Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая реакция в органической химии
Chemical reaction in organic chemistry
Реакция Джонсона–Кори–Чайковского (иногда называемая реакцией Кори–Чайковского или CCR) — это химическая реакция, используемая в органической химии для синтеза эпоксидов, азиридинов и циклопропанов. Она была открыта в 1961 году А. Уильямом Джонсоном и значительно развита Э. Дж. Кори и Майклом Чайковским. Реакция заключается в присоединении серового илида к кетону, альдегиду, имину или энону с образованием соответствующего трехчленного кольца. Реакция является диастереоселективной, отдавая предпочтение транс-замещению в продукте независимо от исходной стереохимии. Синтез эпоксидов посредством этого метода представляет собой важную ретросинтетическую альтернативу традиционным реакциям эпоксидирования олефинов. Реакция наиболее часто применяется для эпоксидирования посредством переноса метиленовой группы и в этой связи использовалась в нескольких заметных полных синтезах (см. раздел «Синтез эпоксидов» ниже). Ниже также подробно рассматриваются история, механизм, область применения и энантиоселективные варианты реакции. Опубликовано несколько обзорных статей.
The Johnson–Corey–Chaykovsky reaction (sometimes referred to as the Corey–Chaykovsky reaction or CCR) is a chemical reaction used in organic chemistry for the synthesis of epoxides, aziridines, and cyclopropanes. It was discovered in 1961 by A. William Johnson and developed significantly by E. J. Corey and Michael Chaykovsky. The reaction involves addition of a sulfur ylide to a ketone, aldehyde, imine, or enone to produce the corresponding 3 membered ring. The reaction is diastereoselective favoring trans substitution in the product regardless of the initial stereochemistry. The synthesis of epoxides via this method serves as an important retrosynthetic alternative to the traditional epoxidation reactions of olefins. The reaction is most often employed for epoxidation via methylene transfer, and to this end has been used in several notable total syntheses (See Synthesis of epoxides below). Additionally detailed below are the history, mechanism, scope, and enantioselective variants of the reaction. Several reviews have been published.
История
Первоначальная публикация Джонсона была посвящена реакции 9-диметилсульфониумфлуоренилида с замещенными производными бензальдегида. Попытка провести реакцию, аналогичную реакции Виттига, оказалась неудачной, и вместо этого был получен оксид бензальфлуорена, при этом отмечалось, что "взаимодействие серного илида с бензальдегидами не приводило к образованию бензальфлуоренов, в отличие от фосфорных и мышьяковых илидов". Последующая разработка (диметилоксосульфаниумил)метанида, (CH3)2SOCH2, и (диметилсульфаниумил)метанида, (CH3)2SCH2 (известных как реагенты Кори–Чайковского) Кори и Чайковским как высокоэффективных реагентов для переноса метиленовой группы закрепила эту реакцию в качестве фундаментальной в органической химии.
The original publication by Johnson concerned the reaction of 9 dimethylsulfonium fluorenylide with substituted benzaldehyde derivatives. The attempted Wittig like reaction failed and a benzalfluorene oxide was obtained instead, noting that "reaction between the sulfur ylid and benzaldehydes did not afford benzalfluorenes as had the phosphorus and arsenic ylids." The subsequent development of (dimethyloxosulfaniumyl)methanide, (CH3)2SOCH2 and (dimethylsulfaniumyl)methanide, (CH3)2SCH2 (known as Corey–Chaykovsky reagents) by Corey and Chaykovsky as efficient methylene transfer reagents established the reaction as a part of the organic canon.
Механизм
Механизм реакции Джонсона–Корея–Чайковского включает нуклеофильное присоединение илида к карбонильной или иминной группе. Отрицательный заряд переносится на гетероатом, и поскольку сульфониевый катион является хорошей уходящей группой, он отщепляется, формируя цикл. В родственной реакции Виттига образование гораздо более прочной фосфор-кислородной двойной связи препятствует образованию оксирана, и вместо этого происходит олефинирование через 4-членный циклический интермедиат. Реакция была использована в ряде значимых полных синтезов, включая полный синтез таксола по Данишевскому, который приводит к получению химиотерапевтического препарата таксол, и полный синтез стрихнина по Кюне, который приводит к получению пестицида стрихнина.
The reaction mechanism for the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction consists of nucleophilic addition of the ylide to the carbonyl or imine group. A negative charge is transferred to the heteroatom and because the sulfonium cation is a good leaving group it gets expelled forming the ring. In the related Wittig reaction, the formation of the much stronger phosphorus oxygen double bond prevents oxirane formation and instead, olefination takes place through a 4 membered cyclic intermediate. The reaction has been used in a number of notable total syntheses including the Danishefsky Taxol total synthesis, which produces the chemotherapeutic drug taxol, and the Kuehne Strychnine total synthesis which produces the pesticide strychnine.
Синтез азиридинов
Синтез азиридинов из иминов — еще одно важное применение реакции Джонсона–Корея–Чайковского, представляющее собой альтернативу переносу аминогруппы из оксазиридинов. Хотя эта реакция применяется реже, она обладает схожей областью применения субстратов и устойчивостью к функциональным группам, как и ее карбонильный аналог. Приведенные ниже примеры типичны; в последнем из них азиридин образуется непосредственно в реакционной смеси и раскрывается посредством нуклеофильной атаки с образованием соответствующего амина.
