Азометинилид

Азометинилиды на основе азота представляют собой 1,3-диполи , состоящие из иона иминия рядом с карбанионом . Они используются в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием пятичленных гетероциклов , включая пирролидины и пирролины . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Эти реакции обладают высокой стерео- и региоселективностью и могут образовывать четыре новых смежных стереоцентра. имеют Таким образом , азометинилиды высокую эффективность в полном синтезе и образовании хиральных лигандов и фармацевтических препаратов . Азометинилиды могут быть получены из многих источников, включая азиридины, имины и иминиумы. Они часто образуются in situ и сразу же вступают в реакцию с диполярофилами.

Структура

Резонансные структуры ниже демонстрируют вклад 1,3-диполя , в котором два атома углерода, соседние с азотом, имеют отрицательный или положительный заряд. ^{[ 1 ]} Наиболее распространенным представлением азометинилидов является то, в котором азот заряжен положительно, а отрицательный заряд разделен между двумя атомами углерода. Относительный вклад различных резонансных структур зависит от заместителей на каждом атоме. Углерод, содержащий электроноакцепторные заместители, будет иметь более частичный отрицательный заряд из-за способности соседней электроноакцепторной группы стабилизировать отрицательный заряд.

Возможны три различные формы илида, каждая из которых приводит к разной стереохимии продуктов реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения . Возможны W-образные, U-образные и S-образные илиды. ^{[ 1 ]} Илиды W- и U-образной формы, в которых заместители R расположены по одну сторону, приводят к продуктам синциклоприсоединения , тогда как Илиды S-образной формы приводят к антипродуктам . В примерах ниже, где R ³ попадание заместителя в продукт зависит от его пространственной и электронной природы (см. региоселективность 1,3-диполярного циклоприсоединения ). Стереохимия R ¹ и Р ² в продукте циклоприсоединения образуется диполь. Стереохимия R ³ происходит от диполярофила - если диполярофил более чем монозамещен (и прохирален ), в результате может образоваться до четырех новых стереоцентров.

Поколение

Из азиридинов

Азометинилиды могут быть получены путем раскрытия кольца азиридинов . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} В соответствии с правилами Вудворда-Гоффмана термическое раскрытие четырехэлектронного кольца происходит конротаторным процессом, тогда как фотохимическая реакция является дисротаторным.

В этой реакции раскрытия кольца возникает проблема торкоселективности . Электроотрицательные заместители предпочитают вращаться наружу, в ту же сторону, что и заместитель R у азота, тогда как электроположительные заместители предпочитают вращаться внутрь. ^{[ 6 ]}

Обратите внимание, что в случае азиридинов раскрытие кольца может привести к образованию другого 1,3-диполя , в котором разрывается связь C–N (а не связь C–C). ^{[ 7 ]}

Конденсацией альдегида с амином

Один из простейших методов образования азометинилидов — конденсация альдегида с амином . Если амин содержит электроноакцепторную группу на альфа-углероде, например сложный эфир , депротонирование происходит легко. Возможным недостатком использования этого метода является то, что сложный эфир попадает в продукт циклоприсоединения. Альтернативой является использование карбоновой кислоты , которую можно легко удалить в процессе циклоприсоединения путем декарбоксилирования . ^{[ 8 ]}

Из иминов и иминиумов

Азометинилиды также могут образовываться непосредственно путем депротонирования иминий.

По N- металлированию

Металлические реагенты, используемые в этой реакции, включают бромид лития и ацетат серебра . ^{[ 1 ]} В этом методе металл координируется с азотом, чтобы активировать субстрат для депротонирования. Другой путь образования азометинилидов из иминов — путем прототропии и алкилирования .

