Штаудингер Синтез , также называемый Штаудингер Кетен-имин циклоприсоединением, представляет собой химический синтез , в котором имин 1 реагирует с кетена 2 через не- фотохимического 2 + 2 циклоприсоединения с получением β - лакты 3 . [1] Реакция имеет особое значение в синтезе β-лактамных антибиотиков . [2] Синтез Штаудингера не следует путать с реакцией Штаудингера, реакцией фосфина или фосфита, используемой для восстановления азидов до аминов.
Опубликованы обзоры механизма, стереохимии и приложений реакции. [3] [4] [5]
История [ править ]
Реакция была открыта в 1907 году немецким химиком Германом Штаудингером . [6] Реакция не вызывала интереса до 1940-х годов, когда была выяснена структура пенициллина . Β - лактами фрагмент первого синтетического пенициллина был построен с использованием этого циклоприсоединения, [7] , и она остается ценным инструментом в синтетической органической химии.
Механизм [ править ]
Первый шаг является нуклеофильной атакой имина азотом на карбонильном углероде для генерации цвиттерионный промежуточного продукта . Электронодонорные группы на имине облегчают этот шаг, в то время как электроноакцепторные группы препятствуют атаке. [8] Второй этап - это либо внутримолекулярное замыкание нуклеофильного кольца, либо одновременное замыкание электроциклического кольца . [9] Второй шаг отличается от типичного электроциклического замыкания колец, как предсказывают правила Вудворда-Хоффмана.. В фотохимических и микроволновых условиях 4π-электронная система промежуточного продукта не может подвергнуться дисротационному замыканию кольца с образованием β-лактама, возможно, потому, что две двойные связи не компланарны. [10] Некоторые продукты синтеза Штаудингера отличаются от тех, которые предсказывает электронная модель. [11] Кроме того, электронная структура переходного состояния отличается от структуры других замкнутых конротарных колец. [11] Результаты компьютерных исследований модельных систем свидетельствуют о том, что в газовой фазе механизм согласован. [5]
Стереохимия [ править ]
Стереохимия из Staudinger синтеза может быть трудно предсказать , потому что либо шаг может быть определяющей скорость . [12] Если этап замыкания кольца является определяющим, стереохимические прогнозы, основанные на торкоселективности, являются надежными. [12] Другие факторы, влияющие на стереохимию, включают начальную региохимию имина. Обычно (E) -имины образуют цис-β-лактамы, а (Z) -имины образуют транс-β-лактамы. [5]Другие заместители также влияют на стереохимию. Кетены с сильными электронодонорными заместителями в основном производят цис-β-лактамы, тогда как кетены с сильными электроноакцепторными заместителями обычно производят транс-β-лактамы. Кетеновый заместитель влияет на переходное состояние, ускоряя или замедляя продвижение к β-лактаму. Более медленная реакция позволяет изомеризовать имин, что обычно приводит к транс-продукту. [11]
Варианты [ править ]
Опубликованы обзоры асимметричной индукции синтеза Штаудингера, включая использование органических и металлоорганических катализаторов. [1] [5] [13]
Имин можно заменить добавлением олефина для получения циклобутанона , карбонила для получения β- лактона или карбодиимидов для получения 4-имино β -лактамов . [1] Синтез Штаудингера и его разновидности - это циклоприсоединения кетена .
В 2014 году Дойл и его коллеги сообщили об однокомпонентном многокомпонентном синтезе по Штаудингеру β-лактамов из азидов и двух диазосоединений. Реакция происходит в результате катализируемой ацетатом родия реакции между арилдиазоацетатом (красный) и органическим азидом (синий) с образованием имина. Перегруппировка Вольфа диазоацетоацетатенона (черный) образует стабильный кетен, который реагирует с имином с образованием стабильного β-лактамного соединения. Растворителем, используемым для этой реакции, является дихлорметан (DCM), и раствор необходимо выдержать в течение 3 часов при комнатной температуре. Выход реакции составляет около 99%. [14]
Реакция с сульфенами вместо кетенов, приводящая к β - сультамам , называется циклоприсоединением сульфа -Штаудингера . На следующем рисунке показан пример циклоприсоединения Sulfa-Staudinger. Бензилиденметиламин реагирует с этансульфонилхлоридом с образованием β-сультама. Для этой реакции в качестве растворителя использовали тетрагидрофуран (THF), и раствор нужно было оставить в течение 24 часов. [15]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c Райт, Стивен в Кори, под редакцией Джи Джек Ли; предисловие EJ (2010). Назовите реакции образования карбоциклических колец . Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. п. 45. ISBN 9780470872208.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- ^ Тидвелл, TT (2008). «Хьюго (Уго) Шифф, Основы Шиффа и век синтеза β-лактамов». Энгью. Chem. Int. Эд. 47 (6): 1016–1020. DOI : 10.1002 / anie.200702965 . PMID 18022986 .
