Джонсон-Кори-Чайковский реакциясы: Эпоксидтар, азиридиндер және циклопропандар синтезі
Johnson–Corey–Chaykovsky reaction
Жонсон-Кори-Чайковский реакциясы – органикалық химияда эпоксидтер, азиридиндер, циклопропандар синтезі үшін қолданылатын маңызды әдіс. Стереоселективті реакция.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Органикалық химиядағы химиялық реакция
Chemical reaction in organic chemistry
Джонсон-Корей-Чайковский реакциясы (кейде Корей-Чайковский реакциясы немесе CCR деп аталады) – органикалық химияда эпоксидтер, азиридиндер және циклопропандар синтезі үшін қолданылатын химиялық реакция. Оны 1961 жылы А. Уильям Джонсон ашқан, ал Е. Дж. Кори және Майкл Чайковский оны одан әрі дамытқан. Реакция кетондарға, альдегидтерге, иминдерге немесе энондарға күкірт илидінің қосылуын қамтиды, нәтижесінде сәйкес 3 мүшелі цикл түзіледі. Реакция диастереоселективті болып табылады және бастапқы стереохимияға қарамастан, өнімде транс-субституцияға басымдық береді. Осы әдіс арқылы эпоксидтерді синтездеу олефиндердің дәстүрлі эпоксидтеу реакцияларына маңызды ретросинтетикалық балама болып табылады. Реакция көбінесе метилендік топты беру арқылы эпоксидтеу үшін қолданылады және осы мақсатта бірнеше маңызды толық синтездерде пайдаланылды (эпоксидтер синтезі туралы төменде қараңыз). Реакцияның тарихы, механизмі, қолданылу аясы және энантиоселективті түрлері туралы толық мәліметтер төменде келтірілген. Бірнеше шолулар жарияланған.
The Johnson–Corey–Chaykovsky reaction (sometimes referred to as the Corey–Chaykovsky reaction or CCR) is a chemical reaction used in organic chemistry for the synthesis of epoxides, aziridines, and cyclopropanes. It was discovered in 1961 by A. William Johnson and developed significantly by E. J. Corey and Michael Chaykovsky. The reaction involves addition of a sulfur ylide to a ketone, aldehyde, imine, or enone to produce the corresponding 3 membered ring. The reaction is diastereoselective favoring trans substitution in the product regardless of the initial stereochemistry. The synthesis of epoxides via this method serves as an important retrosynthetic alternative to the traditional epoxidation reactions of olefins. The reaction is most often employed for epoxidation via methylene transfer, and to this end has been used in several notable total syntheses (See Synthesis of epoxides below). Additionally detailed below are the history, mechanism, scope, and enantioselective variants of the reaction. Several reviews have been published.
Тарих
Джонсонның алғашқы жариялануы 9 диметилсульфоний флуоренилидтің субституцияланған бензальдегид туындыларымен реакциясына қатысты. Виттиг реакциясына ұқсас әрекет сәтсіз аяқталды, бірақ оның орнына бензальфлуорен оксиді алынды, сонда "күкірт илиді мен бензальдегидтер арасындағы реакция фосфор және мырыш илидтеріндегідей бензальфлуорендерді бермеді" деп көрсетілді. Кейін Корей және Чайковскийдің (диметилоксосульфаниумил)метанид, (CH3)2SOCH2 және (диметилсульфаниумил)метанид, (CH3)2SCH2 (Корей-Чайковский реагенттері деп белгілі) тиімді метилендік топты беруге қабілетті реагенттер ретіндегі әзірлемелері осы реакцияны органикалық химияның негізгі реакцияларының бірі ретінде орнықтырды.
The original publication by Johnson concerned the reaction of 9 dimethylsulfonium fluorenylide with substituted benzaldehyde derivatives. The attempted Wittig like reaction failed and a benzalfluorene oxide was obtained instead, noting that "reaction between the sulfur ylid and benzaldehydes did not afford benzalfluorenes as had the phosphorus and arsenic ylids." The subsequent development of (dimethyloxosulfaniumyl)methanide, (CH3)2SOCH2 and (dimethylsulfaniumyl)methanide, (CH3)2SCH2 (known as Corey–Chaykovsky reagents) by Corey and Chaykovsky as efficient methylene transfer reagents established the reaction as a part of the organic canon.
