Оксазиридин
| |
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
Оксазиридин | |
| Систематическое название ИЮПАК
1-Окса-2-азациклопропан | |
| Другие имена
Оксазиридин [ 1 ]
Оксазациклопропан | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С Ч 3 Н О | |
| Молярная масса | 45.041 g·mol −1 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Оксазиридин , содержащего представляет собой органическую молекулу , состоящую из трехчленного гетероцикла кислород, азот и углерод. В своем наибольшем применении оксазиридины являются промежуточными продуктами промышленного производства гидразина . Производные оксазиридина также используются в качестве специализированных реагентов в органической химии для различных реакций окисления, включая альфа-гидроксилирование енолятов, эпоксидирование и азиридинирование олефинов и другие реакции переноса гетероатома. Оксазиридины также служат предшественниками нитронов и участвуют в [3+2]-циклоприсоединениях с различными гетерокумуленами с образованием замещенных пятичленных гетероциклов. Хиральные производные оксазиридина осуществляют асимметричный перенос кислорода к прохиральным енолятам, а также к другим субстратам. Некоторые оксазиридины также обладают свойством высокого барьера инверсии азота, что допускает возможность хиральности в азотном центре.
История
[ редактировать ]Производные оксазиридина впервые были описаны в середине 1950-х годов Эммонсом. [ 2 ] и впоследствии Кримм [ 3 ] и Хорнер и Юргенс. [ 4 ] В то время как кислород и азот обычно действуют как нуклеофилы из-за их высокой электроотрицательности , оксазиридины обеспечивают электрофильный перенос обоих гетероатомов. Эта необычная реакционная способность обусловлена наличием высоконапряженного трехчленного кольца и относительно слабой связи NO. Нуклеофилы имеют тенденцию атаковать азот азиридина, когда азотный заместитель мал (R 1 = H), а также у атома кислорода, когда азотистый заместитель имеет больший стерический объем . Необычная электроника оксазиридиновой системы может быть использована для проведения ряда реакций переноса кислорода и азота, включая, помимо прочего: α-гидроксилирование енолятов , эпоксидирование алкенов, селективное окисление сульфидов и селенидов , аминирование - нуклеофилов N и N -ациламидирование.
Пероксидный процесс промышленного получения гидразина путем окисления аммиака перекисью водорода в присутствии кетонов был разработан в начале 1970-х годов. [ 5 ] [ 6 ]
Хиральные камфорсульфонилоксазиридины оказались полезными в синтезе сложных продуктов, таких как таксол, который продается как химиотерапевтический агент. Как общий синтез таксола Холтона, так и общий синтез таксола Вендера характеризуются асимметричным α-гидроксилированием камфорсульфонилоксазиридином.
Синтез
[ редактировать ]NH, N-алкил, N-арилоксазиридины
[ редактировать ]Двумя основными подходами к синтезу NH, N-алкила и N-арилоксазиридинов являются окисление иминов перкислотами ( А ) и аминирование карбонилов (Б).
Кроме того, окисление хиральных иминов и окисление иминов хиральными перкислотами может привести к образованию энантиочистых оксазиридинов. Некоторые оксазиридины обладают уникальным свойством конфигурационно стабильных атомов азота при комнатной температуре благодаря барьеру инверсии от 100 до 130 кДж/моль. Сообщается об энантиочистых оксазиридинах, стереохимия которых полностью обусловлена конфигурационно стабильным азотом. [ 7 ]
N -сульфонилоксазиридины
[ редактировать ]В конце 1970-х и начале 1980-х годов Франклин А. Дэвис синтезировал первые N -сульфонилоксазиридины, которые действуют исключительно как реагенты для переноса кислорода и сегодня являются наиболее широко используемым классом оксазиридинов. [ 8 ] Первоначально он был синтезирован с использованием mCPBA и катализатора межфазного переноса хлорида бензилтриметиламмония, но сейчас наиболее распространен улучшенный синтез с использованием оксона в качестве окислителя. [ 9 ]
Сегодня используется множество N-сульфонилоксазиридинов, каждый из которых имеет несколько разные свойства и реакционную способность. Эти реагенты суммированы в таблице ниже. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
Перфторированные оксазиридины
