Ei механизм - Ei mechanism

В Eя механизм (Внутреннее / внутримолекулярное устранение), также известный как устранение термической синхронизации или устранение перициклического синхросигнала, в органическая химия это особый вид реакция элиминации в котором два вицинальный заместители на алкан рамки выходят одновременно через циклический переходное состояние сформировать алкен в син устранение.[1] Этот тип удаления уникален, потому что он активируется термически и не требует дополнительных реагентов, в отличие от обычного удаления, которое требует кислоты или основания или во многих случаях может включать заряженные промежуточные соединения. Этот механизм реакции часто встречается в пиролиз.

Общие особенности

Соединения, которые при нагревании подвергаются элиминированию через циклические переходные состояния без других реагентов, обозначаются как Eя реакции. В зависимости от соединения отщепление происходит через четырех-, пяти- или шестичленное переходное состояние.[1][2]

Cyclic transition states.png

Устранение должно быть син а атомы компланарны для четырех- и пятичленных переходных состояний,[3] но копланарность не требуется для шестичленных переходных состояний.[1]

Шестичленный переходный статус.png

Существует значительное количество доказательств, подтверждающих существование Eя такой механизм, как: 1) кинетика реакций первого порядка,[4] 2) использование свободный радикал ингибиторы не влияли на скорость реакций, что указывает на отсутствие участия свободнорадикальных механизмов[5][6] 3) изотопные исследования для Справиться с устранением указывают на то, что связи C-H и C-N частично разорваны в переходном состоянии,[7] это также подтверждается вычисления которые показывают удлинение связи в переходном состоянии [8] и 4) без вмешательства других механизмов Eя Механизм дает исключительно продукты выведения син.

Есть много факторов, которые влияют на состав продукта Eя реакции, но обычно они следуют правилу Гофмана и теряют β-водород из наименее замещенного положения, давая менее замещенный алкен (противоположность Правление Зайцева ).[1] Некоторые факторы, влияющие на состав продукта, включают: стерические эффекты, спряжение, и стабильность образующегося алкена.

Для ациклических субстратов Z-изомер обычно является второстепенным продуктом из-за дестабилизирующего грубое взаимодействие в переходном состоянии, но селективность обычно невысока.[2]

Проекции Ньюмана циклических переходных состояний.png

Пиролиз N, N-диметил-2-фенилциклогексиламин-N-оксид показывает, как конформационные эффекты и стабильность переходного состояния влияют на состав продукта для циклических субстратов.[2]

Диметил-2-фенилциклогексиламин-н-оксид.png

в транс изомер, есть два СНГ-β-водороды, которые можно устранить. Основным продуктом является алкен, который находится в сопряжении с фенильным кольцом, предположительно из-за стабилизирующего действия на переходное состояние. в СНГ изомер, есть только один СНГ-B-водород, который может устранить, давая несопряженные региоизомер как основной продукт.

Пиролиз сложного эфира (ацетата)

Пиролитическое разложение сложные эфиры пример теплового син устранение. При воздействии температур выше 400 ° C сложные эфиры, содержащие β-атомы водорода, могут устранять карбоновая кислота через 6-членное переходное состояние с образованием алкена.[2][6]

Пиролиз сложного эфира 1.png

Изотопная маркировка использовался, чтобы подтвердить, что син элиминирование происходит при пиролизе сложного эфира с образованием стильбен.[9]

Пиролиз сложного эфира 2.png

На основе серы

Удаление сульфоксида

Было обнаружено, что β-гидроксифенилсульфоксиды подвергаются термическому отщеплению через 5-членное циклическое переходное состояние, давая β-кетоэфиры и метилкетоны после таутомеризация и сульфеновая кислота.[10]

Сульфоксид элим 1.png

Аллиловые спирты может быть образован из β-гидроксифенилсульфоксидов, которые содержат β’-водород через Eя механизм, стремящийся дать β, γ-ненасыщенность.[11]

Сульфоксид элим 2.png

1,3-диены было обнаружено, что они образуются при обработке аллилового спирта арилсульфидом в присутствии триэтиламин.[12] Сначала образуется сложный эфир сульфеновой кислоты, за которым следует [2,3] -сигматропная перегруппировка чтобы получить аллильный сульфоксид, который подвергается термическому син элиминирование с образованием 1,3-диена.

