Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ГЛАВА 1. АЛКИЛИРОВАНИЕ ПО АТОМУ УГЛЕРОДА ЧЕРЕЗ ЕНОЛЯТЫ И ЕНАМИНЫ ..................
ТА. Образование углеродных нуклеофилов в результате отрыва протона . . ■ . . , . . . . : . - .9
Кинетический и термодинамический контроль при образовании енолятов ... . . . ; . . .; . . . . . 11
Другие методы образования енолятов . *. . 14
Алкилирование енолятов . . . ............ 15
Образование и алкилирование дианионов ......... 18
Влияние растворителя на алкилирование енолятов19
Алкилирование по атому кислорода или углерода ...... 21
Алкилирование альдегидов, сложных эфиров, нитрилов и нитросоединений • . .•24
Алкилирование енаминов — азотистых аналогов енолов и енолятов 25
ЕМ С-алкнлирование путем сопряженного присоединения . . . . 28
Литература 32
Задачи .33
ГЛАВА 2. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ЧАСТИЦ С
КАРБОНИЛЬНЫМИ ГРУППАМИ . . . 38
Альдольная конденсация -38
Родственные реакции конденсации ...'.........45
Реакция Манниха . . . . ■. . . . . 47
Ацилирование но нуклеофильному углеродному атому....49
Реакция Виттига....54
Илиды серы как нуклеофилы 59
Нуклеофильное присоединение с циклизацией62
Литература 63
Задача .... , .. 68
ГЛАВА 3. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К КРАТНЫМ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫМ СВЯЗЯМ . . . 72
Присоединение водорода .......72
Присоединение галогенов одородов 79
Гидратация и другие реакции присоединения, катализируемые кислотами82
Оксимер курирование 83
Присоединение галогенов 86
Присоединение других электрофильных реагентов . .... 90
Электрофильное замещение по атому углерода в «-положении к карбонильной группе ...,....; 92
Гидроборирование 94
Присоединение к алленам и алкинам .. 104
Литература 111
ГЛАВА 4, ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ И ДРУГИХ ФУНКЦИЙ . . . . . . . V . . . 119
Реагенты-переносчики гидрид-ионов . . . -**■-•.••119
Доноры атомарного водорода . . ...... ..132
Восстановление растворяющимися металлами' .....-...133
Литература 139
Задачи - * • • 141
ГЛАВА 5, МЕТАЛЛОРГАННЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ -149
Органические производные металлов I и II групп Периодиче. ской системы ....... . 149
Синтез и свойства . ■. у-149
Реакции . . . . . . ;;. . . . . . . . . .:....... 154
Органические производные металлов группы ЦБ Периодической системы . . . . .. ., т .. . 163
Органические производные переходных металлов . . . . . . 165
4. Катализ перегруппировок ионами и комилексайи металлов . . 171
Металл органические соединения с л-связями . . . . •. ... 173
Литература 177
Задачи - * 180
ГЛАВА 6. ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПЕ
РЕГРУППИРОВКИ И ЭЛИМИНИРОВАНИЕ ; .... ... . 185
Реакции циклоприсоединения -• • • • • .185
Реакция Дильса — Альдера . . . . . . . . .186
Реакция ляполярного ^яхлопрмсседялеяия . .: ;.. . .V. . . . . . ,191
[З+21-Цнклоприсоедпненяе. в другие реакция? приводящие к циклобутанам ... . . . - , . 195
Фотохимическое циклоприсоединение . . . . •. - ~.-- . . . . 197
Сигматропные перегруппировки ..... ,<. . 201
Моно молекулярные термические реакции элиминирования . . . 207
.1. Циклореверсия и родственные реакции злим паировання . . . . . .207
Д. р-Элиминирован не через циклическое переходное состояние . . . - 214
Литература 218
Задачи .... •- . 221
ГЛАВА 7. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ . . ; 228
Электрофильное замещение в ароматическом ядре . ". . . . . 228
ТЛЛ. Нитрование , . . . . ir. . ..... -228
7Л*2. Галогенцрованце . , , . * , , , , , . , . . -. 7 * ф . , » , *230
7Л.З. Алкилирование я ацилирование по Фриделю— Крафтсу232
7Л.4. Электрофильное металлирование ,.^:е -а-. .« » 240
Нуклеофильное замещение в ароматическом ядре ... . . . 241
Нуклеофильное замещение через ион дуазонйя ; 241
Нуклеофильное замещение путем присоединения ^ ОтЩецления . .245
Нуклеофильное замещение путем отщепления — присоединения . . 247
Нуклеофильное ароматическое замещение, катадизуемое медью , . 25)
Замещение с участием свободных арильных радикалов .. . . s:. 251
Реакционная способность полициклических, ароматических соединений.*..... . --... . .... .........254
Литература 256
Задачи.....-. :. ..-..........259
ГЛАВА 8.РЕАКЦИИСУЧАСТИЕМ КАРБЕНОВ,НИТРЕНОВИДРУ
ГИХ ЭЛЕКТРОНОДЕфИЦНТНЫХ ИНТЕРМЕДИАТОВ . . .264
8.LКарбены...■.......-.... . .......264:
Структура .................... 264
Образование карбенов . .... -. -_- ■ ■ . . , . .-. * 267
Реакции карбенов ......272
Нитрены ..... . . ....... . . . . ,. . . .,279
Перегруппировки электронодефицитных интермедиатов . . . .281
Миграция к углероду ...*.. . . * . * >... * . ,. ... . . . . . . . .281
Миграция к азоту 285
Реакции фрагментации .............. . . 290
Некоторые синтетически важные реакции карбениевых ионов 291
Литература 297
Задачи 301
ГЛАВА 9. РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ \ . .• . . . 308
Окисление спиртов в -альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты -. 308
Окислителя на основе переходных металлов , .:. ......... .308
Кислород, озон и пероксиды............312
Другие окислители ........................ ... .312
Присоединение кислорода по двойной углерод-углеродной связи 314
Окислители на основе переходных металлов ; . , . . . ^ . . . . . . 314
Получение эпоксидов действием пероксидиых реагентов на олефины 316
Расщепление двойных углерод-углеродных связей ...... 324
!. Окислители на основе переходных металлов ; .......... :^ . 324
:2. Озоволнз .. . . . . :.325
Селективное окислительное расщепление по другим фупкцио- 1 нальным группам ...... . .328
Расщепление гликолей . . , ; -328
Окислительное декарбоксилирование ::- - - - - • . . . .330
Окисление кетонов и альдегидов * ,331
Окислители на основе переходных металлов ............ . 331
Окисление кетонов и альдегидов пероксидами и:кислородом . . .,. 333
Окисление другими реагентами . . . * ..,*... , ... . . \ , . 335
Окисление олефинов по аллильному положению .; . ..... 336
Окислители иа основе переходных металлов . . -..,..,..... 336
Кислород, озон н пероксиды . . ... ^ ;. г ..*.., , . . . . . ; 337
Другие окислители .****. . . . ........... .‘ . . * . . \ 339
Окисление атомов углерода, не несущих функциональных групп 341 Литература 343
Задачи ■348
ГЛАВА 10. МНОГОСТАДИЙНЫЕ СИНТЕЗЫ356
Защитные группы . . . . . 356
W.1.L Защита гидроксильной группы ■. . . ;356
Защита аминогруппы . . . . ..361
Защита карбонильной группы..." 363
Защита карбоксильной группы364
Синтетические эквиваленты функциональных групп365
№3.Асимметрические синтезы370
Стратегия синтеза-. 375
Литература 393
Задачи 394
ГЛАВА 11.СИНТЕЗЫ МАКРОМОЛЕКУЛ 402
.1.Полимеризация 403
.1. Цепная полимеризация 403
.L2. Поликонденсация - - . 410
Синтез пептидов и белков ... 413
Синтез нуклеозидов, нуклеотидовиполинуклеотидов420
Литература 428
Задачи .430
Литературе к задачам 433
Предметный указатель443
ГЛАВА 1
4++++44-Ни+++'
АЛКИЛИРОВАНИЕ ПО АТОМУ УГЛЕРОДА
ЧЕРЕЗ ЕНОЛЯТЫ И ЕНАМИНЫ
Алкилирование углеродных нуклеофилов с помощью процессов 5д,2-типа является важным методом синтеза органических соединений. В этой главе описано образование и алкилирование таких нуклеофилов. Алкилирование и ацилирование частиц с нуклеофильными углеродными атомами по другим механизмам рассмотрено в гл. 2.
ОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НУКЛЕОФИЛОВВ РЕЗУЛЬТАТЕ ОТРЫВА ПРОТОНА
Самый общий метод образования нуклеофильного атома углерода заключается в отрыве протона. Образующиеся при этом анионы называют карбанионами. Удаление протона от атома углерода значительно ускоряется при наличии заместителей, которые могут стабилизовать возникающий отрицательный заряд. Особенно важную роль в качестве таких заместителей играют карбонильные группы; образующиеся в этих случаях карбанионы часто называют енолятами. Некоторые типичные примеры отрыва протона приведены на схеме 1.1. Схема 1.2
СХЕМА 1.1. ОБРАЗОВАНИЕ УГЛВРОДНЫх НУКЛЕОФИЛОВ ПУТЕМОТРЫВА ПРОТОНА
ООоно
II IIII' 1 II
С2НйОС—СН2—СОС2Н3 4- В' ^ь СгН5ОС—С—СОС2Н5 4- ВН
ООоно
IIIIII I II
СН3С—СН2—СОСаНб 4-В" ^ СН3С—С—СОС2Н5 4- ВН
ОНО
III II
N=C—СН3—СОС2Н5 4-В" ч=^= N=C—С—СОС2Н5 4-ВН
н
RCHa—NO2 4- В" ¥=ь RC—NO3 4- ВН
ОНО
III II ,
RCH2—CR' 4-В" ч=^= RC—CR 4-ВН
СХЕМА 1.2, РЕЗОНАНС В НЕКОТОРЫХ КАРБАНИОНАХ
НI + RC=NНI + RC=NНОНО'
Н
I + RC=N
Н
I + RC=N
I IIII
RC—CR' ■*-► RC=CR'
ОНОII I IIRC—С—СОС3Н5ОНОII I IIRC—С—СОС3Н5О' Н ООНО'
ОНО
II I II
RC—С—СОС3Н5
ОНО
II I II
RC—С—СОС3Н5
I I IIII I I 1
RC=C—COCsHs л-> RC—e=COC2Hs
НОНО"но
I IIII। L
N=C—С—СОСгН5 -«-^ N—С—С=СОСгН5 ч-^. "№=С=С—СОС2Н5
ТАБЛИЦА 1.1. ПРИБЛИЖЁННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ рК РЯДА СН-КИСЛОТ: И ОСНОВАНИЙ - КАТАЛИЗАТОРОВ
CH-Кислота .
, P-X Ц-l ;
Основание
Цо,б[
pK*
O1NCHiNO1 CH3COGH2NO2 C2HsNO2
CHsCOGHiCOCHg
3,6
5,1
8,6 9
СНгСОО"
4,2
PhCOCH2COCH3 ch3no2
9,6
10,2
PhO"
9,9
CH3COCH2COOC2H5
10,7
(C3H;)SN
10,7
CH3COCH(CH3)COGHa ncch2cn
СгН5ООССН2СОО C2Hs Циклопентадиен
11
11,2
12,7
14,5
(CjHs)2NH
11
CeHsOOCCHtCiH^COOC,^
15
HO" CH3O' CAO"
15,7 .16 18
CH3COCH5 Флуорен CHsCN
20 20,5
25
(GH3)3CO"
19
PhsCH
• рК сопряженной кислоты.
33
н2гг
CHiS0CH2
(С2Н,)2ГГ
CH3(CH3)3Li
35
35
36
>45
иллюстрирует возможную делокализацию отрицательного заряда в образующихся карбанионах.
Положение равновесия в таких кислотно-основных реакциях зависит от относительной кислотности СН-кислоты и частиц ВН (или, наоборот, основности В- и карбаниона). В табл. 1.1 приведены значения рК для типичных СН-кислот и сопряженных ВН-кислот обычно используемых оснований. Приведенные значения являются приближёнными из-за отсутствия метода точной оценки абсолютной кислотности в определенном растворителе для веществ, имеющих сильно различающуюся кислотность. Кроме того, относительная кислотность может значительно изменяться при переходе от одного растворителя: к другому.
Исходя из значений рК, приведенных в табл. 1.1, заместители по их способности стабилизовать карбанионы можно расположить в следующий ряд:
МО2 > COR > CN да CO2R > SOR > SOR > Ph > R
Сравнивая приближенные значения рК сопряженных кислот основных катализаторов и СН-кислот, можно определить положение кислотно-основного равновесия для данной комбинации реагент — основание. Например, в случае простого диалкилкетона можно видеть, что под действием гидроксид-иона или первичных алкоголят -ионов происходит лишь частичное превращение кетона в анион:
ОО'
ВI
рССНз + РСНгО" RC=CH»+RCH2OH
В присутствии третичных алкоголятов, которые обладают несколько большей основностью, сравнимой с основностью енолятов, происходит более полный перенос протона:
ОО'
RC—CHs + RsCO' ^ds R^=CH2+RgCOH
Более сильные основания, например амид- и ги.чрид-воны, дпметнл- сульфоксид-анион и трифснилмегил-анион, практически полностью превращают кетон в енолят:
О О'
RC—СНа 4- PhgCLi ;~* RC=CH2 -j- Ра3СН
Для любой: из СН-кислот можно определить "положение кислотноосновного равновесия с данным основанием. Положение такого равновесия важно учитывать при рассмотрении других аспектов реакций карбанионов.
КИНЕТИЧЕСКИЙ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬПРИ ОБРАЗОВАНИЙ енолятов
"Атомы водорода метиленовой или метиловой групп, связанных с двумя электроноакцепторными заместителями, удаляются под действием основания* гораздо быстрее, чем при наличии лишь одного активирующего за местптел я. Образующийся карбанион также более устойчив, чем изомерные ‘анноны, в которых отрицательный заряд может делокализоваться только за счет одного из заместителей. Например,, в ацетоуксусном эфире водород из положения 2 удаляется предпочтительнее по сравнению с менее кислыми протонами при С-4:
ООО
8.в- |-- II
СН3ССН2СООС2Н5 * С^ССНСООС2Н5 : ^ СН2ССН^
(осдоаной продукт)(минорный продукт)
ООО
IIВ" , - II|С
РЬСИгССН2СПз —PhCHCCH2CH3 Д^_ РНСН2ССНСНЭ(основной продукт) (минорный продукт)
При наличии одной активирующей- группы конкурирующие направления образования изомерных енолятов обычно различаются не столь резко: Важным для рассмотрения является случай несимметричных кетонов. Исследования в этой области до некоторой степени позволили понять факторы, определяющие,: какой из Возможных енолятов образуется.
Состав смеси енолятов может определяться кинетическим или тер- модянамяческим факторами; В первом случае определяющими являются относительные скорости двух конкурирующих реакций отрыва протона:
О
R2CHCCH2R'
О'О'
RjcUstHjR'R2CHG=CHR'
Е2
IU
l2l *S
Соотношение образующихся продуктов контролируется кинетическим фактором. Однако, если возможно быстрое взаимное превращение ено-
лятов (I) и (2), то установится равновесие, положение которого будет зависеть от термодинамической устойчивости енолятов:
Ор-— R2Ch£ch2R' -g—।
О'О"
R,C=CCH2R t > r2chc=chr
12
В этом случае состав продуктов контролируется термодинамически.
Регулируя условия, при которых из кетона образуется смесь енолятов, можно контролировать реакцию кинетическим или термодинамическим фактором.‘Кинетический контроль будет наблюдаться в тех случаях, когда взаимное превращение образовавшихся енолятов происходит медленно. Это отмечается при использовании очень сильных оснований, например трифенилметиллития, в апротонном растворителе в отсутствие избытка кетона. Применение ионов лития также благоприятствует кинетическому контролю. Протонные растворители и избыток кетона применять не следует, так как они способствуют протеканию равновесных реакций переноса протона с последующим образованием енолятов.
О"ООО'
R2C=CCH2R' + R2CHCCH2R' ^ R2CHCCH3R'-b R2CHC=CHR1з
Из-за малого объема катион лития тесно координируется с атомом кислорода енолята, что снижает скорости реакций протонного обмена.
Хаус с сотр. [2] исследовали состав енолятов, образующихся в условиях кинетического контроля при добавлении кетона к раствору трифенилметиллития в апротонной среде диметоксиэтапа. В присутствии избытка кетона устанавливается -равновесие (термодинамический контроль). Состав смеси енолятов определяли по данным реакции с уксусным ангидридом. При этом быстро образуются ацетаты енолов; последующее определение их .соотношения отражает соотношение присутствующих в растворе енолятов.
О'О"OOCCHs OOCCHs
||(СН3С0)2ОI|
R2C=CCH,R' + r2chg=chr' —> rec=cch2r'+ r2chc=chr
Смесь ацетатов енолов можно анализировать с помощью газовой хроматографии или ПМР. Результаты, полученные для ряда кетонов, представлены в табл. 1.2. Из этих н аналогичных данных выведена определенная зависимость: условия кинетического контроля обычно благоприятствуют образованию менее замещенного енолята. Это объясняется, вероятно, тем, что по стерическим соображениям отрыв менее затрудненного протона, протекает быстрее, чем отрыв более затрудненного протона, а эта более быстрая реакция приводит к менее замещенному еноляту. Аналогичные результаты были получены при использовании вместо трифенилметиллития диизопропиламида лития [2«]. Однако в равновесной смеси обычно преобладает более замещенный енолят. С повышением степени замещения возрастает устойчивость двойной углерод- углеродной связи; в результате подобного влияния заместителей увеличивается устойчивость более замещенного енолята.
КетонОбразующиеся енолятыСодержание енолятов в смеси (а %)при нинети ческам контролепри термо । динамическом контролеКетонОбразующиеся енолятыСодержание енолятов в смеси (а %)при нинети ческам контролепри термо । динамическом контролеТАБЛИЦА Т.Ь СОСТАВ СМЕСИ ЕНОЛЯТОВ (УТАБЛИЦА Т.Ь СОСТАВ СМЕСИ ЕНОЛЯТОВ (У28942894О1|(СН3)гСНССНгСН,оиСНз(СНг)4ССНзО1|(СН3)гСНССНгСН,оиСНз(СНг)4ССНз)с=снснэ (СН^НСУ)с=снснэ (СН^НСУ>0" СНз(СН2)зСН=С^ ^CHs.>0" СНз(СН2)зСН=С^ ^CHs.О" I СНа(СН3)»С=СН2О" I СНа(СН3)»С=СН272б10669034< 1—>99—~ 25~ 87~ 75~ 1372б10669034< 1—>99—~ 25~ 87~ 75~ 13
Кетон
Образующиеся еноляты
Содержание енолятов в смеси (а %)
при нинети ческам контроле
при термо । динамическом контроле
Кетон
Образующиеся еноляты
Содержание енолятов в смеси (а %)
при нинети ческам контроле
при термо । динамическом контроле
ТАБЛИЦА Т.Ь СОСТАВ СМЕСИ ЕНОЛЯТОВ (У
ТАБЛИЦА Т.Ь СОСТАВ СМЕСИ ЕНОЛЯТОВ (У
2894
2894
О
1|(СН3)гСНССНгСН,
о
и
СНз(СНг)4ССНз
О
1|(СН3)гСНССНгСН,
о
и
СНз(СНг)4ССНз
)с=снснэ (СН^НСУ
)с=снснэ (СН^НСУ
>0" СНз(СН2)зСН=С^ ^CHs.
>0" СНз(СН2)зСН=С^ ^CHs.
О" I СНа(СН3)»С=СН2
О" I СНа(СН3)»С=СН2
72б
1066
9034
< 1—
>99—
~ 25~ 87
~ 75~ 13
72б
1066
9034
< 1—
>99—
~ 25~ 87
~ 75~ 13
Отрыв протона в «.^-ненасыщенных кетонах происходит от у-угле- родного атома с образованием более устойчивого енолята:
Оliв-Ц2СНССН=СНСН2К' —^Оliв-Ц2СНССН=СНСН2К' —^О"О'
О
liв-
Ц2СНССН=СНСН2К' —^
О
liв-
Ц2СНССН=СНСН2К' —^
Ц2СНС=СНСН=СНЦ' > R2C=tcH=CHCH2R'(более устойчив)(менее устойчив)
Различная устойчивость этих изомерных енолятов объясняется тем, что первая система является полностью сопряженной, а во второй имеется перекрестное сопряжение. Во втором изомере делокализация отрицательного заряда ограничивается атомами кислорода и «-углерода, тогда как в полностью сопряженной системе отрицательный заряд распределен на атоме кислорода и а'- и p'-углеродных атомах.
Термины «кинетический контроль» и «термодинамический контроль» * применимы и к другим реакциям; в общем виде эта концепция
была рассмотрена в разд. 4.8 книги 1. При обсуждении других реакций в этой главе мы будем считать, что условия и реагенты благоприятствуют образованию «термодинамического продукта». Это означает, что действующий механизм обеспечивает установление равновесия между различными возможными продуктами. Если это справедливо, то строение главного; продукта можно предсказать, исходя из относительной устойчивости различных возможных продуктов. Если данная реакция контролируется «кинетически», предсказание или объяснение относительных количеств полученных продуктов вытекает из анализа конкурирующих скоростей их образования.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЕНОЛЯТОВ
Отработка условий, при которых литиевые еноляты определенного строения не находятся в равновесий с другими возможными изомерами, стала возможной при введении в практику более специфических реакций образования енолятов, чем простой отрыв протона. Три такие реакции и их механизмы представлены на схеме 1.3.
Синтетическое использование растворов, содержащих специфические енолятные частицы (т. е. еноляты определенного строения), описано в следующем разделе.
Расщепление триметилсилиловых эфиров и ацетатов енолов метил- литием (реакции 1 и 2 в схеме .1.3) как путь образовання специфических енолятов ограничивает малая доступность исходных веществ, Получение триметилен лиловых эфиров и ацетатов енолов из соответствующих кетонов обычно приводит к смеси1 двух возможных производных, которую затем необходимо разделять. Иногда можно найти условия, благоприятствующие образованию одного из изомеров; например, при взаимодействии 2-метил циклогекса иона с диизопропиламидом лития и триметил- хлорсиланом соотношение менее замещенного и более замещенного эфиров составляет 99 : 1 (кинетически Контролируемые условия) [3].\
Восстановление «^-непредельных кетонов литием в жйдКом У аммиаке (реакция 3 схемы 1.3) является более общим методом образования специфических енолятов, так как необходимые исходные соединения легко получаются различными реакциями конденсаций (см. гл, 2)_.
СХЕМА 1.8. ОБРАЗОВАНИЕ ЕНОЛЯТОВ ОПРЕДЕЛЕННОГО СТРОЕНИЯ
АЛКИЛИРОВАНИЕ ЕНОЛЯТОВ
Алкилирование таких соединений, как Р-дикетоны6 ^-кетоэфиры и эфиры малоновой кислоты, можно проводить в спиртовых средах в присутствии алкоголятов металлов в качестве оснований. При наличии двух электроноакцепторных заместителей /отрыв протона от углеродного атома , находящегося м с жду ними,, б л а го п р и я тетвуст об р а зо в аншо ед и н - ственного енолята, алкилирование которого затем проходит по 5л-2-ме- ханизму.
На схеме 1.4 представлены некоторые примеры важных /реакций алкилирования достаточно кислых СН-кислот. Эти реакции имеют важное значение в синтезе различных кетонов, карбоновых кислот и родственных соединений, как показано на схеме 1.5. Ё них действует общий й^д- ханизм, включающий катализируемое основанием образование карбаниона с последующей: нуклеофильной атакой ио :5д2-‘мехайизму. Алкилирующий агент .должен быть подходящим для 5л-2-реакццп. Наиболее пригодными субстратами являются первичные- алкилгалотениды и сульфонаты. В случае вторичных галогенидов и сульфонатов выходы обычно ниже из-за конкурирующих реакдий элимннйрованйя- Третичные галогениды и сульфонаты непригодны. так как для них реакции элиминирования протекают быстрее, чем реакции замещения.
l При использовании достаточных количеств основания и алкилирующего агента можно провести двалкилпровавие метиленовой группы. Однако диалкилнрованис может1"быть и йёжеЛательным побочным процессом, если необходимо моноалпилированное производное. Применение дигалоген алканов в качестве алйнлирующих агентов приводит к образованию циклов; на схеме 1.4 это иллюстрируется синтезом диэтилового эфира циклобутан динарбоноврй кислоты (реакция 7). Возможны также внутримолекулярные реакции, как видно на примере синтеза нитрила циклопропан кар боновой кислоты (реакция 8, схема 1.4).
СХЕМА 1.1. АЛКИЛИРОВАНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО СИЛЬНЫХ СН-КНСЛОТ
(CH^CH, NaOEt|
[Зе]CHaCOCHiCOOCgHs -1- СНДСгМзВг. ———>■ СНзСОСНСООС-Hs (69—72%)
/=\NaOEt
[30] СН2(СОРС2Н5)з + <^^-^Ск№)
сн,
К2См2|
(3)13в1 CHaGOCHaCQGH3 + СН31 Г СН3СОСНСОСН, <75 -77%)
сн2еоосян5NaOEt1
[Зг] СНзСрСН,СООСгН8+ С1СН2СООС2Н5 ► - СН3СОСНСОРС2Н3
[35] PhiCHCN + КШ2 PhaC CN CH^Ph
PhgCGN + PhCH2pl —* Ph8CCM (эа-ад)
[Зе) PKCHiGOPGsHa-f MaNH2 —> P^CHCOOC^Hs
CH2CI-I2Ph
Р11СНСРОС2Нз-|-РЬСН2СН2Вг- ^ PhCHCOOG2H5 (77-81%)
NaOEt/COOC2BS
[Зж] CH2(COOC4HS)2 + ВгСН2СН2СН2С1 > < X(53-55%)
N: (52 - 53%)N: (52 - 53%)^COPCaHs
N: (52 - 53%)
N: (52 - 53%)
IM ’ C1CH2CM2GH2GM + HaNHi
СХЕМА L5. СИНТЕЗ КЕТОНОВ И ПРОИЗВОДНЫХ КАРВОНОВЫХ КИСЛОТМЕТОДАМИ АЛКИЛИРОВАНИЯ
[Зи][Зк][Зи][Зк](СН2)аСН3(СН2)3СН3
[Зи]
[Зк]
[Зи]
[Зк]
|Н2О, -ОН1Н+, А
СН3СОСНСООС2Н5 * СН3СОСНСОО" >
—> СН3СО(СН2)4СН3 <52-61%) (см. схему 1.4) NaOBu
СНг(СООС2Н5Ъ + С7Н15Вг ► С7Н16СН(СООС2Н6)2
H2O, ~OH СгН16СН(СООС2Н5)2 ——»- C7Hi5CH(COOH)2
H*
СуН!5СН(СООН)2СуН!5СН(СООН)2(3) [Зд](3) [Зд]СООСЕН,СООСЕН,СООС2Н5(см. схему 1.4)СООС2Н5(см. схему 1.4)2. Н'2. Н'1. н2О, "он1. н2О, "онСООН дСООН дсоонсоон—СООН+ сог—СООН+ сог* C3H,6COOH (66 - 75%)—co3
СуН!5СН(СООН)2
СуН!5СН(СООН)2
(3) [Зд]
(3) [Зд]
СООСЕН,
СООСЕН,
СООС2Н5
(см. схему 1.4)
СООС2Н5
(см. схему 1.4)
2. Н'
2. Н'
1. н2О, "он
1. н2О, "он
СООН д
СООН д
соон
соон
—СООН+ сог
—СООН+ сог
(4) [3.«](4) [3.«](5) [Зн](5) [Зн]СНгСНСНСНгСНСН—СООСНз + PhCHiCl—СООСНз + PhCHiClООСООС2Н5СООС2Н5СНгСНгСКСНгСНгСК1. Н2О, -ОН2. н+1. Н2О, -ОН2. н+a. A; —co2Оa. A; —co2ОCH2Ph—co2CH2Ph—co2СООСН3 LjIСООСН3 LjI—CH2Ph (72- 76%)—CH2Ph (72- 76%)
(4) [3.«]
(4) [3.«]
(5) [Зн]
(5) [Зн]
СНгСНСН
СНгСНСН
—СООСНз + PhCHiCl
—СООСНз + PhCHiCl
О
О
СООС2Н5
СООС2Н5
СНгСНгСК
СНгСНгСК
1. Н2О, -ОН
2. н+
1. Н2О, -ОН
2. н+
a. A; —co2
О
a. A; —co2
О
CH2Ph—co2
CH2Ph—co2
СООСН3 LjI
СООСН3 LjI
—CH2Ph (72- 76%)
—CH2Ph (72- 76%)
С1
Д XNaOEt
НССН2СООС2Н5+f Ч—СН2С1 s
При наличии одного электроноакцепторного заместители, например в простых кетон а х; сложных эфирах и нитрилах, для получения алкилированного производного с высоким выходом необходим тщательный контроль условий реакции. Применение оснований, под действием которых возможно только частичное превращение субстрата в анион, может приводить к реакциям альдольной конденсации в случае кетонов и конденсации Кляйзена в случае сложных эфиров (обсуждение этих реакций см. в гл. 2). Частично избежать этого можно при использовании очень сильных оснований, таких как амид-, гидрид- или трифенилмйзтил- анионы.
Как уже отмечалось, у несимметричных кетонов реакции отрыва протона обычно приводят к образованию смеси различных возможных енолятов, состав которой контролируется .кинетическим или термо,динамическим факторами. В качестве наиболее простого случая рассмотрим образование енолятов, генерируемых методами, описанными в разд-П-З. Здесь преобладает один енолят и последующее алкилирование приводит в основном к продукту его алкилирования. Некоторые примеры алкилирования специфических енолятов приведены на схеме L6.
Реакции (3) и (4) на схеме 1.6 иллюстрируют образование по(йоч- пых продуктов в результате ди алкилирования. Диал-килирование происходит в силу того, что образующийся моиоалкклированный продет 16
СХЕМА 1 6 АЛКИЛИРОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ЕНОЛЯТОВ
L MvLi2. MelL MvLi2. Mel(2) [3«](2) [3«](80%)(80%)(3) [Зр](3) [Зр](4) [Зс](4) [Зс](2%)(2%)(60%)(60%)
L MvLi
2. Mel
L MvLi
2. Mel
(2) [3«]
(2) [3«]
(80%)
(80%)
(3) [Зр]
(3) [Зр]
(4) [Зс]
(4) [Зс]
(2%)
(2%)
(60%)
(60%)
может реагировать с яеалкилированным енолятом с образованием енолята алкилированного кетона:
О" Ы'О" Ы'ООсндснд
О" Ы'
О" Ы'
О
О
снд
снд
Такие процессы могут очень быстро протекать в протонных растворителях или при использовании слабо координирующегося катиона. Это является причиной того, что при катализируемых основаниями реакциях алкилирования кетонов в протонных растворителях редко получают хорошие выходы продуктов моноалкилироваиия. Уменьшить эти трудности можно при использовании специфических литиевых енолятов в
апротонных растворителях [4]. Стереохимию алкилирования енолят исследовали путем определения конфигурации продуктов алкилиров ния циклических кетонов. Таким образом была изучена стереохимия а. килирования енолятов 3 [5] и 4 [6]:
[76][761О) [7s](4) [7г][76][761О) [7s](4) [7г]О" О"I | Г BuBr СН3СОСН2СОСНз + 2NaNHg —> СН2=ССН=ССН3 Г^Г~ —► СНа(СН3)4СОСНгСОСН3 @1-82%)О" О"I | Г BuBr СН3СОСН2СОСНз + 2NaNHg —> СН2=ССН=ССН3 Г^Г~ —► СНа(СН3)4СОСНгСОСН3 @1-82%)II^ВЫI I --^СНзССНзСООСНз-*- СИ2=ССН:=СОСН3 ^ ^II^ВЫI I --^СНзССНзСООСНз-*- СИ2=ССН:=СОСН3 ^ ^о—> СНаССВДлССНвСООСНз (Я4%)о—> СНаССВДлССНвСООСНз (Я4%)
[76]
[761
О) [7s]
(4) [7г]
[76]
[761
О) [7s]
(4) [7г]
О" О"
I | Г BuBr СН3СОСН2СОСНз + 2NaNHg —> СН2=ССН=ССН3 Г^Г~ —► СНа(СН3)4СОСНгСОСН3 @1-82%)
О" О"
I | Г BuBr СН3СОСН2СОСНз + 2NaNHg —> СН2=ССН=ССН3 Г^Г~ —► СНа(СН3)4СОСНгСОСН3 @1-82%)
II^ВЫI I --^
СНзССНзСООСНз-*- СИ2=ССН:=СОСН3 ^ ^
II^ВЫI I --^
СНзССНзСООСНз-*- СИ2=ССН:=СОСН3 ^ ^
о
—> СНаССВДлССНвСООСНз (Я4%)
о
—> СНаССВДлССНвСООСНз (Я4%)
В еноляте (3) отсутствует предпочтительность одного из двух воз можных подходов алкилирующего агента; енолят (4) дает больше тоге продукта, в котором новая алкильная группа занимает аксиальное положение. В общем случае высокой стереоселективности в отношении атаки двух сторон енолятной системы можно ожидать и тогда, когда одна из них стерически затруднена. В этом случае алкилирование может быть полностью стереоселективным.
