Циклоприсоединение триметиленметана - Trimethylenemethane cycloaddition

Циклоприсоединение триметиленметана является формальным [3 + 2] аннулирование из триметиленметан (TMM) производные двухатомного пи системы. Хотя сам TMM слишком реактивен и нестабилен для хранения, реагенты который может генерировать TMM или TMM синтоны на месте можно использовать для воздействия циклоприсоединение реакции с соответствующими акцепторы электронов. Обычно электронодефицитные пи-облигации пройти циклизация с TMM легче, чем с богатыми электронами пи-связями.[1]

Вступление

Триметиленметан представляет собой нейтральную четырехуглеродную молекулу, состоящую из четырех пи-связей; таким образом, это должно быть выражено либо как не-Кекуле молекула или цвиттерион. Уровни орбитальной энергии TMM показывают, что он обладает синглет и триплетные состояния; как правило, эти состояния демонстрируют разные реактивность и избирательность профили.[2] Считается, что синглетное [3 + 2] циклоприсоединение, когда оно согласовано, протекает при пограничная орбиталь контроль. Когда задействованы богатые электронами TMM, А орбиталь служит HOMO (приводя к слитым продуктам, если TMM циклический). Когда речь идет о бедных электронами (или незамещенных) TMM, S орбиталь служит HOMO (ведущим к мостовой продукты, если TMM циклический). Циклоприсоединения с участием триплетного состояния: пошагово, и обычно приводят к конфигурационному скремблированию в двухатомном компоненте.[3]

TMMOrbs.png

Быстрое закрытие TMM для метиленциклопропены (MCP) - общая проблема, которая влияет на скорость и выход реакций [3 + 2] циклоприсоединения с участием этого класса промежуточные продукты реакции.[4] Проблема, как правило, менее серьезна для пятичленных циклических TMM из-за напряжение кольца в соответствующих МКП. Когда кольцо закрытия и TMM димеризация можно контролировать, [3 + 2] циклоприсоединение дает изомерные смеси метиленциклопентанов. Для получения синтетически полезных промежуточных продуктов TMM были использованы три класса соединений: диазены, силил-замещенный аллильный ацетаты и метиленциклопропены. Переходный металл катализ могут использоваться с двумя последними классами, хотя полярные MCP могут открываться под действием света или тепла (см. ниже).

TMMGen.png

Механизм и стереохимия

Преобладающие механизмы

Диазены могут экструдировать азот с получением дискретных промежуточных продуктов TMM. Как правило, мостиковые диазены используются, чтобы избежать конкурентного закрытия для MCP и реакций димеризации.[5] В сочетании с алкенический акцептор, происходит циклизация либо в конденсированные, либо в мостиковые продукты. Обычно предпочтение отдается конденсированным продуктам, если только предшественник диазена не замещен электронодонорными группами в метилен атом углерода. Конфигурация алкена сохраняется, пока реакция протекает через синглетный TMM.[6]

TMMMech1.png

Когда присутствуют стабилизирующие группы, MCP могут открываться соответствующим цвиттерионным TMM.[7] Ацеталь 1 использовался в этом контексте и обеспечивает циклопентаны с ацеталь функциональность экзо к вновь образованному кольцу с высокой селективностью. Эта реакция тоже стереоспецифический по отношению к геометрии алкена и демонстрирует высокую селективность эндо продукты в большинстве случаев.

TMMMech2.png

MCP без стабилизирующих групп могут генерировать синтоны TMM в присутствии палладий (0) или никель (0) катализаторы.[8] Формальное введение катализатора в любой из двух химически различных циклопропан связки (называемые «дистальными» и «проксимальными», чтобы отразить их расстояние от двойная связь ) может генерировать изомерный товары. Как правило, палладиевые катализаторы вызывают формальный разрыв дистальной связи. Считается, что этот процесс происходит в результате прямого воздействия на дистальную связь координированного алкена. Реакция является ступенчатой ​​и не обладает стереоспецифичностью как при палладиевом, так и при никелевом катализе.

