Nazarovova cyklizační reakce - Nazarov cyclization reaction
Nazarovova cyklizace | |
---|---|
Pojmenoval podle | Ivan Nikolaevič Nazarov |
Typ reakce | Reakce tvořící prsten |
Identifikátory | |
Portál organické chemie | nazarovova cyklizace |
RSC ontologické ID | RXNO: 0000209 |
The Nazarovova cyklizační reakce (často označované jako jednoduše Nazarovova cyklizace) je chemická reakce použito v organická chemie pro syntézu cyklopentenony. Reakce se obvykle dělí na klasický a moderní varianty, v závislosti na činidla a substráty zaměstnán. To bylo původně objeveno Ivan Nikolaevič Nazarov (1906–1957) v roce 1941 při studiu přeskupení allylvinylketonů.[1]
Jak bylo původně popsáno, Nazarovova cyklizace zahrnuje aktivaci a divinylketon používat stechiometrický Lewisova kyselina nebo kyselina protická promotér. Klíčový krok reakčního mechanismu zahrnuje a kationtový 4π-elektrocyklické uzavření kruhu který tvoří produkt cyklopentenonu (viz Mechanismus níže). Jak byla vyvinuta reakce, varianty zahrnující substráty jiné než divinylketony a promotory jiné než Lewisovy kyseliny byly zahrnuty pod názvem Nazarovova cyklizace za předpokladu, že sledují podobnou mechanická cesta.
Úspěch Nazarovovy cyklizace jako nástroje v organické syntéze pramení z užitečnosti a všudypřítomnosti cyklopentenony jako oba motivy v přírodní produkty (počítaje v to jasmón, aflatoxiny a podtřída prostaglandiny ) a jako užitečné syntetické meziprodukty pro celková syntéza. Reakce byla použita v několika celkových syntézách a bylo publikováno několik recenzí.[2][3][4][5][6][7]
Mechanismus
Mechanismus klasické Nazarovovy cyklické reakce byl poprvé experimentálně demonstrován Shoppe být intramolekulární elektrocyklizace a je uvedeno níže. Aktivace keton kyselým katalyzátorem generuje a pentadienyl kation, který prochází tepelně povoleným 4π zdrcující elektrocyklizace podle pokynů Vládne Woodward-Hoffman. Tím se vygeneruje oxyallylový kation který prochází eliminační reakce ztratit β-vodík. Následující tautomerizace z izolovat vyrábí produkt cyklopentenon.[8][9]
Jak je uvedeno výše, jsou známy varianty, které se odchylují od této šablony; to, co zvláště označuje Nazarovovu cyklizaci, je generace pentadienylu kation následuje elektrocyklické uzavření kruhu na oxyallylový kation. K dosažení této transformace musí být molekula v s-trans / s-trans konformace, umístění vinyl skupiny ve vhodné orientaci. Sklon systému vstoupit do této konformace dramaticky ovlivňuje rychlost reakce s alfa-substituovanými substráty, které mají zvýšenou požadovanou populaci konformátor kvůli allylový kmen. Koordinace α-substituentu darujícího elektrony katalyzátorem může také zvýšit reakční rychlost vynucením této konformace.[2]
Podobně β-substituce směřující dovnitř omezuje s-trans konformaci tak silně, že E-Z izomerizace Bylo prokázáno, že se vyskytuje před cyklizací na široké škále substrátů, čímž se získá transcyklopentenon bez ohledu na počáteční konfiguraci. Takto je Nazarovova cyklizace vzácným příkladem a stereoselektivní pericyklická reakce, zatímco většina elektrocyklizace jsou stereospecifické. Následující příklad používá triethylsilylhydrid zachytit oxyallylový kation tak, aby nedocházelo k jeho eliminaci.[2] (Vidět Přerušené cyklizace níže)
Podél téže žíly allenylvinylketony typu, který intenzivně studoval Marcus Tius z University of Hawaii ukazují dramatické zrychlení rychlosti v důsledku odstranění p-vodíků, čímž se odstraňuje velké množství sterického kmene v s-cis konformeru.[6]
Klasické Nazarovovy cyklizace
Ačkoli cyklizace podle obecné šablony výše byla pozorována před zapojením Nazarova, byla to jeho studie přeskupení allyl vinylu ketony která znamenala první hlavní zkoumání tohoto procesu. Nazarov správně usoudil, že allylický olefin izomerizováno in situ za vzniku divinylketonu před uzavřením kruhu k produktu cyklopentenonu. Reakce uvedená níže zahrnuje alkyn oxymerkurační reakce generovat potřebný keton.[10]
Výzkum zahrnující reakci byl v následujících letech relativně tichý, až do poloviny 80. let, kdy bylo publikováno několik syntéz využívajících Nazarovovu cyklizaci. Níže jsou uvedeny klíčové kroky v syntéze trichodienu a nor-sterepolidu, o nichž se předpokládá, že probíhají neobvyklým způsobem alkyn -Allene izomerace, která generuje divinylketon.[11][12]
Nedostatky
Klasická verze Nazarovovy cyklizace trpí několika nevýhodami, které se moderní varianty snaží obejít. První dva nejsou zřejmé ze samotného mechanismu, ale svědčí o překážkách cyklizace; poslední tři pramení z otázek selektivity souvisejících s eliminací a protonací meziproduktu.[2]
- Pro reakci jsou obvykle nutné silné Lewisovy nebo protické kyseliny (např. TiCl4, BF3, MeSO3H ). Tyto promotory nejsou kompatibilní s citlivými funkčními skupinami, což omezuje rozsah substrátu.
