Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Циклопропанирование относится к любому химическому процессу, в результате которого образуются циклопропановые кольца. Это важный процесс в современной химии, так как многие полезные соединения имеют этот мотив; например пиретроиды и ряд хинолоновых антибиотиков ( ципрофлоксацин , спарфлоксацин и т. д.). Однако высокий кольцевой штамм, присутствующий в циклопропанах, затрудняет их получение и обычно требует использования высокореактивных частиц, таких как карбены , илиды и карбанионы . [1] Многие реакции протекают хелетропным образом.

Структуры природных инсектицидов пиретрин I , R = CH 3 и пиретрин II , R = CO 2 CH 3 .

Подходы [ править ]

Из алкенов с использованием карбеноидных реагентов [ править ]

Существует несколько методов преобразования алкенов в циклопропановые кольца с использованием реагентов карбенового типа. Поскольку сами карбены обладают высокой реакционной способностью, их обычно используют в стабилизированной форме, называемой карбеноидом . [2]

Реакция Симмонса – Смита [ править ]

В реакции Симмонса-Смита реакционноспособным карбеноидом является йодметилцинк иодид , который обычно образуется в результате реакции между дииодметаном и парой цинк-медь . Были разработаны модификации, включающие более дешевые альтернативы, такие как дибромметан [3] или диазометан и йодид цинка . [4] Реакционная способность системы также может быть увеличена путем замены пары цинк-медь на диэтилцинк . [5] Известны асимметричные версии. [6]

Механизм реакции Симмонса Смитаus1b.svg

Использование диазосоединений [ править ]

Некоторые диазосоединения , такие как диазометан , могут реагировать с олефинами с образованием циклопропанов в 2 этапа. Первая стадия включает 1,3-диполярное циклоприсоединение с образованием пиразолина, который затем подвергается денитрогенизации фотохимическим или термическим разложением с образованием циклопропана. Термический путь, который часто использует КОН и платину в качестве катализаторов, также известен как синтез циклопропана Кишнера в честь русского химика Николая Кишнера [7] [8], а также может быть выполнен с использованием гидразина иα, β-ненасыщенные карбонильные соединения . [9] Механизм разложения был предметом нескольких исследований и остается несколько спорным, хотя в целом считается, что он происходит через бирадикальные виды. [10] [11] С точки зрения зеленой химии этот метод превосходит другие циклопропанирование на основе карбена; поскольку в нем не используются металлы или галогенированные реагенты, а в качестве побочного продукта образуется только N 2 . Однако реакция может быть опасной, поскольку следовые количества непрореагировавших диазосоединений могут взорваться во время термической перегруппировки пиразолина.

Использование диазосоединений с металлическим катализом [ править ]

Метилфенилдиазоацетат и многие родственные диазопроизводные являются предшественниками донорно-акцепторных карбенов , которые можно использовать для циклопропанирования или для вставки в связи CH органических субстратов. Эти реакции катализируются тетраацетатом диродия или, что еще более впечатляюще, родственными хиральными производными. [12] [13] [14]

Использование бесплатных карбенов [ править ]

Свободные карбены можно использовать в реакциях циклопропанирования, однако возможности для этого ограничены, поскольку их можно легко получить, и почти все они нестабильны (см. Димеризация карбена ). Исключение является dihalocarbenes , такими как дихлоркарбен или дифторкарбен , которые достаточно стабильны и будет реагировать с образованием геминального дигалоидфенила циклопропанов. [15] Эти соединения затем могут быть использованы для образования алленов посредством перегруппировки Скаттебёля .

Реакция расширения кольца Бюхнера также включает образование стабилизированного карбена. Циклопропанирование также стереоспецифично как добавление карбена и карбеноидов к алкенам является формой cheletropic реакции , с добавлением происходит в сине образом. Например, дибромкарбен и цис- 2-бутен дают цис- 2,3-диметил-1,1-дибромциклопропан, тогда как транс- изомер дает исключительно транс- циклопропан. [16]

Из алкенов с помощью илидов [ править ]

Циклопропанов могут быть получены с использованием серы илида в реакции Джонсон-Кори-Чайковского , [17] , однако этот процесс в значительной степени ограничивается использованием на электронных бедных олефинами, в частности , альфа, бета-ненасыщенные карбонильные соединения.

