Elektrofilní aminace - Electrophilic amination

Elektrofilní aminace je chemický proces zahrnující vytvoření vazby uhlík-dusík reakcí nukleofilního karbaniontu s elektrofilním zdrojem dusíku.[1]

Úvod

Elektrofilní aminační reakce mohou být klasifikovány jako adice nebo substituce. I když výsledný produkt není vždy amin, tyto reakce jsou sjednoceny vytvořením vazby uhlík-dusík a použitím elektrofilního aminačního činidla. Byla použita široká škála elektrofilů; pro substituce jsou to nejčastěji aminy substituované skupinami přitahujícími elektrony: chloraminy, hydroxylaminy, hydraziny, a oxaziridiny, například. Byly použity adiční reakce imines, oximy, azidy, azo sloučeniny a další.

EAgen.png

Mechanismus a stereochemie

Převládající mechanismy

Dusík vázaný jak na dobrou elektrofugu, tak na dobrou nukleofugu je známý jako nitrenoid (pro svou podobnost s nitren ).[2] Nitrenům chybí plný oktet elektronů, takže jsou vysoce elektrofilní; nitrenoidy vykazují analogické chování a jsou často dobrým substrátem pro elektrofilní aminační reakce. Nitrenoidy lze generovat z Ó-alkylhydroxylaminy obsahující N-H vazbu deprotonací nebo z Ó-alkyloximy nukleofilní adicí. Tyto meziprodukty reagují s karbanionty za vzniku substituovaných aminů. Další nedostatek elektronů, sp3 aminační činidla reagují podobnými mechanismy za vzniku substitučních produktů.[3]

EAnitrene.png

Při aminacích zahrnujících oxaziridiny dochází k nukleofilnímu útoku na atom dusíku tříčlenného kruhu. U některých substrátů (například a-kyanketony) reaguje výsledný alkoxid dále za vzniku neočekávaných produktů. Přímá β eliminace alkoxidu vede k tvorbě aminu.[4]

EAoxa.png

Zdá se, že přírůstky napříč vazbami pi probíhají typicky nukleofilní adice cest ve většině případů. Alkyl-, aryl- a heteroaryllithná činidla se přidávají k azidům za vzniku triazenových solí.[5] Redukce těchto solí vede k aminům, i když také mohou být převedeny na azidy při kyselém zpracování s celkovou eliminací kyseliny sulfinové.

EAazide.png

Enantioselektivní varianty

Využívají se synteticky nejužitečnější aminace enolátových aniontů N-acyloxazolidinonové substráty.[6] Chirální pomocné látky na těchto sloučeninách se snadno odstraní po vytvoření hydrazinu (s azosloučeninami) nebo azidaci (s trisylazidem). Azidace s použitím posledně uvedeného činidla je účinnější než bromace s následnou nukleofilní substitucí azidovým aniontem[7] Palladium na uhlíku a plynný vodík redukují jak azidové, tak hydrazidové produkty (druhý pouze po konverzi na hydrazin).

EAenantio.png

Rozsah a omezení

Aminační činidla

Elektrofilní aminační činidla se spoléhají na přítomnost elektronové přitahující funkční skupiny připojené k dusíku. Pro tento účel byla použita řada derivátů hydroxylaminu. Sulfonylhydroxylaminy jsou schopné aminovat širokou škálu karbaniontů.[8]

EAScope1.png

Azosloučeniny poskytují hydraziny po přidání k vazbě N = N. Tyto přísady byly enantioselektivní díky použití chirálních pomocných látek (viz výše) a chirálních katalyzátorů.[9] I když je enantioselektivita procesu katalyzovaného prolinem dobrá, výtěžky jsou nízké a reakční doby jsou dlouhé.

