Тозилгидразондардың негіздік ыдырауы арқылы алкендерді синтездеу
Bamford–Stevens reaction
Бас катализделген тозилгидразонның ыдырауы арқылы алкендерді синтездеу. Бамфорд-Стивенс реакциясы, алкендерді алудың тиімді әдісі. Химия, синтез, реакциялар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Алкендерді синтездеу тосилгидразондардың базалық катализделген ыдырауы арқылы жүзеге асырылады.
Synthesis of alkenes by base catalysed decomposition of tosylhydrazones
Бамфорд-Стивенс реакциясы – тосилгидразондарды күшті базамен өңдегенде алкендер түзілетін химиялық реакция. Бұл реакция британдық химик Уильям Рэндалл Бамфорд және шотланд химигі Томас Стивенс Стивенс (1900–2000) есімдерімен аталады. Апротикалық еріткіштерді қолданғанда негізінен Z-алкендер, ал протикалық еріткіштерде E және Z-алкендердің қоспасы түзіледі. Алкен түзетін трансформация ретінде Бамфорд-Стивенс реакциясы синтетикалық әдістемелерде және күрделі молекулалар синтезінде кеңінен қолданылады. Тосилгидразондарды алкил литий реагенттерімен өңдеу Шапиро реакциясы деп аталады.
The Bamford–Stevens reaction is a chemical reaction whereby treatment of tosylhydrazones with strong base gives alkenes. It is named for the British chemist William Randall Bamford and the Scottish chemist Thomas Stevens Stevens (1900–2000). The usage of aprotic solvents gives predominantly Z alkenes, while protic solvent gives a mixture of E and Z alkenes. As an alkene generating transformation, the Bamford–Stevens reaction has broad utility in synthetic methodology and complex molecule synthesis. The treatment of tosylhydrazones with alkyl lithium reagents is called the Shapiro reaction.
The first step of the Bamford–Stevens reaction is the formation of the diazo compound 3. In protic solvents, the diazo compound 3 decomposes to the carbenium ion 5. In aprotic solvents, the diazo compound 3 decomposes to the carbene 7.
Бамфорд-Стивенс реакциясы
Бамфорд-Стивенс реакциясы металданған тосилгидразондардың термиялық ыдырау арқылы алкендерді стереоселективті түзуге тиімді емес, себебі карбен орталығының дискриминациясыз 1,2 қайта орналасуы өнімдердің қоспасын береді. N-азиридинилжиминдерде алкил тобын триметилсилил (TMS) тобымен алмастыру арқылы нақты бір сутек атомының миграциясын күшейтуге болады. Бета-H байланысындағы кремний атомының σC Si → σ*C H стереоэлектрондық әсері C-H байланысын әлсіретеді, нәтижесінде оның эксклюзивті миграциясы жүзеге асып, диакил жағдайындағы немесе басқа да қосылу өнімдерінде (мысалы, циклопропандар) көрінетіндей, аллилсилилдер мен изомерлік гомоаллилсилилдердің тең мөлшерінің орнына, аллилсилилдердің дерлік толық түзілуіне әкеледі. Бета-кремний әсеріне қараңыз.
The Bamford–Stevens reaction has not proved useful for the stereoselective generation of alkenes via thermal decomposition of metallated tosylhydrazones due to the indiscriminate 1,2 rearrangement of the carbene center, which gives a mixture of products. By replacing an alkyl group with a trimethylsilyl (TMS) group on N aziridinylimines, migration of a specific hydrogen atom can be enhanced. With the silicon atom beta to H, a σC Si → σ*C H stereoelectronic effect weakens the C H bond, resulting in its exclusive migration and leading to the nearly exclusive formation of allylsilanes instead of equal amounts of allylsilanes and isomeric homoallylsilanes, analogous to the mixture of products seen in the dialkyl case, or other insertion products (i. e. cyclopropanes). See beta silicon effect.
Ариндер мен N-тозилгидразондардан 3-орналастырылған индазольдер синтезі
N-тосилгидразондар әртүрлі синтетикалық процедураларда қолданылуы мүмкін. Оларды ариндермен қолдану 3-субституцияланған индазолдарды дайындаудың екі жолын қамтамасыз етеді. Бірінші қадам – CsF көмегімен диазоқосылыстардың гидразонының депротондалуы. Осы сәтте конъюгатталған негіз диазоқосылысын бөліп шығарып, аринмен [3+2] диполярлық циклоаддицияға түсіп өнім береді, немесе аринмен [3+2] аннуляцияға түсіп соңғы өнімді құрайды. LiOtBu және Cs2CO3 сияқты күшті негіздер осы химияда жиі қолданылса да, CsF о-(триметилсилил)арил трифлаттарынан ариндердің in situ генерациясын жеңілдету үшін қолданылды. CsF сондай-ақ N-тосилгидразонды депротондауға жеткілікті негізді деп есептелді.
