Назарова реакция циклизации
Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Назарова циклизации )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Назаровская циклизация
Названный в честьИван Николаевич Назаров
Тип реакцииРеакция образования кольца
Идентификаторы
Портал органической химииНазаров-циклизация
Идентификатор онтологии RSCRXNO: 0000209

Реакция циклизации Назарова (часто называемая просто циклизацией Назарова ) - это химическая реакция, используемая в органической химии для синтеза циклопентенонов . Реакцию обычно делят на классический и современный варианты, в зависимости от используемых реагентов и субстратов . Первоначально он был открыт Иваном Николаевичем Назаровым (1906–1957) в 1941 году при изучении перегруппировок аллилвинилкетонов. [1]

Реакция циклизации Назарова

Как первоначально описано, циклизация по Назарову включает активацию дивинилкетона с использованием стехиометрической кислоты Льюиса или промотора протонной кислоты . Ключевой этап механизма реакции включает замыкание катионного 4π- электроциклического кольца, которое образует циклопентеноновый продукт (см. Механизм ниже). По мере развития реакции варианты, включающие субстраты, отличные от дивинилкетонов, и промоторы, отличные от кислот Льюиса, были отнесены к категории циклизации Назарова при условии, что они следуют аналогичному механистическому пути .

Успех циклизации Назарова как инструмента в органическом синтезе проистекает из полезности и повсеместного распространения циклопентенонов как мотивов в природных продуктах (включая жасмон , афлатоксины и подкласс простагландинов ), так и в качестве полезных синтетических промежуточных продуктов для полного синтеза . Реакция была использована в нескольких полных синтезах, и было опубликовано несколько обзоров. [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Механизм

Механизм классической реакции циклизации Назарова был впервые экспериментально продемонстрирован Шоппе как внутримолекулярная электроциклизация и описан ниже. Активация кетона кислотным катализатором генерирует пентадиенильный катион, который претерпевает термически разрешенную 4π- вращательную электроциклизацию в соответствии с правилами Вудворда-Хоффмана . При этом образуется оксиаллильный катион, который в реакции отщепления теряет β-водород. Последующая таутомеризация из енолята производит циклопентенон продукт. [8] [9]

Механизм классической циклизации Назарова, активируемый катализатором кислоты Льюиса. Обратите внимание, что α- и β-замещения не требуются для протекания реакции и что также возможно более сложное α-замещение.

Как отмечалось выше, известны варианты, отклоняющиеся от этого шаблона; то, что обозначает циклизацию Назарова, в частности, - это образование пентадиенильного катиона с последующим электроциклическим замыканием кольца до оксиаллильного катиона. Для достижения этой трансформации молекула должна находиться в s-транс / s-транс конформации , располагая винильные группы в соответствующей ориентации. Склонность системы к входу в эту конформацию резко влияет на скорость реакции , так как α-замещенные субстраты имеют повышенную популяцию необходимого конформера из-за аллильного штамма.. Координация электронодонорного α-заместителя катализатором может аналогичным образом увеличить скорость реакции, усиливая эту конформацию. [2]

Соответствующие конформации для циклизации Назарова; Хелатирование кислоты Льюиса в конформере s-цис

Точно так же β-замещение, направленное внутрь, ограничивает s-транс-конформацию настолько сильно, что было показано, что EZ- изомеризация происходит до циклизации на широком диапазоне субстратов, давая транс-циклопентенон независимо от начальной конфигурации. Таким образом, циклизация Назаров является редким примером стереоселективной перициклической реакции , тогда как большинство electrocyclizations является стереоспецифично . В приведенном ниже примере используется триэтилсилилгидрид для улавливания оксиаллильного катиона, так что отщепления не происходит. [2] (см. Прерванные циклизации ниже)

Стереоселективность в циклизации Назарова очевидна через восстановительный захват

В том же духе алленилвинилкетоны того типа, который широко изучался Маркусом Тиусом из Гавайского университета, демонстрируют резкое ускорение скорости из-за удаления β-водородов, устраняя большое количество стерических напряжений в s-цис-конформере. [6]

Алленовые субстраты для циклизации Назарова с пониженными стерическими взаимодействиями

Классические циклизации Назарова

Хотя циклизации после общего шаблона выше было отмечено до участия Назарова, именно его изучение перестроек аллил виниловых кетонов , которые ознаменовали первый крупный рассмотрение этого процесса. Назаров правильно рассудил, что аллильный олефин изомеризуется in situ с образованием дивинилкетона перед замыканием цикла в циклопентеноновый продукт. Показанная ниже реакция включает реакцию оксимеркурации алкина с образованием необходимого кетона. [10]