TMMMech3.png

Силилированный аллиловые ацетаты, карбонаты и другие замещенные аллильные соединения могут образовывать синтоны TMM при палладиевом катализе.[9] Реакция очень региоселективный, обеспечивая только схему замещения, показанную ниже, независимо от положения группы R 'в исходном аллиловом ацетате. Однако циклизация происходит ступенчато и не проявляет стереоспецифичности. Стремительный рацемизация из хиральный Пи-аллилпалладиевые комплексы встречаются, и только умеренно диастереоселективность наблюдается в реакциях хиральных аллиловых ацетатов. Однако хиральные нерацемические алкены могут проявлять диастереоселективность от умеренной до высокой.

TMMMech4.png

Стереоселективные варианты

Хиральные вспомогательные средства на алкеновом партнере были использованы для стереоселективных превращений. В реакции камфорсультам -производные ненасыщенные амиды, более низкие температуры были необходимы для достижения высокой селективности.[10]

TMMStereo1.png

В реакциях силилзамещенных аллиловых ацетатов хиральные сульфоксиды может использоваться для обеспечения высокой диастереофациальной селективности.[11]

TMMStereo2.png

Объем и ограничения

Основными ограничениями циклоприсоединений ТММ с использованием диазенов являются конкурентное образование МСР и димеров. Чтобы обойти эти проблемы, либо необходимо использовать очень высокие концентрации алкена, либо циклоприсоединение должно быть внутримолекулярным. Стереоселективность и селективность по сайту также могут быть выше во внутримолекулярных вариантах циклоприсоединений, начиная с диазенов.[12]

TMMScope1.png

Обычно, если не задействована циклическая пи-система, циклоприсоединения ТММ проявляют периселективность 2π и не реагируют с более крупными пи-системами. Например, полярные МКП реагируют только с двойной связью 2,3 полиненасыщенных сложные эфиры.[13]

TMMScope2.png

Реакции, катализируемые переходными металлами, могут быстро создать интересную функциональность. Пропелланы были получены в результате внутримолекулярной циклизации при палладиевом катализе.[14]

TMMScope3.png

Силилированные аллиловые ацетаты можно использовать для внутри- или межмолекулярных применений. Карбонильные соединения может использоваться в качестве 2π-компоненты при соответствующих условиях. Например, при наличии индий сокатализатор, реактивный 2π-компонент циклоприсоединения ниже переключается с C-C на двойную связь C-O.[15]

TMMScope4.png

Поляризованные триметиленметаны, полученные из полярных MCP, также являются полезными субстратами для реакций [3 + 2] с полярными двойными связями в качестве 2π компонента. Ортоэстер продукты, как правило, предпочтительнее кетен ацетали.[16]

TMMScope5.png

Синтетические приложения

Высокая стереоспецифичность и стереоселективность, присущие многим реакциям циклоприсоединения TMM, являются значительным преимуществом; например, транс кольцевой переход в аддукте циклоприсоединения ТММ 2 осуществлен в синтезе (+) -брефельдин А.[17]

TMMSynth.png

Сравнение с другими методами

Хотя 1,3-диполярное циклоприсоединение является полезным методом для генерации пятичленных гетероциклические соединения, существует несколько методов синтеза пятичленных карбоциклические кольца за один шаг через аннулирование. Большинство из них, например циклоприсоединение TMM, основаны на создании подходящего трехатомного компонента для комбинации со стабильным двухатомным партнером, таким как алкен или алкин. При нагревании ацетали циклопропена перегруппировываются в винилкарбены, которые могут служить трехатомным компонентом в циклоприсоединениях с алкенами с высоким содержанием электронов.[18] Цинк гомоенолаты могут также служить косвенными трехатомными компонентами и подвергаться циклизации до циклопентенонов в присутствии ненасыщенного сложного эфира.[19] Тандемная межмолекулярно-внутримолекулярная циклизация гомопропаргильных радикалов приводит к метиленциклопропаны.[20]

TMMAlt.png

Условия и порядок экспериментов

Типичные условия

Оптимальные условия для циклоприсоединения ТММ зависят как от источника ТММ, так и от двухатомного компонента. Однако появилось несколько общих принципов для каждого из источников TMM.

