Johnson – Corey – Chaykovského reakce - Johnson–Corey–Chaykovsky reaction

Johnson-Corey-Chaykovskyho reakce
Pojmenoval podleA. William Johnson
Elias James Corey
Michael Chaykovsky
Typ reakceReakce tvořící prsten
Identifikátory
Portál organické chemiecorey-chaykovsky-reakce

The Johnson – Corey – Chaykovského reakce (někdy označované jako Corey – Chaykovského reakce nebo CCR) je chemická reakce použito v organická chemie pro syntézu epoxidy, aziridiny, a cyklopropany. To bylo objeveno v roce 1961 A. Williamem Johnsonem a významně se vyvinulo E. J. Corey a Michael Chaykovsky. Reakce zahrnuje přidání síry ylid do a keton, aldehyd, já těžím nebo enone k výrobě odpovídajícího tříčlenného kruhu. Reakce je diastereoselektivní zvýhodňování trans náhrada v produktu bez ohledu na počáteční stereochemie. Syntéza epoxidy prostřednictvím této metody slouží jako důležitý retrosyntetický alternativa k tradičnímu epoxidace reakce olefiny.

Johnson – Corey – Chaykovského reakce

Reakce se nejčastěji používá pro epoxidaci pomocí methylen převod, a za tímto účelem byl použit v několika pozoruhodných celkové syntézy (Vidět Syntéza epoxidů níže). Dále jsou podrobně popsány historie, mechanismus, rozsah a enantioselektivní varianty reakce. Bylo publikováno několik recenzí.[1][2][3][4][5]

Dějiny

Původní publikace Johnsona se týkala reakce 9-dimethylsulfoniumfluorenylidu se substituovaným benzaldehyd deriváty. Pokus Wittigova reakce selhal a místo toho byl získán benzalfluorenoxid s tím, že „reakce mezi ylidem síry a benzaldehydy neposkytla benzalfluoreny, jako tomu bylo u fosforu a arsenu.“[6]

První příklad Johnson-Corey-Chaykovského reakce

Následný vývoj (dimethyloxosulfaniumyl) methanidu, (CH3)2SOCH2 a (dimethylsulfaniumyl) methanid, (CH3)2SCH2 (známý jako Corey – Chaykovského reagencie) od Coreyho a Chaykovského, protože účinná činidla pro přenos methylenu zavedla reakci jako součást organického kánonu.[7]

Corey – Chaykovsky Reagent

Mechanismus

The mechanismus reakce protože reakce Johnson – Corey – Chaykovsky se skládá z nukleofilní adice z ylid do karbonyl nebo já těžím skupina. Záporný náboj je přenesen do heteroatom a protože sulfonium kation je dobrý opouštějící skupina je vyloučen a tvoří prsten. V souvisejícím Wittigova reakce, formace mnohem silnější fosfor -kyslík dvojná vazba brání oxirane formace a místo toho olefinace probíhá prostřednictvím 4členného cyklického meziproduktu.[4]

Mechanismus reakce Johnson – Corey – Chaykovsky

The trans diastereoselektivita pozorované výsledky z reverzibility počátečního sčítání, umožňující ekvilibraci s favorizovanými proti betain přes syn betain. Počáteční přidání ylidu vede k betainu se sousedními náboji; hustota funkční teorie výpočty ukázaly, že krok omezující rychlost je rotace centrální vazby do konformeru nezbytná pro útok zezadu na sulfonium.[1]

Selektivita v reakci Johnson – Corey – Chaykovsky

Stupeň reverzibility v počátečním kroku (a tedy diastereoselektivita) závisí na čtyřech faktorech, přičemž větší reverzibilita odpovídá vyšší selektivitě:[1]

  1. Stabilita podkladu s vyšší stabilitou vedoucí k větší reverzibilitě upřednostňováním výchozího materiálu před betainem.
  2. Stabilita ylidu s vyšší stabilitou, což podobně vede k větší reverzibilitě.
  3. Sterická překážka v betainu s větší překážkou vedoucí k větší reverzibilitě znevýhodněním tvorby meziproduktu a zpomalením rychlosti omezující rotace centrální vazby.
  4. Řešení poplatků v betainu podle protiionty jako lithium s větší solvatací umožňující snadnější rotaci v betainovém meziproduktu, což snižuje míru reverzibility.

