Реакция Принса: Механизмы и Применение в Органическом Синтезе
Prins reaction
Реакция Принса: органическая реакция альдегидов/кетонов с алкенами/алкинами. Образование диолов, аллиловых спиртов и диоксанов в зависимости от условий.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химическая реакция с участием органических соединений
Chemical reaction involving organic compounds
Реакция Принса — это органическая реакция, состоящая из электрофильного присоединения альдегида или кетона к алкену или алкину, за которым следует захват нуклеофила или элиминирование иона H+. Исход реакции зависит от условий ее проведения. В присутствии воды и протонной кислоты, такой как серная кислота, в качестве реакционной среды и формальдегида, продуктом реакции является 1,3-диол (3). В отсутствие воды катионный интермедиат теряет протон, образуя аллильный спирт (4). При избытке формальдегида и низкой температуре реакции продуктом является диоксан (5). При замещении воды уксусной кислотой образуются соответствующие сложные эфиры.
The Prins reaction is an organic reaction consisting of an electrophilic addition of an aldehyde or ketone to an alkene or alkyne followed by capture of a nucleophile or elimination of an H+ ion. The outcome of the reaction depends on reaction conditions. With water and a protic acid such as sulfuric acid as the reaction medium and formaldehyde the reaction product is a 1,3 diol (3). When water is absent, the cationic intermediate loses a proton to give an allylic alcohol (4). With an excess of formaldehyde and a low reaction temperature the reaction product is a dioxane (5). When water is replaced by acetic acid the corresponding esters are formed.
История
Первоначальными реагентами, использованными голландским химиком display=1 в его публикации 1919 года, были стирол (схема 2), пинен, камфен, эвгенол, изосафрол и анетол. Эти методики были оптимизированы. Хендрик Якобус Принс открыл две новые органические реакции в ходе своих докторских исследований в 1911–1912 годах. Первая из них – присоединение полигалогенсодержащих соединений к олефинам, а вторая – кислотно-катализируемое присоединение альдегидов к олефинам. Первые исследования реакции Принса носили разведочный характер и не привлекли особого внимания до 1937 года. Развитие нефтекрекинга в 1937 году увеличило производство ненасыщенных углеводородов. Как следствие, коммерческая доступность низкомолекулярных олефинов в сочетании с альдегидами, получаемыми окислением низкокипящих парафинов, вызвала повышенный интерес к изучению конденсации олефинов с альдегидами. Впоследствии реакция Принса стала эффективным методом образования C-O и C-C связей при синтезе различных молекул в органической химии. В 1937 году реакция изучалась в рамках поиска диолефинов для использования в синтетическом каучуке.
The original reactants employed by Dutch chemist display=1 in his 1919 publication were styrene (scheme 2), pinene, camphene, eugenol, isosafrole and anethole. These procedures have been optimized. Hendrik Jacobus Prins discovered two new organic reactions during his doctoral research in the year of 1911–1912. The first one is the addition of polyhalogen compound to
olefins and the second reaction is the acid catalyzed addition of aldehydes to olefin compounds. The early studies on Prins reaction are exploratory in nature and did not attract much attention until 1937. The development of petroleum cracking in 1937 increased the production of unsaturated hydrocarbons. As a consequence, commercial availability of lower olefin coupled with an aldehyde produced from oxidation of low boiling paraffin increased the curiosity to study the olefin aldehyde condensation. Later on, Prins reaction emerged as a powerful C O and C C bond forming technique in the synthesis of various molecules in organic synthesis. In 1937 the reaction was investigated as part of a quest for di olefins to be used in synthetic rubber.
Вариации
Существует множество вариантов реакции Принса, поскольку она легко подвергается реакциям циклизации и поскольку возможно захватить оксокарбениевый ион широким спектром нуклеофилов. Галоген-Принс реакция – одна из таких модификаций, в которой протонные кислоты и вода заменяются кислотами Льюиса, такими как хлорид олова(IV) и трибромид бора. Галоген теперь выступает в роли нуклеофила, рекомбинируя с карбокатионом. Циклизация некоторых аллильных пулегонов по схеме 7 с тетрахлоридом титана в дихлорметане при -78 °C обеспечивает доступ к декалиновому скелету, в котором гидроксильная и хлорная группы преимущественно находятся в цис-конфигурации (91% цис). Наблюдаемая цис-диастереоселективность обусловлена промежуточным образованием трихлоротитанового алкоксида, что облегчает доставку хлора к карбокатионному иону с одной и той же стороны. Транс-изомер предпочтителен (98% цис) при переходе к реакции с тетрахлоридом олова при комнатной температуре. Принс-пинаколовая реакция представляет собой каскадную реакцию, состоящую из реакции Принса и перегруппировки пинакола. Карбонильная группа в реагенте по схеме 8 замаскирована в виде диметилацеталя, а гидроксильная группа – в виде триизопропилсилилэфира (TIPS). При использовании кислоты Льюиса – хлорида олова(IV) – оксониевый ион активируется, а перегруппировка пинакола полученного промежуточного продукта реакции Принса приводит к сжатию кольца и переносу положительного заряда на TIPS-эфир, который в конечном итоге образует альдегидную группу в конечном продукте в виде смеси цис- и транс-изомеров с умеренной диастереоселективностью. Ключевой оксокарбениевый интермедиат может быть сформирован не только простым протонированием карбонила. На ключевом этапе синтеза экзигуолида он образовался в результате протонирования винилового эфира:
Many variations of the Prins reaction exist because it lends itself easily to cyclization reactions and because it is possible to capture the oxo carbenium ion with a large array of nucleophiles. The halo Prins reaction is one such modification with replacement of protic acids and water by lewis acids such as stannic chloride and boron tribromide. The halogen is now the nucleophile recombining with the carbocation. The cyclization of certain allyl pulegones in scheme 7 with titanium tetrachloride in dichloromethane at −78 °C gives access to the decalin skeleton with the hydroxyl group and chlorine group predominantly in cis configuration (91% cis). This observed cis diastereoselectivity is due to the intermediate formation of a trichlorotitanium alkoxide making possible an easy delivery of chlorine to the carbocation ion from the same face. The trans isomer is preferred (98% cis) when the switch is made to a tin tetrachloride reaction at room temperature. The Prins pinacol reaction is a cascade reaction of a Prins reaction and a pinacol rearrangement. The carbonyl group in the reactant in scheme 8 is masked as a dimethyl acetal and the hydroxyl group is masked as a triisopropylsilyl ether (TIPS). With lewis acid stannic chloride the oxonium ion is activated and the pinacol rearrangement of the resulting Prins intermediate results in ring contraction and referral of the positive charge to the TIPS ether which eventually forms an aldehyde group in the final product as a mixture of cis and trans isomers with modest diastereoselectivity. The key oxo carbenium intermediate can be formed by other routes than simple protonation of a carbonyl. In a key step of the synthesis of exiguolide, it was formed by protonation of a vinylogous ester: