Расширение и сжатие кольца
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Реакции расширения и сжатия кольца расширяют или сжимают кольца , обычно в органической химии . Этот термин обычно относится к реакциям, включающим образование и разрыв связей CC . [1] Различные механизмы приводят к такого рода реакциям.
Сжатие и расширение кольца Демьянова.
[ редактировать ]Эти реакции влекут за собой диазотирование аминоциклобутанов и аминоциклопропанов. Потеря N 2 из диазокатионов приводит к образованию вторичных карбокатионов, которые имеют тенденцию перегруппировываться и затем подвергаться гидролизу. Реакция превращает аминоциклобутан в смесь гидроксициклобутана и гидроксиметилциклопропана. Эти реакции образуют уравновешивающую смесь двух карбокатионов : [2]
- С 4 Ч + 7 ⇌ С 3 Ч 5 СН + 2
Сокращение карбеноидного кольца
[ редактировать ]
В реакции Арндта-Эйстерта α-диазокетон индуцируется высвобождением N 2 , что приводит к образованию высокореактивного секстетного углеродного центра, примыкающего к карбонилу. Такие виды превращаются в результате перегруппировки Вольфа в сложный эфир в присутствии спиртов. При применении к циклическим α-диазокетонам происходит сжатие кольца. [3] [4] В случае стероидов эта реакция использовалась для преобразования циклопентаноновых групп в производные циклобутанила. [5]
Реакции расширения кольца
[ редактировать ]
Расширение колец может обеспечить доступ к более крупным системам, которые иначе сложно синтезировать. [6] Кольца могут быть расширены путем атаки кольца на внешнюю группу, уже добавленную к кольцу ( миграция /вставка), открытия велосипеда к одному большему кольцу или соединения закрытия кольца с расширением. [1] Эти расширения могут быть далее разбиты по типу атома, который они включают (углерод или гетероатом) в расширенное кольцо.
Вставка углерода посредством миграции в экзоциклическую группу
[ редактировать ]Эти реакции имеют общие черты: экзоциклическая уходящая группа на атоме углерода, прилегающем к кольцу, и электронодонорная группа на кольце, способная инициировать миграцию эндоциклической связи.
Обычным миграционным внедрением углерода является перегруппировка пинакола . [1] Хотя эта реакция относится конкретно к перегруппировке вицинального дигидроксида, существуют и другие перегруппировки типа пинакола, которые протекают по тому же общему механизму, например, перегруппировка Тиффно-Демьянова . Эти «перегруппировки семипинаколов» происходят в более мягких условиях и поэтому предпочтительнее при сложных синтезах. [7] Эти реакции полезны не только для простого расширения кольца, поскольку атакованная экзоциклическая группа может также иметь другие функциональные группы, добавленные к ней, помимо уходящей группы. Группа, к которой мигрирует эндоциклическая связь, также может быть избирательно добавлена к кольцу на основе уже присутствующей функциональности, например 1,2-присоединение к циклическому кетону.
Вставка карбона через отверстие велосипеда
[ редактировать ]
Обычный метод расширения кольца включает открытие циклопропансодержащего бициклического промежуточного соединения. Стратегия может начаться с Симмонсу-Смиту . циклопропанирования циклического алкена, подобного [8]
Родственное расширение кольца на основе циклопропана - это расширение кольца Бюхнера . Расширение кольца Бюхнера используется для превращения аренов в циклогептатриены . Расширение кольца Бюхнера поощряется к открытию желаемого продукта путем размещения электроноакцепторных групп на добавленном углероде. Чтобы осуществить раскрытие кольца насыщенных бициклических молекул, циклопропан должен быть введен так, чтобы соседняя группа могла способствовать расширению, или кольцо должно быть раскрыто путем атаки на расширение. [9] или кольцо должно быть открыто атакой внешней группы. [10]
Открытие кольца как средство расширения кольца также может быть применено к более крупным системам, чтобы обеспечить доступ к еще большей сисциклизации кольца. Фрагментация Гроба может быть применена в качестве примера такого расширения. Как и миграция типа пинакола, фрагментация Гроба опирается на группу, отдающую электроны, которая способствует миграции связей и способствует изгнанию уходящей группы. В этом случае электронодонорная группа может представлять собой псевдоэлектронодонорную группу, которая способна отщеплять и отдавать электронную пару углероду с разрываемой связью. Работа с двумя меньшими кольцами может позволить отдельно разработать две части молекулы, прежде чем работать с расширенным кольцом. Реакция расширения кольца Дауда-Беквита также способна присоединить к кольцу несколько атомов углерода за раз и является полезным инструментом для создания больших колец. [11] Пока он проходит через промежуточный велосипед, окончательная циклизация и раскрытие цикла происходят в рамках одной и той же радикальной реакции . [12] Это расширение полезно, поскольку оно позволяет расширить бета-кетоэфир до большого циклического кетона, который можно легко получить с использованием либо циклического кетона, либо экзоциклического сложного эфира.
