Intermolekulární karbenoidové cyklopropanace katalyzované kovem - Intermolecular metal-catalyzed carbenoid cyclopropanations

Kovem katalyzované intermolekulární karbenoidní cyklopropanace jsou organické reakce které vedou k tvorbě a cyklopropan prsten z kovu karbenoid druh a alken.[1] V Simmons-Smithova reakce použitým kovem je zinek.

Úvod

Cyklopropany mohou být tvořeny reakcí kovových karbenoidů (generovaných reakcí diazosloučenin s přechodným kovem) a olefinů. Ačkoliv intramolekulární varianta této reakce je známá již od roku 1961,[2] chemo- a stereoselektivní mezimolekulární kovem katalyzované cyklopropanační reakce využívající diazokarbonylové sloučeniny jsou novější. K katalyzování této transformace se nejčastěji používají komplexy karboxylátu rhodia, jako je dirhodium tetraacetát. Byly vyvinuty enantioselektivní cyklopropanace, které obvykle využívají předem vytvořené chirální rhodium karboxylátové komplexy odvozené od chirálních karboxylátových ligandů.[3]

(1)

IntraCPGen.png

Mechanismus a stereochemie

Převládající mechanismus

Definitivní mechanistické studie cyklopropanace katalyzované rhodiem chybí. Mechanismus však byl racionalizován na základě distribuce produktů a stereoselektivity.[4] Útok diazosloučeniny na centrum kovu generuje zwitteriontový kovový alkylový komplex, který vypuzuje plynný dusík za vzniku meziproduktu kovového karbenu. Společné přidání kovového karbenu k olefinu (bez přímé koordinace olefinu s kovem) vytváří pozorovaný produkt cyklopropanu.[5] Konfigurace olefinu je zachována během celého procesu;[6] avšak kovové karbeny s heterotopickými plochami mohou generovat směs diastereomerů, jak je znázorněno vpravo od Eq. (2).

(2)

IntraCPMech.png

Konfigurace produktu je určena trajektorií přístupu olefinu ke kovovému karbenu. V reakcích monosubstituovaných kovových karbenů s koncovými olefiny se olefin pravděpodobně blíží „end-on“ (s dvojnou vazbou uhlík-uhlík olefinu téměř rovnoběžnou s dvojnou vazbou kov-uhlík karbenu) s olefinovou skupinou R směřující ze substituentu karbenu.[7] Byl navržen druhý model přechodového stavu pro reakce vinylem substituovaných karbenů. V tomto modelu se olefin přibližuje „bok po boku“ (s dvojnou vazbou uhlík-uhlík olefinu kolmo na dvojnou vazbu kov-uhlík karbenu) s olefinovou skupinou R daleko od vinylové skupiny.[8]

Stereoselektivní varianty

Metody stereoselektivní syntézy cyklopropanů z diazokarbonylových sloučenin a olefinů se opírají buď o použití předem vytvořených chirálních rhodiových katalyzátorů, nebo o chirální pomocné látky na diazokarbonylové sloučenině. Například Rh2[S-DOSP]4 je vysoce účinným katalyzátorem enantioselektivní cyklopropanace alkenů.[9]

(3)

IntraCPEx.png

Chirální pomocné látky odvozené od snadno dostupných chirálních alkoholů (jako je pantolakton) mohou být použity pro diastereoselektivní cyklopropanace s diazoestery.[10]

(4)

IntraCPStereo2.png

Rozsah a omezení

Cyklopropanace olefinů s diazokarbonylovými sloučeninami se nejčastěji provádí za použití komplexů rhodium-karboxylátu, ačkoli se původně používala měď.[11] Rozsah olefinů je obecně docela široký - elektronově bohatý,[12] neutrální,[13] a elektronově chudý[14] olefiny byly všechny účinně cyklopropanovány za použití katalyzátorových systémů na bázi rhodia. Tato část popisuje různé třídy diazokarbonylových sloučenin, které reagují s olefiny za rhodiové katalýzy za vzniku cyklopropanů.

Diazoacetáty, které mají jediný karbonylový substituent připojený k diazo uhlíku, byly použity pro cyklopropanaci širokého spektra olefinů. Diastereoselektivita pro (E) cyklopropan se zvyšuje s rostoucí velikostí esterové skupiny. Navíc přidání hustoty elektronů ke katalyzátoru (například nahrazením acetátových ligandů acetamidem, acam) zvyšuje diastereoselektivitu reakce.[15]

(5)

IntraCPScope1.png

Diazokarbonylové sloučeniny substituované dvěma skupinami přitahujícími elektrony, jako jsou diazomalonáty, jsou náchylné k vedlejším reakcím za podmínek cyklopropanace. [3 + 2] Cykloadice[16] a vložení CH[17] byly pozorovány vedlejší produkty.