Сульфоксид элим 3.png

Чугаев Ликвидация

В Ликвидация Чугаева пиролиз ксантогенат сложный эфир, в результате чего олефин.[1][13] Чтобы образовать сложный эфир ксантогената, алкоголь реагирует с сероуглерод в присутствии основания, что приводит к ксантогенату металла, который улавливается алкилирующий агент (обычно метилиодид ). Олефин образуется за счет термического син устранение β-водорода и сложного эфира ксантогената. Реакция необратима, поскольку образующиеся побочные продукты, карбонилсульфид и метантиол, очень стабильны.

Chugaev elimination.png

Удаление Чугаева очень похоже на пиролиз сложного эфира, но требует значительно более низких температур для достижения удаления, что делает его ценным для склонный к перегруппировке субстраты.

Реакция обезвоживания Берджесса

Дегидратация вторичных и третичных спиртов с получением олефина через промежуточное соединение сложного сульфаматного эфира называется Реакция обезвоживания Берджесса.[13][14][15] Используемые условия реакции обычно очень мягкие, что дает некоторое преимущество перед другими методами дегидратации чувствительных субстратов. Эта реакция была использована при первом полном синтезе таксол для установки экзо-метиленовой группы на С-кольцо.[16]

Burgess dehydration.png

Во-первых, спирт вытесняет триэтиламин на Реагент Берджесса с образованием промежуточного соединения сложного эфира сульфамата. Отщепление β-водорода и удаление сульфаматного эфира через 6-членное циклическое переходное состояние дает алкен.

Удаление тиосульфината

Тиосульфинаты можно удалить аналогично сульфоксидам. Представитель - фрагментация аллицин в тиоакролеин, который продолжит формировать винилдитиины. Такие реакции важны в антиоксидантной химии чеснок и другие растения рода Allium.

Образование винилдитиинов из allicin.png

На основе селена

Удаление селеноксида

В удаление селеноксида был использован для преобразования кетонов, сложных эфиров и альдегиды к их α, β-ненасыщенным производным.[1][17]

Селеноксид элим 1.png

Механизм этой реакции аналогичен отщеплению сульфоксида, которое является термическим. син устранение через 5-членное циклическое переходное состояние. Селеноксиды предпочтительнее для этого типа превращения по сравнению с сульфоксидами из-за их повышенной реакционной способности по отношению к β-элиминированию, в некоторых случаях позволяя элиминированию происходить при комнатной температуре.[2]

Селеноксид элим 2.png

В аренезеленовая кислота генерируется после этапа исключения, находится в равновесии с дифенилдиселенид которые могут реагировать с олефинами с образованием β-гидроксиселенидов в кислых или нейтральных условиях. В основных условиях эта побочная реакция подавляется.[18]

Ликвидация Грико

Одновременная дегидратация первичного спирта с получением алкена через о-нитрофенилселеноксидный промежуточный продукт называется Устранение Грико.[19][20]

Grieco elimination.png

Реакция начинается с образования соли селенфосфония, которая взаимодействует со спиртом с образованием соли оксафосфония. Анион арилселена вытесняет оксид трибутилфосфина образуя разновидности алкиларилселенида. Селенид затем обрабатывают избытком перекиси водорода, что приводит к селеноксиду, который удаляет -водород через 5-членное циклическое переходное состояние, давая алкен.

Механизм устранения Grieco.png

В электроноакцепторный нитрогруппа Было обнаружено, что увеличивает как скорость элиминирования, так и конечный выход олефина.

