Přeskupení alfa-ketolu - Alpha-ketol rearrangement

The přeskupení α-ketolu je kyselina -, základna -, nebo tepelně indukované 1,2-migrace alkylové nebo arylové skupiny v a-hydroxy keton nebo aldehyd za vzniku izomerního produktu.[1]

Úvod

Stejně jako ostatní ketogenní přesmyky, i-ketolový přesmyk zahrnuje transformaci alkoxidu na karbonylovou skupinu se současným pohybem vazebných elektronů migrující skupiny směrem k sousednímu trigonálnímu středu. Charakteristickým rysem tohoto konkrétního přesmyku je však jeho reverzibilita - výsledkem je stabilnější a-hydroxykarbonylová sloučenina. Obecné schéma přeskupení je uvedeno níže.

(1)

Ketol general.png

Toto přeskupení se liší od podobných izomerizací sacharidy, které zahrnují migraci vodíku a pokračují diskrétními enediolovými meziprodukty. Mezi ně patří Lobry – de Bruyn – van Ekensteinova transformace,[2] Heynové[3] a Amadori přesmyky,[4] a Voight[5] a Bilik[6] reakce. α-hydroxyiminy mohou také podstoupit přesmyk, i když termodynamická hnací síla pro aminoketony je často slabá (v nepřítomnosti protických kyselin; viz níže).

Výhody: Velké termodynamické energetické rozdíly mezi reaktanty a produkty lze využít k dokončení těchto reakcí. Postup reakce může být také ovlivněn konformační kontrolou a často vykazuje asymetrickou indukci.

Nevýhody: Protože reakce je reverzibilní a termodynamicky řízená, nelze ji použít k syntéze nestabilních a-hydroxykarbonylových produktů. Ideální podmínky je často obtížné určit a mohou vyžadovat rozsáhlé katalyzátor promítání.

Mechanismus a stereochemie

Převládající mechanismus

Za bazických podmínek je reakce iniciována deprotonací hydroxylové skupiny.[7] Substráty musí postrádat α-vodíky, aby se zabránilo konkurenčním reakcím enoláty. Za Brønstedových nebo Lewisových kyselých podmínek dochází nejprve ke koordinaci s karbonylovým kyslíkem a za tepelných podmínek probíhá intramolekulární přenos protonů současně s migrací. Reverzibilita reakce znamená, že reakční produkty jsou termodynamicky stabilnější než odpovídající výchozí materiály. Například výchozí materiály zahrnující kmenové napětí se přeskupí na výrobky bez napětí.

(2)

Ketol mech.png

Když kov soli se používají k podpoře přesmyku, stereoelektronických účinků odvozených od chelace na kovovou sůl může zvýšit rychlost a selektivitu reakce. Při převodu 1 na 2například koordinace obou hydroxylových a karbonylových skupin na hliník usnadňuje rychlou, selektivní migraci vazby na můstek s jedním uhlíkem.[8] Podobné stereoelektronické účinky byly pozorovány ve studiích přesmyku 17-hydroxy-20-ketosteroidy. V tomto případě Lewisovy kyselé podmínky změnily smysl pro stereoselektivitu pozorovanou u procesu katalyzovaného bázemi.

(3)

Ketol stereo.png

a-Hydroxyiminy mohou také podléhat přeskupení na aminoketony. Hammettova analýza a velmi negativní entropie aktivace naznačují, že reakce probíhá v jediném kroku prostřednictvím koordinovaného jednání přechodový stav.[9] Ve výsledku mohou hrát roli v rychlosti a rozsahu těchto reakcí jemné konformační a sterické faktory. Allylová transpozice byla pozorována při migraci allyl skupiny, ale propargyl skupiny podléhají jednoduché migraci alkylu.[10]

Enantioselektivní varianty

Ačkoli příklady enantioselektivních přeskupení α-ketolu vycházející z achirálních α-hydroxyketonů jsou poměrně omezené, bylo pozorováno množství příkladů 1,2-asymetrické indukce (kvůli stereoelektronickým faktorům). V jednom příkladu enantioselektivního procesu je použití diacetoacetonátu nikelnatého a pybox pokud 4 v 34% ee.[11]

(4)

Ketol enant.png

Pokud lze regulovat relativní orientaci karbonylové a hydroxylové skupiny (například intramolekulární vodíkovou vazbou), lze dosáhnout stereoselektivity. Tato konformační kontrola nutí migrující skupinu, aby vytvořila svou novou vazbu k jedné straně karbonylové skupiny.

Rozsah a omezení

Rozsah přeskupení a-hydroxyketonů a aldehydů je omezen pouze skutečností, že produkt musí být termodynamicky stabilnější než výchozí materiál. V některých případech diktují preferovaný směr izomerizace velmi jemné strukturální rozdíly. Například podle „pravidla Favorskii“, empirického pokynu s řadou výjimek, jsou produkty s karbonylovou skupinou sousedící s methylovou skupinou nebo distálně od fenylové skupiny upřednostňovány před odpovídajícími izomery.[12] V mnoha jemných případech, jako je ten níže, jsou často vyvolány snížené nevázané interakce v dominantních konformacích zvýhodněných izomerů[13]

(5)

KetolScopeA.png

Alkoxyaleny s a-hydroxy substituentem mohou po přesmyku poskytnout allylalkoholy. V tomto případě poskytuje termodynamická hnací síla expanze prstence.[14]

(6)

KetolScopeD.png

Steroidní ketoly byly podrobeny podmínkám přesmyku za vzniku steroidů různých velikostí prstenů. Tato přeskupení často probíhají s vysokým stupněm stereokontroly.[15]

(7)

KetolScopeC.png

Přemostění ketolů také prochází přesmykem, často stereospecificky.[16]

(8)

KetolScopeB.png

a-Hydroxy aldehydy mají silnou termodynamickou preferenci přesmyku na odpovídající ketoly v nepřítomnosti sterických nebo jiných faktorů.