- Přes mechanickou možnost katalýza, více ekvivalenty promotoru je často zapotřebí k provedení reakce. To omezuje atomová ekonomika reakce.
- Krok eliminace není regioselektivní; pokud je k dispozici více β-vodíků pro eliminaci, jsou různé produkty často pozorovány jako směsi. To je z hlediska efektivity velmi nežádoucí jako náročné oddělení je obvykle vyžadováno.
- Eliminace ničí potenciál stereocentrum, což snižuje potenciální užitečnost reakce.
- Protonace enolátu někdy není stereoselektivní, což znamená, že produkty mohou být vytvořeny jako směsi epimery.
Moderní varianty
Výše uvedené nedostatky omezují užitečnost Nazarovovy cyklické reakce v její kanonické podobě. Úpravy reakce zaměřené na nápravu jejích problémů však zůstávají aktivní oblastí akademický výzkum. Výzkum se zejména zaměřil na několik klíčových oblastí: vykreslení reakce katalytické v promotoru, čímž se reakce zlepší mírnějšími promotory funkční skupina tolerance, směrování regioselektivita eliminačního kroku a celkové zlepšení stereoselektivita. Ty byly v různé míře úspěšné.
Navíc se modifikace zaměřily na změnu postupu reakce, a to buď generováním pentadienylového kationu neortodoxním způsobem, nebo tím, že se oxyallylový kation "zachytil" různými způsoby. Dále enantioselektivní byly vyvinuty varianty různých druhů. Samotný objem literatury zabývající se tímto tématem znemožňuje komplexní zkoumání tohoto oboru; klíčové příklady jsou uvedeny níže.
Cyklizace zaměřená na křemík
Počáteční snahy o zlepšení selektivity Nazarovovy cyklizace využily výhody β-křemíkový efekt za účelem usměrnění regioselektivity eliminačního kroku. Tuto chemii nejrozsáhleji vyvinul profesor Scott Denmark z University of Illinois, Urbana-Champaign v polovině 80. let a využívá stechiometrické množství chlorid železitý podporovat reakci. S bicyklické výrobky, cis isomer byl vybrán pro různé stupně.[13]
Následně byla Nazarovova cyklizační reakce zaměřená na křemík použita při syntéze přírodního produktu Silphinene, uvedeného níže. Cyklizace probíhá před odstraněním benzylalkohol skupina, takže výsledná stereochemie nově vytvořeného kruhu vzniká přístupem silyl alkenu proti do éteru.[10]
Polarizace
Profesorka Alison Frontier z. Čerpala ze substitučních účinků shromážděných během různých pokusů reakce University of Rochester vyvinuli paradigma pro „polarizované“ Nazarovovy cyklizace, ve kterých darování elektronů a skupiny pro výběr elektronů se používají ke zlepšení celkové selektivity reakce. Vytvoření efektivního vinyl nukleofil a vinyl elektrofil v substrátu umožňuje katalytickou aktivaci s měď triflát a regioselektivní eliminace. Navíc skupina přitahující elektrony zvyšuje kyselost a-protonu, což umožňuje selektivní tvorbu trans-a-epimeru prostřednictvím ekvilibrace.[14]
Často je možné dosáhnout katalytické aktivace za použití samotné donorové nebo odběrové skupiny, i když účinnost reakce (výtěžek, reakční doba atd.) Je obvykle nižší.