- ^ Fu, N .; Tidwell, TT "Получение β-лактамов [2 + 2] циклоприсоединением кетенов и иминов" Tetrahedron 2008 , 64 , 10465-10496. ( [1] )
- ^ Георг, Гунда I. (1992). Органическая химия β-лактамов . Нью-Йорк: Verlag Chemie. ISBN 978-0471187998.
- ^ а б в г Коссио, ФП; Arrieta, A .; Сьерра, MG (2008). "Механизм реакции Кетене-Имин (Штаудингера) в ее столетний юбилей: все еще нерешенная проблема?". Счета химических исследований . 41 (8): 925–936. DOI : 10.1021 / ar800033j . PMID 18662024 .
- ^ Х. Штаудингер (1907). "Zur Kenntniss der Ketene. Diphenylketen" . Justus Liebigs Ann. Chem. 356 (1–2): 51–123. DOI : 10.1002 / jlac.19073560106 .
- ^ JC Sheehan, EL Buhle, EJ Corey , GD Laubach, JJ Ryan (1950). «Полный синтез 5-фенилпенициллина: метил-5-фенил- (2-карбометоксиэтил) -пенициллинат». Варенье. Chem. Soc. 72 (8): 3828–9. DOI : 10.1021 / ja01164a534 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
- ^ Райт, Стивен в Кори, под редакцией Джи Джек Ли; предисловие EJ (2010). Назовите реакции образования карбоциклических колец . Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. п. 47. ISBN 9780470872208.CS1 maint: extra text: authors list (link)
- ^ Ци, Хэнчжэнь; Ли, Синъяо; Сюй, Цзяси (декабрь 2010 г.). «Стереоселективный контроль в реакциях Штаудингера с участием монозамещенных кетенов с электроноакцепторными заместителями: экспериментальное исследование и теоретическое обоснование» . Органическая и биомолекулярная химия . 9 (8): 2702–2714. DOI : 10.1039 / C0OB00783H . PMID 21359284 . S2CID 37085450 .
- ^ Лян, Юн; Цзяо, Лэй; Чжан, Шивэй; Сюй, Цзяси (2005). «Реакции Штаудингера, индуцированные микроволновым и фотооблучением циклических иминов и кетенов, образованных из α-диазокетонов. Дальнейшее исследование стереохимического процесса». Журнал органической химии . 70 (1): 334–337. DOI : 10.1021 / jo048328o . PMID 15624943 .
- ^ a b c Цзяо, Лэй; Лян, Юн; Сюй, Цзяси (2006). «Происхождение относительной стереоселективности образования β-лактама в реакции Штаудингера». Журнал Американского химического общества . 128 (18): 6060–6069. DOI : 10.1021 / ja056711k . PMID 16669675 .
- ^ а б Лян, Юн; Цзяо, Лэй; Чжан, Шивэй; Юй Чжи-Сян; Сюй, Цзяси (2009). «Новые взгляды на торкоселективность реакции Штаудингера». Журнал Американского химического общества . 131 (4): 1542–1549. DOI : 10.1021 / ja808046e . PMID 19132931 .
- ^ Паломо, Клаудио; Aizpurua, Jesus M .; Ганбоа, Иньяки; Oiarbide, Микель (1999). «Асимметричный синтез β-лактамов с помощью реакции циклоприсоединения Штаудингера Кетен-Имин». Европейский журнал органической химии . 1999 (12): 3223–3235. DOI : 10.1002 / (SICI) 1099-0690 (199912) 1999: 12 <3223 :: AID-EJOC3223> 3.0.CO; 2-1 .
- ^ Мандлер, Майкл Д .; Truong, Phong M .; Завалий, Петр Ю .; Дойл, Майкл П. (2014). «Каталитическое превращение диазокарбонильных соединений в имины». Органические буквы . 16 (3): 740–743. DOI : 10.1021 / ol403427s . PMID 24423056 .
- ^ Ян, Чжаньхуэй; Чен, Нин; Сюй, Цзяси (2015). "Контролируемая заместителями аннулоселективность и стереоселективность в циклоприсоединениях сульфат-Штаудингера". Журнал органической химии . 80 (7): 3611–3620. DOI : 10.1021 / acs.joc.5b00312 . ISSN 0022-3263 . PMID 25756543 .