EAScope2.png

Po ošetření sulfonylazidy může být řada Grignardových činidel nebo enolátů převedena na azidy nebo aminy.[10] Významnou vedlejší reakcí, která nastává za těchto podmínek, je reakce diazo přenosu: místo fragmentace na azid a kyselinu sulfinovou se může triazenová sůl meziproduktu rozložit na diazo sloučeninu a sulfonamid. Změna podmínek zpracování může upřednostňovat jeden produkt před druhým. Obecně platí, že pro reakce enolátů substituovaných Evans oxazolidinony, kyselina trifluoroctová podporuje přenos diazo zatímco octová kyselina podporuje azidaci (důvody jsou nejasné).[11] Rozpouštědlo a protiión enolátu také ovlivňují pozorovaný poměr diazo k azidovým produktům.[12]

EAScopeQuench.png

Mezi další elektrofilní aminační činidla patří oxaziridiny,[13] diazo sloučeniny,[14] a ve vzácných případech imines.[15]

Organokovové podklady

Rozsah organokovových činidel, která mohou být aminována elektrofilními metodami, je velký. Alkyl Grignardova činidla,[16] alkylithné sloučeniny,[17] alkylzinkové sloučeniny,[18] a alkylkupráty[19] byly úspěšně aminovány elektrofilními činidly. Mezi sp2karabiny se středem, vinyllithium sloučeniny,[8] vinylcuprates,[20] a vinylová Grignardova činidla[21] reagují s elektrofilními aminačními činidly za vzniku enaminů.

Arylová a heteroarylová organolithná činidla podléhají účinné elektrofilní aminaci za podmínek katalyzovaných mědí (I) zprostředkovaných obnovitelnými křemíkovými činidly, nazývanými siloxanové přenosové látky.[22]

EA siloxane.jpg

Rozsah karbanionů se středem sp je omezen na alkynylcupraty.[23] Enoláty a silyl-enolethery, nejpoužívanější třída uhlíkových nukleofilů v elektrofilních aminačních reakcích, se účastní aminace,[24] adizace[25] a hydrazinace[7] reakce.

Primární aplikací alkylmetalických činidel v elektrofilních aminačních reakcích je syntéza bráněných aminů, z nichž mnohé se obtížně připravují nukleofilním vytěsňováním alkylhalogenidem (nukleofilní aminace). Například v přítomnosti měďnatého katalyzátoru reagují objemná organozinková činidla Ó-acylhydroxylaminy za vzniku bráněných aminů.

EAScope4.png

Allylové kovové druhy lze použít k přípravě allylických aminů elektrofilní aminací. Ačkoli se allylické aminy obvykle připravují nukleofilní aminací allylhalogenidů, je známo několik příkladů elektroflické aminace allylových substrátů. V níže uvedeném příkladu je allylové zirkonové činidlo (získané hydrozirkonací) zachyceno pomocí Ó-alkylhydroxylamin.[26]

EAScope5.png

Elektrofilní aminace enolátů poskytuje a-aminokarbonylové sloučeniny. Pokud se používají chirální oxazolidinony ve spojení s azosloučeninami, je pozorována enantioselektivita (viz výše). K tomuto účelu lze také použít BINAP při aminaci silylu enol ethery.

EAScope6.png

Aryl a heteroaryl organokovová činidla procházejí mnoha stejnými transformacemi jako jejich alifatické protějšky. Tvorba aminů, hydrazinů a azidů je možná za použití různých elektrofilních aminačních činidel. Níže je uveden příklad použití nitrenoidového činidla.[27]

EAScope7.png

Intramolekulární aminace je možná a byla použita k přípravě malých a středních kruhů. V níže uvedeném příkladu je deprotonace aktivované methylenové sloučeniny obsahující Ó-fosfinoylhydroxylamin vedl ke znázorněnému cyklickému aminu.[28]

EAScope8.png

Srovnání s jinými metodami

Existuje několik dalších metod pro elektrofilní tvorbu vazeb C-N. Dusitany a dusičnany lze použít k vytvoření oximů a nitrosloučenin. Kromě toho mohou organoborany sloužit jako role nukleofilu a často poskytují vyšší výtěžky s menšími komplikacemi než analogické karbanionty. The Neber přesmyk nabízí alternativu k elektrofilní aminaci prostřednictvím intermediacie an azirin.

EAminAlt.png

Typické podmínky

Široká škála elektrofilních aminačních činidel vylučuje zobecnění reakčních podmínek. Elektrofilní zdroje dusíku jsou však obecně toxické nebo výbušné. Při manipulaci s těmito činidly buďte velmi opatrní. Mnoho elektrofilních zdrojů dusíku neposkytuje aminy okamžitě, ale existuje řada metod pro generování odpovídajících aminů.

