Введение
Химическая реакция, используемая в органической химии Назаровская циклическая реакция (часто называемая просто циклизацией Назарова) - химическая реакция, используемая в органической химии для синтеза циклопентенонов. Реакция обычно делится на классические и современные варианты в зависимости от используемых реагентов и субстратов. Первоначально был обнаружен Иваном Николаевичем Назаровым (1906-1957) в 1941 году при изучении перестановки аллиль-винилкетонов. Как описано изначально, циклизация Назарова включает в себя активацию дивинилкетона с использованием стехиометрической кислоты Льюиса или промотора протической кислоты. Ключевой этап реакционного механизма включает в себя катионное 4π электроциклическое кольцевое закрытие, которое образует продукт циклопентенона (см. механизм ниже). По мере развития реакции варианты, включающие субстраты, отличные от дивинилкетонов, и промоторы, отличные от кислот Льюиса, были включены под название циклизации Назарова при условии, что они следуют аналогичному механистическому пути. Успех циклизации Назарова как инструмента в органическом синтезе обусловлен полезностью и повсеместным присутствием циклопентенонов как мотивов в натуральных продуктах (включая жасмон, афлатоксины и подкласс простагландинов), так и в качестве полезных синтетических промежуточных веществ для полного синтеза. Реакция использовалась в нескольких полных синтезах и были опубликованы несколько обзоров.
The Nazarov cyclization reaction (often referred to as simply the Nazarov cyclization) is a chemical reaction used in organic chemistry for the synthesis of cyclopentenones. The reaction is typically divided into classical and modern variants, depending on the reagents and substrates employed. It was originally discovered by Ivan Nikolaevich Nazarov (1906–1957) in 1941 while studying the rearrangements of allyl vinyl ketones. As originally described, the Nazarov cyclization involves the activation of a divinyl ketone using a stoichiometric Lewis acid or protic acid promoter. The key step of the reaction mechanism involves a cationic 4π electrocyclic ring closure which forms the cyclopentenone product (See Mechanism below). As the reaction has been developed, variants involving substrates other than divinyl ketones and promoters other than Lewis acids have been subsumed under the name Nazarov cyclization provided that they follow a similar mechanistic pathway. The success of the Nazarov cyclization as a tool in organic synthesis stems from the utility and ubiquity of cyclopentenones as both motifs in natural products (including jasmone, the aflatoxins, and a subclass of prostaglandins) and as useful synthetic intermediates for total synthesis. The reaction has been used in several total syntheses and several reviews have been published.
Механизм
Механизм классической реакции циклизации Назарова был впервые продемонстрирован экспериментально Чарльзом Шоппи как внутримолекулярная электроциклизация и описан ниже. Активация кетона кислотным катализатором генерирует пентадиенил-катион, который подвергается термодопущенной 4π конротационной электроциклизации, как это продиктовано правилами Вудварда Хоффмана. Это создает оксиаллил катион, который подвергается реакции устранения, чтобы потерять β-водород. Последующая таутомеризация энолата дает продукт циклопентенона. Как отмечалось выше, известны варианты, которые отклоняются от этого шаблона; то, что обозначает циклизацию Назарова, в частности, является генерацией пентадиенилового катиона, за которым следует закрытие электроциклического кольца на оксиаллиловый катион. Для достижения этой трансформации молекула должна быть в s-транс/s-транс конформации, помещая виниловые группы в соответствующую ориентацию. Склонность системы к введению этой конформации существенно влияет на скорость реакции, при этом замененные субстраты имеют увеличенную популяцию требуемого конформера из-за аллильного напряжения. Координация электронного донора α-субституента катализатором может также увеличить скорость реакции, заставляя эту конформацию. Исследования, связанные с реакцией, были относительно тихими в последующие годы, до середины 1980-х годов, когда был опубликован ряд синтезов, использующих циклизацию Назарова. Ниже показаны ключевые шаги в синтезе триходиена и нор-стереполида, последний из которых, как полагают, проходит через необычную изомеризацию алкиноаллена, которая генерирует дивинилкетон.
