Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Циклоизомеризация - это любая изомеризация, при которой циклический изомер субстрата образуется в координатах реакции. Самым большим преимуществом реакций циклоизомеризации является их атомарная природа , поскольку они не тратятся впустую, поскольку каждый атом исходного материала присутствует в продукте. В большинстве случаев эти реакции опосредуются катализатором на основе переходного металла , в некоторых случаях - органокатализаторами и редко они протекают в термических условиях. Эти циклизации могут быть выполнены с превосходным уровнем селективности во многих случаях и превратили циклоизомеризацию в мощный инструмент для уникального и сложного молекулярного конструирования. [1] Циклоизомеризация - очень широкая тема в органическом синтезе, и существует множество реакций, которые можно отнести к таковым. Двумя основными классами этих реакций являются внутримолекулярные реакции присоединения Михаэля и внутримолекулярные реакции Дильса-Альдера . В рамках циклоизомеризации реакции циклоизомеризации енинов и родственных им олефинов являются наиболее широко используемыми и изученными реакциями. [2]

Внутримолекулярное добавление Майкла [ править ]

Довольно интуитивно понятный путь к циклическим изомерам - добавление внутримолекулярного конъюгата к α, β-ненасыщенным карбонилам (внутримолекулярное присоединение Михаэля или IMA). Компетентные акцепторы Михаэля включают конъюгированные еноны, енали или производные нитроалкена, а примеры других акцепторов немногочисленны. [3] Несмотря на то, что реакции IMA являются повсеместными в синтезе, существует очень мало примеров асимметричных преобразований IMA. [2]

Было показано, что тиомочевинные катализаторы с боковыми хиральными скелетами активируют системы с привязанными нитроалкановыми и сложноэфирными мотивами, вызывая асимметричный IMA. [3] [4] Полезность этого преобразования была продемонстрирована в синтезе циклических предшественников γ– аминокислот (рис. 1). [3] Предполагается, что активация происходит через водородную связь как нитроната, так и сложного эфира с тиомочевинным катализатором, что объясняет интересную селективность для E- эфира. [3]

Figure1cycloedit.png

Функциональная стереодивергентная органокатализируемая трансформация IMA / лактонизация в синтезе замещенных дигидрофуранов и тетрагидрофуранов была изучена на предмет ее способности создавать важные структурные мотивы во многих природных продуктах (рис. 2). [5] Когда простые эфиры, такие как 3 , подвергаются воздействию катализатора (S) - (-) - тетрамизола гидрохлорида ( 4 ), результатом является син- 2,3-замещенный ТГФ, в то время как дополнительный анти- продукт легко доступен через алкалоид хинного дерева. катализатор, такой как 7 . [5]

Figure2editcycloisom.png

Внутримолекулярный метод Дильса-Альдера [ править ]

Внутримолекулярные реакции Дильса-Альдера (IMDA) соединяют связанные диены и диенофилы в виде [4 + 2], наиболее распространенным из которых является терминальное замещение. Эти превращения популярны в тотальном синтезе и уже получили широкое распространение для множества сложных синтетических мишеней. [6] Одним из таких применений является применение энантиоселективной трансформации IMDA в асимметричном синтезе морского токсина (-) - изопуло'упона ( 10 ). [7]

Figure3cyclosiom.png

Синтез (-) - изопуло'упона продемонстрировал полезность реакций IMDA, катализируемых катионным комплексом Cu (II) бис (оксазолин), для получения бициклических продуктов с четырьмя соседними стереогенными центрами (рис. 3). [7] Довольно недавним применением IMDA-реакций в синтезе сложных молекул является подход IMDA к трициклическому ядру алкалоидов ликоподия палинина, класса натуральных продуктов, выделенных из клубного мха. [8]

N – гетероциклические карбены (NHC) представляют собой новый класс органокатализаторов, которые способны вызывать реактивность умполунга, а также нормальные преобразования полярности, однако до недавнего времени они не использовались широко в полном синтезе из-за ограниченного объема субстратов. [9] Интересным расширением использования этих органокатализаторов является катализируемая NHC изомеризация олефинов / каскадная реакция IMDA с образованием уникальных бициклических каркасов. [10] [11] Диениловые эфиры, такие как 11, были преобразованы в замещенные бицикло [2.2.2] октаны посредством стадии изомеризации, стабилизированной полуацеталь-азолиевым промежуточным соединением ( 13 ). [11]Активационный барьер изомеризации 1,3-гексадиена посредством [1,5] -двига составляет 41 ккал / моль и, как ожидается, будет увеличиваться при конъюгации со сложным эфиром, поэтому некаталитическая изомеризация маловероятна. [11] Это дает преимущество обхода высокого барьера активации, обеспечивая доступ к ранее недоступным производным IMDA.

