Реакция Майкла - Michael reaction

В Реакция Майкла или Майкл дополнение это нуклеофильное присоединение из карбанион или другой нуклеофил[1][2] чтобы α, β-ненасыщенное карбонильное соединение содержащий электроноакцепторная группа. Он принадлежит к большему классу сопряженные добавки. Это один из наиболее полезных методов мягкого образования связей C – C.[3] Много асимметричный варианты существуют.[4][5]

Реакция Майкла: общий механизм

На этой схеме R и R 'на нуклеофил (в Майкл донор) представляют собой электроноакцепторные заместители такие как ацил и циано группы, которые делают соседние метилен водород кислый достаточно, чтобы образовать карбанион при реакции с база, B:. Заместитель R "на активированном алкен, также называемый Майкл акцептор, обычно кетон, что делает соединение Enone, но также может быть нитро группа или сульфонилфторид.

Определение

Как первоначально определено Артур Майкл,[6][7] реакция - добавление энолировать кетона или альдегида к α, β-ненасыщенному карбонильному соединению у β-углерода. Новое определение, предложенное Колером,[8] представляет собой 1,4-присоединение дважды стабилизированного углеродного нуклеофила к α, β-ненасыщенному карбонильному соединению. Некоторые примеры нуклеофилов включают бета-кетоэфиры, малонаты, и бета-цианоэфиры. Полученный продукт содержит очень полезный образец 1,5-диоксигенирования.

Классические примеры реакции Майкла - это реакция между диэтилмалонат (Майкл донор) и диэтилфумарат (Майкл акцептор),[9] что из оксид мезитила и диэтилмалонат,[10] что диэтилмалоната и метилкротонат,[11] что из 2-нитропропан и метилакрилат,[12] что из этилфенилцианоацетат и акрилонитрил[13] и что из нитропропан и метилвинилкетон.[14]

Добавление Майкла - важное атомно-экономичный метод для диастереоселективный и энантиоселективный Образование связи C – C. Классический тандем последовательность добавлений Майкла и альдола является Аннулирование Робинсона.

Некоторые авторы расширили определение присоединения Майкла, чтобы по существу относиться к любой реакции 1,4-присоединения α, β-ненасыщенных карбонильных соединений. Другие, однако, настаивают на том, что такое использование является злоупотреблением терминологией, и ограничивают добавление Михаэля образованием углерод-углеродных связей посредством добавления углеродных нуклеофилов. Условия окса-реакция Михаэля и реакция аза-Майкла были использованы для обозначения 1,4-присоединения нуклеофилов кислорода и азота соответственно.

Механизм

в механизм реакции, есть 1 (с R an алкокси группа) как нуклеофил:[3]

Механизм реакции Майкла

Депротонирование из 1 по базе приводит к карбанион 2 стабилизируется его электроноакцепторными группами. Структуры 2a - 2c представляют собой три резонансные структуры которые можно нарисовать для этого вида, два из которых имеют энолировать ионы. Этот нуклеофил реагирует с электрофильным алкеном. 3 формировать 4 в реакция сопряженного присоединения. Отрыв протона от протонированного основания (или растворителя) енолятом 4 к 5 это последний шаг.

В ходе реакции преобладают орбитальные, а не электростатические соображения. В HOMO стабилизированных енолирует имеет большой коэффициент на центральном атоме углерода, в то время как НСМО многих альфа, бета-ненасыщенных карбонильных соединений имеет большой коэффициент на бета-углероде. Таким образом, оба реагента можно считать мягкий. Эти поляризованные пограничные орбитали имеют аналогичную энергию и эффективно реагируют с образованием новой углерод-углеродной связи.

Словно добавление альдола, реакция Майкла может протекать через энол, силиловый эфир енола в Дополнение Мукаяма – Майкл или, чаще, енолятный нуклеофил. В последнем случае стабилизированное карбонильное соединение представляет собой депротонированный с сильным основанием (жесткая енолизация) или с Кислота Льюиса и слабое основание (мягкая енолизация). В результате енолят атакует активированный олефин с 1,4-региоселективность, образуя углерод-углеродную связь. Это также переносит енолят в электрофил. Поскольку электрофил намного менее кислый, чем нуклеофил, быстрый перенос протона обычно переносит енолят обратно к нуклеофилу, если продукт енолизируется; однако можно воспользоваться преимуществом нового локуса нуклеофильности, если подходящий электрофил является подвесным. В зависимости от относительной кислотности нуклеофила и продукта реакция может быть каталитический в базе. В большинстве случаев реакция бывает необратимый при низкой температуре.

Асимметричная реакция Майкла

За последние годы[когда? ] исследователи попытались расширить сферу асимметричный Майкл добавляет. Наиболее распространенные методы включают хиральный фазовый катализ, например, асимметричный четвертичные аммониевые соли полученный из Cinchona алкалоиды; или органокатализ, который использует енамин или иминий активация хиральными вторичными аминами, обычно производными пролин.[15]

В реакции между циклогексанон и β-нитростирол Как показано ниже, основной пролин является производным и работает в сочетании с протонной кислотой, такой как п-толуолсульфоновая кислота:[16]

Реакция Майкла асимметричная

Синхронизация добавления одобряется 99% ее. в переходное состояние считается ответственным за эту избирательность, енамин (образуется между азотом пролина и циклокетоном) и β-нитростирол совместно с нитро группа водородная связь с протонированным амином в боковой группе пролина.

