Simmons-Smithova reakce - Simmons–Smith reaction

Simmons-Smithova reakce
Simmons-Smith carbene addition.jpg
Simmons-Smithova reakce probíhá
Simmons-Smithova reakce
Pojmenoval podleHoward Ensign Simmons, Jr.
Ronald D. Smith
Typ reakceReakce tvořící prsten
Identifikátory
Portál organické chemieSimmons-Smithova reakce
RSC ontologické IDRXNO: 0000258

The Simmons – Smithova reakce je organický cheletropická reakce zahrnující organozinek karbenoid který reaguje s alken (nebo alkyn ) k vytvoření a cyklopropan.[1][2][3] Je pojmenován po Howard Ensign Simmons, Jr. a Ronald D. Smith. Používá a methylen volné radikály meziprodukt, který se dodává na oba uhlíky alkenu současně, proto je v produktu zachována konfigurace dvojné vazby a reakce je stereospecifická.[4]

Simmons-Smithův reakční mechanismus.png

Tím pádem, cyklohexen, dijodmethan a pár zinek-měď (tak jako jodmethylzincjodid, ICH2ZnI) výtěžek norcarane (bicyklo [4.1.0] heptan).[5][6]

Simmons-Smith cyklohexen na bicyklo-4.1.0-heptan.svg

Simmons-Smithova reakce je obecně upřednostňována před jinými metodami cyklopropanace,[7] avšak může to být drahé kvůli vysokým nákladům na dijodmethan. Byly vyvinuty úpravy zahrnující levnější alternativy, jako např dibrommethan[8] nebo diazomethan a jodid zinečnatý.[9] Reaktivitu systému lze také zvýšit použitím modifikace Furukawa výměnou za pár zinek-měď za diethylzinek.[10]

Simmons-Smithova reakce obecně podléhá sterické účinky, a tak cyklopropanace obvykle probíhá na méně ztěžovaném obličeji.[11][12] Pokud je však v substrátu v blízkosti dvojné vazby přítomen hydroxylový substituent, koordinuje se zinek s hydroxylovým substituentem a řídí cyklopropanaci cis k hydroxylové skupině (která nemusí odpovídat cyklopropanaci stéricky nejdostupnější strany dvojné vazby):[13] Lze vidět interaktivní 3D model této reakce na ChemTube3D.

SimmonsSmithhydroxylEffect.svg

Asymetrická Simmons – Smithova reakce

Ačkoli asymetrický cyklopropanační metody založené na diazo sloučeniny (viz bisoxazolinový ligand ) existují od roku 1966, dále jen asymetrická Simmons – Smithova reakce byl představen v roce 1992 [14] s reakcí skořicový alkohol s diethylzinek, dijodmethan a chirál disulfonamid v dichlormethan:

AsymmetricSimmonsSmith.svg

The hydroxyl skupina je předpokladem sloužícím jako kotva pro zinek. Interaktivní 3D model podobné reakce[15] může být viděn tady (požadována java). V jiné verzi této reakce je ligand založen salen a Lewisova kyselina DIBAL je přidáno:[16]

AsymmSimmonsSmith2008.svg

Rozsah a omezení

Achirál Alkenes

Simmons-Smithovu reakci lze použít k jednoduchému cyklopropanátu alkeny bez komplikací. Nefunkční achirál alkeny se nejlépe cyklopropanují modifikací Furukawa (viz níže) pomocí Et2Zn a CH2Já2 v 1,2-dichlorethan.[17] Cyklopropanace alkenů aktivovaná skupiny poskytující elektrony postupovat rychle a snadno. Například, enol ethery jako trimethylsilyloxy -substituované olefiny se často používají kvůli vysokým výtěžkům.[18]

Cyklopropanace enolových etherů. Tif

Navzdory povaze elektronu odtahujícího se halogenidy, mnoho vinylhalogenidy jsou také snadno cyklopropanované, čímž se získají fluorem, bromem a jodem substituované cyklopropany.[19][20]

Cyklopropanace vinylhalogenidů.tif

Cyklopropanace N-substituované alkeny komplikuje N-alkylace jako konkurenční cesta. To lze obejít přidáním a chránící skupina k dusíku, avšak přidání skupin přitahujících elektrony snižuje nukleofilita alkenu, což snižuje výtěžek. Využití vysoce elektrofilní činidla, jako je CHFI2, namísto CH2Já2 Bylo prokázáno, že v těchto případech zvyšuje výnos.[21]