Alternativní generování kationtů
V širším smyslu je jakýkoli pentadienylový kation bez ohledu na jeho původ schopen podstoupit Nazarovovu cyklizaci. Bylo publikováno velké množství příkladů, kde je požadovaného kationu dosaženo různými přesmyky.[2] Jeden takový příklad zahrnuje stříbro katalyzované kationtové otevření kruhu allylických dichlorcyklopropanů. Sůl stříbra usnadňuje ztrátu chloridu srážením nerozpustných látek chlorid stříbrný.[15]
V celková syntéza rocaglamidu, epoxidace vinylalkoxyalenyl stannane podobně generuje pentadienylový kation prostřednictvím otevření kruhu výsledného epoxid.[16]
Přerušená cyklizace
Jakmile dojde k cyklizaci, vytvoří se oxyallylový kation. Jak je podrobně diskutováno výše, typický kurz pro tento meziprodukt je odstranění následován izolovat tautomerizace. Tyto dva kroky však lze přerušit různými způsoby nukleofily a elektrofily, resp. Zachycování oxyallylových kationtů vyvinul značně Fredrick G. West of the University of Alberta a jeho recenze pokrývá pole.[17] Oxyallylový kation může být zachycen heteroatom a uhlík nukleofily a může také podstoupit kationtový cykloadice s různými upoutanými partnery. Níže je uvedena kaskádová reakce, při které postupné zachycování kationů generuje pentacyklické jádro v jednom kroku s úplným diastereoselektivita.[18]
Enolátujte odchyt různými elektrofily je rozhodně méně časté. V jedné studii byla Nazarovova cyklizace spárována s a Michaelova reakce za použití iridiového katalyzátoru k iniciaci přidání nukleofilního konjugátu enolátu do β-nitrostyren. V tomhle tandemová reakce the iridium katalyzátor je vyžadován pro obě převody: funguje jako Lewisova kyselina v Nazarovově cyklizaci a v dalším kroku nitro skupina nitrostyrenu nejprve souřadnice k iridiu v a výměna ligandu s atomem kyslíku karbonylesteru, než dojde k vlastní Michaelově adici na opačnou stranu R-skupiny.[19]
Enantioselektivní varianty
Rozvoj enantioselektivní Nazarovova cyklizace je žádoucím doplňkem repertoáru nazarovských cyklických reakcí. Za tímto účelem bylo vyvinuto několik variant s využitím chirální pomocné látky a chirální katalyzátory. Diastereoselektivní jsou také známy cyklizace, ve kterých existují stereocentra nasměrujte cyklizaci. Téměř všechny pokusy jsou založeny na myšlence torquoselectivity; výběr jednoho směru pro vinylové skupiny k "rotaci" zase nastaví stereochemii, jak je uvedeno níže.[2]
Cykly Nazarov řízené křemíkem mohou tímto způsobem vykazovat indukovanou diastereoselektivitu. V níže uvedeném příkladu silylová skupina působí tak, že usměrňuje cyklizaci tím, že brání vzdálenému alkenu v otáčení „směrem k němu“ prostřednictvím nepříznivého vlivu sterická interakce. Tímto způsobem působí křemík jako stopový pomocný. (Výchozí materiál není enantiočistý, ale retence enantiomerní přebytek naznačuje, že pomocná osoba řídí cyklizaci.)[2]
Tiusovy allenylové substráty mohou vykazovat axiální až čtyřboký přenos chirality, pokud se použijí enantiočisté alleny. Následující příklad generuje chirální diosphenpol v 64% výtěžku a 95% enantiomerní přebytek.[2]
Společnost Tius navíc vyvinula a kafr pomocná látka na bázi achirálních allenů, která byla použita při první asymetrické syntéze roseofilin. Klíčový krok využívá neobvyklou směs hexafluor-2-propanol a trifluorethanol jako rozpouštědlo.[2][20]
