : 10.1021/jo01048a004 .
- ^ Гутекунст, WR; Баран, П.С. (2011). «Логика функционализации C – H в полном синтезе». Обзоры химического общества . 40 (4): 1976–91. дои : 10.1039/c0cs00182a . ПМИД 21298176 .
- ^ «Н-Бутилнитрит». Органические синтезы . 16 :7. 1936. doi : 10.15227/orgsyn.016.0007 .
- ^ Бекхэм, Эл-Джей; Фесслер, Вашингтон; Кисе, Массачусетс (1951). «Нитрозилхлорид». Химические обзоры . 48 (3): 319–396. дои : 10.1021/cr60151a001 . ПМИД 24541207 .
- ^ Сугимото, А.; Фукуяма, Т.; Сумино, Ю.; Такаги, М.; Рю, И. (2009). «Микропоточная фоторадикальная реакция с использованием компактного источника света: применение к реакции Бартона, приводящей к получению ключевого промежуточного продукта мирицеровой кислоты А». Тетраэдр . 65 (8): 1593–1598. дои : 10.1016/j.tet.2008.12.063 .
- ^ Перейти обратно: а б Ахтар, М.; Бартон, DHR; Сэммс, П.Г. (1965). «Некоторые реакции радикального обмена во время фотолиза эфиров нитритов1». Журнал Американского химического общества . 87 (20): 4601–4607. дои : 10.1021/ja00948a036 .
- ^ Петрович, Г.; Чекович, З. (1997). «Свободнорадикальное алкилирование удаленного неактивированного атома углерода δ». Тетраэдр Летт . 38 (4): 627–630. дои : 10.1016/s0040-4039(96)02357-x .
- ^ Бартон, DHR; Гессен, Р.Х.; Печет, ММ; Смит, Л.К. (1979). «Механизм реакции Бартона». Журнал Химического общества, Perkin Transactions 1 : 1159. doi : 10.1039/P19790001159 . hdl : 1893/35137 .
- ^ Ахтар, М.; Печет, ММ (1964). «Механизм реакции Бартона». Журнал Американского химического общества . 86 (2): 265–268. дои : 10.1021/ja01056a035 .
- ^ Чекович, Ẑ.; Илиев, Д. (1988). «Внутримолекулярная циклизация алкенильных радикалов, образующихся в результате переноса 1,5-водорода на алкоксирадикалы». Буквы тетраэдра . 29 (12): 1441–1444. дои : 10.1016/S0040-4039(00)80319-6 .
- ^ Никсон, А.; Махаджан, Дж.; Макгуайр, Ф. (1961). «Связь-эпимеризация при фотолизе нитритных эфиров». Журнал органической химии . 26 (9): 3617–3618. дои : 10.1021/jo01067a671 .
- ^ Перейти обратно: а б Чекович, Ж. (2003). «Реакции δ-углеродных радикалов, образующихся при переносе 1,5-водорода, на алкоксильные радикалы». Тетраэдр . 59 (41): 8073–8090. дои : 10.1016/S0040-4020(03)01202-X .
- ^ Дориго, А.Е.; Маккаррик, Массачусетс; Лончарич, Р.Дж.; Хоук, КН (1990). «Переходные структуры для перехода атома водорода к кислороду. Сравнение межмолекулярных и внутримолекулярных процессов, а также систем с открытой и закрытой оболочкой». Журнал Американского химического общества . 112 (21): 7508–7514. дои : 10.1021/ja00177a009 .
- ^ Ишмуратов Г.Я.; Харисов, Р.Ю.; Шаяхметова А.К.; Боцман, ЛП; Шитикова О.В.; Толстиков, Г.А. (2005). «Озонолиз производных рициноловой кислоты и превращения продуктов озонолиза в условиях реакции Бартона». Химия природных соединений . 41 (6): 643–649. дои : 10.1007/s10600-006-0003-z . S2CID 43171151 .
- ^ Буллиард, М.; Бальме, Г.В.; Гор, Дж. (1989). «Фрагментация изопулегола радикальным процессом». Буквы тетраэдра . 30 (17): 2213–2216. дои : 10.1016/S0040-4039(00)99651-5 .
- ^ Робертсон, Дж.; Пиллаи, Дж.; Лаш, РК (2001). «Радикальные транслокационные реакции в синтезе». Обзоры химического общества . 30 (2): 94–103. дои : 10.1039/b000705f .
- ^ Ахтар, М.; Бартон, DHR; Сэммс, П.Г. (1964). «Радикальный обмен при фотолизе нитритов». Журнал Американского химического общества . 86 (16): 3394–3395. дои : 10.1021/ja01070a039 .
- ^ Петрович, Г.; Чекович, Ж. (1999). «Алкилирование удаленных неактивированных атомов δ-углерода: добавление δ-углеродных радикалов, образующихся в результате переноса 1,5-водорода в промежуточных алкокси-радикалах, к активированным олефинам». Тетраэдр . 55 (5): 1377–1390. дои : 10.1016/S0040-4020(98)01110-7 .
- ^ Аллен, Дж.; Кабан, РБ; МакГи, Дж. Ф.; Бартон, DHR (1973). «Фотолиз нитрита в присутствии кислорода. Улучшенный синтез 32-оксигенированных ланостанов». Журнал Химического общества, Perkin Transactions 1 : 2402. doi : 10.1039/P19730002402 .
- ^ Бартон, DHR; Битон, Дж. М. (1960). «Синтез ацетата альдостерона». Журнал Американского химического общества . 82 (10): 2641. doi : 10.1021/ja01495a062 .
- ^ Кори, Э.Дж. (1975). «Простой полный синтез (+-)-пергидрогистрионикотоксина». Журнал Американского химического общества . 97 (2): 430–431. дои : 10.1021/ja00835a039 . ПМИД 1169269 .
- ^ Кори, Э.Дж.; Хал, RW (1989). «Синтез лимоноида азадирадиона». Буквы тетраэдра . 30 (23): 3023–3026. дои : 10.1016/S0040-4039(00)99392-4 .
- ^ Дехаен, В.; Машенцева А.А.; Сейтембетов, Т.С. (2011). «Аллобетулин и его производные: синтез и биологическая активность» . Молекулы . 16 (12): 2443–2466. дои : 10.3390/molecules16032443 . ПМК 6259842 . ПМИД 21403601 .
- Ласло Курти , Барбара Чако : Стратегическое применение названных реакций в органическом синтезе ; Elsevier Academic Press, Берлингтон-Сан-Диего-Лондон, 2005 г., 1-е издание; ISBN 0-12-369483-3 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