Из мюнхнонес

Илиды могут образовываться из мюнхнонов , которые являются мезоионными гетероциклами и действуют как циклические азометинилиды. ^{[ 9 ]}

Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения

Как и другие реакции циклоприсоединения 1,3-диполя с π-системой, 1,3-диполярное циклоприсоединение с использованием азометинилида представляет собой шестиэлектронный процесс. Согласно правилам Вудворда-Гоффмана , это добавление является супрафациальным как по отношению к диполю, так и по отношению к диполярофилу . Реакцию обычно рассматривают как согласованную , при которой две связи углерод-углерод образуются одновременно, но асинхронно. Однако в зависимости от природы диполя и диполярофила дирадикальные или цвиттер-ионные интермедиаты. возможны ^{[ 10 ]} Эндо - продукт обычно предпочтительнее, как в изоэлектронной реакции Дильса-Альдера . В этих реакциях азометинилид обычно представляет собой ВЗМО , а электронодефицитный диполярофил - НСМО, хотя известно, что происходят реакции циклоприсоединения с неактивированными π-системами, особенно когда циклизация является внутримолекулярной. ^{[ 11 ]} Для обсуждения теории пограничной молекулярной орбитали 1,3-диполярного циклоприсоединения см. 1,3-диполярное циклоприсоединение#Frontier молекулярная орбитальная теория .

В реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов обычно используются алкены или алкины в качестве диполярофилов с образованием пирролидинов или пирролинов соответственно. Реакция азометинилида с алкеном показана выше и приводит к пирролидину. ^{[ 12 ]} Реакции такого рода можно использовать для синтеза Уллазина . ^{[ 13 ]} Хотя диполярофилы обычно представляют собой α,β-ненасыщенные карбонильные соединения, в последнее время было достигнуто множество успехов в разработке новых типов диполярофилов. ^{[ 14 ]}

Когда диполь и диполярофил являются частью одной и той же молекулы, реакция внутримолекулярной циклизации может привести к образованию полициклического продукта значительной сложности. ^{[ 1 ]} Если диполярофил привязан к углероду диполя, образуется слитый велосипед. Если он связан с азотом, образуется мостиковая структура. Внутримолекулярный характер реакции также может быть полезен тем, что региоселективность часто ограничена. Еще одним преимуществом внутримолекулярных реакций является то, что диполярофил не обязательно должен быть электронодефицитным - сообщалось о многих примерах реакций циклизации с богатыми электронами алкилзамещенными диполярофилами, включая синтез мартинелловой кислоты, показанный ниже.

Стереоселективность циклоприсоединения

В отличие от большинства реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения, в которых стереохимия диполя потеряна или отсутствует, азометинилиды способны сохранять свою стереохимию. Обычно это делается путем раскрытия кольца азиридина и последующего захвата диполярофилом, прежде чем стереохимия сможет нарушиться.

Как и другие реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, циклоприсоединения азометинилида могут образовывать эндо- или экзопродукты. Эту селективность можно регулировать с помощью металлического катализа. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Энантиоселективный синтез

Энантиоселективное циклоприсоединение азометинилидов с использованием хиральных катализаторов было впервые описано в плодотворной работе Олвея и Григга в 1991 году. ^{[ 17 ]} Этот мощный метод получил дальнейшее развитие Йоргенсена и Чжана. В этих реакциях обычно используются цинка , серебра , меди , никеля и кальция комплексы .

Используя хиральные фосфиновые катализаторы , можно синтезировать энантиомерно чистые спироиндолиноны. Способ, описанный Gong, et al. приводит к неожиданному региохимическому результату, который не следует за электронными эффектами. Это объясняется благоприятным штабелированием пи с катализатором. ^{[ 18 ]}

Другие реакции

Электроциклизации

Сопряженные азометинилиды способны к [1,5]- и [1,7] -электроциклизации . ^{[ 19 ]} Ниже показан пример [1,7]-электроциклизации дифенилэтенилзамещенного азометинилида. За этим замыканием вращательного кольца следует супрафациальный [1,5]-гидридный сдвиг, в результате которого образуется реароматизированный продукт. Стерика и геометрия реагирующего фенильного кольца играют важную роль в успехе реакции. ^{[ 20 ]}

Соединения, образующиеся в результате электроциклизации этого типа, использовались в качестве диенов в реакциях Дильса-Альдера для присоединения соединений к фуллеренам . ^{[ 21 ]}

Использование в синтезе

Полный синтез мартинелловой кислоты

Циклоприсоединение азометинилида с неактивированным алкеном использовано в полном синтезе мартинелловой кислоты . На стадии циклоприсоединения образуются два кольца, включая пирролидин , и два стереоцентра. ^{[ 22 ]}

Общий синтез спиротрипростатина B

При синтезе спиротрипростатина Б азометинилид образуется при конденсации амина с альдегидом . Затем илид реагирует с электронодефицитным алкеном на индолиноне , что приводит к образованию спироциклического пирролидина и четырех смежных стереоцентров. ^{[ 23 ]}

Синтез бензодиазепинонов

Циклизация азометинилида с карбонилом дает спироциклический оксазолидин , который теряет CO ₂ с образованием семичленного кольца. реакции с высокой полезностью широко распространены в химии азометинилидов. декарбоксилирующие Эти многостадийные ^{[ 24 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Колдхэм, Иэн; Хафтон, Ричард (2005). «Внутримолекулярные реакции диполярного циклоприсоединения азометин-илидов». Химические обзоры . 105 (7): 2765–2809. дои : 10.1021/cr040004c . ПМИД 16011324 .
^ Падва, Альберт; Пирсон, Уильям Х.; Харвуд, Луизиана; Викерс, Р.Дж. (2003). «Глава 3. Азометинилиды». Синтетическое применение химии 1,3-диполярного циклоприсоединения к гетероциклам и натуральным продуктам . Химия гетероциклических соединений: Серия монографий. Том. 59. стр. 169–252. дои : 10.1002/0471221902.ch3 . ISBN 9780471387268 .
^ Адрио, Хавьер; Карретеро, Хуан К. (2011). «Новые диполярофилы и диполи в катализируемом металлами энантиоселективном 1,3-диполярном циклоприсоединении азометинилидов». Химические коммуникации . 47 (24): 6784–6794. дои : 10.1039/c1cc10779h . ПМИД 21472157 .
^ Добан, Филипп; Гийом, Малик (2009). «Замаскированный 1,3-диполь, обнаруженный у азиридинов». Angewandte Chemie, международное издание . 48 (48): 9026–9029. дои : 10.1002/anie.200904941 . ПМИД 19882612 .
^ Хейсген, Рольф; Шеер, Вольфганг; Хубер, Гельмут (1967). «Стереоспецифическое превращение цис-транс-изомерных азиридинов в азометин-илиды с открытой цепью». Журнал Американского химического общества . 89 (7): 1753–1755. дои : 10.1021/ja00983a052 .
^ Бэнкс, Гарольд Д. (2010). «Исследование торкоселективности при получении азометинилидов из замещенных азиридинов». Журнал органической химии . 75 (8): 2510–2517. дои : 10.1021/jo902600y . ПМИД 20329779 .
^ Кардосо, Ана Л.; Пиньо и Мело, Тереза МВД (2012). «Азиридины в формальных [3+2] циклоприсоединениях: синтез пятичленных гетероциклов». Европейский журнал органической химии (33): 6479–6501. дои : 10.1002/ejoc.201200406 .
^ Хьюи, Эдвард (1983). «Пути внутримолекулярного [3 + 2] циклоприсоединения к дибензоциклогептанам и дибензазепинам с углеродными мостиками». Журнал органической химии . 48 (18): 2994–2997. дои : 10.1021/jo00166a011 .
^ Падва, Альберт; Гингрич, Генри Л.; Лим, Ричард (1982). «Региохимия внутримолекулярных циклоприсоединений Мункнона: препаративные и механистические последствия». Журнал органической химии . 47 (12): 2447–2456. дои : 10.1021/jo00133a041 .
^ Ли, Йи; Хоук, Кендалл Н.; Гонсалес, Хавьер (1995). «Переходные состояния перициклической реакции». Отчеты о химических исследованиях . 20 (2): 81–90. дои : 10.1021/ar00050a004 .
^ Хиткок, Клейтон Х.; Хенке, Брэд Р.; Куклис, Эндрю Дж. (1992). «Внутримолекулярное 1,3-диполярное циклоприсоединение стабилизированных азометинилидов к неактивированным диполярофилам». Журнал органической химии . 57 (56): 7056–7066. дои : 10.1021/jo00052a015 .
^ Штрайбер, С.Л. (2003). «Каталитическое асимметричное [3+2]циклоприсоединение азометинилидов. Разработка универсальной ступенчатой трехкомпонентной реакции для синтеза, ориентированного на разнообразие». Журнал Американского химического общества . 125 (34): 10174–10175. дои : 10.1021/ja036558z . ПМИД 12926931 .
^ Р. Бергер, М. Вагнер, К. Фэн, К. Мюллен. «Полициклические ароматические азометинилиды: уникальный вход в расширенные полициклические гетероароматические соединения». 2014. 436–441. дои: 10.1039/C4SC02793K
^ Адрио, Хавьер; Карретер, Хуан К. (2011). «Новые диполярофилы и диполи в катализируемом металлами энантиоселективном 1,3-диполярном циклоприсоединении азометинилидов». Химические коммуникации . 47 (24): 6784–6794. дои : 10.1039/c1cc10779h . ПМИД 21472157 .
^ Чжан, Сюму; Рагхунатх, Малати; Гао, Вэньчжун (2005). «Cu (I)-катализируемое высоко экзоселективное и энантиоселективное [3 + 2] циклоприсоединение азометин-илидов с акрилатами». Органические письма . 7 (19): 4241–4244. дои : 10.1021/ol0516925 . ПМИД 16146397 .
^ Фукудзава, Синъити; Оура, Ичиро; Симидзу, Кента; Огата, Кеничи (2010). «Высокоэндо - селективное и энантиоселективное 1,3-диполярное циклоприсоединение азометин-илида с α-енонами, катализируемое комплексом серебро (I) / ThioClickFerrophos». Органические письма . 12 (8): 1752–1755. дои : 10.1021/ol100336q . ПМИД 20232852 .
^ Оллвей, Филип; Григг, Рональд (1991). «Хиральные катализаторы кобальта (II) и марганца (II) для реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов, полученных из арилидениминов глицина». Буквы тетраэдра . 32 (41): 5817–5820. дои : 10.1016/S0040-4039(00)93563-9 .
^ Гонг, Лю-Чжу; Чен, Сяо-Хуа; Вэй, Цян; Ло, Ши-Вэй; Сяо, Хан (2009). «Органокаталитический синтез спиро[пирролидин-3,3'-оксиндолов] с высокой энантиочистотой и структурным разнообразием». Журнал Американского химического общества . 131 (38): 13819–13825. дои : 10.1021/ja905302f . ПМИД 19736987 .
^ Недоля, Н.А.; Трофимов, Б.А. (2013). «[1,7]-Реакции электроциклизации в синтезе производных азепина». Химия гетероциклических соединений . 49 (1): 152–176. дои : 10.1007/s10593-013-1236-y . S2CID 96192354 .
^ Ньергес, Миклош (2006). «Реакции 1,7-электроциклизации стабилизированных α,β:γ,δ-ненасыщенных азометинилидов». Тетраэдр . 16 (24): 5725–5735. дои : 10.1016/j.tet.2006.03.088 .
^ Ниренгартен, Жан-Франсуа (2002). «Неожиданная реакция Дильса-Альдера на ядре фуллерена, а не ожидаемое 1,3-диполярное циклоприсоединение». хим. Коммун. (7): 712–713. дои : 10.1039/B201122K . ПМИД 12119686 .
^ Снайдер, Б.Б.; Ан, Ю.; О'Хара, С.М. (2001). «Тотальный синтез (±)-мартинелловой кислоты». Органические письма . 3 (26): 4217–4220. дои : 10.1021/ol016884o . ПМИД 11784181 .
^ Уильямс, Роберт (2003). «Краткий асимметричный полный синтез спиротрипростатина А». Органические письма . 5 (17): 3135–3137. дои : 10.1021/ol0351910 . ПМИД 12917000 .
^ Райан, Джон Х. (2011). «Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения-декарбоксилирования азометинилида с изатовыми ангидридами: образование новых бензодиазепинонов». Органические письма . 13 (3): 486–489. дои : 10.1021/ol102824k . ПМИД 21175141 .