Внутримолекулярная циклизация [ править ]

Циклопропаны можно получить различными реакциями внутримолекулярной циклизации . Простым методом является использование первичных галогеналканов, содержащих соответствующим образом расположенные электроноакцепторные группы. Обработка сильным основанием приведет к образованию карбаниона, который будет циклизоваться по 3-экзо-триггерной схеме со замещением галогенида. Примеры включают образование циклопропилцианида [18] и циклопропилацетилена [19]. Этот механизм также лежит в основе перегруппировки Фаворского .

Связанный процесс представляет собой циклизацию 1,3-дибромпропана посредством сочетания Вюрца . Это было использовано для первого синтеза циклопропана с августом Freund в 1881. Первоначально эта реакция была выполнена с использованием натрия, [20] , однако выход может быть улучшен путем замены этого для цинка . [21]

BrCH 2 CH 2 CH 2 Br + 2 Na → (CH 2 ) 3 + 2 NaBr

Другие подходы [ править ]

  • В результате реакции Кулинковича циклопропанолы образуются в результате реакции сложных эфиров с реагентами Гриньяра в присутствии алкоголята титана.
  • Реакция Бингеля - это специализированная реакция циклопропанирования, используемая для функционализации фуллерена .
  • В ди-пи-метан перегруппировка фотохимическая стимуляция вызывает 1,4-диены , чтобы переставить , чтобы сформировать винилциклопропаны. [22] Затем они могут подвергаться перегруппировке винилциклопропана.
  • Циклопропан-жирная-ацил-фосфолипидсинтаза осуществляет циклопропанирование в биологических системах.

Биосинтез [ править ]

Структура U-106305, производного циклопропановой жирной кислоты с шестью циклопропановыми кольцами, выделенного из Streptomyces sp .