Механизм
Джонсон-Корей-Чайковский реакциясының механизмі карбонил немесе имин тобына йлидтің нуклеофилді қосылуынан тұрады. Теріс заряд гетероатомға ауысады, ал сульфоний катионы жақсы кететін топ болғандықтан, ол шығарылып, цикл құрылады. Бұған ұқсас Виттиг реакциясында, фосфор-оттегінің күштірек қос байланысының түзілуі оксиранның пайда болуына кедері келтіреді, және оның орнына 4 мүшелі циклдік аралық арқылы олефинация жүзеге асырылады. Бұл реакция бірнеше маңызды толық синтезде қолданылды, оның ішінде химиотерапиялық препарат таксолды өндіретін Данишевский Таксол толық синтезі және пестицид стрихнинді өндіретін Куне Стрихнин толық синтезі.
The reaction mechanism for the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction consists of nucleophilic addition of the ylide to the carbonyl or imine group. A negative charge is transferred to the heteroatom and because the sulfonium cation is a good leaving group it gets expelled forming the ring. In the related Wittig reaction, the formation of the much stronger phosphorus oxygen double bond prevents oxirane formation and instead, olefination takes place through a 4 membered cyclic intermediate. The reaction has been used in a number of notable total syntheses including the Danishefsky Taxol total synthesis, which produces the chemotherapeutic drug taxol, and the Kuehne Strychnine total synthesis which produces the pesticide strychnine.
Азиридиндер синтезі
Иминдерден азиридиндерді синтездеу – Джонсон-Кори-Чайковский реакциясының тағы бір маңызды қолданысы болып табылады және оксазиридиндерден амин тобын беруге балама ұсынады. Бұл реакция кеңінен қолданылмаса да, карбонилдік аналогына ұқсас субстраттар спектрі мен функционалдық топтарға төзімділігіне ие. Төменде көрсетілген мысалдар типік болып табылады; соңғы мысалда азиридин реакция ортасында (in situ) түзіліп, нуклеофилдік шабуыл арқылы ашылып, сәйкес аминге айналады.
The synthesis of aziridines from imines is another important application of the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction and provides an alternative to amine transfer from oxaziridines. Though less widely applied, the reaction has a similar substrate scope and functional group tolerance to the carbonyl equivalent. The examples shown below are representative; in the latter, an aziridine forms in situ and is opened via nucleophilic attack to form the corresponding amine.
Энантиолэктивті өзгерістер
Джонсон-Кори-Чайковский реакциясының энантиоселективті (яғни энантиомерлік артықшылықты қамтамасыз ететін, "ee" деп белгіленетін) түрінің әзірленуі академиялық зерттеулердің маңызды бағыты болып қалады. Хиральді сульфидтерді стехиометриялық мөлшерде қолдану, тиісті каталитикалық әдістерге қарағанда тиімдірек болды, бірақ барлық жағдайларда субстраттардың қолданылу аясы әлі де шектеулі. Каталитикалық әдістер негізінен энантиоселективті мақсаттар үшін жасалған; әдеттегі органосульфидтік реагенттер тым қымбат емес, ал рацемиялық реакцияларды ельидтің эквимолярлық мөлшерімен қолдану шығындарды айтарлықтай арттырмайды. Ал хиральді сульфидтерді дайындау қымбатқа түседі, осыдан каталитикалық энантиоселективті әдістерді жетілдіруге күш салынуда.
The development of an enantioselective (i. e. yielding an enantiomeric excess, which is labelled as "ee") variant of the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction remains an active area of academic research. The use of chiral sulfides in a stoichiometric fashion has proved more successful than the corresponding catalytic variants, but the substrate scope is still limited in all cases. The catalytic variants have been developed almost exclusively for enantioselective purposes; typical organosulfide reagents are not prohibitively expensive and the racemic reactions can be carried out with equimolar amounts of ylide without raising costs significantly. Chiral sulfides, on the other hand, are more costly to prepare, spurring the advancement of catalytic enantioselective methods.
