Окисление Флеминга-Тамао

Окисление Флеминга-Тамао
Назван в честь	Ян Флеминг ; Жареные креветки
Тип реакции	Органическая окислительно-восстановительная реакция
Идентификаторы
Портал органической химии	Флеминг-Тамао-окисление
RSC Идентификатор онтологии	RXNO: 0000210

Окисление Флеминга -Тамао , или окисление Тамао-Кумады-Флеминга , преобразует связь углерод - кремний в связь углерод - кислород с помощью перкислоты или перекиси водорода . Окисление Флеминга-Тамао относится к двум немного различным условиям, разработанным одновременно в начале 1980-х годов исследовательскими группами Кохеи Тамао и Яна Флеминга . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Реакция стереоспецифична с сохранением конфигурации по связи углерод–кремний. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Это позволяет использовать кремниевую группу в качестве функционального эквивалента гидроксильной группы. Еще одной ключевой особенностью кремниевой группы является то, что она относительно стабильна из-за присутствия атома кремния и, следовательно, может переносить различные условия реакции, которые не переносит гидроксильная группа. Благодаря стабильности кремниевой группы кремнийорганические соединения полезны при общем синтезе сложных природных продуктов и фармацевтических препаратов . Например, окисление Флеминга-Тамао использовалось для синтеза субъединиц таутомицина . ^{[ 4 ]} ингибитор , который используется в качестве ведущего соединения, вызывающего рак, и как иммунодепрессант .

История

году Тамао и его коллеги первыми сообщили об успешном превращении аллилалкоксисилила аллиловый в В 1983 спирт без аллильного сдвига . ^{[ 5 ]} В своем отчете химики отметили, что гидроксильная группа была введена исключительно в атом углерода, к которому был присоединен атом кремния. В том же году Тамао и его группа опубликовали еще одну статью, которая показала, что связь углерод-кремний в алкоксикремнийорганических соединениях может быть расщеплена с использованием H ₂ O ₂ или m-CPBA в кислых , основных (химических) или нейтральных условиях, чтобы получить соответствующие спирты. ^{[ 6 ]} Год спустя Ян Флеминг и его группа сообщили, что диметилфенилсилильная группа (Me ₂ PhSi) может быть преобразована в гидроксильную группу в двухпоточной последовательности. ^{[ 2 ]} Позже, в 1987 году, Флеминг сообщил об однопоточном варианте последовательности с двумя горшками, в котором действует либо бром , либо ион ртути в качестве электрофила . Эти ранние открытия проложили путь к разработке большого количества реагентов на основе кремния и использованию различных силильных групп в качестве функциональных эквивалентов гидроксильной группы.

Механизмы

Окисление Тамао-Кумада

Несмотря на то, что приведенный ниже механизм предназначен для базового состояния, предлагаемый механизм ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]} ведь окисление Тамао одинаково при всех условиях. Приведенный ниже механизм содержит по крайней мере один атом фтора в качестве заместителя, что является прототипом структуры, которую изучал Тамао. Фтор, поступающий из источника фторида или донорного растворителя, быстро и обратимо атакует фторсилан , образуя пентакоординированные соединения. Этот вид более электрофильен, чем фторсилан, тем самым способствуя атаке нуклеофильного окислителя с образованием отрицательно заряженного гексакоординированного переходного состояния . Этот этап был определен как этап, определяющий скорость, на основании кинетических исследований, проведенных Тамао. ^{[ 8 ]} Дальнейшие исследования Тамао стерических и электронных эффектов -окислителя различных групп, присоединенных к кремнию, привели его к предположению, что атака транс на электроотрицательную фторидную группу энергетически выгодна. Группа цис-группы пероксидного кислорода в структуре переходного состояния затем преимущественно мигрирует, что объясняет сохранение конфигурации в углеродном центре. Наконец, новая связь кремний-кислород гексакоординированных частиц гидролизуется водой в реакционной среде. Последующая обработка произвела ожидаемый алкоголь.