Недостатки
Классическая версия циклизации Назарова страдает от нескольких недостатков, которые современные варианты пытаются обойти. Первые два не выявляются из механизма, но являются показателями барьеров для циклизации; последние три исходят из вопросов селективности, связанных с устранением и протонацией промежуточного вещества. Впоследствии реакция циклизации Назарова с направлением кремния была использована в синтезе природного продукта Сильфинен, показанного ниже. Циклизация происходит до устранения бензилового спирта, так что полученная стереохимия вновь сформированного кольца возникает из подхода антисилил алкена к эфиру. Часто возможно достичь каталитической активации, используя только донорскую или вытягивающую группу, хотя эффективность реакции (доходность, время реакции и т. д.) обычно ниже.
Альтернативное генерирование катионов
Таким образом, любой пентадиенил-катион, независимо от его происхождения, способен пройти циклизацию Назарова. Было опубликовано большое количество примеров, когда требуемый катион достигается различными перестановками. В процессе полного синтеза рокагламида эпоксидация винилалкоксиалленилстаннана также генерирует пентадиенилкатцион через кольцевое открытие полученного эпоксида.
Прерванная циклизация
После циклизации образуется оксиаллил-катион. Как уже было подробно обсуждено выше, типичным процессом для этого промежуточного вещества является удаление, за которым следует энолированная таутомеризация. Однако эти два этапа могут быть прерваны различными нуклеофилами и электрофилами соответственно. Оксиаллил-катионная ловушка была широко разработана Фредериком Г. Вестом из Университета Альберты, и его обзор охватывает эту область. Оксиаллил катион может быть захвачен гетероатомом и углеродными нуклеофилами, а также может подвергаться катионным циклоаддициям с различными связанными партнерами. Ниже показана каскадная реакция, в которой последовательное захватывание катионов генерирует пятициклическое ядро в одном шаге с полной диастереоселективностью. Захват энолата различными электрофилами решительно менее распространен. В одном исследовании циклизация Назарова сочетается с реакцией Майкла с использованием иридиевого катализатора для инициирования нуклеофильного конъюгированного добавления энолата к β-нитростиролу. В этой тандемной реакции иридийный катализатор необходим для обоих преобразований: он действует как кислота Льюиса в циклизации Назарова, а на следующем этапе нитрогруппа нитростирена сначала координуется с иридием в обмене лигандом с атомом кислорода карбонилового эфира, прежде чем фактическое добавление Майкла происходит на противоположном лице группы R.
Энантиоселективные варианты
Разработка энантиоселективной Назаровской циклизации является желательным дополнением к репертуару реакций Назаровской циклизации. С этой целью было разработано несколько вариаций с использованием хиральных вспомогательных веществ и хиральных катализаторов. Также известны диастереоселективные циклизации, в которых существующие стереоцентры направляют циклизацию. Почти все попытки основаны на идее крутящей силы; выбор одного направления для виниловых групп, чтобы "вращаться", в свою очередь, устанавливает стереохимию, как показано ниже. Первый хиральный Льюисовый кислотный способствовал асимметричной циклизации Назарова, о котором сообщил Вариндер Аггарвал и использовал комплексы лигандов бизоксазолина меди (II) с до 98% э. На энантиомерный избыток не повлияло использование 50 мольных процентов комплекса меди, но урожайность была значительно снижена. Другим подобным расширениям дали аналогичные названия, включая циклизации homo Nazarov и винилологические циклизации Назарова.
Реакция Ретро-Назарова
Поскольку они чрезмерно стабилизируют пентадиенил-катион, β-заместители, доноры электронов, часто серьезно препятствуют циклизации Назарова. На основе этого было сообщено о нескольких электроциклических кольцевых открытиях β-алкоксициклопентанов. Их обычно называют реакциями ретро-назаровской циклизации. и несколько изо-имино реакций Назарова в литературе. Даже они склонны страдать от плохой стереоселективности, плохой урожайности или узкого круга. Трудность связана с относительной перестабилизацией пентадиенил-катиона путем донорства электронов, препятствуя циклизации.