ОБРАЗОВАНИЕ И АЛКИЛИРОВАЕ^ТДИАНИОНОВ
В присутствии очень сильного основания, например амид-иона или литийорганнческого реагента, дикарбонилыше соединения можно превратить в их дианионы. Последующее алкилирование таких дианионов
СХЕМА 1.7. ОБРАЗОВАНИЕ И АЛКИЛИРОВАНИЕ ДИАНИОНОВ
О' О’
|1 L PhCHgCl
СНзСОСН=СНО" + №Н3 —> СН2=ССН=СН ~7^?"
—Р11СН2СНзСОСН2СНО
проходит предпочтительнее по месту с более высокой основностью, чем по углеродному атому, находящемуся между двумя карбонильными группами. Как уже обсуждалось выше, предпочтительным направлением атаки в моноанионе является более кислая метиленовая группа, активированная двумя карбонильными заместителями. Возможность регулирования направления моноалкилирования выбором количества и природы основного катализатора значительно расширяет синтетические возможности алкилирования енолятов [7]. Несколько примеров образования и алкилирования дианионов приведено на схеме 1.7.
ВЛИЯНИЕ РАСТВОРИТЕЛЯ НА АЛКИЛИРОВАНИЕЕНОЛЯТОВ
Некоторые апротонные полярные растворители, например диметил- формамид, диметилсульфоксид, гексаметилфосфорамид, заметно ускоряют реакции алкилирования енолятов [8]. Ниже представлены относительные скорости алкилирования натриевого енолята диэтилового эфира н-бутилмалоновой кислоты бутилбромидом в различных растворителях. Сильное увеличение скоростей в димегилформамиде и диметилсульфок- сиде отражает влияние полярных апротонных растворителей:
РастворительРастворительОтцостттель*ваяскоростьалкилнрона*НИЯОтцостттель*ваяскоростьалкилнрона*НИЯРастворительРастворительОтв ренте ль'нэяскорсьтьалкилировавНИЯОтв ренте ль'нэяскорсьтьалкилировавНИЯБензол ....Тетрагидро фу ранБензол ....Тетрагидро фу ран114114Ди метоксиэтан ....80Ди метоксиэтан ....80Диметилформамид . Ди метилсульф оксидДиметилформамид . Ди метилсульф оксид97014209701420
Растворитель
Растворитель
Отцостттель*ваяскоростьалкилнрона*НИЯ
Отцостттель*ваяскоростьалкилнрона*НИЯ
Растворитель
Растворитель
Отв ренте ль'нэяскорсьтьалкилировавНИЯ
Отв ренте ль'нэяскорсьтьалкилировавНИЯ
Бензол ....
Тетрагидро фу ран
Бензол ....
Тетрагидро фу ран
1
14
1
14
Ди метоксиэтан ....80
Ди метоксиэтан ....80
Диметилформамид . Ди метилсульф оксид
Диметилформамид . Ди метилсульф оксид
970
1420
970
1420
Природа растворителя определяет непосредственное окружение карбаниона. В неполярных растворителях, таких как углеводороды или простые эфиры, карбанионы тесно ассоциированы с ионами металла в ионные пары или агрегаты ионов;
R^.OMR^.OMR^Q—Й R^^HR^Q—Й R^^H
R^.OM
R^.OM
R^Q—Й R^^H
R^Q—Й R^^H
R H ионий яэмрзR H ионий яэмрзR^H М-R^H М-
R H ионий яэмрз
R H ионий яэмрз
R^H М-
R^H М-
агрегат ионов
Растворимость в таких растворителях ограничена. В неполярных растворителях невозможно разделение и сольватация енолята и иона металла. В гидроксил содержащих растворителях диссоциация агрегатов и ионных пар ускоряется вследствие сольватации как аниона, так и катиона полярными гидроксильными группами. Между растворителем и енолят-анионом образуются водородные связи:
+ ROH+ ROH
+ ROH
+ ROH
Такие растворители, как диметилформамид, имеют относительно большие дипольные моменты. Атомы кислорода, являясь местом повышенной
ОIIСН3—S—СНзОIIСН3—S—СНзснэснээлектронной плотности, способны координировать положительно заряженные ионы металла. Положительные участки в молекулах этих растворителей менее эффективны при сольватации анионов, возможно, по крайней мере частично, из-за экранирования положительного заряда в каждой молекуле метильными группами.
О
II
СН3—S—СНз
О
II
СН3—S—СНз
снэ
снэ
Н—
СНЭ
I
СНз
О"
СНз—S—СНз
В этих полярных растворителях еноляты щелочных металлов существуют в виде ионных пар, однако сила притяжения между ионами снижается за счет значительной сольватации катиона [9].
СНз—S—СНз
О"М+4-СНз—S-О"М+4-СНз—S-О'м+
О"
М+4-СНз—S-
О"
М+4-СНз—S-
О'
СНз— S—СНз
Понятно, что различное окружение в таких разных средах оказывает сильное влияние на реакционную способность енолят-аниона. Для протекания алкилирования сольватация енолят-анион а, по крайней мере частично, должна быть нарушена. X
Высокая реакционная способность в полярных апротонных растворителях является главным образом следствием того, что анион в основном не сольватирован, а для разрушения ионных пар или сольватной
Ряс. 1.1. Повышенная реакционная способность несольватиро- вапных енолятов;
/ — энергиясольватарованнато
енолята; 2— энергия несольватированного енолята; 5 — энергия, необходимая для разрушения сольватной оболочки; 4,5 — энергии продуктов реакции.
оболочки необходима лишь незначительная энергия. Другими словами, несольватированный енолятный реагент обладает относительно большей энергией, чем сольватированный ион, поэтому энергия активации реакции снижается. Это различие в реакционной способности представлено на рис. 1.1.
АЛКИЛИРОВАНИЕ ПО АТОМУ КИСЛОРОДАИЛИ УГЛЕРОДА
В енолят-анионах имеются две возможности для алкилирования. Нуклеофилы, которые имеют более одного потенциального места для электрофильной атаки, называют амбидентными нуклеофилами. Если алкилирующим агентом является алкил галогенид, то обычно доминирует алкилирование по углеродному атому.
О"О
С-Алкилирование: R—С=СН2 + R'—X —> R—i—СНа—R'
О"О—R'
О-Алкилирование: R—С=СН2 + R'—X —► R—С^=СНг
Рассмотрим причины, определяющие предпочтительность С-алкили- рования; при этом нужно учитывать три взаимосвязанных фактора. Во- первых, степень сольватации еволят-аниона оказывает сильное влияние на реакционную способность аниона (см. разд. 1.6). Детали строения сольватированного аниона могут влиять па соотношение продуктов О- и С-алкилировання. Если атом кислорода более сильно сольватирован, чем атом углерода, можно ожидать большей реакционной способности по углеродному атому. Поскольку в еноляте на атоме кислорода сосредоточен больший отрицательный заряд, можно ожидать наиболее сильной сольватации атома кислорода за счет образования водородных связей.
Во-вторых, как уже обсуждалось в гл. 5 книги 1, нуклеофильность в реакциях 5^2 связана с поляризуемостью, Чем легче электронное"облако нуклеофила может быть деформировано при образовании свя,^ тем более сильным будет нуклеофил в реакциях 5д|2-типа. Сравнений нуклеофильности углеродного и кислородного атомов амбидентного иона енолята приводит к выводу, что менее электроотрицательный атом углерода является более поляризуемым и поэтому должен быть более нуклеофильным.
Наконец, нужно сравнить структуру переходных состояний при алкилировании по углеродному и кислородному атомам;
Кх '"ИR^H
567
КуОRxy,O
'НR^XR R-T-R
Н'-XН
589
Сопоставление связей,имеющихся впродуктахО-и С-алкилирования,
указывает на значительно большую устойчивость кетона из-за большей прочности связи С = О в карбонильной группе:
с—О79С=О173
С—О79С—С80
С=С145С—С80
303 ккал/моль332 ккал/моль
В условиях большинства реакций алкилирования продукты О- и С-алкилировання обычно взаимно не. Превращаются, поэтому непосредственно на основании термодинамических данных нельзя правильно
предсказать предпочтительность С-алкилирования. Однако переходные состояния (6) и (8) в значительной степени напоминают соответственно продукты (7} и 0). Поэтому можно ожидать, что в случае С-алкилиро- вания энергия переходного состояния будет ниже, отражая, тем самым, большую устойчивость продукта С-алкилирования (рис. 1.2). Таким
Рис. 1.2. Энергетические профили реакций О- (верхняя кривая) и С-алкили- роваяия нижняя кривая).
образом, конкуренция между О- и С-алкилированием зависит от совместного действия эффектов сольватаций, нуклеофильности С- и О- атомов енолят-иона и строения переходного состояния.
Для еволят-анионов обычно преобладает С-алкилирование. Однако при использовании высокореакционноспособного алкилирующего агеИ' та переходное состояние больше на
поминает реагирующий енолят-нон, чем продукт; на атоме кислорода сосредоточен значительный заряд, что приводит к О-алкилнроваяию, Алкилирование по атому кислорода при катализе основаниями не характерно Однако такие реагенты, как диазометан или ион триэтилок- сония, могут реагировать по атому кислорода [5].
Алкялсульфэты и -сульфонаты в отличие от соо ветствующих галогенидов проявляют большую тенденцию к образован, ‘ю продукта О-ал- килирования. Метилхлорметиловый эфир, чрезвычайно активный галогенид, дает продукт О-алкилирования с исключительно высоким выходом [10]
Еноляты с пространственно затрудненным атомом углерода также дают значительные количества продуктов О-алкилироваиия, особенно при реакции в полярных апротонных растворителях. Например, дифенил ацетофенон в присутствии диметилсульфоксида образует большое количество продукта О-алкилирования [И]:
Выюа. <$>
YАБ
MeO(CH2hOMe, MeSOMe .....5050
Me:1CGH ..496
Гексаметилфосфорамид, другой биполярный апротонный растворитель, способствует увеличению отношения продуктов О- и С-алкилирования аннона ацетоуксусного эфира по сравнению с наблюдаемым в диметил- сульфоксиде. Этот растворитель может быть использован, когда необходимо провести О-алкилирование [12].
При алкилировании фенолят-аннона конкуренция между С- и О-ал- килированием гораздо менее выражена:
В этом случае С-алкилирование энергетически невыгодно, так как в ходе этого процесса разрушается ароматическая система:
Для фенолят-ионов было четко продемонстрировано влияние растворителя на направление алкилирования. О-Алкилирование преобладает в таких растворителях, как диметил сульфоксид, диметил форм амид, простые эфиры, спирты. В воде, феноле и трифторэтаноле образуются значительные количества продукта С-алкилирования [13], Можно полагать, что эти растворители образуют очень прочные водородные связи с атомом кислорода фенолят-ан иона. Сильная сольватация снижает реакционную способность атома кислорода и благоприятствует алкилированию по атому углерода.
В енолятах, полученных при отрыве протона от у-утлеродного атома «^-ненасыщенных кетонов, имеются три возможных места для атаки электрофилом: атом кислорода, а- и у-углеродные атомы:
Кинетически как протонирование, так и алкилирование, направляются преимущественно по «-углеродному, атому. Прогонированне такого ено-
лята служит методом превращения а-,р-ненасыщенных кетонов и сложных эфиров в менее устойчивые р,у-ненасыщенные изомеры:
(основной продукт)(минорный продукт)
1. ЫЫВг сн5сн=снсоос3н5 щ-^47*
—> СН^СНСН.СООСА + СНзСН=СНСООС8Нв {См. [15J}
<87%)<13%)
Алкилирование также проходит селективно по сс-углеродному атому, однако данные еноляты чрезвычайно склонны к диалкилированию, что затрудняет введение одной алкильной группы [16].
АЛКИЛИРОВАНИЕ АЛЬДЕГИДОВ, СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ,НИТРИЛОВ И НИТРОСОЕДИНЕНИИ
Среди классов соединений с функциональными группами, способными стабилизовать отрицательный заряд на атоме углерода, наиболее подробно изучены кетоны. Катализируемое основаниями «-алкилирование альдегидов наблюдается редко: в этих условиях альдегиды чрезвычайно легко подвергаются альдольным конденсациям (см. гл. 2); эта реакция преобладает в присутствии оснований'- которые только частично превращают альдегиды в сопряженные основ, пия. Для алкилирования альдегида может быть использовано его полг ре превращение в енолят под действием очень сильного основания с последующим введением алкилирующего агента, однако примеров таких реакций относительно немного. Косвенным методом алкилирования альдегидов является алкилирование через енамины или магниевые соли имигюв. Эти реакции рассмотрены в разд. 1.9..
Для катализуемого основанием алкилирования простейших сложных эфиров необходимы сильно основные катализаторы. Более слабые основания, например алкоголяты, способствуют реакциям конденсации (см. гл. 2). Только недавно был разработан достаточно удобный метод получения енолятов сложных эфиров. Сильно пространственно-затрудненные основания, особенно анион диизопропиламида, при низкой температуре не присоединяются по карбонильной группе, а отрывают протон из «-положения сложных эфиров и лактонов [17а—17в]. Образующиеся еноляты легко алкилируются алкилбромидами или алкилиодида- ми, например [17а]:
LiNRs
СВДСНгБСОООД» ■' >■ СН^СНЖСНСОООДб (83%)
J
СНз
Для образования енолятов можно применять и менее затрудненные основания, если использовать для предотвращения реакций по карбониль-
ной группе грет-бутиловые эфиры. Например, при алкилировании третбутилацетата успешно применяют амид лития в жидком аммиаке [18].
Хорошими субстратами для С-алкилирования служат нитрилы фенилуксусной кислоты. Фенильная группа повышает кислотность связи С—Н и стабилизует образующийся анион:
Поскольку алифатические нитрилы имеют менее кислый характер, для полного превращения их в анионы требуются более сильные основания. Однако алкилирование простых нитрилов исследовано еще слишком недостаточно для того, чтобы выявить условия успешного С-алкилиро- вания.
Алифатические нитросоединения имеют более кислый характер, чем альдегиды, сложные эфиры, кетоны или нитрилы, однако алкилирование образующихся анионов почти всегда проходит предпочтительнее по атому кислорода, чем по атому углерода [19]:
в“RCH2NOS ►в“RCH2NOS ►R'CH2X+*- rch=n;R'CH2X+*- rch=n;
в“
RCH2NOS ►
в“
RCH2NOS ►
R'CH2X+
*- rch=n;
R'CH2X+
*- rch=n;
RrCH=ORrCH=OПродукты О-алкилировапия нитросоединений, называемые нитроновыми эфирами, очень неустойчивы и разлагаются в основных средах с образованием альдегида и оксима:
RrCH=O
RrCH=O
sx +/°"C=N
V Vo^CHR'
Н/)
В
Иногда эту реакцию применяют для синтез^ альдегидов из первичных галогенидов, но с ее помощью редко удается'получить значительные количества продукта С-алкилирования (есть, щзако, и исключения) [20].
-СНО+ (CH3)2C=NOH СНз-СНО+ (CH3)2C=NOH СНзСН2Вг
-СНО
+ (CH3)2C=NOH СНз
-СНО
+ (CH3)2C=NOH СНз
+ (ch3)8c=no; —>
CHS
АЛКИЛИРОВАНИЕ ЕНАМИНОВ - АЗОТИСТЫХАНАЛОГОВ ЕНОЛОВ И ЕНОЛЯТОВ
Азотистые аналоги кетонов и альдегидов называют иминами или азометинами. Эти соединения можно получить конденсацией аминов с кетонами и альдегидами [21]:
О[R— С—R + RNH2О[R— С—R + RNH2N—RN—RR—С—R 4- Н5ОR—С—R 4- Н5О
О
[
R— С—R + RNH2
О
[
R— С—R + RNH2
N—R
N—R
R—С—R 4- Н5О
R—С—R 4- Н5О
При нагревании вторичных аминов с кетонами или альдегидами в присутствии кислотного катализатора происходит родственная реакция конденсации, которую часто можно довести до конца удалением воды с по-
мощью азеотропной перегонки. Продуктом конденсации является заме* щенный виниламин или енамин:
оRCCHRS + R,MHоRCCHRS + R,MH
о
RCCHRS + R,MH
о
RCCHRS + R,MH
Известны и другие методы получения енаминов из кетонов; при этом для завершения реакции применяют сильные дегидратирующие реагенты. Например, быстрое образование енаминов происходит при прибавлении четыреххлористого титана к смеси карбонильных соединений и вторичных аминов [22]:
ОNR2
2RCH2CR'+6R2NH + T:C14 —> 2RCH=CK' + 4R2NH2 СГ + TiOi
В другом методе вторичный амин превращают в три метилсилильное производное. Из-за большего сродства кремния к кислороду, чем к азоту, образование енамина оказывается благоприятным и проходит в мягких условиях [23]:
ОNR3
К2Ы8ЦСН3)Э + RCHiCR' —> RCH^CR' + (CH3)3SiOH
P-Углеродный атом енамина вследствие сопряжения с атомом азота становится нуклеофильным. Действительно, при подкислении енаминов протонирование происходит по углеродному атому с образованием ими- ниевого иона:
RR
R3N—C=CR3 > R3N=C—CRs
RR
I 14** I
r2n— c=cr2 —> R2N=C—CHR^ Нуклеофильность ^-углеродного атома енаминов ожно использовать в определенных синтетически полезных реакциях aj пилирования;
r'-Д —r2n=c-c-r' ^^ rc-c-r'
RR RR
Особый интерес представляют енамины, полученные йз циклогексанонов. В смеси енаминов, образующихся при. взаимодействии пирролидила и 2-метилциклогексанона, преобладает соединение (10) [24]:
СН3СНзСН3СН3СНзСН310(90%)II (10%)10(90%)II (10%)
СН3СНзСН3
СН3СНзСН3
10(90%)II (10%)
10(90%)II (10%)
В реакциях с замещенными циклогексанонами пирролидин склонен образовывать менее замещенный енамин. Это обусловлено стерическими факторами. Для максимального перекрывания л-орбиталей двойной связи и свободной пары электронов азота необходима копланарность ато-
схема i s. алкилирование кетонов через енамины
(3) [24в](3) [24в](1) [24л](1) [24л](2) [245](2) [245]CHgOOCCHs—CHgOOCCHs—I. Парролядин2. МеСОСНВгМе3. Н2ОI. Парролядин2. МеСОСНВгМе3. Н2О(4) (24г)(4) (24г)
(3) [24в]
(3) [24в]
(1) [24л]
(1) [24л]
(2) [245]
(2) [245]
CHgOOCCHs—
CHgOOCCHs—
I. Парролядин
2. МеСОСНВгМе
3. Н2О
I. Парролядин
2. МеСОСНВгМе
3. Н2О
(4) (24г)
(4) (24г)
мов азота и углерода. В более замещенном изомере возникает некоторое дестабнлизующее несвязное отталкивание.
Стерическое ,отталкиваниеСтерическое ,отталкивание
Стерическое ,отталкивание
Стерическое ,отталкивание
ОО)СН—С—СИ»)СН—С—СИ»
О
О
)СН—С—СИ»
)СН—С—СИ»
Из-за преобладания менее замещенного енамина алкилирование происходит главным образом по менее затрудненному а-углеродному атому. Эго может быть с успехом использовано в синтетических целях. При гидролизе реакционной смеси получают алкилированный кетон. Типичные реакции представлены на схеме 1.8. Важной конкурирующе й ре-
Соль аммония В При действии оснований дает только енамин А —- Прия реЗ.
акцией является алкилирование енамина по атому азота. При гидролизе продуктов N-алкилирования происходит регенерация исходного кетона:
Эта конкурирующая реакция значительно ограничивает успешное алкилирование енамина, особенно при использовании реакционноспособных реагентов, таких как метил иодид, бензилгалогениды, а-галотенкетоны, простые и сложные а-галогенэфнры. "Азотистые аналоги енолят-ионов можно получить из иминов и сильных оснований. Образующиеся анионы алкилируют ал килгалогенидами:EtMgBr(СН3)2СНСН=О + (CH3)gCNH3 —* (CH3)2CHCH=NC(CH3)3 >„ „CH2PhCH2Ph/MgBr pbCHsCi|H2o|—> (CH3)2C=CHNZ >- (CHshCCH^NCfCHsh> (СНз)2ССН=О^CfCHah(общий ЪЫКЗД €0%)=0c4h8Эта конкурирующая реакция значительно ограничивает успешное алкилирование енамина, особенно при использовании реакционноспособных реагентов, таких как метил иодид, бензилгалогениды, а-галотенкетоны, простые и сложные а-галогенэфнры. "Азотистые аналоги енолят-ионов можно получить из иминов и сильных оснований. Образующиеся анионы алкилируют ал килгалогенидами:EtMgBr(СН3)2СНСН=О + (CH3)gCNH3 —* (CH3)2CHCH=NC(CH3)3 >„ „CH2PhCH2Ph/MgBr pbCHsCi|H2o|—> (CH3)2C=CHNZ >- (CHshCCH^NCfCHsh> (СНз)2ССН=О^CfCHah(общий ЪЫКЗД €0%)=0c4h8Установлено, что в этих реакциях алкилирование несимметричных кетонов проходят в основном по менее затрудненному атому углерода [25];।91. №ОИ2. RMgXIIСНЭССН(СН3)3 — -^ СНг(СН2)4ССН(СНй)2 (70%)Установлено, что в этих реакциях алкилирование несимметричных кетонов проходят в основном по менее затрудненному атому углерода [25];।91. №ОИ2. RMgXIIСНЭССН(СН3)3 — -^ СНг(СН2)4ССН(СНй)2 (70%)4. Н2О4. Н2ОВ основе синтетического использования производных дигидрооксази- на лежат родственные превращения. При взаимодействия с гидридом натрия четвертичная соль (12) превращается в циклический енамин(13), который можно алкилировать. После восстановления и гидролиза продукта алкилирования енамина получают альдегиды [26];В основе синтетического использования производных дигидрооксази- на лежат родственные превращения. При взаимодействия с гидридом натрия четвертичная соль (12) превращается в циклический енамин(13), который можно алкилировать. После восстановления и гидролиза продукта алкилирования енамина получают альдегиды [26];СН3мнRX—► н3Ск1Т >сн313—► rch3ch=oСН3мнRX—► н3Ск1Т >сн313—► rch3ch=oСИ,СИ,1ПНаВЩ." 2. Н2ОN+ ^CH3R " ,1ПНаВЩ." 2. Н2ОN+ ^CH3R " ,СИ,СИ,1.10. С-АЛКИЛИРОВАНИЕ ПУТЕМ СОПРЯЖЕННОГОПРИСОЕДИНЕНИЯВ предыдущих разделах рассмотрены главным образом такие реакции, в которых новая углерод-углеродная связь образуется между нуклеофильной углеродной частицей и алкилирующим агентом по реакция Sw2. В этом разделе будет рассмотрен другой общий и важный метод1.10. С-АЛКИЛИРОВАНИЕ ПУТЕМ СОПРЯЖЕННОГОПРИСОЕДИНЕНИЯВ предыдущих разделах рассмотрены главным образом такие реакции, в которых новая углерод-углеродная связь образуется между нуклеофильной углеродной частицей и алкилирующим агентом по реакция Sw2. В этом разделе будет рассмотрен другой общий и важный метод
Эта конкурирующая реакция значительно ограничивает успешное алкилирование енамина, особенно при использовании реакционноспособных реагентов, таких как метил иодид, бензилгалогениды, а-галотенкетоны, простые и сложные а-галогенэфнры. "
Азотистые аналоги енолят-ионов можно получить из иминов и сильных оснований. Образующиеся анионы алкилируют ал килгалогенидами:
EtMgBr
(СН3)2СНСН=О + (CH3)gCNH3 —* (CH3)2CHCH=NC(CH3)3 >
„ „CH2PhCH2Ph
/MgBr pbCHsCi|H2o|
—> (CH3)2C=CHNZ >- (CHshCCH^NCfCHsh> (СНз)2ССН=О
^CfCHah
(общий ЪЫКЗД €0%)
=0
c4h8
Эта конкурирующая реакция значительно ограничивает успешное алкилирование енамина, особенно при использовании реакционноспособных реагентов, таких как метил иодид, бензилгалогениды, а-галотенкетоны, простые и сложные а-галогенэфнры. "
Азотистые аналоги енолят-ионов можно получить из иминов и сильных оснований. Образующиеся анионы алкилируют ал килгалогенидами:
EtMgBr
(СН3)2СНСН=О + (CH3)gCNH3 —* (CH3)2CHCH=NC(CH3)3 >
„ „CH2PhCH2Ph
/MgBr pbCHsCi|H2o|
—> (CH3)2C=CHNZ >- (CHshCCH^NCfCHsh> (СНз)2ССН=О
^CfCHah
(общий ЪЫКЗД €0%)
=0
c4h8
Установлено, что в этих реакциях алкилирование несимметричных кетонов проходят в основном по менее затрудненному атому углерода [25];।
91. №О
И2. RMgXII
СНЭССН(СН3)3 — -^ СНг(СН2)4ССН(СНй)2 (70%)
Установлено, что в этих реакциях алкилирование несимметричных кетонов проходят в основном по менее затрудненному атому углерода [25];।
91. №О
И2. RMgXII
СНЭССН(СН3)3 — -^ СНг(СН2)4ССН(СНй)2 (70%)
4. Н2О
4. Н2О
В основе синтетического использования производных дигидрооксази- на лежат родственные превращения. При взаимодействия с гидридом натрия четвертичная соль (12) превращается в циклический енамин(13), который можно алкилировать. После восстановления и гидролиза продукта алкилирования енамина получают альдегиды [26];
В основе синтетического использования производных дигидрооксази- на лежат родственные превращения. При взаимодействия с гидридом натрия четвертичная соль (12) превращается в циклический енамин(13), который можно алкилировать. После восстановления и гидролиза продукта алкилирования енамина получают альдегиды [26];
СН3
мнRX
—► н3Ск1Т >
сн3
13
—► rch3ch=o
СН3
мнRX
—► н3Ск1Т >
сн3
13
—► rch3ch=o
СИ,
СИ,
1ПНаВЩ
." 2. Н2О
N+ ^CH3R " ,
1ПНаВЩ
." 2. Н2О
N+ ^CH3R " ,
СИ,
СИ,
1.10. С-АЛКИЛИРОВАНИЕ ПУТЕМ СОПРЯЖЕННОГОПРИСОЕДИНЕНИЯ
В предыдущих разделах рассмотрены главным образом такие реакции, в которых новая углерод-углеродная связь образуется между нуклеофильной углеродной частицей и алкилирующим агентом по реакция Sw2. В этом разделе будет рассмотрен другой общий и важный метод
1.10. С-АЛКИЛИРОВАНИЕ ПУТЕМ СОПРЯЖЕННОГОПРИСОЕДИНЕНИЯ
В предыдущих разделах рассмотрены главным образом такие реакции, в которых новая углерод-углеродная связь образуется между нуклеофильной углеродной частицей и алкилирующим агентом по реакция Sw2. В этом разделе будет рассмотрен другой общий и важный метод
С-алкилирования, который заключается в присоединении нуклеофила ной углеродной частицы к электрофильной кратной связи:
ОО(1) [276](1) [276],(53%)CHsCHaCOOCHa,(53%)CHsCHaCOOCHa(2) [276](2) [276]PhCH2CHCN + CH2=CHCNPhCH2CHCN + CH2=CHCN™3<п™3<пCNCNРЬСН2ССНзСНгСМ (100%)РЬСН2ССНзСНгСМ (100%)CONH3CONH3CONHsCONHsPhPh[27a][27a]INaOEtCHsCCOOCiH^ + CH2=CCOOC2HS PhINaOEtCHsCCOOCiH^ + CH2=CCOOC2HS Ph—► (СгНаООС)2СНСН2СНСООС2Н5 (55-60%)—► (СгНаООС)2СНСН2СНСООС2Н5 (55-60%)[27г][27г]PhCH2N(CH3)3 "ОН(СНз)гСНМО, + снг=снсоосна СНзPhCH2N(CH3)3 "ОН(СНз)гСНМО, + снг=снсоосна СНз-► O2N С СН2 СООСН3 (89-85%)IrisCN-► O2N С СН2 СООСН3 (89-85%)IrisCNCNCN[273][273]IконPhCHCOOC2H5 + CH^CHCN ——“7?£13)3IконPhCHCOOC2H5 + CH^CHCN ——“7?£13)3PhGGHaCH2CN №-8$<ыPhGGHaCH2CN №-8$<ыCOOC2H6COOC2H6II, "он+ СН3С('Н/?ООС2Н5 -^:II, "он+ СН3С('Н/?ООС2Н5 -^:,.RO/. СООСНа too /У,.RO/. СООСНа too /УO=CCH3СЖООС2Н5O=CCH3СЖООС2Н5(7) [27ж](7) [27ж]ncch2ncch2СоОСН3СоОСН3Н2о+ СНг=СИСМ ;Н2о+ СНг=СИСМ ;оо
О
О
(1) [276]
(1) [276]
,(53%)
CHsCHaCOOCHa
,(53%)
CHsCHaCOOCHa
(2) [276]
(2) [276]
PhCH2CHCN + CH2=CHCN
PhCH2CHCN + CH2=CHCN
™3<п
™3<п
CN
CN
РЬСН2ССНзСНгСМ (100%)
РЬСН2ССНзСНгСМ (100%)
CONH3
CONH3
CONHs
CONHs
Ph
Ph
[27a]
[27a]
INaOEt
CHsCCOOCiH^ + CH2=CCOOC2HS Ph
INaOEt
CHsCCOOCiH^ + CH2=CCOOC2HS Ph
—► (СгНаООС)2СНСН2СНСООС2Н5 (55-60%)
—► (СгНаООС)2СНСН2СНСООС2Н5 (55-60%)
[27г]
[27г]
PhCH2N(CH3)3 "ОН
(СНз)гСНМО, + снг=снсоосна
СНз
PhCH2N(CH3)3 "ОН
(СНз)гСНМО, + снг=снсоосна
СНз
-► O2N С СН2 СООСН3 (89-85%)
Iris
CN
-► O2N С СН2 СООСН3 (89-85%)
Iris
CN
CN
CN
[273]
[273]
Iкон
PhCHCOOC2H5 + CH^CHCN ——“7?
£13)3
Iкон
PhCHCOOC2H5 + CH^CHCN ——“7?
£13)3
PhGGHaCH2CN №-8$<ы
PhGGHaCH2CN №-8$<ы
COOC2H6
COOC2H6
II, "он
+ СН3С('Н/?ООС2Н5 -^:
II, "он
+ СН3С('Н/?ООС2Н5 -^:
,.RO/. СООСНа too /У
,.RO/. СООСНа too /У
O=CCH3
СЖООС2Н5
O=CCH3
СЖООС2Н5
(7) [27ж]
(7) [27ж]
ncch2
ncch2
СоОСН3
СоОСН3
Н2о
+ СНг=СИСМ ;
Н2о
+ СНг=СИСМ ;
о
о
Реакция применяется для многих енолятов и енаминов. Типичными электрофильными партнерами в этой реакции являются «^-ненасыщенные кетоны, сложные эфиры или нитрилы; углерод-углеродная двойная
СХЕМА 1.9. АЛКИЛИРОВАНИЕ УГЛЕРОДНОГО АТОМА ПУТЕМСОПРЯЖЕННОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ
КОС(СНз)з
СНз + СН2=СНСООСНз
связь активируется для нуклеофильной атаки также и другими злек* троноакцепторными, заместителями. Эту реакцию называют реакцией Михаэля или реакцией сопряженного присоединения [27]. Процесс может также происходить и с другими нуклеофилами, например алк- оксид-ионамя или аминами, однако реакции этого тина выходят за рамки настоящего обсуждения.
Реакция Михаэля обычно катализуется основанием. Все стадии обратимы; как правило, применяют протонные растворители, особенно спирты, которые протонируют промежуточный анионный аддукт и образуют продукт реакции; Реакция может контролироваться термодинамически или кинетически в зависимости от жесткости условий реакции.. Наиболее обычны реакции с -такими нуклеофилами, как еноляты малоновых эфиров или. p-кетоэфиров, стабилизованных двумя электроноакцепторными заместителями. Получены также хорошие выходы продуктов алкилирования простых кетонов и нитроалканов, Енамины также используют в качестве нуклеофилов в реакции Михаэля. Разнообразные олефнны, в которых одна или несколько электроноакцепторных групп сопряжены с двойной связью, применяют в качеуве молекулы-акцептора. В роли электрофильной частицы могут применяться также ацетилены.
Некоторые типичные примеры реакций Михаэля представлены на схеме 19. Реакция находит очень широкое применение, большое количество примеров собрано в таблицах работы [27].
Енамины циклических кетонов при взаимодействии с акролеином образуют бициклические кетоны [28].‘
В этой реакции имеется несколько стадий, в том числе стадия, включающая перенос енаминной функции к карбонильной группе альдегида. Реакция начинается сопряженным присоединением;
Дальнейший механизм реакщш точно неизвестен. По-видимому, перенос енаминной функции происходит при частичном гидролизе И повторном образовании енамина по а/^дегпдиой группе [29]. Этот метод является удобным путем синтеза p/да бициклических систем.
Бициклические соединения можно также получить из енаминов, используя би функциональные реагенты. Бромэфир (14), например, при
Цианид-ион по отношению к электрофильным алкенам является реакционноспособным углеродным нуклеофилом, конечным результатом реакции является присоединение цианистого водорода:
\ /Х ян I ?
