Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Органическая химическая реакция
Organic chemical reaction
Перегруппировка Коупа — широко изученная органическая реакция, включающая [3,3]-сигматропную перегруппировку 1,5-диенов. Она была разработана Артуром Коупом и Элизабет Харди. Например, нагревание 3-метилгекса-1,5-диена до 300 °C приводит к образованию гепта-1,5-диена. Перегруппировка Коупа обуславливает флюктуационные состояния молекул в семействе буллавалена.
The Cope rearrangement is an extensively studied organic reaction involving the [3,3] sigmatropic rearrangement of 1,5 dienes. It was developed by Arthur C. Cope and Elizabeth Hardy. For example, 3 methyl hexa 1,5 diene heated to 300 °C yields hepta 1,5 diene. The Cope rearrangement causes the fluxional states of the molecules in the bullvalene family.
Механизм
Перестановка Копа является прототипическим примером согласованной сигматропной перегруппировки. Она классифицируется как [3,3]-сигматропная перегруппировка с символом Вудварда–Хоффмана [π2s+σ2s+π2s] и, следовательно, терморазрешена. Иногда полезно рассматривать её как проходящую через переходное состояние, энергетически и структурно эквивалентное дирадикалу, хотя дирадикал обычно не является истинным промежуточным продуктом (минимумом потенциальной энергии). Иллюстрированное здесь переходное состояние типа «кресло» предпочтительно в системах с открытой цепью (как показано в экспериментах Доринга-Ротта). Однако конформационно ограниченные системы, такие как цис-1,2-дивинилциклопропаны, могут подвергаться перегруппировке в конформации «лодка». В настоящее время общепринято, что большинство перегруппировок Копа протекают по разрешенному согласованному механизму через ароматическое переходное состояние Хюкеля, и дирадикальный промежуточный продукт не образуется. Однако согласованная реакция часто может быть асинхронной, и электронно-возмущенные системы могут обладать значительным дирадикальным характером в переходном состоянии. Ниже представлена типичная иллюстрация переходного состояния перегруппировки Копа электронно-нейтрального гекса-1,5-диена. Здесь видно, что две π-связи разрываются, в то время как формируются две новые π-связи, и одновременно σ-связь разрывается, а новая σ-связь образуется. В отличие от перегруппировки Клейзена, перегруппировки Копа без снятия напряжения или электронных возмущений часто близки к тепловой нейтральности и поэтому могут достигать лишь частичного превращения из-за недостаточно благоприятной константы равновесия. В случае гекса-1,5-диена перегруппировка является вырожденной (продукт идентичен исходному веществу), поэтому K = 1 по необходимости. В случае асимметричных диенов часто необходимо учитывать стереохимию, которую в перициклических реакциях, таких как перегруппировка Копа, можно предсказать с помощью правил Вудварда–Хоффмана и, принимая во внимание предпочтение геометрии переходного состояния типа «кресло».
The Cope rearrangement is the prototypical example of a concerted sigmatropic rearrangement. It is classified as a [3,3] sigmatropic rearrangement with the Woodward–Hoffmann symbol [π2s+σ2s+π2s] and is therefore thermally allowed. It is sometimes useful to think of it as going through a transition state energetically and structurally equivalent to a diradical, although the diradical is not usually a true intermediate (potential energy minimum). The chair transition state illustrated here is preferred in open chain systems (as shown by the Doering Roth experiments). However, conformationally constrained systems like cis 1,2 divinyl cyclopropanes can undergo the rearrangement in the boat conformation. It is currently generally accepted that most Cope rearrangements follow an allowed concerted route through a Hückel aromatic transition state and that a diradical intermediate is not formed. However, the concerted reaction can often be asynchronous and electronically perturbed systems may have considerable diradical character at the transition state. A representative illustration of the transition state of the Cope rearrangement of the electronically neutral hexa 1,5 diene is presented below. Here one can see that the two π bonds are breaking while two new π bonds are forming, and simultaneously the σ bond is breaking while a new σ bond is forming. In contrast to the Claisen rearrangement, Cope rearrangements without strain release or electronic perturbation are often close to thermally neutral, and may therefore reach only partial conversion due to an insufficiently favorable equilibrium constant. In the case of hexa 1,5 diene, the rearrangement is degenerate (the product is identical to the starting material), so K = 1 by necessity. In asymmetric dienes one often needs to consider the stereochemistry, which in the case of pericyclic reactions, such as the Cope rearrangement, can be predicted with the Woodward–Hoffmann rules and consideration of the preference for the chair transition state geometry.