На основе азота

Справиться с устранением

В Справиться с устранением (Реакция Копа) - устранение третичного оксид амина чтобы получить алкен и гидроксиламин через букву Eя механизм.[13][21] Элиминирование Cope было использовано в синтезе миметика маннопиранозиламина.[22] Третичный амин окисляли до оксида амина с использованием м-хлорпероксибензойная кислота (мCPBA) и подвергаются воздействию высоких температур для термического син удаление β-водорода и оксида амина через циклическое переходное состояние с образованием алкена. Стоит отметить, что указанный водород (зеленым цветом) является единственным водородом, доступным для син устранение.

Cope elimination.png

Циклические аминоксиды (5,7-10-членные азотсодержащие кольца) также могут подвергаться внутреннему син отщепление с образованием ациклических гидроксиламинов, содержащих концевые алкены.[13]

Особые случаи исключения Хофмана

Механизм для Устранение Хофмана обычно E2, но может пройти через Eя путь при определенных обстоятельствах. Для некоторых стерически затрудненных молекул основание депротонирует метильную группу амина вместо прямого β-водорода, образуя илида промежуточное соединение, которое удаляет триметиламин через 5-членное переходное состояние с образованием алкена. Исследования мечения дейтерием подтвердили этот механизм, наблюдая за образованием дейтерированного триметиламина (и отсутствия дейтерированной воды, которая могла бы образовываться по механизму E2).[23]

Hofmann elimination.png

Модифицированное исключение Виттига Хофмана проходит через то же Eя механизм, но вместо использования оксид серебра и вода в качестве основы, модификация Виттига использует прочные основания, такие как алкилитий или KNH2 / жидкий NH3.[24][25]

Устранение йодозо

Вторичные и третичные алкилйодиды с сильно электроноакцепторными группами на α-углерод были обнаружены перициклические син устранение при воздействии м-хлорпербензойная кислота (мCPBA).[26] Предполагается, что реакция проходит через промежуточный иодозо перед син устранение гипоиодистая кислота.

