Aryne - Aryne
Arynes[1] nebo benzynes[2] jsou vysoce reaktivní druhy odvozené z aromatický kruh odstraněním dvou substituenty. Nejběžnější aryny jsou ortho ale meta- a para-aryny jsou také známé.[3][4][5] Ó-Arynes jsou příklady napjatosti alkyny.
Lepení Ó-arynes
Alkynové zastoupení benzynu je nejrozšířenější. o-Aryny nebo 1,2-didehydroareny jsou obvykle popsány tak, že mají napjatou trojnou vazbu.[6]

Geometrická omezení na trojné vazbě v ortho-benzyn má za následek zmenšené překrytí rovinných p-orbitalů, a tedy slabší trojnou vazbu.[7] Vibrační frekvenci trojné vazby v benzyně určil Radziszewski na 1846 cm−1,[8] což naznačuje slabší trojnou vazbu než v nenapjatém alkynu s vibrační frekvencí přibližně 2150 cm−1. Nicméně, ortho-benzyn je spíš jako napjatý alkyn než biradikál, jak je patrné z velké mezery singlet-triplet a reaktivity podobné alkinu.[3]

The LUMO aryne leží mnohem níže než LUMO nenapnutých alkynů, což z něj činí lepší energetickou shodu pro HOMO nukleofilů. Benzyn má tedy elektrofilní charakter a podléhá reakcím s nukleofily.[9] Podrobná MO analýza benzynu byla představena v roce 1968.[10]

Generace Ó-arynes
Vzhledem k jejich extrémní reaktivitě musí být generovány aryny in situ. Typické pro jiné reaktivní meziprodukty, benzyne musí být uvězněn, jinak dimerizuje na bifenylen.
Rané cesty do benzyně zahrnuty dehydrohalogenace z arylhalogenidy:

Takové reakce vyžadují silnou bázi a vysoké teploty. Ortho-disubstituované areny slouží jako prekurzory benzynů za mírnějších podmínek. Benzyn je generován dehalogenací 2-bromfluorbenzenu hořčíkem.[11] Kyselina anthranilová lze převést na 2-diazoniobenzen-l-karboxylát diazotací a neutralizací. Ačkoli výbušný,[12] tento zwitterionický druh je vhodný a levný předchůdce benzynu.[13]

Další metoda je založena na trimethylsilylarylu triflates.[14] Fluoridové vytěsnění trimethylsilylové skupiny indukuje eliminaci triflátu a uvolnění benzynu:

A hexadehydro Diels-Alderova reakce (HDDA) zahrnuje cykloadici 1,3-diynu a alkynu.[15]

N-aminace 1H-benzotriazol s hydroxylamin-Ó-sulfonová kyselina generuje meziprodukt, který lze oxidovat na benzyn v téměř kvantitativním výtěžku s octan olovnatý.[16]

Reakce Ó-arynes
Aryny jsou i při nízkých teplotách extrémně reaktivní. Jejich reaktivitu lze rozdělit do tří hlavních tříd: (1) nukleofilní adice, (2) pericyklické reakce a (3) inzerce vazby.
Nukleofilní přírůstky do arynes
Po ošetření bazickými nukleofily arylhalogenidy deprotonují alfa na odstupující skupinu, což vede k dehydrohalogenace. Studie izotopové výměny naznačují, že u arylfluoridů a někdy i arylchloridů probíhá eliminační událost ve dvou krocích, deprotonaci a následném vyloučení nukleofilu. Proces je tedy formálně analogický s mechanismem E1cb alifatických sloučenin. Na druhé straně se arylbromidy a jodidy obecně zdají být eliminovány pomocí koordinovaného synkoplanárního mechanismu E2.[17][18] Výsledný benzyn tvoří adiční produkty, obvykle nukleofilní adicí a protonací. Tvorba benzynového meziproduktu je pomalý krok v reakci.[19]

Reakce „arynové vazby“ umožňují generování bifenylových sloučenin, které jsou cenné ve farmaceutickém průmyslu, zemědělství a jako ligandy v mnoha kovem katalyzovaných transformacích.[20]

Produkt kov-aren se také může přidat k další aryně, což vede k řetězová polymerace. Použitím kyanid měďný jako iniciátor pro přidání k prvnímu arynu se získaly polymery obsahující až asi 100 arenových jednotek.[21]
Když jsou odstupující skupina (LG) a substituent (Y) vzájemně orto nebo para, je možný pouze jeden benzynový meziprodukt. Když je však LG meta na Y, pak jsou možné regiochemické výsledky (A a B). Pokud Y odebírá elektrony, pak HB je kyselější než HA což má za následek generování regioizomeru B. Analogicky, pokud Y je donor elektronů, generuje se regioizomer A, protože nyní HA je kyselější proton.