N substituovaný. Tif

Polyeny

Bez přítomnosti řídící skupiny na olefinech, velmi málo chemoselektivita je pozorován.[22] Alken, který je podstatně více nukleofilní než kterýkoli jiný, však bude velmi oblíbený. Například cyklopropanace probíhá vysoce selektivně v enol ethery.[23]

Enol ether směrování. Tif

Kompatibilita funkční skupiny

Důležitým aspektem reakce Simmons-Smitha, který přispívá k jejímu širokému využití, je jeho schopnost být použit v přítomnosti mnoha funkčních skupin. Mezi jinými je reakce zprostředkovaná halogenalkylzinkem kompatibilní s alkyny, alkoholy, ethery, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny a deriváty, uhličitany, sulfony, sulfonáty, silany, a stannanes. Některé vedlejší reakce jsou však běžně pozorovány.

Většina vedlejších reakcí se vyskytuje v důsledku Lewisovy kyselosti vedlejšího produktu, ZnI2. V reakcích, při nichž vznikají produkty citlivé na kyseliny, přebytek Et2Zn lze přidat k úklidu ZnI2 který se tvoří a tvoří méně kyselý EtZnI. Reakce může být také zastavena pyridin, který vyčistí ZnI2 a přebytek reagencií.[24]

Methylace heteroatomů je také pozorováno v reakci Simmons-Smitha kvůli elektrofilitě karbenoidů zinku. Například použití přebytečného činidla pro dlouhé reakční doby téměř vždy vede k methylaci alkoholů.[25] Dále Et2Zn a CH2Já2 reagovat s allylický thioethery vygenerovat síra ylidy, které mohou následně podstoupit a 2,3-sigmatropní přesmyk, a nebude cyklopropanátovat alken ve stejné molekule, pokud se nepoužije nadbytek Simmons-Smithova činidla.[26]

Simmons Smith kvartérní přeskupení uhlíku.svg

Modifikace

I když je Simmons-Smithova reakce často diskutována v její základní formě, byla navržena řada modifikací jak zinkového katalyzátoru, tak přidaného uhlíku.

Furukawská úprava

Furukawská úprava zahrnuje výměnu pár zinek-měď s dialkylzinkem, z nichž nejaktivnější bylo zjištěno Et2Zn. Modifikace byla navržena v roce 1968 jako způsob, jak se stát kationtově polymerovatelným olefiny jako vinylethery do jejich příslušných cyklopropanů.[27] Bylo také zjištěno, že je zvláště užitečný pro cyklopropanaci sacharidů, protože je mnohem reprodukovatelnější než jiné metody.[28] Stejně jako nemodifikovaná reakce je i Furukawa modifikovaná reakce stereospecifické, a je často mnohem rychlejší než nemodifikovaná reakce. Avšak Et2Činidlo Zn je samozápalný, a jako takové s nimi musí být zacházeno opatrně.[29]

Fukuwara Modification.jpg

Úprava charety

Modifikace Charette nahrazuje CH2Já2 běžně se vyskytují v reakci Simmons-Smith s aryldiazo sloučeninami, jako je fenyldiazomethan, v Cestě A.[30] Po zpracování stechiometrickým množstvím halogenidu zinečnatého, an organozinková sloučenina vyrábí se podobný karbenoid popsaný výše. To může reagovat s téměř všemi alkeny a alkyny, včetně styrenů a alkoholů. To je obzvláště užitečné, protože je známo, že nemodifikovaný Simmons-Smith deprotonuje alkoholy. Bohužel, jak je znázorněno na Cestě B, může meziprodukt také reagovat s výchozí diazo sloučeninou, čímž se získá cis- nebo trans- 1,2-difenylethenu. Kromě toho může meziprodukt reagovat s alkoholy za vzniku jodfenylmethanu, který může dále podléhat SN2 reakce na produkci ROCHPh, jako v cestě C.

Charette Modification 2.jpg

Nezinková činidla.

I když se běžně nepoužívají, Simmons-Smithova činidla, která vykazují podobné reaktivní vlastnosti jako zinek, byla připravena ze sloučenin hliníku a samaria v přítomnosti CH2IX.[31] Při použití těchto reagencií allylalkoholy a izolované olefiny mohou být selektivně cyklopropanovány za vzájemné přítomnosti. Jodo- nebo chlormethylsamariumjodid v THF je vynikajícím činidlem pro selektivní cyklopropanování allylalkoholu, pravděpodobně řízeného chelace na hydroxylovou skupinu.[32] Naproti tomu použití dialkyl (jodmethyl) hliníkových reagencií v CH2Cl2 bude selektivně cyklopropanát izolovaného olefinu.[33] Specifičnost těchto reagencií umožňuje umístit cyklopropany do polynenasycených systémů, které reagenty na bázi zinku zcela a neselektivně cyklopropanují. Například, i-Bu3Al bude cyklopropanát geraniol v poloze 6, zatímco Sm / Hg, bude cyklopropanát v poloze 2, jak je znázorněno níže.