Флеминговское окисление

Последовательность двух горшков

В отличие от окисления Тамао, исходным материалом которого является активированная силильная группа, замещенная гетероатомом, при окислении Флеминга используется более прочная силильная группа, которая имеет только атомы углерода, присоединенные к атому кремния. Прототипом силильной структуры, которую использовал Флеминг, был диметилфенилсилил. Этот арилсилан затем преобразуется в более реакционноспособный галоген- или гетеросилан , чтобы инициировать окисление. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Механизм последовательности двух горшков ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]} отличается от окисления Тамао, поскольку реагенты другие. Сначала электрофил атакует фенильное кольцо в положении ipso с образованием бета- карбокатиона , стабилизированного кремниевой группой. Затем гетероатом атакует группу кремния, что позволяет фенильному кольцу уйти, на ключевом этапе, называемом протодесилилированием арилсилана. Алкильная группа претерпевает 1,2 - миграцию от атома кремния к атому кислорода. , опосредованный водной кислотой Гидролиз , и последующая обработка дают желаемый спирт. Трудно предотвратить дегидратацию небольших образующихся силиловых спиртов с образованием силоксанов.

Последовательность действий в одном горшке

Основное различие между последовательностями с одним и двумя горшками заключается в том, что в первом электрофилом является ион брома или ртути, который подвергается атаке бензольного кольца . Электрофил брома генерируется двухатомным бромом или другим источником, таким как бромид калия , который может быть окислен с образованием брома in situ перуксусной кислотой . Источником ионов ртути является ацетат ртути , и этот реагент смешивают с надуксусной кислотой в AcOH, чтобы обеспечить окислительные условия. Механизм для последовательностей с одним и двумя горшками один и тот же, поскольку ион брома или ртути подвергается атаке фенильного кольца вместо иона водорода . ^{[ 3 ]}^{[ 9 ]}

Объем

Окисление Тамао-Кумада или окисление Тамао использует силильную группу с атомом водорода , гетероатомом или электронодонорной группой, присоединенной к атому кремния, чтобы сделать его более реакционноспособным. Тамао использовал либо атом фтора , либо атом хлора , либо алкокси (OR) или аминогруппу (NR ₂ ) в качестве заместителя в субстратах . ^{[ 5 ]} Помимо варьирования процентного состава окислителей и комбинирования различных растворителей , Тамао также использовал такие добавки , как уксусный ангидрид (Ac ₂ O), гидрофторид калия (KHF ₂ ), гидрокарбонат калия (KHCO ₃ ) или гидрокарбонат натрия (NaHCO). ₃ ) сделать условия реакции слабокислыми, нейтральными и щелочными соответственно. Различные условия использовали для наблюдения за влиянием рН окружающей среды на окислительное расщепление различных алкоксигрупп. Ниже приведен пример каждого условия реакции.

{\begin{matrix}{\text{Reaction conditions of Tamao oxidation}}\\{}\\{\ce {R}}{-}{\color {Blue}{\ce {Si}}}{\ce {R'_{2}X}}{\begin{cases}{\ce {->[30\%\ {\ce {H2O2,\ KHCO3\ or\ NaHCO3}}][{\ce {MeOH/THF,\ 60^{\circ }C}}]R}}{-}{\color {Blue}{\ce {O}}}{\ce {H}}&{\color {Blue}{\text{basic conditions}}}\\\\{\ce {->[30\%\ {\ce {H2O2,\ Ac2O,\ KHF2}}][{\text{DMF, r.t.}}]R}}{-}{\color {Blue}{\ce {O}}}{\ce {H}}&{\color {Blue}{\text{acidic conditions}}}\\\\{\ce {->[30\%\ {\ce {H2O2,\ KHF2}}][{\text{DMF, r.t. to }}60^{\circ }{\text{C}}]R}}{-}{\color {Blue}{\ce {O}}}{\ce {H}}&{\color {Blue}{\text{neutral conditions}}}\end{cases}}\\\\{\ce {X}}={\ce {H,F,Cl,OR,NR2}}\\{\ce {R'}}={\ce {X,Me,Et,iPr,Ph}}\\\end{matrix}}