Existují dva možné regioizomery benzynu se substituentem (Y): trojná vazba může být umístěna mezi C2 a C3 nebo mezi C3 a C4. Substituenty orto k odstupující skupině povedou k trojné vazbě mezi C2 a C3. Para Y a LG povedou k regioizomeru s trojnou vazbou mezi C3 a C4. Meta substituent si může dovolit oba regioizomery, jak je popsáno výše. V případě trojné vazby umístěné mezi C2 a C3 mohou být použity substituenty odebírající elektrony (EWG), např. CF3, nasměruje přidání nukleofilů tak, aby umístil karbanion co nejblíže k EWG. Substituenty využívající elektrony (EDG), např. CH3 poskytne malou selektivitu mezi produkty. V regioisomeru, kde je trojná vazba umístěna mezi C3 a C4, je účinek substituentu na přidání nukleofilů snížen a často se získávají směsi produktů para a meta.[19]

Pericyklické reakce arynů
Benzyn prochází rychlou dimerizací za vzniku bifenylenu. Některé cesty k benzynu vedou k obzvláště rychlému a vysokému výtěžku této následné reakce.[13][16] Trimerizace dává trifenylen.[22]
Benzynes může podstoupit [4+2] cyklizační reakce. Při generování za přítomnosti anthracen, trypticen Výsledek.[11] V této metodě je níže uveden společný mechanismus Diels-Alderovy reakce mezi benzynem a furanem. Předpokládá se, že další benzyne [4 + 2] cykloadice probíhají prostřednictvím stupňovitého mechanismu.

Klasickým příkladem je syntéza 1,2,3,4-tetrafenylnaftalen.[23] Tetrabrombenzen může reagovat s butyllithium a furan za vzniku tetrahydroanthracenu[24]

[4 + 2] cykloadice arynů se běžně používají k celkové syntéze přírodních produktů. Hlavním omezením takového přístupu je však potřeba používat omezené dieny, jako je furan a cyklopentadien.[14] V roce 2009 Buszek a spolupracovníci syntetizovali herbindol A pomocí aryn [4 + 2] -cykloadice.[25] 6,7-indolyn podléhá [4 + 2] cykloadici s cyklopentadienem za vzniku komplexního tetracyklického produktu.

Benzynes podstoupí [2 + 2] cykloadici se širokou škálou alkenů. Vzhledem k elektrofilní povaze benzynu fungují pro tuto reakci nejlépe alkeny nesoucí substituenty darující elektrony.[26]
Kvůli významné tvorbě vedlejších produktů se při celkové syntéze přírodního produktu zřídka používá chemie arynu [2 + 2].[14] Existuje však několik příkladů. V roce 1982 uvedli Stevens a spolupracovníci syntézu taxodionu, která využívala [2 + 2] cykloadici mezi arynem a ketenacetalem.[27]

Mori a spolupracovníci provedli palladiem katalyzovanou [2 + 2 + 2] -cyklykalizaci arynu a diynu při jejich celkové syntéze tchajwaninů C.[28]

Reakce inzerce vazeb arynů
Prvním příkladem inzerce arynové vazby σ-vazby je syntéza melleinu v roce 1973.[29]

Ostatní dehydrobenzeny
Pokud je benzynem 1,2-didehydrobenzen, jsou možné dva další izomery: 1,3-didehydrobenzen a 1,4-didehydrobenzen.[3] Jejich energie in silico jsou 106, 122 a 138 kcal / mol (444, 510 a 577 kJ / mol).[30] 1,2- a 1,3- izomery mají singletní základní stavy, zatímco u 1,4-benzynu je rozdíl menší.