Rozsah

Aplikace Johnson-Corey-Chaykovského reakce v organické syntéze je různorodá. Tato reakce zahrnuje reakce mnoha typů ylidů síry s elektrofily daleko za původní publikace. To viděl použití v řadě vysoce postavených celkových syntéz, jak je podrobně popsáno níže, a je obecně uznáván jako silný transformační nástroj v organickém repertoáru.

Druhy ylidů

Obecná forma použitého ylidového činidla

Mnoho typů ylidů může být připraveno s různými funkčními skupinami jak na aniontovém uhlíkovém centru, tak na síře. Substituční vzor může ovlivnit snadnost přípravy reagencií (typicky ze sulfoniumhalogenidu, např. trimethylsulfonium jodid ) a celkovou reakční rychlostí různými způsoby. Obecný formát činidla je uveden vpravo.[1]

Použití sulfoxonia umožňuje snadnější přípravu činidla s použitím slabších bází ve srovnání se sulfoniumylidy. (Rozdíl spočívá v tom, že sulfoxonium obsahuje dvojnásobně vázaný kyslík, zatímco sulfonium ne.) První reagují pomaleji kvůli své zvýšené stabilitě. Kromě toho dialkylsulfoxid vedlejší produkty sulfoxoniových činidel jsou velmi výhodné před výrazně toxičtějšími, těkavějšími a páchnoucími dialkylsulfid vedlejší produkty ze sulfoniových činidel.[1]

Drtivá většina činidel je monosubstituována na ylidovém uhlíku (buď R1 nebo R.2 jako vodík). Disubstituovaná činidla jsou mnohem vzácnější, ale byla popsána:[1]

  1. Pokud je ylidový uhlík substituován skupina pro výběr elektronů (EWG) se činidlo označuje jako a stabilizovaný ylid. Ty, podobně jako sulfoxoniová činidla, reagují mnohem pomaleji a obvykle se snáze připravují. Jejich užitečnost je omezená, protože reakce může být neúměrně pomalá: zahrnují příklady amidy jsou velmi rozšířené a je jich mnohem méně estery a prakticky žádné příklady zahrnující jiné EWG. U nich související Darzensova reakce je obvykle vhodnější.
  2. Pokud je ylidový uhlík substituován aryl nebo allyl skupina se činidlo označuje jako a polostabilizovaný ylid. Ty byly vyvinuty rozsáhle, na druhém místě za klasikou methylen činidla (R.1= R.2= H). Substituční vzor na arylových činidlech může silně ovlivnit selektivitu reakce podle výše uvedených kritérií.
  3. Pokud je ylidový uhlík substituován alkylovou skupinou, je činidlo označováno jako nestabilizovaný ylid. Velikost alkylových skupin jsou hlavními faktory selektivity s těmito činidly.

R-skupiny na síře, i když obvykle methyly, byly použity k syntéze činidel, která mohou fungovat enantioselektivní varianty reakce (viz varianty níže). Může také ovlivnit velikost skupin diastereoselektivita v alicyklický substráty.[1]

Syntéza epoxidů

Reakce ylidů síry s ketony a aldehydy tvořit epoxidy jsou zdaleka nejčastější aplikací Johnson-Corey-Chaykovského reakce. Byly popsány příklady zahrnující složité substráty a „exotické“ ylidy, jak je uvedeno níže.[8][9]

Příklad 1 epoxidace s CCR
Příklad 1 epoxidace s CCR

Reakce byla použita v řadě pozoruhodných celkových syntéz, včetně Celková syntéza Danishefsky Taxol, který vyrábí chemoterapeutické lék taxol a Celková syntéza Kuehne Strychnin který produkuje pesticid strychnin.[10][11]

Krok CCR syntézy taxolu
Krok CCR syntézy strychninu

Syntéza aziridinů

Syntéza aziridiny z iminy je další důležitá aplikace Johnson-Corey-Chaykovského reakce a poskytuje alternativu k amin převod z oxaziridiny. I když je reakce méně rozšířená, má podobný rozsah substrátu a funkční skupina tolerance k karbonylovému ekvivalentu. Níže uvedené příklady jsou reprezentativní; v druhém případě se tvoří aziridin in situ a otevírá se prostřednictvím nukleofilní útok vytvořit odpovídající amin.[3][8]