Přesmyky α-hydroxy imines je obtížnější předvídat kvůli malým energetickým rozdílům mezi izomery. Jednou synteticky užitečnou aplikací tohoto přesmyku je syntéza spirocyklů: kondenzované hydroxyiminy se mohou přeskupit a získat odpovídající spiro izomery.[17]

(9)

Ketolimine.png

Srovnání s jinými metodami

Ketol izomerizace sekundárních α-hydroxykarbonylových sloučenin, které probíhají prostřednictvím tautomerizace, jsou pravděpodobně nejbližším příbuzným zde popsaného přeskupení α-ketolu. Úzce souvisí také přeskupení sacharidů, jako je Lobry – de Bruyn – van Ekensteinova transformace,[18] které zahrnují převod do otevřené formy následovaný přeskupením a opětovným zavřením.

Syntéza a-hydroxykarbonylových sloučenin se nejčastěji provádí prodloužením řetězce nebo oxidace karbonylových sloučenin. Ve spojení s aldehydy a ketony mohou být tosylisokyanidy použity k tvorbě a-hydroxyketonů po hydrolýze výsledných oxazolinů. Sp-hybridizovaný izokyanidový uhlík se stává karbonylovým uhlíkem produktu.[19] K oxidaci enolátů na a-hydroxykarbonylové sloučeniny existuje celá řada činidel - v tomto příkladu oxy-Cope přesmyk vytváří enolát, který se potom oxiduje v přítomnosti molekulárního kyslíku.[20]

(10)

Ketol alt.png

Experimentální podmínky a postup

Typické podmínky

Nejběžnější experimentální postupy pro přeskupení α-ketolů zahrnují jednoduché zahřívání nebo vystavení zásadám nebo kyselinám. Objevování ideálních podmínek pro reakci však často vyžaduje rozsáhlou optimalizaci - jednoduché Bronstedovy kyseliny a zásady ne vždy fungují dobře. Skupina 13 Ukázalo se, že Lewisovy kyseliny fungují dobře jako katalyzátory; koordinace katalyzátoru má však důležité stereoelektronické důsledky. Kromě toho může za tepelných podmínek ovlivnit distribuci produktu intramolekulární vodíková vazba. Podmínky pro přeskupení a-hydroxyiminů jsou podobné, i když se výsledné aminoketonové produkty obvykle izolují jako odpovídající kyselé soli.

Reference

  1. ^ Paquette, L. A.; Hofferberth, J. E. Org. Reagovat. 2003, 62, 477–567. doi:10.1002 / 0471264180.nebo062.03
  2. ^ Gottfried, J .; Benjamin, G. Ind. Eng. Chem. 1952, 44, 141.
  3. ^ Wrodnigg, T. M .; Eder, B. Horní. Curr. Chem. 2001, 215, 115.
  4. ^ Hodge, J. Adv. Sacharidy. Chem. 1955, 10, 169.
  5. ^ Voight, K. J. Prakt. Chem. 1886, 34, 1.
  6. ^ Petrus, L .; Petrušová, M .; Hricoviniova, Z. Horní. Curr. Chem. 2001, 215, 15.
  7. ^ Gelin, S .; Gelin, R. J. Org. Chem. 1979, 44, 808.
  8. ^ Paquette, L. A.; Montgomery, F. J .; Wang, T. Z. J. Org. Chem. 1995, 60, 7857.
  9. ^ Stevens, C. L .; Hanson, H. T .; Taylor, K. G. J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 2769.
  10. ^ Vatèle, J.-M .; Dumas, D .; Goré, J. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 2277.
  11. ^ Brunner, H .; Stöhr, F. Eur. J. Org. Chem. 2000, 2777.
  12. ^ Colard, P .; Elphimoff-Felkin, I .; Verrier, M. Býk. Soc. Chim. Fr. 1961, 516.
  13. ^ Brunner, H .; Stöhr, F. Eur. J. Org. Chem. 2000, 2777.
  14. ^ Paukstelis, J. V .; Kao, J.-1. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 4783.
  15. ^ Bischofberger, N .; Walker, K. A. M. J. Org. Chem. 1985, 50, 3604.
  16. ^ Creary, X .; Inocencio, P. A .; Underiner, T. L .; Kostromin, R. J. Org. Chem. 1985, 50, 1932.
  17. ^ Witkop, B .; Patrick, J. B. J. Am. Chem. Soc. 1951, 73, 2188.
  18. ^ Angyal, S. J. Horní. Curr. Chem., 2001, 215, 1.
  19. ^ Van Leusen, D .; van Leusen, A. M. Org. Reagovat. 2001, 57, 417.
  20. ^ Paquette, L. A.; DeRussy, D. T .; Pegg, N. A .; Taylor, R. T .; Zydowsky, T. M. J. Org. Chem. 1989, 54, 4576.