Раннее расследование циклизации Назарова

В последующие годы исследования, связанные с этой реакцией, были относительно тихими, пока в середине 1980-х не было опубликовано несколько синтезов с использованием циклизации Назарова. Ниже приведены основные шаги в синтезе Trichodiene и Нор-Sterepolide, последний из которых , как полагают, протекает через необычную алкина - алленовой изомеризации , который генерирует дивиниловый кетона. [11] [12]

Синтез триходиена с использованием классической циклизации Назарова
Синтез нор-стереополида с использованием классической циклизации Назарова

Недостатки

Классическая версия циклизации Назарова страдает рядом недостатков, которые современные варианты пытаются обойти. Первые два не очевидны только по механизму, но указывают на препятствия на пути циклизации; последние три связаны с проблемами селективности, относящимися к отщеплению и протонированию промежуточного продукта. [2]

  1. Для реакции обычно требуются сильные кислоты Льюиса или протонные кислоты (например, TiCl 4 , BF 3 , MeSO 3 H ). Эти промоторы несовместимы с чувствительными функциональными группами, что ограничивает объем субстрата.
  2. Несмотря на механистическую возможность катализа , для проведения реакции часто требуется несколько эквивалентов промотора. Это ограничивает атомную экономию реакции.
  3. Этап элиминации не региоселективный ; если для удаления доступны несколько β-водородов, различные продукты часто встречаются в виде смесей. Это крайне нежелательно с точки зрения эффективности, поскольку обычно требуется сложное разделение .
  4. Удаление разрушает потенциальный стереоцентр , уменьшая потенциальную полезность реакции.
  5. Протонирование енолята иногда не является стереоселективным , что означает, что продукты могут образовываться в виде смесей эпимеров .
Недостатки реакции циклизации Назарова

Современные варианты

Отмеченные выше недостатки ограничивают полезность реакции циклизации Назарова в ее канонической форме. Однако модификации реакции, направленные на исправление ее проблем, продолжают оставаться активной областью академических исследований . В частности, исследования были сосредоточены на нескольких ключевых областях: обеспечение каталитической реакции в промоторе, осуществление реакции с более мягкими промоторами для улучшения толерантности функциональных групп , регулирование региоселективности стадии элиминирования и улучшение общей стереоселективности . Они были успешными в разной степени.

Кроме того, модификации были направлены на изменение хода реакции либо путем образования пентадиенильного катиона неортодоксальным образом, либо путем «перехвата» оксиаллильного катиона различными способами. Кроме того, были разработаны энантиоселективные варианты различных типов. Огромный объем литературы по этой теме не позволяет провести всестороннее изучение этой области; ключевые примеры приведены ниже.

Кремний-направленная циклизация

Самые ранние попытки улучшить селективность циклизации Назарова использовали эффект β-кремния , чтобы управлять региоселективностью стадии элиминации. Эта химия была наиболее широко разработана профессором Скоттом Дэнсом из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн, в середине 1980-х годов и использует стехиометрические количества трихлорида железа для ускорения реакции. Для бициклических продуктов цис- изомер был выбран в различной степени. [13]

Кремний-направленная циклизация Назарова

Кремний-направленную реакцию циклизации Назарова впоследствии использовали в синтезе природного продукта сильфинена, показанного ниже. Циклизация происходит до отщепления фрагмента бензилового спирта , так что результирующая стереохимия вновь образованного кольца возникает в результате приближения силилалкенового анти -эфира. [10]

Синтез сильфинена с использованием циклизации Назарова

Поляризация

Основываясь на эффектах заместителей, собранных в ходе различных испытаний реакции, профессор Элисон Фронтьер из Университета Рочестера разработала парадигму «поляризованных» циклизаций Назарова, в которой электронодонорные и электроноакцепторные группы используются для повышения общей селективности реакции. Создание эффективного винилового нуклеофил и виниловой электрофильный в подложке позволяет каталитическую активацию с медной трифлат и региоселективной ликвидацией. Кроме того, электроноакцепторная группа увеличивает кислотность α-протона, обеспечивая селективное образование транс-α-эпимера посредством уравновешивания. [14]

Поляризованная циклизация Назарова

Часто можно достичь каталитической активации, используя только донорную или отводящую группу, хотя эффективность реакции (выход, время реакции и т. Д.) Обычно ниже.