Aziridace s Johnson-Corey-Chaykovského reakcí

Syntéza cyklopropanů

Pro přidání sírových ylidů do enonů, vyšší 1,4-selektivita se obvykle získává se sulfoxoniovými činidly než se sulfoniovými činidly. Ukázalo se, že mnoho skupin přitahujících elektrony je kompatibilní s reakcí včetně ketony, estery, a amidy (níže uvedený příklad zahrnuje a Weinreb amide ). U dalších konjugovaných systémů má přidání 1,6 tendenci převažovat nad přidáním 1,4.[3][8]

Cyklopropanace s Johnson-Corey-Chaykovského reakcí

Další reakce

Kromě reakcí původně uváděných Johnsonem, Coreym a Chaykovským se ylidy síry používají pro řadu souvisejících homologační reakce které mají tendenci být seskupeny pod stejným názvem.

  • S epoxidy a aziridiny reakce slouží jako kruhová expanze za vzniku odpovídajícího oxetan nebo azetidin. Dlouhé reakční doby potřebné pro tyto reakce zabraňují jejich významnému výskytu vedlejší reakce při syntéze epoxidů a aziridinů.[8]
Syntéza oxetanu a azitidinu s Johnson-Corey-Chaykovského reakcí
[4 + 1] cykloadice s Corey – Chaykovského činidlem
Živá polymerace s Johnson-Corey-Chaykovského reakcí

Enantioselektivní variace

Rozvoj enantioselektivní (tj. výtěžek enantiomerní přebytek, která je označována jako „ee“), varianta Johnson – Corey – Chaykovského reakce zůstává aktivní oblastí akademického výzkumu. Použití chirální sulfidy v a stechiometrický móda se ukázala úspěšnější než odpovídající katalytické varianty, ale rozsah substrátu je ve všech případech stále omezený. Katalytické varianty byly vyvinuty téměř výlučně pro enantioselektivní účely; typická organosulfidová činidla nejsou neúměrně nákladná a racemické reakce mohou být prováděny s ekvimolárním množstvím ylidu bez významného zvýšení nákladů. Chirální sulfidy jsou naproti tomu nákladnější na přípravu, což urychluje pokrok v katalytických enantioselektivních metodách.[2]

Stechiometrická činidla

Níže jsou uvedena nejúspěšnější činidla použitá stechiometrickým způsobem. První je a bicyklické oxathian, který se používá při syntéze p-adrenergní sloučeniny dichloroisoproterenol (DCI), ale je omezena dostupností pouze jednoho enantiomeru činidla. Syntéza axiální diastereomer je racionalizován pomocí 1,3-anomerní účinek což snižuje nukleofilitu rovníkový osamělý pár. The konformace ylidu je omezeno transanulární kmen a přístup aldehydu je omezen na jednu stranu ylidu stérickými interakcemi s methylovými substituenty.[2]

chirální oxathianové činidlo pro Johnson – Corey – Chaykovského reakci

Dalším hlavním činidlem je a kafr -odvozené činidlo vyvinuté Varinder Aggarwal z University of Bristol. Oba enantiomery jsou snadno syntetizovatelné, i když výtěžky jsou nižší než u oxathianového činidla. Konstrukce ylidu je určena interakcí s předmostí vodíky a přístup aldehydu je blokován kafrem skupina. Reakce využívá a fosfazen základ pro podporu tvorby ylidu.[2]

chirální činidlo odvozené od kafru pro Johnson-Corey-Chaykovského reakci

Katalytická činidla

Katalytická činidla byla méně úspěšná, přičemž většina variant trpěla špatným výtěžkem, špatnou enantioselektivitou nebo obojím. Existují také problémy s rozsahem substrátu, většina z nich má omezení s přenosem methylenu a alifatický aldehydy. Potíže pramení z potřeby a nukleofilní sulfid, který účinně generuje ylid, který může také působit jako dobrý opouštějící skupina za vzniku epoxidu. Protože faktory, které jsou základem těchto desiderat, jsou v rozporu, vyladění vlastností katalyzátoru se ukázalo jako obtížné. Níže je uvedeno několik nejúspěšnějších katalyzátorů spolu s výtěžky a enantiomerním přebytkem pro jejich použití při syntéze (E) -stilben kysličník.[2]