Iodoso elimination.png

В объем этой реакции не входят первичные алкилйодиды, потому что промежуточное соединение иодоза перестраивается в промежуточное соединение гипойодита, которое в условиях реакции превращается в спирт. Сильно акцептирующие электроны группы подавляют путь перегруппировки, позволяя перициклическим син путь элиминации должен преобладать.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Марш, Джерри (2007). Продвинутая органическая химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Вили. ISBN  0471720917.
  2. ^ а б c d е Кэри, Ф. А .; Санбург, Р. Дж. Продвинутая органическая химия: реакция и синтез, 5-е изд .; Часть B; Спрингер: Нью-Йорк, 2010
  3. ^ Бранко, Дж. (1997). «Теоретические исследования реакции термического синэлиминирования органических аминов оксида, сульфоксида и фосфоксида ab initio и методами функциональной плотности». Тео. Chem. 389 257-263.
  4. ^ О’Коннор, Г.Л .; Нейс, Х. Р. (1953). «Дальнейшие исследования реакции Чугаева и связанных с ней реакций». Варенье. Chem. Soc. 75 2118-.
  5. ^ Barton, D.H.R .; Head, A.J .; Уильямс, Р.Дж. (1953). «Стереоспецифичность в реакциях термического отщепления. Часть III. Пиролиз (-) - менилбензоата». J. Chem Soc. 453 1715- .
  6. ^ а б Anslyn, E. V .; Догерти, Д.А. Современная физико-органическая химия, Murdzek, J., Ed. Книги университетских наук, 2006.
  7. ^ Райт, Д.Р .; Sims, L.B .; Фрай, А. (1983). «Кинетические изотопные эффекты углерода-14 и кинетические исследования в реакциях син-элиминирования оксидов (2-фенилэтил) диметиламина». Варенье. Chem. Soc. 105 3714-.
  8. ^ Kahn, S.D; Эриксон, Дж. (1994). "Теоретические исследования реакций термического синусилирования. Относительные скорости удаления этилформиата, этилксантата и этилфосфината". Варенье. Chem. Soc. 116 6271-6276.
  9. ^ Curtin, D.Y .; Келлом, Д. (1953). «Реакции удаления и замещения dl-эритро- и dl-трео-2-дейтеро-1,2-дифенилэтанола и производных». Варенье. Chem. Soc. 75 6011-.
  10. ^ Киношита, М .; Kunieda, N .; Нокам, Дж. (1975). «Пиролиз B-гидроксисульфоксидов до кетонов». Tetrahedron Lett. 33 2841-2844.
  11. ^ OKawara, R .; Ueta, K .; Нокам, Дж. (1978). «Пиролиз B-гидроксисульфоксидов II. Синтез аллиловых спиртов». Tetrahedron Lett. 49 4903-4904.
  12. ^ Wollowitz, S .; Райх, HJ (1982). «Превращение аллиловых спиртов в 1,3-диены путем последовательной сульфенат-сульфоксидной [2,3] сигматропной перегруппировки и удаления Syn». Варенье. Chem. Soc. 104 7051-7059.
  13. ^ а б c d Kurti, L .; Чако, Б. Стратегические применения названных реакций в органическом синтезе, Академик Пресс, 2005.
  14. ^ Taylor, E.A .; Penton, H.R.Jr .; Берджесс, Э.М. (1970). «Синтетические применения сложных эфиров N-карбоалкоксисульфамата». Варенье. Chem. Soc. 92 5224-5226.
  15. ^ Taylor, E.A .; Penton, H.R.Jr .; Берджесс, Э.М. (1973). "Термические реакции сложных эфиров алкил-N-карбометоксисульфамата". J. Org. Chem. 38 26-.
  16. ^ Holton, R.A .; и другие. (1994). «Первый полный синтез таксола. 2. Завершение C и D колец». Варенье. Chem. Soc. 116 1599-1600.
  17. ^ Lauer, R.F; Янг, M.W .; Шарплесс, К.Б. (1973). «Реакции селенооксидов: термическое устранение Syn и обмен H2O-18». Tetrahedron Lett. 22 1979-1982.
  18. ^ Reich, HJ; Wollowitz, S .; Trend, J.E .; Чоу, Ф .; Венделборн, Д.Ф. (1978). «Синтезирование алкилселеноксидов. Побочные реакции с участием селененовых кислот. Структурные эффекты и влияние растворителей на скорость». J. Org. Chem. 43 1697-.
  19. ^ Grieco, P.A .; Gilman, S .; Нисидзава, М. (1976). "Селенорганическая химия. Простой одностадийный синтез алкиларилселенидов из спиртов". J. Org. Chem. 41 1485-.
  20. ^ Янг, M.W .; Шарплесс, Б. (1975). "Синтез олефинов. Повышение скорости удаления алкиларилселеноксидов электронно-отводящими заместителями". J. Org. Chem. 40 947-.
  21. ^ Коуп, A.C .; Фостер, Т.Т .; Towle, P.H. (1949). «Термическое разложение аминооксидов на олефины и диалкилгидроксиламины». Варенье. Chem. Soc. 71 3929-.
  22. ^ Vasella, A .; Ремен, Л. (2002). "Конформационно предвзятые миметики маннопиранозиламинов: ингибиторы B-маннозидаз?". Helv. Чим. Acta. 85 1118-.
  23. ^ Коуп, A.C .; Мехта, А. (1963). «Механизм реакции удаления Гофмана: промежуточное соединение илида в пиролизе высокоразветвленного четвертичного гидроксида». Варенье. Chem. Soc. 85 1949-.
  24. ^ Wittig, G .; Польстер Р. (1957). Анна. Chem. 102 612-.
  25. ^ Bach, R.D .; Bair, K.W .; Анджеевский, Д. (1972). "Модификация Виттига реакции элиминации Хофмана. Доказательства альфа’, бета-механизма ". Варенье. Chem. Soc. 94 8608-.
  26. ^ Райх, Х. Дж., Пик, С. Л. (1978). «Химия гипервалентного йода». Синхронное удаление алкилйодозо соединений ». Варенье. Chem. Soc. 100 4888-.