Реакции диазенов должны включать дегазированный растворители, чтобы избежать радикальных реакций с кислородом. Тетрагидрофуран (THF) при рефлюкс это наиболее часто используемая система растворителей, но фотодиссоциация также могут использоваться условия при низкой температуре.

Реакции с использованием полярных МКП обычно проводят в полярный растворитель для облегчения образования промежуточного продукта TMM. Хотя строгое исключение доступа воздуха и воды не требуется, обычно это предпочтительно.

Для реакций MCP, катализируемых переходными металлами, выбор катализатора и лиганд система является ключевой. В общем, фосфин или же фосфит лиганды требуются в сочетании с источником палладия (0) или никеля (0); наиболее распространены Pd2(dba)3 и Ni (треска)2. Три (изопропил) фосфин является наиболее распространенным лигандом, используемым с палладием, и триарилфосфиты обычно добавляют в реакции, катализируемые никелем.

Для реакций силилированных аллильных ацетатов, катализируемых переходными металлами, наиболее часто используемой каталитической системой является ацетат палладия (II) и три (изопропил) фосфит. Реакции обычно проводят в ТГФ при температуре от 60 до 110 ° C. Выбор растворителя или уходящая группа может повлиять на течение реакции.

Рекомендации

  1. ^ Yamago, S .; Накамура, Э. Орг. Реагировать. 2003, 61, 1. Дои:10.1002 / 0471264180.or061.01
  2. ^ Baseman, R.J .; Pratt, D. W .; Чоу, М .; Дауд, П. Варенье. Chem. Soc. 1976, 98, 5726.
  3. ^ Platz, M. S .; Берсон, Дж. А. Варенье. Chem. Soc. 1980, 102, 2358.
  4. ^ Yamago, S .; Накамура, Э. Варенье. Chem. Soc. 1989, 111, 7285.
  5. ^ Берсон, Дж. А. Соотв. Chem. Res. 1978, 11, 446.
  6. ^ Berson, J. A .; Duncan, C.D .; Корвин, Л. Варенье. Chem. Soc. 1974, 96, 6175.
  7. ^ Накамура, Э .; Yamago, S .; Ejiri, S .; Дориго, А. Э .; Морокума, К. Варенье. Chem. Soc. 1991, 113, 3183.
  8. ^ Binger, P .; Бюх, Х. М. Вершина. Curr. Chem. 1987, 135, 77.
  9. ^ Трост, Б.М. Энгью. Chem. Int. Эд. Англ. 1986, 25, 1.
  10. ^ Binger, P .; Шефер, Б. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 529.
  11. ^ Chaigne, F .; Gotteland, J.P .; Малакрия, М. Tetrahedron Lett. 1989, 30, 1803.
  12. ^ Little, R.D .; Мюллер, Г. Варенье. Chem. Soc. 1981, 103, 2744.
  13. ^ Накамура, Э .; Ямаго, С. Соотв. Chem. Res. 2002, 35, 867.
  14. ^ Yamago, S .; Накамура, Э. Тетраэдр 1989, 45, 3081.
  15. ^ Trost, B.M .; Sharma, S .; Шмидт, Т. Варенье. Chem. Soc. 1992, 114, 7903.
  16. ^ Yamago, S .; Накамура, Э. J. Org. Chem. 1990, 55, 5553.
  17. ^ Trost, B.M .; Lynch, J .; Renaut, P .; Штейнман, Д. Варенье. Chem. Soc. 1986, 108, 284.
  18. ^ Boger, D. L .; Brotherton, C.E. Варенье. Chem. Soc. 1986, 108, 6695.
  19. ^ Crimmins, M.T .; Нантермет, П.Г. J. Org. Chem. 1990, 55, 4235.
  20. ^ Curran, D. P .; Чен, М.-Х. Варенье. Chem. Soc. 1987, 109, 6558.