Реакции внедрения гетероатомов
[ редактировать ]Присоединения гетероатомов к кольцам могут происходить посредством расширения колец, если они не осуществляются посредством синтеза колец de novo. [13] Эти внедрения представляют собой в первую очередь расширение колец, поскольку они часто происходят через пути миграции/внедрения, аналогичные упомянутым выше для углерода. Примеры включают высокоэффективное применение перегруппировки Бекмана (для введения азота в кодеин). [14] и окисление Байера-Виллигера (введение кислорода в аннелированные эфиры) [15] в синтезе. Оба процесса происходят с вытеснением уходящей группы при миграции алкильной группы на экзоциклический гетероатом, что поразительно похоже на перегруппировку типа пинакола.
Реакции сжатия кольца
[ редактировать ]
Сжатие колец полезно для создания меньших и более напряженных колец из колец большего размера. Стимулом к созданию этих колец послужила трудность, связанная с созданием полностью разработанного маленького кольца, когда такое кольцо легче было бы сделать из тщательно разработанного большего кольца, из которого можно вырезать атом, или из-за того, что исходный больший каркас более доступен. . [16]
Кольцевые сокращения легко охарактеризовать просто по реактивному промежуточному звену, которое выполняет сокращение. Стандартными промежуточными продуктами являются анионные, катионные и карбеноидные. [17]
Перегруппировка Фаворского
[ редактировать ]Перегруппировка Фаворского представляет собой классическое сжатие анионного кольца. [18] Он протекает через карбанион, который атакует эндоциклический углерод и вытесняет уходящую группу (галогенид), образуя бициклическую молекулу с кольцами меньшего размера, чем исходная. Затем велосипед раскрывается в результате нуклеофильной атаки на кетон с образованием сокращенного продукта. [19] Эта реакция использовалась для превращения циклогексанона в метиловый эфир циклопропанкарбоновой кислоты .
Альтернативой стандартной перегруппировке Фаворского является проведение того, что можно назвать отрицательной перегруппировкой пинакола, когда анионная группа побуждает связь, ориентированную с уходящей группой, мигрировать и вытеснять уходящую группу, что использовалось в нескольких синтезах. [17] Следует также отметить, что так называемая «квази-перегруппировка Фаворского» протекает без дополнительного нуклеофила с образованием конечного сократившегося продукта.
Катионные сокращения
[ редактировать ]Сокращение катионной перегруппировки происходит за счет потери уходящей группы и миграции эндоциклической связи к карбокатиону. Для этого типа сокращения часто используются перегруппировки типа пинакола. [20] Как и реакция расширения, она протекает с группой, отдающей электроны, которая способствует миграции.
Реакции сжатия одного кольца могут сочетаться с расширением другого, образуя неравный велосипед из сплавленного кольца одинакового размера. Эти катионные перегруппировки нашли применение для синтеза ядер сложных молекул. [21]
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Редмор, Д.; Гучче, CD Реакции расширения карбоциклического кольца, Academic Press, Нью-Йорк, 1968,
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Канторовский, Э.Дж.; Курт, MJ (2000). «Расширение до семичленных колец» (PDF) . Тетраэдр . 56 (26): 4317–4353. дои : 10.1016/S0040-4020(00)00218-0 . S2CID 34628258 . Архивировано из оригинала (PDF) 18 августа 2019 г.
- ^ Смит, Майкл Б.; Марш, Джерри (2006). Продвинутая органическая химия марта: реакции, механизмы и структура . стр. 1588–1592. дои : 10.1002/0470084960 . ISBN 9780470084960 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Смит, Майкл Б.; Марш, Джерри (2006). Продвинутая органическая химия марта: реакции, механизмы и структура . п. 1599. дои : 10.1002/0470084960 . ISBN 9780470084960 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кирмсе, В. (июль 2002 г.). «100 лет перегруппировки Вольфа». Европейский журнал органической химии . 2002 (14): 2193. doi : 10.1002/1099-0690(200207)2002:14<2193::AID-EJOC2193>3.0.CO;2-D .
