Jump to content

Гидроаминирование

В органической химии гидроаминирование присоединение это N-H Связь амина через кратную связь углерод- алкена углерод , алкина , диена или аллена . [ 1 ] В идеальном случае гидроаминирование является атомарно-экономичным и экологически безопасным . [ 2 ] Амины распространены в тонкой химической, фармацевтической и сельскохозяйственной промышленности. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Гидроаминирование можно использовать внутримолекулярно для создания гетероциклов или межмолекулярно с отдельным амином и ненасыщенным соединением . Разработка катализаторов гидроаминирования остается активным направлением, особенно для алкенов. Хотя практические реакции гидроаминирования можно проводить для диенов и электрофильных алкенов, термин «гидроаминирование» часто подразумевает реакции, катализируемые металлами.

Гидроаминирование — хорошо зарекомендовавшая себя технология получения ароматических веществ из мирцена . В этом превращении диэтиламин присоединяется к диеновому заместителю, реакция катализируется диэтиламидом лития. [ 7 ] О внутримолекулярном гидроаминировании сообщил Тобин Дж. Маркс в 1989 году с использованием металлоцена , полученного из редкоземельных металлов, таких как лантан , лютеций и самарий . Каталитическая скорость обратно пропорциональна ионному радиусу металла, возможно, вследствие стерического вмешательства лигандов. [ 8 ] В 1992 году Маркс разработал первые хиральные катализаторы гидроаминирования с использованием хирального вспомогательного вещества, которые были первыми катализаторами гидроаминирования, в которых предпочтение отдавалось только одному конкретному стереоизомеру . Хиральные вспомогательные вещества на металлоценовых лигандах использовали для определения стереохимии продукта. [ 9 ] О первых неметаллоценовых хиральных катализаторах было сообщено в 2003 году, в них использовались бисариламидо- и аминофенолятные лиганды для обеспечения более высокой энантиоселективности . [ 10 ]

Известные катализаторы гидроаминирования по годам публикации

Объем реакции

[ редактировать ]

Гидроаминирование исследовали с использованием различных аминов, ненасыщенных субстратов и самых разных катализаторов. Исследованные амины охватывают широкий спектр, включая первичные, вторичные, циклические, ациклические и анилины с разнообразными стерическими и электронными заместителями. Ненасыщенные субстраты, которые были исследованы, включают алкены, диены, алкины и аллены. Для внутримолекулярного гидроаминирования были исследованы различные аминоалкены. [ 11 ]

Продукты

[ редактировать ]

Присоединение по ненасыщенной углерод-углеродной связи может быть марковниковским или антимарковниковским в зависимости от катализатора. [ 12 ] При рассмотрении возможности хиральности R/S можно получить четыре продукта: марковниковское присоединение с R или S и антимарковниковское присоединение с R или S. Хотя было много сообщений о каталитическом гидроаминировании с широким кругом металлов, существуют далеко не все. меньше описаний энантиоселективного катализа для избирательного получения одного из четырех возможных продуктов. Недавно появились сообщения об избирательном получении термодинамического или кинетического продукта , который может быть связан с рацемическими марковниковскими или антимарковниковскими структурами (см. ниже «Термодинамический и кинетический продукт»).

Возможные региоселективные и стереоселективные продукты

Катализаторы и каталитический цикл

[ редактировать ]

Реакции гидроаминирования представляют собой процессы с эффективным использованием атомов , в которых обычно используются легкодоступные и дешевые исходные материалы, поэтому весьма желательна общая каталитическая стратегия. Кроме того, стратегии прямого каталитического гидроаминирования в принципе имеют значительные преимущества по сравнению с более классическими методами получения аминосодержащих соединений, включая сокращение количества необходимых стадий синтеза.

