Перегруппировка α-кетола
Перегруппировка α-кетола представляет собой индуцированную кислотой , основанием или нагреванием 1,2-миграцию алкильной или арильной группы в α- гидроксикетоне или альдегиде с образованием изомерного продукта. [1]
Введение
[ редактировать ]Как и другие кетогенные перегруппировки, α-кетоловая перегруппировка включает превращение алкоксида в карбонильную группу с одновременным движением связывающих электронов мигрирующей группы к соседнему тригональному центру. Однако отличительной особенностью этой конкретной перегруппировки является ее обратимость: в результате предпочтение отдается более стабильному α-гидроксикарбонильному соединению. Общая схема перестановки представлена ниже.
(1)
Эта перегруппировка отличается от аналогичных изомеризаций углеводов , которые включают миграцию водорода и происходят через дискретные промежуточные соединения эндиолов. К ним относятся преобразования Лобри-де Брюйна-ван Экенштейна , [2] Хейны [3] и перегруппировки Амадори , [4] и Войт [5] и комната [6] реакции. α-гидроксиимины также могут подвергаться перегруппировке, хотя термодинамическая движущая сила аминокетонов часто слаба (в отсутствие протонных кислот; см. ниже).
Преимущества: большие термодинамические различия в энергии между реагентами и продуктами можно использовать для доведения этих реакций до завершения. На ход реакции также можно влиять посредством конформационного контроля, и она часто проявляется асимметричной индукцией.
Недостатки: поскольку реакция обратима и термодинамически контролируема, ее нельзя использовать для синтеза нестабильных α-гидроксикарбонильных продуктов. Идеальные условия часто трудно определить, и они могут потребовать тщательного анализа катализатора .
Механизм и стереохимия
[ редактировать ]Преобладающий механизм
[ редактировать ]В основных условиях реакция инициируется депротонированием гидроксильной группы. [7] В субстратах не должно быть α-водородов, чтобы предотвратить конкурентные реакции с участием енолятов . В кислых условиях Бренстеда или Льюиса сначала происходит координация с карбонильным кислородом, а в термических условиях одновременно с миграцией происходит внутримолекулярный перенос протона. Обратимость реакции означает, что продукты реакции более термодинамически стабильны, чем соответствующие исходные вещества. Например, исходные материалы, включающие кольцевую деформацию, перегруппируются в продукты, не имеющие деформаций.
(2)
Когда металлов для ускорения перегруппировки используются соли , стереоэлектронные эффекты, возникающие в результате хелатирования соли металла, могут повысить скорость и селективность реакции. Например, при превращении 1 в 2 координация как гидроксильной, так и карбонильной групп с алюминием облегчает быструю и селективную миграцию связи к одноуглеродному мостику. [8] Подобные стереоэлектронные эффекты наблюдались при исследованиях перегруппировки 17-гидрокси-20-кетостероидов . В этом случае кислые условия Льюиса изменили смысл стереоселективности, наблюдаемой для процесса, катализируемого основанием.
(3)
α-Гидроксиимины также могут подвергаться перегруппировке в аминокетоны. Анализ Хэммета и очень отрицательная энтропия активации позволяют предположить, что реакция протекает в одну стадию через согласованное переходное состояние . [9] В результате тонкие конформационные и стерические факторы могут играть роль в скорости и степени этих реакций. Аллильная транспозиция наблюдалась при миграции аллильных групп, но пропаргильные группы подвергаются простой миграции алкила. [10]
Энантиоселективные варианты
[ редактировать ]Хотя примеры энантиоселективных перегруппировок α-кетола, начинающихся с ахиральных α-гидроксикетонов, довольно ограничены, наблюдался ряд примеров 1,2-асимметричной индукции (за счет стереоэлектронных факторов). В одном примере энантиоселективного процесса использование диацетоацетоната никеля (II) и пибокса обеспечило 4 из 34% ее . [11]
(4)
Если можно контролировать относительную ориентацию карбонильной и гидроксильной групп (например, посредством внутримолекулярной водородной связи), можно достичь стереоселективности. Этот конформационный контроль заставляет мигрирующую группу образовывать новую связь с одной стороной карбонильной группы.
Область применения и ограничения
[ редактировать ]Область перегруппировок α-гидроксикетонов и альдегидов ограничена лишь тем, что продукт должен быть термодинамически более стабильным, чем исходное вещество. В некоторых случаях очень тонкие структурные различия диктуют предпочтительное направление изомеризации. Например, согласно «правилу Фаворского», эмпирическому руководящему принципу с многочисленными исключениями, продукты с карбонильной группой, прилегающей к метильной группе или дистальной к фенильной группе, имеют преимущество перед соответствующими изомерами. [12] Во многих тонких случаях, таких как приведенный ниже, часто возникает уменьшение несвязывающих взаимодействий в доминирующих конформациях предпочтительных изомеров. [13]
(5)
Алкоксиаллены с α-гидрокси-заместителем могут после перегруппировки образовывать аллильные спирты. Расширение кольца в этом случае обеспечивает термодинамическую движущую силу. [14]
(6)
Стероидные кетолы подвергались перегруппировке с образованием стероидов с кольцами разного размера. Эти перестановки часто протекают с высокой степенью стереоконтроля. [15]
(7)
Мостиковые кетолы также подвергаются перегруппировке, часто стереоспецифической. [16]
(8)
α-Гидроксиальдегиды имеют сильное термодинамическое предпочтение при перегруппировке в соответствующие кетолы в отсутствие стерических или других факторов.