The synthesis of aziridines from imines is another important application of the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction and provides an alternative to amine transfer from oxaziridines. Though less widely applied, the reaction has a similar substrate scope and functional group tolerance to the carbonyl equivalent. The examples shown below are representative; in the latter, an aziridine forms in situ and is opened via nucleophilic attack to form the corresponding amine.
Энантиоселективные вариации
Разработка энантиоселективного (то есть, приводящего к энантиомерному избытку, обозначаемому как "ee") варианта реакции Джонсона-Корея-Чайковского остаётся активной областью академических исследований. Использование хиральных сульфидов в стехиометрических количествах оказалось более эффективным, чем соответствующие каталитические варианты, однако область применимости субстратов по-прежнему ограничена во всех случаях. Каталитические варианты разрабатывались практически исключительно для энантиоселективных целей; типичные органосульфидные реагенты не слишком дороги, а рацемические реакции можно проводить с эквимолярными количествами илида без существенного увеличения стоимости. Хиральные сульфиды, напротив, обходятся дороже в производстве, что стимулирует развитие каталитических энантиоселективных методов.
The development of an enantioselective (i. e. yielding an enantiomeric excess, which is labelled as "ee") variant of the Johnson–Corey–Chaykovsky reaction remains an active area of academic research. The use of chiral sulfides in a stoichiometric fashion has proved more successful than the corresponding catalytic variants, but the substrate scope is still limited in all cases. The catalytic variants have been developed almost exclusively for enantioselective purposes; typical organosulfide reagents are not prohibitively expensive and the racemic reactions can be carried out with equimolar amounts of ylide without raising costs significantly. Chiral sulfides, on the other hand, are more costly to prepare, spurring the advancement of catalytic enantioselective methods.
Стойхиометрические реагенты
Наиболее успешные реагенты, используемые в стехиометрических количествах, представлены ниже. Первый из них – бициклический оксатиан, который применялся в синтезе β-адренергического соединения дихлороизопротеренола (DCI), однако его применение ограничено доступностью только одного энантиомера. Синтез аксиального диастереомера объясняется 1,3-аномерным эффектом, который снижает нуклеофильность экваториальной неподеленной пары электронов. Конформация илида ограничена трансаннулярным напряжением, а подход альдегида – стерическими взаимодействиями с метильными заместителями, что позволяет альдегиду приближаться только с одной стороны. Другим важным реагентом является реагент на основе камфоры, разработанный Вариндером Аггарвалом из Бристольского университета. Оба энантиомера легко синтезируются, хотя выходы получаются ниже, чем для оксатианового реагента. Конформация илида определяется взаимодействием с водородами мостиковой позиции, а подход альдегида блокируется камфорным фрагментом. В реакции используется фосфазеновое основание для инициирования образования илида.
The most successful reagents employed in a stoichiometric fashion are shown below. The first is a bicyclic oxathiane that has been employed in the synthesis of the β adrenergic compound dichloroisoproterenol (DCI) but is limited by the availability of only one enantiomer of the reagent. The synthesis of the axial diastereomer is rationalized via the 1,3 anomeric effect which reduces the nucleophilicity of the equatorial lone pair. The conformation of the ylide is limited by transannular strain and approach of the aldehyde is limited to one face of the ylide by steric interactions with the methyl substituents. The other major reagent is a camphor derived reagent developed by Varinder Aggarwal of the University of Bristol. Both enantiomers are easily synthesized, although the yields are lower than for the oxathiane reagent. The ylide conformation is determined by interaction with the bridgehead hydrogens and approach of the aldehyde is blocked by the camphor moiety. The reaction employs a phosphazene base to promote formation of the ylide.
Каталитические реагенты
Каталитические реагенты оказались менее эффективными, при этом большинство модификаций характеризуются низкой урожайностью, низкой энантиоселективностью или и тем, и другим. Также существуют проблемы с кругом субстратов, большинство из которых имеют ограничения при переносе метиленовой группы и использовании алифатических альдегидов. Трудности связаны с необходимостью нуклеофильного сульфида, который эффективно генерирует илид, который, в свою очередь, должен быть хорошей уходящей группой для образования эпоксида. Поскольку требования, предъявляемые к этим характеристикам, противоречат друг другу, оптимизация свойств катализатора оказалась сложной задачей. Ниже представлены несколько наиболее успешных катализаторов с указанием выходов и энантиомерного избытка при их использовании в синтезе (E)-окиси стильбена. Аггарвал разработал альтернативный метод, использующий тот же сульфид и новый процесс алкилирования с участием карбеноида родия, образующегося in situ. Этот метод также имеет ограниченный круг субстратов и не работает с электрофилами, содержащими основные заместители, из-за конкурентного расходования карбеноида.
Catalytic reagents have been less successful, with most variations suffering from poor yield, poor enantioselectivity, or both. There are also issues with substrate scope, most having limitations with methylene transfer and aliphatic aldehydes. The trouble stems from the need for a nucleophilic sulfide that efficiently generates the ylide which can also act as a good leaving group to form the epoxide. Since the factors underlying these desiderata are at odds, tuning of the catalyst properties has proven difficult. Shown below are several of the most successful catalysts along with the yields and enantiomeric excess for their use in synthesis of (E) stilbene oxide. Aggarwal has developed an alternative method employing the same sulfide as above and a novel alkylation involving a rhodium carbenoid formed in situ. The method too has limited substrate scope, failing for any electrophiles possessing basic substituents due to competitive consumption of the carbenoid.