Примеры
Перестановка широко используется в органическом синтезе. Она симметрийно разрешена, когда является супрафациальной для всех компонентов. Переходное состояние молекулы проходит через переходное состояние, напоминающее лодку или кресло. Примером перегруппировки Коупа является расширение циклобутанового кольца до циклоокта-1,5-диенового кольца:
The rearrangement is widely used in organic synthesis. It is symmetry allowed when it is suprafacial on all components. The transition state of the molecule passes through a boat or chair like transition state. An example of the Cope rearrangement is the expansion of a cyclobutane ring to a cycloocta 1,5 diene ring:
В этом случае реакция должна проходить через переходное состояние в форме лодки, чтобы образовать две цис-двойные связи. Транс-двойная связь в кольце была бы слишком напряженной. Реакция протекает в термических условиях. Движущей силой реакции является снятие напряжения с циклобутанового кольца. Органокаталитическая перегруппировка Коупа была впервые описана в 2016 году. В этом процессе используется альдегидзамещенный 1,5-диен, что позволяет осуществить "иминиум-катализ" с использованием гидразидного катализатора и достичь умеренной энантиоселективности (до 47% ээ). Ряд ферментов катализируют перегруппировку Коупа, хотя она редко встречается в природе.
In this case, the reaction must pass through the boat transition state to produce the two cis double bonds. A trans double bond in the ring would be too strained. The reaction occurs under thermal conditions. The driving force of the reaction is the loss of strain from the cyclobutane ring. An organocatalytic Cope rearrangement was first reported in 2016. In this process, an aldehyde substituted 1,5 diene is used, allowing "iminium catalysis" to be achieved using a hydrazide catalyst and moderate levels of enantioselectivity (up to 47% ee) to be achieved. A number of enzymes catalyze the Cope rearrangement, although its occurrence is rare in nature.
Перестановка Oxy-Cope и связанные с ней варианты
При перестройке окси-Копа на C3 добавляется гидроксильная группа, образуя эналь или энон после кето-энольной тавтомеризации промежуточного энола. В первоначальной реализации реакция окси-Копа требовала высоких температур. Последующие исследования показали, что соответствующие алкоксиды калия перестраиваются быстрее в 10¹⁰–10¹⁷ раз. Благодаря этому нововведению реакция протекает успешно при комнатной температуре или даже при 0 °C. Обычно для получения диссоциированного алкоксида калия используют гидрид калия и 18-краун-6:
In the oxy Cope rearrangement, a hydroxyl group is added at C3 forming an enal or enone after keto enol tautomerism of the intermediate enol. In its original implementation, the oxy Cope reaction required high temperatures. Subsequent work showed that the corresponding potassium alkoxides rearranged faster by 1010 to 1017. By virtue of this innovation, reaction proceed well at room temperature or even 0 °C. Typically potassium hydride and 18 crown 6 are employed to generate the dissociated potassium alkoxide:
Диастереомер исходного материала, показанный выше с экваториальной винильной группой, не вступает в реакцию, что является доказательством согласованного механизма этой реакции. Тем не менее, считается, что переходное состояние реакции обладает высокой степенью дирадикального характера. Следовательно, анионно-ускоренная реакция окси-Копа может протекать с высокой эффективностью даже в системах, где эффективное перекрытие орбиталей невозможно, как это демонстрируется ключевым этапом в синтезе перипланона B:
The diastereomer of the starting material shown above with an equatorial vinyl group does not react, providing evidence of the concerted nature of this reaction. Nevertheless, the transition state of the reaction is believed to have a high degree of diradical character. Consequently, the anion accelerated oxy Cope reaction can proceed with high efficiency even in systems that do not permit efficient orbital overlap, as illustrated by a key step in the synthesis periplanone B:
Соответствующие нейтральные реакции окси-Копа и силокси-Копа не приводят к желаемому результату, давая только продукты элиминирования при 200 °C. Другим вариантом перегруппировки Копа является перегруппировка аза-Копа.
The corresponding neutral oxy Cope and siloxy Cope rearrangements failed, giving only elimination products at 200 °C. Another variation of the Cope rearrangement is the aza Cope rearrangements.