[ 13 ]

Однако реакции гидроаминирования создают некоторые серьезные проблемы для катализа: сильное электронное отталкивание неподеленной пары атома азота и богатой электронами кратной связи углерод-углерод в сочетании с энтропийно неблагоприятными реакциями гидроаминирования (особенно межмолекулярной версией), [ 14 ] [ 15 ] приводит к большому барьеру реакции. Проблемы региоселективности также препятствуют синтетической полезности полученных продуктов: присоединение амина по Марковникову является наиболее распространенным результатом по сравнению с менее предпочтительным присоединением антимарковникова (см. Рисунок). В результате в настоящее время существует множество катализаторов, которые можно использовать для гидроаминирования алкеновых, алленовых и алкиновых субстратов, включая различные гетерогенные катализаторы на основе металлов, комплексы ранних переходных металлов (например, титана и циркония), комплексы поздних переходных металлов (например, рутений и палладий), комплексы лантаноидов и актинидов (например, самария и лантана), а также кислоты и основания Бренстеда. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

Катализаторы

[ редактировать ]

Сообщалось, что многие комбинации металлов и лигандов катализируют гидроаминирование, включая элементы основной группы, включая щелочные металлы, такие как литий , [ 11 ] металлы 2 группы, такие как кальций , [ 19 ] а также металлы 3-й группы, такие как алюминий , [ 20 ] индий , [ 21 ] и висмут . [ 22 ] В дополнение к этим примерам основной группы были проведены обширные исследования переходных металлов с сообщениями о ранних, средних и поздних металлах, а также об элементах первого, второго и третьего ряда. Наконец, лантаноиды были тщательно исследованы. Цеолиты также показали полезность при гидроаминировании. [ 11 ]

Каталитические циклы

[ редактировать ]

Механизм гидроаминирования, катализируемого металлами , хорошо изучен. [ 11 ] Особенно хорошо изучено лантанидорганическое катализируемое внутримолекулярное гидроаминирование алкенов. [ 23 ] Сначала катализатор активируется путем амидного обмена, образуя активный катализатор (i). Далее алкен встраивается в связь Ln-N (ii). [ 24 ] Наконец, происходит протонолиз с образованием циклизованного продукта и одновременной регенерацией активного катализатора (iii). Хотя этот механизм основан на использовании лантаноидного катализатора, он является основой катализаторов на основе редкоземельных металлов, актинидов и щелочных металлов .

Предлагаемый каталитический цикл внутримолекулярного гидроаминирования

Катализаторы гидроаминирования поздних переходных металлов имеют несколько моделей, основанных на стадии региоселективного определения. Четырьмя основными категориями являются (1) нуклеофильная атака на алкен-алкин или аллильный лиганд и (2) внедрение алкена в связь металл-амид. [ 11 ] Общие каталитические циклы представлены ниже. Механизмы подтверждаются исследованиями скорости , изотопной маркировкой и улавливанием предлагаемых промежуточных продуктов.

Общие каталитические циклы гидроаминирования

Термодинамика и кинетика

[ редактировать ]

Реакция гидроаминирования примерно термохимически нейтральна. Однако реакция страдает от высокого активационного барьера , возможно, из-за отталкивания богатого электронами субстрата и аминного нуклеофила . Межмолекулярная реакция также сопровождается сильно отрицательным изменением энтропии , что делает ее неблагоприятной при более высоких температурах.

[ 14 ] [ 15 ] Следовательно, для протекания этой реакции необходимы катализаторы. [ 3 ] [ 11 ] Как обычно в химии, внутримолекулярные процессы протекают быстрее, чем межмолекулярные.

Термодинамический и кинетический продукт

[ редактировать ]

В общем, для эффективного функционирования большинства катализаторов гидроаминирования требуются повышенные температуры, и поэтому только термодинамический продукт наблюдается выделении и характеристике более редкого и более синтетически ценного кинетического аллиламинового . Сообщалось о продукта, когда аллены использовались в ненасыщенном субстрате. В одной системе использовалась температура 80 °C с родиевым катализатором и производными анилина в качестве амина. [ 25 ] В другой описанной системе использовался палладиевый катализатор при комнатной температуре с широким спектром первичных и вторичных циклических и ациклических аминов. [ 26 ] Обе системы с высоким выходом давали желаемые аллиламины, которые содержат алкен, который можно дополнительно функционализировать посредством традиционных органических реакций.