- ^ Томас Н. Уиллер и Дж. Мейнвальд (1972). «Образование и фотохимическая перегруппировка Вольфа циклических α-диазокетонов: d-норандрост-5-ен-3β-ол-16-карбоновые кислоты». Органические синтезы . 52 : 53. дои : 10.15227/orgsyn.052.0053 .
- ^ Касадей, Массачусетс; Калли, К.; Мандолини, Л. (1 февраля 1984 г.). «Реакции замыкания цикла. 22. Кинетика циклизации диэтил(омега-бромалкил)малонатов в диапазоне 4-21-членных колец. Роль напряжения кольца». Журнал Американского химического общества . 106 (4): 1051–1056. дои : 10.1021/ja00316a039 .
- ^ Курти, Л.; Чако, Б. (2005). Стратегическое применение названных реакций . Эльзевир. п. 350. ИСБН 978-0-12-429785-2 . OCLC 1107566236 .
- ^ «Расширение одноуглеродного кольца циклоалканонов до сопряженных циклоалкенонов: 2-циклогептен-1-один». Органические синтезы . 59 : 113. 1979. doi : 10.15227/orgsyn.059.0113 .
- ^ Биройгель, Х.; Аккерман, Дж. М.; Арманда, JCL; Пандит, Великобритания (1974). «Специфическое внедрение карбенов в связи углерод-углерод». Буквы тетраэдра . 15 (33): 2817–2820. дои : 10.1016/S0040-4039(01)91751-4 .
- ^ Хоберг, Дж.О.; Бозелл, Джей-Джей (сентябрь 1995 г.). «Циклопропанирование и расширение кольца ненасыщенных сахаров». Буквы тетраэдра . 36 (38): 6831–6834. дои : 10.1016/0040-4039(95)01387-W .
- ^ Хирольд, Дж.; Луптон, Д.В. (июль 2012 г.). «Синтез спироциклических γ-лактонов методом каскадного расширения / циклизации кольца Беквита – Дауда». Органические письма . 14 (13): 3412–3415. дои : 10.1021/ol301387t . ПМИД 22691029 .
- ^ Дауд, П.; Цой; SCJ Am. хим. Соц. 1987, 3493–3494 гг.
- ^ Макмерри, Джон (2008). Органическая химия 7-е изд . стр. 945–946. ISBN 978-0-495-11258-7 .
- ^ Уайт, Джей Ди; Хрнчар, П.; Стаппенбек, Ф. (1999). «Асимметричный полный синтез (+)-кодеина посредством внутримолекулярного введения карбеноида». Журнал органической химии . 63 (21): 7871–7884. дои : 10.1021/jo990905z .
- ^ Маршан, AP; Кумар, В.С.; Харипракаша, Гонконг (2001). «Синтез новых клеточных оксагетероциклов». Журнал органической химии . 66 (6): 2072–2077. дои : 10.1021/jo001611c . ПМИД 11300903 .
- ^ Сильва, LF Tetrahedron 2002, 9137–9161 [ нужна полная цитата ]
- ^ Jump up to: а б Майерс, Эндрю. «Методы сжатия колец» (PDF) . Получено 30 ноября 2014 г. - через факультет химии и химической биологии Гарвардского университета.
- ^ Шенье, Филип Дж. (1978). «Перегруппировка Фаворского в мостиковых полициклических соединениях». Журнал химического образования . 55 (5): 286–291. Бибкод : 1978JChEd..55..286C . дои : 10.1021/ed055p286 .
- ^ Смит, Майкл Б.; Марш, Джерри (2006). Продвинутая органическая химия марта: реакции, механизмы и структура . стр. 1595–1596. дои : 10.1002/0470084960 . ISBN 9780470084960 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Сун, Чжэнь-Лэй; Фан, Чун-Ан; Ту, Юн-Цян (2011). «Перегруппировка семипинакола при синтезе натуральных продуктов». Химические обзоры . 111 (11): 7523–7556. дои : 10.1021/cr200055g . ПМИД 21851053 .
- ^ Бючи, Г.; Хофхайнц, В.; Паукстелис, СП (ноябрь 1969 г.). «Синтез (-)-аромадендрена и родственных сесквитерпенов». Журнал Американского химического общества . 91 (23): 6473–6478. дои : 10.1021/ja01051a051 .