Allylic alcohol vs isolated olefin.tif

Obě reakce však vyžadují téměř stechiometrické množství výchozí sloučeniny kovu a Sm / Hg musí být aktivován vysoce toxickým HgCl2.

Využití při syntéze

Většina moderních aplikací reakce Simmons-Smith používá modifikaci Furukawa. Níže jsou uvedeny obzvláště relevantní a spolehlivé aplikace.

Inzerce za vzniku γ-ketoesterů

Generován Simmons-Smith upravený Furukawou cyklopropan středně pokročilí se tvoří při syntéze γ-ketoesterů z β-ketoesterů. Reagencie Simmons-Smith se váže nejprve na karbonylová skupina a následně na α-uhlík z pseudo-enol že se tvoří první reakce. Toto druhé činidlo tvoří cyklopropylový meziprodukt, který rychle fragmentuje do produktu.[34][35]

Gamma Keto Ester 2.png

Tvorba amido-spiro [2,2] pentanů z allenamidů

Reakce Simmons-Smitha modifikovaná Furukawou cyklopropanuje oba dvojné vazby v allenamidu za vzniku amido-spiro [2.2] pentany, představovat dva cyklopropyl prsteny které sdílejí jeden uhlík. Rovněž se tvoří produkt monocyklopropanace.[36][37]

Amido-Spiro (2.2) pentane 2.png

Syntéza přírodních produktů

Cyklopropanační reakce v přírodní produkty syntéza byly zkontrolovány.[38] The inhibitor β-laktamázy Cilastatin poskytuje poučný příklad reaktivity Simmons-Smitha při syntéze přírodních produktů. An allyl substituent na výchozím materiálu je Simmons-Smith cyklopropanovaný a karboxylová kyselina je následně zbavený ochrany přes ozonolýza tvořit předchůdce.

Simmons-Smith cyclopropanation in cilastatin synthesis The natural product cilastatin, synthesized via a Simmons-Smith cyclopropanation.