Альтернативное производство катионов

Таким образом, любой пентадиенильный катион, независимо от его происхождения, способен подвергаться циклизации по Назарову. Было опубликовано большое количество примеров, когда требуемый катион получают с помощью различных перегруппировок. [2] Один из таких примеров включает катализируемое серебром катионное раскрытие цикла аллильных дихлорциклопропанов. Соль серебра способствует потере хлорида за счет осаждения нерастворимого хлорида серебра . [15]

Циклизация Назарова, инициированная перегруппировкой дихлорциклопропана

В общем синтезе из rocaglamide, эпоксидирования из винила alkoxyallenyl станнана аналогичным образом генерирует пентадиенил катион через отверстие кольца полученного эпоксида . [16]

Назаровская циклизация, инициированная окислением

Прерванная циклизация

После циклизации образуется оксиаллильный катион. Как подробно обсуждалось выше, типичным ходом этого промежуточного продукта является отщепление с последующей енолятной таутомеризацией . Однако эти два этапа могут быть прерваны различными нуклеофилами и электрофилами соответственно. Улавливание оксиаллильных катионов было широко разработано Фредериком Г. Уэстом из Университета Альберты, и его обзор охватывает эту область. [17] Оксиаллильный катион может быть захвачен гетероатомом и углеродными нуклеофилами, а также может подвергаться катионным циклоприсоединениям.с различными привязанными партнерами. Ниже показана каскадная реакция, в которой при последовательном захвате катионов образуется пентациклическое ядро ​​за одну стадию с полной диастереоселективностью . [18]

Катионный каскад циклизации Назарова

Захват енолятами с помощью различных электрофилов явно менее распространен. В одном исследовании циклизация Назарова сочетается с реакцией Михаэля с использованием иридиевого катализатора для инициирования присоединения нуклеофильного конъюгата енолята к β-нитростиролу . В этой реакции тандемного иридия катализатор требуется для обоего преобразований: она действует как кислота Льюиса в циклизации Назаров и на следующей стадии в нитро группа нитростирольных первых координат к иридию в лиганде обмена с карбонильным эфиром атомом кислорода перед фактическим Добавление Майкла происходит к противоположному лицу R-группы.[19]

Тандем Назарова циклизация и реакция Михаила

Энантиоселективные варианты

Развитие энантиоселективной циклизации Назарова является желательным дополнением к репертуару реакций циклизации Назарова. С этой целью было разработано несколько вариантов с использованием хиральных вспомогательных веществ и хиральных катализаторов . Также известны диастереоселективные циклизации, в которых существующие стереоцентры направляют циклизацию. Почти все попытки основаны на идее торкоселективности ; выбор одного направления для "вращения" виниловых групп, в свою очередь, устанавливает стереохимию, как показано ниже. [2]

Торкоселективность в циклизации Назарова

Таким образом, кремний-направленные циклизации Назарова могут проявлять индуцированную диастереоселективность. В приведенном ниже примере силильная группа действует, направляя циклизацию, предотвращая вращение удаленного алкена «по направлению» к нему посредством неблагоприятного стерического взаимодействия . Таким образом, кремний действует как бесследное вспомогательное средство . (Исходный материал не является энантиомером, но сохранение энантиомерного избытка предполагает, что вспомогательное вещество управляет циклизацией.) [2]

Кремний как хиральный помощник для циклизации Назарова

Алленильные субстраты Тиуса могут демонстрировать передачу хиральности от осевой к тетраэдрической, если используются энантиочистые аллены. В приведенном ниже примере получается хиральный диосфенпол с выходом 64% и энантиомерным избытком 95% . [2]

Перенос аксиальной хиральности в тетраэдрическую при циклизации по Назарову алленилвинилкетонов

Тиус дополнительно разработал вспомогательное средство на основе камфоры для ахиральных алленов, которое было использовано в первом асимметричном синтезе розеофилина . На ключевом этапе в качестве растворителя используется необычная смесь гексафтор-2-пропанола и трифторэтанола . [2] [20]

Синтез розеофилина с использованием асимметричной циклизации Назарова

Первая хиральная кислота Льюиса, способствовавшая асимметричной циклизации Назарова, была описана Вариндером Аггарвалом и использовала комплексы лиганда меди (II) с бисоксазолином до 98% ее. На энантиомерный избыток не повлияло использование 50 мол.% Комплекса меди, но выход значительно снизился. [2]