NC'+ Л=С'——NC—С—С—Н
SH=р а створ нте ль
СХЕМА ПО. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ЦИАНИД-ИОНА К ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫМ АЛКЕНАМ
L5L5CNCN CN
L
5
L
5
]KCN| I
PhCH=CPhPhCH-CHPh Р5-эзЩ
(1) [31Д](2) [316](3) [31е](1) [31Д](2) [316](3) [31е](4) [31г](4) [31г]СНзОН, Иди
(1) [31Д]
(2) [316]
(3) [31е]
(1) [31Д]
(2) [316]
(3) [31е]
(4) [31г]
(4) [31г]
Для проведения таких реакций обычно применяют спиртовые раство цианидов калия или натрия. Для этой же цели используют коадлек цианистого водорода с триэтил алюминием и диэтилалюмннийцианид [31]. Эти реагенты полезны в тех случаях, когда более обычная nj цедура с использованием циаиид-иона не пригодна. Данные реаген позволяют также управлять стереохимией реакций. При использован, первого реагента образуется кинетически контролируемый продут тогда как применение второго приводит к термодинамически бол устойчивому нитрилу. Несколько примеров использования обоих мет дов представлены на схеме 1.10.
Другой очень важный метод присоединения углеродной цепи к р-у дородному атому аД-ненасыщенной карбонильной системы включа применение металлоргаиических реагентов (см. гл. 5).
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
ЕНОЛЯТЫ
D. J. Cram, Fundamentals of Carbanion Chemistry, Academic Press, New York, NY, 196 [Д. Крам Основы химии карбанионов. Пер. с англ/Под ред И. П. Белецкой Й Мир, 1967. 300 с.)
Й. О. House, Modern Synthetic Reactions, Second Edition, W. A. Benjamin, Menlo Pari CA, 1972, Chapter &
ЕНАМИНЫ
A. G. Cook, Enamines. Synthesis, Structure and Reactions, Marcel Dekker, New York NY, 1969
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
D L Cram., Fundamentals of Carbanion Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1965, pp. 8—20, 41 [Д Крам. Основы химии карбанионов. А1-, «Мир», 1967. 300 с.]
1й, Н, О. House, Modern Synthetic Reactions, Second Edition, W: A, Benjamin, Menlo Park, CA, 1972, p 494.
H. O. №nse, В. M. Trost, J. Org. Chern. 30, 1341 (1965) .
2a H, O. House, M. Gall, H. D. Olmstead, J. Org. Chem. 36, 2361 (1971).
G Stork, P. E. Hudrlik, J, Am. Chem. Soc. 90, 4464 (1968); H. O, House, L. J, Сги- ba. M. Gall, H D Olmstead, J. Org. Chem. 34, 2324 (1969).
2e. H. O. House, В. M. Trost, J Org. Chem. 30, 2502 (1965).
2e G Stork, P Rosen, H. Goldman, R. V, Coombs, L Tsuji, J.. Am. Chem Soc. 87, 275
(НЛК House, L h Czuba, M. Gall, H. D Olmstead, J. Org. Chem. 34, 2324 (1969).
Sa.C. S. Marvel, F. D. Hager, Org. Synth 1, 248 (1941) [СОП 1, 544 (1949)].
R. B. Moffett, Org. Synth. IV, 291 (1963) [СОП 4,253 (1953)].
Зв. A, W. Johnson, E. Atartoam., R. Price, Org. Synth 42, 75 (1962)
Зе H. Adkins, N. Isbell, B. Wojcik. Org Synth. И, 262 (1943) [СОП, 2, 580 (1949)].
ЗД C. R. Hauser, W R. Dunnavant, Org Synth. TV, 962 (1963).
Зе E. M. Kaiser, TP G. Kenyon, C. R. Hauser, Org. Synth. 47, 72 (1'967).
Зж. R. P. Mariella. R. Raube, Org. Synth IV, 288 (1963)
За M J, Schlatter, Ore. Synth.lll, 223 (1956) [СОП, 3, 346 (1952)].
3u.J. R Johnson, F. D, Hager, Org. Synth. I, 351 (1941) [СОП, 1, 247 (1949)].
Зк. E, E Reid, J. R Ruhoff, Org. Synth U, 474 (1943) [СОП, 2, 406 (1949)].
3л. G. B. Heisig, F. H. Stodola, Org. Synth. Ill, 213 (1955).
Зл I. A, Shorcz, F. E. Katninsk^, Org. Synth. 48, 53 (1968).
Зя. F. Elsingej, Org- Synth. 45, 7 (1965),
3o. G. Stork, P Rosen, .V, Goldman, R. V. Coombs, J. Tsugn, J.. Am. Chem. Soc 87, 275 (1965).
3n G. Stork, P E Hudrlik, J. Am Chem. Soc. 90, 4464 (1968).
Зр. H. О House, В. M Trost, J. Org. Chem 30, 2502 (1965)
3c H A. Smith, B, J. L Huff, W. J. Powers, Ш, D, Caine, J. Org. Chem. 32, 2851 (1967).
3r. M. Gall, H О House, Org. Synth- 52, 39 (1972).
H. О Huuue. Rec Chem. Prog. 28, 98 (1967).
H. О House, В. A. Teriertiller, H, D. Olmstead, J Org. Chem. 33, 935 (1968).
F, Н 0 House, М / Umen, J Org Client. 38, 1000 (1973).
7 Г. M. Harris. С M. Ho-ns, Org Кеве) 17, 153 0969)
-дТ M Harns, S. Boatman.. C R Haaser, J. Am. Chem. Spc. 85, 3273 (1963):
$ Boatman, У M. Harris. C R Hauser, J Am Chem ‘Soc 87, 82 (1965);
К G. Hampton T. M Hams, C R Hauser, J. Org. Chem. 28, 1946 (1963)
75 К G Hampton, T. M, Harris, C R Hauser, Org- Synth. 47, 92 (1967).
Те S BcmtrMn, Г. ,M Harns, C R fiousw, Org. Synth. 48, 49 (1968).
7a. S. A'. Hacki.n, L. Weller, J Am. СЫп. Soc. 96, 1082 (1974).
A. J. Parker, Chem. Rev 69, I (1969).
Ba. from H E. Zougg. J Am. Chem -S-jc 83, 833 7 (1961).
H E Zaugg, J E. Ratajczyh, L E Leonard, d. D. Schaefer, J Org Chem. 37, 2249 (1972).
in R M. Coates, I. E. Shaw, J Org. Chem. 35, 2597, 2601 (1970).
ИH.D. Zook, TI.Russo, tГFerrand, 0. S -Slots, J Org. Cl^m.33,2222(19680
F./■ LeNoble,HF Moms,JOrg. Chem. 34, I960 (191.9).
N.Kornblum,P.J. Berrigan,F Г LeNoble,' J. Am. Chem.Soc.85,1141(1963.).
N,Kornbium,R Seltzer, P.Haberfield, J Ant- Chem. Soc 85,1148(1963)
. H J. Rmgold. S. К Malhotra, Tetrahedron Lett, 069 (1962); S. К Malhotra, H. J, Ringold, J. Am Chem Soc 85, 1538 (19631.
M. F. Rathke, D. Sullivan. Tetr.iheiiron Lett, 4249 П973).
G, Stork, J- Benaim,-! Am Chem. Soc. S3, 5938 (1971).
17a M. W. Rathke. A Lindert, J Am Chem Soc. 93, 23.18 (1971)..
176-R, / Cregge. J. L Herrmann, C. S Les, J. E. Richman, R. H. Schlessinger, Tetrahedron Lett, 2425 (1973).
17s 2. L. Herrmann, R H Schlessinger, Chem Common, 711 (1973).
W. R Dunnavant C. R Hmiser, J Org. Chem 25, 1693 (I960), H, Srshto К Sei, M. Nozaki, J. Org’ Chem. 27, 2681 (1962).
H. B. Hass, M L. Bender, J Am Chem Seo 71, 1767, 3182 (19^9); А. Kombtum, R. A. Brown, J Am. Chem. Soc 86, 2681 (1964), H. В Hass, M L. Bender, Org Synth. IV, 932 (1963).
R C Kerber, G W. Urry, N Kornbium, J Am. Chem. Soc. 87, 4520 i’V'fiS)
). P. Y. Sollenberger, R В Martin, hi S. Patai ied], Chemistry of the Атто Group, Chapter 7, I citer science, New York, NY.. 1968.
22 W. A. White. H. Weingarten. J Org. Chem 32, 213 (1967)
. R. Comi, R, U?. Franck, M Reitano, S M, Wetnreb, Tetrahedron Lett, 3107 (1973),
F. D Gu,rowiiz% Л1 A Joseph, J Org Chem. 32, 3289 (1967)
24a. G. Stork, A. Brizzolara H Laadesman, J. Szmuszkoiniz, R Terresi, J Am Chem. Soc. 85, 207 (196.3)
D. M Locke, S W. Pelletier, J Am Chem Soe. 80, 2528 f 1958)
Ai Sisido, S. Kurozumi, K. Utimoto, J Org Chem. 34, 2661 (1969).
G. Stork, S D, Darling, J Am Chem Soc 86, 1761 (1964).
25 G Stork, S- R Dowd, J Am Chem -Soc 85, 2178 (1963).
26A1 Meyers, N.Nazarenko, J Am Chem. Soe.. 94,32)3(1972); A. I.Meyers,
ANabeya, H. F.AdoNes, L R Politzer, G. R Malone,,4. C.Kovelesky, R L.Nolen,
R C_ Portnoy, 1 Org Chem 38,36 (1973)
27ED Bergmann,D. Ginsburg, R. Ptropo, Org React10, 179 (1959)
27oHО House, F.I. Roelofs, В A) Trost. J Org Chem 31,6-16 (1966).
276SFaka.m ats и, J.Org Chem 27, 1283 (1962).
Ele E Л1 Kaiser, C L. Mao, C F Hauser, C R Hauser, J Org Chem 35. 410 (1970)
T-- P Г MHHtt, Qrg synth IV, 652 С)9631.
2“J F C. Horning A p F'neHi. Org Synth TV 77 6 (1№31
'Me K. Alder, H. Wirtz, H Knymslberg. Justus LieMgs Ann. Chem 601, 138 (1956) 27^' L. Mandell, .1. 17 Riper, Г P.TSingk, J. Org Chem. 28, 3440 (1963).
G Stork, H. К I.anitesman, J Am. Chem Soc. 78, 5129 (1956).*
R. A Schuf, T. M. H. Lin, J Org Chem 30, 2845 (1965), R D. Allen, B, G, Cor- diner, R. 1 Wells,. Tetrahedron Lett, 60,55 (1968).
R P Nelson, R G Lawtan, J- Am Cliem. Soc. 88, 3884 (1966),
F. Nagata, M. Yoshioka, S. Hirai, J Am. Chem Soc 94, 4635 (1972), F. Nagata, ■ JI. Yoshioka, M. Murakami, J Am Chem. Soc. 94, 4654 (1972).
31a L A. McRae, R A В Bonnard, Org Synth. IV, 393 (1963).
31-6 0 R Rodig, N J. Johnston, J Org Chem 34, 1942 (t969).
3ls E F. CaMrall, R. Littell, S Bernstein, J, Org Chem. 29, 64 (1964).
hie F Naguta, M Yoshioka. Org. Synth. 52, 100 (1972).
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена да с. 433)
— 1.1. Напишите структуры всех возмижных енолятов для каждого из приведенных :.ii.4.e кстопов Укажите, образованию какого из них способстиугг кинетически контро- пруемое депротон прозаике. Какой на возможных, изомерных енолвтов должен быть езпоолее устойчивым?
оШ СнЛоШ СнЛо(a) CffsCHjCH^CQH^hо(a) CffsCHjCH^CQH^hСН3‘СН3‘
о
Ш СнЛ
о
Ш СнЛ
о
(a) CffsCHjCH^CQH^h
о
(a) CffsCHjCH^CQH^h
СН3‘
СН3‘
о
(б) PhCH2CHgCCH(CH3)2
СООСНдСООСНдН3<Г СН,Н3<Г СН,
СООСНд
СООСНд
Н3<Г СН,
Н3<Г СН,
—1.2. Покажите, кик можно получить каждое из следующих соединений, используй реакцию Михаэля: я) 5-нитро-4,4-ди метилпента нон-2, 6) дпэтнлозый эфир 2,3-дифенил глутаровой кислоты; е) этиловый эфир 2-бензсцл-3-(пиридил-2)бутаиовой кислоты г) З-оксо-2-фелилциклогексануксусная кислота.
— 1.3. Внутримолекулярное алкилирование енолятов успешно используют для синтез; бз- и трициклических соединений. Укажите, как такой способ можно применить дл! синтеза каждой аз следующих молекул, изобразив структуру соответствующего пред, шесте спинка:
H3COOC
•— 1.4. Предложите форму кинетического уравнения для катализируемой основанием уейкции присоединения пентан дион-1,3 к метилвншу «кетону.
— 1.3. При обработке 2,3,3-трифеннлпропиоиитрила 1 г-экв амида калия в жидком аммиаке и последующем присоединении бензилхлорида получают 2-бензил-2,3,3-трифенил• вропионитрил с выходом 97%. При использовании 2 г-экв амида калия с выходом ь0% получают 2,3,3,4-тетр а фен и лбу тир онитрнл при тех же условиях реакции Объяс. ните эти результаты.
— 1:6. Замещенные ацетофеноны в условиях реакции Михаэля реагируют с этиловым эфиром фенилцропнолавой кислоты с образцаанием вироаов. Сформулируйте механизм реакции.
Ph
PhCCH3R + PhC—ССООС2Н5 —-*
Ph
—1,7. Взаимодействие простых кетонов, таких как бутанон-2 или фенилацетон, с а,^- ненаеыщеннымн кетонами приводит к циклогекс ено вам, если реакцию проводят при нагревании в метаноле в присутствии метилата калия. Объясните, как образуются цикло- гексепоны. Какие структуры возможны для цикдогексенонов? Какими способами можно различить получающиеся изомерные циклогексеноны?
— 1.8. Предложите исходные соединения и условия реакции для получения каждого на следующих соединений с немощью метода, включающего алкилирование нуклеофильного углеродного атома:
;Нз ОСН3РЬ
(g) PhCHCOOHCW
PhCH2(3) CH^CHCI^CPh
O=CNHz
Оо Q
(г) CHa=<MCIfcsJls^^CH3CO^
—1.9. Предложите исходные вещества для синтеза каждого из следующих соединений с помощью реакции Йнхаэля.;
— 1.10. При исследования реакции Миха эл< 2 метил-5 -трет -бутилцнклогекс а нона с. метилакрилатом обнаружены два продукта, являющиеся 2,2-, а не 2,6-дизамещеннымИ производными. Реакция присоединения катализуется трет-бутилатом калия в бутаноле. В контрольных экспериментах установлено, что в этих условиях не‘'происходит взаимного превращения двух продуктов.. Кинетически или термодинамически контролируется образование продуктов этой реакции3 Какие факторы, по вашему мнению, способствуют образованию в качестве основного продукта соединения (17)?
16 (иинорныЗ продукт)16 (иинорныЗ продукт)17 (основной продукт)17 (основной продукт)
16 (иинорныЗ продукт)
16 (иинорныЗ продукт)
17 (основной продукт)
17 (основной продукт)
—1.11. В синтезе дитерпенов для получения соединения (20) ключевое промежуточное соединение (19) было получено из карбоновой кяслотЫ (18). Предложите серию реакций для получения (19) из (18);
—1.12. Трициклическое промежуточное соединение (21) в синтезе терпена лонгифолена получают из бициклического промеж у точного соединения путем внутримолекулярного
присоединения по Михаэлю. Выведите возможную структуру (или структуры) биц; лического предшественника.
— 1-13. Предложите последовательность реакций для осуществления следующих п вращений;
ОООО
II LII II
(г) (СН8О)2РСН2ССН3 —> (СН5О)2РСН2С(СН2)4СНЭ Ph
(d) PhCH2COOC2H5 —PliCHaCHaCHCO6CaH5
— 1.14. Метод специфического алкилирования несимметричных янтарных кислот вк, чает обработку моноэфира 2 г-экв амид-иона в жидком аммиаке и затем алкилир щим агентом:
RCHCOOC2H6R'6
f1. 2NH» I
СНаСООН ' 2 R'x * RCCOOC2HS
СН2С00Н
Объясните, в чем состоит специфика метода, учитывая, что при алкилировании диэф: 1 г-экв основания образуется смесь продуктов.
— 1.15. При алкилировании 3-метилциклогексен-2-оиа-1 некоторыми дибром идами разуются изображенные ниже продукты. Обсудите течение каждой реакции и прет жите объяснение зависимости строения продукта от природы галогенида.
— 1.16, Расположите в порядке возрастания рЛ‘
ОООО
1t ИIIII
PhCCH2CH2Ph, (СНз)зСССНа, (СН^СССЩСНЖ, PhCCHjCHsCH,
— 1.17. Предложите структуру н конфигурацию продукта, получаемого яри алкилировании соединения (22) иодистым метилом;
а
ГЛАВА 2
РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАСТИГС КАРБОНИЛЬНЫМИ ГРУППАМИ
Рассмотренные в этой главе реакции формально объединены тем, что все они начинаются присоединением углеродного нуклеофила по карбонильной группе или аналогичному ненасыщенному углеродному центру;
ОО'
\ л If
—С'+ С —> —с—с^// \ II
За первоначальной стадией присоединения могут следовать различные другие стадии. Особое значение ниже придается рассмотрению тех реакций, которые имеют большое синтетическое значение,
АЛЬДОЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ
Реакция альдольной конденсации заключается в катализируемой кислотой пли основанием самоконденсации кетона или альдегида [1—3]. В определенных условиях продукт реакции может подвергаться даль-1 нейшим превращениям, особенно дегидратации. Реакция может также происходить между двумя разными карбонильными соединениями, в этом случае применяют термин —- смешанная альдольная конденсация. Формальную, схему реакции, включающую атаку нуклеофильного углеродного атома по карбонильной группе, можно распознать в ряде других превращений, некоторые из которых рассмотрены в других разделах этой главы.
Механизм при катализе основанием.
Стадия присоединения:
RCHjCOR' 4- ВRCH=CRr^±RCH,Or • lb о2, Стадия дегидратации:оRCHCRSCHACK + В"^ОН- ^ RCH=CHR'+BH 1ОооII rU ,RCHCRRCHCR, Вн1 г ■: RCHgCR Z^ RCH,CR1В"jО-ОНОоR СКR-ci-C—СV ,II: №НЙС—R—*■сRCHjCOR' 4- ВRCH=CRr^±RCH,Or • lb о2, Стадия дегидратации:оRCHCRSCHACK + В"^ОН- ^ RCH=CHR'+BH 1ОооII rU ,RCHCRRCHCR, Вн1 г ■: RCHgCR Z^ RCH,CR1В"jО-ОНОоR СКR-ci-C—СV ,II: №НЙС—R—*■с
RCHjCOR' 4- В
RCH=CRr^±
RCH,Or • lb о
2, Стадия дегидратации:
о
RCHCR
SCHACK + В"^
ОН
- ^ RCH=CHR'+BH 1
О
оо
II rU ,
RCHCRRCHCR
, Вн1 г ■
: RCHgCR Z^ RCH,CR
1В"j
О-ОН
О
оR СК
R-ci-C—С
V ,II
: №НЙС—R—*■с
RCHjCOR' 4- В
RCH=CRr^±
RCH,Or • lb о
2, Стадия дегидратации:
о
RCHCR
SCHACK + В"^
ОН
- ^ RCH=CHR'+BH 1
О
оо
II rU ,
RCHCRRCHCR
, Вн1 г ■
: RCHgCR Z^ RCH,CR
1В"j
О-ОН
О
оR СК
R-ci-C—С
V ,II
: №НЙС—R—*■с
Механизм при катализе кислотой. 1 Стадия присоединения:
RCHSCR + НА ^RCH-CR 4- А
Н •ГН :
О.'СНТ
RCH2CR > ?! Н I+6нон
RCH = CR'RCHCR'
RCH,CR'RCH2CR' + НА
о)он
НА
Стадия дегидратации:
оR CRxcZоR CRxcZRCHg R'RCHg R'оно
о
R CRxcZ
о
R CRxcZ
RCHg R'
RCHg R'
и .Ч И ,
RCHCR'RC-H.R
I НА И
RCH„CR' V * RCHSCR'
ОН+он
г
II
Из-за сходства реакционных схем термин обобщенная альдольная конденсация применим к более широкой труппе реакций, в которых с кетонами и альдегидами в качестве нуклеофильных частиц реагируют еноляты или енолы. Обычно реакции альдольной конденсации, катализуе- мые как кислотой, так и основанием, на стадии присоединения легко обратимы.
Значение, константы равновесия не всегда благоприятно для образования продукта присоединения,1 например в случае ациклических кетонов, Для завершения реакции при неблагоприятном значении константы равновесия, например при самоконденсацин ацетона, разработаны особые методы. Реакцию проводят в экстракторе Сокслета в присутствии нерастворимого основного катализатора — гидроксида бария, помещенного в гильзу [4]. Пары ацетона конденсируются -и проходят через катализатор. Во время контакта ацетона с катализатором образуется небольшое количество продукта конденсации, затем он вместе с ацетоном возвращается в приемник. Пары всегда содержат почти чистый ацетон, поскольку продукт имеет более высокую температуру кипения, чем ацетон. Так как продукт реакции не находится в контакте с основным катализатором, его концентрация в приемнике становится значительно выше нормальной равновесной концентрации, а обратная реакция в отсутствие катализатора идет очень медленно.
Для стадии дегидратации константа равновесия обычно оказывается благоприятной. Главной причиной этого является образование сопряженной сс,^-ненасыщенной карбонильной системы. Если в условиях реакции возможна дегидратация, то это направление может стать главным для всей реакции, даже если константа равновесия не благоприятствует стадии присоединения.
Значительные трудности, возникающие при синтетическом использовании альдольной конденсации альдегидов, состоят в том, что и исходный, и конечный продукты часто очень склонны к побочным реакциям, включая полимеризацию. Однако тщательный выбор условий во многих случаях обеспечивает успех, что иллюстрируется реакциями (1—3) на схеме 2.1 [Ц.
СХЕМА ад. ПРИМЕРЫ обобщенной альдольной конденсации
Самоконденсация альдегидов и кетонов
На](46)[4а][4е][45]На](46)[4а][4е][45]ОН С2Н6 , КОЯI ]
На]
(46)
[4а]
[4е]
[45]
На]
(46)
[4а]
[4е]
[45]
СН3СН2СН2СН=О > СНаСН2СН2СН—СНСН=О (75%)
с6н13
СтН15СН==О > С,Н15СН=СНСН=О (79%)
СзНг
IН2О, 115 °C/\
О=СН(СН2)3СНСН=О > С3Н;——Сн0
о*
aav»Kc.-50 »Ц
оОоОСмешанные конденсации и циклизацииСмешанные конденсации и циклизацииОООО(7) [4^ (СИз)эСССН3 + PhCHO —> (СНз)3СССН=СНРЬ (®%) О* О(7) [4^ (СИз)эСССН3 + PhCHO —> (СНз)3СССН=СНРЬ (®%) О* ОКонденсация с участием енолятов сложных эфировКонденсация с участием енолятов сложных эфиров(СНз)аСО (СНз)гС=СНССН3 (79%)
оО
оО
Смешанные конденсации и циклизации
Смешанные конденсации и циклизации
ОО
ОО
(7) [4^ (СИз)эСССН3 + PhCHO —> (СНз)3СССН=СНРЬ (®%) О* О
(7) [4^ (СИз)эСССН3 + PhCHO —> (СНз)3СССН=СНРЬ (®%) О* О
Конденсация с участием енолятов сложных эфиров
Конденсация с участием енолятов сложных эфиров
ОН L L1NH2 I
[4л] СИ,СООС2Н5 + Ph2CO ".► РЬ2ССПгСООСеНв (75-84%)
(Me3Slj3NLlPhGH=CHCH=O
[4h] CH8COOC2H5 >- LiCHjCOOCiHs ->
OH
—> phCH=CHCHCH2COOC2H6 {94%>
2 моль.
R2NL.II(CH3CH212C=O
[4o] (СНз)гСНСООН ► (CHs)2CCOOLi ——>
CH3CH2 CH,
—► НО—СС—СООН (77%)
СНзСН, СН,
[4и] CHsCOOCaH54-LiN[Si(CHa)3]s —> LiCHiCOOCiH,
LiCHaCOOCaHa 4-LiCHaCOOCaHa 4-ононСН2СООС,Н5СН2СООС,Н5(79-00%)(79-00%)
LiCHaCOOCaHa 4-
LiCHaCOOCaHa 4-
он
он
СН2СООС,Н5
СН2СООС,Н5
(79-00%)
(79-00%)
Самоконденсация кетонов без дегидратации из-за неблагоприятного значения константы равновесия на стадии присоединения встречается редко. Однако конденсацию, сопровождающуюся дегидратацией, можно
СХЕМА 22. РЕАКЦИИ АНЕЛИРОВАНИЯ ПО РОБИНСОНУСХЕМА 22. РЕАКЦИИ АНЕЛИРОВАНИЯ ПО РОБИНСОНУ(2) [56](2) [56]3) [5в]3) [5в]+ СН3СП=СНСОСНЭ+ СН3СП=СНСОСНЭдмсо>■дмсо>■4- сн3сосн»си,ы(сад34- сн3сосн»си,ы(сад3
СХЕМА 22. РЕАКЦИИ АНЕЛИРОВАНИЯ ПО РОБИНСОНУ
СХЕМА 22. РЕАКЦИИ АНЕЛИРОВАНИЯ ПО РОБИНСОНУ
(2) [56]
(2) [56]
3) [5в]
3) [5в]
+ СН3СП=СНСОСНЭ
+ СН3СП=СНСОСНЭ
дмсо
>■
дмсо
>■
4- сн3сосн»си,ы(сад3
4- сн3сосн»си,ы(сад3
проводить успешно. Много материала по этому вопросу приведено в обзоре Нильсена и Хоулнхана [1]. Примерами таких конденсаций являются реакции (4—6) на схеме 2.1.
Внутримолекулярные альдольные конденсации часто проходят более удачно, чем конденсации межмолекулярного типа. Особенно важным примером синтетического использования внутримолекулярной конденсации является анелирование по Робинсону — метод построения нового шестичленного цикла из кетона, в котором имеется способный к енолй- зации водород [5]. Ниже изображены стадии этого процесса алкилирования с последующей циклизацией:
альдольноеальдольноеОНОНдегидра- д^ций Iдегидра- д^ций I
альдольное
альдольное
ОН
ОН
дегидра- д^ций I
дегидра- д^ций I
Стадия циклизации является внутримолекулярной альдольной конденсацией. Эта реакция является важным методом построения шести- членпых циклов. Некоторые примеры анелирования по Робинсону показаны на схеме 2.2j
В первоначальном варианте (реакция I) применяли соединение, способное образовать метил винил кетон; образование ненасыщенного кетона легко происходит при разложении четвертичной соли 4-диметил- аминобутанона-2. В более современных методиках, например реакции (2—4), непосредственно используют а,£-ненасыщенный кетон. Реакция (3) иллюстрирует применение енамина, полученного из кетона, в качестве реакционноспособного нуклеофила в апелировании по Робинсону.
Новая модификация метода анелирования по Робинсону предусматривает использование метил-Ьтриметилсилилвинилкетона. Реакция проходит как обычная последовательность сопряженного присоединения, альдольной конденсации и дегидратации [6]:
о Si(CH3)3СН»С—СНСНго Si(CH3)3СН»С—СНСНгО 5УСНа)э<1 I+ снас—С=СН2О 5УСНа)э<1 I+ снас—С=СН2оо
о Si(CH3)3
СН»С—СНСНг
о Si(CH3)3
СН»С—СНСНг
О 5УСНа)э
<1 I
+ снас—С=СН2
О 5УСНа)э
<1 I
+ снас—С=СН2
о
о
Роль триметилсилильной группы заключается в стабилизации карбанйо- иа, образующегося при сопряженном присоединении. Удаление силильной группы проводят в условиях, аналогичных условиям для дегидратации; оно происходит в результате нуклеофильной атаки на атом кремния с образованием незамещенного кетона. Использование замещенного метилвипилкетона позволяет проводить реакцию анелирования в апротонных растворителях в условиях, когда отсутствует равновесие между изомерными енолятами. Поэтому анелированием несимметричных ке-
тонов можно управлять, применяя специфические еноляты, генерируемые методами, описанными в гл. 1.
Возможны реакции альдольной конденсации между двумя различными карбонильными соединениями. Однако для того, чтобы они были препаративно полезны, реакция должна быть селективной, т. е. один компонент должен быть склонен выполнять роль нуклеофильного агента, а другой — карбонильного компонента. Если эти требования селективности не удовлетворены, можно ожидать образования смеси продуктов, содержащей как продукты самоконденсации, так и оба возможных продукта смешанной конденсации.
Одним из наиболее важных случаев смешанной конденсации является взаимодействие ароматических альдегидов с- алифатическими кетонами или альдегидами. Ароматические альдегиды не могут играть роль нуклеофильной частицы, так как не способны к образованию енола или енолята с потерей а-водородпого атома. Дегидратация оказывается выгодной, так как приводит к образованию двойной связи, сопряженной и с карбонильной группой, и с ароматическим кольцом:
ООН R ОR О
II
АгСН=О-{-RCHaCR' ^ ArCH—CHCR' ^-J АгСН=С—CR'
Известно много примеров реакций конденсации ароматических альдегидов, катализуемых как кислотой, так п основанием. К этому типу смешанной альдольной конденсации относится конденсация Кляйзена — Шмидта. Несколько случаев из сотен известных примеров этой реакции приведено на схеме 2.1 (реакции 7—10).
При катализуемой основанием конденсации ароматических альдегидов с метилкетоиами наблюдается сильная тенденция к образованию соединений, имеющих транс-конфигурацию. Эта стереоселектнвность прослеживается па стадии дегидратации. Переходные состояния для катализуемой основанием дегидратации в конденсации Кляйзена — Шмидта, приводящие к цис- или т^анс-продукту, изображены ниже:
В момент элиминирования заместители при С-2 и С-3 располагаются копланарно. Стерическое сжатие, возникающее между фенилом и R-группой кетона, увеличивает энергию переходного состояния, приводящего к tpic-продукту, поэтому преимущественно образуется транс- продукт,
Дополнительное понимание факторов, управляющих структурой продукта, дело исследование конденсации бутанопа-2 с бензальдегидом по Кляйзену — Шмидту [8]:
Н3С ОО
I II на,NeOHII
PhCH=C—ССНз «—- PhCHO + СНзСОСНгСНз > PhCH=CHCCH2CH3
Это исследование показывает, как соотношение относительных скоро* отей различных стадий реакции определяет природу продукта. При катализе основанием бензальдегид реагирует с бутаноном-2 по метильной группе, в условиях кислотного катализа реакционным центром становится метиленовая группа. Условия реакции не позволяют выделить промежуточно образующиеся кетолы, так как лимитирующей скорость является стадия присоединения, однако эти соединения получены иным путем. Их свойства иллюстрируют следующие уравнения:
ОН ООО
L IINaOHII||
PhCHCH,CCH2CH3 > PhCH=CHCCHaCH3 + PhCH=O + СН3СН2ССНа
OH сн3 оо
I I II NaOHII
PhCH— CH—ССНз > PhCH=O + CHaCH3CCHa
Эти результаты доказывают, что для разветвленного изомера катали- зуемая основанием дегидратация является более медленной по сравнению со стадией ретроальдольного распада. В этом и состоит причина "Образования линейных продуктов в условиях основного катализа: линейный кетол оказывается единственным промежуточным продуктом присоединения. При обработке кислотой каждого из промежуточных продуктов наряду с некоторым количеством продуктов распада образуется продукт дегидратации, имеющий соответствующий углеродный скелет. В условиях кислотного катализа каждое промежуточное соединение способно дегидратироваться.
ОН ООО
I IНС1j■ ||
PhCHCH2CCH2CH3 ► PhCH=CHCCH2CH3 4- PhCHO + СНаССНаСН,
ОН СН, ОН3С ОО
I II наI йII
PhCH—СН—ССНз "—* PhCH=C—ССНз + PhCHO + СН3ССНаСН3
При кислотном катализе присоединение является стадией, определяющей скорость реакции, и относительные количества продуктов дегидратации определяются количеством образующихся промежуточных продуктов. Преимущественно образуется более замещенный енол, и поэтому основным продуктом катализуемой кислотой реакции оказывается разветвленный изомер:
ОНон
СНзСОСН2СНз ► СН3С=СНСН3 + СНа=ССНаСНа
(основной продукт) (минорный продукт)
ОНОН С^ о
Iмедленно | I ||
СН3С=СНСН3 +PhCHO > PhCH—СН—ССНз
ОН СНз .0НзС о
I | И быстроI й
PhCH—СН—ССНз *- PhCH=C—ССНз
Структура конечного продукта в любой системе реакций зависит от констант скоростей отдельных реакций. Конденсация метилкетонов с ароматическими альдегидами обычно происходит по схеме, наблюдаемой лля бутаноиа-2: при основном катализе продукт конденсации имеет пре-
имущественно линейное строение, тогда как кислотный катализ благо* приятствует образованию разветвленного продукта.