První chirální Lewisova kyselina podporovala asymetrickou Nazarovovu cyklizaci Varinder Aggarwal a využitá měď (II) bisoxazolinový ligand komplexy s až 98% ee. Enantiomerní přebytek nebyl ovlivněn použitím 50 mol% komplexu mědi, ale výtěžek byl významně snížen.[2]
Související reakce
Rozšíření Nazarovovy cyklizace jsou obecně také zahrnuta pod stejným názvem. Například a-β, γ-δ nenasycené keton může podstoupit podobnou kationtovou konrotační cyklizaci, která se obvykle označuje jako iso-Nazarovova cyklizační reakce.[21] Ostatní taková rozšíření dostala podobná jména, včetně homo -Nazarovovy cyklizace a vinylogický Nazarovské cyklizace.[22][23]
Retro-Nazarovova reakce
Vzhledem k tomu, že nadměrně stabilizují pentadienylový kation, substituenty donující β-elektrony často vážně brání Nazarovově cyklizaci. Na základě toho bylo popsáno několik elektrocyklických kruhových otvorů β-alkoxycyklopentanů. Ty se obvykle označují jako retro Nazarovovy cyklizační reakce.[2]
Imino-Nazarovova reakce
Dusíkové analogy Nazarovovy cyklizační reakce (známé jako imino-Nazarovovy cyklizační reakce) mají několik případů; je uveden jeden příklad zobecněné imino-Nazarovovy cyklizace (zobrazený níže),[24] a několik isoimino-Nazarovových reakcí v literatuře.[25][26] I tyto mají tendenci trpět špatnou stereoselektivitou, špatnými výnosy nebo omezeným rozsahem. Obtíž pramení z relativní nadměrné stabilizace pentadienylového kationu darováním elektronů, která brání cyklizaci.[27]
Viz také
Reference
- ^ Nazarov, I.N .; Zaretskaya, I.I. (1941), Izv. Akad. Nauk. SSSR, ser. Khim: 211–224 Chybějící nebo prázdný
| název =
(Pomoc) - ^ A b C d E F G h i j k Frontier, A. J .; Collison, C. (2005), „Nazarovova cyklizace v organické syntéze. Nedávné pokroky.“, Čtyřstěn, 61 (32): 7577–7606, doi:10.1016 / j.tet.2005.05.019
- ^ Santelli-Rouvier, C .; Santelli, M. (1983), „Nazarovova cyklizace“, Syntéza, 1983 (6): 429–442, doi:10,1055 / s-1983-30367
- ^ Denmark, S.E .; Habermas, K.L .; Jones, T. K. (1994), „Nazarovova cyklizace“, Organické reakce, 45: 1–158
- ^ Dánsko, S.E. (1991), Paquette, L.A. (ed.), „The Nazarov and Related Cationic Cyclizations“, Komplexní organická syntézaOxford: Pergamon Press, 5: 751–784, doi:10.1016 / b978-0-08-052349-1.00138-4, ISBN 9780080523491
- ^ A b Tius, M. A. (2005), „Some New Nazarov Chemistry“, Eur. J. Org. Chem., 2005 (11): 2193–2206, doi:10.1002 / ejoc.200500005
- ^ Pellissier, Hélène (2005), „Poslední vývoj Nazarovského procesu“, Čtyřstěn, 61 (27): 6479–6517, doi:10.1016 / j.tet.2005.04.014
- ^ Shoppee, C. W.; Lack, R. E. (1969), "Intramolekulární elektrocyklické reakce. Část I. Struktura 'bromohydroxyforonu': 3-brom-5-hydroxy-4,4,5,5-tetramethylcyklopent-2-enonu", Journal of the Chemical Society C: Organic (10): 1346–1349, doi:10.1039 / J39690001346
- ^ Shoppee, C. W.; Cooke, B. J. A. (1972), „Intramolekulární elektrocyklické reakce. Část II. Reakce 1,5-di-fenylpenta-1,4-dien-3-onu“, Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1: 2271, doi:10.1039 / p19720002271
- ^ A b Kürti, L .; Czakó, B. (2005). Strategické aplikace pojmenovaných reakcí v organické syntéze (1. vyd.). Burlington, MA: Elsevier Academic Press. 304–305. ISBN 9780124297852.