Циклоизомеризация эннов [ править ]

Циклоизомеризация енинов, алкиновый вариант реакции Альдерена (рис. 5), представляет собой внутримолекулярную перегруппировку 1, n-енинов с образованием соответствующего циклического изомера.

Хотя перегруппировка может происходить в термических условиях, объем термической перегруппировки ограничен из-за требований высоких температур, поэтому переходные металлы, такие как Au, Pd, Pt, Rh и Ir, часто используются в качестве катализаторов. [2] Поскольку синтез ссорится, чтобы построить сложные структурные мотивы в присутствии индуктивных, стереоэлектронных и стерических требований, эта перегруппировка недавно была разработана как надежный метод конструирования карбо- и гетероциклических каркасов с превосходными химио-, регио- и диастереоселективными результатами. [2]

Не существует единого механизма, который можно использовать для описания циклоизомеризации енинов, поскольку механизм зависит от условий реакции и выбора катализатора. [2] [12] Возможны промежуточные соединения катализируемой металлами циклоизомеризации, в которых металл координирует алкин или алкен, активируя один или оба, и показаны на рисунке 6.

Активация алкина путем комплексообразования с металлом, приводящего к промежуточному соединению η 2 -металла, такому как 18, открывает алкин для нуклеофильной атаки и порождает промежуточные соединения карбокатиона . Эта Pull-push реактивность важна для понимания реакций, опосредованных π-кислотами. Комплексообразование алкина с металлическим фрагментом истощает электронную плотность в связи («притягивание»), в сочетании со способностью металла возвращаться («толкать») вызывает наблюдаемый последовательный электрофильный и нуклеофильный характер вицинальных атомов углерода алкина (фигура 7).

Промежуточные соединения металлацикла ( 19 ) являются результатом одновременного комплексообразования и активации обоих партнеров. Также возможно гидрометаллирование алкина с образованием виниловых металлических частиц, которые, в свою очередь, могут карбометаллировать олефин ( 20 ). Пример 1,6-ениновой циклоизомеризации, протекающей через η 2 -активированный металлический промежуточный продукт, приведен на рис. 8, [13], который является обычным для циклоизомеризации енинов, опосредованной Pt или Au из-за их π-кислотной природы. Примечательно, что в этом примере имеет место перенос хиральности, при котором абсолютная стереохимия енина ( 26 ) контролирует стереохимию продукта ( 27 ). [13]

Циклоизомеризация енинов, опосредованная Au и Pt [ править ]

Активация алкинов π-кислотными металлами, такими как Au или Pt, является обычным методом в комплексном органическом синтезе, однако, как эта активация влияет на реакционную способность, полностью не изучено, и, таким образом, механизм в основном предлагается на основе результатов реакции и теоретических расчетов. [14] [15] Катионные Au (I) и Pt (II) катализаторы являются привлекательным выбором, поскольку они обладают сильным кислотным характером Льюиса и способностью стабилизировать катионные промежуточные соединения, будучи стабильными в лабораторных условиях. [16]

Универсальной функцией циклоизомеризации енинов, катализируемой Au (I), является построение асимметричных колец среднего размера, что является проблемой при синтезе орнаментированной молекулярной конструкции. Удобный доступ к асимметричным 7- и 8-членным карбоциклам возможен с использованием хирального золотого катализатора BINAP Au (I), дающего широкий спектр продуктов. [17]

Предполагается, что внутримолекулярное циклопропанирование происходит через 1,2-сдвиг пропаргилового эфира, опосредованного Au, с образованием син- Au-винилкарбеноидов ( 29 ). [17] Вычислительные исследования показывают, что син- промежуточный продукт 29 образуется под кинетическим контролем, и предполагается, что он находится в равновесии с термодинамически благоприятным цис- промежуточным продуктом, который может быть перехвачен нуклеофилом, что приводит к образованию винилциклопропандиеновых продуктов, однако это выходит за рамки данной статьи. [17]

Винилциклоалкены - еще один функциональный класс продуктов, доступных в результате алкиновой активации енинов π-кислотными металлами. Было показано, что PtCl 2 катализирует образование множества экзотических винилциклоалкенов из легкодоступных исходных материалов (рис. 10). [18]