Вариации

Недавно окисление Флеминга-Тамао было использовано для получения фенола и замещенных фенолов с очень хорошим выходом. ^{[ 10 ]}

Окисление Тамао использовалось для синтеза кислоты , альдегида и кетона в различных условиях реакции. ^{[ 11 ]} В то время как связь углерод-кремний замещенного алкилсилила расщепляется до одинарной связи углерод-кислород, замещенная алкенилсилильная группа превращается в карбонил в тех же условиях окисления Тамао, что и для алкилсилана. ^{[ 11 ]}

Преимущества связи C–Si

Силильная группа является неполярной и относительно нереакционноспособной разновидностью и поэтому устойчива ко многим реагентам и условиям реакции, которые могут быть несовместимы со свободными спиртами. Следовательно, силильная группа также устраняет необходимость введения гидроксизащитных групп . Короче говоря, отложив введение спирта на позднюю стадию синтеза и выбрав вместо этого введение силана, можно смягчить или полностью избежать ряда потенциальных проблем, возникающих при полном синтезе. ^{[ 1 ]}

Стерические эффекты

Одной из главных ловушек окисления Флеминга или Тамао являются стерические препятствия . ^{[ 2 ]} Увеличение стерического объема кремниевого центра обычно замедляет реакцию, потенциально даже полностью подавляя реакцию при использовании определенных заместителей. В целом, менее объемистые группы, такие как метил или этил, способствуют окислению, тогда как более объемные группы, такие как трет-бутил, замедляют или останавливают окисление. Есть особые случаи, когда этот шаблон не соблюдается. Например, алкоксигруппы имеют тенденцию усиливать окисление, ^{[ 6 ]} при этом окисление в обычных условиях не протекает при присоединении к атому кремния трех алкильных заместителей. Тенденция ниже иллюстрирует порядок, в котором протекает окисление.

Приложения

Синтез натуральных продуктов

Натуральный продукт, (+)- праманицин, стал интересной мишенью для синтеза, поскольку было обнаружено, что он активен против грибкового патогена , вызывающего менингит у больных СПИДом. Поэтому его синтез ^{[ 12 ]} которая использовала окисление Флеминга-Тамао в качестве решающего шага, имела отношение как к химикам, так и к пациентам, страдающим от СПИДа. гибель клеток Ранее также было показано, что противогрибковый агент вызывает и повышает уровень кальция в сосудов эндотелиальных клетках . Кроме того, (+)-праманицин имеет широкий спектр потенциальных применений против болезней человека .

Синтез полиолов

Полиолы и диолы особенно полезны в пищевой промышленности и химии полимеров . Их важность подчеркивается тем фактом, что их можно использовать в качестве заменителей сахара для диабетиков или тех, кто предпочитает диету без сахара или низкокалорийную диету. Метод Флеминга-Тамао был применен при синтезе стереоселективных диолов. Верпель ^{[ 13 ]} использовали реакцию для синтеза анти -1,3- диолов из функционализированного силильного аниона .

Альтернативно, Хара, К.; Морали и Одзима ^{[ 14 ]} получили син -1,3-диолы с помощью окисления Тамао.

