Синтез циклопропанов путем [2 + 1]-циклоприсоединения - раздел Образование, ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ Синтез Трехчленных Циклов По Схеме Циклоприсоединения Должен, Очевидно, Вклю...
Синтез трехчленных циклов по схеме циклоприсоединения должен, очевидно, включать взаимодействие непредельного субстрата, например алкена, с каким-либо Срреагентом, выступающим в роли синтетического эквивалента карбена 395 или его замещенных производных (схема 2.132).
Схема 2.132
|
Карбены — крайне нестабильные, реакционноспособные частицы [33а], которые можно зафиксировать лишь в аргоновой матрице при низких температурах (ниже 77К) [ЗЗЬ]. Некоторые сведения о природе их реакционной способности удалось получить из данных по газофазным превращениям [33с]. В большинстве методов синтеза циклопропанов, формально описываемых как присоединение карбена, на самом деле в реакции с непредельным субстратом участвует не карбен, как таковой, а какой-либо реагент, который выступает в роли переносчика карбена. При этом далеко не во всех случаях можно считать, что в таких реакциях карбен может действительно образовываться, хотя бы в качестве интермедиата [33d]. Поэтому часто используют более нейтральный термин — карбеноид, подразумевающий, что эффективным итогом реакции с рассматриваемым интгрмедиатом является перенос карбена, т. е. в уже привычных читателю терминах такой интермедиат, равно как и его предшественник, являются синтетическими эквивалентами карбена. Типичные реакции, используемые для генерации такого рода ин-термедиатов, представлены на схеме 2.133.
Схема 2.133
|
Среди показанных на схеме 2.133 реакций препаративно наиболее важна реакция (1), для которой разработана очень удобная методика проведения в условиях межфазного катализа. Согласно этой методике, раствор непредельного субстрата в хлороформе перемешивают с водным раствором щелочи в присутствии катализатора фазового переноса, например тетрабутиламмониевой соли. При этом на границе раздела фаз происходит генерация дихлоркарбена, который немедленно реагирует с субстратом, содержащимся в хлороформном слое. Альтернативный путь генерации дихлоркарбена, не требующий использования основания или каких-либо катализаторов, основан на декарбоксилировании трихлорацегата натрия при умеренном нагревании (2). Метод (3) является менее общим, и его используют обычно в случае внутримолекулярных вариантов [2 + 1]-циклоприсоединения. Метод (4) удобен для исследований, направленных на выяснение особенностей механизма реакций с участием дихлоркабе-нов. Как видно, методы (1), (2) и (4) ориентированы на генерацию дихлоркар-бенов, и, следовательно, в результате реакций получаемых реагентов с алкена-ми будут образовываться дихлорциклопропаны. Последние достаточно легко могут быть превращены в монохлорпроизводные или соответствующие углеводороды, так что по своему конечному результату использование этих реагентов и реакций эквивалентно циклопропанированию с помощью карбена.
Диазомеган, равно как и многие замещенные диазоалканы, широко применяются для циклопропанирования, поскольку под действием света или при нагревании в присутствии солей тяжелых металлов (Си, Rh) из них легко генерируются карбены {реакция (5)] [ЗЗе]. Однако простейшие диазоалканы не могут долго храниться даже в растворах, и каждый раз их приходиться получать из таких предшественников, как N-нитрозометилмочевина или ее аналоги. Напротив, производные диазоалканов, содержащие электроноакцепторные заместители, такие, как диазоуксусный эфир или диазоацетон, достаточно стабильны и удобны в применении для синтеза замешенных циклопропанов.
Наконец, к числу препаративно удобных методов циклопропанирования относится также реакция Симмонса—Смита, в которой в качестве синтетического эквивалента карбена используется карбеноидная частица ICH(R)ZnI, генерируемая in situ при действии цинк-медной пары на 1,1-ди-иодалканы [реакция (6)] [33f,g].
Некоторые примеры циклопропанирования с помощью рассмотренных методов показаны на схеме 2.134.
Схема 2.134
|
транс-Хризантемовая кислота (396),природный инсектицид, как и многочисленные синтетические аналоги этого соединения, чаще всего получают по схеме циклопропанирования с использованием почти всего спектра реагентов, упоминавшихся выше. Некоторые из полученных веществ нашли широкое применение как эффективные и экологически чистые инсектициды. На схеме 2.134 представлен один из первых синтезов 396,основанный на моноциклопропанировании 2,5-диметилгексадиена-2,4 [33h].