(6)

IntraCPScope2.png

Diazoacetáty substituované vinylovou nebo arylovou skupinou na diazo uhlíku jsou nereaktivní vůči trans-alkeny. Tento výsledek byl vysvětlen vyvoláním modelu přechodového stavu v rovnici. (2). Reakce těchto substrátů jsou vysoce selektivní pro (E) izomer cyklopropanu.[18]

(7)

IntraCPScope3.png

Vinyl diazoacetáty reagují s dieny za vzniku divinyl cyklopropanů, které procházejí Copeovým přesmykem za vzniku cykloheptadienů.[19] Více substituovaná dvojná vazba dienu reaguje přednostně.[20]

(8)

IntraCPScope4.png

(9)

MCPScopeSubbed.png

Furany reagují podobně s vinyl diazoacetáty, i když se meziprodukt cyklopropan může transformovat buď na produkt přesmyku Cope, nebo na otevřenou nenasycenou karbonylovou sloučeninu. Distribuce těchto produktů je vysoce závislá na substitučním vzoru furanu.[21]

(10)

IntraCPScope5.png

Pyrroly reagují s vinyl diazoacetáty za vzniku cykloheptadienů přemostěných dusíkem. Použití methyllaktátu jako chirální pomocné látky na vinyl diazoacetátu vedlo ke střední diastereoselektivitě v tandemové cyklopropanaci / Cope přesmyku Boc-chráněného pyrrolu.[22]

(11)

IntraCPScope6.png

Syntetické aplikace

Enantioselektivní intermolekulární cyklopropanace byla použita pro syntézu chirálních cyklopropanových antibiotik, jako je cilastatin.[23](12)Tandemová cyklopropanace / fragmentace je klíčovým krokem v syntéze kyseliny 12-hydroxyeikosatetraenové.[24]

(12)

IntraCPSynth.png

Srovnání s jinými metodami

Simmons-Smithova cyklopropanace, která využívá karbeny odvozené od diethylzinku a dijodmethanu, je populární alternativou k cyklopropanaci katalyzované rhodiem. V přítomnosti chirálního diaminu je cyklopropanace Simmons-Smith enantioselektivní; selektivita však není tak vysoká jako u odpovídajících reakcí katalyzovaných rhodiem.[25]

(13)

IntraCPAlt1.png

Substituované karbenoidy zinku lze připravit z odpovídajících ketonů nebo aldehydů sekvencí analogickou k mechanismu Clemmensenova redukce. Cyklopropanace olefinů s těmito meziprodukty probíhá se střední diastereoselektivitou a výtěžkem.[26]

(14)

IntraCPAlt3.png

Jiné diazosloučeniny kromě diazokarbonylových sloučenin byly použity pro rhodiem katalyzované cyklopropanace;[27] s těmito substráty je však mnohem obtížnější manipulace a nestabilita než s diazokarbonylovými sloučeninami. Nebyly tedy značně přijaty pro organickou syntézu.

(15)

IntraCPAlt2.png

Experimentální podmínky a postup

Typické podmínky

Při zacházení s diazo sloučeninami, které jsou toxické a potenciálně výbušné, je třeba věnovat velkou pozornost. Reakce by měly být prováděny v dobře větraném digestoři za ochranným štítem.

Komplexy karboxylátu rhodia jsou snadno připravitelné a neomezeně stabilní na vzduchu. Dimerizace karbenu je významným problémem v těchto reakcích, ale lze ji překonat pomalým přidáváním diazosloučeniny nebo použitím velkého přebytku alkenu. Reakce se obvykle provádí v inertní atmosféře v bezvodých podmínkách a nejběžnějším použitým rozpouštědlem je dichlormethan. Enantioselektivita asymetrických cyklopropanací však může hluboce záviset na rozpouštědle.[28]

Příklad postupu[9]

(16)