Оказалось возможным направленно провести смешанную альдольную конденсацию, которая обычно приводит к смеси с преобладанием продуктов, образующихся из енолята одного из двух карбонильных соединений, Если стадия присоединения протекает быстрее, чем перенос протона между енолятом и карбонильным акцептором, образуется лишь один продукт. Так как альдольная реакция обратима, то для предотвращения обратного процесса необходимо улавливать аддукт. Достигается это добавлением к реакционной смеси ZnGl$, с которым образуется устойчивый хелат. Например, при селективной конденсации фенидаце- тона с масляным альдегидом достигнут выход 54%:
оPhCHzCCHaоPhCHzCCHaО'О'NaH(ди метокси эта alNaH(ди метокси эта alPhCH==CCH;PhCH==CCH;I ZtiCi2 У2. С3Н*СНО, 5—10 °CI ZtiCi2 У2. С3Н*СНО, 5—10 °C
о
PhCHzCCHa
о
PhCHzCCHa
О'
О'
NaH
(ди метокси эта al
NaH
(ди метокси эта al
PhCH==CCH;
PhCH==CCH;
I ZtiCi2 У
2. С3Н*СНО, 5—10 °C
I ZtiCi2 У
2. С3Н*СНО, 5—10 °C
СН3 ’О
III
РЬСН—С=ОPhCHCCHa
I Г —|
С3НГСН—О—ZnСаНгСНОН
Конфигурацию основного продукта альдольной конденсации можно предсказать при рассмотрении структуры цинкового хелата. Основным продуктом является такой, которому соответствует максимальное число экваториальных заместителей в хелатном цикле [9].
Разработан также способ смешанных конденсаций, в которых-нуклеофильный енолят получают из сложных эфиров. Для образования енолята обычно применяют очень сильные основания. Например, литиевый енолят этилацетата образуется при использовании в качестве основания бис (триметилсилил) амида лития. Конденсация с карбонильными соединениями протекает легко (реакция 13 схемы 2.1), без видимых осложнений, вызываемых реакцией переноса протона между енолятом эфира и карбонильным соединением, К карбонильным соединениям могут также присоединяться дилитиевые соли карбоновых кислот (реакция 14 схемы 2.1).
2.2. РОДСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ
Вариантом формальной схемы альдольной конденсации является ряд реакций, используемых в препаративных целях. Важную группу составляют реакции, в которых происходят превращения, совершенно аналогичные альдольной конденсации, однако очень эффективно катализ уем ые аминами или буферными системами, содержащими амины и соответствующие сопряженные кислоты. Эти катализуемые аминами реакции часто называют конденсацией Кнёвенагеля [10].
В некоторых случаях установлено, что амины играют не просто роль оснований, а участвуют в предварительной реакции с карбонильными соединениями. Такой механизм конденсации ароматических альдегидов с нитрометаном подтвержден данными кинетических исследований [11]. Тот факт, что амины играют роль не просто основных катализаторов, подтверждается тем, что такие конденсации часто ката- лизуются очень эффективно смесью амина со слабой кислотой
АгСН=О + Qf^.NHj ArCH=NCJ-I,
Н +,Н +
ArCH = NC4Hg —> ArrHNHC4Hs —- д^./Н—NНС^Г^ ,- дГ( :н=сНЫОг
х--СНгКО2 CHjNOj H-CHNOj
Для выяснения механизма выполнено несколько исследований, однако не доказано, что имины и иминиевые интермедиаты участвуют во всех канализуемых амином конденсациях.
Для препаративных целей применяют главным образом конденсации кетонов и альдегидов с легко енолизующимися соединениями, содержащими две активирующие группы, например с эфирами малоновой и циануксусной кислот [12]. Продуктом реакции обычно является дегидратированное соединение, насыщенные промежуточные соединения образуются только в очень мягких условиях. Эффективными нуклеофильными субстратами являются также нитроалканы. При наличии одной сильной электроноакцепторной нитрогруппы а-водородные атомы достаточно активированы для образования в слабо основных средах нуклеофильного нитронатиоГо аниона. Относительно высокая кислотность протона в потенциальном нуклеофиле важна по двум причинам. Во-первых, только в' этом случае слабые основания, например амины, могут создать достаточную для реакции концентрацию енолята, не вызывая при этом депротонировании кетона или альдегида. Тем самым сводится к минимуму самоконденсация карбонильного компонента. Во- вторых, высокая кислотность протена облегчает протекание стадии элиминирования, что приводит к завершению конденсации.
X я ОН кг-и NR#*
Родственной модификацией реакции является применение в качестве потенциальных нуклеофилов не эфиров циануксусной или малоновой кислот, а самих кислот. Механизм стадии присоединения при этом аналогичен ранее обсуждавшимся случаям. Однако образующиеся интермедиаты склонны к декарбоксилированию. Во многих случаях стадии декарбоксилирования и элиминирования протекают как один согласованный процесс {13^
Многие из реакций конденсации, сопровождающихся декарбоксилированием, проводят в пиридине, при этом пиридиниевый ион катализует декарбоксилирование арилиденмалоновых кислот [14]. Альтернативный механизм, по которому может происходить декарбоксилирование, представлен ниже;
AfCH =ССООН]г +AfCH =ССООН]г +—у- ArCH—СНСООН—у- ArCH—СНСООН
AfCH =ССООН]г +
AfCH =ССООН]г +
—у- ArCH—СНСООН
—у- ArCH—СНСООН
Несколько примеров реакций конденсации типа реакции Кнёвена- геля приведено на схеме 2.3.
СХЕМА 2.3. КАТАЛИЗУЕМЫЕ АМИНАМИ КОНДЕНСАЦИИ ТИПА РЕАКЦИИ КНЕВЕПАГЕЛЯ
О
(1) [14а](1) [14а]II■ пиперидин
(1) [14а]
(1) [14а]
сн3сн2сн2сно 4 СН3ССН2СООС2Н3
/СОСНа
—► СНзСНаСНгСН=С^(81%)
1^СООС2Н3
(2) El45](2) El45]1=0 + NCCH2COOC2H31=0 + NCCH2COOC2H3R—NHj О АсR—NHj О Ас/СООС2НВ с:/СООС2НВ с:ЦОО^ЦОО^
(2) El45]
(2) El45]
1=0 + NCCH2COOC2H3
1=0 + NCCH2COOC2H3
R—NHj О Ас
R—NHj О Ас
/СООС2НВ с:
/СООС2НВ с:
ЦОО^
ЦОО^
Н=иоц ионообменной смолы
(3) [148](3) [148]C2HSCOCHS 4- NCCH2COOCsH5C2HSCOCHS 4- NCCH2COOCsH5р-алавппр-алавппCNCN> с^с^с;1„ ^СООС2Н5> с^с^с;1„ ^СООС2Н5(81-87%)(81-87%)
(3) [148]
(3) [148]
C2HSCOCHS 4- NCCH2COOCsH5
C2HSCOCHS 4- NCCH2COOCsH5
р-алавпп
р-алавпп
CN
CN
> с^с^с;
1„ ^СООС2Н5
> с^с^с;
1„ ^СООС2Н5
(81-87%)
(81-87%)
сн2сн3сн2сн3(4) [14г](4) [14г]СНч(СН2)3СНСН=О+ СН2(СООС!Н6)зСП2СНаСНч(СН2)3СНСН=О+ СН2(СООС!Н6)зСП2СНапиперидин, RGOOH>пиперидин, RGOOH>
сн2сн3
сн2сн3
(4) [14г]
(4) [14г]
СНч(СН2)3СНСН=О+ СН2(СООС!Н6)з
СП2СНа
СНч(СН2)3СНСН=О+ СН2(СООС!Н6)з
СП2СНа
пиперидин, RGOOH
>
пиперидин, RGOOH
>
(7) [14ж](7) [14ж][14з][14з][14«][14«](5) [145](5) [145](6) [Не](6) [Не](65 - 76%)(65 - 76%)—► с1уснг)бснсн=с<соос2адг (в7%)—► с1уснг)бснсн=с<соос2адг (в7%)пиридин/С О ОНРЬСНО+СН5СН2СН(СООН)4 ^ PhCH^c; (69%)пиридин/С О ОНРЬСНО+СН5СН2СН(СООН)4 ^ PhCH^c; (69%)NHtOAcСН3ООССНгСН2СОСН3 + КССНгСООН ’СНэNHtOAcСН3ООССНгСН2СОСН3 + КССНгСООН ’СНэ—► NCCH=C—СН2СН2СООСН3 <51^,1NOaNO#—► NCCH=C—СН2СН2СООСН3 <51^,1NOaNO#ПЩЖДПИСНО+СН2(СООН>2 !ПЩЖДПИСНО+СН2(СООН>2 !CH—СНСООН (75 — 80%)CH—СНСООН (75 — 80%)2^. РЕАКЦИЯ МАННИХАРеакция Манниха очень близко связана с конденсацией Кнёвена- геля, в которой участвуют нминиевые интермедиаты, Это реакция, протекающая в слабо кислой среде, приводит к «-алкилированию кетонов и альдегидов диалкиламинометильными группамиг2^. РЕАКЦИЯ МАННИХАРеакция Манниха очень близко связана с конденсацией Кнёвена- геля, в которой участвуют нминиевые интермедиаты, Это реакция, протекающая в слабо кислой среде, приводит к «-алкилированию кетонов и альдегидов диалкиламинометильными группамигОRXCH2R 4- СН2=О 4 Н\ЧСН3)2ОRXCH2R 4- СН2=О 4 Н\ЧСН3)2О CH2N(CH3)2R'^i—CIIRО CH2N(CH3)2R'^i—CIIRЭлектрофильной частицей является имициевый ион, образующийся из ямина и формальдегида. Реакция является достаточно общей для аль-Электрофильной частицей является имициевый ион, образующийся из ямина и формальдегида. Реакция является достаточно общей для аль-
(7) [14ж]
(7) [14ж]
[14з]
[14з]
[14«]
[14«]
(5) [145]
(5) [145]
(6) [Не]
(6) [Не]
(65 - 76%)
(65 - 76%)
—► с1уснг)бснсн=с<соос2адг (в7%)
—► с1уснг)бснсн=с<соос2адг (в7%)
пиридин/С О ОН
РЬСНО+СН5СН2СН(СООН)4 ^ PhCH^c; (69%)
пиридин/С О ОН
РЬСНО+СН5СН2СН(СООН)4 ^ PhCH^c; (69%)
NHtOAc
СН3ООССНгСН2СОСН3 + КССНгСООН ’
СНэ
NHtOAc
СН3ООССНгСН2СОСН3 + КССНгСООН ’
СНэ
—► NCCH=C—СН2СН2СООСН3 <51^,1
NOaNO#
—► NCCH=C—СН2СН2СООСН3 <51^,1
NOaNO#
ПЩЖДПИ
СНО+СН2(СООН>2 !
ПЩЖДПИ
СНО+СН2(СООН>2 !
CH—СНСООН (75 — 80%)
CH—СНСООН (75 — 80%)
2^. РЕАКЦИЯ МАННИХА
Реакция Манниха очень близко связана с конденсацией Кнёвена- геля, в которой участвуют нминиевые интермедиаты, Это реакция, протекающая в слабо кислой среде, приводит к «-алкилированию кетонов и альдегидов диалкиламинометильными группамиг
2^. РЕАКЦИЯ МАННИХА
Реакция Манниха очень близко связана с конденсацией Кнёвена- геля, в которой участвуют нминиевые интермедиаты, Это реакция, протекающая в слабо кислой среде, приводит к «-алкилированию кетонов и альдегидов диалкиламинометильными группамиг
О
RXCH2R 4- СН2=О 4 Н\ЧСН3)2
О
RXCH2R 4- СН2=О 4 Н\ЧСН3)2
О CH2N(CH3)2
R'^i—CIIR
О CH2N(CH3)2
R'^i—CIIR
Электрофильной частицей является имициевый ион, образующийся из ямина и формальдегида. Реакция является достаточно общей для аль-
Электрофильной частицей является имициевый ион, образующийся из ямина и формальдегида. Реакция является достаточно общей для аль-
.дегидов и кетонов, имеющих по крайней мере один способный к еноли зации атом водорода.
СНа=О + Н«(СН312^ НОСН2№Н315^ н2о + СН3=Й(СН3.)3
RCHjCR'^ RCH=CR - >- RCHCR'
^AtrfCH^ СН^СН^
Для препаративных целей реакция ограничивается применением вторич
ных аминов, так как с первичными аминами основным становится процесс диалкцлнрованця. Однако реакция диалкилирования может успешно использоваться в некоторых реакциях циклообразования, например [153-
о
С»Н.С»Н./Сен6^СООСНз/Сен6^СООСНзснасн2 о снасн3
С»Н.
С»Н.
/Сен6
^СООСНз
/Сен6
^СООСНз
СНзООССН—С—CHCOOCHj + СН2О 4- ch3nh2
NCHg
Значимость реакции Манниха базируется на возможности использования образующихся аминокетонов для дальнейших синтезов. При термическом разложении таких аминов или полученных из них четвертичных солей образуются а-метиленкарбонильные соединения, например [16]:
CHaN(CH3)2сн2
(СНз)2СНСНСН=О * (СНа)2СНССН=О
Особенно легко происходит разложение четвертичных солей; их можно применять в качестве источника образующихся непосредственно в ходе реакции сцр-неиасыщенных карбонильных соединений, например в присоединении по Михаэлю (гл, 1), гидроборировании (гл. 3). Примеры реакций присоединения по Михаэлю с промежуточным образованием а,р-ненасыщенных соединений приведены Па схеме 2.4 (реакции 4, 5).
Реакция Манниха, или близкие к ней по механизму превращения, играет важную роль при синтезе многих азотсодержащих соединений в природе. Реакцию Манниха используют при полном синтезе природных соединений, в особенности путями, родственными биосинтезу, т. е. в синтезах биогенетического типа. Первым примером такого использова-
СХЕМА 2.4. СИНТЕЗЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВАНИЙ МАННИХА
[ISal PhCOCHa + СН2О + (СНа)аМН2 СГ —► PhCOCH2CH2NH(CHa)2 СГ mi
[156] СН3СОСН3 + СН2О + (C2HS)2NH2 СГ —+ СНаСОСН2СНгКН(СаНо)2 СГ
з. оо6с, э ч СНгСНз
]15в] СН3СН2СН2СНО 4- СН2О + (СН3)аЙН2 СГ A^S^^J СН2=ССНО оо
А 1«о» JAcH.CH.COPb
[15г] I ]+ PhCOCH2CH2N(CHa)a► I ]^%!
[155] PhCOCH2CH2N(CHaP + KCN --> PhCOCHaCH,CN «,7%,
ння реакции Манниха был успешный синтез тропинона — производного алкалоида тропина, осуществленный в 1917 г. Р. Робинсоном [17]:
Современные биосинтетические исследования дали обширную информацию о путях биосинтеза алкалоидов; многие алкалоиды были успешно синтезированы аналогично тому, как это обычно происходит в природе. В качестве примера участия реакции Манниха в биосинтезе можно привести биосинтез лупиновых алкалоидов. На схеме 2.5 изображен биосинтез этой алкалоидной системы из аминокислоты лизина.
СХЕМА 2.5. РЕАКЦИЯ МАННИХА В БИОСИНТЕЗЕ ЛУПИНОВЫХ АЛКАЛОИДОВ
2Н-МСН Д4СНС00Н —>2Н-МСН Д4СНС00Н —>
2Н-МСН Д4СНС00Н —>
2Н-МСН Д4СНС00Н —>
. АЦИЛИРОВАНИЕ ПО НУКЛЕОФИЛЬНОМУУГЛЕРОДНОМУ АТОМУ
Ацилирование енолят-аниопов и других нуклеофильных углеродных частиц происходит путем присоединения к карбонильной группе с последующим элиминированием одного из карбонильных заместителей. Классическим примером реакций этого типа является катализуемая основанием самокоиденсация сложных эфиров [18] г
!« H/.UOP' - R'<>" ^ RiT1CDOR' + R'OH
RCHCOOR'^ C=OOR'RCHCOOR'^ C=OOR'R .О
RCHCOOR'^ C=O
OR'
RCHCOOR'^ C=O
OR'
Rip-bC-О' ^TRCHCR
COOR'(pR'COORr
oO'
IlI ,
RCHiR + RCT-*-RC=CR Г R'OH
COOR’CQORJ
Все стадии, за исключением последней, легко обратимы. Наличие двух электроноакцепторных заместителей придает достаточно кислый характер продукту конденсации по сравнению с алкоксид-ионом, поэтому конечная стадия практически необратима, и при использовании по крайней мере 1 моль основного «катализатора» реакция доходит до конца. При практическом осуществлении реакции для предотвращения образования смеси продуктов за счет переэтерификации алкоксиды, используемые в качестве катализатора, должны быть получены из того же спирта; который использовался при получении сложного эфира.. а-Дн- замещенные эфиры не вступают в конденсацию при использовании в качестве катализаторов алкоксид-ионов, так как в этих соединениях
СХЕМА 2.9, АЦИЛИРОВАНИЕ ПО НУКЛЕОФИЛЬНОМУ УГЛЕРОДНОМУ АТОМУ
Межмолекулярные сложноэфирные конденсации
CHiCHiCHi
(1) [18а]
NaOEt!
СНа(СНг)зСООС2Н5 ► CHs(CH2)3COCHCOOC2Hg (77%)
О CHaCHa
(2) [186)
СН3СН2СНСООС2Н5
СН»
Ph3C“ Na*Л I
*- CHgCH2CHC—CCOOC2H6 (63%)
CHg CH3
Циклизация диэфиров О
(3} [18в]:
Na, толуол
C2H6OOC(CHg)4COOCaHs —
Н3|
СООСгН5 (74-81%)
(4) [18г]
/CHjCHzCOOCiHs СНэ—N(
СН$СН8СООС8Нв
1. NaOEt. бензол
2. HCI
■COOC2HS
(5) [176]
соос,нв
CaHgOOCCHaCH^CHCHCHa
NaH
СООС2Н5
(6)[18е]
(7) [1вл?1
(8) [18з]
(9) [18а]
(10) [18к]
(И) [18а]
N н/
(71%)
CSH6OOC
CH3 №)
СООСаНд
Cooc2irF
J,^COOCZM5
№н
СООСдН^ <21%)
COOCaHs
CHjCHjCOOCgHs .
PhCH2O
СН3
PhCH2O О
^/COOCI-ig ((CH^sfljNNa
vCOOCHa разбавленный раствор
О
СНВ
PhCH2O
Смешанные елож ноэфирные
СООСН»
(77%)
phCH3o
NaOEt
(CHiCOOCuHs), + (COOCaHs);,
^^COOCaHs
f J+ CH^CHalaCOOCaHc
N
C1THa5COOC2H5 + (COOC2H5)2
PhCOOC8H5+ CMSCH2COOC2HS
о
конденсации
C,H5f
COOCiH5.ооссн/нсоссюс-Лз
СОСНСООСцНб
NaH
N
СОСООСаНа
Н3СНз
(68%)
NaOEt I Ci5H33CHCOOC2Hs (68-71%)
CH, foao-PrtsNMgBr[
-> PhCOCHCOOCsHs (51%)
Продолжение схемы 26
Ацилирование ангидридами и ацил г ал о геи идами
О О
[18.и][18н][18о][18.и][18н][18о]PhCO(LoC2Hs +C3H5OMgCH(COOC2H5)$ —> PhCOCH(COOC8He)3 о-(68-75%)
[18.и]
[18н]
[18о]
[18.и]
[18н]
[18о]
CH^CHOXlC^-l-PhCOCl —> ГР11С—ССООС3Я51 —>
II I
L о сосн, J о
СОС1 + C3H5OMgCH(COOC2H5)3СОС1 + C3H5OMgCH(COOC2H5)3(82 - 58%)(82 - 58%)О'оО'о—PhCCH3COOC2Hs (68-71%)
СОС1 + C3H5OMgCH(COOC2H5)3
СОС1 + C3H5OMgCH(COOC2H5)3
(82 - 58%)
(82 - 58%)
О'о
О'о
[18л] CHsC=CHCOOCsHs + ClC(CH:)3COdCaHs —>
О СОСНз
—► СзНьООСДСНЖС—CHCOOCsHs (61-66%)
R2nli(CH3)aGCOCl
[18р] CH3COOCj№ * LiCH3COOC3Hs ■—
Ои
—> (СНв)зСССН2СООСаНБ (70%)
не может происходить конечный необратимый перенос протона. Преодолеть это ограничение можно применением очень сильных оснований, которые достаточно полно превращают исходный сложный эфир в его енолят. Для этой цели используют, например, трифенил метил натрий (реакция 2 схемы 2,6).
Внутримолекулярный вариант сложноэфирной конденсаций часто называют конденсацией Дикмана [19]. Эта реакция является важным методом образования пяти- и шестичленных циклов, а иногда применяется и для образования циклов большего размера (реакции 3—7 на схеме 2,6).
Современные исследователи часто используют в качестве каталитической системы гидрид натрия с небольшим количеством спирта.. Вероятно, действующим катализатором, на самом деле является алкоголят натрия, образующийся при взаимодействии гидрида натрия с выделяющимся в результате конденсации спиртом:
R'OH + NaH -^ R'ONa + He
Несомненно, что алкоголят натрия является действующим катализатором в реакциях, в которых присутствует металлический натрий. В этом случае алкоголят образуется при реакции между металлическим натрием и освобождающимся в ходе конденсации спиртом.
Движущей силой реакции является образование устойчивой енолятной системы. Так как реакция обратима, то опа контролируемся термодинамически, и, если возможно образование более одного енолята, будет образовываться продукт, полученный из более устойчивого енолята
Примером является циклизация диэфнра (I) [20]. При этом образуется только соединение (3), поскольку вещество (2) не может образовывать устойчивый енолят. Если синтезированное другим путем вещество (2) поместить в условия, в которых обычно проходит циклизация, оно изомеризуется в (3) по механизму обратимой конденсации.
ОО"
J^-COOCiHs^Нэ ^о^ Н3СкД^/СООС2НЬ
р-СНз <"Х- сгН5ООССН2(СН2)зСНСООС2н/^ [ Г
NaOEt, ксллол
Успешное проведение реакции смешанной конденсации сложных эфиров зависит от тех же ограничений, которые отмечались при рассмотрении смешанных альдольных конденсаций. Одно карбонильное соединение должно преимущественно выступать в роли акцептора, другое — в .качестве нуклеофила. Для предотвращения самоконденсации алифатических сложных эфиров карбонильный акцептор должен обладать повышенной электрофильностью. Обычно используют эфиры ароматических кислот, формиаты и оксалаты. В каждом из них содержатся группировки, действующие как акцептор электронов па алкильные группы, и отсутствуют способные к енолизации водородные атомы. Поэтому они являются хорошими электрофилами, однако не могут действовать в качестве нуклеофилов. Некоторые примеры представлены в схеме 2.6 (реакции 8—11).
На примере получения диэтилбензоилмалоната (реакция 12) продемонстрировано использование ангидридов кислот, которые являются гораздо более реакционноспособными ацилирующими агентами, чем сложные эфиры. Реакцию нужно проводить в растворителях, не обладающих нуклеофильностью, чтобы предотвратить конкурирующий с нужной реакцией сольволиз ангидрида. Другим препятствием при использовании в реакциях с енолятами высокоактивных ацилирующих агентов, таких как ангидриды и галогеиангидриды кислот, является то, что основной реакцией может стать О-аннлировамие. Подходящим субстратом в таких случаях оказалась магниевая соль диэтилмалоната (реакции 12 и И) отчасти из-за ее растворимости в растворителях, не обладающих нуклеофильностью, например в эфире.
Успешному ацилированию литиевых енолятов ацилхлоридами (реакция 16) способствуют низкие температуры.
СХЕМА 2,1. АЦИЛИРОВАНИЕ КЕТОНОВ СЛОЖНЫМИ ЭФИРАМИ
ОООО[20л][206][20в][20г][20л][206][20в][20г]ООО
ОО
ОО
[20л]
[206]
[20в]
[20г]
[20л]
[206]
[20в]
[20г]
IfНаН [I II
СН3ССН8 + СВДСН^СООСДЦ >• СНзССН2С(СН2ЦСН3 (54 - 65»)
ОI. NaOEtООО
«г. н+1| II II
NaHNaHOf-94»)Of-94»)CH»CCHS + 2(СООС$Н6Д —* С2Н,ООСССНгССН»ССООС2Н6 (85»)
NaH
NaH
Of-94»)
Of-94»)
Ацилирование полученных из кетонов енолятов сложными эфирами представляет собой важный'метод повышения реакционной способности’ и селективйости в синтетических преобразованиях кетонов. Некоторые характерные примеры даны на схеме 2.7.
Наиболее общим примером реакций такого типа является формилирова- ние енолятов кетонов под действием эфиров муравьиной кислоты;
ОЦСН^Ц'-ЬНСООСгРЬОЦСН^Ц'-ЬНСООСгРЬоNaOEt II ->• RCCR'оNaOEt II ->• RCCR'RCCR'li II ■НСХ .ОонRCCR'li II ■НСХ .Оон
О
ЦСН^Ц'-ЬНСООСгРЬ
О
ЦСН^Ц'-ЬНСООСгРЬ
о
NaOEt II ->• RCCR'
о
NaOEt II ->• RCCR'
RCCR'
li II ■
НСХ .Оон
RCCR'
li II ■
НСХ .Оон
В образующихся при подкислении Р-кетоальдсгидах формильная группа сильно ёнолйзована, поэтому данные соединения часто называют гидро- ксиШётиленпроизводнымй. Образование продукта контролируется терт модинамически; поэтому из несимметричных кетонов получается главным образом тот продукт, который обладает большей относительной устойчивостью. Полученные гндроксиметиленовые соединения находят разнообразное^синтетическое применение. Гидроксиметиленовая группа может- быть превращена в метильную при взаимодействии с тиолом и последующем восстановлении [21]:
Восстановление натриевых енолятов- гидроксиметиленкетонов алюмо- гидридом лития приводит к гидроксиМетилкетонам [22], Разработана последовательность реакций для проведения алкилирования по тому месту, в котором уже присутствует заместитель. Эта последовательность реакций включает дианионный интермедиат [23];Восстановление натриевых енолятов- гидроксиметиленкетонов алюмо- гидридом лития приводит к гидроксиМетилкетонам [22], Разработана последовательность реакций для проведения алкилирования по тому месту, в котором уже присутствует заместитель. Эта последовательность реакций включает дианионный интермедиат [23];
Восстановление натриевых енолятов- гидроксиметиленкетонов алюмо- гидридом лития приводит к гидроксиМетилкетонам [22], Разработана последовательность реакций для проведения алкилирования по тому месту, в котором уже присутствует заместитель. Эта последовательность реакций включает дианионный интермедиат [23];
Восстановление натриевых енолятов- гидроксиметиленкетонов алюмо- гидридом лития приводит к гидроксиМетилкетонам [22], Разработана последовательность реакций для проведения алкилирования по тому месту, в котором уже присутствует заместитель. Эта последовательность реакций включает дианионный интермедиат [23];
Если необходимо провести алкилирование несимметричного кетона в то место, куда предпочтительно .проходит ацилирование, то можно непосредственно алкилировать гидроксиметиленовое производное. Конденсация с этилкарбонатом или дйэтилоксалатом перед алкилированием также может быть использована для увеличения реакционной способности a-положения кетона. Образующиеся p-кетоэфиры легко алкилируются с помощью методов, описанных в предыдущей главе.
р-Кетосульфоксиды представляют собой другой класс синтетических интермедиатов; их получают ацилированием аниона диметилсульфок- , сида сложными эфирами [24]:
ОО
RCOR'-t- "СИг5аК
о о
II II-
RCCHSCH3 + R'OH
Формальная схема этой реакции аналогична сложноэфирной коплен сацик, она. проходит через образование очень устойчивого карбаниона
4-СНэОСвН4СООСШб 4 "CHiSOCHs —*...
'О. 5 ; о
i*2пЩй ■li
—► фСН3ОСеН4ССН25ОСН3 > Д-СНзОС^ССНз {См, [25]}
ЛСНа
1. NaH .: I. Zn/Hg
£PhCOGH2SOCH3 -^^^ PhGOCHSOGH3 -——* PhGOCH3CHs {Cm. [26]]
Эти.вещества находят широкое применение в синтезе, так как их можно восстановительно расщепить с удалением метил сульфенильного заместителя. Таким образом, двухстадийный процесс, включающий.кой- /денсацию и восстановление, позволяет превращать сложные эфиры в
метилкетоны. Если включить еще стадию алкилирования, можно полу- ?чить бодее сложные, кетоны. В аналогичной последовательности реакции
мо^ет быть использован диметилсульфон [27]:
j\лI. На№
CHa(GH3hCOOG2Hs4- 'GHjSOaCHs —^ СНз(СН2)4СОСНа5О2СН3 - ~ т* '
]О CFI,' О
(ОТ- Zn/Hg' . Л Р,
.5—> CHXCHjhC—CHSOaGH3. -- у -► СН3(СН2)1ССНгСН3
Рассел и сотр, [25] разработали ряд других синтетических методик, ко- {торые основаны на склонности р-кетосульфоксидов перегруппировы-
рваться при действии кислот [25]: '>
;Оо он
Нм* |1|.
;ЙСС^ЗОСНз -—> НС—CHSCHa <
Продукты перегрупнир<эвк№ далее можно превратить в соединения с раз- i■ личными функциональными группами на двух терминальных углерод-
■:: нцх атомах. Это могут быть различные комбинации гидроксильного й
7карбонильного состояний ркислёнйя, например, кето альдегиды, гидрок-
iсиальдегиды, гликоли и кетоэфиры [25, 28j.v
i2.5. РЕАКЦИЯ 1И1ГГИГА
ГВажными группами нуклеофильных углеродных частиц являются
илиды фосфора и серы. Ил ид — это молекула, в мезомерном'состоянии iкоторой участвует структура с противоположными зарядами иа сосед-
i ::них атомах, имеющих октеты электронов.'Хотя это определение до-
’ статочко широко и охватывает ряд классов соединений, мы ограни-
{чнмся в дальнейшем, илидами, у которых отрицательный заряд нахо-
। . дйтся; па атоме углерода. Значение йлидов В синтезе особенно велико 1в том. случае, когда положительно заряженным атомом является элс-
. мент второго периода, например фосфор или сера. . .
Илиды .фосфора обычно, является устойчивыми, хотя и очень реакционноспособными соединениями. Они могут .быть изображеий с по- мощью двух граничных структур, которые, иногда называют нлйдной и иленовой формами, Используя в Качестве примера (СН3)зРСН2 (мс- тилид триметйлфосфоипя), эти две формы можно иллюстрировать следующим образом:
'(CH3)sP^CH2(CH3)aP==CH2
\идидплев
Устойчивость ил идо в фосфора объясняется [резонансом, двух структур, причём в кленовой форме реализуется подача электронов на Зй-орби- тали фосфора, -рдйако недавние тщательные исследования мётилида'
триметил фосфония с помощью JH-, 1ЭС- и , ^Р-ЯМН-спектросконии больше согласуются со структурой диполярного илйда, .имеющего хр2-гйбрйдизованный атом углерода и $р3-гибриднзоваиный атом фосфора с незначительным вкладом кленовой структуры [29].
Самым простым способом получения илидов фосфора ‘является депротонирование фосфониевых солей сильными основаниями. Соли фосфония в свою очередь получают взаимодействием триалкил- или триарилфосфинов с алкилгалогенпдами:
R3P + R СНгХ —ь R3PCH3R' X' .
X — I, Вг; С! и т. д
. +основание ♦
РзРСПДУ 1 R3P—GHR'-
Хотя илиды были известны в течение многих лет, возможнеть их использования в, синтезе не была оценена до тех пор, пока Г. Виттиг с сотрудниками университета в Гейдельберге не разработали их применение в синтезе олефинов [30], Реакция влила фосфора с кетоном или альдегидом дает1 возможность введения углерод-углеродной двойной связи вместо углерод-кислородной двойной связи, как показано ниже:,ч -
6 PR,
R3P— CR< + Р?С=О —> R"C—CRi —> R"C=CRJ + R3P=O , Обычно предлагаемый механизм включает нуклеофил^ое присоединение углеродного атома илида к карбонильной группе с образованием диполярного интермедиата (бетаина) и последующее элиминирование фосфиноксида. Элиминирование: может быть/согласованным процессом или происходить/ через четырехчленный дигйдрооксафосфетановый интермедиат [31]. Предполагают также,: что дигйдрооксафосфетановый интермедиат может образовываться непосредственно (без образования/ промежуточного бетаина) в результате процесса циклоприсоединения [32].■
Кислотность алкилфосфониевых солей очень мала. Отрыв протона : обычно проводят литийорганическими реагентами или дийетилсульфок- сид-анионом., Образующиеся илиды очень реакционноспособны. р-Ке- тофосфониевые соли обладают значительно большей кислотностью, и илиды возникают под действием более слабых оснований. Получающиеся илиды стабилизованы енолятным резонансом
* -ОО’о
-+।*||,
RC—CH— PR, ^-х RC=CH— PR' ч—^ RC—CH=PR£, -
и значительноменее реакционноспособны. Для Проведения их реакции с кетонами часто необходимы жесткие условия. Модификации реакций: Виттига, которые рассмотрены ниже; часто более удобны для синтеза олсфинов, содержащих элсктроноакцёпторные заместители? ■'
Реакция Виттига в ее первоначальной форме пе отличается вЫсо-, кой стереосёлёктивностью. Известны примеры преобладания как цис-, так и транс-изомеров (ём„ например, реакции 2 и 3 на схеме 2.8) [33]. . Была исследована' зависимость отношения изомеров от условий реакции, однако условия, при которых наблюдалась бы высокая стёреосё- лективность, разработаны не были [34]. Факторы,, определяющие конфигурацию образующегося олефина, можно рассмотреть в свете ранее обсуждавшегося механизма. Поскольку завершающее: реакцию элиминирование идёт через четырехцентровое переходное: состояние, отщепление идет по спн-схеме. Таким образом, стереохимия,образующегося бетаинового интермедиата сохраняется в переходном состоянии при
СХЕМА 2.8. РЕАКЦИЯ ВИТТИГА И:РОДСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ
(1) 132а|
/''^^0 + CH2=PPh3^/^=СН2 <35-40%>
(2) [326]
PhCH=O + PtiCH=PPh3 —-> РЬСН=СНРН (70% транс-, зо% цасА
(3) ]32б] PhCH™0 + CHsCH=pph, —^ phCH=CHCH3 (13% транс-. 87% цас-) '
(4) [32г]
+LiOEt
PhCH=O + PhCH=CH—CH2PPh3 PhCH=CH—CH=CHPh {60 — 67%)
(5) [329]
(CH3)ZN—£^^CH=O + .ClgC=PPh3 —*\
—* (CH^N^~^—CH=CCh (39—56%) 0X
/■— \11NaH . / \*
/6) [32е] -
/ • - Y^o + (C2H3O)2PCH2COOC2H5 * Z Y=CHCOOC2H5
(67-77%)
. 0 •
/C2Hs|]NaOEt'
(7) [32ж]
CHi=C+ (C2H5O)2PCH2COOC2H5 »-
^CH^O .