Показанный на этой же схеме синтез трициклического углеводорода 397из гексадиена-1,5 включает последовательность двух реакций циклопропанирования, межмолекулярной и внутримолекулярной [33i]. Исходный реагент, бромоформ СНВгз, используется в первой из этих реакций как предшествен-никдибромкарбена. Из получаемого на этой стадии дибромциклопропана 397адалее под действием BuLi снова генерируется карбеноидная частица, реагирующая со второй двойной связью. Суммарный итог этих двух реакций соответствует использованию СНВгз в качестве эквивалента тетрадентатного синтона — бис-карбена :С:.
Примером эффективности внутримолекулярного [2 + 1]-циклоприсоеди-нения для построения полициклических систем, содержащих циклопропа-новый фрагмент, может служить синтез [3,1 ]-бициклогексанового производного 398[33j]. Требуемые для подобной циклизации диазокетоны могут быть легко получены по достаточно тривиальной реакции хлорангидридов с ди-азометаном.
Условия циклопропанирования по Симмонсу—Смиту |33f] особенно удобны для применения к енолъным производным, таким, как силиловые эфйры 399.Производные типа показанного на схеме 2.134 силилового эфира 400находят разнообразное применение в синтезе как замаскированные эквиваленты нестабильного циклопропанола. Помимо этого, такие эфиры являются промежуточными продуктами при секо-алкилировании — методе селективного введения одного алхильного заместителя в ct-положение кетонов, основанного на кислотном расщеплении трехчленного цикла силило-вых эфиров типа 400,что непосредственно приводит к ос-алкилкетояам.
Отметим в заключение этого раздела, что методы циклопропанирования самых различных алкеновых производных в целом очень хорошо отработаны. Поэтому, если целевая структура содержит циклопропанозое кольцо, то можно с уверенностью включать в число рассматриваемых вариантов ретро-синтеза те из них, которые предусмативают разборку по этому фрагменту.
Все темы данного раздела:
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
НАУКА И ИСКУССТВО
Перевод с английского
профессора, д-ра хим. наук В. А. Смита
и профессора, д-ра хим. наук А. Ф. Бочкова
Редакция литературы по химии
ISBN5-03-003380-7 (русск.)
ISBN 0-85404544-9 (англ.)
© The Royal Society of Chemistty 1998
© Перевод на русский язык, оформление «Мир», 2001
© OCR сканированной кн
Цель однозначна и бесспорна
С древних времен человеку были известны чарующие цвета, которые придавали тканям природные красители, добываемые из различных растений и животных. Уже в XIII в. до н. э. финикийцы владели искусств
Цель однозначна, но не бесспорна
Однако важность того или иного направления в науке чаще всего не может быть оценена столь прямолинейно только по критерию немедленной полезности конкретных научных исследований. На протяжении всей
Синтез как поиск (цель бесспорна, но не однозначна).
Синтез природных веществ, в том числе обладающих полезными свойствами, — это лишь одна, наиболее очевидная, но далеко не единственная задача органического синтеза. Как показывает в
Синтез как инструмент исследования
Во всех обсуждавшихся выше примерах синтез выполняет чисто препаративную функцию, т.е. поставляет нужные вещества. В принципе для решения таких задач не имеет значения, каким именно путем было по
Строение соединений с их свойствами
Пожалуй, главная, наиболее фундаментальная задача не только органической химии, но и всей химической науки — это установление зависимости свойств вещества (физических, химических, биологических) ка
Создание новых структур, проблемных для органической химии
На протяжении всей истории органической химии в ней возникали и продолжают возникать проблемы теоретического характера, для решения которых необходимо было изучить те или иные соединения с экзоти
Расширение круга известных органических соединений
Это — одна из традиционных и наиболее скромных сторон деятельности химиков-синтетиков. Скромных потому, что большинство таких синтезов носит весьма заурядный характер, и уже давно никого не удивля
Вводные замечания
Название этой главы может создать впечатление, что мы собираемся рассмотреть в ней все или хотя бы большинство методов, используемых в современной синтетической практике. Надо сра
Возможность протекания органической реакции. Общие соображения
Во введении мы упоминали привлекательный, но абсолютно нереальный путь синтез уксусной кислоты из метана и углекислого газа (диоксида углерода):
СН4 + СО2 → СН
Термодинамическая допустимость реакции
Ископаемое сырье, служащее в конечном счете основным исходным материалом для органического синтеза, образовалось в результате чрезвычайно длительных биогеохимических процессов. За это время оно ус
Термодинамический и кинетический контроль