Возможные термодинамические и кинетические продукты при использовании аллена

Гидроаминирование, катализируемое основанием

[ редактировать ]

Сильные основания примером может служить этилирование пиперидина : этиленом катализируют гидроаминирование , [ 27 ]

Гидроаминирование этилена пиперидином протекает без катализатора из переходных металлов, но требует сильного основания.

Такие реакции, катализируемые основаниями, хорошо протекают с этиленом, но высшие алкены менее реакционноспособны.

Гидроаминирование, катализируемое комплексами группы (IV)

[ редактировать ]

Некоторые титана и циркония комплексы катализируют межмолекулярное гидроаминирование алкинов и алленов. [ 3 ] И стехиометрический , и каталитический варианты первоначально были исследованы с бис(амидо)-комплексами цирконоцена . Титаноценовые амидо- и сульфонамидокомплексы катализируют внутримолекулярное гидроаминирование аминоалкенов посредством [2+2]-циклоприсоединения , которое образует соответствующий азаметаллациклобутан, как показано на рисунке ниже. Последующий протонолиз поступающим субстратом дает продукт α-винилпирролидин ( 1 ) или тетрагидропиридин ( 2 ). Экспериментальные и теоретические данные подтверждают предложенный имидо-промежуточный продукт и механизм с нейтральными катализаторами группы IV.

Каталитическое гидроаминирование аминоалленов с образованием хиральных α-винилпирролидиновых ( 1 ) и тетрагидропиридиновых ( 2 ) продуктов.

Формальное гидроаминирование

[ редактировать ]

Присоединение водорода и аминогруппы (NR 2 ) с использованием реагентов, отличных от амина HNR 2, известно как реакция «формального гидроаминирования». Хотя в результате преимущества атомной экономии и/или доступности источника азота уменьшаются, потенциально полезными являются большая термодинамическая движущая сила, а также возможность настройки аминирующего реагента. Вместо амина используются сложные эфиры гидроксиламина. [ 28 ] и нитроарены [ 29 ] были зарегистрированы как источники азота.

Приложения

[ редактировать ]

Гидроаминирование может найти применение благодаря ценной природе получаемого амина, а также экологичности процесса. Функционализированные аллиламины , которые можно получить гидроаминированием, имеют широкое фармацевтическое применение, хотя в настоящее время такие виды гидроаминированием не получают. Гидроаминирование было использовано для синтеза аллиламина циннаризина с количественным выходом. Циннаризин лечит как головокружение , так и морской болезнью , связанную с тошноту . [ 26 ]

Синтез циннаризина путем гидроаминирования.

Гидроаминирование перспективно также для синтеза алкалоидов . Примером может служить стадия гидроаминирования, используемая при полном синтезе (-)-эпимиртина. [ 30 ]

Катализируемое золотом гидроаминирование используется для полного синтеза (-)-эпимиртина. [ 30 ]

См. также

[ редактировать ]

В эту статью включен текст Дэвида Майкла Барбера, доступный по лицензии CC BY 2.5 .

