Кониа-еновая реакция
| Кониа-еновая реакция | |
|---|---|
| Назван в честь | Жан-Мари Кониа |
| Тип реакции | Циклоприсоединение |
| Идентификаторы | |
| Портал органической химии | кониа-ен-реакция |
В органической химии реакция Кониа -ена представляет собой реакцию внутримолекулярной циклизации между енолизируемым карбонилом, таким как сложный эфир или кетон , и алкином или алкеном , в результате чего образуется циклический продукт с новой углерод-углеродной связью. Как первоначально сообщили Ж. М. Кониа и П. Ле Перчек, реакция Кониа-ен представляет собой гетероатомный аналог еновой реакции используется енол . , в которой в качестве енового компонента [1] Как и другие перициклические реакции , исходная реакция кониа-ена требовала высоких температур, что ограничивало ее более широкое применение. Однако последующие усовершенствования, особенно в металлическом катализе , привели к значительному расширению области применения реакций. Следовательно, различные формы реакции Кониа-ен использовались в синтезе сложных молекул и природных продуктов .
История и механизм
[ редактировать ]В конце 1960-х годов лаборатория химика Жана-Мари Кониа исследовала небольшие карбоциклические молекулы, в частности как продукты реакций енового типа с карбонилами. [2] Кульминацией этих усилий стала в 1975 году обзорная статья под названием «Термическая циклизация ненасыщенных карбонильных соединений». [1]
В своем первоначальном проявлении кониа-еновая реакция заключалась в внутримолекулярной циклизации ε,ζ-ненасыщенных кетонов или альдегидов в функционализированные циклопентаны при интенсивном нагревании. [1] [3] Предложенный механизм вызывает шестичленное переходное состояние , подобное еновой реакции , в котором енольный таутомер согласованно реагирует с подвесным алкеном.
Было обнаружено, что в одних и тех же условиях образуются шести- и девятичленные кольца с соответствующими субстратами, хотя и с меньшими выходами и диастереоселективностью. В случае γ,δ- и δ,ε-ненасыщенных кетонов равновесие благоприятствует линейному продукту, а не циклопропану или циклобутану . Также было обнаружено, что алкинилкетоны циклизуются в термических условиях, образуя смесь сопряженных и пропущенных циклических енонов.
Два ключевых недостатка помешали более широкому внедрению первоначальной реакции с кониа-еном. Во-первых, молекулы с дополнительными функциональными группами часто были несовместимы с высокими температурами, необходимыми для превращения. Во-вторых, регио- и диастереоселективность полностью зависели от субстрата, практически не обеспечивая контроля над ориентацией продукта.
Достижения
[ редактировать ]За десятилетия после открытия реакции кониа-ена несколько усовершенствований позволили сделать условия реакции более мягкими и лучше контролировать стерео- и региохимию продуктов. Например, карбонильный компонент, ранее представлявший собой кетон или альдегид, стал замещенным β-кетоэфиром или малонатным эфиром . Такие карбонилы енолизируются гораздо легче, обеспечивая лучший доступ к желаемому таутомеру енола. [4] Кроме того, алкеновый компонент был заменен алкином, что не только дало лучшую циклизацию в соответствии с правилами Болдуина , но и дало продукт, содержащий алкен, который послужил полезным рычагом для дальнейших превращений. [5] Наконец, недавние усилия показали опосредованные и катализируемые металлами реакции кониа-ена, которые можно сделать асимметричными с помощью хиральных лигандов. [6]
Режимы активации
[ редактировать ]Эти достижения позволили создать пять основных типов кониа-еновых реакций, характеризующихся режимом оперативной активации: а именно, енолятную, алкиновую или ен-иновую активацию и двойную активацию одним или двумя металлами. Обратите внимание, что, хотя механизмы кониа-еновых вариантов отличаются от исходной еноподобной циклизации, они по-прежнему считаются кониа-еновыми реакциями или реакциями кониа-енового типа. [6] Кроме того, из-за сложности некоторых реакционных систем кониа-ена истинный механизм может лежать где-то между несколькими различными режимами активации.
Активация енолята
[ редактировать ]Активация енолята является простейшим способом активации кониа-ена. В этом режиме исходный карбонильный материал обрабатывается сильным основанием, таким как nBuLi, NaH или tBuOK, с образованием стабилизированного металлом енолята, который затем атакует связанный алкин и переносит катион металла. О раннем примере активации енолята сообщили Тагучи и его коллеги в 1999 году. [7] Авторы обнаружили, что в присутствии каталитического основания алкинилзамещенные эфиры малонатов легко циклизуются до соответствующих циклопентанов. Высокие выходы были также получены с замещенными цианоацетатными, сульфонилацетатными и фосфоноацетатными аналогами.