См. также

Окисление Байера-Виллигера

Внешние ссылки

Окисление Тамао-Флеминга

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джонс, Греция; Ландэ, Ю. (1996), «Окисление связи углерод-кремний», Tetrahedron , 52 (22): 7599–7662, doi : 10.1016/s0040-4020(96)00038-5
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Флеминг, И.; Хеннинг, Р.; Плаут, HE (1984), "Фенилдиметилсилильная группа как замаскированная форма гидроксигруппы", J. Chem. Соц., хим. Коммун. (1): 29–31, номер документа : 10.1039/C39840000029.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Флеминг, И.; Хеннинг, Р.; Паркер, округ Колумбия; Плаут, ОН; Сандерсон, PEJ (1995), «Фенилдиметилсилильная группа как замаскированная гидроксильная группа», J. Chem. Soc., Перкин Транс. 1 (4): 317–37, doi : 10.1039/P19950000317
^ Джеймс, Массачусетс; Мэтью, Ю. (2001), «Синтез субъединицы C1-C21 ингибитора протеинфосфатазы таутомицина: формальный общий синтез», J. Org. хим. , 66 (4): 1373–1379, doi : 10.1021/jo0056951 , PMID 11312969 {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б Тамао, К.; Исида, Н.; Кумада, М.; Хеннинг, Р.; Plaut, HE (1983), «Диизопропоксиметилсилил)метиловый реактив Гриньяра: новый, практически полезный нуклеофильный гидроксиметилирующий агент», J. Org. хим. , 48 (12): 2120–2122, doi : 10.1021/jo00160a046
^ Перейти обратно: ^а ^б Тамао, К.; Исида, Н.; Танака, Т.; Кумада, М. (1983), «Силафункциональные соединения в органическом синтезе. Часть 20. Окисление перекисью водорода связи кремний-углерод в органоалкоксисиланах», Organometallics , 2 (11): 1694–1696, doi : 10.1021/om50005a041
^ Перейти обратно: ^а ^б «Назовите реакции: сборник подробных механизмов реакций», 2-е изд. Ли, Дж. Дж. (2003), 404, КОДЕН: ADSDEO; ISBN 3-540-40203-9
^ " Границы кремнийорганической химии", Тамао, К.; Хаяши, Т.; Ито, Ю. (1991), 197–207.
^ Флеминг, И.; Сандерсон, PEJ (1987), «Превращение фенилдиметилсилильной группы в гидроксильную группу в одном горшке», Tetrahedron Lett. , 52 (36): 4229–4232, doi : 10.1016/s0040-4039(00)95587-4
^ Перейти обратно: ^а ^б Сандерхаус, доктор медицинских наук; Лам, Х.; Дадли, Великобритания (2003), «Окисление связей углерод-кремний: существенное преимущество напряженных силатанов», Org. Летт. , 5 (24): 2120–2122, doi : 10.1021/ol035695y , PMID 14627386
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Тамао, К.; Кумада, М. (1984), «Силафункциональные соединения в органическом синтезе. 21.1 Окисление перекисью водорода алкенил (алкокси)силанов», Tetrahedron Lett. , 25 (3): 321–324, doi : 10.1016/S0040-4039(00)99873-3
^ Перейти обратно: ^а ^б Барретт, Энтони, генеральный менеджер; Руководитель, Джон; Смит, Мари Л.; Сток, Николас С.; Уайт, AJP; Уильямс, диджей (1999). «Окисление Флеминга-Тамао и замаскированная гидроксильная функциональность: полный синтез (+)-праманицина и структурное выяснение противогрибкового природного продукта (-)-праманицина». Журнал органической химии . 64 (16): 6005–6018. дои : 10.1021/jo9905672 . ISSN 0022-3263 .
^ Верпель, Калифорния; Тененбаум, Дж. М. (2003), «Использование аминосилиллития для диастереоселективного синтеза дифенил-оксасилациклопентан-ацеталей и полиолов», Org. Летт. , 5 (23): 4325–4327, doi : 10.1021/ol035577a , PMID 14601991
^ «Тезисы докладов, 222-е заседание ACS , Чикаго» Хары К.; Морали, AC; Одзима, И. (2001), ORGN-089.

[Jones-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Джонс, Греция; Ландэ, Ю. (1996), «Окисление связи углерод-кремний», Tetrahedron , 52 (22): 7599–7662, doi : 10.1016/s0040-4020(96)00038-5

[Fleming-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Флеминг, И.; Хеннинг, Р.; Плаут, HE (1984), "Фенилдиметилсилильная группа как замаскированная форма гидроксигруппы", J. Chem. Соц., хим. Коммун. (1): 29–31, номер документа : 10.1039/C39840000029.