Асимметричное переходное состояние Майкла

Хорошо известная реакция Михаэля - это синтез варфарин от 4-гидроксикумарин и бензилиденацетон Впервые сообщил Линк в 1944 году:[17]

Синтез варфарина

Существует несколько асимметричных версий этой реакции с использованием хиральных катализаторов.[18][19][20][21][22][23]

Добавление Мукайямы – Майкла

в Дополнение Мукаяма – Майкл нуклеофил - это силиловый эфир енола и катализатор обычно тетрахлорид титана:[24][25]

Добавление Мукайямы – Майкла

История

Исследование, проведенное Артуром Майклом в 1887 г. Университет Тафтса был вызван публикацией Conrad & Kuthzeit 1884 года о реакции этил 2,3-дибромпропионат с участием диэтил содиомалонат формирование циклопропан производная[26] (теперь считается, что он включает две последовательные реакции замещения).

Майкл реакция Конрад Гутцайт compare.svg

Майкл смог получить тот же продукт, заменив пропионат на Этиловый эфир 2-бромакриловой кислоты и понял, что эта реакция может работать только в предположении реакции присоединения к двойной связи акриловая кислота. Затем он подтвердил это предположение, отреагировав диэтилмалонат и этиловый эфир коричная кислота образуя самый первый аддукт Майкла:[27]

Оригинальная реакция Майкла 1887 года

В том же году Райнер Людвиг Клайзен заявлен приоритет на изобретение.[28] Он и Т. Комненос наблюдали продукты присоединения к двойным связям в качестве побочных продуктов ранее в 1883 году, исследуя реакции конденсации малоновая кислота с участием альдегиды.[29] Однако, по словам биографа Такаши Токорояма, это утверждение необоснованно.[27]