Асимметричная циклизация Назарова, опосредованная кислотой Льюиса

Связанные реакции

Расширения циклизации Назарова обычно также включаются в одно и то же название. Например, α-β, γ-δ ненасыщенный кетон может претерпевать подобную катионную конротаторную циклизацию, которую обычно называют реакцией изо-назаровской циклизации . [21] Другие подобные расширения были даны аналогичные названия, в то числе гомо -Nazarov циклизации и Виниловые циклизаций Назаров. [22] [23]

Реакция ретро-Назарова

Поскольку они сверхстабилизируют пентадиенильный катион, β-электронодонорные заместители часто серьезно препятствуют циклизации Назарова. На основе этого сообщалось о нескольких электроциклических кольцах β-алкоксициклопентанов. Их обычно называют реакциями циклизации ретро-Назарова . [2]

Реакция ретро-Назарова

Имино-Назарова реакция

Азотные аналоги реакции циклизации Назарова (известные как реакции циклизации имино-Назарова ) имеют несколько примеров; есть один описанный пример обобщенной циклизации имино-Назарова (показан ниже) [24] и несколько реакций изо-имино-Назарова в литературе. [25] [26] Даже они, как правило, страдают от плохой стереоселективности, низкой урожайности или узкого диапазона. Трудность связана с относительной сверхстабилизацией пентадиенильного катиона за счет донорства электронов, препятствующей циклизации. [27]

Имино-Назаровская циклизация

Смотрите также

  • Реакция Паусона-Ханда
  • Электроциклизация
  • Циклопентенон
  • Меррилактон А

