Е я механизм (устранение внутренний / Внутримолекулярный), также известный как устранение термического син или ликвидация перициклического сина , в органической химии представляет собой особый тип реакции элиминирования , в которых два вицинальных заместителей на качестве алкана рамочного отпуска одновременно с помощью циклического перехода состояния с образованием алкена при отщеплении син . [1]Этот тип удаления уникален, поскольку он активируется термически и не требует дополнительных реагентов, в отличие от обычного удаления, которое требует кислоты или основания или во многих случаях может включать заряженные промежуточные соединения. Этот механизм реакции часто встречается при пиролизе .
Общие особенности
Соединения, которые подвергаются элиминированию через циклические переходные состояния при нагревании без присутствия других реагентов, обозначаются как реакции E i . В зависимости от соединения отщепление происходит через четырех-, пяти- или шестичленное переходное состояние. [1] [2]
Исключение должно быть синхронным, а атомы компланарны для четырех- и пятичленных переходных состояний [3], но для шестичленных переходных состояний компланарность не требуется. [1]
Существует значительное количество доказательств, подтверждающих существование механизма E i , таких как: 1) кинетика реакций оказалась первого порядка, [4] 2) использование ингибиторов свободных радикалов не повлияло на скорость реакций, что указывает на то, что свободнорадикальные механизмы не задействованы [5] [6] 3) исследования изотопов для удаления Cope показывают, что связи CH и CN частично разрываются в переходном состоянии, [7] это также подтверждается расчетами , показывают удлинение связи в переходном состоянии [8] и 4) без вмешательства других механизмов, механизм E i дает исключительно продукты отщепления син.
Есть много факторов, которые влияют на состав продуктов реакций E i , но обычно они следуют правилу Гофмана и теряют β-водород из наименее замещенного положения, давая менее замещенный алкен (противоположность правилу Зайцева ). [1] Некоторые факторы, влияющие на состав продукта, включают стерические эффекты , конъюгацию и стабильность образующегося алкена.
Для ациклических субстратов Z- изомер обычно является второстепенным продуктом из-за дестабилизирующего гош-взаимодействия в переходном состоянии, но селективность обычно невысока. [2]
Пиролиз N, N- диметил-2-фенилциклогексиламин-N-оксида показывает, как конформационные эффекты и стабильность переходного состояния влияют на состав продукта для циклических субстратов. [2]
В транс- изомере есть два цис- β-атома водорода, которые можно удалить. Основным продуктом является алкен, который находится в сопряжении с фенильным кольцом, предположительно из-за стабилизирующего действия на переходное состояние. В цис - изомера, есть только один цис - B -пероксид , который может устранить, давая несопр региоизомер в качестве основного продукта.
Пиролиз сложного эфира (ацетата)
Пиролитическое разложение сложных эфиров является примером термического сина ликвидации. При воздействии температур выше 400 ° C сложные эфиры, содержащие β-атомы водорода, могут отщеплять карбоновую кислоту через 6-членное переходное состояние, что приводит к образованию алкена. [2] [6]
Изотопное мечение было использовано для подтверждения того, что отщепление синуса происходит во время пиролиза сложного эфира с образованием стильбена . [9]
На основе серы
Удаление сульфоксида
Было обнаружено, что β-гидроксифенилсульфоксиды подвергаются термическому отщеплению через 5-членное циклическое переходное состояние с образованием β-кетоэфиров и метилкетонов после таутомеризации и сульфеновой кислоты . [10]
Аллиловые спирты могут быть образованы из β-гидроксифенилсульфоксидов, которые содержат β'-водород по механизму E i , который имеет тенденцию давать β, γ- ненасыщенность . [11]
Обнаружено, что 1,3-диены образуются при обработке аллилового спирта арилсульфидом в присутствии триэтиламина . [12] Первоначально образуется сложный сульфенатный эфир с последующей [2,3] -сигматропной перегруппировкой с образованием аллильного сульфоксида, который подвергается термическому синэлиминированию с образованием 1,3-диена.
Чугаев Ликвидация
Устранение Чугаев является пиролиз из ксантогената эфира , в результате чего олефина . [1] [13] Для образования сложного эфира ксантогената спирт реагирует с сероуглеродом в присутствии основания, в результате чего образуется ксантогенат металла, который улавливается алкилирующим агентом (обычно метилиодидом ). Олефина формируется за счет термического син устранения бета-водорода и ксантогената эфира. Реакция необратима, поскольку образующиеся побочные продукты, карбонилсульфид и метантиол , очень стабильны.
Отщепление Чугаева очень похоже на пиролиз сложного эфира, но требует значительно более низких температур для достижения отщепления, что делает его ценным для субстратов, склонных к перегруппировке .