[coldham-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Колдхэм, Иэн; Хафтон, Ричард (2005). «Внутримолекулярные реакции диполярного циклоприсоединения азометин-илидов». Химические обзоры . 105 (7): 2765–2809. дои : 10.1021/cr040004c . ПМИД 16011324 .

[2] Падва, Альберт; Пирсон, Уильям Х.; Харвуд, Луизиана; Викерс, Р.Дж. (2003). «Глава 3. Азометинилиды». Синтетическое применение химии 1,3-диполярного циклоприсоединения к гетероциклам и натуральным продуктам . Химия гетероциклических соединений: Серия монографий. Том. 59. стр. 169–252. дои : 10.1002/0471221902.ch3 . ISBN 9780471387268 .

[3] Адрио, Хавьер; Карретеро, Хуан К. (2011). «Новые диполярофилы и диполи в катализируемом металлами энантиоселективном 1,3-диполярном циклоприсоединении азометинилидов». Химические коммуникации . 47 (24): 6784–6794. дои : 10.1039/c1cc10779h . ПМИД 21472157 .

[4] Добан, Филипп; Гийом, Малик (2009). «Замаскированный 1,3-диполь, обнаруженный у азиридинов». Angewandte Chemie, международное издание . 48 (48): 9026–9029. дои : 10.1002/anie.200904941 . ПМИД 19882612 .

[5] Хейсген, Рольф; Шеер, Вольфганг; Хубер, Гельмут (1967). «Стереоспецифическое превращение цис-транс-изомерных азиридинов в азометин-илиды с открытой цепью». Журнал Американского химического общества . 89 (7): 1753–1755. дои : 10.1021/ja00983a052 .

[6] Бэнкс, Гарольд Д. (2010). «Исследование торкоселективности при получении азометинилидов из замещенных азиридинов». Журнал органической химии . 75 (8): 2510–2517. дои : 10.1021/jo902600y . ПМИД 20329779 .

[7] Кардосо, Ана Л.; Пиньо и Мело, Тереза МВД (2012). «Азиридины в формальных [3+2] циклоприсоединениях: синтез пятичленных гетероциклов». Европейский журнал органической химии (33): 6479–6501. дои : 10.1002/ejoc.201200406 .

[8] Хьюи, Эдвард (1983). «Пути внутримолекулярного [3 + 2] циклоприсоединения к дибензоциклогептанам и дибензазепинам с углеродными мостиками». Журнал органической химии . 48 (18): 2994–2997. дои : 10.1021/jo00166a011 .

[9] Падва, Альберт; Гингрич, Генри Л.; Лим, Ричард (1982). «Региохимия внутримолекулярных циклоприсоединений Мункнона: препаративные и механистические последствия». Журнал органической химии . 47 (12): 2447–2456. дои : 10.1021/jo00133a041 .

[10] Ли, Йи; Хоук, Кендалл Н.; Гонсалес, Хавьер (1995). «Переходные состояния перициклической реакции». Отчеты о химических исследованиях . 20 (2): 81–90. дои : 10.1021/ar00050a004 .

[11] Хиткок, Клейтон Х.; Хенке, Брэд Р.; Куклис, Эндрю Дж. (1992). «Внутримолекулярное 1,3-диполярное циклоприсоединение стабилизированных азометинилидов к неактивированным диполярофилам». Журнал органической химии . 57 (56): 7056–7066. дои : 10.1021/jo00052a015 .