Примечательно, что расширение цикла наблюдается для енинов с циклическими алкеновыми мотивами. Это объясняется формальным введением метиленовой группы олефина между двумя атомами углерода алкина; также было предложено механистическое объяснение этого расширения кольца. [19] Образование этих виниклоалкенов в сочетании с его способностью подвергаться расширению кольца было использовано для создания промежуточного соединения 36 на пути к стрепторубину B. [18] Подобное преобразование возможно с использованием катионных комплексов Au (I), однако здесь можно селекция для продуктов винициклоалкена с помощью механизма, протекающего через начальный 5-экзо-диг, или велосипедпропаны могут быть получены через начальный 6-эндо-диг . [20]Посредством расчетов методом DFT предполагается, что 5-экзо- циклизация предпочтительна для комплексов Au (I), поскольку она имеет более низкий активационный барьер по сравнению с 6-эндо-дигом и, действительно, многочисленные примеры продуктов винилциклоалкенов, продуцируемых с помощью начальных 5- exo – dig (рисунок 11).

Реакционная способность может быть изменена путем тщательного выбора условий реакции, выбора катализатора и субстрата. [20] Дивергентная реакционная способность этих циклосиомеризаций, катализируемых переходными металлами, дополнительно демонстрирует их синтетическую полезность для построения уникальных молекулярных скелетов.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Для обзора реакций циклоизомеризации см .: Энантиоселективные циклоизомеризации, катализируемые переходными металлами, Angela Marinetti, Hélène Jullien и Arnaud Voituriez Chem. Soc. Rev., 2012,41, 4884-4908 DOI : 10.1039 / C2CS35020C , критический обзор.
  2. ^ a b c d e Watson, IDG; Toste, FD Chem. Sci. 2012, 3, 2899–2919.
  3. ^ a b c d Узлы, WJ; Натт, Д.Р .; Чиппиндейл, AM; Кобб, AJAJ Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16016–16017.
  4. ^ Обзор катализа тиомочевины см .: Zhang, Z .; Schreiner, PR Chem. Soc. Ред. 2009, 38, 1187–1198.
  5. ^ a b Belmessieri, D .; Houpliere, A .; Колдер, EDD; Тейлор, Дж. Э .; Smith, AD Chem. Евро. J. 2014, 20, 9762–9769.
  6. ^ Такао, K; Munakata, R .; Tadano, K. Chem. Ред. 2005, 105, 4779–4807.
  7. ^ a b Джонсон, JS; Эван, DAJ Org. Chem. 1997, 62, 786–787.
  8. ^ Сиземор, N .; Рыхновский, СД Орг. Lett. 2014, 16, 688–691.
  9. ^ Искьердо, Дж. Хатсон, GE; Коэн, Д. Т.; Scheidt, K. Angew. Chem. Int. Эд. 2012, 51, 11686–11698.
  10. ^ Для обзора каскадных реакций органокатализа N-гетероциклического карбена см .: Grossman, A .; Эндерс, Д. Энджью. Chem. Int. Эд. 2012, 51, 314–325.
  11. ^ a b c Ковальчик, М .; Lupton, DW Angew. Chem. Int. Эд. 2014, 53, 5314–5317.
  12. ^ Genêt, J. –P .; Toullec, PY; Мишле, В. Ангью. Chem. Int. Эд. 2008, 47, 4268–4315.
  13. ^ а б Ньюкомб, штат ET; Ferreira, EM Org. Lett. 2013, 15, 1772–1775.
  14. ^ Fürstner, A .; Дэвис, П. В. Энгью. Chem. Int. Эд. 2007, 46, 3410–3449.
  15. ^ Для обзора реакций циклоизомеризации енинов, катализируемых золотом, см .: Jiménez-Núñez, E .; Echavarren, AM Chem. Ред. 2008, 108, 3326–3350.
  16. ^ Горин, DJ; Тосте, FD Nature 2007, 446, 395–403.
  17. ^ а б в Уотсон, штат ИДГ; Риттер, S; Toste, FDJ Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2056–2057.
  18. ^ a b Fürstner, A .; Stelzer, F .; Szillat, HJ Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11863–11869.
  19. ^ Чжан, L .; Sun, J .; Козьмин С.А. Synth. Катал. 2006, 348, 2271–2296.
  20. ^ a b Nieto – Oberhuber, C .; Муньос, депутат; Buñel, E .; Nevado, C .; Cμrdenas, DJ; Эчаваррен, AM Angew. Chem. Int. Эд. 2004, 43, 2402–2406.