Введение
Перестройка Вольфа - реакция в органической химии, при которой α-диазокарбонил превращается в кетен путем потери динитрогена с сопутствующим перестройкой 1,2. Перестановка Вольфа дает кетен в качестве промежуточного продукта, который может подвергаться нуклеофильной атаке со слабокислыми нуклеофилами, такими как вода, спирты и амины, для получения карбоновых производных кислоты или подвергаться [2 + 2 ] циклоаддиционным реакциям для образования четырехчленных колец. Механизм перестройки Вольфа был предметом дискуссий с момента его первого использования. Ни один механизм не описывает реакцию в достаточной степени, и часто существуют конкурирующие согласованные и карбенопосредничающие пути; для простоты ниже показан только учебник, согласованный механизм. Перестановка Вольфа имеет большую синтетическую полезность из-за доступности α-диазокарбонилсоединений, разнообразия реакций от кетенного промежуточного продукта и стереохимического удержания мигрирующей группы. Однако перестановка Вольфа имеет ограничения из-за высокой реактивности α-диазокарбонилсоединений, которые могут подвергаться различным конкурирующим реакциям. или переходный металлический катализатор. Реакцию иногда называют перестановкой Вольфа Шротера. Такой большой барьер замедляет молекулярные вращения достаточно, чтобы привести к равновесию между двумя конформерами, s trans и s cis конформерами. s cis конформеры электронно предпочтительны из-за куломбического притяжения между кислородом с частичным отрицательным зарядом и катионным азотом, как видно в правой резонансной структуре. Исследования CIDNP показывают, что фотохимическое перестройка диазоацетона, которая в значительной степени присутствует в сцис-конформе, согласована. Пропорции продуктов прямого и тройного сенсибилизированного фотолиза использовались в качестве доказательств для предложений, которые утверждают, что согласованные продукты возникают из сцис-конформера, а пошаговые продукты возникают через с-трансформер.
Механизм поэтапного развития
s trans α Диазокетоны не имеют антиперипланарной связи между исходящей и мигрирующей группой, и поэтому, как полагают, перестраиваются постепенно. Поэтапный механизм начинается с экструзии азота, образуя α-кетокарбен. Кетокарбен α может либо пройти 1,2 алкильное смещение, чтобы получить кетоновый продукт, либо может пройти 4π электроциклическое кольцевое закрытие, чтобы сформировать антиароматический осидерин. Этот оксидерин может открываться двумя способами, либо к α-кетокарбэну, который затем может сформировать кетогенный продукт. Есть два основных аргумента в пользу пошаговых механизмов. Первое заключается в том, что скоростные константы перестановки Вольфа зависят от стабильности сформированного карбена, а не от миграционной способности мигрирующей группы. Наиболее убедительным доказательством является изотопная смесь кетена, как предсказывалось осидероном промежуточным, который может возникать только пошагово. В схеме ниже красный углерод обозначен 13C. Симметричный окриденный промежуточный продукт может открываться в любом направлении, зашифруя 13C. Если заместители R1 и R2 одинаковы, можно количественно определить отношение продуктов, получаемых от согласованных и пошаговых механизмов; если заместители разные, то осидерин будет иметь предпочтение в направлении, в котором он открывается, и отношение не может быть количественно определено, но любая смена указывает на то, что какой-то реагент проходит пошаговый механизм. При фотолизе бифенил (R1=R2=фенил) субстрат проявляет 2030% миграцию этикеток, что означает, что 4060% продукта проходит через окдировый промежуток. α диазоциклогексанон не показывает никакого смешения на этикетке в фотолитических условиях, поскольку он полностью сциссован, и таким образом, весь субстрат проходит через согласованный механизм, избегая окдиронового промежуточного продукта. Эти исследования подтверждают, что реагенты, предпочитающие трансформации, склонны к пошаговой реакции. На степень скремблирования также влияет устойчивость карбена, миграционные способности и нуклеофильность растворителя. Наблюдение за тем, что миграционная способность заместителей обратно пропорциональна количеству образованного карбена, указывает на то, что при фотолизе существуют конкурирующие пути для многих реакций Вольфа.
Механистический вывод
В условиях как термолитического, так и фотолитического процесса существуют конкурирующие согласованные и пошаговые механизмы. Было проведено много механистических исследований, включая конформационные, сенсибилизационные, кинетические и изотопные исследования. Все это указывает на конкурирующие механизмы с общими тенденциями. α Диазокетоны, которые существуют в сцис-конформации, обычно подвергаются согласованному механизму, тогда как те, которые находятся в с-транс-конформации, подвергаются пошаговому механизму. Сменительные эффекты на арильные группы незначительны, за исключением NO2, который является слабым мигрирующим элементом. Гетероатомы, в целом, являются плохими миграционными группами, потому что их способность жертвовать электронной плотностью из их p орбиталей в связь π* C=O снижает миграционную способность. включает в себя ацилирование диазометана с хлоридом кислоты, чтобы получить первичный α-диазокетон. Углеродный конец диазометана добавляется к карбонилу, создавая тетраэдрический промежуток, который устраняет хлорид. Затем хлорид депротонирует промежуточный продукт, получая α-диазокетонный продукт. Эти α-диазокетоны нестабильны в кислотных условиях, так как α-углерод может быть протонирован HCl, а SN2 смещение азота может происходить при хлориде.