[ редактировать ]Благодаря перфторалкильным заместителям с высокой электроноакцепторной способностью оксазиридины проявляют реакционную способность, более близкую к реакционной способности диоксиранов , чем типичные оксазиридины. [ 19 ] Примечательно, что перфторалкилоксазиридины гидроксилируют определенные связи CH с высокой селективностью. Перфторированные оксазиридины можно синтезировать, подвергая перфторированный имин воздействию перфторметилфторкарбонилпероксида и фторида металла, который действует как поглотитель HF. [ 19 ]
Реакции
[ редактировать ]Производство гидразина
[ редактировать ]Оксазиридины являются промежуточными продуктами пероксидного процесса получения гидразина . С помощью этого метода ежегодно производятся многие миллионы килограммов гидразина, который включает стадию окисления аммиака в присутствии метилэтилкетона с образованием оксазиридина: [ 20 ]
- Me(Et)C=O + NH 3 + H 2 O 2 → Me(Et)CONH + H 2 O
На последующих стадиях оксазиридин превращается в гидразон, который является непосредственным на пути к гидразину:
- Me(Et)CONH + NH 3 → Me(Et)C=NNH 2 + H 2 O
Перенос кислорода
[ редактировать ]α-Гидроксилирование енолятов
[ редактировать ]α-Гидроксикетоны, или ацилоины , являются важными синтетическими мотивами, присутствующими во многих натуральных продуктах. α-Гидроксикетоны синтезировали разными способами, включая восстановление α-дикетонов, замену гидроксильной группы на уходящую группу и прямое окисление енолята. Оксодипероксимолибден(пиридин)-(гексаметилфосфортриамид) (МоОПН) и N -сульфонилоксазиридины являются наиболее распространенными электрофильными источниками кислорода, реализуемыми в этом процессе. Одним из преимуществ использования N -сульфонилоксазиридинов является то, что почти всегда наблюдается более высокая хиральная индукция по сравнению с MoOPH и другими окислителями. [ 21 ] Сообщается о высоком выходе (77–91%) и dr (95:5–99:1) при α-гидроксилировании с хиральным вспомогательным веществом Эванса с N- сульфонилоксазиридином в качестве электрофила. [ 21 ] Хиральная индукция была продемонстрирована со многими другими хиральными кетонами и кетонами с хиральными вспомогательными веществами , включая SAMP и RAMP . [ 10 ]
Сообщалось об обширных работах по асимметричному гидроксилированию прохиральных енолятов производными камфорсульфонилоксазиридина с достижением энантиомерного избытка от умеренного до высокого . [ 13 ] Общепринятое предлагаемое переходное состояние, которое оправдывает этот стереохимический результат, включает открытое переходное состояние, в котором стерическая масса R 1 определяет лицо подхода. [ 10 ]
Селективность некоторых гидроксилирований в некоторых случаях может быть значительно улучшена добавлением координационных групп альфа к оксазиридиновому кольцу, таких как оксазиридины 3b и 3c в таблице выше. [ 16 ] В этих случаях предполагается, что реакция протекает через закрытое переходное состояние, в котором оксианион металла стабилизируется за счет хелатирования сульфата и координационных групп на камфорном скелете. [ 10 ]
α-Гидроксилирование оксазиридинами широко применяется в тотальном синтезе. Это ключевой этап как в общем синтезе таксола Холтона , так и в общем синтезе таксола Вендера . Кроме того, Форсайт осуществил трансформацию в своем синтезе C3-C14 (замещенной 1,7-диоксаспиро[5.5]ундец-3-ена) системы окадаиновой кислоты . [ 22 ]
Эпоксидирование алкенов
[ редактировать ]Эпоксидирование алкенов является распространенной реакцией, поскольку производные эпоксидов можно получить множеством полезных способов. Классически лабораторное эпоксидирование проводят с помощью mCPBA или других надкислот. Было обнаружено, что оксазиридины полезны для образования эпоксидов, высокочувствительных к кислоте. [ 7 ] (-)-Хетоминин был синтезирован посредством эпоксидирования оксазиридина на поздней стадии трансформации, как показано ниже. [ 23 ]
Еще одним преобразованием, имеющим большое синтетическое значение, является асимметричное эпоксидирование . Существует ряд асимметричных эпоксидаций: эпоксидирование Шарплесса , эпоксидирование Якобсена-Кацуки и эпоксидирование Юлии-Колонны . Эти методы требуют определенных функций для достижения селективности. Эпоксидирование Шарплесса характерно для аллильных спиртов, эпоксидирование Якобсена требует цис -дизамещенных арилалкенов, а эпоксидирование Джулиа требует α-β ненасыщенных кетонов . Хиральные оксазиридины действуют стереоспецифично на многие нефункционализированные алкены. [ 7 ] Можно даже каталитически осуществлять стереоспецифическое эпоксидирование в хиральной единице оксазиридина. Прежде чем уровни энантиометического избытка станут практичными для крупномасштабного синтеза, могут потребоваться дальнейшие исследования этих реакций. Лусиничи и др. исследовали асимметричное эпоксидирование с хиральной солью оксазиридиния с использованием оксона в качестве стехиометрического окислителя, как показано ниже. [ 24 ]
Гидроксилирование неактивированных углеводородов
[ редактировать ]Известно, что перфторированные оксазиридины гидроксилируют неактивированные углеводороды с замечательной регио- и диастереоспецифичностью. [ 19 ] Это очень желанная трансформация, и с подобной реакционной способностью и специфичностью редко можно соперничать, особенно учитывая неметаллическую природу окислителя. Перфторированные оксазиридины проявляют высокую селективность по отношению к третичным атомам водорода. Гидроксилирование первичных атомов углерода и дигидроксилирование соединения с двумя окисляемыми центрами никогда не наблюдалось. Сохранение стереохимии очень высокое, часто от 95 до 98%. (Сохранение стереохимии может быть дополнительно улучшено добавлением фторидной соли). [ 25 ]
Перенос азота
[ редактировать ]Оксазиридины с незамещенным или ацилированным азотом способны к переносу атома азота, хотя этой реакционной способности уделяется значительно меньше внимания. [ 26 ]
Аминирование N -нуклеофилов
[ редактировать ]Аминирование нуклеофилов N -незамещенными оксазиридинами весьма разнообразно по широте возможных нуклеофилов и соответствующих продуктов. Гидразины могут быть получены аминированием вторичных или третичных аминов, гидроксиламин и тиогидроксамины могут быть образованы из соответствующих спиртов и тиолов , сульфимиды могут быть образованы из тиоэфиров , а α-аминокетоны могут быть образованы атакой соответствующих енолятов. [ 27 ]
N -ациламидирование
[ редактировать ]Перенос ацилированных аминов сложнее, чем перенос незамещенных аминов, хотя, в отличие от переноса аминов оксазиридинами, альтернативных методов прямого переноса ацилированных аминов не существует. [ 27 ] Перенос ациламина в основном осуществлялся с использованием аминов и гидразинов в качестве нуклеофилов. Очень немногие переносы ацилированного азота к углеродным нуклеофилам были успешно выполнены, хотя некоторые из них существуют в литературе. [ 27 ]
Перестановки
[ редактировать ]Было обнаружено, что оксазиридины подвергаются реакциям перегруппировки по радикальному механизму при облучении УФ-светом или в присутствии реагента для переноса одного электрона, такого как Cu. я . спироциклические оксазиридины подвергаются расширению кольца до соответствующего лактама . [ 28 ] Мигрирующий заместитель определяется стереоэлектронным эффектом , при котором группа, трансформирующаяся в неподеленную пару азота, всегда будет преобладающим продуктом миграции. [ 29 ] В свете этого эффекта можно использовать преимущества хирального азота благодаря высокому инверсионному барьеру для направления перегруппировки. Это явление демонстрируется наблюдаемой селективностью в приведенных ниже перегруппировках. В перегруппировке слева наблюдается исключительно термодинамически невыгодный продукт, тогда как в реакции справа предпочтение отдается продукту, полученному из менее стабильного радикального промежуточного продукта. [ 28 ]
Обе использует эту перегруппировку как ключевой этап в своем синтезе (+)- йохимбина . [ 28 ] натуральное лекарство, классифицированное НИЗ как возможно эффективное при лечении эректильной дисфункции и сексуальных проблем, вызванных селективными ингибиторами обратного захвата серотонина . [ 30 ]
Также примечательно, что оксазиридины термически перегруппировываются в нитроны . Цис-транс- селективность полученного нитрона низкая, однако выходы от хороших до превосходных. Считается, что некоторые оксазиридины со временем рацемизуются через промежуточный нитрон. [ 7 ]
Циклоприсоединения с гетерокумуленами
[ редактировать ]Оксазиридины подвергаются циклоприсоединения реакциям с гетерокумуленами, образуя ряд уникальных пятичленных гетероциклов, как показано на рисунке ниже. Эта реакционная способность обусловлена напряженным трехчленным кольцом и слабой связью NO. [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «CID 15817734 — Публичная химическая база данных PubChem» . Проект ПабХим . США: Национальный центр биотехнологической информации.
- ^ Эммонс, WD (1956). «Синтез оксазиранов». Дж. Ам. хим. Соц. 78 (23): 6208–6209. дои : 10.1021/ja01604a072 .
- ^ Кримм, Генрих (1958). «Об изонитронах». Химические отчеты (на немецком языке). 91 (5): 1057–1068. дои : 10.1002/cber.19580910532 . ISSN 0009-2940 .
- ^ Хорнер, Л.; Юргенс, Э. (1957). «Заметка о изображении и свойствах некоторых изонитронов (оксазиранов)». Химические отчеты . 90 (10): 2184. doi : 10.1002/cber.19570901010 .
- ^ US 3972878 , Ширманн, Жан-Пьер; Комбру, Жан и Делаваренн, Серж Ивон, «Метод получения азинов и гидразонов», выпущенный 3 августа 1976 г., переданный Produits Chimiques Ugine Kuhlmann . US 3978049 , Ширманн, Жан-Пьер; Телье, Пьер и Матэ, Анри и др., «Способ получения гидразиновых соединений», выпущено 31 августа 1976 г., передано компании Chemical Products Ugine Kuhlmann .
- ^ US 4724133 , Ширманн, Жан-Пьер; Комбру, Жан и Делаваренн, Серж Ю., «Приготовление концентрированного водного раствора гидразингидрата», выпущено 9 февраля 1988 г., передано Atochem .
- ^ Jump up to: а б с д и Дэвис, ФА; Шеппард, AC (1989). «Применение оксазиридинов в органическом синтезе». Тетраэдр . 45 (18): 5703. doi : 10.1016/s0040-4020(01)89102-x .
- ^ Дэвис, ФА; Стрингер, О.Д. (1982). «Химия оксазиридинов. 2. Улучшенный синтез 2-сульфонилоксазиридинов». Журнал органической химии . 47 (9): 1774. doi : 10.1021/jo00348a039 .
- ^ Дэвис, ФА; Чаттопадхьяй, С.; Таусон, Джей Си; Лал, С.; Редди, Т. (1988). «Химия оксазиридинов. 9. Синтез 2-сульфонил- и 2-сульфамилоксазиридинов с использованием пероксимоносульфата калия (оксона)». Журнал органической химии . 53 (9): 2087. doi : 10.1021/jo00244a043 .
- ^ Jump up to: а б с д Дэвис, ФА; Чен, Британская Колумбия (1992). «Асимметричное гидроксилирование енолятов N-сульфонилоксазиридинами». хим. Ред. 92 (5): 919. doi : 10.1021/cr00013a008 .
- ^ Дэвис, ФА; Дженкинс, Р.Х.; Авад, СБ; Стрингер, О.Д.; Уотсон, Вашингтон; Галлой, Дж. (1982). «Химия оксазиридинов. 3. Асимметрическое окисление сераорганических соединений с использованием хиральных 2-сульфонилоксазиридинов». Журнал Американского химического общества . 104 (20): 5412. doi : 10.1021/ja00384a028 .
- ^ Дэвис, ФА; Редди, RT; МакКоли, JP; Пшеславский, Р.М.; Харакал, Мэн; Кэрролл, Пи Джей (1991). «Химия оксазиридинов. 15. Асимметрические окисления с использованием 3-замещенных 1,2-бензизотиазол-1,1-диоксидоксидов». Журнал органической химии . 56 (2): 809. doi : 10.1021/jo00002a056 .
- ^ Jump up to: а б Таусон, Джей Си; Вейсмиллер, MC; Лал, СГ; Шеппард, AC; Дэвис, Ф.А. (1990). «(+)-(2R,8aS)-10-(КАМФОРИЛСУЛЬФОНИЛ)ОКСАЗИРИДИН». Орг. Синтез. 69 : 158. дои : 10.15227/orgsyn.069.0158 .
- ^ Дэвис, ФА; Таусон, Джей Си; Вейсмиллер, MC; Лал, С.; Кэрролл, Пи Джей (1988). «Химия оксазиридинов. 11. (Камфорилсульфонил)оксазиридин: синтез и свойства». Журнал Американского химического общества . 110 (25): 8477. doi : 10.1021/ja00233a025 .
- ^ Бах, Р.Д.; Кодденс, бакалавр; Макдуалл, JJW; Шлегель, Х.Б.; Дэвис, Ф.А. (1990). «Механизм переноса кислорода от оксазиридина к сульфиду и сульфоксиду: теоретическое исследование». Журнал органической химии . 55 (10): 3325. doi : 10.1021/jo00297a062 .
- ^ Jump up to: а б Дэвис, ФА; Кумар, А.; Чен, Британская Колумбия (1991). «Химия оксазиридинов. 16. Короткий высокоэнантиоселективный синтез сегментов AB-кольца гамма-родомиционона и альфа-цитромицинона с использованием (+)-[(8,8-диметоксикамфорил)сульфонил]оксазиридина». Журнал органической химии . 56 (3): 1143. doi : 10.1021/jo00003a042 .
