Реакция Шапиро: превращение кетонов и альдегидов в алкены.
Shapiro reaction
Реакция Шапиро: превращение кетонов/альдегидов в алкены через тозилгидразоны с использованием органолитиевых реагентов. Открытие 1967 г., применение в синтезе Таксола.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Органическая реакция
Organic reaction
Реакция Шапиро, или разложение тосилгидразона, — это органическая реакция, в которой кетон или альдегид превращается в алкен через промежуточный гидразон в присутствии двух эквивалентов органолитиевого реагента. Реакция была открыта Робертом Х. Шапиро в 1967 году. Реакция Шапиро использовалась при полном синтезе таксола Николау. Эта реакция очень похожа на реакцию Бамфорда — Стивенса, которая также включает в себя основное разложение тосилгидразонов.
The Shapiro reaction or tosylhydrazone decomposition is an organic reaction in which a ketone or aldehyde is converted to an alkene through an intermediate hydrazone in the presence of 2 equivalents of organolithium reagent. The reaction was discovered by Robert H. Shapiro in 1967. The Shapiro reaction was used in the Nicolaou Taxol total synthesis. This reaction is very similar to the Bamford–Stevens reaction, which also involves the basic decomposition of tosyl hydrazones.
Механизм реакции
В качестве прелюдии к реакции Шапиро кетон или альдегид (1) взаимодействуют с п-толуенсульфонилгидразидом (2) с образованием п-толуенсульфонилгидразона (или тозилгидразона), который является гидразоном (3). Два эквивалента сильного основания, такого как н-бутиллитий, отщепляют протон от гидразона (4), а затем менее кислотный протон α к углероду гидразона (5), формируя карбанион. Карбанион затем подвергается реакции элиминирования, приводящей к образованию углерод-углеродной двойной связи и отщеплению тосиланиона, с образованием диазониевого аниона (6). Этот диазониевый анион затем теряется в виде молекулярного азота, в результате чего образуется виниллитиевое соединение (7), которое затем может реагировать с различными электрофилами, включая простую нейтрализацию водой или кислотой (8).
In a prelude to the actual Shapiro reaction, a ketone or an aldehyde (1) is reacted with p toluenesulfonylhydrazide(2) to form a p toluenesulfonylhydrazone (or tosylhydrazone) which is a hydrazone (3). Two equivalents of strong base such as n butyllithium abstract the proton from the hydrazone (4) followed by the less acidic proton α to the hydrazone carbon (5), forming a carbanion. The carbanion then undergoes an elimination reaction producing a carbon–carbon double bond and ejecting the tosyl anion, forming a diazonium anion (6). This diazonium anion is then lost as molecular nitrogen resulting in a vinyllithium species (7), which can then be reacted with various electrophiles, including simple neutralization with water or an acid (8).
Область применения
Положение алкена в продукте контролируется местом депротонирования органолитиевым основанием. Как правило, депротонируется кинетически благоприятный, менее замещенный участок дифференциально замещенных тосилгидразонов, что приводит к образованию менее замещенного виниллитиевого интермедиата. Несмотря на то, что для виниллитиевой функциональной группы существует множество побочных реакций, в реакции Шапиро в частности происходит присоединение воды, приводящее к протонированию с образованием алкена. Другие реакции соединений виниллития включают реакции алкилирования, например, с алкилгалогенидами. Важно отметить, что реакция Шапиро не может быть использована для синтеза 1-литиоалкенов (и соответствующих функционализированных производных), поскольку сульфонилгидразоны, полученные из альдегидов, подвергаются исключительному присоединению органолитивого основания к атому углерода двойной связи C–N.
The position of the alkene in the product is controlled by the site of deprotonation by the organolithium base. In general, the kinetically favored, less substituted site of differentially substituted tosylhydrazones is deprotonated selectively, leading to the less substituted vinyllithium intermediate. Although many secondary reactions exist for the vinyllithium functional group, in the Shapiro reaction in particular water is added, resulting in protonation to the alkene. Other reactions of vinyllithium compounds include alkylation reactions with for instance alkyl halides. Importantly, the Shapiro reaction cannot be used to synthesize 1 lithioalkenes (and the resulting functionalized derivatives), as sulfonylhydrazones derived from aldehydes undergo exclusive addition of the organolithium base to the carbon of the C–N double bond.