C2H5' '
’ CH2^C\ ^H
Л zC=Cx(“^l
v Н/XCOOC2HS
Li 0.
■ 1 II
(8) [32a] . РЬдС=^-НСН8)»С—Р[Ы(СНаЬ]3 ,^(94%)
элиминировании и определяет геометрию олефина. цис-Олефин образуется Из эритро- бетаин а (4), а транс-олефин — из трео-изомера (5):
4545
45
45
Из этого следует, что когда элиминирование трифенилфосфиноксида ^происходит быстрее, чем обратное присоединение, то конфигурация , олефина определяется относительными скоростями образоаания'бетаинов. Обычно эта стадия не отличается высокой стереоселективностью, и поэтому образуется смесь олефинов. Если образование бетаина является быстрым обратимым процессом, в равновесии находятся два бетаина. В этом случае конфигурация олефина определяется относительными скоростями разложения бетаинов.
, Приближенные энергетические профили реакций для указанных лимитирующих стадий показаны на рис. 2,1. Когда бетаины находятся в равновесии, обычно преимущественно образуется траис-олефйн. Это объясняется относительной устойчивостью цис- и транг-олефинов, Стерические отталкивания, с которыми связана меньшая устойчивость - цис-олефина, начинают проявляться уже в переходном состоянии при ; элиминировании; поэтому переходное состояние, приводящее к цис- олефину, имеет более высокую энергию, чем состояние, приводящее к тданс-.олефйну. Очень высокое отношение транс-.- цис-изомеров ха- * р.актерно для илидов фосфора, содержащих электроноакцепторные заместители, например карбалкокси- и ацильные группы, Это связано
с тем, что более устойчивые илиды могут относительно легко вновь -образовываться в результате обратимого присоединения. Большое количество транс-формы может быть частично также следствием пониженной электронной плотности на атоме кислорода, в результате чего разложение илида происходит относительно медленно. Дополнительным фактором, способствующим преимущественному образованию
абаб/пране-транс-/пране-транс-Рис. 2Л , ; Стереохимия реакции Виттига как функция энергетического: профиля' реакции.а — разложение бетаинов происходит быстро; конфигурация продукта определяется относительными скоростями образования бетаинов; 6 — бетаины находятся в равновесии; конфигурация продукта определяется относительными скоростями разложения бетаинов.Рис. 2Л , ; Стереохимия реакции Виттига как функция энергетического: профиля' реакции.а — разложение бетаинов происходит быстро; конфигурация продукта определяется относительными скоростями образования бетаинов; 6 — бетаины находятся в равновесии; конфигурация продукта определяется относительными скоростями разложения бетаинов.
аб
аб
/пране-транс-
/пране-транс-
Рис. 2Л , ; Стереохимия реакции Виттига как функция энергетического: профиля' реакции.
а — разложение бетаинов происходит быстро; конфигурация продукта определяется относительными скоростями образования бетаинов; 6 — бетаины находятся в равновесии; конфигурация продукта определяется относительными скоростями разложения бетаинов.
Рис. 2Л , ; Стереохимия реакции Виттига как функция энергетического: профиля' реакции.
а — разложение бетаинов происходит быстро; конфигурация продукта определяется относительными скоростями образования бетаинов; 6 — бетаины находятся в равновесии; конфигурация продукта определяется относительными скоростями разложения бетаинов.
9-ррь39-ррь3транс-олефина, является присутствие карбонильных заместителей. В переходном состояний, 'приводящем к qac-олефину, возникает неблагоприятное стерическое взаимодействие, нарушающее копланар- ность карбонильной группы и олефина. Плоское расположение, возможное в транс-олефине, оказывает благоприятное влияние из-за возможности делокализации электронной плотности.
9-ррь3
9-ррь3
О-РРЬд
' ^\UzH
; н с=о
CH3Ci
Благодаря высокой стереоселективности важна модификация реак- цйн Виттига, в которой используют фосфонаты. Применение фосфонатов иллюстрируется следующими уравнениями:
. О - -■
RCH2X 4- Р(ОС2Н5)з —> RCH2P(OC2H6)S + С2Н6Хдо
||основание -II»
■ RCHjP(OC3H5)s * RCHP(OC,H6)2
ОО=Р(бС8И5)2о
II,I ■II
RGHP(OC2Hg)8 + R£C=O —* R2C—CH —> R;C=CHR + (C2H5O)2P—O'
‘OR
Эта модификация применима главным образом для случаев, в которых R является фенильной, ацильной или алкоксикарбонильной группой, Способствующей стабилизации карбанионного центра [35]. Когда R является простой алкильной группой, реакция присоединения проходит нормально, но аддукт не способен к элиминированию [36], Если R—-электроноакцепторная группа, то в фосфонатной модификации реакции Виттига образуется преимущественно транс-олёфин [37-]. Ответственные за это факторы аналогичны тем, которые были рассмотрены при обычном методе Виттига. Стабилизованные фосфонатные карбанионы обратимо присоединяются к карбонильному соединению
и образованию транс-продукта благоприятствует легкость элиминирования. Примерами фосфонатной модификации метода Виттига являют- ся реакции (6) и (7) "на,схеме 2.8.• ,Реакции Виттига, в которых применяют алкил фосфониевые соли, также можно сделать стереоселектмвными. Образование бетаина проводят при низкой температуре и в присутствии галогенида лития,. В этих условиях отщепление трифенилфосфиноксйда от бетаина происходит медленно. Затем интермедиат вновь обрабатывают лйтийорганическим ’ соединением для образования нового илида.и образованию транс-продукта благоприятствует легкость элиминирования. Примерами фосфонатной модификации метода Виттига являют- ся реакции (6) и (7) "на,схеме 2.8.• ,Реакции Виттига, в которых применяют алкил фосфониевые соли, также можно сделать стереоселектмвными. Образование бетаина проводят при низкой температуре и в присутствии галогенида лития,. В этих условиях отщепление трифенилфосфиноксйда от бетаина происходит медленно. Затем интермедиат вновь обрабатывают лйтийорганическим ’ соединением для образования нового илида.-зритрп--зритрп-RURU,pphaО. 6,pphaО. 6РРЬ,11 \ R хR трео- ।РРЬ,11 \ R хR трео- ।Наконец, в результате присоединения эквивалентного количества донора протонов регенерируется первоначальный илкд, однако в виде более стабильного трер-изомера. Последующее разложение этого стереоизомера приводит к образованию олефина с отношением транс- :.({«с-изоме- ров, превышающим 95 : 5 [38]. Анион, образующийся при реакции бе- таицо во гр интер мед и ата со в тор ой м о л еку л ой а л кил л ити сво го реагента,; можно подвергать и другим превращениям. В наиболее синтетически полезном методе анион обрабатывают формальдегидом. При нагревании, которое ускоряет отщепление трифенилфосфиноксида, образуются гомологи аллилового спирта. Реакция'характеризуется высокой стерео-» -селективностью и оказывается ценным методом в синтезе природных соединений [39].О*т О’I + RL! i!. CHz=O /СН2ОНRCHCH—РРНзRCHC^PPb. ^7^* и2=\ ,бетапнР-оксидоплидНаконец, в результате присоединения эквивалентного количества донора протонов регенерируется первоначальный илкд, однако в виде более стабильного трер-изомера. Последующее разложение этого стереоизомера приводит к образованию олефина с отношением транс- :.({«с-изоме- ров, превышающим 95 : 5 [38]. Анион, образующийся при реакции бе- таицо во гр интер мед и ата со в тор ой м о л еку л ой а л кил л ити сво го реагента,; можно подвергать и другим превращениям. В наиболее синтетически полезном методе анион обрабатывают формальдегидом. При нагревании, которое ускоряет отщепление трифенилфосфиноксида, образуются гомологи аллилового спирта. Реакция'характеризуется высокой стерео-» -селективностью и оказывается ценным методом в синтезе природных соединений [39].О*т О’I + RL! i!. CHz=O /СН2ОНRCHCH—РРНзRCHC^PPb. ^7^* и2=\ ,бетапнР-оксидоплидСинтетическое использование реакций Виттига расширяется применением некоторых илидов, содержащих функциональные группы. Так, метоксиметиленовое [40] и феноксиметиленовое [41] производные приводят к виштловым эфирам, при последующем гидролизе которых об-Синтетическое использование реакций Виттига расширяется применением некоторых илидов, содержащих функциональные группы. Так, метоксиметиленовое [40] и феноксиметиленовое [41] производные приводят к виштловым эфирам, при последующем гидролизе которых об-разуются альдегиды:6—7=04- CH3oCH=PPhgразуются альдегиды:6—7=04- CH3oCH=PPhgсносн. ^> .сносн. ^> .-СН=0-СН=0PhCH=O + СН3-PhCH=O + СН3-—OCH^PPlh —> PhCH==CHO——OCH^PPlh —> PhCH==CHO—СНзСНз№0№0—> PhCH2CH=O
и образованию транс-продукта благоприятствует легкость элиминирования. Примерами фосфонатной модификации метода Виттига являют- ся реакции (6) и (7) "на,схеме 2.8.• ,
Реакции Виттига, в которых применяют алкил фосфониевые соли, также можно сделать стереоселектмвными. Образование бетаина проводят при низкой температуре и в присутствии галогенида лития,. В этих условиях отщепление трифенилфосфиноксйда от бетаина происходит медленно. Затем интермедиат вновь обрабатывают лйтийорганическим ’ соединением для образования нового илида.
и образованию транс-продукта благоприятствует легкость элиминирования. Примерами фосфонатной модификации метода Виттига являют- ся реакции (6) и (7) "на,схеме 2.8.• ,
Реакции Виттига, в которых применяют алкил фосфониевые соли, также можно сделать стереоселектмвными. Образование бетаина проводят при низкой температуре и в присутствии галогенида лития,. В этих условиях отщепление трифенилфосфиноксйда от бетаина происходит медленно. Затем интермедиат вновь обрабатывают лйтийорганическим ’ соединением для образования нового илида.
-зритрп-
-зритрп-
RU
RU
,ppha
О. 6
,ppha
О. 6
РРЬ,
11 \ R х
R трео- ।
РРЬ,
11 \ R х
R трео- ।
Наконец, в результате присоединения эквивалентного количества донора протонов регенерируется первоначальный илкд, однако в виде более стабильного трер-изомера. Последующее разложение этого стереоизомера приводит к образованию олефина с отношением транс- :.({«с-изоме- ров, превышающим 95 : 5 [38]. Анион, образующийся при реакции бе- таицо во гр интер мед и ата со в тор ой м о л еку л ой а л кил л ити сво го реагента,; можно подвергать и другим превращениям. В наиболее синтетически полезном методе анион обрабатывают формальдегидом. При нагревании, которое ускоряет отщепление трифенилфосфиноксида, образуются гомологи аллилового спирта. Реакция'характеризуется высокой стерео-» -селективностью и оказывается ценным методом в синтезе природных соединений [39].
О*т О’
I + RL! i!. CHz=O /СН2ОН
RCHCH—РРНзRCHC^PPb. ^7^* и2=\ ,
бетапнР-оксидоплид
Наконец, в результате присоединения эквивалентного количества донора протонов регенерируется первоначальный илкд, однако в виде более стабильного трер-изомера. Последующее разложение этого стереоизомера приводит к образованию олефина с отношением транс- :.({«с-изоме- ров, превышающим 95 : 5 [38]. Анион, образующийся при реакции бе- таицо во гр интер мед и ата со в тор ой м о л еку л ой а л кил л ити сво го реагента,; можно подвергать и другим превращениям. В наиболее синтетически полезном методе анион обрабатывают формальдегидом. При нагревании, которое ускоряет отщепление трифенилфосфиноксида, образуются гомологи аллилового спирта. Реакция'характеризуется высокой стерео-» -селективностью и оказывается ценным методом в синтезе природных соединений [39].
О*т О’
I + RL! i!. CHz=O /СН2ОН
RCHCH—РРНзRCHC^PPb. ^7^* и2=\ ,
бетапнР-оксидоплид
Синтетическое использование реакций Виттига расширяется применением некоторых илидов, содержащих функциональные группы. Так, метоксиметиленовое [40] и феноксиметиленовое [41] производные приводят к виштловым эфирам, при последующем гидролизе которых об-
Синтетическое использование реакций Виттига расширяется применением некоторых илидов, содержащих функциональные группы. Так, метоксиметиленовое [40] и феноксиметиленовое [41] производные приводят к виштловым эфирам, при последующем гидролизе которых об-
разуются альдегиды:
6—7=04- CH3oCH=PPhg
разуются альдегиды:
6—7=04- CH3oCH=PPhg
сносн. ^> .
сносн. ^> .
-СН=0
-СН=0
PhCH=O + СН3-
PhCH=O + СН3-
—OCH^PPlh —> PhCH==CHO—
—OCH^PPlh —> PhCH==CHO—
СНз
СНз
№0
№0
CH3SCHPO(OCsH5)2 I СНзCH3SCHPO(OCsH5)2 I СНзbull 1 .CH3SCPO(OC2H5)2bull 1 .CH3SCPO(OC2H5)2СНзСНзАналогичный принцип лежит в основе ^использования 1-(.метилтио)- алкилфосфонатов для синтеза кетонов [42]. Винилсульфиды, полученные с помощью модифицированных реакций Виттига; гидролизуют в Присутствии солей ртути с образованием альдегидов, наиримёр [42]:
CH3SCHPO(OCsH5)2 I СНз
CH3SCHPO(OCsH5)2 I СНз
bull 1 .
CH3SCPO(OC2H5)2
bull 1 .
CH3SCPO(OC2H5)2
СНз
СНз
Литийорганические реагенты, содержащие а-триметилсил ильные заместители, реагируют с кетонами ц альдегидами (аналогично реакции Виттига) с образованием олефинов [43]. На стадии депротонирования образование анионного углеродного атома может облегчаться в присутствии кремнийсодержащего заместителя; в качестве оснований можно использовать литийорганические соединения / ;'
RaC ска ..^....^ ^RaC ска ..^....^ ^(сн3^ясв2-,+ r;c=o
RaC ска ..^....^ ^
RaC ска ..^....^ ^
Однако основная функция атома кремния состоит .в создании низкоэнер- готического пути для разложения интермедиата, который образуется на стадии присоединения. Реакция, в которой участвуют кремнийорганиче- ские реагенты, применялась для получения разнообразных замещенных олефинов, хотя не так широко, как реакция Виттига. аф-Ненасыщенные сложные эфиры [44а] и винилсульфоксиды [446] являются примерами соединений; получаемых с помощью кремйийорганических реагентов. Стабилизации карбанионного интермедиата способствуют карбоксилатные и сульфоксидные заместители:
V’ /</^GHCOOCaHs
Г J + (CH3)3SiCHCOOCsHs —> f J1 {См. [44з]}
ф-ты ■
О LI■ о :
PhCH=CHCH=O+PhS—CHSi(CH3)sPhCH=CH—СП—CHSPh {См. [446]}
2.6. ИЛИДЫ СЕРЫ КАК НУКЛЕОФИЛЫ
Илиды серы в синтетическом отношении занимают по важности следующее место за илидами фосфора. Метрлид диметилоксосульфония (6) и метилид диметнЛсульфония (7) явились первыми нашедшими широкое применение илидами серы. Получение этих соединений представлено ниже [45]:
NaH+(CHshs-CHi . tCH^sSOIINaH+(CHshs-CHi . tCH^sSOIIО
NaH+
(CHshs-CHi . tCH^sSOII
NaH+
(CHshs-CHi . tCH^sSOII
CHaSCHg 4- CHU —> (CH3)aS—СН8 <
- ’CH^SOCHa. <CH3)2SO 1+,
CHaSCHs -i- CH3I —* (СВДгЗфНз ■—~-—*:: (CHs)aS-CHa
■ 7
z Как и в случае илидов фосфора, полагают, ‘ что J-орбитали серы участвуют в образовании связи, приводящей к стабилизаций карбанионного центра. Метилид диметилоксосульфрнйя при взаимодействии с не- сопряженными кетонами и альдегидами образует эпоксиды: Реакция протекает как карбонильное ^присоединение с пислсдующим внутримолекулярным нуклеофильным замещением:
——СН274(СНа)з ^ R2C^—^CHg + (CH3^SQ
, Некоторые характерные примеры приведены на, 'схеме 2.9.
(3)(45^ И1СН=О 4- CH»-S(CH3X ->- р Д *(75%)
(7)[45Д1(7)[45Д1
(7)[45Д1
(7)[45Д1
О + (CH3)2CHS-C(CH3)2> NSO^Hj :
О.
О !
(8)[45д}
- PhCH=CHCPh + PhCH,S-CHPh —>
NSOsC7Hg- ,"
РДН
PhCPh_v7Z%)
НН
С' _“ оPhC-Q :
<9)[45е] PhCH-CH^?h + (Ph)2S-CHCPh ~^ Д 9(r>s%)
Pi, ' "' С-Pi:
(to) [45*1
В. производных циклогексана преобладает экваториальная атака:
С <х,р-ненасыщенными кетонами реакция протекает как сопряженное присоединение. За стадией присоединения следует внутримолекулярное нуклеофильное замещение, приводящее к замыканию циклопропанового цикла: ’ \
Метйлид ди метил сульфония образует эпоксиды при взаимодействии как с сопряженными, так и с несопряженными кетонами:
О + 1О
II -СНеЖСНз),/ X
PhCH=CHCPfi > PhCH=CH—ССН3
—‘, I
Ph
Этот илид более реакционноспособен, чем илид (6), однако менее стабилен, и во избежание разложения его необходимо сразу" после "об- разевания обрабатывать карбонильным соединением. Поведение мет- илида диметилсульфония .отлично от поведения метилида диметилоксосульфония и при реакциях’ с циклогексанонами: в простых циклогексанонах осуществляется преимущественно аксиальная атака [45, 46], Противоположная стереоселективность этих двух илидов отражает их заметно различающуюся устойчивость. Полагают, что мети лид д «мети л- 'сульфония достаточно неустойчив для того, чтобы стадия присоединения стала необратимой, В этом случае направление присоединения к карбонильной группе определяет конфигурацию эпоксида. Для более устойчивого диметилоксосульфонийметилида присоединение может быть обратимым, в таком случае па стадии циклизации благоприятным становится образование более стабильного эпоксида [47]. Этот аргумент совпадает с тем, который рассматривался при обсуждении стереохимии реакции Внтгига с устойчивыми и неустойчивыми илидами фосфония.
Расширение синтетических возможностей илидов серы для переноса как замещенных метиленовых групп, так и самой метиленовой группы, достигается модификацией заместителей, содержащих серу. На схеме 2.9 реакция (6) иллюстрирует перенос изопропилиденовой группы. Еще большие структурные вариации возможны при Использовании нуклео- 'филов, получения из сульфоксиминов [48]. По-видимому, наиболее перспективными реагентами являются N-л-толуолсульфииилсульфоксимцны. Их получают взаимодействием сульфоксидов с п-толкал сульфонил азидами:
ОО
11.II
PhSCHRx + ArSOaN3 —> PhSCHR, ,II
ArSO2N
Взаимодействие с сильным основанием приводит к образованию аниона, далее реакция следует механизму, установленному дли реакций илидов оксасульфония:II „ №11 И - 1 . |Эfl l/ i ,PhSC HR2—-*- PhS-CRg т„ RaC=O -^- EhSr-^C—CR*AiSCkN1 AiSOyN"ArSO^N RВзаимодействие с сильным основанием приводит к образованию аниона, далее реакция следует механизму, установленному дли реакций илидов оксасульфония:II „ №11 И - 1 . |Эfl l/ i ,PhSC HR2—-*- PhS-CRg т„ RaC=O -^- EhSr-^C—CR*AiSCkN1 AiSOyN"ArSO^N RИз насыщенных кетонов образуются эпоксиды, тогда как сопряжен- ■ ные карбонильные соединения дают циклопропаны (реакции 7 н 8 на схеме 2.9).Применение илидов серы открывает путь к спиро[2, 2]пентановым системам. Циклопропилышй заместитель, находящийся в соединениях серы, переносится на «^-ненасыщенные системы с образованием второго циклопронанового цикла [49ц, б]:Из насыщенных кетонов образуются эпоксиды, тогда как сопряжен- ■ ные карбонильные соединения дают циклопропаны (реакции 7 н 8 на схеме 2.9).Применение илидов серы открывает путь к спиро[2, 2]пентановым системам. Циклопропилышй заместитель, находящийся в соединениях серы, переносится на «^-ненасыщенные системы с образованием второго циклопронанового цикла [49ц, б]:+/\ NaOHPh2s—Z+/\ NaOHPh2s—ZPhPhCH2=CHCO0CH3CH2=CHCO0CH3СООСНзСООСНзн^сн»н^сн»ООоо(83%)(83%)№)№)^COCHj^COCHj
Взаимодействие с сильным основанием приводит к образованию аниона, далее реакция следует механизму, установленному дли реакций илидов оксасульфония:
II „ №11 И - 1 . |Эfl l/ i ,
PhSC HR2—-*- PhS-CRg т„ RaC=O -^- EhSr-^C—CR*
AiSCkN1 AiSOyN"ArSO^N R
Взаимодействие с сильным основанием приводит к образованию аниона, далее реакция следует механизму, установленному дли реакций илидов оксасульфония:
II „ №11 И - 1 . |Эfl l/ i ,
PhSC HR2—-*- PhS-CRg т„ RaC=O -^- EhSr-^C—CR*
AiSCkN1 AiSOyN"ArSO^N R
Из насыщенных кетонов образуются эпоксиды, тогда как сопряжен- ■ ные карбонильные соединения дают циклопропаны (реакции 7 н 8 на схеме 2.9).
Применение илидов серы открывает путь к спиро[2, 2]пентановым системам. Циклопропилышй заместитель, находящийся в соединениях серы, переносится на «^-ненасыщенные системы с образованием второго циклопронанового цикла [49ц, б]:
Из насыщенных кетонов образуются эпоксиды, тогда как сопряжен- ■ ные карбонильные соединения дают циклопропаны (реакции 7 н 8 на схеме 2.9).
Применение илидов серы открывает путь к спиро[2, 2]пентановым системам. Циклопропилышй заместитель, находящийся в соединениях серы, переносится на «^-ненасыщенные системы с образованием второго циклопронанового цикла [49ц, б]:
+/\ NaOH
Ph2s—Z
+/\ NaOH
Ph2s—Z
Ph
Ph
CH2=CHCO0CH3
CH2=CHCO0CH3
СООСНз
СООСНз
н^сн»
н^сн»
О
О
о
о
(83%)
(83%)
№)
№)
^COCHj
^COCHj
Вводимая циклическая система может содержать и большее число звеньев. Эти соединения являются^промежуточными продуктами в разнообразных синтезах [49а].
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ С ЦИКЛИЗАЦИЕИ
Схему нуклеофильного присоединения по карбонильной группе с последующим внутримолекулярным нуклеофильным замещением присутствующей в нуклеофиле уходящей группы можно обнаружить в более старых синтетических методах, например в реакции Дарзана [50J:
оо
IIR\ / \ /COORZ
R2C O J C1CHSCOR' —жJC
Первой стадией является присоединение к карбонильному соединению енолята, полученного из ct-галогепэфирз. Затем алкоксидный атом кислорода нуклеофильно атакует связь углерод — галоген с образованием эпоксида.
RSC СНСйОС^Н5-* RgC-СНСЙ0СеЫ$-*- Р2О^соос^ а .(9
Реакция не отличается высокой стереоселективностью, из несимметричных кетонов обычно образуется смесь изомеров [51]. Некоторые типичные примеры реакции Дарзана приведены на схеме 2.10.
Эпоксиэфиры, образующиеся при конденсации Дарзана, применяют для синтеза кетонов и альдегидов;
R $3. .с-готнR НR $3. .с-готнR НRjCHCrf=ORjCHCrf=O
R $3. .с-готн
R Н
R $3. .с-готн
R Н
RjCHCrf=O
RjCHCrf=O
СХЕМА 2.10, РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ ПО ДАРЗАНУ
[51а][5161[5Ы{51sJ[51а][5161[5Ы{51sJКОСМезО + C1CHSCOOC2H5 1КОСМезО + C1CHSCOOC2H5 1КОСМезPhCH=O + PhCHCOOC2Hs sКОСМезPhCH=O + PhCHCOOC2Hs sClClооItКОСМезPhCCH3 + С1СНйСООСгН5 оItКОСМезPhCCH3 + С1СНйСООСгН5 оH3CSH3CSСООС,ЯЕ , PfkСООС,ЯЕ , PfkPhPh'И'И(83 - 95ЧЫ(83 - 95ЧЫоо-Ph-Ph(75%)(75%)вво' \ /СООСцНзо' \ /СООСцНз66Phx ХННаС/(62%; смесь изомеров состава 1 :1)Phx ХННаС/(62%; смесь изомеров состава 1 :1)1 LINESiiCH.tshСНзСН2СНСООСаН$ --- 'I-- СНз^-и^На1 LINESiiCH.tshСНзСН2СНСООСаН$ --- 'I-- СНз^-и^НаОН3С\ /'ОН3С\ /'/СООСаНа/СООСаНаВгВгСН2СН3СН2СН3
[51а]
[5161
[5Ы
{51sJ
[51а]
[5161
[5Ы
{51sJ
КОСМез
О + C1CHSCOOC2H5 1
КОСМез
О + C1CHSCOOC2H5 1
КОСМез
PhCH=O + PhCHCOOC2Hs s
КОСМез
PhCH=O + PhCHCOOC2Hs s
Cl
Cl
о
о
ItКОСМез
PhCCH3 + С1СНйСООСгН5
о
ItКОСМез
PhCCH3 + С1СНйСООСгН5
о
H3CS
H3CS
СООС,ЯЕ , Pfk
СООС,ЯЕ , Pfk
Ph
Ph
'И
'И
(83 - 95ЧЫ
(83 - 95ЧЫ
о
о
-Ph
-Ph
(75%)
(75%)
в
в
о
' \ /СООСцНз
о
' \ /СООСцНз
6
6
Phx ХННаС/
(62%; смесь изомеров состава 1 :1)
Phx ХННаС/
(62%; смесь изомеров состава 1 :1)
1 LINESiiCH.tsh
СНзСН2СНСООСаН$ --- '
I-- СНз^-и^На
1 LINESiiCH.tsh
СНзСН2СНСООСаН$ --- '
I-- СНз^-и^На
О
Н3С\ /'
О
Н3С\ /'
/СООСаНа
/СООСаНа
Вг
Вг
СН2СН3
СН2СН3
Образующиеся при гидролизе эфиров кислоты термически декарбоксилируются с образованием карбонильного соединения. Обычно это рассматривают как согласованный процесс, протекающий через показанное ниже бициклическое переходное состояние:
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
Л. К Айрис. Карбанионы в органическом синтезе. Пер с аигл./Под ред, И. С. Эфроса. Л, Химия, 1969. 208 с.
АЛЬДОЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ
Л. Т, Nielsen, IF. /. Houlihan, Org. React. 16, 1 (1968).
РЕАКЦИЯ МАННИХА
F, F. Blicke, Org. React 1, 303 (1942) [OP, 1, 399 (1948)] •.
РЕАКЦИЯ ВИТТИТА
/L .teeter, org. React. 14, 270 (1965) [OP, 14, 287 1967); A. IF. Johnson, Ylide Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1966 [А. В. Джонсон. Химия идидОВ, Пер. с англ,/Под ред. И А. Несмеянова. М„ Мир, 1969, 399 с ].
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
А Т Nielsen, НА J Houlihan, Org. React 16, 1 (1968).
R L. Reeves, in Chemistry of the Carbonyl Group, S. Ratal (ed.), Interscience, New York, N Y., 1966, p. 580—593.
* Здесь и далее; OP — Органические реакции. Сб. 1—14. Пер, с англ. M.t Издатин- .тт. 1948—1967. — Прим, ред.
Н. О House, Modern Synthetic Reactions, Second Edition, W. A. Benjamin, Me Ратк, CA, 1972, p 629—682
/, B. Conant, NTuttle, Org Synth. J, 109 (1941) [СОП, 1, 184 (1949)] 4g. k, Grignard, A. Vesterman, Bull. Chim Soc Fr 37, 425 (1925) 46.F J. Viliani, F. F. Nord, J Am.. Chem Soc. 69, 2605 (19471.
7. English, 0 W. Barber, J. Am. Chem. Soc. 71, 3310 (1949)
4г. N. В Carette, J. Org Chern 22, 346 (1957),
4d. Г. IPeync. И Adkins, J. Am Chem. Soc 62, 3401 (19101.
4e. D. / Ba\sted, J S Whitehurst, J Chem. Soc., 4089 (1961)
4ж. G. A. Hill, G Bramann, Org Synth I, 81 (1941) [СОП, 1, 79 (1949)] 4з S. С. Бише, M J Horsman, F. Ь Popp, J, Chem. Soc:l 303 ((963). 4» A. Al. Islam, M. 'I, Zemaity, J. Am Chem. Soc 79, 6023 (1957).
4s D Meuthe, H. Strauss, E. Heilbrotorer, Helv. China Aeta 41, 2220 (1958).
4л A / Meyers, N Nazarenko, J Ocg Chem. 38, 175 (1973) 4л. ft’. R. Dunnavant, C. R Hauser, Org Synth 44, 56 (1964). 4h. M IF. Rathke, J Am Chem Soc. 92, 3222 (19 70).
G. W Moersch, A. R. Burkett, J Org Chern. 36, 1149 (1971).
4n. Ai. ft' Rathke, Org Synth.. 53, 66 (1973).,
5 E. D Bergmann, D. Ginsburg, R, Pappa, Org. React 10, 179 (1950) [OP, 10, It <1963)1, /. W. Cornforth. R, Robinson, J. Chem Soc, 1855 (1949)
5д / W. Comforth, R. Robinson, J. Ch Pm Soc., 1855 (1949).
55 8, Ramachandran, И S. Newman, Org. Synth. 41,38 (1961).
5^ R- L Augustine, J A. Caputo, Org. Synth. 45. 80 (1965).
5г. C. J V, Scania, R. M Starrett, J Arn. Chem. Soc.. 93, 1539 (1971)
G. Stork, S D Darling, J Am Chem. Soc. 86, 1761 (1964)
G. Stark, B. Ganem, J Аш Chem Soc. 95, 6152 (1973); G. Stork J. Singh, J Am Chem Soc 96, 6181 (1974)
R. K- Boeckman, Jr, J Am. Chem. Soc. 96, 6179 (1974).
M Stiles, D Wolf. G. V. Hudson, J. Am. Chem Soc 81, 628 (1959). ,
H 0. House, D S. Crumrine, А. У. Teranishi H, D. Olmstead, J. Am Chem. Soc 95, 3310 (1973).
10a, G. Tones, Org React. 15, 204 (1967) .
R. L. ReeaeSi tn. The Chemistry of the Carbonyl Group, S. Patai (ed). Interscience, New York, NY. 1966, p, 593—599
1 к T. 1. Crowell, D. Ж Peck, 3..Am. Chem. Sor. 75. 1075 (1953).
А С. Cope, С. AT Hofmann, С. Wyckoff, E. Hardenbergh, J. Am, Chem, Soc 63, 3452 (1941)
E L Carey, J Am. Chem Soc 74, 5897 (1952).
E. T Corey, G. Fraenkel, J. Am. Chem. Soc. 75, 1168 (1953).
14d. А. С. Cope, С M Hofmann, J, Am. Chem. Soc. 63, 3456 (1941).
146 R. IP. Hein, At. J. Astle, J R Shelton, J Org. Chem 26, 4874 (1961),
14a F. S. Prout, R. J, Hartman, E. P. — У. Huang, C. J. Earnies 0 R, Tichelaar Org Synth IV, 93 (1963).’’ s‘
14г E, F. Pratt, E. tRerble, J Am Chem. Soc. 72, 4638 (1950).
l4d.D E. Worrall, L. Cohen, J Am. Chem Soc. 66, 842 (1544).
14e A. C. Cope, A. A. D’Addurco, D. E. Whyte c. a, Org Svnth IV, 234 (1963). 14ж. IP. 7. Gensler, E. Berman, J Am Chem Soc. 80, 4949 (1958).
14э R Stevens, J. Chem Soc. 1118 (I960).
I4u R H. Wiley, N. R Smith, Org. Synth IV, 731 (1963).
15 C. Mannich., P. Schumann, Chem. В er. 69, 2299 (1936).
15c. С E Maxwell, Org Synth. Ill, 305 (1955).
ISA A. L. Wilds, R. M. Noteak, К. E. McCaleb, Org. Synth. IV, 281 (1963).
15s C. S. Marvel, R L. Myers. 7. H. Saunders, 3 Am. Chem. Soc. 70 1694 (1948) 15г A. С Cope, E C. Hermann, J. Am. Chem. Soc 72, 3405 (1950).