[Sanderson-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Флеминг, И.; Хеннинг, Р.; Паркер, округ Колумбия; Плаут, ОН; Сандерсон, PEJ (1995), «Фенилдиметилсилильная группа как замаскированная гидроксильная группа», J. Chem. Soc., Перкин Транс. 1 (4): 317–37, doi : 10.1039/P19950000317

[Marshall-4] Джеймс, Массачусетс; Мэтью, Ю. (2001), «Синтез субъединицы C1-C21 ингибитора протеинфосфатазы таутомицина: формальный общий синтез», J. Org. хим. , 66 (4): 1373–1379, doi : 10.1021/jo0056951 , PMID 11312969 {{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Tamao-5] Перейти обратно: ^а ^б Тамао, К.; Исида, Н.; Кумада, М.; Хеннинг, Р.; Plaut, HE (1983), «Диизопропоксиметилсилил)метиловый реактив Гриньяра: новый, практически полезный нуклеофильный гидроксиметилирующий агент», J. Org. хим. , 48 (12): 2120–2122, doi : 10.1021/jo00160a046

[Tamao_and_company-6] Перейти обратно: ^а ^б Тамао, К.; Исида, Н.; Танака, Т.; Кумада, М. (1983), «Силафункциональные соединения в органическом синтезе. Часть 20. Окисление перекисью водорода связи кремний-углерод в органоалкоксисиланах», Organometallics , 2 (11): 1694–1696, doi : 10.1021/om50005a041

[Mechanism_of_Tamao_oxidation-7] Перейти обратно: ^а ^б «Назовите реакции: сборник подробных механизмов реакций», 2-е изд. Ли, Дж. Дж. (2003), 404, КОДЕН: ADSDEO; ISBN 3-540-40203-9

[Kinetic_Studies-8] " Границы кремнийорганической химии", Тамао, К.; Хаяши, Т.; Ито, Ю. (1991), 197–207.

[One-Pot-9] Флеминг, И.; Сандерсон, PEJ (1987), «Превращение фенилдиметилсилильной группы в гидроксильную группу в одном горшке», Tetrahedron Lett. , 52 (36): 4229–4232, doi : 10.1016/s0040-4039(00)95587-4

[Phenol-10] Перейти обратно: ^а ^б Сандерхаус, доктор медицинских наук; Лам, Х.; Дадли, Великобритания (2003), «Окисление связей углерод-кремний: существенное преимущество напряженных силатанов», Org. Летт. , 5 (24): 2120–2122, doi : 10.1021/ol035695y , PMID 14627386

[Variant-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с Тамао, К.; Кумада, М. (1984), «Силафункциональные соединения в органическом синтезе. 21.1 Окисление перекисью водорода алкенил (алкокси)силанов», Tetrahedron Lett. , 25 (3): 321–324, doi : 10.1016/S0040-4039(00)99873-3

[Pramanicin-12] Перейти обратно: ^а ^б Барретт, Энтони, генеральный менеджер; Руководитель, Джон; Смит, Мари Л.; Сток, Николас С.; Уайт, AJP; Уильямс, диджей (1999). «Окисление Флеминга-Тамао и замаскированная гидроксильная функциональность: полный синтез (+)-праманицина и структурное выяснение противогрибкового природного продукта (-)-праманицина». Журнал органической химии . 64 (16): 6005–6018. дои : 10.1021/jo9905672 . ISSN 0022-3263 .

[Woerpel-13] Верпель, Калифорния; Тененбаум, Дж. М. (2003), «Использование аминосилиллития для диастереоселективного синтеза дифенил-оксасилациклопентан-ацеталей и полиолов», Org. Летт. , 5 (23): 4325–4327, doi : 10.1021/ol035577a , PMID 14601991

[Syn_diols-14] «Тезисы докладов, 222-е заседание ACS , Чикаго» Хары К.; Морали, AC; Одзима, И. (2001), ORGN-089.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]