Каталитическая реакция Шапиро
Традиционные реакции Шапиро требуют стехиометрических (иногда избыточных) количеств основания для получения алкениллитиевых реагентов. Чтобы решить эту проблему, Ямамото и его коллеги разработали эффективный стереоселективный и региоселективный метод получения алкенов, используя комбинацию кетоновых фенилазиридинилгидразонов в качестве эквивалентов аресульфонилгидразонов с каталитическим количеством амидов лития. Необходимый фенилазиридинилгидразон был получен конденсацией ундекан-6-она с 1-амино-2-фенилазиридином. Обработка фенилазиридинилгидразона 0,3 эквивалентами LDA в эфире привела к образованию алкена, показанного ниже, с цис/транс-отношением 99,4:0,6. Отношение было определено методом капиллярной газовой хроматографии после превращения в соответствующие эпоксиды с использованием mCPBA. Загрузка катализатора может быть снижена до 0,05 эквивалентов в случае реакции в масштабе 30 ммоль. Высокая стереоселективность достигается за счет преимущественного отщепления α-метиленового протона син к фенилазиридину и объясняется внутренней хелатированием литированного интермедиата.
Traditional Shapiro reactions require stoichiometric (sometimes excess) amounts of base to generate the alkenyllithium reagents. To combat this problem, Yamamoto and coworkers developed an efficient stereoselective and regioselective route to alkenes using a combination of ketone phenylaziridinylhydrazones as arenesulfonylhydrazone equivalents with a catalytic amount of lithium amides. The required phenylaziridinylhydrazone was prepared from the condensation of undecan 6 one with 1 amino 2 phenylaziridine. Treatment of the phenylaziridinylhydrazone with 0.3 equivalents of LDA in ether resulted in the alkene shown below with a cis:trans ratio of 99.4:0.6. The ratio was determined by capillary GLC analysis after conversion to the corresponding epoxides with mCPBA. The catalyst loading can be reduced to 0.05 equivalents in the case of a 30mmol scale reaction. The high stereoselectivity is obtained by the preferential abstraction of the α methylene hydrogen syn to the phenylaziridine, and is also accounted for by the internal chelation of the lithiated intermediated.
Комбинированная реакция Шапиро-Судзуки в одном горшке на месте
Реакция Шапиро также может быть объединена с реакцией Сузуки для получения разнообразных олефиновых продуктов. Ки и его коллеги разработали методологию, объединяющую эти реакции в одностадийном процессе, который не требует выделения борной кислоты – ограничения, свойственного традиционному кросс-сочетанию Сузуки. Эта реакция обладает широкой применимостью, перенося широкий спектр трисильгидразонов и арилгалогенидов, а также совместима с различными растворителями и источниками палладия.
The Shapiro reaction can also be combined with the Suzuki reaction to produce a variety of olefin products. Keay and coworkers have developed methodology that combines these reactions in a one pot process that does not require the isolation of the boronic acid, a setback of the traditional Suzuki coupling. This reaction has a wide scope, tolerating a slew of trisylhydrazones and aryl halides, as well as several solvents and Pd sources.
Применение реакции Шапиро в тотальном синтезе
Реакция Шапиро использовалась для получения олефинов при синтезе сложных природных продуктов. К. Мори и его коллеги стремились определить абсолютную конфигурацию фитокассанового фрагмента класса природных продуктов, называемых фитоалексинами. Это было достигнуто путем получения природного (-) фитокассана D из кетона (R) Wieland-Miescher. В ходе синтеза (-) фитокассана D трициклический кетон подвергли воздействию условий реакции Шапиро, что позволило получить циклический алкен.
The Shapiro reaction has been used to generate olefins towards to complex natural products. K. Mori and coworkers wanted to determine the absolute configuration of the phytocassane group of a class of natural products called phytoalexins. This was accomplished by preparing the naturally occurring (–) phytocassane D from (R) Wieland Miescher ketone. On the way to (–) phytocassane D, a tricyclic ketone was subjected to Shapiro reaction conditions to yield the cyclic alkene product.