15<5. E В Knott. J, Chem Soc.., 1190 (1947).
. C. S. Marvel, R. L. Myers, J. H. "Saunders, J. Am Chem. Soc. 70, 1694 (1948).
R. Robinson, J Chem. Soc 762 (1917).
C. R Hauser, V, E Hudson, 3r„ Org React I, 266 (1942) ГОР I 345 (1948)1 18a R, R. Briese, S, M- McEtoaln, 3. Am. Chem Soc. 55, 1697 (1933) 186.В E. Hudson, Jr., C, R. Hauser, J. Am Chem Stic 63, ^156 (1941} I8e R. S. Pinkney, Org Synth II, 116 (1943) [СОП, 2, 297 (194911 18г, £ A Prill, S M. McElvam, J Am. Chem Soc. 55, 1233 (1933).
18d.A4 S, Newman, 1 L. McPherson, J Org Chem 19, 1717 (1954). I8ej. P. Ferris, N. C. Miller, J Am Chem Soc. 85, 1325 (1963). l&w- R. N Hurd, D. H. Shah, J Org. Chem 38, 390 Ц973).
£. Л4. Bottorff, L L, Moore. Org Synth. 44, 67 (1964).
18u. F. IP. S®am.et, C. R. Hauser, 3 Am" Chem Soc. 72, 1352 (1950k
18k. D E, Floyd., S E. Miller, Org. Synth IV, 14] (1963).
18л E. E Royals, D G Turpin, J. Am Ciiem Soc 76. 5452 (1954)
18л A A, Price, D S Tarbell, Org Synth. )V, 285 (19631 18a T M. Sfralew, A. C Adams. Org Synth IV. 415 ) 19631 I8o. G.. A Reynolds, C, R Hauser, Org. Synth. IV, 708 (1963)
18a. At. Guha, D. Nasipuri, Org. Synth, 42, 41 (1962) ,;—^
18p. M. IP. Rathke, J. Deiich, Tetrahedron Lett., 2953 (1971),
1. P Schaefer, I, A Bloomfield, Org. Reast. 15, 1 (1967).
H. С. Вульфсон. В, И, Зарецкий, ЖОХ, 29, 2704 (1959).
20а С Ainsworth, Org Synth IV, 536 (1963).
Й. Green, F, В. La Forge, J. Am. Chern. Soc. 70, 2287 (1948); F. IF. Swamer, C. R Hauser, J Am Chern Soc. 72, 1352 (1950).
20e. E. R. Riegel, F. Zwdgmeyer, Org. Synth. II, 126 (1943) [СОП, 2, 543 (1949)]. 20г. A. P. Krapcho, J, Diamanti, C. Cayen, R. Bingham, Org. Synth. 47, 20 (1967). 21а. R. E, Ireland, I. A. Marshall, J. Org Chem. 27, 1615 (1962),
216 J. D. Metzger, At, IF, Baker, R, J. Morris; J. Org. Chem. 37, 789 (1972).
E. I. Corey, D E. Cane, J. Org. Chern; 3fl, 3070 (1971).
S. Boatman, T. M Harris, C. R. Hauser, Org Synth, 48, 40 (1968).
24a. E. J. Corey, M. Chaykovsky, J. Am. Chem. Soc. 87, 1345 (1965).
H. D. Betker, G. L Mikol, G. A. Russell, J. Am. Chem. Soc, 85, 3410 (1963)-
G A Russell, G. L Mikol, J Am Chem. Soc. 88, 5498 (1966).
P. G. Gass man, G D Richmond, J. Org. Chem. 31, 2355 (1966).
H. 0. House, к К. Larson, J. Org Chem. 33, 61 (1968).
G. A. Russell, L. A, Ochrymowycz, J. Org Chem. 34, 3618 (1969).
H. Schmidbaur. IF. Buchner, D. Schentzow Chem. Ber. 106, 12ЭЧ (1973).
A. Maercker, Org. Reatt 14, 270 (1985) [OP; 14, 287 (,1967)].
C, Trmdle, i-T. Hwang, F. A. Carey, J. Org. Chern. 38, 2664 (1973).
E. Vedejs, К. A. J. SnOble, J. Am. Chem. Soc, 95, 5778 (1973).
32а. G. Wittig, U, Schollkopf, Org Synth. 40, 66 (I960).
326,0. Wittig, U. Schollkopf, Chem. Ber. 87, 1318 (1954).
32s M Schlosser, K, F. Christmann, Justus Liebigs Ann Chem. 708, 1 (1967).
32г R. N. McDonald, T. №. Campbell, Org. Synth. 40, 36 (I960) [СОП. 12, 54 (1964)].
. A J. Speziale, K. IF. Rotts, D, E. Bissmg, Org. Synth. 45, 33 (1965).
32e. IF. S, Wadsworth, Jr, W. D. Emmons, Org. Synth 45, 44 (1965).
32ж. R. J. Sundberg, P. A. Bukowick, F. 0. Holcombe, J Org. Chem. 32, 2938 (1967). 32з. E. J. Corey, G_ T. Kwiatkowski, J, Am. Chern. Soc, 90, 6816 (1968), 33 At. Schlosser, Top. Stereaehem. 5, 1 (3970).
. L. D. Bergelson, M. M Shemyakin, Tetrahedron 19, 149 (1963); L D, Bergelson, P. A. . Vaver, L, I. Barsukov, M. At. Shemyakin, Tetrahedron Lett., 2669 (1964); L D/Bergelson, L. 1. Barsulov, M. M. Shemyakin, Tetrahedron 23, 2709 (1967),
I, Boutogy, R. Thomas, Chem. Rev. 74, 87 (1974).
E. J. Corey, G, T. Kwiatkowski, J Am. Chem. Soc. 88, 5654 (1956).
, D, H. Wadsworth О, E, Schupp, III, E. J. Seus, J. A. Ford, Jr.,. J. Org. Chem. 30 680 (1965).
. M. Schlosser, K. F. Christmann, Justus Liebigs Ann Chem. 70S, 1 (1967),
E J Corey, H. Yamamoto, J. Am. Chem. Soc. 92, 226 (1970) , E_ J, Corey, H- Yamamoto, D, K. Herron, К Achiwa, J Am Chem. Soc, 92, 6635 (1970); E. J. Corey, H Yamamoto, J. Am Chem Soc 92, 6636 (1970); E. J. Corey. H. Yamamoto. J. Am. Chem Soc 92, 6637 (1970), E. J Corey, J. L. Shulman, H. Yamamoto, tetrahedron Lett, 447 (1970).
10 S G Levine, J Am Chem. Soc 80. 6150 (1958).
41 G IFitifg, IF Boll, К H Kruck, Chem Ber. 95, 2514 (1962).
42 £, J, Corey, I. h Shulman, J Org Chem 35, 777 (1970).
13 D 7 Peterson, J Org Chem. 33, 780 (19681.
ilij К Schimofi, H Tagucht, K. Oshima, H. Yamamoto, H. Nozaki, J Am Chem. Soc. S6, 1620 (1974).
4^6 F A. Garey, 0, Hernandez. J. Org Chem 38, 2670 (1973).
45 E J Corey, Al. Chaykovsky, J. Am Chem Soc. 87, 1353 (1965).
43а E J, Corey M. Chaykovsky, Org Synth. 49, 78 (1969).
4' j F J Corey, M. Chaykovsky, J Am Chem. Soc 87, 1353 (1965).
ч’е 4 IF Johnson. V. J Hruby, J. L. Williams, J Am. Chem. Soc, 86, 918 (1964).
Г / Corey, M Jauielat, J. Am Chem Soc. 89. 3912 (1967)
4".- C R Johnson, G F Katekar, J Am. Chem Soc 92, 5753 (1970).
j’e В il Trost, J Arn. Chem Soc 89, 138 (1967)
45-г C R Johnson, G. F. Katekar, R. F Huxol, E. R. janiga, J. Am. Chem. Soc, 93, 33771
-HfL.Coo'-' RCCorley. 41 £Wall. J OrgChem 33, 2789 (1968),
47CRJohnson.C.IFSchroeck,J Am Chem Soc 93, 5303 (1971); C.R,Johnson,
C№’Sihriieji,JRShanklin..J Am ChemSoc‘95, 7424 (1973).
4 4.cRJohiKon.ERJaniga. M, Haake, J. Am Chem Soc 90, 3890(1968).
4»C.pJirbns:.!.:]. GFKatekar, J Am. Chem. Soc 92,5753 (1970).
46CRJonson, RAKirchhoff, R. J, Reacher,G. F. Katekar, J.Am.Chem.Soc.95,
flu73j
4-гAFIJosi 11 JBogdanowicz, 1 Am Chem.Soc. 95,5307 (1973).
4sJLPJohnson, GF,Katekar, R. F. Huxol, E.R. Janiga, J, Am.ChemShe,93,3771
|;'7и С P Johnson, E R Janiga, J. Am. Chem. Soc. 95, 7692 (1973).
47е В M Trost, Al, J, Bogdanawtcz, J. Am Chem. Soc. 95, 5311, 5321 (1973).
6565S 3ai. 610
65
65
50, Л1. S, Newman, В. j. Magerlein, Org. React 5, 413 (1951) ГОР, 1, 319 (1951] 51. F, W. Bachelor, R. K. Bansal, J. Org, Chem. 34, 3600 (1969).
5JtLR. H. Hunt, L. J. Chinn, IP. S. Johnson, Org. Synth. IV, 459 (1963).
516. H. E, Zimmerman, L. Ahramjian, J. Am. Chem. Soc. 82, 5459 (I960).
51e. F. 07. Bachelor, R. K. Bansal, J. Org. Chem. 34, 3600 (1969), 5U.R. F. Bordi, Tetrahedron Utt, 3761 (1972).
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена на с. 434)
— 2.1. Предложите строение и конфигурацию Продукта или продуктов, получение к рых надо ожидать в каждой из следующих реакций;
О
I, LINK»
Nat"наNat"наNaOH(5) CHsCHaNOa+СН2О *NaOH(5) CHsCHaNOa+СН2О *О(9) PhCCH3CH3 4- СН2О + (CHshMH ■О(9) PhCCH3CH3 4- СН2О + (CHshMH ■(a) (CH,)2CHCOQCA -2™BhCHO> Ха РЦ(<Ли
Nat
"на
Nat
"на
NaOH
(5) CHsCHaNOa+СН2О *
NaOH
(5) CHsCHaNOa+СН2О *
О
(9) PhCCH3CH3 4- СН2О + (CHshMH ■
О
(9) PhCCH3CH3 4- СН2О + (CHshMH ■
— 2.2. При нагревании эпоксидов (8) и (9) с л-хлор бензаль детдом и трифенилфос ном в этаноле Образуются продукты (10)—(13) с выходами, указанными на ext Выход продукта (11) гораздо выше из транс-эпоксида, чем из цпе-йзомера. Объяра этн наблюдения и покажите их связь-с механизмом реакции Виттига.
СООС3Н5 CICaHiСООС3Н5 CICaHiCOOCaHe Cl СеН4COOCaHe Cl СеН4И 11%)И 11%)ннн н 12 (1%)н н 12 (1%)Hz хСООС1На ; 13 (12%)Hz хСООС1На ; 13 (12%)
СООС3Н5 CICaHi
СООС3Н5 CICaHi
COOCaHe Cl СеН4
COOCaHe Cl СеН4
И 11%)
И 11%)
н
н
н н 12 (1%)
н н 12 (1%)
Hz хСООС1На ; 13 (12%)
Hz хСООС1На ; 13 (12%)
CHOCHO
CHO
CHO
О
to + И + 12 + 13(17%) №) 43%) (30%)to + И + 12 + 13(17%) №) 43%) (30%)PhaP + ph / \ Н Н' ^СООС2Н5
to + И + 12 + 13
(17%) №) 43%) (30%)
to + И + 12 + 13
(17%) №) 43%) (30%)
9С1
— 2.3. Соединения (14) я (15) являются ключевыми промежуточными продуктам! полном синтезе холестерина. Рассмотрите их образование с помощью указанных пут
— 2,4- Предложите механизм для каждого из следующих превращений:
totoСН3СН3ОСООСНэ „ ” „СдНдССаНд > NaH, бензолСООСНэОСООСНэ „ ” „СдНдССаНд > NaH, бензолСООСНэCOOCgHgCOOCgHg+ CHf(COOCAh+ CHf(COOCAh(б)(б)ООCOQCaHgCOQCaHgNaOEtEtOHNaOEtEtOH
to
to
СН3
СН3
О
СООСНэ „ ” „
СдНдССаНд > NaH, бензол
СООСНэ
О
СООСНэ „ ” „
СдНдССаНд > NaH, бензол
СООСНэ
COOCgHg
COOCgHg
+ CHf(COOCAh
+ CHf(COOCAh
(б)
(б)
О
О
COQCaHg
COQCaHg
NaOEt
EtOH
NaOEt
EtOH
СООСаНз
ОО(6)(6)СНаСНдС-СНаСНдС-ООСНэСНэО. I NaOH, МеОЦVOCCHg *•СНзО. I NaOH, МеОЦVOCCHg *•СНз(г)(г)сн3 онсн3 онСН3СН,СССНдСН3СН,СССНдКОН, НаО1дкоксаа, ISO °CКОН, НаО1дкоксаа, ISO °CСН,СНгСНСНз + Ph1СН,СНгСНСНз + Ph1О 2одО 2од
О
О
(6)
(6)
СНаСНдС-
СНаСНдС-
О
О
СНэ
СНэ
О
. I NaOH, МеОЦ
VOCCHg *•
СНз
О
. I NaOH, МеОЦ
VOCCHg *•
СНз
(г)
(г)
сн3 он
сн3 он
СН3СН,СССНд
СН3СН,СССНд
КОН, НаО
1дкоксаа, ISO °C
КОН, НаО
1дкоксаа, ISO °C
СН,СНгСНСНз + Ph1
СН,СНгСНСНз + Ph1
О 2од
О 2од
Ph Ph
— 2.В. Предполагают, что тетрауксусная кислота {или её биологический эквиаалент) является .промежуточным продуктом в биосинтезе природных продуктов. Описаны синтез тетр а уксусной кислоты и ее легкое ярей ращение в орселлиновую кислоту. Предложите механизм образования срселлиновой кислоты при указанных условиях;
ОООи .11 IIСНэССНаССНаС CHjCOOHОООи .11 IIСНэССНаССНаС CHjCOOHорселлиновая кислотаорселлиновая кислота
ООО
и .11 II
СНэССНаССНаС CHjCOOH
ООО
и .11 II
СНэССНаССНаС CHjCOOH
орселлиновая кислота
орселлиновая кислота
— 2.6 Укажите условия реакции или Перин реакций для осуществления каждого из следующих превращений:
s ОН
!
(а) СН5СООС(СНэ)э -г- (CH^gCCHaCOOCtCH^g
<5) Q _> СХ
'^^ОАСНгЬСН-^О о ^О(СН2)а-НгС^ ,СН2ОН
W ^СНэ
Ph2C=OPh2C=OCNCOOCaHgCNCOOCaHg
Ph2C=O
Ph2C=O
CN
COOCaHg
CN
COOCaHg
— 2.7. В синтезе алкалоида консссина первые несколько стадий включают полученЯеса единения (17) яз (16). Предложите последовательность реакций дм выполнения этом
— 2.8. Предложите конфигурации продуктов, которые ожидаются в каждой из следующих реакций:
— 2.9. Предложите механизм для каждой из следующих реакций:
(Й.(Й.
(Й.
(Й.
— 2.10. Стереоспецифический метод превращения эпоксидов в алкены включает реакцию эпоксида с ионом дифенил фосфид а с последующим действием иодистым метилом. В результате происходит полная инверсия конфигурации алкена. Таким образом, из эпоксида щ/с-цнмооктена образуется транс-ци клооктен. Предложите механизм этого процесса и обсудите его связь с реакцией Виттига.
— 2.11. Предложите механизм для следующей реакции:
Q^CHsCH^НС ^СООС2НеQ^CHsCH^НС ^СООС2НеОО
Q^CHsCH^НС ^СООС2Не
Q^CHsCH^НС ^СООС2Не
О
О
— 2.12. Укажите, как, используя реакцию Виттига с легко доступными карбонильными соединениями, можно получить подходящие реагенты для синтеза каждого из следующих. соединений алкеЗового ряда:
/ОСУН;
СН2-СНСООСН3(в)СН2-С^
\соос2н5
СН2—СНС1(г)РЬ2С=С=С=СН—/ \—NO3
— 2.13. Разработан довольно общий метод циклообразования с участием галогенидов винилтрифенилфосфония, Ниже приводятся два примера. Прокомментируйте механизм этой реакции и предложите еще два типа циклов, которые можно синтезировать, используя соли винилтрифенилфосфония.
О
CHa(!cH3CH(COOC3Hs)2 + СНй=СНРРЬ3
сн=о
+ CH3=CHPPha
■О' Na*
— 2.14. Илид серы (18) не реагирует с простыми кетонами, в то время как реакция с карбоксилатным аналогом (19) приводит к эпоксидам. Объясните это различие в реакционной способности,
+ (CHa)iS—CHCOOC2HS —> Реакция не идет
13
+ (CHa)aS—CHCOO" —>
О
СОО"
— 2Л5^ Предложите пути для каждого из следующих превращений. Синтез может п] ходить не в одну стадию и с участием дополнительных реагентов.
(й) «я
(в)
(г)
(д)
PhtC=O, СН3СН О —> Ph,C=CHCH=O
CH3CH3CHiCH=O, CICHjCOOCrfi» —* СН3СН2ССН=СНСООС2Н6
сн»
CH8NHS, СН2=СНСООСаН6 —> CHaN;
PhCH=O, CICHj
СН2С1, СНаСН^О —■*
сн=снсн=сн-
■сн=снсн=сн
о
Н3С
(СНЭ)2СНСН=О, CH2=CHCCHS —>
НзС
— 2.16, Когда приведенный ниме илид обрабатывают 1 г-экв диизопропиламида лип В ТГФ при —78 °C, образуется раствор красного цвета. Реакция этого раствора Н-пропялбромидом протекает медленно, через ] ч при 25 °C образуется продукт алю дарования с выходом только 10%, Если красный раствор обрабатывают дополн, тельно 1 г-экв ди аз он роняламйда лития, раствор становится черным и быстро peari рует с н-пропилбромедом при —78 °C, образуя с хорошим выходом продукт реакцш Объясните эти факты.
ООQ О
II ||1. 2LINR2 II |
CHgCCCCHa —^-> СНзССС(СН2)аСН,
PPh3PPh,
— 2.17. Циклизация соединения (20) может в принципе привести к образованию пре дукта (21) или (22), Однако основным продуктом Является соединение (21). Для вы яснення механизма реакции, определяющего структуру продукта, были проведены по казанные ниже реакции. Какой вывод можно сделать относительно стадии, опреде лающей строение продукта?
Реакция не идет
РН2С, . ,2%NaOH—EtOH—Н2О/ \
22 (минорный продукт)
v \=о > рсн2—4 >=о
ЦО/
О ООО
1 II2%NaOH—EtOH-DjO || II
CH3CCHaCH2CCH2R ► CDsCCDtCDiCCDjR
(более короткое время,чем в других onutax)
— 2.18. При кипячении катехина (23) с 0,5%-ным раствором NaOH в течение 45 мин образуется соединение (24). Сформулируйте механизм.
— 2.19. Предложите дуга синтеза каждого из следующих соединений, используя легко доступные исходные продукты?
— 2.20. Фосфониевые соли (25) и (26) применяют для синтеза цикл огексадиенов. Предложите подходящие реагенты и катализаторы, с помощью которых можно получить циклогексадиены.
CH2=CHCH2PPh325CH2=CHCH2PPh325CHg=CHCH=CHPPh,26CHg=CHCH=CHPPh,26
CH2=CHCH2PPh3
25
CH2=CHCH2PPh3
25
CHg=CHCH=CHPPh,
26
CHg=CHCH=CHPPh,
26
ГЛАВА 3++++++++»-$-+
РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ
К КРАТНЫМ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫМ СВЯЗЯМ
В этой главе обсуждаются главным образом реакции присоединения к двойной С=С-связн. Некоторые типы реакций присоединения исключены, поскольку более целесообразно рассмотреть их в других главах. Это реакции нуклеофильного присоединения к электрофильным олефинам (гл. 1), циклоприсоединения (гл. 6), реакции присоединения, в основе которых лежит окислительный процесс (гл. 9), и реакции, протекающие по свободнорадикальному механизму (кц. 1, гл. 12).
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ВОДОРОДА
Наиболее широко используемым методом присоединения водорода к двойной связи является каталитическое гидрирование. За исключением пространственно затрудненных олефинов эта реакция обычно проходит быстро и с хорошими выходами:
катализаторrch—chr+h2>• rch2ch2r
В качестве катализаторов обычно используют тонко измельченные переходные металлы, особенно платину, палладий, родий, никель и медь. С синтетической точки зрения важно знать, как ведут себя в условиях каталитического гидрирования другие функциональные группы. В этом разделе обсуждено каталитическое гидрирование как двойной углерод- угЛеродной связи, так и различных функциональных групп.
Хотя многие детали еще неясны, достигнуто первоначальное понимание механизма и стереохимии каталитического гидрирования. Известно, что водород адсорбируется на поверхности материалов, которые действуют как катализаторы гидрирования. Кривые углерод-углеродные связи и другие функциональные группы взаимодействуют с поверхностью металла, образуя интермедиаты, в которых органическая молекула сильно адсорбирована.
Для простых алкенов в процессах, протекающих при гидрировании, можно предположить образование по крайней мере трех типов интермедиатов:
АБВ
Первоначально образовавшийся интермедиат адсорбирован обоими углеродными атомами, связанными двойной связью, как показано выше (схема А). л-Орбитали алкена использованы для связывания с поверхностью металла. Водород, адсорбированный на поверхности, может присоединяться к органическому остатку, что ведет к частице Б, а моно- адсорбированная частица прикрепляется к поверхности металла связью, похожей на о-связь. Этот интермедиат может реагировать с адсорбированным водородом, давая насыщенный продукт. Третий тип интерме-
СХЕМА 3.1. СТЕРЕОХИМИЯ ГИДРИРОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ОЛЕФИНОВ
Яри мерозеин - л рисоеди нения с наименее затрудненной стороны
(70-85%)(30-15%)
диата — частица В, которая может объяснить миграцию двойной связи и обмен водорода, иногда конкурирующие с простым присоединением, водорода. Органическая молекула в частице В напоминает аллильный радикал, полученный из алкена при отрыве атома водорода. Координация этого интермедиата, вероятно, происходит с участием л-, а не с-ор- бнталей. В гл. 5 обсуждается структура дискретных мет алл органических Соединений. Мы встретимся с примерами каждого из трех типов связывания органических молекул с атомами металла в небольших дискретных комплексах Это позволяет предположить некоторую возможность существования аналогичных частиц на поверхности металла.
Поверхность металла нельзя рассматривать как однородную, Очевидно, имеются участки, которые предпочтительны для отдельных типов взаимодействия с органическими молекулами. Кроме того, поверхность, ' вероятно, не является гладкой, а состоит из неправильных участков, которые пространственно по-разному взаимодействуют с адсорбированной молекулой.
В большинстве случаев оба атома водорода присоединяются с одной и той же стороны субстрата (сан-присоединение). Это может происходить в результате почти одновременного присоединения обоих атомов водорода. Если гидрирование происходит в две стадии, интермедиат должен оставаться связанным с поверхностью металла таким образом, чтобы вращение вокруг простой связи не изменяло исходной стереохимической конфигурации. Адсорбция на поверхности катализатора обычно происходит с пространственно менее затрудненной стороны молекулы. На схеме 3.1 показаны некоторые реакции гидрирования, в которых наблюдается сын-присоединение с менее затрудненной стороны. Имеется много примеров других типов присоединения, также показанных в схеме 3.1, для которых желательно независимое подтверждение их стереохимии.
На стереохимию гидрирования влияют присутствующие в молекуле функциональные группы, которые могут определять характер адсорбции молекулы на поверхности катализатора. Так, имеется ряд примеров, когда наличие карбоксильной или гидроксильной группы приводит к присоединению водорода со стороны молекулы, несущей полярную группу [1]. Это означает, что молекула адсорбируется предпочтительно таким образом, чтобы гидроксильная группа могла сильно взаимодействовать с поверхностью катализатора.
Если десорбция частично, гидрированного олефина конкурируем с полным восстановлением, то возможна изомеризация олефина:
Н Н—НН Н—Н77^7777777777*7777777777*77777^7777777777*7777777777*777
Н Н—Н
Н Н—Н
77^7777777777*7777777777*777
77^7777777777*7777777777*777
Н--и н
1:<
■7*7777772*222222222*22?/..
Например, гидрирование пентена-1 над скелетным никелем сопровождается изомеризацией его в цис- и транс-пентены-2 [2]. Изомеризованные продукты превращаются в пентан, но с меньшей скоростью, чем пентен-L При интерпретации стереохимии гидрирования первоначальная изомеризация олефина может стать осложняющим фактором, поскольку стерические требования при гидрировании изомера могут значительно отличаться от стерических требований исходного субстрата. Обмен атома водорода субстрата на атом водорода с поверхности катализатора часто обнаруживают, используя субстраты, меченные дейтерием, или проводя каталитическое восстановление в атмосфере дейтерия. Особенно быстро происходит такой обмен в аллильных положениях [3].
Условия гидрирования различных функциональных групп зависят от катализатора. Некоторые сведения о каталитическом восстановлении различных функциональных групп приведены в табл. 3.1.
Из данных табл. 3.1 видно, что не во всех случаях каталитического гидрирования происходит простое присоединение водорода. В ароматических кетонах, спиртах и аминах расщепляется С—О- или С—N-связь, соседняя с ароматическим кольцом, В алкил- и арилгалогенидах происходит замена атома галогена на водород. Подобные реакции, в которых происходит расщепление связей и замена заместителя на водород,
IЛОВИЦА a,I. >CJIOB Я KAI Aj,«i - ИЧШАОГО BUCCI АНОВЛЕНДЛ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП (ЗА]
Функциональная группа
Продукт восставоалення
Катализаторы
Типичный условия реакций
1?
1 1
Pd, Pt, Ni,
Комнатная температура, 1 атм
—с—с—
1 1 н н
Ru, Rh
(реакция идет быстро за исключением сильно замещенных или затрудненных соединений)
н/ \i
Pd
Rh, Pt
Комнатная температура и вязкое давление, для дезактивации катализатора добавляется хинрлип или свинец
Умеренное давление (5—10 атм), 50—100 ‘С
Ni, Pd
Высокое давление
(100—200 атм), 100—200 еС
о
RCR
о
он
RCHR
Pt, Ru
Cu-Cr, Ni
Комнатнаятемпература,
1—4 атм; катализу стоя кислотой; скорость умеренная
Высокое Давление, 50—100 °C
f CR
ИЛИ
OR
^ ^CHjR
Pd
Комнатнаятемпература,
1—4 атм; катализ кислотой
^у—chr
NR,
/ V- ^HR
^—CH,R
Pd, Ni
50-100’С, 1-4 атм
V-V 0
R^Cl
О и RCH
Pd
Комнатная температура, давление 1 атм; для замедления реакции добавляют хинолин или аналогичные вещества
О
RCOH
RCH2OH
Pd, Ni, Ru
Очень жесткие условия
О
fl
RCOR
RCHiQH
Cu-Cr, Nt
200 °C, высокое давление
RC—N
RCHiNH,
NI, Rh
50—100 °C, высокое давление для увеличения выхода первичных аминов добавляется NH3
0
RCNH3
rch3nh2
Cu-Cr
Очень жесткие условия
RNO3
RNHS
Pd, Ni, Pt
Ком и а тнаяте мц ерату р at
1—4 атм
NR
rIr
R—Cl л
RaCHNHR
Pd, Pt
Комнатнаятемпература,
4—100 атм
Порядок изменения реакционной способности: I > Вт >
R— Br >
R-I )
R—H
pd
> Cl > F' основания ускоряют реакцию (для R = алкил)
0
И он
-С-С-
Pt, Pd
Комнатнаятемпература,
1—4 атм- катализуется кислотой; реакция идет медленно
называют гидрогенолизом. Восстановление с удалением кислорода из Карбонильной группы обычно происходит по стадиям; кислород уходит в виде молекулы воды:
он
RCOOH —>- R—СН—ОН —► RCH=O —> RCH2OH
ОН
RCONH2 —>- R—CH—NHi —> RCH=NH —► RCH,NH3 OH
RNOa —> R—N—OH —► RNHOH —► RnH2
Восстановительное расще.пленяе связей углерод—кислород происходит легко, если атом углерода связан с фенильным кольцом:
CH2ORCH2ORН2. PdН2. PdСН, + HORСН, + HOR
CH2OR
CH2OR
Н2. Pd
Н2. Pd
СН, + HOR
СН, + HOR
Легкое расщепление этой связи сделало бензильную группу удобной «защитной группой» в процессе многостадийных синтезов. Особенно важным примером является использование карбобензоксигруппы в пептидном синтезе:
ORR'
( II
PhCH2OCNHCHCOOH + HSNCHCOOR" —►
О R R'RR'
' I IHi I I
—* PhCHiOCNHCHCONHCHCOOR" H^CHCONHCHCOOR"
Pd
Защитную группу удаляют гидрогенолизом после завершения реакции. Образующийся при гидрогенолизе эфир замещенной карбаминовой кислоты самопроизвольно декарбоксилируется:
ОО
PhCHiOCNHR —* PhCHg+HOCNHR —^ CO2 + HjNR
Почти все связи углерод—галоген способны к расщеплению в условиях каталитического гидрирования. Галогены из ароматических соединений удаляются легко, лишь наиболее реакционноспособные функциональные группы можно восстановить без одновременной потери галогена. Алкилгалогениды менее реакционноспособны, однако дегалогенирование сильно ускоряется основаниями.
Многие каталитические восстановления проводят, подавая газообразный водород из баллонов с высоким давлением. Можно получать водород химически [4]. Такой метод особенно удобен для гидрирования при низкой температуре [5]. Раствор борогидрида натрия прибавляют к подкисленному раствору, происходит реакция, в результате которой выделяется водород. Было сконструировано простое устройство, с помощью которого автоматически добавляется борогидрнд натрия, так чтобы давление водорода поддерживалось равным 1 атм. Ход реакции можно контролировать по объему прибавленного раствора.
Найдено также, что очень активные катализаторы можно получать in situ при восстановлении еолей платины, палладия или родия боро- гидридом натрия в присутствии угля в качестве носителя для выделяющегося металла [6]. Аналогичное восстановление солей никеля лает коллоидальный никель—бор, обладающий высокой селективностью по
отношению к олефинам различного строения [2]. Наблюдается обычный порядок изменения реакционной способности; концевой олефин > дцза- мещенный > тризамещенный, причем разброс реакционной способности достаточно велик, чтобы можно было селективно гидрировать полиены, как иллюстрирует одна из стадий синтеза природного продукта силе- нина [7]. Ацетиленовая связь восстанавливается до дизаметенного олефина, который в свою очередь восстанавливается быстрее, чем обе три- замещенные алкеновые группы, имеющиеся в молекуле.
№—«"ни*"№—«"ни*"Исн®СН3СНз
№—«
"ни*"
№—«
"ни*"
—сооенгс=снсн2сн8с=снсн2с=ссн2он
''Сп3
—> СН5——> СН5—СНзС=СН(СН2)5СН3ОНСНзС=СН(СН2)5СН3ОН
—> СН5—
—> СН5—
СНз
С=СН(СН2)5СН3ОН
СНз
С=СН(СН2)5СН3ОН
Достижением в каталитическом гидрировании является открытие растворимых комплексов металлов, которые ускоряют гидрирование в гомогенном растворе. Большинство из этих катализаторов является комплексами ионов металлов платиновой группы, содержащими различные лиганды. Лиганды служат для увеличения растворимости комплексов в органической среде. Некоторые из таких активных соединений представлены в табл. 3.2. Многие из этих катализаторов обладают высокой селективност-ыо.
Гомогенные катализаторы удобны также для направленного введения дейтерия, поскольку обменные процессы, протекающие иногда при гетерогенном катализе, здесь минимальны.
Интересным применением этих катализаторов является асимметрическое присоединение водорода. Для этого синтезированы хиральные катализаторы с оптически активными фосфиновыми лигандами. Их использование служит очень эффективным способом создания оптически активных центров, поскольку катализаторы не разрушаются. Оптически активный дифосфин (1), связанный в качестве лиганда с атомом родня, дает катализатор, который позволяет синтезировать a-аминокислоты из
ТАБЛИЦА 3.2. КАТАЛИЗАТОРЫ ГОМОГЕННОГО ГИДРИРОВАНИЯ
Состав
j <Селективность] Литература
(P^PjaRhCi
Высокая сезективнегть восстановлю-[7д[
ния о.лефннтовых связей по сравне-
hi^tO с другими легко вагстян№ дисаюи1и^ис,'я группами, предпоя- титулепссть восстагтоп.лЕВИЯ йене?