Byla studována interkonverze 1,2-, 1,3- a 1,4-didehydrobenzenů.[30][31] Předpokládá se, že v tomto případě dojde ke konverzi 1,2- na 1,3-didehydrobenzenu pyrolýza (900 ° C) fenyl substituované arynské prekurzory[30] Jak je ukázáno níže. Pro interkonverzi benzynu jsou vyžadovány extrémně vysoké teploty.

1,4-didehydroareny
V klasických experimentech s 1,4-didehydrobenzenem zahřívání na 300 ° C, [1,6-D2] -A snadno se vyrovná s [3,2-D2] -B, ale není v rovnováze s C nebo D. Současná migrace atomů deuteria do formy B, a skutečnost, že žádný z C nebo D vznikající lze vysvětlit pouze přítomností cyklického a symetrického meziproduktu – 1,4-didehydrobenzenu.[32]

Pro 1,4-didehydrobenzen byly navrženy dva stavy: singlet a triplet, přičemž singletový stav byl energeticky nižší.[33][34] Stav tripletů představuje dvě neinteragující centra radikálů, a proto by měl odebírat vodíky stejnou rychlostí jako fenylový radikál. Singletový stav je však stabilizovanější než triplet, a proto bude část stabilizační energie ztracena, aby se vytvořil přechodový stav pro štěpení vodíku, což povede k pomalejšímu odběru vodíku. Chen navrhl použití 1,4-didehydrobenzenových analogů, které mají velké mezery v singlet-tripletové energii, aby se zvýšila selektivita enediynových kandidátů na léčiva.[35]
Dějiny
První důkazy o arynes pocházejí z práce Stoermera a Kahlert. V roce 1902 zjistili, že zpracováním 3-brombenzofuranu bází v ethanolu se vytvoří 2-ethoxybenzofuran. Na základě tohoto pozorování postulovali arynský meziprodukt.[36]

Wittig et al. vyvolal zwitteriontový meziprodukt při reakci fluorbenzenu a fenyllithia za vzniku bifenylu.[37][38][39] Tato hypotéza byla později potvrzena.[40][41][42][43][44]

V roce 1953 14Experimenty značení C poskytly silnou podporu pro intermediacu benzynu.[40] John D. Roberts et al. ukázalo, že reakce chlorbenzen-1-14C a amid draselný poskytly stejné množství anilinu s 14Inkorporace C na C-1 a C-2.

Wittig a Pohmer zjistili, že benzyn se účastní [4 + 2] cykloadičních reakcí.[45]

Další důkazy o existenci benzynu pocházejí ze spektroskopických studií.[3] Benzyn byl pozorován v „molekulárním kontejneru“.[46]
V roce 2015 byla zobrazena jedna molekula arynu STM.[47]
m-Benzyn byl poprvé představen v 90. letech, kdy byl generován z 1,3-disubstituovaných benzenových derivátů, jako je peroxyester 1,3-C6H4(Ó2C (O) CH3)2.[3]
Průlomy dál str-benzyny přišly v šedesátých letech, následovaly studie o Bergmanova cyklizace.[32] Toto téma se stalo aktuální objevem enediyne "cytostatik", jako je kalicheamicin, který generuje 1,4-didehydrobenzen.[48]
Příklady benzynů v celkové syntéze
Za použití arynů jako meziproduktů byla připravena řada přírodních produktů.[14] Nukleofilní přísady do arynů byly široce používány v celkové syntéze přírodních produktů. Ve skutečnosti jsou nukleofilní adice arynů některé z nejstarších známých aplikací arynové chemie.[14] Nukleofilní přidání k arynu bylo použito při pokusu o syntézu kryptaustolinu (1) a kryptowolinu (2).[49]

Syntéza tetracyklického meroterpenoidu (+) - liphagalu zahrnovala arynový meziprodukt.[50] Jejich přístup používal arynovou cyklizaci k uzavření konečného kruhu přírodního produktu.[14]

Vícesložkové reakce arynů jsou silné transformace, které umožňují rychlou tvorbu 1,2-disubsituovaných arenů. Přes jejich potenciální užitečnost jsou příklady vícesložkových arynových reakcí v syntéze přírodních produktů vzácné.[14] Při syntéze dehydroaltenenu B byla použita čtyřsložková arynová kopulační reakce.[51]