Стойхиометриялық реагенттер
Төменде стехиометриялық түрде қолданылатын ең табысты реагенттер көрсетілген. Біріншісі – β-адренергиялық дихлороизопротеренол (DCI) қосылысын синтездеуде қолданылған, бірақ реагенттің тек бір энантиомерінің қолжетімділігімен шектелген бициклдік оксатиан. Аксиалды диастереомердің синтезі 1,3 аномерлік эффект арқылы түсіндіріледі, бұл экваторлық жалғыз электрон жұбының нуклеофилдігін азайтады. Йлидтің конформациясы трансаннулярлық кернеумен шектеледі, ал альдегидке жақындау стерикалық әсерлесулерге байланысты йлидтің бір жағына ғана мүмкін болады. Басқа маңызды реагент – Бристоль университетінің Вәриндер Аггарвал әзірлеген камфорадан туындаған реагент. Екі энантиомер де оңай синтезделеді, бірақ оксатиан реагентімен салыстырғанда шығымдылығы төмен. Йлидтің конформациясы көпірлік сутектермен өзара әрекеттесу арқылы анықталады, ал альдегидке жақындау камфора фрагментімен тоқтатылады. Реакцияда йлидтің түзілуін ынталандыру үшін фосфазен негізі қолданылады.
The most successful reagents employed in a stoichiometric fashion are shown below. The first is a bicyclic oxathiane that has been employed in the synthesis of the β adrenergic compound dichloroisoproterenol (DCI) but is limited by the availability of only one enantiomer of the reagent. The synthesis of the axial diastereomer is rationalized via the 1,3 anomeric effect which reduces the nucleophilicity of the equatorial lone pair. The conformation of the ylide is limited by transannular strain and approach of the aldehyde is limited to one face of the ylide by steric interactions with the methyl substituents. The other major reagent is a camphor derived reagent developed by Varinder Aggarwal of the University of Bristol. Both enantiomers are easily synthesized, although the yields are lower than for the oxathiane reagent. The ylide conformation is determined by interaction with the bridgehead hydrogens and approach of the aldehyde is blocked by the camphor moiety. The reaction employs a phosphazene base to promote formation of the ylide.
Катализаторлық реагенттер
Каталитикалық реагенттер аз табысқа жетті, көпшілігі төмен өнімділікке, нашар энантиоселективтілікке немесе екеуіне де ұшырады. Субстраттардың қолданылу аясымен де мәселелер бар, олардың көпшілігі метилендік трансфер және алифалық альдегидтермен жұмыс істеуде шектеулерге ие. Бұл қиындық, ялидті тиімді жасайтын нуклеофильді сульфидтің қажеттілігінен туындайды, ол эпоксидтің түзілуі үшін жақсы кететін топ ретінде де әрекет ете алады. Осы талаптардың негізгі факторлары бір-бірімен қайшы болғандықтан, катализатордың қасиеттерін реттеу қиынға соқты. Төменде (E)-стильбен оксидін синтездеуде қолданылғандағы өнімділігі мен энантиомерлік артықшылығымен бірге ең табысты катализаторлардың бірнешеуі көрсетілген. Аггарвал жоғарыда аталған сульфидті және rhodium карбеноидын in situ жасайтын жаңа алкилдеу әдісін қолдана отырып, балама әдіс әзірледі. Бұл әдіс те субстраттардың қолданылу аясымен шектеледі, карбеноидтың бәсекелестік тұтынуына байланысты негізгі топтарға ие электрофилдер үшін тиімсіз.
Catalytic reagents have been less successful, with most variations suffering from poor yield, poor enantioselectivity, or both. There are also issues with substrate scope, most having limitations with methylene transfer and aliphatic aldehydes. The trouble stems from the need for a nucleophilic sulfide that efficiently generates the ylide which can also act as a good leaving group to form the epoxide. Since the factors underlying these desiderata are at odds, tuning of the catalyst properties has proven difficult. Shown below are several of the most successful catalysts along with the yields and enantiomeric excess for their use in synthesis of (E) stilbene oxide. Aggarwal has developed an alternative method employing the same sulfide as above and a novel alkylation involving a rhodium carbenoid formed in situ. The method too has limited substrate scope, failing for any electrophiles possessing basic substituents due to competitive consumption of the carbenoid.