затрудненных олефинов
СН^ООС—^ V-Cr(CO)3
Сегигкшвен для восстановления днелов в ^И5*меф^ныР^)
(PhBP)2PtCh— SnCla
Селективен для восстановления кен-[7в]
цевых олефиновых групп
(Ph3P)JrCOCJ
Быстрое восстановление олефнков[7г]
с сопряженными элеюгроноакцеп- ториымн группами
ахиральных 70% [8]*:ахиральных 70% [8]*:исходных соединений с оптическим выходом' околоисходных соединений с оптическим выходом' околоннНВС нвсНВС нвсCH2PPh5CHBPPh2 нCH2PPh5CHBPPh2 нPhx /NHCOCH3 RW()Cl c=c<>н/ \соанPhx /NHCOCH3 RW()Cl c=c<>н/ \соанNHCOCHa 1PhCH2CHCOOH(05%. оптическаячистота 7(1%)NHCOCHa 1PhCH2CHCOOH(05%. оптическаячистота 7(1%)В другом важном методе присоединения водорода к олефиновым связям используют нестабильную молекулу диимида NH —NH. Были разработаны разные методы получения диимида, представленные на схеме 3.2.СХЕМА 3 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ДИИМИДАВ другом важном методе присоединения водорода к олефиновым связям используют нестабильную молекулу диимида NH —NH. Были разработаны разные методы получения диимида, представленные на схеме 3.2.СХЕМА 3 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ДИИМИДА[8а][86][8s][8а][86][8s]Na+ “GOC—М=М—СОО- На* СН^СНСНзОН ■* СНэСН2СНгОН (78%)Na+ “GOC—М=М—СОО- На* СН^СНСНзОН ■* СНэСН2СНгОН (78%)C7HrSO2NHNH2#>нагреваниеC7H7SO2NHNH,(CH2=CHCH2)2S * (CHaCH2CHs)2SC7HrSO2NHNH2#>нагреваниеC7H7SO2NHNH,(CH2=CHCH2)2S * (CHaCH2CHs)2S(03-100%)(03-100%)(6) [85](6) [85](4) [8г](4) [8г]NHeNHs.OsjCu11^NHeNHs.OsjCu11^H2NOSO;NHaOHH2NOSO;NHaOH—CH=CHCOOH—CH=CHCOOH—CH2CH2COOH(87%)—CH2CH2COOH(87%)
ахиральных 70% [8]*:
ахиральных 70% [8]*:
исходных соединений с оптическим выходом' около
исходных соединений с оптическим выходом' около
н
н
НВС нвс
НВС нвс
CH2PPh5
CHBPPh2 н
CH2PPh5
CHBPPh2 н
Phx /NHCOCH3 RW()Cl c=c<>
н/ \соан
Phx /NHCOCH3 RW()Cl c=c<>
н/ \соан
NHCOCHa 1
PhCH2CHCOOH
(05%. оптическаячистота 7(1%)
NHCOCHa 1
PhCH2CHCOOH
(05%. оптическаячистота 7(1%)
В другом важном методе присоединения водорода к олефиновым связям используют нестабильную молекулу диимида NH —NH. Были разработаны разные методы получения диимида, представленные на схеме 3.2.
СХЕМА 3 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ДИИМИДА
В другом важном методе присоединения водорода к олефиновым связям используют нестабильную молекулу диимида NH —NH. Были разработаны разные методы получения диимида, представленные на схеме 3.2.
СХЕМА 3 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ДИИМИДА
[8а]
[86]
[8s]
[8а]
[86]
[8s]
Na+ “GOC—М=М—СОО- На* СН^СНСНзОН ■* СНэСН2СНгОН (78%)
Na+ “GOC—М=М—СОО- На* СН^СНСНзОН ■* СНэСН2СНгОН (78%)
C7HrSO2NHNH2#>нагревание
C7H7SO2NHNH,(CH2=CHCH2)2S * (CHaCH2CHs)2S
C7HrSO2NHNH2#>нагревание
C7H7SO2NHNH,(CH2=CHCH2)2S * (CHaCH2CHs)2S
(03-100%)
(03-100%)
(6) [85]
(6) [85]
(4) [8г]
(4) [8г]
NHeNHs.OsjCu11^
NHeNHs.OsjCu11^
H2NOSO;
NHaOH
H2NOSO;
NHaOH
—CH=CHCOOH
—CH=CHCOOH
—CH2CH2COOH
(87%)
—CH2CH2COOH
(87%)
Простые олефины хорошо восстанавливаются этим реагентом, нр большинство обычных легко восстанавливаемых функциональных групп, особенно нитро- и карбонильная группы, не подвергаются действию диимида. Это позволяет восстанавливать двойные углерод-углеродные связи в присутствии других легко восстанавливаемых групп. Механизм реакции представляют как перенос водорода к кратной связи через неполярное переходное состояние с потерей азота:
№=nh + )с=с7 —> й й н7 ХН/ \ X / _
N="N N=N
В соответствии с этим механизмом находится и тот факт, что для ряда типичных алкенов доказано сын-присоединение [9]. Показано, что скорость восстановления дииМндом зависит от торсионного и углового напряжения в алкене [10]. Более напряженные двойные связи реагируют быстрее. Например, в цис,транс-Циклодекадиеие-1,5 селективно восстанавливается более напряженная транс-двойная связь [11].
NHjNHgCi?\ ОзNHjNHgCi?\ Оз
NHjNHg
Ci?\ Оз
NHjNHg
Ci?\ Оз
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ГАЛОРЕНОВОДОРОДОВ
Хлористый водород и бромистый водород присоединяются к олефинам. Было отмечено, что присоединение обычно дает продукт, в котором атом галогена связан с более замещенным атомом углерода олефина. Такое напрайление реакции оказалось довольно общим и получило название правила Марковникова;
Р2С=СН2+НХ —Р2С=СН2+НХ —RiC-CHR' + HX —>RiC-CHR' + HX —>RiCCHgАR3CCH,R'RiCCHgАR3CCH,R'
Р2С=СН2+НХ —
Р2С=СН2+НХ —
RiC-CHR' + HX —>
RiC-CHR' + HX —>
RiCCHg
А
R3CCH,R'
RiCCHg
А
R3CCH,R'
Простейшие представления о механизме присоединения дают обоснование правила Марковникова. На первой стадии реакции присоединения происходит протонирование олефина или образование переходного состояния с частичным протонированием двойной углерод-углеродной связи.
RgC=CH2 + HX —- RjC—CHj+X"
RaC—CHj -|- X — ■> RiCCHg
В первом из приведенных выше олефинов присоединение протона может привести либо к третичному, либо к первичному карбениевому иону (рис. 3.1). Реакция идет по более низкому энергетическому уровню,
Рис, 3.1. Относительные анергии частичного протовирования первичного (R2CH—СН2) и третичного (R2C—СНа) атомов углерода.
в результате образуется болеё замещенный карбениевый ион. Присоединение заканчивается, когда карбениевый ион реагирует с галогенид- ионом, давая продукт реакции. Более полно механизм ионного присоединения галогеноводородов к алкенам рассмотрен в гл. 6 кн. L В частности, там рассмотрен вопрос о том, всегда ли в реакции участвует дискретный карбениевый ион.
Термины региоселективный и региоспецифичный были введены для описания реакций присоединения, которые с несимметричными олефинами протекают селективно или исключительно в одном направлении [12]. Так, присоединение бромистого водорода к стиролу является Вг-фенял-региоспецифичным. Правило Марковникова описывает общий
случай региоселективности, который реализуется вследствие стабилизующего влияния алкильных и арильных групп на карбениевый ион.
В нуклеофильных растворителях можно обнаружить продукт, который образуется в результате реакции растворителя с интермедиатом. Например, реакция циклогексена с бромистым водородом в уксусной белоте дает наряду с циклогексил бромидом циклогексил ацетат:
НВг —>- СНзСООННВг —>- СНзСООНСОСНг.СОСНг.ii5«ii5«im>im>
НВг —>- СНзСООН
НВг —>- СНзСООН
СОСНг.
СОСНг.
ii5«
ii5«
im>
im>
Этот результат понятен, так как в реакции присоединения в роли нуклеофилов выступают и уксусная кислота, и бромид-нон.
Поскольку в реакции в качестве промежуточного соединения обра* зуется карбениевый ион, то возможны перегруппировки. Реакция трет- бутилэтилеиа с хлористым водородом в уксусной кислоте дает пере- группиров'анный и непер сгруппированный продукты [13]. Может образоваться и перегруппированный ацетат, но он неустойчив в условиях реакции и превращается в перегруппированный хлорид.
HCI
(СНз)аССН=СНг -g^ooi? (СН^гССНСН^-КСН^гССЩСНзЫ-
С1С1
(35-40%)(«-«>%)
+ (СН$)3ССНСНз + Г(СНз)аССН(вН3)П
ОСОСНз L ОСОСНа J
(15-20%)
Исследована стереохимия присоединения галогеноводородов к различным алкенам. Присоединение хлористого водорода к 1-метилцикло- пентену идет на 96 ± 4% как антн-присоединение [14];
Присоединение бромистого водорода к циклогексену и цис- и транс-бу- тенам-2 также проходит как анти-присоединение [15]. В других случаях присоединение галогеноводородов может идти как1 сын-присоединение [16]. Было показано, что стереохимия присоединения к некоторым олефинам, например к 1,2-диметилциклогексену, зависят от растворителя и температуры [17]. сын-Присоединение особенно характерно для олефинов, имеющих фенильный заместитель. В табл. 3 3 приведены примеры некоторых олефинов, для которых была изучена стереохимия присоединения хлористого или бромистого водорода.
Стереохимия присоединения зависит от деталей механизма реакции. Для алкенов известны два основных механизма. Присоединение может проходитд через ионную пару, включающую дискретный карбениевый нон;
RCH=CH3 -j- НС1 —> RCHCHa —> RCHCHa
СГ ^
ТАБЛИЦА 3.3. СТЕРЕОХИМИЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ГА ЛО Г ЕНО ВОДОРОДОВ К ОЛЕФИНАМ
Олефин
Галогеяо- водород
Стереохимия1
Литература
1,2- Димегилциклогекс^р
НВг
анти; зависит от темпе-
[17а
1,2-Диметнлциклогексен
НС1
ратуры и растворителя
17а
Циклогексен
НВг
анти
176
цис- Бутен-2
DBr
ан^и
17в
гранс-Бутея-2
DBr
анти
178
1,2- Диметилциклопентен
НВг
анти
17л
1 - Метилциклопентен
НС1
анти
175
Норборнен
НВг
сан и перегруппировка
17е
Норборнен
HCI
сан н перегруппировка
[17да
гр owe-1 - Феннлпропен
НВг
сии (9 ; 1)
17з
ци с-1 - Фени лп ропен
НВг
сия (8 : 1)
17з
Б ицикло| 3.1.0 j некое н-2
DCI
син
17а
1 - Фенил-4-грет -бути л цикл огексен
DC1
син
117х]
Однако многие алкены реагируют через переходное состояние, которое включает алкен, хлористый водород и третью частицу — растворитель или галогенид-ион. Такой тримолекулярный механизм обычно представляют как нуклеофильную атаку на комплекс алкен — хлористый водород без образования дискретного карбениевого иона:
о
НОССНзНОССНзмлн <млн <
НОССНз
НОССНз
млн <
млн <
Нельзя ожидать, что механизм, включающий образование ионных пар, будет стереоспецифичным, поскольку в нем участвует интермедиат, допускающий потерю конфигурации, имевшейся' в исходном олефине. Можно ожидать, что в случае механизма ионных пар должно проходить предпочтительное сын-присоединение, поскольку в момент образования ионной пары хлорид-ион неизбежно находится с той же стороны кратной связи, с которой присоединился водород. Однако возможно, что в случае тримолекулярного механизма протекает анты-присоединение. Синхронная атака нуклеофилом должна проходить со стороны, противоположной той, с которой происходит присоединение протона;
НТС1НТС1
НТС1
НТС1
Какие структурные особенности могут определять, будет ли молекула реагировать по механизму ионных пар или по механизму тримоле- кулярного анты-присоединения? Олефины, которые образуют очень устойчивые карбениевые ионы, вероятно, реагируют по механизму ионных пар. Структурйые особенности, обусловливающие образование устойчивого карбениевого иона, понижают энергию, необходимую для достижения переходного состояния, ведущего к дискретному карбевие- вому иону, и приводят к образованию ионной пары. К тому же, пространственные препятствия должны способствовать протеканию реакции по механизму ионных пар, поскольку мешают приближению нуклеофила
я задерживают реакцию до тех пор, пока в основном не закончится образование С—Н-связи. В соответствии с описанным механизмом находится и тот факт, что лишь олефины, которые дают много продукта ifuc-присоединения, способны к образованию относительно устойчивого карбениевого иона-
Эти особенности механизма несколько ограничивают синтетическое использование ионного присоединения галогеноводородов к алкенам. Поскольку в реакции участвуют интермедиаты типа карбениевого иона, то необходимо проверить возможность перегруппировок потенциальных реагентов. Зависимость стереохимии присоединения хлористого водорода от устойчивости потенциального промежуточного карбениевого иона дает некоторые основания для предсказания стереоселективности. Диза- метенные алкены в основном дают продукты анты-присоединения. Однако для триза мешенных алкенов или производных стирола стереоселективность зависит от структуры реагента и условий реакции; не существует простого обобщения, на основании которого можно адекватно предсказать стереохимию присоединения галогеноводород а.
Кроме ионного механизма для присоединения бромистого водорода известен свободнорадикальный механизм. Как подчеркивалось в разд. 12.4 кн. 1, региоселективность этого механизма противоположна наблюдаемой при ионном механизме.
ГИДРАТАЦИЯ И ДРУГИЕ РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ,КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ КИСЛОТАМИ
Кроме галогенид-ионов в кислой среде к олефиновым связям можно присоединять различные нуклеофильные частицы. В качестве примера можно привести гидратацию олефинов в водных системах;
+ОН,ОН
.* нго II
И2С=СН2 + Н+ —> RsCCH» ► RsCCHs —RsCCHg
Присоединение протона приводит к образованию наиболее замещенного карбениевого нона, так что оно протекает по правилу Марковникова. Более подробное обсуждение механизма реакции дано в разд. 6.2 кн. 1. Промежуточный катион склонен к перегруппировке, если при миграции алкильной или арильной группы или атома водорода может образоваться более устойчивый кароениевый ион. Реакцию чаще всего используют для синтеза третичных спиртов [18]:
оон о
И Haso4, н$о || I
(СН3)2О=СНСНаСЩССНа ^ (СНэ)гС(СН2)зССН,
При использовании в качестве катализаторов сильных кислот может происходить присоединение нуклеофильных растворителей, таких как Спирты или карбоновые кислоты [19]:
HBF,
( (СНз)гС=СН2 + СН$ОН > (СН3)3СОСНз
НВ?4
CH3CH=CHg + СНаСООН ► (СН3)2СНОСОСНЭ
Из-за сильно кислых или довольно жестких условий реакции, необходимых для гидратации большинства олефинов, реакция применима лишь для соединений, в которых нет других чувствительных функциональных групп. Более мягкий путь гидратации алкенов обсуждается в следующем разделе.
Трифторуксусная кислота является достаточно сильной кислотой и реагирует с олефинами в относительно мягких условиях [20]. Присоединение региоспецифично и проходит по правилу Марковникова:
ООССРз
СРзСООН. А|
С1СН2СН2СН3СН=СН2► CiCH2CH2CH2CHCH3
Катализатором служит серная кислота; напряжение в кольце увеличивает реакционную способность олефина. Реакция присоединения к норборнену протекает быстро при 0°С [21]. Важную роль играет перегруппировка субстрата, приводящая к карбениевому иону, который может быть стабилизован миграцией [22].
ООССРз CF3COOH*I
(СН3)3С—СН=СН2 > (СНз)2С—СН(СН3)я —► (СН3)2С—СН(СН3)3
ОКСИМЕРКУРИРОВАНИЕ
Электрофильная атака на двойную углерод-углеродную связь может осуществляться ионом металла с последующим присоединением нуклеофильной частицы, часто молекулы растворителя:
Н М
RCH -CHR 4- М"+ 4- Nu —►■ R—i—С—R1'
NuH
Из этого типа реакций наиболее подробно изучены реакции с ацетатом ртути [23]. Еще не совсем ясно, является ли первоначальным интермедиатом мостиковый меркуриниевый ион или открытый карбенневый ион [24]:
Hg4*Hg*
/ X+ I
РСН=СН3 4-HgH —> RHC—СН3 или RCH—СН2
Меркуриниевые ионы можно обнаружит^ если они образуются в нену- клесфильном растворителе [25]:
HE(OOCCF3)i/ X
СН3СН=СНСН3СНз—НССН-СН3
Большая предпочтительность анти-присоединения также подтверждает участие мостикового интермедиата. Из 4-трет-бутил циклогексена, например, образуются два возможных диаксиальных продукта [26]:
Эта стереохимическая особенность характерна для нуклеофильного раскрытия трехчленного кольца в ряду производных циклогексана. Если в молекуле два возможных направления приближения к л-системе не идентичны, то ртуть предпочтительно присоединяется с менее затрудненной стороны (см. пример 2 в схеме 3.4).
Реакционная способность алкенов по отношению к меркурированию определяется, по-видймому, как пространственными, так и электронными факторами [27]. Концевые двойные связи более реакционноспособны, чем внутренние, Дизамещеиные концевые олефины более реакционноспособны, чем монозамещенные, как и следует ожидать для
электрофильной атаки. Различие в относительной реакционной спс собности достаточно велико, так что в случае некоторых диенов можн достичь селективности. Данные по относительной реакционной способ ности некоторых производных пентена в реакции окисмеркурирование приведены ниже:
Певтен-16,6 *2-Метнлпентен-1 ..... 48Ч«с-Пентен-2 0,56Певтен-16,6 *2-Метнлпентен-1 ..... 48Ч«с-Пентен-2 0,56транс-Пентен-2 ......0,172-Метнлпентен-2 . . . . .1,24транс-Пентен-2 ......0,172-Метнлпентен-2 . . . . .1,24
Певтен-16,6 *
2-Метнлпентен-1 ..... 48
Ч«с-Пентен-2 0,56
Певтен-16,6 *
2-Метнлпентен-1 ..... 48
Ч«с-Пентен-2 0,56
транс-Пентен-2 ......0,17
2-Метнлпентен-2 . . . . .1,24
транс-Пентен-2 ......0,17
2-Метнлпентен-2 . . . . .1,24
По отношению к циклогексену [271.
Меркуриниевые ионы могут захватывать не только воду, но и дру гне нуклеофильные растворители:
НООССЯз
СН5=СН2 ——;—>-. СНУООСН2СН$Н§ООССН3
J.Hg(OAcje,CHaOH2.HCIJ.Hg(OAcje,CHaOH2.HCI^ZHgCl
J.Hg(OAcje,CHaOH
2.HCI
J.Hg(OAcje,CHaOH
2.HCI
Синтетическое использование этой реакции, для гидратации двойной углерод-углеродной связи зависит' от реакций, в которых возможна замена атома ртути на водород. Для этого используют различные восстанавливающие агенты, особенно борогидрид натрия [28].
Восстановительная замена ртути на водород протекает через свободнорадикальный интермедиат, который образуется при разложении промежуточного алкилмеркурогидрида [29]:
RHgX-pNaBH* —> RHgH
RHgH —> R-+-HgH
R- + RHgH —> RH-|-Hg + R-
Доказательством этого механизма является замедление реакции кнв- лородом — эффективным поглотителем радикалов. Кроме того, стереохимия восстановления, как показало использование NaBD< в качестве восстанавливающего агента, отвечает;участию радикального интермедиата [30]. Например, при окси мер курировании как цис-, так и транс- бутенов-2 с последующим действием NaB'D4 получена смесь эритро- и трео-З-дейтеробутанола-2 в соотношении 50:50:
Н^ Н
НСНз
H3qHg 0Асн^нНзСd
>VHУ X «
носн3НОСНз НоСНз
с=с —
НЭССН3
HHgOAcНСНз4 р
НзСкХ /2^>нас<Ь-Н> ^HsC<t-c^
ТУ АН
Н(< хсн3но Ннб Ьн3
В целом реакция оксимеркурирования — дем ер курирования очень региоселективна, причем нуклеофил вводится к наиболее сильно замещенному атому углерода [31]:
ОН
HdOAcl,. Н2О|
СНаСНаСН2СН=СН1 —> CHJCH2CHaCHCH2HgOAc
онон
INaBH<I
СНеСНеСНаСНСН^ОАс ► CHaCH2CHaCHCHs (97%)
S4
(1)
СНэ(СН2)3СН=СНа
—* СН3(СН2)аСНСНа + СНэ(СН8)4СН2ОН
(2)
(СНз)зССН=СН, =p
j)H
(99.S%)(0,5%)
й= (СН3)эССНСНз + (СНз)3ССНзСН20Н
(3)
(СНз)зССН=СНСН3
Ан
(97%)(3%)
-^- (СНэ)3ССНСН2СНз 4- (СН3)зССН2СНСН»
(4)
СНзСН2СН=СНСНз
онон
(5%)(95%)
—> СНзСН,СНСН8СНз 4- СН3СН2СН2СНСН8 11
(5)
ОНон
(44%)(56%)
PhC=CH2 —^ PhC(CH,h (Ю0%>
CHg(
5н
СХЕМА 3.3, РЕГИОСЕЛЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СПИРТОВ
ЧЕРЕЗ ОКСИМ ЕРКУРИРОВАН НЕ [ЭЦ
СХЕМА 3.4. СИНТЕЗ СПИРТОВ, ЭФИРОВ И АМИДОВ ЧЕРЕЗ СТАДИЮ МЕРКУРИРОВАНИЯ
(1) 131л](1) 131л]оо(2) [З1б](2) [З1б]сн2сн2(3)13151(3)13151СН=СН2СН=СН2(СН2)аСН=СН2(СН2)аСН=СН2СпиртыСпиртыQpj (99,5%)Qpj (99,5%)СН3СН3он оон о1 Hg(OAc)s2 NaBH* '1 Hg(OAc)s2 NaBH* '1. Hg(OAc)s2. NaBH,1. Hg(OAc)s2. NaBH,1, Hg(OOCCF3l22. NaBHt1, Hg(OOCCF3l22. NaBHt(СН2)аСНСНз(СН2)аСНСНзононСНСНа (55%)СНСНа (55%)(80%)(80%)**(4) [31г](4) [31г]СНэ(СН2)3СН=СНгСНэ(СН2)3СН=СНгПростые эфирыПростые эфирыОСНзОСНз1. Hg(OAc)2, CH3OHIГ^> CH,(CH8)3CHCH. (90%)1. Hg(OAc)2, CH3OHIГ^> CH,(CH8)3CHCH. (90%)(6) [313](6) [313](7) [31д](7) [31д](5) [31г](5) [31г]1. Hg(OOCCF3)a, (CH3)2CHOH2. NaHHi1. Hg(OOCCF3)a, (CH3)2CHOH2. NaHHiАмидыАмидыСН(СН3)2 (98%)СН(СН3)2 (98%)1 Hg(NO3)a. CHaCM СНа(СНа)аСН=СН2 T^^1 Hg(NO3)a. CHaCM СНа(СНа)аСН=СН2 T^^NHCOCHaNHCOCHaСНз(СН3)3СНСНзСНз(СН3)3СНСНз(92%)(92%)1. HgtNO3)21 CHsCN(СНз)вССН=СН2 2 NaBI14j Hao1. HgtNO3)21 CHsCN(СНз)вССН=СН2 2 NaBI14j HaoNHСОСНаNHСОСНа(СНз)аССНСНз(СНз)аССНСНз(20%)(20%)
(1) 131л]
(1) 131л]
о
о
(2) [З1б]
(2) [З1б]
сн2
сн2
(3)13151
(3)13151
СН=СН2
СН=СН2
(СН2)аСН=СН2
(СН2)аСН=СН2
Спирты
Спирты
Qpj (99,5%)
Qpj (99,5%)
СН3
СН3
он о
он о
1 Hg(OAc)s
2 NaBH* '
1 Hg(OAc)s
2 NaBH* '
1. Hg(OAc)s
2. NaBH,
1. Hg(OAc)s
2. NaBH,
1, Hg(OOCCF3l2
2. NaBHt
1, Hg(OOCCF3l2
2. NaBHt
(СН2)аСНСНз
(СН2)аСНСНз
он
он
СНСНа (55%)
СНСНа (55%)
(80%)
(80%)
*
*
(4) [31г]
(4) [31г]
СНэ(СН2)3СН=СНг
СНэ(СН2)3СН=СНг
Простые эфиры
Простые эфиры
ОСНз
ОСНз
1. Hg(OAc)2, CH3OHI
Г^> CH,(CH8)3CHCH. (90%)
1. Hg(OAc)2, CH3OHI
Г^> CH,(CH8)3CHCH. (90%)
(6) [313]
(6) [313]
(7) [31д]
(7) [31д]
(5) [31г]
(5) [31г]
1. Hg(OOCCF3)a, (CH3)2CHOH
2. NaHHi
1. Hg(OOCCF3)a, (CH3)2CHOH
2. NaHHi
Амиды
Амиды
СН(СН3)2 (98%)
СН(СН3)2 (98%)
1 Hg(NO3)a. CHaCM СНа(СНа)аСН=СН2 T^^
1 Hg(NO3)a. CHaCM СНа(СНа)аСН=СН2 T^^
NHCOCHa
NHCOCHa
СНз(СН3)3СНСНз
СНз(СН3)3СНСНз
(92%)
(92%)
1. HgtNO3)21 CHsCN
(СНз)вССН=СН2 2 NaBI14j Hao
1. HgtNO3)21 CHsCN
(СНз)вССН=СН2 2 NaBI14j Hao
NHСОСНа
NHСОСНа
(СНз)аССНСНз
(СНз)аССНСНз
(20%)
(20%)
На схеме d.3 представлены изомеры (и их соотношения), образую1 щиеся при оксим ер курировании некоторых олефинов. Синтетическое нс пользование реакции сольватомеркурирования для синтеза спиртов эфиров и амидов показано на схеме 3.4.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ГАЛОГЕНОВ
Присоединение хлора и брома к олефинам — довольно общая реакция:
RCH=CHR4-X2 —^ RCH— CHR
Hac-j иHac-j и:н3•н:н3•нЗначительный вклад в изучение механизма реакции присоединения галогенов был сделан при исследовании стереохимии этой реакции. Известен ряд олефинов, которые присоединяют бром очень стереоспецифично, давая продукты аыти-присоедйнения. К таким олефинам относятся малеиновая и фумаровая кислоты, ^ис-бутен-2, транс-бутен^ и ряд циклических олефинов [32]. Образование циклического положительно заряженного промежуточного иона бромония позволяет объяснить наблюдаемую стереоспецифичность;
Hac-j и
Hac-j и
:н3
•н
:н3
•н
сн3сн3Ph Вг(73%)Ph Вг(73%)н-уPhн-уPhн^сн3н^сн3(27%)(27%)
сн3
сн3
Ph Вг(73%)
Ph Вг(73%)
н-у
Ph
н-у
Ph
н
^сн3
н
^сн3
(27%)
(27%)
Мостиковый атом брома препятствует вращению вокруг связи, соединяющей олефиновые атомы углерода, и обычное нуклеофильное раскрытие цикла бромид-ионом с тыльной стороны может привести к наблюдаемому анти-присоединению. Доказательства существования иона бромония были получены методом ЯМР-спектроскопии [33]. Соль бромо- ний-иона (противоион Вгз) была выделена при реакции адамантилиден- адамантана [34].
Существенная доля продукта сии-присоединения наблюдалась для Zfuc-.l-фенилпропена (27—80%), транМ-фенилпропена (17—29%X
(17%)(17%)
(17%)
(17%)
Ph Н
(83%)
и ^«г-стильбена (до 90% в полярных растворителях). Общей особенностью олефинов, для которых наблюдалось значительное участие син- приСоединения, является наличие фенильной группы по крайней мере у одного из атомов углерода, связанных двойной связью. Полагают, что фенильный заместитель обусловливают потерю стереоспецифичности. Наличие фенильного заместителя уменьшает необходимость сильного мостикового связывания в ионе бромония, поскольку фенил может эф-
. фективйо стабилизовать положительный заряд. Ослабленный несимметричный мостиковый ион может быть изображен следующим образом:
8+
РН СН3
В этом интермедиате атом углерода, связанный с фенильной группой, имеет карбениевый характер. Уменвшение мостикового характера увеличивает скорость вращения вокруг центральной С—С-связи. Если происходит такое вращение, то, конечно, наблюдается потеря анти-стереоспецифичности:
При хлорировании обнаруживается относительно меньшая тенденция к образованию продуктов анти-присоединения, чем при бромировании. Хотя хлорирование алифатических олефинов протекает в значительной степени как анти-присоединение, для фенилзамещеяных олефинов часто Преобладает сын-присоединение [35, 36]:
ГОРразуется толькоДИХЛОрнД;ГОРразуется толькоДИХЛОрнД;(основной продукт)(основной продукт)
ГОРразуется только
ДИХЛОрнД;
ГОРразуется только
ДИХЛОрнД;
(основной продукт)
(основной продукт)
Эти результаты отражают различие в степени мостикового характера интермедиата. В случае алифатических олефинов образуется прочное мостиковое соединение, что ведет к высокой анти-стереоспецифичности. Наличие фенильной группы увеличивает карбкатионный характер бензильного углерода, присоединение гораздо менее стереоспецифично, причем предпочтительным становится син-присоединение. Из-за меньшей поляризуемости атом хлора менее эффективно, чем бром, способен образовывать мостик с олефином, поэтому для бромирования характерна, в общем, более высокая степень стереоспецифичности, чем для хлорирования [37].
Хлорирование может сопровождаться реакциями, характерными для промежуточного карбениезого иона. Разветвленные олефины могут давать продукты, которые являются результатом элиминирования протона из промежуточного катиона [38]:
СНЭ
С12+I
(СНз)»С=СНа > (СН3)аС-СН2С1 —* СН2=С—CHsCt (во%>
нс сн?На9
* (СН^С-СДПУг —> CH2=C-C(CH2)2 m)
Н,с/ хСНз
Наблюдаются также скелетные перегруппировки, но они существенны лишь в системах с большой склонностью к миграции [36, 39] i
ген > с нн< ^^
► СНаС—СН—СНС(СН$)4
ХС(СН3)3
BrPh
Ph3CCH=CHa -^ Ph3C^HCH2Br + Ph2C^CH2Br
Поскольку галогенирование включает электрофильную атаку на олефин, заместители, которые увеличивают электронную плотность, ускоряют реакцию, тогда как электроноакцепторные заместители дают противоположный эффект. Бромирование простых алкенов происходит очень быстро, имеется очевидная тенденция к увеличению реакционной способности с увеличением числа алкильных заместителей. Некоторые данные обсуждаются в разд. 6.3 кн. 1.
В нуклеофильных растворителях положительно заряженный интермедиат может реагировать не только с галогенид-ионом, но й с растворителем. Например, при бромировании стирола в уксусной кислоте образуются значительные количества ацетоксибромпроизводного:
ВгОСОСНз
СНдСООН I}
PhCH=CH2 + Вы »" PhCHCH2Br + PhCHCH2Br
(80%)(20%)
Ацетоксигруппа входит исключительно к бензильному атому углерода. Это находится в соответствии со структурой промежуточного боомоние- вого иона, как слабого мостикового иона;
Нуклеофильная уксусная кислота атакует ион бромония предпочтительно по бензильному атому углерода, так как связь С—Вг здесь более слабая и положительный заряд выше, чем на другом атоме углерода иена бромония. Добавление бромидов к реакционной смеси уменьшает количество ацетоксисоединения, подавляя конкуренцию между уксусной кислотой и бромид-иодом за электрофильную сторону в пользу бромид-иона за счет концентрационного эффекта.
С синтетической точки Зрения участие воды в реакции бромирования, приводящее к образованию бромгидринов, является, вероятно, наиболее важным примером участия нуклеофильного растворителя. В случае несимметричного иона бромония молекула воды реагирует с атомом углерода, имеющим наиболее выраженный характер карбениевого иона. Для предпочтительного введения воды концентрация конкурирующего бромид-иона должна быть как можно ниже. В одном из методов для проведения таких реакций в качестве источника брома используют N-бромсукцинимид NBS, получая высокий выход бромгидринов;
BrRR
„Er*у \+|нЕо |
RGH=CH2^ R~ НС—СН8► (CHaj2S—О—СНСНаВг * НОСЦСРЬВг
(CH3)2S=O
Особенно эффективным растворителем для этих реакций является ди- метнлеульфокенд [40]. Реакция протекает с высокой степенью стерео-
специфичности с предпочтительным онгы-присоединением, исключающим участие дискретного промежуточного карбениевого иона. Как и при обычном бромировании, образование мостикового иона бромония объясняет анти-стереоспецифичность. При реакциях в диметилсульфоксиде (ДМСО) первоначально происходит атака растворителем, а затем реакция с водой с образованием бромгидрина. В соответствии с правилом Марковникова гидроксильная группа присоединяется *к атому углерода, наиболее способному удерживать положительный заряд:
СН3СН3
INBSI
(СН3)3С—С=СН2„ *- (СНз)зС—С—СНаВг (60%)
ОН
ОН
NBS1
PhCH—СНа -- „ > PhCH—СН2Вг (76%)
ОН Вг
NBS1|
РЬСН=СНСНз -"■"„ * PhCH—СНСНз (Э2%)
Хлорирование в нуклеофильных растворителях также может протекать с участием растворителя, например хлорирование фенилпропена в метаноле [36, 41]:
СНзО G1Cl С1
сн$он II
PhCH=CHCH3 + С12 > PhCH— CHCHs+PhCH—СНСНз
(82%)(Ш%)
Присоединение иода к олефинам можно провести при фотохимическом инициировании реакция. Элиминирование иода катализируется избытком радикалов иода; можно получить дииодпроизводные, если удалять непрореагировавший иод [42]:
II
RCH=CHR + I2RCH—<^HR
Дииодпроизводные очень чувствительны к свету и поэтому не очень часто используются в синтезах.