Viz také
- Další příklady použití arynové chemie: tricyklobutabenzen, in-methylcyklofan, Komplex přechodného kovu s benzynem
- Pyridinový ekvivalent pyridyne
Reference
- ^ IUPAC, Kompendium chemické terminologie, 2. vyd. („Zlatá kniha“) (1997). Online opravená verze: (2006–) “Aryne ". doi:10.1351 / goldbook.A00465
- ^ IUPAC, Kompendium chemické terminologie, 2. vyd. („Zlatá kniha“) (1997). Online opravená verze: (2006–) “Benzynes ". doi:10.1351 / zlatá kniha B00634
- ^ A b C d E Hans Henning Wenk, Michael Winkler, Wolfram Sander (2003). „Jedno století chemie Aryne“. Angew. Chem. Int. Vyd. 42 (5): 502–528. doi:10.1002 / anie.200390151. PMID 12569480.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ IUPAC, Kompendium chemické terminologie, 2. vyd. („Zlatá kniha“) (1997). Online opravená verze: (2006–) “Dehydroareny ". doi:10.1351 / zlatá kniha D01574
- ^ IUPAC Zlatá kniha položka pro „benzynes“ identifikuje „m-benzyn "a"str-benzyn "jako chybné výrazy pro 1,3- a 1,4-didehydrobenzen
- ^ Anslyn, E. V .; Dougherty, D. A .: Moderní fyzikální organická chemie„University Science Books, 2006, s. 612.
- ^ Gampe, C. M .; Carreira, E. M. (2012). "Aryny a cyklohexyny v syntéze přírodních produktů". Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 51 (16): 3766–78. doi:10,1002 / anie.201107485. PMID 22422638.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ Radziszewski, J. G .; Hess, Jr. B. A .; Zahradnik, R. (1992). „Infračervené spektrum o-Benzynea: Experiment a teorie“. J. Am. Chem. Soc. 114: 52. doi:10.1021 / ja00027a007.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ Gilchrist, T. L. Dodatek C: Chemie trojných vázaných funkčních skupin, část 1. Patai, S .; Rappaport, Z. Eds., John Wiley & Sons, New York, 1983
- ^ Hoffmann, R .; Imamura, A .; Hehre, W. J. (1968). "Benzyny, dehydrokonjugované molekuly a interakce orbitálů oddělené řadou intervenujících sigma vazeb". J. Am. Chem. Soc. 90 (6): 1499. doi:10.1021 / ja01008a018.
- ^ A b Wittig, Georg (1959). „Triptycene“. Org. Synth. 39: 75. doi:10.15227 / orgsyn.039.0075.
- ^ Sullivan, John M. (01.06.1971). „Výbuch při přípravě hydrochloridu benzendiazonium-2-karboxylátu“. Journal of Chemical Education. 48 (6): 419. Bibcode:1971JChEd..48..419S. doi:10.1021 / ed048p419.3. ISSN 0021-9584.
- ^ A b Logullo, Francis M .; Seitz, Arnold M .; Friedman, Lester (1968). „Benzendiazonium-2-karboxylát a bifenylen (benzendiazonium, Ó-karboxy-, hydroxid, vnitřní sůl) ". Org. Synth. 48: 12. doi:10.15227 / orgsyn.048.0012.
- ^ A b C d E F G Tadross, P. M .; Stoltz, B. M. (2012). "Komplexní historie aryn v celkové syntéze přírodních produktů". Chem. Rev. 112 (6): 3550–3577. doi:10.1021 / cr200478h. PMID 22443517.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
- ^ Hoye, T. R .; Baire, B .; Niu, D .; Willoughby, P. H .; Woods, B. P. (2012). „Hexadehydro-Diels – Alderova reakce“. Příroda. 490 (7419): 208. Bibcode:2012 Natur.490..208H. doi:10.1038 / příroda11518. PMC 3538845. PMID 23060191.