использованная литература

  1. ^ Назаров, И.Н.; Зарецкая, II (1941), Изв. Акад. Наук. СССР, сер. Хим : 211–224 Отсутствует или пусто |title=( справка )
  2. ^ a b c d e f g h i j k Frontier, AJ; Коллисон, С. (2005), "О Назаров циклизации в органическом синтезе Последние достижения..", Tetrahedron , 61 (32): 7577-7606, DOI : 10.1016 / j.tet.2005.05.019
  3. ^ Сантелли-Рувье, С .; Сантелли, М. (1983), "О Назаров циклизации", Синтез , 1983 (6): 429-442, DOI : 10,1055 / с-1983-30367
  4. ^ Дания, SE; Habermas, KL; Джонс, Т.К. (1994), "Циклизация Назарова", Органические реакции , 45 : 1–158.
  5. ^ Дания, SE (1991), Paquette, Л. (ред.), "Назарова и связанной с ними катионных циклизации", Comprehensive Organic Synthesis , Оксфорд: Пергамон Пресс, 5 : 751-784, DOI : 10.1016 / b978-0-08- 052349-1.00138-4 , ISBN 9780080523491
  6. ^ a b Тиус, М.А. (2005), «Некоторая новая химия Назарова», Eur. J. Org. Chem. , 2005 (11): 2193-2206, DOI : 10.1002 / ejoc.200500005
  7. ^ Pellissier, Hélène (2005), "Последние события в процессе Назаров", Tetrahedron , 61 (27): 6479-6517, DOI : 10.1016 / j.tet.2005.04.014
  8. ^ Шоппи, CW ; Lack, RE (1969), «Внутримолекулярные электроциклические реакции. Часть I. Структура« бромгидроксифорона »: 3-бром-5-гидрокси-4,4,5,5-тетраметилциклопент-2-енон», Журнал химического общества C. : Organic (10): 1346-1349, DOI : 10.1039 / J39690001346
  9. ^ Шоппи, CW ; Кук, BJA (1972), "Внутримолекулярные электроциклические реакции. Часть II. Реакции 1,5-ди-фенилпента-1,4-диен-3-она", Журнал химического общества, Perkin Transactions 1 : 2271, DOI : 10.1039 / п19720002271
  10. ^ a b Kürti, L .; Чако, Б. (2005). Стратегические применения названных реакций в органическом синтезе (1-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Elsevier Academic Press. С. 304–305. ISBN 9780124297852.
  11. ^ Хардинг, KE; Климент, К. С. (1984), "A Высокоэффективная СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНЫЙ, конвергентное Синтез ( & plusmn ; ) -Trichodiene", Журнал органической химии , 49 (20): 3870-3871, DOI : 10.1021 / jo00194a054
  12. ^ Arai, Y .; Takeda, K .; Масуда, К .; Коидзуми, Т. (1985), "Синтез ( & plusmn ; ) -Nor-Sterepolide", Chemistry Letters , 14 (10): 1531-1534, DOI : 10,1246 / cl.1985.1531
  13. ^ Дания, SE; Джонс, Т.К. (1982), "Кремниевая циклизация Назарова", J. Am. Chem. Soc. , 104 (9): 2642-2645, DOI : 10.1021 / ja00373a055
  14. ^ Он, W .; Солнце, X .; Frontier, AJ (2003), «Поляризация циклизации Назарова: эффективный катализ в мягких условиях», J. Am. Chem. Soc. , 125 (47): 14278-14279, DOI : 10.1021 / ja037910b , PMID 14624567 
  15. ^ Грант, TN & West, FG (2006), «Новый подход к реакции Назарова с помощью последовательного электроциклического раскрытия и замыкания кольца», J. Am. Chem. Soc. , 128 (29): 9348-9349, DOI : 10.1021 / ja063421a , PMID 16848467 
  16. ^ Малона, JA; Cariou, K .; Frontier, AJ (2009), "Назаровская циклизация, инициированная надкислотным окислением: полный синтез (±) -рокагламида", J. Am. Chem. Soc. , 131 (22): 7560-7561, DOI : 10.1021 / ja9029736 , ПМК 2732401 , PMID 19445456  
  17. ^ Грант, штат Теннесси; Ридер, CJ; West, FG (2009), "Прерывание реакции Назарова: домино и каскадные процессы с использованием циклопентенильных катионов", Chem. Commun. (38): 5676-5688, DOI : 10.1039 / B908515G , PMID 19774236 
  18. ^ Бендер, JA; Ариф, AM; West, FG (1999), "Назаров-инициированная диастереоселективная каскадная полициклизация арилтриенонов", J. Am. Chem. Soc. , 121 (32): 7443-7444, DOI : 10.1021 / ja991215f
  19. ^ Янка, М .; Он, W .; Haedicke, IE; Фрончек, Франция; Frontier, AJ; Айзенберг, Р. (2006), "Тандемная последовательность циклизации-присоединения по Майклу Назарова, катализируемая комплексом Ir (III)", J. Am. Chem. Soc. , 128 (16): 5312-5313, DOI : 10.1021 / ja058772o , PMID 16620081 
  20. ^ Харрингтон, ЧП; Тиус, Массачусетс (1999), "Формальный тотальный синтез розеофилина: подход циклопентаннелирования к макроциклическому ядру", Org. Lett. , 1 (4): 649-652, DOI : 10.1021 / ol990124k , PMID 10823195 
  21. ^ Юнг, ME; Ю, Д. (2007), "Беспрецедентная перегруппировка 4-алкокси-5-бромалк-2-ен-1-ола в циклопентенон посредством процесса циклизации изо-назарова", Журнал органической химии , 72 (22) : 8565-8568, DOI : 10.1021 / jo071104w , PMID 17910498 
  22. ^ Де Симон, Ф .; Andrès, J .; Torosantucci, R .; Waser, J. гт (2009), "Каталитический Формальное Гомо-Назаров циклизации" , Organic Letters , 11 (4): 1023-1026, DOI : 10.1021 / ol802970g , PMID 19199774 
  23. ^ Ридер, CJ; Винберг, KJ; Запад, FG (2009), "циклизации кроссовых сопряженными триенов: Виниловый Назаров Reaction", журнал Американского химического общества , 131 (22): 7504-7505, DOI : 10.1021 / ja9023226 , PMID 19435345 
  24. ^ Тиус, Массачусетс; Чу, CC; Ньевес-Колберг, Р. (2001), "имино Назаров циклизации", Tetrahedron Letters , 42 (13): 2419-2422, DOI : 10.1016 / s0040-4039 (01) 00201-5
  25. ^ Ким, S.-H .; Ча, JK (2000), "Синтетические Исследования на пути к caphalotaxine: функционализации третичных N-Acylhemiaminals по Назаров циклизации", Синтез , 2000 (14): 2113-2116, DOI : 10,1055 / с-2000-8711
  26. ^ Ларини, P .; Guarna, A .; Occhiato, EG (2006), "Катализируемая кислотой Льюиса реакция Назарова 2- (N-метоксикарбониламино) -1,4-пентадиен-3-онов", Org. Lett. , 8 (4): 781-784, DOI : 10.1021 / ol053071h , PMID 16468766 
  27. ^ Смит, DA; Ulmer, CW (1997), "Влияние заместителей в 3-положении на [2 + 2] пентадиенильного катионного Electrocyclization", Журнал органической химии , 62 (15): 5110-5115, DOI : 10.1021 / jo9703313
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nazarov_cyclization_reaction&oldid=1003531569 »
Contribute a better translation