Модификация Франзена реакции Дакина-Веста
Реакция Дакина-Веста - это реакция аминокислоты с ангидридом кислоты в присутствии основания для образования кетоамидов. Модификация Франзена в реакции Дакина-Веста является более эффективным способом получения вторичных α-диазокетонов. Модификация Франзена нитрозирует кетоамид с N2O3 в уксусной кислоте, и полученный продукт реагирует с метоксидом в метаноле, давая вторичный α-диазокетон.
Диазотрансферные реакции
Реакции переноса диазо - это обычно используемые методы, в которых органический азид, обычно тосилазид, и активированный метилен (то есть метилен с двумя группами отвлечения) реагируют в присутствии основания, чтобы получить α диазо-1,3 дикетон. Основание депротонирует метилен, получая энолат, который вступает в реакцию с тосилазидом и впоследствии разлагается в присутствии слабой кислоты, давая α-диазо-1,3 дикетон. Необходимость двух групп, отбирающих электроны, делает эту реакцию одной из ограниченных. Сфера применения может быть расширена до субстратов, содержащих одну группу с извлечением электронов, путем формирования кетона через конденсацию Клайзена, за которой следует передача диазо и передача деформилирующей группы. Одним из самых больших преимуществ этого метода является его совместимость с ненасыщенными кетонами. Однако для достижения кинетической региональной селективности в энолатном образовании и большей совместимости с ненасыщенными карбонилами, можно индуцировать энолатное образование с помощью гексаметилдисилазида лития и впоследствии трифторуацилата, а не формалита.
Сокращения кольца
Если реагентом является циклический α-диазокетон, то продукты перестановки Вольфа будут одним углеродным кольцом, сжиженным продуктом. Эти реакции, как правило, согласовываются из-за конформации s cis и фотокатализируются. На рисунке ниже показан согласованный механизм сокращения кольца α-диазоциклогексанона, сопровождаемый захват кетена слабокислым нуклеофилом. Первым известным примером является кольцевой продукт перестройки Вольфа α-диазокамфора и последующее кинетическое гидратация кетена из более стерильно доступной "эндо" стороны, чтобы получить экзо 1,5,5 триметилбицикло[2.1.1]гексан 6 карбоновой кислоты. Кольцевые сжатия широко используются для построения напряженных кольцевых систем, поскольку размер кольца не препятствует перестановке Вольфа, но часто препятствует другим реакциям. Существует много примеров, когда перестройка Вольфа используется для контрактации циклопентанона на циклобутан. Перестановка обычно используется для формирования напряженных бициклических и кольцевых слияний. Существует несколько примеров сокращения кольца от циклобутанонов до циклопропанов. Перестройка Вольфа способна сжигать циклогексаноны в циклопентаны, но редко используется для этого, потому что перестройка Фаворски выполняет это преобразование, а прекурсор Вольфа часто сложнее синтезировать.
Реакции циклоаддиции
Известно, что кетоновые промежуточные вещества, полученные путем перестановки Вольфа, подвергаются [2 + 2] термическим циклоаддициям с олефинами для образования четырехчленных колец как в межмолекулярных, так и внутримолекулярных реакциях, примеры обоих из которых приведены ниже. Кетены способны проходить то, что обычно считается запрещенной реакцией циклоаддиции [2 + 2], потому что кетен действует антарафакциально, что приводит к циклоаддиции [πs2 + πa2], разрешенной Вудвардом Хоффманом. Бензануляция Дангейзера фотолизирует α-диазокетоны и ловит их с алкином, который подвергается перициклическому каскаду, в конечном итоге образуя универсально замещенные фенолы. Первый шаг в бензаннуляции - фотолиз α-диазокетона для образования винилкетена. Винилкетен затем подвергается [2 + 2] циклоаддиции с алкином, образуя 2 винилциклобутенон, который открывает 4π электроциклическое кольцо для получения диенилкетена. После этого диенилкетен подвергается электроциклическому закрытию кольца 6π, за которым следует таутомеризация, чтобы сформировать фенольный бензоаннулированный продукт.
Виниловые перестановки Вольфа
Винилогозная перестановка Вольфа состоит из β,γ ненасыщенного диазокетона, подвергающегося перестановке Вольфа, и формального сдвига 1,3 группы CH2CO2R. Винилоговое перестройка Вольфа дает γ,δ ненасыщенный карбоновый производный кислоты, который является тем же ретроном, что и для перестройки Клейзена. Вариант был обнаружен, когда было замечено, что термолиз 1 диазо 3,3,3 триарилпропана 2 дает неожиданные изомерные продукты. Соли меди (II) и родия (II) обычно дают виниловые продукты перестройки Вольфа, а CuSO4 и Rh2 ((OAc) 4) являются наиболее часто используемыми катализаторами. Это связано с тем, что они способствуют образованию металлических карбенов, которые могут добавляться к олефину для образования циклопропана, который может вновь открываться через ретро [2 + 2] для образования формально сдвинутого кетена 1,3 (в сравнении с нормальным перестроенным кетеном Вольфа), который может быть захвачен нуклеофилом для получения винилологичного продукта Вольфа.