- ^ Дэвис, ФА; Вейсмиллер, MC; Лал, Г.С.; Чен, Британская Колумбия; Пшеславский, РМ (1989). «(Камфорилсульфонил)имин дианион в синтезе новых оптически чистых производных (камфорилсульфонил)оксазиридина». Буквы тетраэдра . 30 (13): 1613. doi : 10.1016/s0040-4039(00)99534-0 .
- ^ Чен, Британская Колумбия; Вейсмиллер, MC; Дэвис, ФА; Бошелли, Д.; Эмпфилд, младший; Смит, AB (1991). «Энантиоселективный синтез (+)-кельманианона». Тетраэдр . 47 (2): 173–82. дои : 10.1016/S0040-4020(01)80914-5 .
- ^ Jump up to: а б с Петров В.А., Реснати Г (1996). «Полифторированные оксазиридины: синтез и реакционная способность». Химические обзоры . 96 (5): 1809–1824. дои : 10.1021/cr941146h . ПМИД 11848812 .
- ^ Жан-Пьер Ширманн, Поль Бурдодук «Гидразин» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм, 2002. два : 10.1002/14356007.a13_177 .
- ^ Jump up to: а б Эванс, Д.А.; Моррисси, ММ; Дороу, Р.Л. (1985). «Асимметричное оксигенирование хиральных имидных енолятов. Общий подход к синтезу энантиомерно чистых синтонов альфа-гидроксикарбоновых кислот». Журнал Американского химического общества . 107 (14): 4346. doi : 10.1021/ja00300a054 .
- ^ Дуней, Эми Б.; Форсайт, Крейг Дж. (1999). «Сокращенный синтез системы C3-C14 (замещенный 1,7-диоксаспиро[5.5]ундец-3-ен) окадаиновой кислоты». Орг. Летт. 1 (3): 451–3. дои : 10.1021/ol9906615 . ПМИД 10822585 .
- ^ Мальджезини, Беатрис; Сильная, Барбара; Борги, Даниэла; Окрестности, Франческа; Дженнари, Чезаре; Папео, Джанлука (2009). «Простой полный синтез (-)-хетоминина». хим. Евр. Дж. 15 (32): 7922–7929. дои : 10.1002/chem.200900793 . ПМИД 19562787 .
- ^ Боэ, Луис; Ханке, Жиль; Лусинчи, Мари; Лусинчи, Ксавьер (1993). «Стереоспецифический синтез новой хиральной соли оксазиридиния». Буквы тетраэдра . 34 (45): 7271. doi : 10.1016/S0040-4039(00)79306-3 .
- ^ Арноне, Альберто; Фолетто, Стефания; Метранголо, Пьеранджело; Преньолато, Массимо; Реснати, Джузеппе (1999). «Высокоэнантиоспецифичная оксифункционализация неактивированных углеводородных участков перфтор-цис-2-н-бутил-3-н-пропилоксазиридином». Орг. Письмо 1 (2): 281. doi : 10.1021/ol990594e .
- ^ Шмитц, Э.; Оме, Р. (1964). «Изомерные оксимы с резьбовой структурой». хим. Хороший. 97 (9): 2521. doi : 10.1002/cber.19640970916 .
- ^ Jump up to: а б с Андреа, С.; Шмитц, Э. (1991). "ХимИнформ Реферат: Электрофильные аминирования оксазиридинами". ХимИнформ . 22 (46): 327. дои : 10.1002/chin.199146339 .
- ^ Jump up to: а б с Обе, Джеффри (1997). «Оксизиридиновые перегруппировки в асимметричном синтезе». Обзоры химического общества . 26 (4): 269–277. дои : 10.1039/CS9972600269 .
- ^ Латте, Арманд; Оливерос, Эстер; Ривьер, Моник; Бельжек, Чеслав; Мостович, Данута; Абрамский, Войцех; Пиччинни-Леопарди, Карла; Жермен, Габриэль; Ван Меерше, Морис (1982). «Фотохимическая и термическая перегруппировка оксазиридинов. Экспериментальные данные в поддержку теории стереоэлектронного контроля». Журнал Американского химического общества . 104 (14): 3929. doi : 10.1021/ja00378a024 .
- ^ «Йохимбе: добавки MedlinePlus» . nlm.nih.gov . 19 ноября 2010 года . Проверено 13 декабря 2010 г.