Хотя циклопропаны относительно редки в биохимии, многие пути циклопропанирования были идентифицированы в природе. Наиболее распространенные пути включают реакции замыкания кольца карбокатионов в терпеноидах . Циклопропановые жирные кислоты образуются в результате воздействия S-аденозилметионина (SAM) на ненасыщенные жирные кислоты. Предшественник гормона этилена , 1-аминоциклопропан-1-карбоновая кислота , получается непосредственно из SMM посредством внутримолекулярного нуклеофильного замещения группы SMe 2 после конденсации с пиридоксальфосфатом . [23] Прямой переход карбена от диазоэфиров к олефинам также достигается за счетбиокатализ in vitro с использованием модифицированных вариантов фермента цитохрома P450 из Bacillus megaterium, которые были оптимизированы путем направленной эволюции . [24]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Pellissier, Hélène (июль 2008). «Последние разработки в асимметричном циклопропанировании». Тетраэдр . 64 (30–31): 7041–7095. DOI : 10.1016 / j.tet.2008.04.079 .
  2. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « карбеноиды ». DOI : 10,1351 / goldbook.C00813.html
  3. ^ Фабиш, Бодо; Митчелл, Теренс Н. (1984). «Недорогая модификация реакции Симмонса-Смита: образование бромметилцинка бромида по данным ЯМР-спектроскопии». Журнал металлоорганической химии . 269 (3): 219–221. DOI : 10.1016 / 0022-328X (84) 80305-8 .
  4. ^ Виттиг, Георг; Винглер, Франк (1 августа 1964 г.). "Über methylenierte Metallhalogenide, IV. Cyclopropan-Bildung aus Olefinen mit бис-галогенметил-цинк". Chemische Berichte . 97 (8): 2146–2164. DOI : 10.1002 / cber.19640970808 .
  5. ^ Furukawa, J .; Kawabata, N .; Нисимура, Дж. (1968). «Синтез циклопропанов реакцией олефинов с диалкилцинком и йодистым метиленом». Тетраэдр . 24 (1): 53–58. DOI : 10.1016 / 0040-4020 (68) 89007-6 .
  6. ^ Шаретт, AB; Бошемин, А. (2001). Реакция циклопропанирования Симмонса-Смита . Орг. Реагировать. 58 . п. 1. doi : 10.1002 / 0471264180.or058.01 . ISBN  978-0471264187.
  7. ↑ Льюис, Дэвид Э. (4 ноября 2013 г.). «Инвалидность, деспотизм, дезоксигенация - от ссылки к академику: Кижнер Николай Матвеевич». Angewandte Chemie International Edition . 52 (45): 11704–11712. DOI : 10.1002 / anie.201303165 . PMID 24123691 . 
  8. ^ Н. М. Кишнер, А. Завадовский, J. Russ. Phys. Chem. Soc. 43, 1132 (1911).
  9. ^ J. Petersen, R .; П.С. Скелл, П. (1967). «ФЕНИЛЦИКЛОПРОПАН». Орг. Synth . 47 : 98. DOI : 10,15227 / orgsyn.047.0098 .
  10. ^ Кроуфорд, Роберт Дж .; Мишра, Анупама (сентябрь 1966 г.). «Механизм термического разложения 1-пиразолинов и его связь с изомеризацией циклопропана». Журнал Американского химического общества . 88 (17): 3963–3969. DOI : 10.1021 / ja00969a014 .
  11. ^ Мурай, Елена; Илла, Она; Кастильо, Хосе А .; Альварес-Ларена, Анхель; Bourdelande, José L .; Бранчаделл, Висенс; Ортуньо, Роза М. (июнь 2003 г.). «Фотолиз хиральных 1-пиразолинов в циклопропаны: механизм и стереоспецифичность». Журнал органической химии . 68 (12): 4906–4911. DOI : 10.1021 / jo0342471 . PMID 12790598 . 
  12. ^ Дэвис, HML; Мортон, Д. (2011). «Руководящие принципы селективной и стереоселективной межмолекулярной функционализации C – H с помощью донорных / акцепторных карбенов родия». Обзоры химического общества . 40 (4): 1857–1869. DOI : 10.1039 / C0CS00217H .
  13. ^ Хью ML Дэвис; Вэнь-хао Ху; Дун Син (2015). «Метилфенилдиазоацетат». EEROS : 1–10. DOI : 10.1002 / 047084289X.rn00444.pub2 . ISBN 9780470842898.
  14. ^ Лебель, Элен; Марку, Жан-Франсуа; Молинаро, Кармела; Шарет, Андре Б. (1 апреля 2003 г.). «Стереоселективные реакции циклопропанирования». Химические обзоры . 103 (4): 977–1050. DOI : 10.1021 / cr010007e . PMID 12683775 . 
  15. ^ Fedoryński, Михал (1 апреля 2003). «Синтезы дигалоциклопропанов и их использование в органическом синтезе». Химические обзоры . 103 (4): 1099–1132. DOI : 10.1021 / cr0100087 . PMID 12683778 . 
  16. ^ Скелл, PS; Гарнер, AY (1956). «Стереохимия реакций карбен-олефин. Реакции дибромокарбена с цис- и транс-2-бутенами». Журнал Американского химического общества . 78 (14): 3409–3411. DOI : 10.1021 / ja01595a040 .
  17. ^ Ли, А.-Х .; Dai, L.-X .; Аггарвал, ВК (1997). «Асимметричные реакции илида: эпоксидирование, циклопропанирование, азиридирование, олефинирование и перегруппировка». Химические обзоры . 97 (6): 2341. DOI : 10.1021 / cr960411r .
  18. ^ Шлаттер, MJ (1943). «Циклопропилцианид» . Органический синтез . 23 : 20. DOI : 10,15227 / orgsyn.023.0020 .; Сборник , 3 , с. 223.
  19. ^ Хантингтон, Марта; Корли, Эдвард Дж .; Томпсон, Эндрю С. (2000). «Циклопропилацетилен» . Органический синтез . 77 : 231. DOI : 10,15227 / orgsyn.077.0231 .
  20. ^ Фройнд, август (1881). «Убер-триметилен» [О триметилене]. Journal für Praktische Chemie (на немецком языке). 26 (1): 625–635. DOI : 10.1002 / prac.18820260125 .
  21. ^ Густавсон, Г. (1887). "Ueber eine neue Darstellungsmethode des Trimethylens" [О новом способе представления триметилена]. J. Prakt. Chem. (на немецком). 36 : 300–305. DOI : 10.1002 / prac.18870360127 .
  22. ^ Определение золотой книги ИЮПАК [ постоянная мертвая ссылка ]
  23. ^ Wessjohann, Ludger A .; Брандт, Вольфганг; Thiemann, Thies (апрель 2003 г.). «Биосинтез и метаболизм циклопропановых колец в природных соединениях». Химические обзоры . 103 (4): 1625–1648. DOI : 10.1021 / cr0100188 . PMID 12683792 . 
  24. ^ Коэльо, PS; Brustad, EM; Kannan, A .; Арнольд, ФХ (20 декабря 2012 г.). «Циклопропанирование олефинов через перенос карбена, катализируемое инженерными ферментами цитохрома P450» (PDF) . Наука . 339 (6117): 307–310. Bibcode : 2013Sci ... 339..307C . DOI : 10.1126 / science.1231434 . PMID 23258409 .