Алкиновая активация
[ редактировать ]В реакциях кониа-ена, протекающих через активацию алкина, подходящий поздний переходный металл (Au, Ag, Pt, Pd) координируется с алкином и увеличивает его электрофильность; таким образом, енольный таутомер карбонила может легче атаковать. Тосте и др. в 2004 году впервые привёл два первых примера активации алкинов. [8] Используя катионный комплекс Au(I), авторы образовали широкий спектр циклизованных продуктов из исходных линейных β-кетоэфиров. Примечательно, что реакции проходят в мягких условиях и дают высокую диастереоселективность. Более того, сократив алкиновую связь с трех атомов углерода до двух, можно также получить доступ к замещенным циклопентенам. [9]
Активация одним глазом
[ редактировать ]При ен-иновой активации, наименее распространенном из пяти способов, один вид металла координирует свои действия с еноломалкеном и связанным алкином, одновременно активируя обе группы для реакции. Подобным образом использовались комплексы никеля, кобальта и рения. [6] Репрезентативный пример был описан Malacria et al. в 1994 году, в котором алкинилзамещенный β-кетоэфир обрабатывали циклопентадиенилкобальтовым комплексом и облучением с получением дизамещенного метиленциклопентана. [10]
Двойная активация одного металла
[ редактировать ]Чтобы вызвать двойную активацию одним металлом, тот же вид металла, который активирует енолят, также взаимодействует с алкином. Хотя точные механизмы плохо изучены и, вероятно, варьируются от случая к случаю, предполагается, что такие металлы, как In, Zn, Fe и Cu, действуют в этом режиме. [6] Одна из реакционных систем, которая, как считается, протекает посредством двойной активации одним металлом, разработана Шоу и др. в 2014 году. Используя каталитический комплекс Fe (III)-(Сален), Шоу и его коллеги смогли получить доступ к хиральным циклопентанам из ряда алкинил-связанных β-кетоэфиров и их аналогов. [11] Реакция допускает широкий спектр кетонов (фенил, гомоаллил, циклопропил, 2-фурил и др.), сложных эфиров (этиловый, трет-бутил и др.) и аналогов сложных эфиров (нитро, фосфоно, циано, сульфонил и др.). .
Двухметаллическая двойная активация
[ редактировать ]Двойная активация двумя металлами представляет собой сочетание режима активации енолята и режима активации алкина в единой реакционной системе. Обычно твердый оксофильный металл (K, Na, Ag) активирует енолят кислорода, а мягкий карбофильный металл (Pd, Cu, Mo) координирует работу с алкином. Однако в некоторых случаях точная роль каждого металла неясна. [6] Например, в исследовании 2005 года Toste et al. обнаружили, что обработка алкинилсвязанного β-кетоэфира фосфиновым комплексом Pd(II) и Yb(OTf) 3 приводит к асимметричной циклизации с образованием соответствующего циклопентана. [12] Предполагается, что енолят Pd добавляется к Yb-активированному алкину, хотя существует также прецедент активации алкинов Pd. [13]
Приложения в полном синтезе
[ редактировать ]После разработки реакций кониа-ена, катализируемых Au, Тосте и его коллеги применили такое преобразование для получения природного алкалоида ликопладина А. [14] Начиная с хирального циклогексенона 1 , серия функционализаций енона привела к образованию силиленолового эфира 2 в качестве предшественника кониа-ена. Для осуществления циклизации 2 обрабатывали каталитическими AuCl(PPh 3 ) и AgBF 4 с получением винилиодида 3 с высоким выходом в виде единственного диастереомера. Оставшаяся часть молекулы была завершена в три этапа с образованием (+)-ликопладина А за восемь этапов и общим выходом 17%.
В 2012 году Каррейра и др. синтезировали рацемический гомерон C, галогенированный терпен, выделенный из красных водорослей Laurencia majuscula, и использовали катализируемую Au циклизацию кониа-ена в качестве предпоследнего этапа. [15] Получив эфир силиленола 7 за 11 стадий из велосипеда 6 , который сам является продуктом циклоприсоединения Дильса-Альдера между силоксидиеном 4 и еноном 5 , авторы подвергают от 7 катализатору Эчаваррена с концентрацией до 50 мол.% для получения трицикла 8 с выходом 65%. Затем это соединение превращается в (±)-гомерон C путем хлорирования экзо-метилена.
В 2020 году Ян и его коллеги применили диастереоселективную реакцию кониа-ена во время асимметричного синтеза (+)-вайхоенсена, структурно плотного терпеноида из Podocarpus totara var. waihoensis , впервые синтезированный группой Ли в 2017 году. [16] Винилогичный эфир 9 был впервые функционализирован в шесть стадий с получением хирального предшественника кониа-ена 10 . Последующая обработка 10 tBuOK в ДМСО дала велосипед 11 с выходом 83% в виде одного диастереомера. Затем этому соединению потребовалось восемь дополнительных превращений, чтобы получить (+)-вайхоэнсен за 15 стадий и общий выход 4%.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Кония, Дж. М.; Ле Перчек, П. (1975). «Термическая циклизация ненасыщенных карбонильных соединений». Синтез . 1 (1): 1–19. дои : 10.1055/s-1975-23652 . S2CID 94889581 .