IntraCPEx.png

Směs styrenu (44,2 g, 424 mmol) a Rh2(S-DOSP)4 (1,58 g, 0,85 mmol) v pentanu (350 ml) se míchá při -78 ° pod atmosférou argonu. K tomuto roztoku byl přidán methyl (E) -2-diazo-4-fenyl-3-butenoát (17,2 g, 84,8 mmol) v pentanu (0,12 M) po dobu 30 minut a reakční směs se poté 24 hodin míchá při -78 ° C. Směs byla poté zahuštěna ve vakuua zbytek se čistí na oxidu křemičitém za použití etheru / petroletheru (0: 100 až 10:90) jako eluentu, čímž se získá (1S,2S) -methyl 2β-fenyl-1β- [2- (Z) -styryl] cyklopropan-la-karboxylát (16,05 g, 68%) jako bílá pevná látka (t.t. 57-60 °; 98% ee); IR (CHCI3) 3110, 3090, 3060, 2980, 2950, ​​2880, 1735 cm – 1; 11H NMR (148) (CDCI3) 1,85 (dd, J = 7,3, 5,1 Hz, 1 H), 2,05 (dd, J = 9,1, 5,1 Hz, 1 H), 3,04 (dd, J = 9,1, 7,3 Hz, 1 H), 3,77 (s, 3H), 6,15 (d, J = 15,9, 1 H), 6,37, (d, J = 15,9 Hz, 1 H), 7,12 - 7,28 (m, 10 H); 13C NMR (CDCI3) 18,5, 33,2, 34,9, 52,3, 124,0, 126,1, 126,7, 127,2, 127,9, 128,3, 129,0, 133,0, 135,4, 137,0, 174,1; [a] 25D - 166 ° (c 1,1, CHCI3); Anální. Vypoč. pro C.19H18Ó2C: 81,99; H, 6,52. Nalezeno: C, 81,74; H, 6,53.

Reference

  1. ^ Davies, H. M. L .; Antoulinakis, E. G. Org. Reagovat. 2001, 57, 1. doi:10.1002 / 0471264180.nebo057.01
  2. ^ Burke, S. D .; Grieco, P. A. Org. Reagovat. 1979, 26, 361.
  3. ^ Singh, V. K .; Arpita, D .; Sekar, G. Syntéza 1997, 137.
  4. ^ Doyle, M. P. Acc. Chem. Res. 1986, 19, 348.
  5. ^ Doyle, M. P .; McKervey, M. A .; Ye, T. In Moderní katalytické metody pro organickou syntézu s diazolovými sloučeninami: od cyklopropanů po ylidy; Wiley: New York, 1998, s. 163-220.
  6. ^ Doyle, M. P. Chem. Rev. 1986, 86, 919.
  7. ^ Doyle, M. P .; Griffin, J. H .; Bagheri, V .; Dorow, R. L. Organometallics 1984, 3, 53.
  8. ^ Davies, H. M. L. Curr. Org. Chem. 1998, 2, 463.
  9. ^ A b Davies, H. M. L .; Bruzinski, P. R .; Lake, D. H .; Kong, N .; Fall, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6897.
  10. ^ Davies, H. M. L .; Huby, N. J. S .; Cantrell, W. R., Jr.; Olive, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9468.
  11. ^ Dave, V .; Warnhoff, E. Org. Reagovat. 1970, 18, 217.
  12. ^ Dosud.; McKervey, M. Chem. Rev. 1994, 94, 1091.
  13. ^ Maas, G. Horní. Curr. Chem. 1987, 137, 75.
  14. ^ Doyle, M .; Dorow, R .; Buhro, W .; Griffin, J .; Tamblyn, W .; Trudell, M. Organometallics 1984, 3, 44.
  15. ^ Doyle, M .; Bagheri, V .; Wandless, T .; Harn, N. K.; Brinker, D. A .; Eagle, C .; Loh, K. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1906.
  16. ^ Pirrung, M. C .; Zhang, J .; Lackey, K .; Sternbach, D. D .; Brown, F. J. Org. Chem. 1995, 60, 2112.
  17. ^ Peace, B. W .; Wulfman, D. S. Syntéza 1973, 137.
  18. ^ Davies, H. M. L .; Clark, T. J .; Church, L. A. Tetrahedron Lett. 1989, 30, 5057.
  19. ^ Davies, H .; Smith, H .; Korkor, O. Tetrahedron Lett. 1987, 28, 1853.
  20. ^ Doyle, M .; Dorow, R .; Tamblyn, W .; Buhro, W. Tetrahedron Lett. 1982, 23, 2261.
  21. ^ Wenkert, E. In Nové trendy v chemii přírodních produktů, studie v organické chemii; Rahman, A., Quesne, P. W., Eds .; Elsevier: Amsterdam, 1986; Sv. 26, str. 557–563
  22. ^ Davies, H. M. L .; Huby, N. J. S. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 6935.
  23. ^ Aratani, T. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 1839.
  24. ^ Leblanc, Y .; Fitzsimmons, B. J .; Adams, J .; Perez, F .; Rokach, J. J. Org. Chem. 1986, 51, 789.
  25. ^ Denmark, S.E .; O'Connor, S. P. J. Org. Chem. 1997, 62, 3390.
  26. ^ Motherwell, W. B .; Roberts, L. R. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992, 1582.
  27. ^ De Meijere, A .; Schulz, T. J .; Kostikov, R. R .; Graupner, F .; Murr, T .; Bielfeldt, T. Syntéza 1991, 547.
  28. ^ Doyle, M. P .; Zhou, Q.-L .; Charnsangavej, C .; Longoria, M. A .; McKervey, M. A .; Garcia, C. F. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 4129.