Epoxidová izomerizace podporovaná bází - Base-promoted epoxide isomerization

Epoxidová izomerizace podporovaná bází je přeměna alkyl epoxidy na otevřený prsten produkty působením silných základna. Izomerizace tohoto typu se nejčastěji používají k syntéze allylalkoholy, i když jsou možné i jiné produkty.[1]

Úvod

V přítomnosti lithium nebo hliník amide báze, epoxidy se mohou otevřít, aby poskytly odpovídající allylalkoholy. Odstranění a proton sousedící s epoxidem, eliminace a neutralizace výsledného alkoxid vést k synteticky použitelným allylalkoholovým produktům. V reakcích chirální U neracemických epoxidů se konfigurace produktu allylalkoholu shoduje s konfigurací epoxidového substrátu na uhlíku, jehož vazba CO se nerozbije (uhlík označený hvězdičkou níže). kromě β-eliminace některé další reakce[2][3] jsou možné, jako metalation epoxidového kruhu může probíhat konkurenčně. Vinylogické eliminace jsou možné, když je epoxidový substrát substituován vinylovými nebo dienylovými skupinami.[4] Neomezené systémy mají tendenci se tvořit trans dvojné vazby, protože v přechodovém stavu při tvorbě je zabráněno významným nevazebným interakcím trans produkty (viz rovnice (2) níže). Silně zásadité podmínky vyžadované pro většinu izomerací tohoto typu představují primární nevýhodu reakce.

(1)

EpIsoGen.png

Mechanismus a stereochemie

Převládající mechanismus

Izomerizace epoxidů na allylalkoholy pod silně základní podmínky probíhají procesem β-eliminace. Byl vyvinut pokročilý model, který vyvolává počáteční komplex mezi bází amidu lithného a epoxidem.[5] Koncernované štěpení vazby CO – a deprotonace postupuje prostřednictvím a syn přechodný stav za vzniku allylalkoxidu, který je po zpracování protonován. K deprotonaci obvykle dochází při existenci v přechodovém stavu pro cis tvorba dvojné vazby.

(2)

EpIsoMech1.png

Jiné procesy mohou probíhat kompetitivně za základních podmínek, zvláště když je β-eliminace pomalá nebo nemožná.[6] Tyto cesty pravděpodobně začínají lithiaci a uhlík v epoxidovém kruhu, následovaná a-eliminací za získání a karben středně pokročilí. Migrace 1,2-vodíku vede k ketony,[2] zatímco intramolekulární inzerce C – H poskytuje cyklické alkoholy s tvorbou nové vazby uhlík-uhlík.[3](3)

EpIsoMech2.png

V mnoha případech, když hexamethylfosforamid (HMPA) se používá jako přísada s bázemi amidu lithného, ​​zvyšuje se selektivita pro tvorbu allylalkoholů. Předpokládá se, že tyto reakce probíhají Odstranění E2.[7]

Stereoselektivní varianty

Chirál amidové báze mohou být použity v katalytických množstvích k izomerizaci mezo epoxidy na chirální allylalkoholy s vysokou enantioselektivitou.[8]

(4)

EpIsoStereo.png

Rozsah a omezení

Koncové epoxidy trpí omezením, které je konkurenční nukleofilní může dojít k přidání báze k nesubstituovanému epoxidovému uhlíku. Pro úspěšnou isomerizaci koncových epoxidů však byly použity nenukleofilní, stericky bráněné báze.[9](5)

EpIsoScope1.png

Acyklické disubstituované epoxidy podléhají deprotonaci na nejméně substituovaném místě (pokud nelze vytvořit konjugovanou dvojnou vazbu; viz rovnice (9) níže) s vysokou selektivitou pro trans dvojné vazby.[10]

(6)

EpIsoScope2.png

Pětičlenné a šestičlenné kruhy obsahující epoxidy poskytují allylalkoholy po ošetření amidovými bázemi; reakce epoxidů se středním kruhem však mohou být konkurenčními komplikovány transanulární C – H inzerce nebo tvorba ketonu.[11]

(7)

EpIsoScope3.png

Trisubstituované epoxidy se v kruhu snadno nepodrobí metalaci. Výsledkem je, že se z nich tvoří allylalkoholy substráty bez konkurenčních transformací karbenoidů. Použití objemných bází amidu hliníku usnadňuje eliminaci na substituentu cis na vodík, který vzniká z méně stéricky bráněného komplexu epoxid-báze.

