Введение

Химическая реакция

Перегруппировка Клайзена — мощная химическая реакция, приводящая к образованию углерод-углеродной связи, открытая Райнером Людвигом Клайзеном.

Механизм

Перестройка Клейзена — экзотермическая, согласованная (разрыв и образование связей) перициклическая реакция. Правила Вудворда-Хоффмана указывают на поверхностный, стереоспецифический механизм реакции. Кинетика реакции первого порядка, и вся трансформация протекает через высокоорганизованное циклическое переходное состояние, являясь внутримолекулярной. Эксперименты с кроссовером исключают возможность протекания перестройки по межмолекулярному механизму и подтверждают внутримолекулярный процесс. В перестройке Клейзена наблюдается значительное влияние растворителя, при этом полярные растворители, как правило, в большей степени ускоряют реакцию. Растворители, образующие водородные связи, обеспечивают самые высокие константы скорости. Например, смеси этанола и воды в качестве растворителей дают константы скорости в 10 раз выше, чем сульфолан. Показано, что тривалентные органоалюминиевые реагенты, такие как триметилалюминий, ускоряют эту реакцию.

Ароматическая перестановка Claisen

Первым зарегистрированным случаем перегруппировки Клайзена является [3,3]-сигматропная перегруппировка аллильного фенилового эфира в промежуточное соединение 1, которое быстро таутомеризуется в 2-аллилфенол. Перегруппировка Клайзена может протекать каскадно, в сочетании с перегруппировкой Коупа, в этом случае аллильная группа, по-видимому, атакует пара-положение кольца. Например, электроноакцепторные группы (такие как бромид) в мета-положении направляют перегруппировку в орто-положение (71% орто-продукта), в то время как электронодонорные группы (такие как метокси) направляют перегруппировку в пара-положение (69% пара-продукта). Кроме того, наличие орто-заместителей приводит исключительно к образованию пара-замещенных продуктов перегруппировки. Если альдегидная или карбоксильная группа находятся в орто- или пара-положении, аллильная боковая цепь вытесняет эту группу, высвобождая ее в виде монооксида углерода или диоксида углерода, соответственно.

Перестановка Bellus Claisen

Перестройка Беллуса–Клайзена – это реакция аллильных эфиров, аминов и тиоэфиров с кетенами с образованием γ,δ-ненасыщенных эфиров, амидов и тиоэфиров. Это преобразование было случайно обнаружено Беллусом в 1979 году при синтезе промежуточного соединения для инсектицида, пиретроида. Галогенозамещенные кетены (R1, R2) часто используются в этой реакции благодаря их высокой электрофильности. Разработано множество методов восстановления для удаления полученных α-галоэстеров, амидов и тиоэстеров. Перестройка Беллуса–Клайзена предоставляет синтетическим химикам уникальную возможность для стратегий расширения цикла.

Перестановка Эшенмозера Клайзена

Перестройка Эшенмозера-Клайзена протекает при нагревании аллильных спиртов в присутствии N,N-диметилацетамида диметилацеталя с образованием γ,δ-ненасыщенного амида. Она была разработана Альбертом Эшенмозером в 1964 году. Перестановка Эшенмозера-Клайзена использовалась в качестве ключевого этапа в полном синтезе морфина. Механизм: Перегруппировка происходит через силилкетеноацеталь, который образуется в результате захвата литиевого энолята хлоротриметилсиланом. Как и перестановка Беллуса-Клайзена (выше), перестановка Ирландии-Клайзена может протекать при комнатной температуре и выше. Силилкетеноацетали с E- и Z-конфигурацией приводят к анти- и син-перестроенным продуктам соответственно. В литературе описано множество примеров энантиоселективных перестроек Ирландии-Клайзена, включающих хиральные боровые реагенты и использование хиральных вспомогательных групп.

Перестановка Джонсон-Клейзен

Перестройка Джонсона-Клайзена — это реакция аллилового спирта с ортоэстером, приводящая к образованию сложного эфира. В качестве катализаторов этой реакции использовались слабые кислоты, такие как пропионовая кислота. Эта перестройка часто требует высоких температур (100–200 °C) и может занимать от 10 до 120 часов. Однако, применение микроволнового нагрева в присутствии глины KSF или пропионовой кислоты демонстрирует значительное увеличение скорости реакции и выхода продукта. Механизм: Хотя для формирования энолята могут использоваться различные соли металлов, применение хлорида цинка обеспечивает наивысший выход и наилучшую стереоспецифичность. Энолят претерпевает перегруппировку при температуре –20 °C, образуя аминокислоту с аллильной боковой цепью в α-положении. Этот метод был описан Ули Казмаером в 1993 году.

Перестановка фото-Клайзена

Перестановка арилэфиров Клайзена также может осуществляться как фотохимическая реакция. Помимо традиционного орто-продукта, получаемого в термических условиях (продукта перегруппировки [3,3]), фотохимическая модификация приводит также к образованию пара-продукта (продукта [3,5]), альтернативных изомеров аллильной группы (например, продуктов [1,3] и [1,5]), а также к простому отщеплению эфирной группы и даже к перегруппировке алкилэфиров, помимо аллилэфиров. Фотохимическая реакция протекает посредством последовательного процесса радикального расщепления с последующим образованием связей, а не как согласованная перициклическая реакция, что открывает возможность использования большего разнообразия субстратов и изомеров продуктов. Результаты фотоперегруппировки Клайзена, соответствующие позициям [1,3] и [1,5], аналогичны результатам фотоперегруппировки Фриса ариловых эфиров и родственных ацильных соединений.

- Я не знаю.

Иминиум может выступать в качестве одного из π-связанных фрагментов в ходе перегруппировки.

Реакция Чен-Мэппа

Реакция Чен-Мэппа, также известная как перегруппировка [3,3]-фосфоримидата или реакция Стаудингера-Клайзена, вводит фосфитную группу вместо гидроксильной группы и использует редукцию Стаудингера для превращения её в имин. Последующая реакция Клайзена обусловлена тем, что двойная связь P=O энергетически более выгодна, чем двойная связь P=N.

Перестановка надчеловека

Перестановка Овермана (названа в честь Ларри Овермана) — это перегруппировка Клейзена аллильных трихлорацетимидатов в аллильные трихлорацетамиды. Перестановка Овермана может быть использована для синтеза вицинальных диаминосоединений из 1,2-вицинальных аллиловых диолов.

Перестановка Цвиттероника Клайзена

В отличие от типичных перегруппировок Клайзена, требующих нагревания, цвиттерионные перегруппировки Клайзена протекают при комнатной температуре или ниже. Ацил-аммониевые ионы демонстрируют высокую селективность по отношению к Z-энолятам в мягких условиях.

В природе

Энзим хоризмат мутаза (EC 5.4.99.5) катализирует перегруппировку хоризмата в префенат по механизму Клайзена, являющуюся промежуточной стадией в биосинтетическом пути синтеза фенилаланина и тирозина.

История

Открытое в 1912 году перегруппировка Клейзена является первым задокументированным примером сигматропной перегруппировки [3,3].