Michaelova reakce - Michael reaction

The Michaelova reakce nebo Michael navíc je nukleofilní adice a karbanion nebo jiný nukleofil[1][2] do a, p-nenasycená karbonylová sloučenina obsahující skupina pro výběr elektronů. Patří do větší třídy konjugované dodatky. Toto je jedna z nejužitečnějších metod pro mírnou tvorbu vazeb C – C.[3] Mnoho asymetrický existují varianty.[4][5]

Michaelova reakce: obecný mechanismus

V tomto schématu jsou R a R 'na nukleofil (dále jen Michael dárce) představují výběr elektronů substituenty jako acyl a kyano skupiny, které tvoří sousední methylen vodík kyselé dost, aby vytvořil karbanion, když reagoval s základna, B:. Substituent R "na aktivovaném alken, také nazývaný a Michael akceptor, je obvykle a keton, což činí sloučeninu an enone, ale může to být také a nitro skupina nebo sulfonylfluorid.

Definice

Jak původně definoval Arthur Michael,[6][7] reakcí je přidání an izolovat ketonu nebo aldehydu na a, p-nenasycenou karbonylovou sloučeninu na p uhlíku. Novější definice, kterou navrhl Kohler,[8] je 1,4-přidání dvojnásobně stabilizovaného uhlíkového nukleofilu k a, p-nenasycené karbonylové sloučenině. Některé příklady nukleofilů zahrnují beta-ketoestery, malonáty a beta-kyanoestery. Výsledný produkt obsahuje velmi užitečný 1,5-dioxygenovaný vzor.

Klasickými příklady Michaelovy reakce jsou reakce mezi diethyl malonát (Michael donor) a diethyl fumarát (Michael akceptor),[9] to z mesityloxid a diethyl malonát,[10] to diethyl malonátu a methyl krotonát,[11] to z 2-nitropropan a methylakrylát,[12] to z ethylfenylkyanoacetát a akrylonitril[13] a to z nitropropan a methylvinylketon.[14]

Michaelův doplněk je důležitý atomově úsporné metoda pro diastereoselektivní a enantioselektivní Tvorba vazeb C – C. Klasika tandem posloupnost přídavků Michaela a Aldola je Robinsonova anulace.

Někteří autoři rozšířili definici Michaelova přídavku tak, aby v podstatě odkazoval na jakoukoli 1,4-adiční reakci α, β-nenasycených karbonylových sloučenin. Jiní však trvají na tom, že takové použití je zneužitím terminologie, a omezují Michaelovo přidání na tvorbu vazeb uhlík-uhlík přidáním uhlíkových nukleofilů. Podmínky oxa-Michaelova reakce a reakce aza-Michaela byly použity k označení 1,4-přidání kyslíku a dusíku nukleofilů.

Mechanismus

V mechanismus reakce, tady je 1 (s R an alkoxy skupina) jako nukleofil:[3]

Michalův mechanismus reakce

Deprotonace z 1 základnou vede k karbanion 2 stabilizovaný svými skupinami odebírajícími elektrony. Struktury 2a až 2c jsou tři rezonanční struktury které lze nakreslit pro tento druh, z nichž dva mají izolovat ionty. Tento nukleofil reaguje s elektrofilním alkenem 3 tvořit 4 v konjugovaná adiční reakce. Abstrakce protonů z protonované báze (nebo rozpouštědla) enolátem 4 na 5 je poslední krok.

V průběhu reakce dominují spíše orbitální než elektrostatické úvahy. The HOMO stabilizovaný enoláty má velký koeficient na centrálním atomu uhlíku, zatímco LUMO mnoha alfa, beta nenasycených karbonylových sloučenin má velký koeficient na beta uhlíku. Lze tedy uvažovat o obou reaktantech měkký. Tyto polarizované hraniční orbitaly mají podobnou energii a účinně reagují za vzniku nové vazby uhlík-uhlík.