  1. ^ Тони, Антионио; Грюцмахер, Хансйорг (2001). Каталитическая гетерофункционализация: от гидроанимации к гидроцирконированию (1-е изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/3527600159 . ISBN  978-3527302345 .
  2. ^ Беллер, М.; Болм, К. (2004). Переходные металлы для органического синтеза: строительные блоки и тонкие химикаты (2-е изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/9783527619405 . ISBN  9783527306138 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с Резниченко А.Л.; Хультч, К.К. (2015). Гидроаминирование алкенов . Том. 88. с. 1. дои : 10.1002/0471264180.или088.01 . ISBN  978-0471264187 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  4. ^ Хульч, Кай К. (2005). «Каталитическое асимметрическое гидроаминирование неактивированных олефинов». Орг. Биомол. хим. (Обзор). 3 (10): 1819–1824. дои : 10.1039/b418521h . ПМИД   15889160 .
  5. ^ Хартвиг, Дж. Ф. (2004). «Разработка катализаторов гидроаминирования олефинов» (PDF) . Чистое приложение. хим. 76 (3): 507–516. дои : 10.1351/pac200476030507 . S2CID   29945266 .
  6. ^ Полки, Ф.; Дой, С. (2003). «Каталитическое гидроаминирование алкинов». хим. Соц. Откр. 32 (2): 104–114. дои : 10.1039/b200386b . ПМИД   12683107 .
  7. ^ Такабе, К.; Катахири, Т.; Танака, Дж.; Фудзита, Т.; Ватанабэ, С.; Шуга, К. (1989). «Добавление диалкиламинов к мирцену: N,N-диэтилгераниламин». Орг. Синтез. 67 : 44. дои : 10.15227/orgsyn.067.0044 .
  8. ^ Ганье, MR; Маркс, Ти Джей (1989). «Гидроаминирование, катализируемое органолантанидами. Легкая региоспецифическая циклизация незащищенных аминоолефинов». Дж. Ам. хим. Соц. 111 (11): 4108. doi : 10.1021/ja00193a056 .
  9. ^ Ганье, MR; Брард, Л.; Контичелло, вице-президент; Джарделло, Массачусетс; Маркс, Ти Джей; Стерн, CL (1992). «Эффекты стереоселекции при каталитическом гидроаминировании / циклизации аминоолефинов в хиральных органолантаноидных центрах». Металлоорганические соединения . 11 (6): 2003. doi : 10.1021/om00042a012 .
  10. ^ О'Шонесси, Пенсильвания; Скотт, П. (2003). «Биариламинные лиганды для энантиоселективного гидроаминирования / циклизации аминоалкенов, катализируемого лантанидами». Асимметрия тетраэдра . 14 (14): 1979. doi : 10.1016/s0957-4166(03)00429-4 .
  11. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Мюллер, Томас Э.; Беллер, Матиас (1998). «Аминирование алкенов и алкинов, инициированное металлами». хим. Откр. 98 (2): 675–704. дои : 10.1021/cr960433d . ПМИД   11848912 .
  12. ^ Беллер, М.; Сияд, Дж.; Тиллак, А.; Цзяо, Х. (2004). «Каталитическая марковниковская и антимарковниковская функционализация алкенов и алкинов: последние события и тенденции». Энджью. хим. Межд. Эд. 43 (26): 3368–3398. дои : 10.1002/anie.200300616 . ПМИД   15221826 .
  13. ^ Сальваторе, Р.Н.; Юн, Швейцария; Юнг, К.В. (2001). «Синтез вторичных аминов». Тетраэдр . 57 (37): 7785–7811. дои : 10.1016/S0040-4020(01)00722-0 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Брюне, Ж.-Ж.; Найбекер, Д.; Нидеркорн, Ф. (1989). «Функционализация алкенов: каталитическое аминирование моноолефинов». Дж. Мол. Катал. 49 (3): 235–259. дои : 10.1016/0304-5102(89)85015-1 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Джонс, AM; Сакаи, Н.; Риддер, А.; Хартвиг, Дж. Ф. (2006). «Прямое измерение термодинамики гидроаминирования виниларена». Дж. Ам. хим. Соц. 128 (29): 9306–9307. дои : 10.1021/ja062773e . ПМИД   16848446 .
  16. ^ Мюллер, ТЭ; Хульч, КЦ; Юс, М.; Фубело, Ф.; Тада, М. (2008). «Гидроаминирование: прямое добавление аминов к алкенам и алкинам». хим. Откр. 108 (9): 3795–3892. дои : 10.1021/cr0306788 . ISSN   0009-2665 . ПМИД   18729420 .