Reference

  1. ^ Howard Ensign Simmons, Jr.; Smith, R.D. (1958). "Nová syntéza cyklopropanů z olefinů". J. Am. Chem. Soc. 80 (19): 5323–5324. doi:10.1021 / ja01552a080.
  2. ^ Simmons, HE; Smith, RD (1959). „Nová syntéza cyklopropanů“. J. Am. Chem. Soc. 81 (16): 4256–4264. doi:10.1021 / ja01525a036.
  3. ^ Denis, J.M .; Girard, J.M .; Conia, J. M. (1972). „Vylepšené reakce Simmons – Smith“. Syntéza. 1972 (10): 549–551. doi:10.1055 / s-1972-21919.
  4. ^ Charette, A. B .; Beauchemin, A. (2001). Simmons-Smithova cyklopropanační reakce. Org. Reagovat. 58. p. 1. doi:10.1002 / 0471264180.nebo058.01. ISBN  978-0471264187.
  5. ^ Smith, R. D .; Simmons, H. E. "Norcarane". Organické syntézy.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz); Kolektivní objem, 5, str. 855
  6. ^ Ito, Y .; Fujii, S .; Nakatuska, M .; Kawamoto, F .; Saegusa, T. (1988). „Expanze cykloalkanonů na jeden uhlík na konjugované cykloalkenony: 2-cyklohepten-1-on“. Organické syntézy.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz); Kolektivní objem, 6, str. 327
  7. ^ Clayden, Jonathan; Greeves, Nick; Warren, Stuart; Bratře, Petere (2001). Organická chemie (1. vyd.). Oxford University Press. ISBN  978-0-19-850346-0.Stránka 1067
  8. ^ Fabisch, Bodo; Mitchell, Terence N. (1984). „Levná modifikace Simmons-Smithovy reakce: Tvorba brommethylzincbromidu, jak je studováno NMR spektroskopií“. Journal of Organometallic Chemistry. 269 (3): 219–221. doi:10.1016 / 0022-328X (84) 80305-8.
  9. ^ Wittig, Georg; Wingler, Frank (1. srpna 1964). „Über methylenierte Metallhalogenide, IV. Cyclopropan-Bildung aus Olefinen mit Bis-halogenmethyl-zink“. Chemische Berichte. 97 (8): 2146–2164. doi:10,1002 / cber.19640970808.
  10. ^ Furukawa, J .; Kawabata, N .; Nishimura, J. (1968). „Syntéza cyklopropanů reakcí olefinů s dialkylzinkem a methylenjodidem“. Čtyřstěn. 24 (1): 53–58. doi:10.1016/0040-4020(68)89007-6.
  11. ^ Simmons, H. E.; et al. (1973). Org. Reagovat. (Posouzení). 20: 1. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  12. ^ Girard, C .; Conia, J. M. (1978). J. Chem. Res. (S) (Recenze): 182. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  13. ^ Paul A. Grieco; Tomei Oguri; Chia-Lin J. Wang a Eric Williams (1977). "Stereochemie a celková syntéza (±) -ivangulinu". J. Org. Chem. 42 (25): 4113–4118. doi:10.1021 / jo00445a027.
  14. ^ Hideyo Takahashi, Masato Yoshioka, Masaji Ohno a Susumu Kobayashi (1992). „Katalytická enantioselektivní reakce s použitím C2-symetrického disulfonamidu jako chirálního ligandu: cyklopropanace allylalkoholů systémem Et2Zn-CH2I2-disulfonamid.“. Čtyřstěn dopisy. 33 (18): 2575–2578. doi:10.1016 / S0040-4039 (00) 92246-9.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  15. ^ Wang, Tao; Liang, Yong; Yu, Zhi-Xiang (2011). "Hustota funkční teorie teorie mechanismu a počátků stereoselektivity v asymetrické Simmons-Smith cyklopropanaci s Charette Chiral Dioxaborolane Ligand". Journal of the American Chemical Society. 133 (24): 9343–9353. doi:10.1021 / ja111330z. PMID  21627114.
  16. ^ Hiroaki Shitama & Tsutomu Katsuki (2008). „Asymetric Simmons – Smith Reaction of Allylic Alkohos with Al Lewis Acid Acid / N Lewis Base Bifunctional Al (Salalen) Catalyst“. Angew. Chem. Int. Vyd. 47 (13): 2450–2453. doi:10.1002 / anie.200705641. PMID  18288666.
  17. ^ Denmark, S.E .; Edwards, J. P. (1991). „Porovnání cyklopropanačních činidel (chlormethyl) - a (jodmethyl) zinku“. J. Org. Chem. 56 (25): 6974–6981. doi:10.1021 / jo00025a007.
  18. ^ Rubottom, G. M .; Lopez, M. I. (1973). „Reakce trimethylsilylesterů etheru s reagentem Simmons-Smith. Snadná syntéza trimethylsilylcyklopropyletherů a cyklopropanolů“. J. Org. Chem. 38 (11): 2097–2099. doi:10.1021 / jo00951a032.
  19. ^ Morikawa, T .; Sasaki, H .; Mori, K .; Shiro, M .; Taguchi, T .; Morikawa, T .; Sasaki, H .; Mori, K .; Shiro, M .; Taguchi, T. Simmons-Smith Reakce derivátů fluoroallylalkoholu. Chem. Pharm. Býk. (Tokio) 1992, 40 (12), 3189.