Реакция обезвоживания Берджесса
Дегидратация вторичных и третичных спиртов с образованием олефина через промежуточный сульфаматный эфир называется реакцией дегидратации Берджесса . [13] [14] [15] Используемые реакционные условия обычно очень мягкие, что дает некоторое преимущество перед другими методами дегидратации чувствительных субстратов. Эту реакцию использовали во время первого полного синтеза таксола для установки экзо-метиленовой группы на С-кольцо. [16]
Во-первых, спирт замещает триэтиламин на реагенте Берджесса , образуя промежуточное соединение сложного эфира сульфамата. Отщепление β-водорода и удаление сложного эфира сульфамата через 6-членное циклическое переходное состояние дает алкен.
Удаление тиосульфината
Тиосульфинаты можно удалить аналогично сульфоксидам. Типичным представителем является фрагментация аллицина до тиоакролеина, который в дальнейшем будет образовывать винилдитиины . Такие реакции важны в антиоксидантной химии чеснока и других растений рода Allium .
На основе селена
Выведение селеноксида
Устранение selenoxide было использовано в преобразовании кетонов, сложных эфиров и альдегидов их альфа, бета-ненасыщенные производные. [1] [17]
Механизм этой реакции аналогичен отщеплению сульфоксида, которое представляет собой термическое отщепление синуса через 5-членное циклическое переходное состояние. Селеноксиды предпочтительнее для этого типа превращения по сравнению с сульфоксидами из-за их повышенной реакционной способности по отношению к β-элиминированию, в некоторых случаях позволяя элиминированию происходить при комнатной температуре. [2]
Areneselenic кислоты генерируется после того, как на стадии ликвидации находится в равновесии с дифенил диселенид , который может вступать в реакцию с олефинами с получением & beta; -гидрокси селениды в кислых или нейтральных услови х . В основных условиях эта побочная реакция подавляется. [18]
Ликвидация Грико
Одновременная дегидратация первичного спирта с образованием алкена через промежуточное соединение о- нитрофенилселеноксида называется элиминированием Грико . [19] [20]
Реакция начинается с образования соли селенфосфония, которая реагирует со спиртом с образованием соли оксафосфония. Анион арилселена замещает оксид трибутилфосфина, образуя разновидности алкиларилселенида. Затем селенид обрабатывают избытком перекиси водорода, что приводит к селеноксиду, который удаляет β-водород через 5-членное циклическое переходное состояние, давая алкен.
Было обнаружено, что электроноакцепторная нитрогруппа увеличивает как скорость отщепления, так и конечный выход олефина.
На основе азота
Справиться с устранением
Коп ликвидация (Копы реакции) является устранением третичного окиси амина с получением алкена и гидроксиламина через Е я механизм. [13] [21] Ликвидация Коупа была использована в синтезе миметика маннопиранозиламина. [22] Третичный амин окисляется до окиси амина с помощью м - хлорпероксибензойной кислоты ( м CPBA) и подвергают воздействию высоких температур для термического син устранения бета-водорода и окиси амина через циклическое переходное состояние, получая алкен. Стоит отметить, что указанный водород (зеленым цветом) является единственным водородом, доступным для син- элиминирования.
Циклические аминооксиды (5,7-10-членные азотсодержащие кольца) также могут подвергаться внутреннему син- элиминированию с образованием ациклических гидроксиламинов, содержащих концевые алкены. [13]
Особые случаи исключения Хофмана
Механизм элиминации Хофмана обычно представляет собой E2 , но при определенных обстоятельствах может проходить через путь E i . Для некоторых стерически затрудненных молекул основание депротонирует метильную группу амина вместо β-водорода напрямую, образуя промежуточный илид, который удаляет триметиламин через 5-членное переходное состояние, образуя алкен. Исследования по мечению дейтерием подтвердили этот механизм, наблюдая за образованием дейтерированного триметиламина (и отсутствия дейтерированной воды, которая могла бы образоваться по механизму E2). [23]
Модифицированное по Виттигу отщепление Хофмана проходит через тот же механизм E i , но вместо использования оксида серебра и воды в качестве основания в модификации Виттига используются сильные основания, такие как алкилитий или KNH2 / жидкий NH3. [24] [25]
Устранение йодозо
Было обнаружено, что вторичные и третичные алкилйодиды с сильно электроноакцепторными группами на α-углероде подвергаются перициклическому син- элиминированию при воздействии м- хлорпербензойной кислоты ( m- CPBA). [26] Предполагается, что реакция проходит через промежуточный йодозо перед син- элиминированием гипойодистой кислоты .
В объем этой реакции не входят первичные алкилйодиды, поскольку промежуточное соединение иодоза перестраивается в промежуточное соединение гипойодита, которое в условиях реакции превращается в спирт. Сильно электроноакцепторные группы подавляют перегруппировки путь, позволяя перициклической син ликвидации пути преобладать.
Рекомендации
- ^ Б с д е е марта, Джерри (2007). Высшая органическая химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471720917. CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ a b c d e Кэри, FA; Санбург, Р. Дж. Передовая органическая химия: реакция и синтез , 5-е изд .; Часть B; Springer: Нью-Йорк, 2010 г.
- Перейти ↑ Branko, J. (1997). «Теоретические исследования реакции термического синэлиминирования органических аминов оксида, сульфоксида и фосфоксида ab initio методами и методами функциональной плотности». Тео. Chem. 389 257-263.
