Введение
Азометин-илиды — это азотсодержащие 1,3-диполи, состоящие из иминиевого иона, расположенного рядом с карбанионом. Они используются в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения для образования пятичленных гетероциклов, включая пирролидины и пирролины. Эти реакции обладают высокой стерео- и региоселективностью и способны образовывать четыре новых последовательных стереоцентров. Таким образом, азометин-илиды широко применяются в полном синтезе, а также при создании хиральных лигандов и фармацевтических препаратов. Азометин-илиды могут быть получены из различных источников, таких как азиридины, имины и иминиевые соли. Их часто генерируют in situ и немедленно используют в реакциях с диполярофилами.
Структура
Резонансные структуры, представленные ниже, демонстрируют вклад 1,3-диполя, в котором два атома углерода, соседних с азотом, несут отрицательный или положительный заряд. Yлиды W- и U-образной формы, в которых R-заместители находятся с одной стороны, приводят к образованию продуктов син-циклоприсоединения, тогда как S-образные yлиды – к образованию анти-продуктов. В приведенных ниже примерах, положение заместителя R3 в продукте определяется стерическими и электронными свойствами этого заместителя (см. региоселективность 1,3-диполярных циклоприсоединений). Стереохимия R1 и R2 в продукте циклоприсоединения определяется структурой диполя. Стереохимия R3 определяется структурой диполярофила – если диполярофил содержит более одного заместителя (и является прохиральным), в продукте может образоваться до четырех новых стереоцентров.
Из азиридинов
Азометингилиды могут быть получены при раскрытии цикла азиридинов. В соответствии с правилами Вудварда-Хоффмана, термическое раскрытие четырехэлектронного цикла происходит по конротационному механизму, а фотохимическая реакция – по дисротационному. В этой реакции раскрытия цикла возникает вопрос торсионной селективности. Электроотрицательные заместители предпочитают поворачиваться наружу, в ту же сторону, что и R-заместитель у азота, тогда как электроположительные заместители предпочитают поворачиваться внутрь. Следует отметить, что при раскрытии цикла азиридинов может образовываться другой 1,3-диполь, в котором разрывается связь C–N (а не C–C).
Конденсация альдегида амином
Один из самых простых методов образования азометингилидов – конденсация альдегида с амином. Если амин содержит электронно-акцепторную группу на альфа-углероде, например, сложный эфир, депротонирование происходит легко. Возможным недостатком использования этого метода является то, что сложный эфир оказывается в продукте циклоприсоединения. Альтернативным решением является использование карбоновой кислоты, которую можно легко удалить в процессе циклоприсоединения путем декарбоксилирования.
Из иминов и имбиуминов
Азометинилиды также могут быть образованы непосредственно путем депротонирования иминиев.
N-металлизация
Металлические реагенты, используемые в этой реакции, включают бромид лития и ацетат серебра.
1,3-диполярные реакции циклоаддиции
Как и в других реакциях циклоприсоединения 1,3-диполя с π-системой, 1,3-диполярное циклоприсоединение с использованием азометинилида является шестиэлектронным процессом. Согласно правилам Вудварда-Хоффмана, это присоединение происходит супрафациально как по отношению к диполю, так и к диполярофилу. Реакция обычно рассматривается как согласованная, в которой две углерод-углеродные связи формируются одновременно, но асинхронно. Однако, в зависимости от природы диполя и диполярофила, возможны дирадикальные или цвиттерионные интермедиаты. Эндо-продукту обычно отдается предпочтение, как и в изоэлектронной реакции Дильса-Альдера. В этих реакциях азометинилид обычно является ВМO, а электрондефицитный диполярофил – НМO, хотя известны случаи циклоприсоединения с неактивированными π-системами, особенно когда циклизация происходит внутримолекулярно. Обсуждение теории граничных молекулярных орбиталей 1,3-диполярных циклоприсоединений см. в разделе 1,3-диполярное циклоприсоединение#Теория граничных молекулярных орбиталей. В реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов обычно используются алкены или алкины в качестве диполярофилов, образуя соответственно пирролидины или пирролины. Реакция азометинилида с алкеном показана выше и приводит к образованию пирролидина. Такие реакции могут быть использованы для синтеза уллазина. Хотя диполярофилы обычно представляют собой α,β-ненасыщенные карбонильные соединения, в последнее время достигнут значительный прогресс в разработке новых типов диполярофилов. Когда диполь и диполярофил являются частью одной и той же молекулы, внутримолекулярная реакция циклизации может привести к полициклическому продукту значительной сложности.
Энантиоселективный синтез
Энантиоселективное циклоприсоединение азиметингилидов с использованием хиральных катализаторов впервые было описано в основополагающей работе Оллуэя и Григга в 1991 году. Этот мощный метод был далее развит Йоргенсеном и Чжаном. В этих реакциях обычно используются комплексы цинка, серебра, меди, никеля и кальция. С помощью хиральных фосфиновых катализаторов можно синтезировать энантиомерно чистые спироиндолиноны. Метод, описанный Гонгом и соавторами, приводит к неожиданному региохимическому результату, который не соответствует электронным эффектам. Это объясняется благоприятным π-π взаимодействием с катализатором.
Электроциклизации
Конъюгированные азиметингилиды способны к [1,5] и [1,7] электроциклизациям. Пример [1,7] электроциклизации азиметин-йелида показан ниже. Это конротационное замыкание кольца сопровождается супрафациальным [1,5] сдвигом гидрида, приводящим к образованию переароматизированного продукта. Стерические факторы и геометрия реагирующего фенильного кольца играют ключевую роль в успехе реакции. Соединения, полученные в результате этого типа электроциклизации, использовались в качестве диенов в реакциях Дильса-Альдера для присоединения соединений к фуллеренам.
Общий синтез мартинеллиновой кислоты
В ходе полного синтеза мартинеллиновой кислоты была использована циклоаддиция азометинилида с неактивированным алкеном. Стадия циклоаддиции привела к образованию двух циклов, включая пирролидиновое кольцо, и двух стереоцентров.
Общий синтез спиротипростатина В
При синтезе спиротрипростатина B азометиновый йлид образуется в результате конденсации амина с альдегидом. Затем йлид реагирует с электронно-дефицитным алкеном на индолиноне, приводя к образованию спироциклического пирролидина и четырех последовательных стереоцентров.
Синтез бензодиазепинонов
Циклизация азометинилида с карбонильным соединением приводит к образованию спироциклического оксазолидина, который теряет CO2 с образованием семичленного кольца. Эти многостадийные декарбоксилирующие реакции, обладающие высокой практической ценностью, часто встречаются в химии азометинилидов.