Для того чтобы термодинамически допустимое превращение X → Y могло осуществиться, реагирующая система X (это может быть одно вещество или несколько компонент, словом, все участники процесса),
Органическая реакция и синтетический метод
Термину «синтетический метод» трудно дать строгое определение, но не трудно описать смысл этого понятия. Идеальный синтетический метод может быть уподоблен оператору в математике,
Принципы сборки связи С-С. Гетеролитические реакции
Основу типичной органической молекулы, ее углеродный скелет, составляет система непосредственно связанных друг с другом атомов углерода. Поэтому методы создания углерод-углеродных с
Органические ионы и факторы, определяющие их стабильность
Высокая химическая активность карбокатионов и карбанионов связана прежде всего с силами кулоновского взаимодействия. Точечный заряд, сосредоточенный на атоме углерода, создает элек
Электрофилы и нуклеофилы в реакциях образования связей С-С
Существование обширных классов органических реакций, которые могутбыть формально описаны в терминах ионных схем, но в которых реально участвуют ковалентные соединения, позволяет говорить об экви
Реакция Вюрца. Аллильное сочетание и родственные случаи
Выше мы уже обсуждали реакцию Вюрца как один из простейших случаев образования связи С—С. В этой реакции одна молекула алкилгалогенида выступает в роли элекгрофила (эквивалента карбокатиона), в то
Карбонильные соединения как нуклеофилы и электрофилы
В определенном смысле карбонилсодержащий фрагмент С-С=О может рассматриваться как аналог аллилъной системы С—С=С. Однако в отличие от последней в карбонильных соединениях эффективная стабилизация
Карбометаллирование алкинов
Изложенные выше принципы проведения нуклеофильного присоединения по кратным связям как последовательности независимых стадий атаки нуклеофила и взаимодействия образующегося карбанионного интермеди
Ретросинтетический анализ ациклических целевых структур. Общие рекомендации.
Выше мы рассмотрели лишь некоторые наиболее типичные и часто употребляемые методы сборки связей С-С и С=С. Эта выборка, несмотря на ее Неизбежную ограниченность, дает возможность сформулировать ря
Карбокатионные или карбанионные реагенты. О некоторых дополнительных возможностях проведения реакций образования связи С-С
Вначале разд. 2.2.3 мы не делали никаких принципиальных различий между карбокатионами и карбанионами, рассматривая и те, и другие в качестве равноправных партнеров в гетеролитичес
Взаимопревращения функциональных групп
До сих пор мы рассматривали лишь те реакции, результатом которых является образование новой связи С—С, и почти ничего не говорили о возможности переходов от одного типа органически
Изогипсические трансформации. Синтетическая эквивалентность функциональных групп одного уровня окисления.
Как мы уже могли убедиться, функциями, наиболее часто возникающими при сборке связи С—С, являются спиртовая (реакции Гриньяра, альдольная конденсация) и олефиновая (реакция Виттига, кротоновая конд
Неизогипсические трансформации как пути переходов между различными уровнями окисления
В этой группе наиболее значимыми для синтеза являются такие превращения кислородсодержащих соединений, как окисление спиртов до карбонильных соединений или карбоновых кислот и обратные им превращ
Взаимопревращение функциональных групп как стратегический метод в полном синтезе.
В начальный период развития органического синтеза было естественно выстраивать синтетическую цепочку, используя в качестве исходного соединения то или иное вещество, выделяемое из
Селективность обеспечивается выбором подходящей реакции
Наиболее простой пример такого подхода мы рассматривали на примере бро-мирования толуола (см. разд. 2.1.3). Действительно, в толуоле имеются две функциональные группы, способные легко реагировать с
Варьирование природы реагентов как способ управления селективностью реакции
Хорошо известно, что даже в пределах одной и той же реакции относительная реакционная способность родственных функций может ощутимо зависеть от конкретных особенностей используемого реагента. Поэто
Альтернативных реакционных центров субстрата
Классический пример такого подхода к решению проблемы — ацетоуксус-ный эфир (168).Его обычной реакционноспособной формой является 1енолят 169,реакции которого с ра
Защита функциональных групп как универсальный способ управления селективностью реакций
Во всех подходах к проблеме селективности, которые мы рассматривали вы-ше, «игра» строилась на вариациях, непосредственно затрагивающих участ-ников основного процесса: изменялись природа субстрата
Идеальный органический синтез: фантастика или достижимая цель?
Пофантазируем немного на тему о том, каким бы хотелось видеть идеальный органический синтез (недалекого будущего?). Мы говорили о том, что синтез состоит в конструировании молекул.