(8)

EpIsoScope4.png

Vhodně substituované nenasycené epoxidy mohou podléhat vinylogické eliminaci, což vede ke konjugovaným allylalkoholům. Substituované vinyl epoxidy podléhají 1,4-eliminaci v některých, ale ne ve všech případech; epoxidy s p nenasycením však čistě vylučují za vzniku konjugovaných allylalkoholů.[4]

(9)

EpIsoScope5.png

Experimentální podmínky a postup

Typické podmínky

Lithium amidy se obvykle připravují v laboratoři přidáním titrovaného roztoku n-butyllithium v hexany k roztoku aminu v etheru. Pro tyto reakce je zapotřebí suché sklo a inertní atmosféra. Alternativně mohou být amidy lithia připraveny přímým působením lithia na odpovídající amin. Typické teploty pro izomerizace reakce využívající amidy lithia jsou mezi 0 ° C a reflux (směsi rozpouštědel ether / hexan odvozené od syntézy amidu lithného se obvykle používají přímo pro izomerační reakce). Přebytek báze se použije k započítání nečistot, které spotřebovávají bázi a reakce báze s etherem solventní. Při přidávání HMPA k reakcím s amidem lithným je třeba postupovat opatrně, protože jde o známé zvíře karcinogen.

Organolithium mohou být také použita činidla; je však třeba se vyhnout nižším teplotám rozklad základny. Tyto reakce se nejčastěji provádějí v hexanech.

Amidy hliníku, které jsou objemnější a někdy selektivnější než amidy lithia, se připravují z odpovídajících amidů lithia a diethylaluminiumchlorid. Reakce se obvykle provádějí při 0 ° C v inertní atmosféře s benzenem jako rozpouštědlem.

Příklad postupu[12]

(10)

EpIsoEx.png

K roztoku 1 ekv. 2,2,6,6-tetramethylpiperididu lithného připraveného obvyklým způsobem v benzenu se při 0 ° C přikape benzenový roztok 1 ekv. Diethylaluminiumchloridu. Výsledná suspenze byla míchána po dobu 30 minut a okamžitě použita. K míchané směsi 0,004 mol diethylaluminia 2,2,6,6-tetramethylpiperididu v 10 ml benzenu při 0 ° C byl po kapkách přidán po dobu 5 minut roztok 0,18 g (0,001 mol) epoxidu ve 3 ml benzenu. Směs se míchá při 0 ° C, dokud analýza neindikuje nepřítomnost výchozího materiálu. Reakce byla ukončena přidáním ledově studené 1N kyseliny chlorovodíkové. Organická vrstva byla oddělena a vodná vrstva byla extrahována etherem. Organické vrstvy byly spojeny, promyty solankou, sušeny a koncentrovány. Zbytek se čistí preparativní TLC (RF 0,22 v 1: 2 ether – hexanu), čímž se získá 99% (E) -2-cyklododecenol: IR (čistý) 3330–3370, 1465, 1450, 970 cm−1; NMR (CCl4) 5 3,73–4,20 (1, m), 4,97–5,82 (2, m); hmotnostní spektrum (m / z) 182 (16), 164 (13), 139 (32), 125 (46) a 98 (100).

Reference

  1. ^ Crandall, J. K .; Apparu, M. Org. Reagovat. 1983, 29, 345. doi:10.1002 / 0471264180.nebo029.03
  2. ^ A b Bond, F. T .; Ho, C. Y. J. Org. Chem. 1976, 41, 1421.
  3. ^ A b Kirmse, W. Carbene Chemistry, 2. vyd., Academic Press, New York, 1971, kapitola 7.
  4. ^ A b Yasuda, A .; Tanaka, S .; Oshima, K .; Yamamoto, H .; Nozaki, H. J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 6513.
  5. ^ Sicher, J. Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 1972, 11, 200.
  6. ^ Cope, C .; Lee, H .; Petree, E. J. Am. Chem. Soc. 1959, 80, 2849.
  7. ^ Bartsch, R. A .; Závada, J. Chem. Rev. 1980, 80, 453.
  8. ^ Bertillson, S .; Sodergren, M .; Andersson, P. J. Org. Chem. 2002, 67, 1567.
  9. ^ Yasuda, A .; Yamamoto, H .; Nozaki, H. Býk. Chem. Soc. Jpn. 1979, 52, 1705.
  10. ^ Thummel, P .; Rickborn, B. J. Org. Chem. 1971, 36, 1365.
  11. ^ Crandall, J. K .; Chang, H. J. Org. Chem. 1967, 32, 435.
  12. ^ Thies, R. W .; Gasic, M .; Whalen, D .; Grutzner, J. D .; Sakai, M .; Johnson, B .; Winstein, S. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 2262.