- ^ A b Campbell, C.D .; C.W. Rees (1969). "Reaktivní meziprodukty. Část I. Syntéza a oxidace 1- a 2-aminobenzotriazolu". J. Chem. Soc. C. 1969 (5): 742–747. doi:10.1039 / J39690000742.
- ^ Panar, Manuel (1961). Mechanismus vylučování a přidávání nukleofilní aromatické substituce. Pasadena, CA: Kalifornský technologický institut (disertační práce). s. 4–5.
- ^ H., Lowry, Thomas (1987). Mechanismus a teorie v organické chemii. Richardson, Kathleen Schueller (3. vydání). New York: Harper & Row. str.643. ISBN 0060440848. OCLC 14214254.
- ^ A b Anslyn, E. V .; Dougherty, D. A. Moderní fyzikální organická chemie. University Science Books, 2006
- ^ Diemer, V .; Begaut, M .; Leroux, F. R .; Colobert, F. Eur. J. Org. Chem. 2011, 341
- ^ Mizukoshi, Yoshihide; Mikami, Koichiro; Uchiyama, Masanobu (2015). „Arynová polymerace umožňující přímou syntézu nepolapitelného poly (ortho-arylen) s ". J. Am. Chem. Soc. 137 (1): 74–77. doi:10.1021 / ja5112207. PMID 25459083.
- ^ Heaney, H .; Millar, I. T. (1960). „Trifenylen“. Organické syntézy. 40: 105.; Kolektivní objem, 5, 1973, s. 1120
- ^ „1,2,3,4-tetrafenylnnaftalen“. Organické syntézy. 46: 107. 1966. doi:10.15227 / orgsyn.046.0107.
- ^ „Použití 1,2,4,5-tetrabrombenzenu jako ekvivalentu 1,4-benzadiynu: Anti- a Syn-1,4,5,8-tetrahydroanthracen 1,4: 5,8-diepoxidy“. Organické syntézy. 75: 201. 1998. doi:10.15227 / orgsyn.075.0201.
- ^ Buszek, K. R .; Brown, N .; Kuo, D. (2009). „Stručná celková syntéza (±) -cis-trikentrinu A a (±) -Herbindolu A prostřednictvím intermolekulární cykloadice indolu arynu“. Org. Lett. 11: 201. doi:10,1021 / ol802425m. PMC 2723800. PMID 19055375.
- ^ Pellissier, H .; Santelli, M. Čtyřstěn, 2003; 59, 701
- ^ Stevens, R. V .; Bisacchi, G. S. J. Org, Chem. 1982; 47, 2396
- ^ Sato, Y .; Tamura, T .; Mori, M. Angew. Chem. Int. Vyd. 2004; 43, 2436
- ^ Guyot, M .; Molho, D. Tetrahedron Lett. 1973; 14, 3433
- ^ A b C Blake, M. E.; Bartlett, K. L .; Jones, M. Jr (2003). "Konverze m-Benzynu na o-Benzynu prostřednictvím 1,2-posunu fenylové skupiny". J. Am. Chem. Soc. 125 (21): 6485–90. doi:10.1021 / ja0213672. PMID 12785789.
- ^ Polishchuk, A. L .; Bartlett, K. L .; Friedman, L. A .; Jones, M. Jr (2004). „Konverze p-Benzyn na m-Benzyn prostřednictvím posunu 1,2 fenylové skupiny. Dokončení Benzynské kaskády“. J. Phys. Org. Chem. 17 (9): 798–806. doi:10,1002 / po797.
- ^ A b Richard R. Jones; Robert G. Bergman (1972). "p-Benzyn. Generace jako meziprodukt v tepelné izomerační reakci a zachycení důkazů o 1,4-benzendiylové struktuře". J. Am. Chem. Soc. 94 (2): 660–661. doi:10.1021 / ja00757a071.
- ^ Clauberg, H .; Minsek, D. W .; Chen, P. (1992). "Hmotnostní a fotoelektronová spektroskopie C3H2. Delta.Hf singletových karbenů se odchyluje od aditivity svými singlet-tripletovými mezerami". J. Am. Chem. Soc. 114: 99. doi:10.1021 / ja00027a014.
- ^ Blush, J. A .; Clauberg, H .; Kohn, D. W .; Minsek, D. W .; Zhang, X .; Chen, P. (1992). "Fotoionizační hmotnost a fotoelektronová spektroskopie radikálů, karbenů a biradikálů". Acc. Chem. Res. 25 (9): 385. doi:10.1021 / ar00021a001.