N tosylhydrazones can be used in a variety of synthetic procedures. Their use with arynes has been used to prepare 3 substituted indazoles via two proposed pathways. The first step is the deprotonation of the hydrazone of diazo compounds using CsF. At this point, the conjugate base could either decompose to give the diazo compound and undergo a [3+2] dipolar cycloaddition with the aryne to give the product, or a [3+2] annulation with aryne which would also give the final product. While strong bases, such as LiOtBu and Cs2CO3 are often used in this chemistry, CsF was used to facilitate the in situ generation of arynes from o (trimethylsilyl)aryl triflates. CsF was also thought to be sufficiently basic to deprotonate the N tosylhydrazone.
N-тозилгидразондар қиылыспалы реакциялардың реагенттері ретінде
Барлуенга және оның әріптестері N тосильгидразондарды кросс-байланыс реакцияларында нуклеофилді серіктес ретінде қолданудың алғашқы мысалын жасады. Әдетте, байланыс реакцияларындағы нуклеофилді реагенттер органометалл табиғатын иеленеді, атап айтқанда органомагний, мырыш, қалайы, кремний және бор. Электрофильді арил галогенидтерімен біріктірілгенде, N тосильгидразондарды Pd катализделген жағдайларда, көбінесе қымбат және синтетикалық тұрғыдан күрделі органометалл реагенттерін қолданбай, полисубституцияланған олефиндерді дайындау үшін пайдалануға болады. Реакцияның қолданылу аймағы кең: альдегидтер мен кетондардан туындаған N тосильгидразондар жақсы көтеледі, бұл ди- және трисубституцияланған олефиндерге алып келеді. Сонымен қатар, электронды тартып алу және электронды донорлық топтарын қамтитын, сондай-ақ π-бай және π-жеткіліксіз ароматикалық гетероциклді қосылыстарды қамтитын әртүрлі арил галогенидтері байланыс серіктестері ретінде жақсы көтеледі. Полисубституцияланған олефиндерді дайындағанда стереохимияны ескеру маңызды. Сызықты альдегидтерден туындаған гидразондарды қолдану эксклюзивті түрде транс-олефиндерге әкелді, ал трисубституцияланған олефиндердің стереохимиялық нәтижелері субституенттердің көлеміне байланысты болды. Бұл трансформацияның механизмі алкендердің синтезіне ұқсас Bamford-Stevens реакциясы арқылы жүзеге асады деп есептеледі: N тосильгидразондардың базаның қатысуымен ыдырауы диазоқосылыстарды тудырады, содан кейін азот газын бөліп шығарады, карбенді құрайды, одан кейін электрофилмен сөндірілуі мүмкін. Бұл жағдайда байланыс реакциясы Pd0 катализаторына арил галогенидінің окистендіру қосылуымен басталады, нәтижесінде арил PdII кешені пайда болады. Гидразоннан туындаған диазоқосылыстың PdII кешенімен реакциясы Pd карбен кешенін құрайды. Арил тобының миграциялық инсерциясы алкил Pd кешенін береді, ол транс-арил олефинін және Pd0 катализаторын қайта жаңарту үшін син-бета-гидридті жоюға ұшырайды. Бұл реакция N тосильгидразондар мен терминалды алкиндерден конъюгацияланған ениндерді ұқсас Pd катализделген реакция жағдайында және бірдей механизм бойынша дайындауда да пайдалы болды. Сонымен қатар, Барлуенга және оның әріптестері альдегидтер мен кетондардың, тосилгидразидтердің және арил галогенидтерінің бір ыдыстағы үш компонентті байланыс реакциясын көрсетті, онда N тосильгидразон in situ түзіледі. Бұл процесс алдын ала қалыптасқан N тосильгидразондар қолданылатын процесске қарағанда ұқсас шығыммен стереоселективті олефиндерді тудырады. Барлуенга және оның әріптестері N тосильгидразондарды борон қышқылдарымен металлсыз редуктивті байланыс әдісін де әзірледі. Реакция екі субстратта да әртүрлі функционалдық топтарға төзімді, оның ішінде ароматикалық, гетероароматикалық, алифатты, электронды донорлық және электронды тартып алушы субституенттер, және калий карбонатының қатысуымен жоғары шығыммен жүреді. Реакция гидразон тұзынан туындаған диазоқосылыстың пайда болуы арқылы жүзеге асады деп есептеледі. Диазоқосылыс бор қышқылымен реакцияға түсіп, борландырылған аралық арқылы бензилборон қышқылын құрайды. Бензилборон қышқылын құрудың баламалы жолы - звиттериондық аралық, содан кейін негіздік жағдайда бензилборон қышқылының протодеборондалуы, нәтижесінде соңғы редукциялық өнім пайда болады. Бұл әдіс эфирлер мен тиоэфирлерді өндіру үшін гетероатомдық нуклеофилдерге де қолданылды.