использованная литература

  1. ^ Little, R.D .; Masjedizadeh, M. R .; Wallquist, O .; Маклафлин, Дж. И. (1995). «Внутримолекулярная реакция Михаэля». Орг. Реагировать. 47. С. 315–552. Дои:10.1002 / 0471264180.or047.02. ISBN  978-0-471-26418-7.
  2. ^ Mather, B .; Viswanathan, K .; Miller, K .; Лонг, Т. (2006). «Реакции присоединения Майкла в макромолекулярном дизайне для новых технологий». Прогресс в науке о полимерах. 31 (5): 487–531. Дои:10.1016 / j.progpolymsci.2006.03.001.
  3. ^ а б Майкл Аддишн | PharmaXChange.info
  4. ^ Хант, И. «Глава 18: Энолы и енолаты - реакция присоединения Майкла». Университет Калгари.
  5. ^ Клейден, Джонатан; Гривс, Ник; Уоррен, Стюарт; Уотерс, Питер (2001). Органическая химия (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-850346-0.
  6. ^ Михаил, А. (1887). "Ueber die Addition von Natriumacetessig- und Natriummalonsäureäthern zu den Aethern ungesättigter Säuren" [О добавлении эфиров ацетоацетата натрия и малоновой кислоты натрия к эфирам ненасыщенных кислот]. Journal für Praktische Chemie. 2-я серия. 35: 349–356. Дои:10.1002 / prac.18870350136.
  7. ^ Михаил, А. (1894). "Ueber die Addition von Natriumacetessig- und Natriummalonsäureäther zu den Aethern ungesättigter Säuren" [О добавлении эфиров ацетоацетата натрия и малоновой кислоты натрия к эфирам ненасыщенных кислот]. Journal für Praktische Chemie. 2-я серия. 49: 20–25. Дои:10.1002 / prac.18940490103.
  8. ^ Колер. Варенье. Chem. Soc., 1907, 37, 385; там же, 1935, 57, 1316.
  9. ^ Clarke, H.T .; Мюррей, Т. Ф. (1941). «1,1,2,3-Пропантетракарбоновая кислота, тетраэтиловый эфир». Органический синтез.; Коллективный объем, 1, п. 272
  10. ^ Shriner, R.L .; Тодд, Х. Р. (1943). «1,3-Циклогександион, 5,5-диметил-». Органический синтез.; Коллективный объем, 2, п. 200
  11. ^ Джеймс Кейсон (1963). «β-Метилглутаровый ангидрид». Органический синтез.; Коллективный объем, 4, п. 630
  12. ^ Моффетт, Р. Б. (1963). «Метил-γ-метил-γ-нитровалерат». Органический синтез.; Коллективный объем, 4, п. 652
  13. ^ Хорнинг, Э. С .; Финелли, А. Ф. (1963). «α-Фенил-α-карбетоксиглутаронитрил». Органический синтез.; Коллективный объем, 4, п. 776
  14. ^ McMurry, J.E .; Мелтон, Дж. (1988). «Превращение нитро в карбонил озонолизом нитронатов: 2,5-гептандион». Органический синтез.; Коллективный объем, 6, п. 648
  15. ^ Reyes, E .; Uria, U .; Vicario, J. L .; Каррильо, Л. (2016). Каталитическая энантиоселективная реакция Михаэля. Органические реакции. 90. С. 1–898. Дои:10.1002 / 0471264180.or090.01. ISBN  9780471264187.
  16. ^ Pansare, S. V .; Пандья, К. (2006). "Простые диамин- и триамин-протонные кислотные катализаторы для энантиоселективного присоединения Михаэля циклических кетонов к нитроалкенам". Журнал Американского химического общества. 128 (30): 9624–9625. Дои:10.1021 / ja062701n. PMID  16866504.
  17. ^ Икава, М .; Stahmann, M. A .; Линк, К. П. (1944). «Исследования 4-гидроксикумаринов. V. Конденсация α, β-ненасыщенных кетонов с 4-гидроксикумарином». Журнал Американского химического общества. 66 (6): 902. Дои:10.1021 / ja01234a019.
  18. ^ Halland, N .; Hansen, T .; Йоргенсен, К. (2003). «Органокаталитическая асимметричная реакция Михаэля циклических 1,3-дикарбонильных соединений и α, β-ненасыщенных кетонов - высокоатомно-экономичное каталитическое одностадийное образование оптически активного антикоагулянта варфарина». Angewandte Chemie. 42 (40): 4955–4957. Дои:10.1002 / anie.200352136. PMID  14579449.
  19. ^ Kim, H .; Йен, C .; Preston, P .; Чин, Дж. (2006). «Субстрат-направленная стереоселективность в вицинальном диамино-катализируемом синтезе варфарина». Органические буквы. 8 (23): 5239–5242. Дои:10.1021 / ol062000v. PMID  17078687.
  20. ^ Xie, J .; Yue, L .; Chen, W .; Du, W .; Zhu, J .; Deng, J .; Чен, Ю. (2007). «Высокоэнантиоселективное добавление по Михаэлю циклических 1,3-дикарбонильных соединений к α, β-ненасыщенным кетонам». Органические буквы. 9 (3): 413–415. Дои:10.1021 / ol062718a. PMID  17249775.
  21. ^ Kristensen, T. E .; Вестли, К .; Hansen, F.K .; Хансен, Т. (2009). "Новые первичные аминные органокатализаторы на основе фенилглицина для получения оптически активного варфарина". Европейский журнал органической химии. 2009 (30): 5185. Дои:10.1002 / ejoc.200900664.
  22. ^ Dong, Z .; Wang, L .; Чен, X .; Лю, X .; Lin, L .; Фэн, X. (2009). «Органокаталитическое энантиоселективное добавление Майкла 4-гидроксикумарина к α, β-ненасыщенным кетонам: простой синтез варфарина». Европейский журнал органической химии. 2009 (30): 5192. Дои:10.1002 / ejoc.200900831.
  23. ^ Wong, T. C .; Sultana, C.M .; Восбург, Д. А. (2010). «Зеленый, энантиоселективный синтез варфарина для студентов органической лаборатории». Журнал химического образования. 87 (2): 194. Bibcode:2010JChEd..87..194W. Дои:10.1021 / ed800040м.
  24. ^ Мукаяма, Т. (1977). «Тетрахлорид титана в органическом синтезе [Новые методы синтеза (21)]». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ. 16 (12): 817–826. Дои:10.1002 / anie.197708171.
  25. ^ Lippert, A.R .; Kaeobamrung, J .; Боде, Дж. У. (2006). «Синтез олигозамещенных буллвалонов: изменяющие форму молекулы в основных условиях». Журнал Американского химического общества. 128 (46): 14738–14739. Дои:10.1021 / ja063900 +. PMID  17105247.
  26. ^ Конрад, М .; Guthzeit, М. (1884). "Ueber die Einwirkung von α-β-Dibrompropionsäure auf Malonsäureester" [О реакции 2,3-дибромпропионовой кислоты с эфиром [диэтил] малоновой кислоты]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 17 (1): 1185–1188. Дои:10.1002 / cber.188401701314.
  27. ^ а б Токорояма, Т. (2010). «Открытие реакции Михаила». Европейский журнал органической химии. 2010 (10): 2009–2016. Дои:10.1002 / ejoc.200901130.
  28. ^ Клэйзен, Л. (1887). "Bemerkung über die Addition von Aethylmalonat an Körper mit doppelter Kohlenstoffbindung" [Наблюдение за добавлением [ди] этилмалоната к веществам с двойной углеродной связью]. Journal für Praktische Chemie. 2-я серия. 35 (1): 413–415. Дои:10.1002 / prac.18870350144.
  29. ^ Komnenos, T. (1883). "Ueber die Einwirkung von Fettaldehyden auf Malonsäure und Aethylmalonat" [О реакции алифатических альдегидов с малоновой кислотой и [ди] этилмалонатом]. Annalen der Chemie Юстуса Либиха. 218 (2): 145–167. Дои:10.1002 / jlac.18832180204.