Jako přidání aldolu, reakce Michaela může pokračovat prostřednictvím enol, silyl enol ether v Doplněk Mukaiyama – Michael, nebo častěji, izolovat nukleofil. V druhém případě je stabilizovanou karbonylovou sloučeninou deprotonovaný se silným základem (tvrdé enolizace) nebo s a Lewisova kyselina a slabá báze (měkká enolizace). Výsledný enolát útočí na aktivovaný olefin s 1,4-regioselektivita, tvořící vazbu uhlík-uhlík. To také přenáší enolát na elektrofil. Protože elektrofil je mnohem méně kyselý než nukleofil, rychlý přenos protonů obvykle přenáší enolát zpět do nukleofilu, pokud je produkt enolizovatelný; lze však využít nového lokusu nukleofility, pokud je vhodný elektrofil přívěsek. V závislosti na relativních kyselinách nukleofilu a produktu může dojít k reakci katalytické v základně. Ve většině případů je reakce nevratný při nízké teplotě.

Asymetrická Michaelova reakce

V posledních letech[když? ] vědci se snažili rozšířit rozsah asymetrický Michaelovy dodatky. Nejběžnější metody zahrnují chirální katalýza fázového přenosu, například asymetrické kvartérní amonné soli odvozeno z Cinchona alkaloidy; nebo organokatalýza, který používá enamin nebo iminium aktivace chirálními sekundárními aminy, obvykle odvozenými od prolin.[15]

V reakci mezi cyklohexanon a β-nitrostyren jak je načrtnuto níže, je bazický prolin derivatizován a pracuje ve spojení s kyselinou protickou, jako je p-toluensulfonová kyselina:[16]

Michaelova reakce asymetrická

Syn přidání je zvýhodněný s 99% ee. V přechodový stav věřil být zodpovědný za tuto selektivitu, enamin (vytvořený mezi prolinovým dusíkem a cykloketonem) a β-nitrostyren jsou tváří v tvář s nitro skupina vodíkovou vazbou k protonovanému aminu ve skupině prolinové strany.

Asymetrický Michaelův přechodový stav

Známou Michaelovou reakcí je syntéza warfarin z 4-hydroxykumarin a benzylidenaceton poprvé nahlášeno Linkem v roce 1944:[17]

Syntéza warfarinu

Několik asymetrických verzí této reakce existuje za použití chirálních katalyzátorů.[18][19][20][21][22][23]

Doplněk Mukaiyama – Michael

V Doplněk Mukaiyama – Michael nukleofil je a silyl enol ether a katalyzátor obvykle chlorid titaničitý:[24][25]

Doplněk Mukaiyama – Michael

Dějiny

Výzkum provedený Arthurem Michaelem v roce 1887 v Tufts University byl podnícen publikací Conrada a Kuthzeita z roku 1884 o reakci ethyl 2,3-dibrompropionát s diethyl sodiomalonát formování a cyklopropan derivát[26] (nyní se uznává, že zahrnuje dvě po sobě jdoucí substituční reakce).

Michaelova reakce Conrad Guthzeit srovnání.svg

Michaelovi se podařilo získat stejný produkt nahrazením propionátu Ethylester kyseliny 2-bromakrylové a uvědomil si, že tato reakce může fungovat pouze za předpokladu adiční reakce na dvojnou vazbu akrylová kyselina. Poté tento předpoklad potvrdil reakcí diethyl malonát a ethylester z kyselina skořicová vytvoření prvního Michaelova aduktu:[27]

Původní reakce Michaela z roku 1887

Ve stejném roce Rainer Ludwig Claisen uplatnil přednost pro vynález.[28] On a T. Komnenos pozorovali adiční produkty na dvojné vazby jako vedlejší produkty dříve v roce 1883, zatímco zkoumali kondenzační reakce kyselina mallonová s aldehydy.[29] Podle životopisce Takašiho Tokoroyamy však toto tvrzení není opodstatněné.[27]