Barluenga and coworkers developed the first example of using N tosylhydrazones as nucleophilic partners in cross coupling reactions. Typically, nucleophilic reagents in coupling reactions tend to be of the organometallic variety, namely organomagnesium, zinc, tin, silicon, and –boron. Combined with electrophilic aryl halides, N tosylhydrazones can be used to prepare polysubstituted olefins under Pd catalyzed conditions without the use of often expensive, and synthetically demanding organometallic reagents. The scope of the reaction is wide; N tosylhydrazones derived from aldehydes and ketones are well tolerated, which leads to both di and trisubstituted olefins. Moreover, and variety of aryl halides are well tolerated as coupling partners including those bearing both electron withdrawing and electron donating groups, as well as π rich and π deficient aromatic heterocyclic compounds. Stereochemistry is an important element to consider when preparing polysubstituted olefins. Using hydrazones derived from linear aldehydes resulted in exclusively trans olefins, while the stereochemical outcomes of trisubstituted olefins were dependent on the size of the substituents. The mechanism of this transformation is thought to proceed in a manner similar to the synthesis of alkenes through the Bamford–Stevens reaction; the decomposition of N tosylhydrazones in the presence of base to generate diazocompounds which then release nitrogen gas, yielding a carbene, which then can be quenched with an electrophile. In this case, the coupling reaction starts with the oxidative addition of the aryl halide to Pd0 catalyst to give the aryl PdII complex. The reaction of the diazocompound, generated from the hydrazone, with the PdII complex produces a Pd carbene complex. A migratory insertion of the aryl group gives an alkyl Pd complex, which undergoes syn beta hydride elimination to generate the trans aryl olefin and regenerate the Pd0 catalyst. This reaction has also seen utility in preparing conjugated enynes from N tosylhydrazones and terminal alkynes under similar Pd catalyzed reaction conditions and following the same mechanism. Moreover, Barluenga and coworkers demonstrated a one pot three component coupling reaction of aldehydes or ketones, tosylhydrazides, and aryl halides in which the N tosylhydrazone is formed in situ. This process produces stereoselective olefins in similar yields compared to the process in which preformed N tosylhydrazones are used. Barluenga and coworkers also developed metal free reductive coupling methodology of N tosylhydrazones with boronic acids. The reaction tolerates a variety of functional groups on both substrates, including aromatic, heteroaromatic, aliphatic, electron donating and electron withdrawing substituents, and proceeds with high yields in the presence of potassium carbonate. The reaction is thought to proceed through the formation of a diazo compound that is generated from a hydrazone salt. The diazo compound could then react with the boronic acid to produce the benzylboronic acid through a boronate intermediate. An alternate pathway consists of the formation of the benzylboronic acid via a zwitterionic intermediate, followed by protodeboronation of the benzylboronic acid under basic conditions, which results in the final reductive product. This methodology has also been extended to heteroatom nucleophiles to produce ethers and thioethers.
Родиймен катализделген Бамфорд-Стивенс/термиялық алифатикалық Клайзен қайта орналасуы
Стольц жаңа процесс әзірледі, онда Бамфорд-Стивенс реакциясы Клейзен қайта орналасуымен біріктіріліп, түрлі олефин өнімдерін жасады. Бұл өзгеріс алдымен N-азиридинилгидразондардың термиялық ыдырауы арқылы диазо қосылысын (1) түзетіп, содан кейін родий катализімен дедиазотациялау (2) және син-1,2 гидридтік орын ауыстыру (3) жүзеге асырылады. Бұл субстрат термиялық алифатикалық Клейзен қайта орналасуына (4) түседі, нәтижесінде өнім пайда болады.
A novel process was developed by Stoltz in which the Bamford–Stevens reaction was combined with the Claisen rearrangement to produce a variety of olefin products. This transformation proceeds first by the thermal decomposition of N aziridinylhydrazones to form the diazo compound (1), followed by a rhodium mediated de diazotization (2) and the syn 1,2 hydride shift (3). This substrate undergoes a thermal aliphatic Claisen rearrangement (4) to yield the product.
Толық синтезде қолдану
Трот және басқалар. изоклавукериннің толық синтезінде Бамфорд-Стивенс реакциясын қолданып, табиғи өнімде кездесетін диен фрагментін енгізді. Бициклді трицилгидразонды бастапқыда Шапиро реакциясының жағдайларына (алкиллитийлер немесе LDA) тартқанда, ғана анықталмайтын ыдырау өнімдері пайда болды. Дегенмен, осы бициклді трицилгидразонды күшті базаға (KH) және қыздырғанда, қажетті диен өнімі алынды. Бұдан әрі, олефиннің түзілуі және одан кейінгі декарбоксилдеу бір ыдыста жүзеге асырылуы мүмкін екені көрсетілді. Осы үшін, артық NaI қосылды, сондай-ақ Крапчо декарбоксилдеуін жеңілдету үшін температура көтерілді.
Trost et al. utilized the Bamford–Stevens reaction in their total synthesis of (–) isoclavukerin to introduce a diene moiety found in the natural product. A bicyclic trisylhydrazone was initially subjected to Shapiro reaction conditions (alkyllithiums or LDA), which only led to uncharacterizable decomposition products. When this bicyclic trisylhydrazone was subjected to strong base (KH) and heat, however, the desired diene product was generated. Moreover, it was shown that olefin generation and the following decarboxylation could be performed in one pot. To that end, excess NaI was added, along with an elevation in temperature to facilitate the Krapcho decarboxylation.