Введение

Химический процесс, при котором образуются циклопропанные кольца В органической химии циклопропанизация относится к любому химическому процессу, при котором образуются циклопропанные (уххххххххххххххххххххххххххххххххххх) кольца. Это важный процесс в современной химии, так как многие полезные соединения несут этот мотив; например, пиретроидные инсектициды и ряд хинолоновых антибиотиков (ципрофлоксацин, спарфлоксацин и т. Д.). Однако высокая кольцевая напряженность циклопропанов затрудняет их производство и обычно требует использования высокореактивных видов, таких как карбены, илиды и карбанионы. Многие реакции протекают хелетропическим образом.

Из алкенов с использованием карбеноидных реагентов

Существует несколько методов преобразования алкенов в циклопропанные кольца с использованием реагентов карбенового типа. Поскольку сами карбены очень реактивны, их обычно используют в стабилизованной форме, называемой карбеноидом.

Реакция Симмонса-Смита

В реакции Симмонса-Смита реактивным карбеноидом является йодид йодометилцинка, который обычно образуется в результате реакции между диодометаном и цинковой медной парой. Разработаны модификации, включающие более дешевые альтернативы, такие как диброметан или диазометан и йодид цинка. Реактивность системы также может быть увеличена заменой пары цинк-медь на диетилцинк. Известны асимметричные версии.

Использование диазосоединений

Некоторые диазосоединения, такие как диазометан, могут реагировать с олефинами для получения циклопропанов в двухэтапном режиме. Первый шаг включает в себя 1,3 диполярную циклоаддицию для образования пиразолина, который затем подвергается денитрогенизации, либо фотохимически, либо путем термического разложения, чтобы получить циклопропан. Термический путь, который часто использует КОГ и платину в качестве катализаторов, также известен как синтез циклопропана Кишнера в честь российского химика Николая Кишнера, а также может быть выполнен с использованием гидразина и α,β ненасыщенных карбонильных соединений. Механизм разложения был предметом нескольких исследований и остается несколько спорным, хотя в целом считается, что он проходит через дирадикальные виды. С точки зрения зеленой химии этот метод превосходит другие циклопропановые растворы на основе карбена, поскольку он не включает металлы или галогеносодержащие реагенты и производит только N2 в качестве побочного продукта. Однако реакция может быть опасной, поскольку следы нереагировавших диазосоединений могут взорваться во время термического перестройки пиразолина.

Использование диазосоединений с металлическим катализатором

Метилфенилдиазоацетат и многие связанные с ним диазопроизводители являются предшественниками карбенов донорских акцепторов, которые могут использоваться для циклопропанирования или для вставки в CH связи органических субстратов. Эти реакции каталитизируются тетраацетатом диродия или, более впечатляюще, связанными хиральными производными.

Использование свободных карбенов

Свободные карбены могут использоваться для реакций циклопропанирования, однако для этого есть ограниченный объем, поскольку немногие из них могут быть произведены удобно, и почти все они нестабильны (см.: димеризация карбена). Исключением являются дихалокарбены, такие как дихлорокарбен или дифлюорокарбен, которые достаточно стабильны и будут реагировать, образуя двойные дихалоциклопропаны. Эти соединения затем могут быть использованы для образования алленов через перестройку Skattebøl. Реакция расширения кольца Бухнера также включает в себя образование стабилизованного карбена. Циклопропанизация также является стереоспецифической, поскольку добавление карбена и карбеноидов к алкенам является формой хелетропической реакции, причем добавление происходит синхронным образом. Например, дибромокарбен и цис-2бутен дают цис-2,3-диметил-1,1-дибромоциклопропан, тогда как транс-изомер дает исключительно транс-циклопропан.

Из алкенов с использованием илидов

Циклопропаны могут быть получены с использованием серового илида в реакции Джонсона-Корея-Чайковского, однако этот процесс в значительной степени ограничен использованием на бедных электронами олефинах, особенно на α,β ненасыщенных карбонильных соединениях.

Биосинтез

Хотя циклопропаны относительно редки в биохимии, многие пути циклопропанирования были идентифицированы в природе. Наиболее распространенные пути включают реакции закрытия кольца карбокаций в терпеноидах. Циклопропанные жирные кислоты получаются в результате атаки S аденозилметионина (SAM) на ненасыщенные жирные кислоты. Прекурсор гормона этилена, 1 аминоциклопропан 1 карбоновая кислота, получается непосредственно из SMM путем внутримолекулярного нуклеофильного смещения группы SMe2 после конденсации с пиридоксальным фосфатом. Прямая передача карбена от диазоэстеров к олефинам также достигается посредством in vitro биокатализа с использованием модифицированных вариантов фермента цитохрома P450 из Bacillus megaterium, оптимизированных путем направленной эволюции.