Введение

Синтез алкенов путем разложения тосилгидразонов под действием оснований. Реакция Бамфорда-Стивенса — химическая реакция, в которой обработка тосилгидразонов сильными основаниями приводит к образованию алкенов. Она названа в честь британского химика Уильяма Рэндалла Бамфорда и шотландского химика Томаса Стивенса Стивенса (1900–2000). Использование апротических растворителей приводит к образованию преимущественно Z-алкенов, тогда как протические растворители дают смесь E- и Z-алкенов. Как реакция, генерирующая алкены, реакция Бамфорда-Стивенса широко используется в синтетической методологии и синтезе сложных молекул. Обработка тосилгидразонов алкиллитиевыми реагентами называется реакцией Шапиро.

Механизм реакции

Первым шагом реакции Бамфорда-Стивенса является образование диазосоединения 3. В протонных растворителях диазосоединение 3 разлагается с образованием иона карбения 5. В апротонных растворителях диазосоединение 3 разлагается с образованием карбена 7.

Реакция Бамфорда-Стивенса

Реакция Бамфорда-Стивенса не оказалась эффективной для стереоселективного получения алкенов посредством термического разложения металлированных тозилгидразонов из-за неселективной 1,2-перегруппировки карбенового центра, приводящей к образованию смеси продуктов. Заменой алкильной группы на триметилсилильную (TMS) группу в N-азиридинилиминах можно усилить миграцию конкретного атома водорода. При наличии атома кремния в бета-положении к водороду, стереоэлектронный эффект σC Si → σ*C H ослабляет связь C-H, что приводит к ее преимущественной миграции и, как следствие, к почти исключительному образованию аллилсиланов, а не к равному количеству аллилсиланов и изомерных гомоаллилсиланов, как в случае с диалкильными производными, или другим продуктам внедрения (например, циклопропанам). См. эффект бета-кремния.

Синтез 3-замещенных индазолов из аринов и N-тозилгидразонов

N-тосилгидразоны могут быть использованы в разнообразных синтетических процедурах. Их применение в реакциях с аринами позволило получить 3-замещенные индазолы посредством двух предложенных механизмов. Первым этапом является депротонирование гидразона диазосоединений с помощью CsF. В этот момент образовавшаяся конъюгированная основа может либо разложиться с образованием диазосоединения и вступить в [3+2]-диполярное циклоприсоединение с арином, приводящее к целевому продукту, либо подвергнуться [3+2]-аннулированию с арином, также дающему конечный продукт. Хотя в данной области химии часто используют сильные основания, такие как LiOtBu и Cs2CO3, CsF был выбран для облегчения генерации аринов *in situ* из o-(триметилсилил)арильных трифлатов. Также предполагалось, что CsF обладает достаточной основностью для депротонирования N-тосилгидразона.

N-тозилгидразоны в качестве реагентов для реакций перекрестной сцепления

Барлуэнга и его коллеги разработали первый пример использования N-тозилгидразонов в качестве нуклеофильных партнеров в реакциях кросс-сочетания. Обычно нуклеофильные реагенты в реакциях сочетания представляют собой органометаллические соединения, такие как органомагний, цинк, олово, кремний и бор. В сочетании с электрофильными арилгалогенидами N-тозилгидразоны могут быть использованы для получения полизамещенных олефинов в условиях Pd-катализа без использования часто дорогостоящих и сложных в синтезе органометаллических реагентов. Область применения реакции широка; N-тозилгидразоны, полученные из альдегидов и кетонов, хорошо переносятся, что приводит к образованию ди- и тризамещенных олефинов. Кроме того, в качестве партнеров по сочетанию хорошо переносятся различные арилгалогениды, включая соединения, содержащие как электроноакцепторные, так и электронодонорные группы, а также π-богатые и π-дефицитные ароматические гетероциклические соединения. Стереохимия является важным фактором, который необходимо учитывать при получении полизамещенных олефинов. Использование гидразонов, полученных из линейных альдегидов, приводило исключительно к образованию *транс*-олефинов, в то время как стереохимический результат для тризамещенных олефинов зависел от размера заместителей. Механизм этой трансформации, как полагают, протекает аналогично синтезу алкенов по реакции Бамфорда-Стивенса: разложение N-тозилгидразонов в присутствии основания с образованием диазосоединений, которые затем высвобождают азот, образуя карбен, который затем может быть захвачен электрофилом. В данном случае реакция сочетания начинается с окислительного присоединения арилгалогенида к Pd0-катализатору с образованием арил-PdII комплекса. Реакция диазосоединения, полученного из гидразона, с PdII комплексом приводит к образованию Pd-карбенового комплекса. Миграционная вставка арильной группы дает алкил-Pd комплекс, который подвергается *син*-β-гидридному элиминированию с образованием *транс*-арильного олефина и регенерацией Pd0-катализатора. Эта реакция также оказалась полезной для получения сопряженных энинов из N-тозилгидразонов и терминальных алкинов в аналогичных условиях Pd-катализируемой реакции, следуя тому же механизму. Кроме того, Барлуэнга и его коллеги продемонстрировали реакцию трехкомпонентного сочетания альдегидов или кетонов, тозилгидразидов и арилгалогенидов, в которой N-тозилгидразон образуется *in situ*. Этот процесс дает стереоселективные олефины с сопоставимыми выходами по сравнению с процессом, в котором используются предварительно сформированные N-тозилгидразоны. Барлуэнга и его коллеги также разработали металл-свободную восстановительную методологию сочетания N-тозилгидразонов с борными кислотами. Реакция переносит широкий спектр функциональных групп на обоих субстратах, включая ароматические, гетероароматические, алифатические, электронодонорные и электроноакцепторные заместители, и протекает с высокими выходами в присутствии карбоната калия. Считается, что реакция протекает через образование диазосоединения, которое генерируется из соли гидразона. Диазосоединение затем может реагировать с борной кислотой с образованием бензилбороновой кислоты через боратный интермедиат. Альтернативный путь включает образование бензилбороновой кислоты через цвиттерионный интермедиат, за которым следует протодеборонизация бензилбороновой кислоты в основных условиях, что приводит к конечному восстановительному продукту. Эта методология также была расширена на гетероатомные нуклеофилы для получения эфиров и тиоэфиров.

Тандемный родий-катализованный перестановка Бамфорда-Стивенса/термо-алифатического Клайзена

Стольц разработал новый процесс, в котором реакция Бамфорда–Стивенса была объединена с перегруппировкой Клейзена для получения разнообразных олефиновых продуктов. Эта трансформация начинается с термического разложения N-азиридинилгидразонов с образованием диазосоединения (1), за которым следует дедиазотизация, катализируемая родием (2), и син-1,2-миграция гидрида (3). Полученный субстрат подвергается термической алифатической перегруппировке Клейзена (4) с образованием целевого продукта.

Применение в тотальном синтезе

Трост и соавторы использовали реакцию Бамфорда–Стивенса в своем полном синтезе (–)-изоклавукерина для введения диенового фрагмента, присутствующего в природном продукте. Бициклический трисилгидразон первоначально подвергали условиям реакции Шапиро (алкиллитиям или LDA), что приводило лишь к неидентифицируемым продуктам разложения. Однако, при обработке этого бициклического трисилгидразона сильным основанием (KH) и нагревании, получался целевой диеновый продукт. Более того, было показано, что образование олефина и последующее декарбоксилирование можно проводить в одной реакционной колбе. Для этого добавляли избыток NaI и повышали температуру для облегчения декарбоксилирования Крапчо.