  17. ^ Алонсо, Ф.; Белецкая, ИП; Юс, М. (2004). «Присоединение гетероатом-водородных связей к алкинам, катализируемое переходными металлами». хим. Откр. 104 (6): 3079–3160. дои : 10.1021/cr0201068 . ISSN   0009-2665 . ПМИД   15186189 .
  18. ^ Айо, И.; Коллин, Дж.; Ханнедуш, Ж.; Шульц, Э. (2007). «Асимметричное гидроаминирование неактивированных кратных связей углерод-углерод». Далтон Транс. (44): 5105–5118. дои : 10.1039/b711126f . ISSN   1477-9226 . ПМИД   17985016 .
  19. ^ Криммин, MR; Кейсли, Эй Джей; Хилл, Миссисипи (2005). «Катализ внутримолекулярного гидроаминирования, опосредованный кальцием». Дж. Ам. хим. Соц. 127 (7): 2042–2043. дои : 10.1021/ja043576n . ПМИД   15713071 .
  20. ^ Коллер, Дж.; Бергман, Р.Г. (2010). «Высокоэффективное гидроаминирование/гидразинирование карбодиимидов, катализируемое алюминием». Металлоорганические соединения . 29 (22): 5946–5952. дои : 10.1021/om100735q .
  21. ^ Сарма, Р.; Праджапати, Д. (2011). «Тандемное гидроаминирование/гидроалкилирование концевых алкинов, катализируемое индием». хим. Коммун. 47 (33): 9525–7. дои : 10.1039/c1cc13486h . ПМИД   21776504 .
  22. ^ Комэяма, К.; Коя, Ю.; Охама, Ю.; Такаки, ​​К. (2011). «Тандемная еновая реакция/гидроаминирование аминоолефиновых и -алленовых соединений, катализируемая Bi(OTf) 3 ». хим. Коммун. 47 (17): 5031–5033. дои : 10.1039/c0cc05258b . ПМИД   21423974 .
  23. ^ Хонг, С.; Маркс, Ти Джей (2004). «Гидроаминирование, катализируемое органолантанидами». Акк. хим. Рез. 37 (9): 673–686. дои : 10.1021/ar040051r . ПМИД   15379583 .
  24. ^ Крэбтри, Роберт Х. (2005). Металлоорганическая химия переходных металлов (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли. ISBN  978-0-471-66256-3 .
  25. ^ Кук, МЛ; Сюй, К.; Брейт, Б. (2012). «Энантиоселективный родий-катализируемый синтез разветвленных аллильных аминов путем межмолекулярного гидроаминирования концевых алленов». Энджью. хим. Межд. Эд. 51 (43): 10876–10879. дои : 10.1002/anie.201206594 . ПМИД   23011801 .
  26. ^ Перейти обратно: а б Бек, Дж. Ф.; Самбланет, округ Колумбия; Шмидт, JAR (2013). «Межмолекулярное гидроаминирование 1-замещенных алленов, катализируемое палладием: экономичный метод синтеза N-аллиламинов». РСК Адв. 3 (43): 20708–20718. Бибкод : 2013RSCAd...320708B . дои : 10.1039/c3ra43870h .
  27. ^ Волленсак, Дж.; Клоссон, Р.Д. (1963). «Н-Этилпиперидин». Орг. Синтез. 43 : 45. дои : 10.15227/orgsyn.043.0045 .
  28. ^ Мики, Ю.; Хирано, К.; Сато, Т.; Миура, М. (2013). «Межмолекулярное региоселективное гидроаминирование стирола, катализируемое медью, полиметилгидросилоксаном и гидроксиламинами». Энджью. хим. Межд. Эд. 52 (41): 10830–10834. дои : 10.1002/anie.201304365 . ISSN   1521-3773 . ПМИД   24038866 .
  29. ^ Гуй, Дж.; Пан, К.-М.; Джин, Ю.; Цинь, Т.; Ло, Джей Си; Ли, Би Джей; Спергель, С.Х.; Мерцман, Мэн; Питтс, WJ (2015). «Практическое гидроаминирование олефинов нитроаренами» . Наука . 348 (6237): 886–891. Бибкод : 2015Sci...348..886G . дои : 10.1126/science.aab0245 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   25999503 .
  30. ^ Перейти обратно: а б Трин, ТТН; Нгуен, К.Х.; Амарал, П. де А.; Гуо, Н. (2013). «Полный синтез (-)-эпимиртина методом гидроаминирования, катализируемого золотом» . Байльштейн Дж. Орг. хим. 9 : 2042–2047. дои : 10.3762/bjoc.9.242 . ПМЦ   3817515 . ПМИД   24204417 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6b924a6be1c4ca57495ada041f8c70f8__1691271960
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6b/f8/6b924a6be1c4ca57495ada041f8c70f8.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Hydroamination - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)