Перегруппировки α-гидроксииминов предсказать труднее из-за небольших различий в энергии между изомерами. Одним из синтетически полезных применений этой перегруппировки является синтез спироциклов: конденсированные гидроксиимины могут перегруппировываться с образованием соответствующих спироизомеров. [17]
(9)
Сравнение с другими методами
[ редактировать ]Кетол-изомеризация вторичных α-гидроксикарбонильных соединений, протекающая посредством таутомеризации , вероятно, является ближайшим родственником обсуждаемой здесь перегруппировки α-кетола. Также тесно связаны перегруппировки углеводов, такие как трансформация Лобри-де Брюйна-ван Экенштейна . [18] которые включают преобразование в открытую форму с последующей перестановкой и повторным закрытием.
Синтез α-гидроксикарбонильных соединений чаще всего осуществляется либо удлинением цепи, либо окислением карбонильных соединений. В сочетании с альдегидами и кетонами тозилизоцианиды могут использоваться для образования α-гидроксикетонов после гидролиза образующихся оксазолинов. Sp-гибридизированный изоцианидный углерод становится карбонильным углеродом продукта. [19] Существует множество реагентов для окисления енолятов до α-гидроксикарбонильных соединений - в приведенном здесь примере перегруппировка окси-копа приводит к образованию енолята, который затем окисляется в присутствии молекулярного кислорода. [20]
(10)
Условия и методика эксперимента
[ редактировать ]Типичные условия
[ редактировать ]Наиболее распространенные экспериментальные процедуры перегруппировки α-кетолов включают простое нагревание или воздействие основания или кислоты. Однако обнаружение идеальных условий для реакции часто требует обширной оптимизации: простые кислоты и основания Бренстеда не всегда работают хорошо. группы 13 Было показано, что кислоты Льюиса хорошо работают в качестве катализаторов; однако координация катализатора имеет важные стереоэлектронные последствия. Кроме того, в термических условиях внутримолекулярные водородные связи могут влиять на распределение продуктов. Условия перегруппировки α-гидроксииминов аналогичны, хотя образующиеся аминокетоновые продукты обычно выделяют в виде солей соответствующих кислот.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пакетт, Луизиана ; Хофферберт, JE Org. Реагировать. 2003 , 62 , 477–567. дои : 10.1002/0471264180.or062.03
- ^ Готфрид, Дж.; Бенджамин, Г. Индиана, инженер. хим. 1952 , 44 , 141.
- ^ Вроднигг, ТМ; Эдер, Б. Топ. Курс. хим. 2001 , 215 , 115.
- ^ Ходж, Дж. Адв. Углевод. хим. 1955 , 10 , 169.
- ^ Voight, K. J. Prakt. Chem. 1886 , 34, 1. DOI: 10.1002/prac.18860340101
- ^ Петрус, Л.; Петрусова, М.; Гриковинова, З. Топ. Курс. хим. 2001 , 215 , 15.
- ^ Гелин, С.; Гелин, RJ Org. хим. 1979 , 44 , 808.
- ^ Пакетт, Луизиана ; Монтгомери, Ф.Дж.; Ван, TZ J. Org. хим. 1995 , 60 , 7857.
- ^ Стивенс, CL; Хэнсон, ХТ; Тейлор, К.Г. Дж. Ам. хим. Соц. 1966 , 88 , 2769.
- ^ Ватель, Ж.-М.; Дюма, Д.; Горе, Дж. Тетраэдр Летт. 1990 , 31 , 2277.
- ^ Бруннер, Х.; Stöhr, F. Eur. Chem. 2000 , 2777.
- ^ Колард, П.; Эльфимов-Фелькин И.; Верье, М. Булл. Соц. Хим. о. 1961 , 516.
- ^ Бруннер, Х.; Stöhr, F. Eur. Chem. 2000 , 2777.
- ^ Paukstelis, J. V.; Kao, J.-1. J. Am. Chem. Soc. 1972 , 94 , 4783.
- ^ Бишофбергер, Н.; Уокер, KAM J. Org. хим. 1985 , 50 , 3604.
- ^ Крири, X.; Иносенсио, Пенсильвания; Андеринер, ТЛ; Костромин, R.J. Org. хим. 1985 , 50 , 1932.
- ^ Виткоп, Б.; Патрик, JB J. Am. хим. Соц. 1951 , 73 , 2188.
- ^ Ангьял, SJ Top. Курс. хим. , 2001 , 215 , 1.
- ^ Ван Леузен, Д.; ван Леузен, AM Org. Реагировать. 2001 , 57 , 417.
- ^ Пакетт, Луизиана ; ДеРусси, Д.Т.; Пегг, Северная Каролина; Тейлор, RT; Зыдовский, TM J. Org. хим. 1989 , 54 , 4576.