- ^ Harding, K.E .; Clement, K. S. (1984), "Vysoce stereoselektivní, konvergentní syntéza (±) -trichodienu", The Journal of Organic Chemistry, 49 (20): 3870–3871, doi:10.1021 / jo00194a054
- ^ Arai, Y .; Takeda, K .; Masuda, K .; Koizumi, T. (1985), „Syntéza (±) -ne-sterepolidu“, Chemické dopisy, 14 (10): 1531–1534, doi:10.1246 / cl.1985.1531
- ^ Denmark, S.E .; Jones, T.K. (1982), „Křemíkem řízená Nazarovova cyklizace“, J. Am. Chem. Soc., 104 (9): 2642–2645, doi:10.1021 / ja00373a055
- ^ On, W .; Sun, X .; Frontier, A.J. (2003), „Polarizace Nazarovovy cyklizace: Efektivní katalýza za mírných podmínek“, J. Am. Chem. Soc., 125 (47): 14278–14279, doi:10.1021 / ja037910b, PMID 14624567
- ^ Grant, T.N. & West, F.G. (2006), „Nový přístup k Nazarovově reakci prostřednictvím postupného otevírání a uzavírání prstenů elektrocyklického kruhu“, J. Am. Chem. Soc., 128 (29): 9348–9349, doi:10.1021 / ja063421a, PMID 16848467
- ^ Malona, J. A.; Cariou, K .; Frontier, A.J. (2009), „Nazarovova cyklizace iniciovaná oxidací perkyselinami: celková syntéza (±) -rokalamidu“, J. Am. Chem. Soc., 131 (22): 7560–7561, doi:10.1021 / ja9029736, PMC 2732401, PMID 19445456
- ^ Grant, T.N .; Rieder, C.J .; West, F.G. (2009), „Přerušení Nazarovovy reakce: domino a kaskádové procesy využívající cyklopentenylové kationty“, Chem. Commun. (38): 5676–5688, doi:10.1039 / B908515G, PMID 19774236
- ^ Bender, J. A.; Arif, A.M .; West, F.G. (1999), „Nazarovem iniciovaná diastereoselektivní kaskádová polycyklizace aryltrienonů“, J. Am. Chem. Soc., 121 (32): 7443–7444, doi:10.1021 / ja991215f
- ^ Janka, M .; On, W .; Haedicke, I.E .; Fronczek, F.R .; Frontier, A.J .; Eisenberg, R. (2006), „Tandem Nazarov Cyclization-Michael Addition Sequence Catalyzed by an Ir (III) Complex“, J. Am. Chem. Soc., 128 (16): 5312–5313, doi:10.1021 / ja058772o, PMID 16620081
- ^ Harrington, P.E .; Tius, M.A. (1999), „Formální celková syntéza roseofilinu: přístup cyklopentanlace k makrocyklickému jádru“, Org. Lett., 1 (4): 649–652, doi:10.1021 / ol990124k, PMID 10823195
- ^ Jung, M. E.; Yoo, D. (2007), „Bezprecedentní přesmyk 4-alkoxy-5-bromalkal-2-en-1-olu na cyklopentenon prostřednictvím izo-Nazarovova cyklizačního procesu", The Journal of Organic Chemistry, 72 (22): 8565–8568, doi:10.1021 / jo071104w, PMID 17910498
- ^ De Simone, F .; Andrès, J .; Torosantucci, R .; Waser, J. r. m. (2009), „Katalytická formální homo-Nazarovova cyklizace“, Organické dopisy, 11 (4): 1023–1026, doi:10,1021 / ol802970g, PMID 19199774
- ^ Rieder, C. J .; Winberg, K. J .; West, F. G. (2009), „Cyclization of Cross-Conjugated Trienes: The Vinylogous Nazarov Reaction“, Journal of the American Chemical Society, 131 (22): 7504–7505, doi:10.1021 / ja9023226, PMID 19435345
- ^ Tius, M. A .; Chu, C. C .; Nieves-Colberg, R. (2001), „Cyklizace imino Nazarova“, Čtyřstěn dopisy, 42 (13): 2419–2422, doi:10.1016 / s0040-4039 (01) 00201-5
- ^ Kim, S.-H .; Cha, J. K. (2000), „Syntetické studie ke kaphalotaxinu: funkcionalizace terciárních N-acylhemiaminálů Nazarovovou cyklizací“, Syntéza, 2000 (14): 2113–2116, doi:10,1055 / s-2000-8711
- ^ Larini, P .; Guarna, A .; Occhiato, E. G. (2006), „Lewisova kyselina katalyzovaná Nazarovovou reakcí 2- (N-methoxykarbonylamino) -1,4-pentadien-3-onů“, Org. Lett., 8 (4): 781–784, doi:10.1021 / ol053071h, PMID 16468766
- ^ Smith, D. A .; Ulmer, C. W. (1997), "Účinky substituentů v poloze 3 na elektrocyklizaci [2 + 2] pentadienyl kationtu", The Journal of Organic Chemistry, 62 (15): 5110–5115, doi:10.1021 / jo9703313