Reference

  1. ^ Little, R. D .; Masjedizadeh, M. R .; Wallquist, O .; McLoughlin, J. I. (1995). „Intramolekulární Michaelova reakce“. Org. Reagovat. 47. 315–552. doi:10.1002 / 0471264180.nebo 047.02. ISBN  978-0-471-26418-7.
  2. ^ Mather, B .; Viswanathan, K .; Miller, K .; Long, T. (2006). „Michaelovy adiční reakce v makromolekulárním designu pro vznikající technologie“. Pokrok ve vědě o polymerech. 31 (5): 487–531. doi:10.1016 / j.progpolymsci.2006.03.001.
  3. ^ A b Michalův doplněk | PharmaXChange.info
  4. ^ Hunt, já „Kapitola 18: Enols a Enolates - reakce Michaelova sčítání“. University of Calgary.
  5. ^ Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart; Bratře, Petere (2001). Organická chemie (1. vyd.). Oxford University Press. ISBN  978-0-19-850346-0.
  6. ^ Michael, A. (1887). „Ueber die Addition von Natriumacetessig- und Natriummalonsäureäthern zu den Aethern ungesättigter Säuren“ [O přidání esterů kyseliny acetoctové a sodné s kyselinou malonovou k esterům nenasycených kyselin]. Journal für Praktische Chemie. 2. série. 35: 349–356. doi:10.1002 / prac.18870350136.
  7. ^ Michael, A. (1894). „Ueber die Addition von Natriumacetessig- und Natriummalonsäureäther zu den Aethern ungesättigter Säuren“ [O přidání esterů kyseliny acetoctové a sodné s kyselinou malonovou k esterům nenasycených kyselin]. Journal für Praktische Chemie. 2. série. 49: 20–25. doi:10.1002 / prac.18940490103.
  8. ^ Kohler. J. Am. Chem. Soc., 1907, 37, 385; tamtéž, 1935, 57, 1316.
  9. ^ Clarke, H. T .; Murray, T. F. (1941). „Tetraethylester kyseliny 1,1,2,3-propanetetrakarboxylové“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 1, str. 272
  10. ^ Shriner, R.L .; Todd, H. R. (1943). „1,3-cyklohexandion, 5,5-dimethyl-“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 2, str. 200
  11. ^ James Cason (1963). „anhydrid β-methylglutarové kyseliny“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 4, str. 630
  12. ^ Moffett, R. B. (1963). "Methyl γ-Methyl-γ-nitrovalerát". Organické syntézy.; Kolektivní objem, 4, str. 652
  13. ^ Horning, E. C .; Finelli, A. F. (1963). „α-fenyl-α-karbethoxyglutaronitril“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 4, str. 776
  14. ^ McMurry, J. E .; Melton, J. (1988). "Konverze nitro na karbonyl ozonolýzou nitronátů: 2,5-heptandion". Organické syntézy.; Kolektivní objem, 6, str. 648
  15. ^ Reyes, E .; Uria, U .; Vicario, J. L .; Carrillo, L. (2016). Katalytická, enantioselektivní Michaelova reakce. Organické reakce. 90. s. 1–898. doi:10.1002 / 0471264180.nebo090.01. ISBN  9780471264187.
  16. ^ Pansare, S. V .; Pandya, K. (2006). „Jednoduché katalyzátory na bázi diaminových a triaminových protonových kyselin pro enantioselektivní Michaelovo přidání cyklických ketonů k nitroalkenům“. Journal of the American Chemical Society. 128 (30): 9624–9625. doi:10.1021 / ja062701n. PMID  16866504.
  17. ^ Ikawa, M .; Stahmann, M. A .; Link, K. P. (1944). „Studie na 4-hydroxykumarinech. V. Kondenzace α, β-nenasycených ketonů pomocí 4-hydroxykumarinu“. Journal of the American Chemical Society. 66 (6): 902. doi:10.1021 / ja01234a019.