[12] Штрайбер, С.Л. (2003). «Каталитическое асимметричное [3+2]циклоприсоединение азометинилидов. Разработка универсальной ступенчатой трехкомпонентной реакции для синтеза, ориентированного на разнообразие». Журнал Американского химического общества . 125 (34): 10174–10175. дои : 10.1021/ja036558z . ПМИД 12926931 .

[13] Р. Бергер, М. Вагнер, К. Фэн, К. Мюллен. «Полициклические ароматические азометинилиды: уникальный вход в расширенные полициклические гетероароматические соединения». 2014. 436–441. дои: 10.1039/C4SC02793K

[14] Адрио, Хавьер; Карретер, Хуан К. (2011). «Новые диполярофилы и диполи в катализируемом металлами энантиоселективном 1,3-диполярном циклоприсоединении азометинилидов». Химические коммуникации . 47 (24): 6784–6794. дои : 10.1039/c1cc10779h . ПМИД 21472157 .

[15] Чжан, Сюму; Рагхунатх, Малати; Гао, Вэньчжун (2005). «Cu (I)-катализируемое высоко экзоселективное и энантиоселективное [3 + 2] циклоприсоединение азометин-илидов с акрилатами». Органические письма . 7 (19): 4241–4244. дои : 10.1021/ol0516925 . ПМИД 16146397 .

[16] Фукудзава, Синъити; Оура, Ичиро; Симидзу, Кента; Огата, Кеничи (2010). «Высокоэндо - селективное и энантиоселективное 1,3-диполярное циклоприсоединение азометин-илида с α-енонами, катализируемое комплексом серебро (I) / ThioClickFerrophos». Органические письма . 12 (8): 1752–1755. дои : 10.1021/ol100336q . ПМИД 20232852 .

[17] Оллвей, Филип; Григг, Рональд (1991). «Хиральные катализаторы кобальта (II) и марганца (II) для реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов, полученных из арилидениминов глицина». Буквы тетраэдра . 32 (41): 5817–5820. дои : 10.1016/S0040-4039(00)93563-9 .

[18] Гонг, Лю-Чжу; Чен, Сяо-Хуа; Вэй, Цян; Ло, Ши-Вэй; Сяо, Хан (2009). «Органокаталитический синтез спиро[пирролидин-3,3'-оксиндолов] с высокой энантиочистотой и структурным разнообразием». Журнал Американского химического общества . 131 (38): 13819–13825. дои : 10.1021/ja905302f . ПМИД 19736987 .

[19] Недоля, Н.А.; Трофимов, Б.А. (2013). «[1,7]-Реакции электроциклизации в синтезе производных азепина». Химия гетероциклических соединений . 49 (1): 152–176. дои : 10.1007/s10593-013-1236-y . S2CID 96192354 .

[20] Ньергес, Миклош (2006). «Реакции 1,7-электроциклизации стабилизированных α,β:γ,δ-ненасыщенных азометинилидов». Тетраэдр . 16 (24): 5725–5735. дои : 10.1016/j.tet.2006.03.088 .

[21] Ниренгартен, Жан-Франсуа (2002). «Неожиданная реакция Дильса-Альдера на ядре фуллерена, а не ожидаемое 1,3-диполярное циклоприсоединение». хим. Коммун. (7): 712–713. дои : 10.1039/B201122K . ПМИД 12119686 .

[22] Снайдер, Б.Б.; Ан, Ю.; О'Хара, С.М. (2001). «Тотальный синтез (±)-мартинелловой кислоты». Органические письма . 3 (26): 4217–4220. дои : 10.1021/ol016884o . ПМИД 11784181 .

[23] Уильямс, Роберт (2003). «Краткий асимметричный полный синтез спиротрипростатина А». Органические письма . 5 (17): 3135–3137. дои : 10.1021/ol0351910 . ПМИД 12917000 .

[24] Райан, Джон Х. (2011). «Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения-декарбоксилирования азометинилида с изатовыми ангидридами: образование новых бензодиазепинонов». Органические письма . 13 (3): 486–489. дои : 10.1021/ol102824k . ПМИД 21175141 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]