  20. ^ Piers, E .; Coish, P. D. Příprava a cyklopropanace 2- a 3-jodalkal-2-en-l-olů: Syntéza funkcionalizovaných, stereodefinovaných jodcyklopropanů. Synthesis 1995, 1995 (1), 47–55.
  21. ^ Gagnon, J. L .; Jr, WWZ Syntéza cis-1,5-dimethyl-2,4-dinitro-2,4-diazabicyklo [3.1.0] hexan-3-onu a cis-1,5-dimethyl-2,4-dinitro-2 , 4-diazabicyklo [3.2.0] heptan-3-on. Synth. Commun. 1996, 26 (4), 837–845.
  22. ^ Friedrich, E. C .; Niyati-Shirkhodaee, F. (1991). „Regioselektivita a rozpouštědlové účinky při cyklopropanaci alkadienů“. J. Org. Chem. 56 (6): 2202–2205. doi:10.1021 / jo00006a044.
  23. ^ Lee, J .; Kim, H .; Cha, J. K. (1995). „Diastereoselektivní syntéza cis-1,2-dialkenylcyklopropanolu a následné přeskupení kyslíku“. J. Am. Chem. Soc. 117 (39): 9919–9920. doi:10.1021 / ja00144a022.
  24. ^ Denis, J. M .; Girard, C .; Conia, J. M. Vylepšené reakce Simmons-Smitha. Synthesis 1972, 1972 (10), 549–551.
  25. ^ Takakis, I. M .; Rhodes, Y. E. (1978). „Cyklopropanace některých jednoduchých olefinických sloučenin. Tvorba vedlejších produktů v přebytku reagencie Simmons-Smith“. J. Org. Chem. 43 (18): 3496–3500. doi:10.1021 / jo00412a017.
  26. ^ Cohen, T .; Kosarych, Z. (1982). „Úplná regio- a stereospecificita v Lewisově kyselině katalyzovaná Diels-Alderovy reakce (Z) -2-methoxy-1- (fenylthio) -1,3-butadienů. Konverze CS konfigurace aduktu na CC konfiguraci na allylová poloha [2,3] sigmatropním přesmykem ". J. Org. Chem. 47 (20): 4005–4008. doi:10.1021 / jo00141a047.
  27. ^ Furukawa, J; Kawabata, N; Nishimura, J (1968). „Syntéza cyklopropanů reakcí olefinů s dialkylzinkem a methylenjodidem“. Čtyřstěn. 24 (1): 53–58. doi:10.1016/0040-4020(68)89007-6.
  28. ^ Halton, B (2000). Pokroky v napjatých a zajímavých organických molekulách, svazek 8. Stamford, Ct: Press Inc. str. 115. ISBN  978-0-7623-0631-2.
  29. ^ „MSDS z diethylu zinku“ (PDF). Citováno 10. května 2017.
  30. ^ Lévesque, Éric; Goudreau, Sébastien R .; Charette, André B. (2014). „Vylepšená reakce zinkem katalyzovaného Simmons-Smitha: Přístup k různým 1,2,3-trisubstituovaným cyklopropanům“. Organické dopisy. 16 (5): 1490–1493. doi:10,1021 / ol500267w. PMID  24555697.
  31. ^ Roger, Adams (2001). Organic Reactions Vol 58. New York: Wiley, J. str. 9–10. ISBN  978-0-471-10590-9.
  32. ^ Molander, G. A .; Harring, L. S. (1989). „Cyklopropanace allylových alkoholů podporovaná samariem“. J. Org. Chem. 54 (15): 3525–3532. doi:10.1021 / jo00276a008.
  33. ^ Maruoka, K .; Fukutani, Y .; Yamamoto, H. (1985). „Trialkylaluminium-alkyl-jodid jodid. Výkonný cyklopropanační prostředek s jedinečnou selektivitou“. J. Org. Chem. 50 (22): 4412–4414. doi:10.1021 / jo00222a051.
  34. ^ Bhogadhi, Yashoda; Zercher, Charles (2014). „Diskusní dodatek pro: Tvorba γ-ketoesterů z β-ketoesterů: Methyl 5,5-dimethyl-4-oxohexanoát“. Organické syntézy. 91: 248–259. doi:10.15227 / orgsyn.091.0248.
  35. ^ Ronsheim, Matthew; Hilgenkamp, ​​Ramona; Zercher, Charles (2002). Tvorba γ-ketoesterů z β-ketoesterů: Methyl 5,5-dimethyl-4-oxohexanoát (PDF). Organické syntézy. 79. p. 146. doi:10.1002 / 0471264180.os079.18. ISBN  978-0471264224.
  36. ^ Teo, Yong-Chua; Hsung, Richard (2014). „Diskusní dodatek k: Praktická syntéza nových chirálních allenamidů: (R) -4-fenyl-3- (1,2-propadienyl) oxazolidin-2-on“. Organické syntézy. 91: 12–26. doi:10.15227 / orgsyn.091.0012.
  37. ^ Xiong, H; Tracey, M; Grebe, T; Mulder, J; Hsung, R (2005). „PRAKTICKÁ SYNTÉZA NOVÝCH CHIRÁLNÍCH ALLENAMIDŮ: (R) -4-FENYL-3- (1,2-PROPADIENYL) OXAZOLIDIN-2-JEDEN (2-oxazolidinon, 4-fenyl-3- (1,2-propadienyl) -, (4R) -) ". Organické syntézy. 81: 147–156. doi:10.15227 / orgsyn.081.0147.
  38. ^ Donaldson, William (8. října 2001). „Syntéza přírodních produktů obsahujících cyklopropan“. Čtyřstěn. 57 (41): 8589. doi:10.1016 / s0040-4020 (01) 00777-3.

externí odkazy