  • Tosylaminy: tributylcínhydrid
  • Azo sloučeniny: H2/ Pd
  • Triazeny: borohydrid sodný
  • Azides: H2/ Pd, H2/ Pt, lithiumaluminiumhydrid, trifenylfosfin

Konverze na jiné funkce obsahující dusík, včetně enaminy,[29] imines,[30] a amidy,[31] je také možné.

Reference

  1. ^ Ciganek, Engelbert (16. března 2009). „Elektrofilní aminace karbanionů, enolátů a jejich náhrad“. Organické reakce. 72. John Wiley and Sons, Inc. str. 1–86. doi:10.1002 / 0471264180.nebo072.01. ISBN  978-0471264187.
  2. ^ Starkov, Pavel; Jamison, Timothy F .; Marek, Ilan (15. ledna 2015). „Elektrofilní aminace: případ nitrenoidů“. Chem. Eur. J. 21 (14): 5278–300. doi:10,1002 / chem.201405779.
  3. ^ Zobák, Peter; Selling, Gordon W. (1989). "Posunutí dusíku lithioalkoxylamidů organokovovými činidly". J. Org. Chem. 54 (23): 5574–80. doi:10.1021 / jo00284a034.
  4. ^ Page, P. C. B .; Limousin, C .; Murrell, V. L. (2002). J. Org. Chem. 67: 7787. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  5. ^ Reed, J. Norman; Snieckus, Victor A. (1984). "Sekvenční řízené orto metalační reakce. Syntéza anthramycinu". Tetrahedron Lett. 25 (48): 5505–8. doi:10.1016 / S0040-4039 (01) 81611-7.
  6. ^ Evans, David A .; Britton, Thomas C. (1987). "Elektrofilní azidový přenos na chirální enoláty. Obecný přístup k asymetrické syntéze a-aminokyselin". J. Am. Chem. Soc. 109 (22): 6881–3. doi:10.1021 / ja00256a069.
  7. ^ A b Evans, David A .; Britton, Thomas C .; Dorow, Roberta L .; Dellaria, Joseph F. (1988). „Asymetrická syntéza derivátů a-amino a a-hydrazinové kyseliny prostřednictvím stereoselektivní aminace chirálních enolátů s estery azodikarboxylátu“. Čtyřstěn. 44 (17): 5525–40. doi:10.1016 / S0040-4020 (01) 86058-0.
  8. ^ A b Boche, Gernot; Mayer, Nava; Bernheim, Michael; Wagner, Konrad (1978). „Elektrofilní aminace„ karbaniontů “N, N-dialkyl-O-arylsulfonylhydroxylaminy." Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 17 (9): 687–8. doi:10,1002 / anie.197806871.
  9. ^ Baumann, Thomas; Vogt, Henning; Bräse, Stefan (2007). „Asymetrická aminace rozvětvených aldehydů katalyzovaná prolinem“. Eur. J. Org. Chem. 2007 (2): 266–82. doi:10.1002 / ejoc.200600654.
  10. ^ Smith, Peter A.S .; Rowe, Charles D .; Bruner, Leonard B. (2007). "Azidy a aminy z Grignardových činidel a tosylazid". J. Org. Chem. 34 (11): 3430–3. doi:10.1021 / jo01263a047.
  11. ^ Shiro, Y .; Kato, K .; Fujii, M .; Ida, Y .; Akita, H. (2006). "První syntéza polyoxinu M". Čtyřstěn. 62: 8687. doi:10.1016 / j.tet.2006.06.105.
  12. ^ Evans, D. A .; Britton, T. C .; Ellman, J. A. Dorow (1990). J. Am. Chem. Soc. 112: 4011. doi:10.1021 / ja00166a045. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  13. ^ Andreae, S .; Schmitz, E. (1991). "Elektrofilní aminace s oxaziridiny". Syntéza. 1991: 327. doi:10.1055 / s-1991-26459.
  14. ^ Enders, E. In Methoden der organischen Chemie (Houben-Weyl); Georg Thieme Verlag: Stuttgart, 1967; Sv. 10/2, str. 456.