- ^ О'Коннор, GL; Нейс, HR (1953). «Дальнейшие исследования реакции Чугаева и связанных с ней реакций». Варенье. Chem. Soc. 75 2118-.
- ^ Бартон, DHR; Head, AJ; Уильямс, Р.Дж. (1953). «Стереоспецифичность в реакциях термического отщепления. Часть III. Пиролиз (-) - менилбензоата». J. Chem Soc. 453 1715-.
- ^ a b Анслин, EV; Догерти, Д.А. Современная физическая органическая химия , Мурдзек, Дж., Под ред. Книги университетских наук, 2006.
- ^ Райт, DR; Sims, LB; Фрай, А. (1983). «Кинетические изотопные эффекты углерода-14 и кинетические исследования в реакциях син-элиминирования оксидов (2-фенилэтил) диметиламина». Варенье. Chem. Soc. 105 3714-.
- ^ Кан, SD; Эриксон, Дж. А. (1994). "Теоретические исследования реакций термического синусилирования. Относительные скорости удаления этилформиата, этилксантата и этилфосфината". Варенье. Chem. Soc. 116 6271-6276.
- ^ Curtin, DY; Келлом, ДБ (1953). «Реакции удаления и замещения dl-эритро- и dl-трео-2-дейтеро-1,2-дифенилэтанола и производных». Варенье. Chem. Soc. 75 6011-.
- ^ Киношита, М .; Kunieda, N .; Нокам, Дж. (1975). «Пиролиз B-гидроксисульфоксидов до кетонов». Tetrahedron Lett. 33 2841-2844.
- ^ OKawara, R .; Уэта, К .; Нокам, Дж. (1978). «Пиролиз B-гидроксисульфоксидов II. Синтез аллиловых спиртов». Tetrahedron Lett. 49 4903-4904.
- ^ Wollowitz, S .; Райх, HJ (1982). «Превращение аллиловых спиртов в 1,3-диены путем последовательной сульфенат-сульфоксидной [2,3] сигматропной перегруппировки и удаления Syn». Варенье. Chem. Soc. 104 7051-7059.
- ^ a b c d Kurti, L .; Чако, Б. Стратегическое применение названных реакций в органическом синтезе , Academic Press, 2005.
- ^ Тейлор, EA; Penton, HRJr .; Берджесс, EM (1970). «Синтетические применения сложных эфиров N-карбоалкоксисульфамата». Варенье. Chem. Soc. 92 5224-5226.
- ^ Тейлор, EA; Penton, HRJr .; Берджесс, EM (1973). «Термические реакции сложных эфиров алкил-N-карбометоксисульфамата». J. Org. Chem. 38 26-.
- ^ Холтон, РА; и другие. (1994). «Первый полный синтез таксола. 2. Завершение C и D колец». Варенье. Chem. Soc. 116 1599-1600.
- ^ Лауэр, РФ; Янг, МВт; Шарплесс, КБ (1973). «Реакции селенооксидов: термическое устранение Syn и обмен H2O-18». Tetrahedron Lett. 22 1979–1982 гг.
- ^ Райх, HJ; Wollowitz, S .; Trend, JE; Чоу, Ф .; Венделборн, Д. Ф. (1978). «Синтезирование алкилселеноксидов. Побочные реакции с участием селененовых кислот. Структурные эффекты и влияние растворителей на скорость». J. Org. Chem. 43 1697-.
- ^ Grieco, PA; Gilman, S .; Нисидзава, М. (1976). "Селеноорганическая химия. Простой одностадийный синтез алкиларилселенидов из спиртов". J. Org. Chem. 41 1485-.
- ^ Янг, MW; Шарплесс, Б.К. (1975). "Синтез олефинов. Повышение скорости удаления алкиларилселеноксидов электронно-отводящими заместителями". J. Org. Chem. 40 947-.
- ^ Коп, AC; Фостер, TT; Таул, PH (1949). «Термическое разложение аминооксидов на олефины и диалкилгидроксиламины». Варенье. Chem. Soc. 71 3929-.
- ^ Vasella, A .; Ремен, Л. (2002). "Конформационно предвзятые миметики маннопиранозиламинов: ингибиторы B-маннозидаз?". Helv. Чим. Acta. 85 1118-.
- ^ Коп, AC; Мехта, А.С. (1963). «Механизм реакции элиминирования Гофмана: промежуточное соединение илида в пиролизе высокоразветвленного четвертичного гидроксида». Варенье. Chem. Soc. 85 1949-.
- ^ Виттиг, G .; Польстер Р. (1957). Аня. Chem. 102 612-.
- ^ Бах, RD; Баир, кВт; Анджеевский, Д. (1972). "Модификация Виттига реакции исключения Хофмана. Доказательства альфа ', бета-механизма". Варенье. Chem. Soc. 94 8608-.
- ^ Reich, HJ, Пике, SL (1978). «Химия гипервалентного йода. Синхронное удаление алкилйодозо соединений ». Варенье. Chem. Soc. 100 4888-.