- ^ Кония, Дж. М. (1968). «Синтез циклопропилкарбонильных соединений» . Энджью. хим. Межд. Эд . 7 (8): 570–575. дои : 10.1002/anie.196805701 .
- ^ «Реакция Кониа-Эне» . Портал органической химии .
- ^ Мэтьюз, WS; Бэрес, Дж. Э.; Бартмесс, Дж. Э.; Бордвелл, ФГ; Корнфорт, ФДж; Друкер, GE; Марголин З.; МакКаллум, Р.Дж.; Макколлум, Дж.Дж.; Ванье, НР (1975). «Равновесные кислотности угольных кислот. VI. Установление абсолютной шкалы кислотностей в растворе сульфоксида» . Дж. Ам. хим. Соц . 97 (24): 7006–7014. дои : 10.1021/ja00857a010 .
- ^ Болдуин, Дж. Э. (1976). «Правила закрытия ринга». Дж. Хим. Соц., хим. Коммун . 18 (18): 734–736. дои : 10.1039/c39760000734 .
- ^ Jump up to: а б с д и Хак, Д.; Блюмель, М.; Чаухан, П.; Филиппс, Арканзас; Эндерс, Д. (2015). «Каталитический кониаен и родственные реакции» . хим. Соц. Преподобный . 44 (17): 6059–6093. дои : 10.1039/c5cs00097a . ПМИД 26031492 .
- ^ Китагава, О.; Сузуки, Т.; Фудзивара, Х.; Фудзита, М.; Тагучи, Т. (1999). «Реакция гидрокарбоциклизации, катализируемая щелочным металлическим реагентом, различных активных метиновых соединений, имеющих неактивированную 4-алкинильную или алленильную группу» . Тетраэдр Летт . 40 (24): 4585–4527. дои : 10.1016/S0040-4039(99)00797-2 .
- ^ Кеннеди-Смит, Джей-Джей; Стабен, СТ; Тосте, Ф.Д. (2004). «Катализируемая золотом {I} кониаеновая реакция β-кетоэфиров с алкинами» . Дж. Ам. хим. Соц . 126 (13): 4526–4527. дои : 10.1021/ja049487s . ПМИД 15070364 .
- ^ Стабен, СТ; Кеннеди-Смит, Джей-Джей; Тосте, Ф.Д. (2004). «Катализируемая золотом (I) 5-эндо-диг-карбоциклизация ацетилендикарбонильных соединений» . Энджью. хим. Межд. Эд . 43 (40): 5350–5352. дои : 10.1002/anie.200460844 . ПМИД 15468061 .
- ^ Стаммлер, Р.; Малакрия, М. (1994). «Новая катализируемая кобальтом циклоизомеризация β-кетоэфира ε-ацетиленовой кислоты». Синлетт . 1:92 . дои : 10,1055/с-1994-22751 . S2CID 94650335 .
- ^ Шоу, С.; Уайт, Джей Ди (2014). «Новый катализатор железо(III)-сален для энантиоселективной карбоциклизации кониа-ена» . Дж. Ам. хим. Соц . 136 (39): 13578–13581. дои : 10.1021/ja507853f . ПМИД 25213211 .
- ^ Корки, Британская Колумбия; Тосте, Ф.Д. (2005). «Каталитическая энантиоселективная кониаеновая реакция» . Дж. Ам. хим. Соц . 127 (49): 17168–17169. дои : 10.1021/ja055059q . ПМИД 16332048 .
- ^ Штрейфф, Дж.; Уайт, Делавэр; Вирджил, Южная Каролина; Штольц, Б.М. (2010). «Катализируемый палладием каскад енолятного алкилирования для образования соседних четвертичных и третичных стереоцентров» . Нат. Хим . 2 (3): 192–196. Бибкод : 2010НатЧ...2..192С . дои : 10.1038/nchem.518 . ПМК 2917108 . ПМИД 20697457 .
- ^ Стабен, СТ; Кеннеди-Смит, Джей-Джей; Хуанг, Д.; Корки, Британская Колумбия; ЛаЛонд, РЛ; Тосте, Ф.Д. (2006). «Катализируемые золотом (I) циклизации эфиров силиленола: применение к синтезу (+)-ликопладина А» . Энджью. хим. Межд. Эд . 45 (36): 5991–5994. дои : 10.1002/anie.200602035 . ПМИД 16888820 .
- ^ Хувайлер, Н.; Каррейра, ЕМ (2012). «Полный синтез и стереохимическая ревизия хлорированного сесквитерпена (±)-гомерона C» . Энджью. хим. Межд. Эд . 51 (52): 13066–13069. дои : 10.1002/anie.201207203 . ПМИД 23161813 .
- ^ Цюй, Ю.; Ван, З.; Чжан, З.; Чжан, В.; Хуанг, Дж.; Ян, З. (2020). «Асимметричный полный синтез (+)-вайхоэнсена» . Дж. Ам. хим. Соц . 142 (14): 6511–6515. дои : 10.1021/jacs.0c02143 . ПМИД 32203659 . S2CID 263581627 .