  15. ^ Niwa, Y .; Takayama, K .; Shimizu, M. (2002). Býk. Chem. Soc. Jpn. 75: 1819. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  16. ^ Kitamura, Mitsuru; Suga, Takahiro; Chiba, Shunsuke; Narasaka, Koichi (27. října 2004). "Syntéza primárních aminů elektrofilní aminací Grignardových činidel s 1,3-dioxolan-2-on-O-sulfonyloximem". Org. Lett. 6 (24): 4619–21. doi:10.1021 / ol0479951.
  17. ^ Kraus, G. A. U. S. Patent 5 599 999 (1997).
  18. ^ Sinha, Pradipta; Kofink, Christiane C .; Knochel, Paul (21. července 2006). "Příprava aryl-alkylaminů elektrofilní aminizací funkcionalizovaných arylazo tosylátů s alkylzinkovými reagenty". Org. Lett. 8 (17): 3741–4. doi:10,1021 / ol061303m.
  19. ^ Alberti, A .; Canè, F .; Dembech, P .; Lazzari, D .; Ricci, A .; Seconi, G. (1996). J. Org. Chem. 61: 1677. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  20. ^ Cané, F .; Brancaleoni, D .; Dembech, P .; Ricci, A .; Seconi, G. Syntéza 1997, 545.
  21. ^ Akimova, G. S .; Kolokol'tseva, I. G .; Chistokletov, V. N .; Petrov, A. A. Zh. Org. Khim. 1968, 4, 954; Engl. Transl. p 927.
  22. ^ Nguyen, Minh; Smith, Amos B. III (3. září 2013). „Elektrofilní aminace organolithia katalyzovaná mědí zprostředkovaná obnovitelnými činidly pro přenos siiloxanu“. Org. Lett. 15 (18): 4872–5. doi:10.1021 / ol4023084. PMC  3823690. PMID  24000819.
  23. ^ Boche, G .; Bernheim, M .; Niessner, M. (1983). Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 22: 53. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  24. ^ Evans, D. A .; Faul, M. M .; Bilodeau, M. T. (1994). "Vývoj mědi katalyzované olefinové aziridační reakce". J. Am. Chem. Soc. 116: 2742. doi:10.1021 / ja00086a007.
  25. ^ Shimizu, M .; Nemoto, H .; Kakuda, H .; Takahata, H. (2003). Heterocykly. 59: 245. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  26. ^ Berman, A. M .; Johnson, J. S. (2006). J. Org. Chem. 71: 219. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  27. ^ Zobák, Peter; Basha, Anwer; Kokko, Bruce; Loo, DeKai (1986). „Geometrie vytěsňování na nestereogenních atomech: formální vytěsňování alkoxidu z alkoxyaminů organolithnými činidly“. J. Am. Chem. Soc. 108 (19): 6016–23. doi:10.1021 / ja00279a058.
  28. ^ Sheradsky, Tuvia; Yusupova, Larissa (1995). "Intramolekulární nukleofilní substituce na dusíku. Nová heterocyklická syntéza". Tetrahedron Lett. 36 (42): 7701–4. doi:10.1016/0040-4039(95)01567-2.
  29. ^ Magnus, Philip; Barth, Lisa (9. října 1995). „Oxidační přidání azidového aniontu k triisopropylsilyl-enoletherům: Syntéza a-azido ketonů a 2-amino (methoxykarbonyl) alk-2-en-1-onů.“. Čtyřstěn. 51 (41): 11075–86. doi:10.1016 / 0040-4020 (95) 00681-W.
  30. ^ Magnus, Philip; Mugrage, Benjamin (1. ledna 1990). „Nová chemie trialkylsilyl-enoletheru. Regiospecifická a stereospecifická sekvenční elektrofilní adice“. J. Am. Chem. Soc. 112 (1): 462–4. doi:10.1021 / ja00157a079.
  31. ^ Marshalkin, M.F .; Yakhontov, L.N. (1986). „Reakce organických sloučenin s disociací vazeb N – N“. Ruské chemické recenze. 55 (11): 1016–1025. doi:10.1070 / RC1986v055n11ABEH003237.