Реагенты и синтетическая эквивалентность
Разумеется, аналогию между реагентом в синтезе и деталью какой-либо механической конструкции не следует понимать слишком буквально, хотя бы уже потому, что обычно реагент входитв собираемую структ
Понятие о синтонах
Обобщенное описание эквивалентности чрезвычайно полезно с сугубо прагматических позиций планирования органического синтеза, поскольку с его учетом резко расширяется поле выбора реагентов, применим
Синтонный подход как инструмент в разработке путей синтеза
Введение в обиход синтонов как элементарных блоков-заготовок предоставляет химику систему готовых решений если не всех, то многих тактических задач. Современный синтетик при анализе структуры цел
Изоструктурные синтоны обратной полярности
Как видно, синтонный подход позволяет планировать синтез на основе гете-ролитическях реакций как сборку целевой молекулы из готовых «кубиков», порядок сцепления которых определяется противоположнос
Специфика задач при синтезе циклических соединений
Вообще говоря, построение молекул, в состав которых входит замкнутая цепь углеродных атомов (цикл), требует решения уже знакомых нам задач образовния связей углерод-углерод. Почему
Малые циклы: производные циклопропана и циклобутана
В циклопропане валентные углы атомов, образующих цикл, равны 60', т. е. очень сильно отличаются от валентного угла тетраэдрического атома углерода (109,5°). Поэтому неудивительно, что энтальпия об
Пят- и шестичленные циклы
Благодаря минимальным искажениям валентных углов и минимальному напряжению, обусловленному взаимодействием несвязанных групп, пяти- и шестичленные циклы (как и ведущие к ним переходные состояния)
Циклы большего размера. Принципы макроциклизации. Эффекты многоцентровой координации
Число атомов в цикле (п)
Относительная скорость(при 50˚С)
1,5 10е
1,7
Циклоприсоединение - методы, специально созданные для получения циклических структур
Нетрудно заметить, что все ранее рассмотренные методы циклообразования имеют одну общую особенность: циклизация осуществляется как внутримолекулярная реакция замыкания единственной
Циклоприсоединение
Среди множества реакций, относящихся к этому классу, особое место занимает [4 + 2]-циклоприсоединение. Это — реакция Дильса—Альдера [2а], как правило, не требующая катализа или иницирования облуч
Циклоприсоединение в синтезе производных циклобутана
[2 + 2)-Циклоприсоединенис относится к категории важнейших синтетических методов, поскольку эта реакция позволяет получать различные производные циклобутана по схеме сборки из двух алкеновых фрагм
Селективность циклообразования в комплексах переходных металлов
Вспомним, каким трудоемким путем (с общим выходом 0,75%) был впервые получен циклооктатетраен (137,схема 2.65). Этот 10-стадийный синтез был впоследствии воспроизведен другими иссл
Радикальные реакции и их роль в синтезе циклических соединений
Как мы уже отмечали, большинство методов образования связей С—С в полном синтезе основано на гетеролитических реакциях или на реакциях циклоприсоединения. Причины того, что гемолитические реакции
Расщепление связей С-С и перестройка углеродного скелета как синтетические методы
Выше мы обсудили основные типы реакций и методов, используемых для образования связей С-С углеродного скелета ацикличгских или циклических молекул. Этот набор должен быть дополнен еще группой мето
Расщепление одинарных связей С-С
Пожалуй, наиболее известный и очевидный пример конструктивной роли «деструктивной» реакции — декарбоксилирование алкилированных производных ацетоуксусного или малонового эфира. По
Синтетическое использование реакций расщепления двойной углерод-углеродной связи
Созидательный потенциал реакций, приводящей к разрыву углерод-углеродных связей, еще более наглядно может быть продемонстрирован на примере окислительного расщепления олефинов. Сре
Перегруппировки углеродного скелета и некоторые возможности их использования в полном синтезе
Конструктивные и деструктивные реакции, которые мы до сих пор рассматривали, отличаются тем общим свойством, что в них затрагиваются (разрываются или образуются) лишь связи тех атомов, которые не
Перегруппировка Кляйзена-Джонсона—Айрленда и гидрокси-перегруппировка Коупа
Как показано в общем виде на схеме 2.154, синтетический результат перегруппировки Кляйзена сводится к введению аллильного фрагмента по а-ато-му исходного карбонильного соединения через промежуточн
Трансформации малых циклов и их роль в полном синтезе
Как было показано выше, разработано множество методов, позволяющих получать циклы различных размеров, в том числе входящие в состав полициклического скелета. Размер цикла, который может быть обра
Заключительные замечания
В данной главе мы, конечно, не имели возможности сколько-нибудь полно обсудить все те методы, которые составляют основу тактики современного органического синтеза. Однако мы надеемся, что даже на о
Новости и инфо для студентов