  18. ^ Halland, N .; Hansen, T .; Jørgensen, K. (2003). „Organokatalytická asymetrická Michaelova reakce cyklických 1,3-dikarbonylových sloučenin a α, β-nenasycených ketonů - vysoce atomově ekonomická katalytická jednostupňová tvorba opticky aktivního antikoagulancia warfarinu“. Angewandte Chemie. 42 (40): 4955–4957. doi:10.1002 / anie.200352136. PMID  14579449.
  19. ^ Kim, H .; Yen, C .; Preston, P .; Chin, J. (2006). "Stereoselektivita zaměřená na substrát ve vicinální diaminem katalyzované syntéze warfarinu". Organické dopisy. 8 (23): 5239–5242. doi:10.1021 / ol062000v. PMID  17078687.
  20. ^ Xie, J .; Yue, L .; Chen, W .; Du, W .; Zhu, J .; Deng, J .; Chen, Y. (2007). „Vysoce enantioselektivní Michaelovo přidání cyklických 1,3-dikarbonylových sloučenin k α, β-nenasyceným ketonům“. Organické dopisy. 9 (3): 413–415. doi:10.1021 / ol062718a. PMID  17249775.
  21. ^ Kristensen, T. E .; Vestli, K .; Hansen, F. K.; Hansen, T. (2009). „Nové primární aminové organokatalyzátory odvozené od fenylglycinu pro přípravu opticky aktivního warfarinu“. European Journal of Organic Chemistry. 2009 (30): 5185. doi:10.1002 / ejoc.200900664.
  22. ^ Dong, Z .; Wang, L .; Chen, X .; Liu, X .; Lin, L .; Feng, X. (2009). „Organocatalytic Enantioselective Michael Add of 4-Hydroxykumarin to α, β-Nenasycené ketony: Jednoduchá syntéza warfarinu“. European Journal of Organic Chemistry. 2009 (30): 5192. doi:10.1002 / ejoc.200900831.
  23. ^ Wong, T. C .; Sultana, C. M .; Vosburg, D. A. (2010). „Zelená enantioselektivní syntéza warfarinu pro vysokoškolskou organickou laboratoř“. Journal of Chemical Education. 87 (2): 194. Bibcode:2010JChEd..87..194W. doi:10,1021 / ed800040m.
  24. ^ Mukaiyama, T. (1977). „Tetrachlorid titaničitý v organické syntéze [Nové syntetické metody (21)]“. Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 16 (12): 817–826. doi:10,1002 / anie.197708171.
  25. ^ Lippert, A. R .; Kaeobamrung, J .; Bode, J. W. (2006). "Syntéza oligosubstituovaných Bullvalones: Shapeshifting Molecules za základních podmínek". Journal of the American Chemical Society. 128 (46): 14738–14739. doi:10.1021 / ja063900 +. PMID  17105247.
  26. ^ Conrad, M .; Guthzeit, M. (1884). „Ueber die Einwirkung von α-β-Dibrompropionsäure auf Malonsäureester“ [O reakci kyseliny 2,3-dibrompropionové s [diethyl] malonovou kyselinou]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 17 (1): 1185–1188. doi:10.1002 / cber.188401701314.
  27. ^ A b Tokoroyama, T. (2010). "Objev Michaelovy reakce". European Journal of Organic Chemistry. 2010 (10): 2009–2016. doi:10.1002 / ejoc.200901130.
  28. ^ Claisen, L. (1887). „Bemerkung über die Addition von Aethylmalonat an Körper mit doppelter Kohlenstoffbindung“ [Pozorování přidání [di] ethylmalonátu k látkám s dvojnou uhlíkovou vazbou]. Journal für Praktische Chemie. 2. série. 35 (1): 413–415. doi:10.1002 / prac.18870350144.
  29. ^ Komnenos, T. (1883). „Ueber die Einwirkung von Fettaldehyden auf Malonsäure und Aetylmalonat“ [O reakci alifatických aldehydů s kyselinou malonovou a [di] ethylmalonátem]. Justnal Liebig's Annalen der Chemie. 218 (2): 145–167. doi:10,1002 / jlac.18832180204.