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.
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.
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.