- ^ Chen, P (1996). „Design of Diradical-based Hydrogen Abstraction Agents“. Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 35 (1314): 1478. doi:10.1002 / anie.199614781.
- ^ Stoermer, R .; Kahlert, B. (1902). „Ueber das 1- und 2-Brom-cumaron“. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 35 (2): 1633–1640. doi:10,1002 / cber.19020350286.
- ^ Wittig, G .; Pieper, G .; Fuhrmann, G. (1940). „Über die Bildung von Diphenyl aus Fluorbenzol und Phenyl-lithium (IV. Mitteil. Über Austauschreaktionen mit Phenyl-lithium)“. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (řada A a B). 73 (11): 1193–1197. doi:10.1002 / cber.19400731113.
- ^ Wittig, Georg (1942). „Fenyl-lithium, der Schlüssel zu einer neuen Chemie metallorganischer Verbindungen“. Die Naturwissenschaften. 30 (46–47): 696–703. doi:10.1007 / BF01489519.
- ^ Wittig, G (1954). „Fortschritte auf dem Gebiet der organischen Aniono-Chemie“. Angewandte Chemie. 66: 10–17. doi:10,1002 / ange.19540660103.
- ^ A b Roberts, John D. (1953). „Přesmyk při reakci chlorbenzenu-1-C14 s amidem draselným1“. Journal of the American Chemical Society. 75 (13): 3290–3291. doi:10.1021 / ja01109a523.
- ^ Roberts, John D. (1956). „The Mechanism of Aminations of Halobenzenes 1“. Journal of the American Chemical Society. 78 (3): 601–611. doi:10.1021 / ja01584a024.
- ^ Roberts, John D. (1956). "Orientace v aminech substituovaných halobenzenů 1". Journal of the American Chemical Society. 78 (3): 611–614. doi:10.1021 / ja01584a025.
- ^ Moderní arylační metody. Upravil Lutz Ackermann 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN 978-3-527-31937-4
- ^ Heaney, H. (1962). "Benzyn a související meziprodukty". Chemické recenze. 62 (2): 81–97. doi:10.1021 / cr60216a001.
- ^ Wittig, G .; Pohmer, L. Angew. Chem. 1955; 67(13), 348.
- ^ Warmuth, R .; Yoon (2001). "Nedávné výsledky v oboru hemikarcerů a chemie". Acc. Chem. Res. 34 (2): 96. doi:10.1021 / ar980082k. PMID 11263868.
- ^ Na povrchu; Pérez, E. Guitián; Peña, L.Gross (2015). "On-surface generation and imaging of arynes by atomic force microscopy". Přírodní chemie. 7 (8): 623–8. Bibcode:2015NatCh ... 7..623P. doi:10,1038 / nchem.2300. PMID 26201737.
- ^ Galm, U; Hager, MH; Van Lanen, SG; Ju, J; Thorson, JS; Shen, B (únor 2005). "Protinádorová antibiotika: bleomycin, enediynes a mitomycin". Chemické recenze. 105 (2): 739–58. doi:10,1021 / cr030117g. PMID 15700963.
- ^ Kametani, T .; Ogasawara, K. J. J. Chem. Soc., C 1967, 2208
- ^ Day, J. J .; McFadden, R. M .; Virgil, S. C .; Kolding, H .; Alleva, J. L .; Stoltz, B. M. (2011). „Katalytická enantioselektivní celková syntéza (+) - liphagalu“. Angew. Chem. Int. Vyd. 50 (30): 6814–8. doi:10.1002 / anie.201101842. PMC 3361906. PMID 21671325.
- ^ Soorukram, D .; Qu, T .; Barrett, A. G. M. (2008). "Čtyřsložkové benzynové vazebné reakce: stručná celková syntéza dehydroaltenenu B". Org. Lett. 10 (17): 3833–3835. doi:10.1021 / ol8015435. PMID 18672878.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
externí odkazy
Média související s Arynes na Wikimedia Commons