chirální katalyzátory pro Johnson-Corey-Chaykovského reakci

Aggarwal vyvinul alternativní metodu využívající stejný sulfid jako výše a novou alkylaci zahrnující a rhodium karbenoid vytvořen in situ. Metoda má také omezený rozsah substrátu, pro všechny selhává elektrofily vlastnit bazické substituenty v důsledku konkurenceschopná spotřeba karbenoidu.[2]

chirální katalyzátor s alkylací karbenoidů pro Johnson-Corey-Chaykovského reakci

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G Aggarwal, V. K .; Richardson, J. (2003). „Složitost katalýzy: počátky enantio- a diastereokontroly v epoxidačních reakcích zprostředkovaných ylidem síry“. Chemická komunikace (21): 2644. doi:10,1039 / b304625g. PMID  14649793.
  2. ^ A b C d E F Aggarwal, V. K .; Winn, C. L. (2004). "Katalytická, asymetrická sirná ylidem zprostředkovaná epoxidace karbonylových sloučenin: rozsah, selektivita a aplikace při syntéze". Účty chemického výzkumu. 37 (8): 611–620. doi:10.1021 / ar030045f. PMID  15311960.
  3. ^ A b C Gololobov, Y. G .; Nesmeyanov, A. N .; lysenko, V. P .; Boldeskul, I. E. (1987). „Dvacet pět let dimethylsulfoxonium ethylidu (Coreyho činidlo)“. Čtyřstěn. 43 (12): 2609–2651. doi:10.1016 / s0040-4020 (01) 86869-1.
  4. ^ A b Li, A.-H .; Dai, L.-X .; Aggarwal, V. K. (1997). „Asymetrické reakce Ylide: epoxidace, cyklopropanace, aziridace, olefinace a přesmyk“. Chemické recenze. 97 (6): 2341–2372. doi:10.1021 / cr960411r. PMID  11848902.
  5. ^ McGarrigle, E. M .; Myers, E. L .; Illa, O .; Shaw, M. A .; Riches, S.L .; Aggarwal, V. K. (2007). "Chalkogenidy jako organokatalyzátory". Chemické recenze. 107 (12): 5841–5883. doi:10.1021 / cr068402y. PMID  18072810.
  6. ^ Johnson, A.W .; LaCount, R.B. (1961). „The Chemistry of Ylids. VI. Dimethylsulfonium Fluorenylide - A Syntéza epoxidů“. J. Am. Chem. Soc. 83 (2): 417–423. doi:10.1021 / ja01463a040.
  7. ^ Corey, E. J.; Chaykovsky, M. (1965). „Dimethyloxosulfonium methylide ((CH3)2SOCH2) a dimethylsulfoniummethylid ((CH3)2SCH2). Tvorba a aplikace na organickou syntézu “. J. Am. Chem. Soc. 87 (6): 1353–1364. doi:10.1021 / ja01084a034.
  8. ^ A b C d E Li, Jack Jie (2005). Pojmenované reakce v heterocyklické chemii. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., s. 2–14. ISBN  9780471704140.
  9. ^ Mundy, Bradford, P .; Ellerd, Michael D .; Favaloro, Frank G. Jr. (2005). Pojmenujte reakce a činidla v organické chemii (2. vyd.). Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., str. 174–175, 743. ISBN  9780471739869.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  10. ^ Danishefsky, S. J .; Masters, J. J .; Young, W. B .; Link, J. T .; Snyder, L. B .; Magee, T. V .; Jung, D. K .; Isaacs, R. C. A .; Bornmann, W. G .; Alaimo, C. A .; Coburn, C. A .; Di Grandi, M. J. (1996). "Celková syntéza baccatinu III a taxolu". Journal of the American Chemical Society. 118 (12): 2843–2859. doi:10.1021 / ja952692a.
  11. ^ Kuehne, M. E.; Xu, F. (1993). "Celková syntéza strychnanu a aspidospermatanových alkaloidů. 3. Celková syntéza (. + -.) - strychninu". The Journal of Organic Chemistry. 58 (26): 7490–7497. doi:10.1021 / jo00078a030.
  12. ^ Luo, J .; Shea, K. J. (2010). "Polyhomologace. Živá polymerizace C1". Účty chemického výzkumu. 43 (11): 1420–1433. doi:10.1021 / ar100062a. PMID  20825177.

externí odkazy