Сопряженные диены часто дают смесь продуктов галогенирования. Примером может служить изопрен [43]:
Н3С\Н2С^Н3С\Н2С^Вг2, О °CСНС13Вг2, О °CСНС13СН2ВтВгСН2ВтВг'з€х ,СН2г/1 XСН2Вг'з€х ,СН2г/1 XСН2Вг
Н3С\
Н2С^
Н3С\
Н2С^
Вг2, О °C
СНС13
Вг2, О °C
СНС13
СН2Вт
Вг
СН2Вт
Вг
'з€х ,СН2
г/1 XСН2Вг
'з€х ,СН2
г/1 XСН2Вг
(3%)(21%)
Н3СХ ,НН3СХ /СН2Вг
+ )С=С( +
ВгН2с/ ^СН2Вг ВгН2С/ Хн
(5%)(5%)(71%)
(5%)
(5%)
Первые два вещества являются продуктами 1,2-присоединения, т. е. оба атома галогена присоединяются к соседним атомам углерода, тогда как два других — продуктами 1,4-присоединения атомов брома к концам сопряженной системы. Электрофильная атака бромом сопряженной диеновой системы дает интермедиат типа аллильного катиона. Стабильность аллильной системы, по-видимому, уменьшает необходимость образования прочного иона бромония. Нуклеофильная атака бромид-но- мом может проходить по любому из положительных центров аллильной
системы, в результате чего образуется смесь продуктов 1,2- и 1,4-присоединения:
+ Bf’+ Bf’СНЭ
+ Bf’
+ Bf’
H2CqC—С
Вг
0+
НзС\+ /fHa н3ссн2
С^Сс=с
ВгН^СДВгН^Сн
Были изучены аналогичные реакции хлорирования [44] и бромирования [45] бутадиена. Обе реакции дают смеси, содержащие несколько большие количества продуктов 1,2-присоединения, чем продуктов 1,4-присоединения.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ДРУГИХ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ РЕАГЕНТОВ
Многие другие небольшие молекулы реагируют с олефинами, давая продукты присоединения. Здесь обсуждены те реакции, которые протекают по механизму, аналогичному уже рассмотренному для галогенирования. Некоторые из наиболее важных электрофильных реагентов представлены в табл. 3.4.
В отношении стереохимии и региоселективное™ различные реагенты ведут себя по-разному. Атаку на олефин начинает положительная часть реагента; для всех примеров, приведенных в табл. 3.4, предполагается образование мостикового интермедиата. Мостиковые интермедиаты могут быть симметричными и несимметричными, в зависимости
ТАБЛИЦА ЗЛ. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ РЕАГЕНТОВ К ОЛЕФИНАМ
Реагент
Контроль региоселектипно сти
Стереоспецифичность в алифатических системах
Продут
Литера* тура
6* 5 в-
I 4-№=С=О
Электронный (умеренный)
анти (высокая)
RCH—CHR
11
I NCO
[45a]
Bf4-N=N=N
Электронный (умеренный)
анти
RCH— CHR
11
Вг N3
[4561
I-pN=N=N
Электронный (сильный)
анти (высокая)
RCH—CHR
1 k
[45s]
O^=N-rCl
Электронный
?
RC—CHR
II 1 HON CI
[45г]
о=м4юсн=о
Электронный
анти
RC—CHR
HON icHO
[45d]
RS^Cl
Стерический (сильный)
анти (высокая)
RCH—CHR
RS ^1
[45s]
NCS^-SCN
Электронный (сильный)
анти
RCH—CHR
NCS SON
[45ac]
от способности атомов углерода рассредоточивать положительный заряд. Как показано в табл. 3.4, направление раскрытия мостикового интермедиата обычно определяется электронными факторами. Это значит, что присоединение заканчивается атакой нуклеофила по наиболее положительному атому углерода мостикового интермедиата. Однако, если мостиковый интермедиат достаточно прочен и положительный заряд скон*
Рис. 3.2. Сравнение электровиого и стерического контроля при раскрытии цикла:о — электронный контроль раскрытия цикла — нуклеофильная атака по наиболее поло-жительному атому углерода, б — стерический контроль раскрытия цикла — нуклеофиль-ная атака по наименее замещенному атому углерода.
центрирован на гетероатоме, как в случае X=S, пространственные факторы перевешивают небольшие электронные различия между двумя атомами углерода и легкость подхода нуклеофила становится доминирующим фактором (стерический контроль). Другими словами, случай «электронного контроля» соответствует направлению присоединения, определяемому легкостью разрыва связи, т. е. в переходном состоянии более завершено разрушение связи, чем образование связи. В случае «стерического контроля» в переходном состоянии более выражено образование связи и раскрытие цикла происходит в направлении, в котором более легко завершается образование связи. Сравнение электронного контроля со стерическим при раскрытии цикла показано на рис. 3.2. Следует признать существование аналогии между факторами, определяющими преобладание электронного контроля по сравнению со стерическим при раскрытии цикла, и факторами, определяющими нуклеофильное замещение по Svl- и S^2-мexaиизмaм.
Участие мостикового интермедиата ведет к анти-присоединению, поскольку нуклеофил раскрывает цикл, подходя с тыльной стороны;
В циклических олефинах происходит диаксиальное присоединение [46, 47].;
Присоединение нитрозилхлорпда к олефинам сопровождается-: дальнейшими превращениями, если нитрозогруппа не является третичной.
Нитрозосоединения могут димеризоваться или перегруппировываться в более устойчивый изомер [48, 49]:
Гидролиз аддуктов нитрозилхлорида может быть удобным путем синтеза а-хлоркетонов [50]:
Гидролиз, по-видимому, протекает через таутомерную оксимную форму мономерного нитрозосоединения. Для реакции с гидроксиламином, образующимся при гидролизе оксима, используют левулиновую кислоту. Стереохимия присоединения нитрозилхлорида к олефинам нсследова- лась не очень широко. Для изученных систем описано как сил-, так и антн-присоединение.
К алкенам присоединяются также фенилселенилгалогенмды, фенил- селен ил трифтор ацетаты н фенилселенилацетаты [51, 52]:
В г SePhRCOO SePh
PhSeBr I | RCOOH I IRCH=CHR ” RCH-CHR *-RCH—CHR
PhSeOOCRT
Эти аддукты используются в синтезах, так как селен легко элиминируется, окисляясь до оксида, например [51]:
СН$СОО SePhСН3СОО
I IНгОаI
СН3(СНа)2СН—СН(СНг)гСНэ ► СНэ(СН1)!СНСН=-СНСНаСН1 (в5*)
Суммарный процесс, таким образом, представляет собой окисление с перемещением двойной связи.
ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ ПО АТОМУ УГЛЕРОДАВ «ПОЛОЖЕНИИ К КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ
Хотя реакции кетонов и других карбонильных соединений с такими электрофилами, как бром, формально представляют собой процесс замещения, механизмы их тесно связаны с электрофильным присоединением к алкенам. Енол или енолят, образующийся из карбонильного соединения, является реакционноспособной частицей; первоначальная атака аналогична электрофильной атаке алкена. Реакция завершается воссозданием карбонильной связи, а не присоединением. Галогенирование кетонов, катализуемое кислотами и основаниями, кратко обсуж-
дающееся в гл. 7. кн. 1, является наиболее изученным примером таких реакций.
ОонгОНQ
II НI , Вг2 Ч ,.
R2CHCR'^R5C=CT ► R2C=CR >- P2CCR
b7—BrBr-
oa Co 9
I “OHI HrsI ,„»
P^CHCR' чГ- RsC=CRf * Кг^С^ ~*" RaCCR вС-ВгBr
Для препаративных целей чаще всего используют галогены в уксусной кислоте [53]. Другими доступными галогенирующими агентами являются N-бромсукцинимид [54] и хлористый сульфурил [55]:
Поскольку в реакциях с бромом или хлором выделяется галогеноводо- род, они являются автокаталитическими. В реакции с М-бромсукциними- дом бромистый водород не образуется, поэтому этот метод можно использовать в случае соединений, чувствительных к кислотам.
Как отмечалось в разд. 7,3 кн. 1, в определенных условиях галогенирование протекает быстрее, чем енолизация. В этих случаях место вступления заместителя в несимметричный кетон определяется относительной скоростью образования изомерных енолов. Из .несимметричных кетонов обычно образуются смеси. Присутствие галогенов в качестве заместителей уменьшает скорость енолизации и замедляет скорость введения второго галогена к атому углерода. Поэтому в кислой среде обычно легко проходит моногалогенирование. Галогенирование, катали- зуемое основаниями, дает преимущественно полигалогенированные продукты. Эффективным методом моног^логенирования кетонов является использование хлорида [56] и бромида меди (II) [57] в органических растворителях, например в хлороформе:
Заместители, содержащие серу, можно ввести к углеродному атому в к-положенин к карбонильной группе реакцией енолята с дисульфидом Такую реакцию можно успешно провести в случае сложных эфиров [59], кетонов [59] и днанионов карбоновых кислот [60]:
Такие а-замещенные соединения могут быть использованы для введёни двойной связи в а.р'положение к карбонильной группе. Сульфиды окис ляются до сульфоксидов, которые подвергаются термолизу с образова нием а,0-ненасыщенных карбонильных соединений:
Исходными веществами могут служить кетоны или сложные эфиры. Имеются аналогичные методы с участием органических селенидов
Реакции кётонов й альдегидов с фёнилселенилхлоридом протекают легкс с образованием а-селенопроизвоДнЫх; механизм, по-видимому, аналогичен механизму а-галогенирования. Кетоны и сложные эфиры могут быть превращены в а-селеноцронзводные и другим путем — реакцией енолятов с фенилселенилхлоридом. а-Селенрпроизводные служат исходными веществами для получения а,^-ненасыщенных карбонильных соедине. ний [61, 62], так как окисление их пероксидом водорода ведет к элиминированию PhSeOH:
ОPhSe О
PhSeCl|||HjOj
СН3СН2СН2ССН2СН2СНЭ > CHSCH2CH—CCH2CH2CH2 *
О
—> СНеСН=СНССН2СН2СН3 (6П)
SePh
1 LiNR2IН2О2
PfiCH2CH2COOCsH5 —-—-*■ PhCH2CHCOOC2Hs > PhCH=CHCOOCsHa (80%>
ОО SePho
|I. LINHa l| Iн2О2 Й
PhCCH2CH2CH2Ph - Dke-* PhC—CHCHaCH2Ph ► PhCCH=CHCH2Ph ®ед
ГИДРОБОРИРОВАНИЕ
Присоединение диборана и замещенных боранов к двойной углерод- углеродной связи лежит в основе очень важного метода синтеза спиртов. Такое присоединение называется гидроборированием. Эта реакция была открыта относительно недавно (в 50-х годах) Брауном. Впоследствии Браун разработал другие способы использования борорганических ин-, термедиатов. Реакции гидроборирования протекают как одностадийное присоединение. Диборан или замещенные бораны предоставляют нужные В—Н-связй. За исключение^ пространственно очень затрудненных олефинов, реакция протекает быстро до тех пор, пока не прореагируют все В—Н-связй, давая трналкилбораны. Диборан можно получить из борогидрида натрия и трехфтористого бора:
3NaBHi + 4BFs —> 2B2He + 3NaBF4
Его растворы в тетрагидрофуране выпускаются промышленностью. Другой промышленный реагент— комплекс борана с диметил сульфидом:
Н3В—S(CH3)2
Его можно хранить дольше, чем диборан; в отношении алкенов он проявляет аналогичную реакционную способность [63].-
СН3СН2СН2СН=СНг + ВЛ —* (CHaCHsCHaCHiCHi,)^
г нэ€ СН,-|CH iМпг нэ€ СН,-|CH iМпВН -f CH^CHCHiCHiВН -f CH^CHCHiCHiг НЭС СНз-|СНз—с—LА н -Lг НЭС СНз-|СНз—с—LА н -LВ(СНе)бСН6В(СНе)бСН6
г нэ€ СН,-|
CH i
Мп
г нэ€ СН,-|
CH i
Мп
ВН -f CH^CHCHiCHi
ВН -f CH^CHCHiCHi
г НЭС СНз-|
СНз—с—L
А н -L
г НЭС СНз-|
СНз—с—L
А н -L
В(СНе)бСН6
В(СНе)бСН6
Исследования многих олефинов показали, что В—Н-присоединение очень селективно как в отношении ориентации (региоселектйвность), так и в отношении стереохимии. Первоначально бор связывается с менее замещенным атомом углерода олефина. Пространственные и электронные факторы влияют в одном направлении, способствуя такой ориентации. Бор менее электроотрицателен, чем водород. Частичный положительный заряд, который возникает в переходном состоянии, лучше рассредоточивается более замещенным концом кратной связи:
У* У-У* У-
У* У-
У* У-
нСН8—С—СН3Н СН2 ННа С—A—CHg—В—СИС—СНзАнАнUris несвязные взаимодействия уменьшенынСН8—С—СН3Н СН2 ННа С—A—CHg—В—СИС—СНзАнАнUris несвязные взаимодействия уменьшеныz 93%z 93%СНдСНйСЦ.=СН2СНдСНйСЦ.=СН2-И%^^-57%(СН3)ЙСНСН=СНСН3-И%^^-57%(СН3)ЙСНСН=СНСН3
нСН8—С—СН3
Н СН2 Н
На С—A—CHg—В—СИС—СНз
АнАн
Uris несвязные взаимодействия уменьшены
нСН8—С—СН3
Н СН2 Н
На С—A—CHg—В—СИС—СНз
АнАн
Uris несвязные взаимодействия уменьшены
z 93%
z 93%
СНдСНйСЦ.=СН2
СНдСНйСЦ.=СН2
-И%^^-57%
(СН3)ЙСНСН=СНСН3
-И%^^-57%
(СН3)ЙСНСН=СНСН3
Присоединение идет по правилу Л^арковникова, но, в отличие от известных примеров присоединения кислот к олефинам, водород не является наиболее положительной частью атакующего реагента. Пространственные факторы также способствуют присоединению атома бора к менее замещенному концу кратной связи. Если имеются сильно разветвленные алкильные цепи, то в конечном триалкилборане возникают значительные пространственные затруднения. Эти неблагоприятные пространственные эффекты уменьшаются при присоединении бора к менее замещенному
атому углерода.
СНа
Из С—"С—-СНз
Н3С | СНЭн,с—А—в—с—сн,
Н,А СИ»
Сильные несвязныевзаимодействия
Высокая селективность определяется электронными и пространственными эффектами, действующими в одном направлении в реакции присоединения. Ниже приведены некоторые примеры систем [63с], для которых была определена региоселектйвность присоединения в реакциях гидроборирования.
1%-Х -/-99’
СН3 СНгС=СН2
СНа
2%^\ ^-98%
(С Н3)ЙС =снсн(снэ)й
Можно ожидать, что направляющий пространственный эффект будет становиться значительно более важным, если увеличивается заме- щенность у атома бора и возрастают его пространственные требования. Этот эффект можно использовать для увеличения селективности гидроборирования. При соответствующем соотношении реагентов гидробори-
!рование некоторых пространственно-затрудненных олефинов может быт_ остановлено на промежуточной стадии:
Г он, Т
2(СНз)2С=СНСН3 + ВНз —> l(CHs)2CH^H—J2BH
вн2
(СНз)2С=С(СНа)2 + ВН3 —* (СН3)2СНС(СН3)2
Если эти замещенные бораны используются затем для гидроборирования других олефинов, селективность увеличивается. Например, если длг гидроборирования гексена-1 использовать диборан, то окисление полученного борана дает 94% гексанола-1 и 6% гексанола-2.. Гидроборирование бнс(3-метилбутил-2)бораном с последующим окислением дает 99% гексанола-1 и только 1% гексанола-2. Аналогичные соотношении наблюдались и для других олефинов. Стирол, например, дает 80% 2-фе- ннлэтанола и 20% 1-фенилэтанола, если обработать его дибораном, а затем окислить. При использовании бис (З-метилбутил-2)борана образуется 98% 2-фенилэтанола и только 2% 1-фенилэтанола:
[
‘ СНз I
I IН2О2
(СНз)2СЕСН— J8BH+ PhCH=CH2 —* »- PhCH2CH2OH (SS%)
“ОН
Бициклический диалкилборан, получаемый при гидроборировании цик- лооктадиена-1,5, дает аналогичное увеличение селективности при гидроборировании других олефинов [64];
СИ3(СН^1СН2ОН + СН3(сНг)3СНСНэ (СН3)гСНСН2СНСН3+ (СН^2СНСНСН5СН3 ононон
(99%)(1%)(97%)(3%)
Этот реагент обычно называют 9-BBN— сокращение (английское) .систематического названия 9-борабицикло[3.3.1]нонана.
Стереохимию присоединения в реакциях гидроборирования легко предсказать. Реакция протекает стереосиепифнчно как сан-присоединение через четырехцентровое переходное состояние с одновременным связыванием атомов бора и водорода. Поэтому обе новые связи С—В и С—Н образуются с одной и той же стороны кратной связи. В теории молекулярных орбиталей реакция присоединения рассматривается как взаимодействие олефиновых л-орбиталей со свободными р-орбиталями трехвалентного бора. Образование связи углерод—бор сопровождается синхронны^ разрывом связи В—Н [65]:
СХЕМА 3.5. СТЕРЕОХИМИЯ РЕАКЦИЙ ГИДРОБОРИРОВАНИЕ - ОКИСЛЕНИЕ
СН5СН5i B2Hg2. Н3О5, "ОНi B2Hg2. Н3О5, "ОН(2)(2)(3)(3)(4)(4)
СН5
СН5
i B2Hg
2. Н3О5, "ОН
i B2Hg
2. Н3О5, "ОН
(2)
(2)
(3)
(3)
(4)
(4)
Некоторые примеры, иллюстрирующие предпочтительность сад-присо- единения с менее' затрудненной стороны молекулы, приведены на схеме 3.5.
Гидроборирование является термически обратимым процессом. При 160 °C и выше происходит элиминирование ВН-фрагментов из а'лкилбо- ранов, по и в этой температурной области равновесие все же сдвинуто в сторону продукта присоединения. Такое обратимое присоединение ведет к миграции бора к менее замещенному атому углерода в серии реакций элиминирования и присоединения:
в:в:RiCH—сн—сн3RiCH—сн—сн3R2p=CH—СНа+ Й2СН—СН=СН$R2p=CH—СНа+ Й2СН—СН=СН$
в:
в:
RiCH—сн—сн3
RiCH—сн—сн3
R2p=CH—СНа+ Й2СН—СН=СН$
R2p=CH—СНа+ Й2СН—СН=СН$
RsCH— CHi— Ctlsr-B
Миграция не может происходить через полностью замещенный атом углерода, так как невозможно элиминирование. Ниже приведены некоторые примеры термической изомеризации бораиов:
ГСН3 1Г СНз 1
[160 °с I ! I
L(CH8)2CHCH— J3B —► 1СНЭСН$СНСН2—J3B + [(CHshCHCHjCHr-JsB
(47%)152%)
Г (СН3)2СН 1ГСНз тII 160 °GI IL(CH3)3C— CH—J3B * L(CH3)3C—CHjCHCHr-JsBГ (СН3)2СН 1ГСНз тII 160 °GI IL(CH3)3C— CH—J3B * L(CH3)3C—CHjCHCHr-JsB
Г (СН3)2СН 1ГСНз т
II 160 °GI I
L(CH3)3C— CH—J3B * L(CH3)3C—CHjCHCHr-JsB
Г (СН3)2СН 1ГСНз т
II 160 °GI I
L(CH3)3C— CH—J3B * L(CH3)3C—CHjCHCHr-JsB
1 Борорганические соединения, образующиеся при гидроборировании или изомеризации, представляют интерес для органического синтеза благодаря последующим превращениям, которым они подвергаются. Еще в ранних работах было показано, что атом бора можно заменить на гидроксильную группу, аминогруппу и атом галогена. Тем самым последовательностью реакций присоединения — замещения можно превратить алкены во многие другие типы органических соединений. Наиболее широко используется реакция окисления борорганических соединений до спиртов. Для окисления в качестве реагента используют водно-щелочные растворы пероксида водорода. Механизм приведен ниже:
R3B + НОО”>-R3B—О—ОНг R2B—Or + "ОН
(ro)2br + ноет(ro)2br + ноет>(RO)3B>(RO)3BR
(ro)2br + ноет
(ro)2br + ноет
>(RO)3B
>(RO)3B
RORO
R^BOR + HOO" —
1-П1
-^R“B—O—OH »-R—B-OR + OH
R
(ro)2b-^o-oh R
Связи R—О—В гидролизуются в процессе окисления, в результате образуется спирт. Следует отметить, что механизм окисления включает серию В—О-миграций алкильных групп, которые мигрируют со своими связующими электронами. Общим стереохимическим результатом окисления является замещение связи С—В с сохранением конфигурации. В сочетании с описанными ранее закономерностями ориентации эти результаты позволяют достоверно предсказать структуру и стереохимию спиртов, получаемых при гидроборировании — окислении. Некоторые примеры реакций показаны на схеме 3.5.* Недавно были открыты условия, позволяющие окислять борорганические соединения до спиртов с использованием в качестве окислителя молекулярного кислорода [66]. Более сильные окислители замещают бор и окисляют замещенный атом углерода, давая кетоны [67]:
1. в2н8—.——>■ 2„ КйСгги71. в2н8—.——>■ 2„ КйСгги7
1. в2н8
—.——>■ 2„ КйСгги7
1. в2н8
—.——>■ 2„ КйСгги7
Атом бора можно заменить на МНг-группу [68]. Это превращение можно осуществить с помощью хлорамина или гидроксиламин-О-суль- фокислоты. Механизм этой реакции очень похож на механизм окисления борорганических соединений пероксидом водорода. Азотсодержащие
* Одно из важнейших направлений использования высокой стереоспецифичности процессов гидроборирования с последующим окислением — проведение асимметрических синтезов с исключительно высоким оптическим выходом, тыример:* Одно из важнейших направлений использования высокой стереоспецифичности процессов гидроборирования с последующим окислением — проведение асимметрических синтезов с исключительно высоким оптическим выходом, тыример:Используя в качестве реагента оптически активный диизопинокамфешмборан I, полу, чают R -бутанол-2. Оптическая чистота которого близка к 100% {Brown Н. С,, Zwei- fei d. — J. Am. Ctieni, Soc. 1361, v. 83, Asi 2, p- 486«—487). — 17рам. ped,Используя в качестве реагента оптически активный диизопинокамфешмборан I, полу, чают R -бутанол-2. Оптическая чистота которого близка к 100% {Brown Н. С,, Zwei- fei d. — J. Am. Ctieni, Soc. 1361, v. 83, Asi 2, p- 486«—487). — 17рам. ped,
* Одно из важнейших направлений использования высокой стереоспецифичности процессов гидроборирования с последующим окислением — проведение асимметрических синтезов с исключительно высоким оптическим выходом, тыример:
* Одно из важнейших направлений использования высокой стереоспецифичности процессов гидроборирования с последующим окислением — проведение асимметрических синтезов с исключительно высоким оптическим выходом, тыример:
Используя в качестве реагента оптически активный диизопинокамфешмборан I, полу, чают R -бутанол-2. Оптическая чистота которого близка к 100% {Brown Н. С,, Zwei- fei d. — J. Am. Ctieni, Soc. 1361, v. 83, Asi 2, p- 486«—487). — 17рам. ped,
Используя в качестве реагента оптически активный диизопинокамфешмборан I, полу, чают R -бутанол-2. Оптическая чистота которого близка к 100% {Brown Н. С,, Zwei- fei d. — J. Am. Ctieni, Soc. 1361, v. 83, Asi 2, p- 486«—487). — 17рам. ped,
реагенты реагируют в качестве нуклеофилов, присоединяясь к бору, затем происходит перегруппировка с выбросом хлорид-иона или сульфат- иона. При гидролизе связей В—N выделяется амин.
еэв + NHSX —R3B—NH-Q*- R2B—NH
Нк
Х= СГ или OS05
Вторичные амины образуются при реакции тризамощенных баранов с азидами. Наиболее эффективно для этих целей использование моноалкилдихлор боранов, которые получаются при реакции алкена с BHCl2-Et2O [69]. Полная последовательность реакций и механизм,,, последних стадий приведены ниже;
L1BH4+BCI3ВНС12 - Et2Q 4-LiCl
BHCIs-EtjO+RCH^CHi —> RCH2CH2BCI2
RCH2CH2BC12 + R^N3 >С12в—N—N==N—>-
RCH2CH2
h2o ,-
—>CI3BNCH2CH2R> RNHCH3CH2R^
Борорганические интермедиаты можно также исяолъзовать для синтеза алкилгалогенндов. Замена бора на иод происходит быстро в присутствии основания [70]. Только две алкильные группы борорганического соединения эффективно используются в случае первичных алкильных групп и лишь одна в случае вторичных алкильных групп.
R9B-j-2I24-2NaOH —> 2RI 4-RBiOH)2 4-2NaI
Использование брома и гидроксида натрия в аналогичных реакциях дает с хорошим выходом бромиды [71]. Поскольку атом галогена замешает атом бора, региоселективность таких реакций противоположна прямому присоединению га л or еноводород а. Олефины с концевой двойной связью дают первичные галогенпроизводные:
в2не
RCH=CH3 2 Вгг NaOi> RCH2CH2Br
Хотя каждая из приведенных реакций является важным методом специфического введения функциональных групп в органические молекулы, ни одна из них не является прямым методом удлинения углеродного скелета. Однако в других работах, снова главным образом из лаборатории X. Брауна, было показано, что борорганические соединения, получаемые в реакциях гидроборирования, могут вступать в многочисленные реакции, позволяющие успешно наращивать углеродный скелет. Одна из первых открытых реакций этого типа заключается в обработке борорганических соединений нитратом серебра [72]:
2R3B + AgNO3 —> 3R—R
Предполагают, что происходит перенос электрона, приводящий к образованию радикальных интермедиатов. Последние взаимодействуют с образованием новой углерод-углеродной связи между двумя алкильными группами. Эта реакция имеет определенные ограничения, так как ее можно использовать только для синтеза симметричных соединевий.
Открытие протекающей в мягких условиях реакции оксида углерода с борорганическими соединениями привело к развитию методов, которые позволяют синтезировать из борорганических соединений первичные и третичные спирты, а также кетоны [73]. Характер продуктов определяется выбором условий реакции, при которых происходит миграция алкильных групп от бора к углероду. Если борорганические соединения нагревать с оксидом углерода при 100—125 °C, мигрируют все алкильные группы и после окисления получается третичный спирт;
+Н2О2, "ОН
R3B + CO —> [У--(М}| —> [О=В—CRal ^ HOCR3
Прибавление воды к реакционной смеси приостанавливает реакцию после миграции двух алкильных групп от атома бора к углероду. Последующее окисление реакционной смеси на этой стадии дает диалкил- кетоны [74]:
ГНО ОН 1Н2о Illi н2о2R3B + CO —* UB—CRaJR2CO
Если карбонилирование проводить в присутствии борогидрида натрия или борогидрида лития, то образуются первичные спирты [75]. Гндрид- ные восстанавливающие агенты реагируют с продуктом, образующимся на первой стадии миграции:
- +■I ~вн4
R3B—С=О —► R8B—С=О ► RCH2OH-R2ROH
Следует отметить, что в последнем синтезе используется только одна треть из общего числа алкильных групп, имеющихся в исходном борорганическом соединении, что накладывает определенные ограничения
СХЕМА 3.6. СИНТЕЗЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАРБОНИЛИРОВАНИЯБОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯ
0) [73]0) [73][СН3 TСН3СН2СН—]3В[СН3 TСН3СН2СН—]3ВСО. 125 °с >.Н2Оа, 'ОНСО. 125 °с >.Н2Оа, 'ОНГ сНз 1 lCH3CH2CH—J3COHГ сНз 1 lCH3CH2CH—J3COH(87%)(87%)
0) [73]
0) [73]
[СН3 T
СН3СН2СН—]3В
[СН3 T
СН3СН2СН—]3В
СО. 125 °с >.
Н2Оа, 'ОН
СО. 125 °с >.
Н2Оа, 'ОН
Г сНз 1 lCH3CH2CH—J3COH
Г сНз 1 lCH3CH2CH—J3COH
(87%)
(87%)
(2) [74][СН3(СН2)3]3В(2) [74][СН3(СН2)3]3В1 СО, 125 °C. Н2о^2. Н2О21 "ОН1 СО, 125 °C. Н2о^2. Н2О21 "ОНI СО, 125 °C, НцО2. H3O2l “ОНI СО, 125 °C, НцО2. H3O2l “ОНОСН3(СНг)3С(СН2)3СН3 (до%)ОСН3(СНг)3С(СН2)3СН3 (до%)
(2) [74][СН3(СН2)3]3В
(2) [74][СН3(СН2)3]3В
1 СО, 125 °C. Н2о^
2. Н2О21 "ОН
1 СО, 125 °C. Н2о^
2. Н2О21 "ОН
I СО, 125 °C, НцО
2. H3O2l “ОН
I СО, 125 °C, НцО
2. H3O2l “ОН
О
СН3(СНг)3С(СН2)3СН3 (до%)
О
СН3(СНг)3С(СН2)3СН3 (до%)
(4) [?5в](4) [?5в]1. СО, ЫВН4, 45 °C2. ЩОг1. СО, ЫВН4, 45 °C2. ЩОгСН2ОНСН2ОН
(4) [?5в]
(4) [?5в]
1. СО, ЫВН4, 45 °C
2. ЩОг
1. СО, ЫВН4, 45 °C
2. ЩОг
СН2ОН
СН2ОН
СН3НЭС
|<сн3)гс*сн2|
[76] (СН3)аСНС—ВН2 (СН3)2СНС—ВСН2СН(СН3)2
insн3с н
|сн2=сисоос2н5
?I.CO.7™ ^f /CHaCHtCHah
(CH3)2CHCHSCCH2CH2COOC2H6 < (CH3)2CHC—в(
2. Н2О2, -он[ ХН2СН£СОоС2Н$
(84%)НзС
в случае ценных олефинов. Остающиеся алкильные группы извращаются в негомологичпые спирты, возникает проблема разделения продуктов.
Многочисленные методы синтеза кетонов были дополнены реакцией, позволяющей синтезировать несимметричные кетоны. 2,3-Диметилбутен можно гидроборировать в определенных условиях До моноалкилборана, называемого «тексилбораном». Это соединение затем можно последовательно алкилировать двумя олефинами, которые имеют структуру, необходимую для создания двух групп искомого кетона (см. пример 5 в схеме 3.6). «Тексильиая» группа мигрирует труднее, чем менее разветвленные алкильные группы. Если карбонилирование и миграцию проводить так, чтобы мигрировали Только две группы, то окисление приведет к нужному кетону [76].
Был разработан также метод синтеза альдегидов из олефинов с использованием реакции карбонилирования [77]. Для гидроборирования олефина используют реагент 9-BBNI, получаемый при гидроборировании циклооктадиена-1,5. Карбонилирование полученного триалкилборана происходит с селективной перегруппировкой экзоциклической алкильной группы. Окисление приводит к искомому альдегиду. Функциональные группы в исходном олефине (сложноэфирпые и нитрильные) не мешают получению альдегида.
1. со
,^^-^ВН ^^^В-СНгСНзК 2. LiAJHtOBuh
х °^CHCH£CH2R
Были разработаны условия алкилирования алкильных групп в борорганических соединениях некоторыми сопряженными олефинами и реакционноспособными галогенидами. Обычные а,р-ненасыщенные карбонильные соединения, например акролеин и метил винил кетон (см. также примеры в схеме 3.7), алкилируют борорганические соединения. Было
СХЕМА 3.7. СИНТЕЗЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ АЛКИЛИРОВАНИЕ БОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
(1) 177а)
1776)
СНа 1СН3I।СН3СНгСН—J3B + СН2=СНСНО —* CHSCH2CHCH2CH2CHO (46%)СНа 1СН3I।СН3СНгСН—J3B + СН2=СНСНО —* CHSCH2CHCH2CH2CHO (46%)4 । [77в]4 । [77в]в + сНг=снсно- 3в + сНг=снсно- 3сн8сн2сносн8сн2сно(77а]
СНа 1СН3
I।
СН3СНгСН—J3B + СН2=СНСНО —* CHSCH2CHCH2CH2CHO (46%)
СНа 1СН3
I।
СН3СНгСН—J3B + СН2=СНСНО —* CHSCH2CHCH2CH2CHO (46%)
4 । [77в]
4 । [77в]
в + сНг=снсно
- 3
в + сНг=снсно
- 3
сн8сн2сно
сн8сн2сно
СНз
13.1 [77г](С2Н5)3В + СН3СН=СНСОСН3 —> CIISCH2(*:HCH4COCH3 (70%)
о о
доказано, что алкилирование протекает через свободнорадикальный интермедиат [78] (In-—инициатор радикальной реакции):
R
In - + RCH—СНСН—О — InCH—СНСН=О
RinCH—снсн—o+ r;b - RRinCH—снсн—o+ r;b - RRInCHCH=CHOBR£ + R'RInCHCH=CHOBR£ + R'
R
inCH—снсн—o+ r;b - R
R
inCH—снсн—o+ r;b - R
R
InCHCH=CHOBR£ + R'
R
InCHCH=CHOBR£ + R'
г цепной процессг цепной процессR'- + RCH— СНСН—О —► R'CH—СНСН—О
г цепной процесс
г цепной процесс
RR
R'CH— СНСН—О+ R£B —► R'^HCH—CHOBR£ + R'
RRR
R
R
RzCHCH=CHOBRi+H2O —> R'CHCHaCH—O
Поэтому нельзя считать, что такое алкилирование всегда будет происходить с сохранением конфигурации, что характерно для окисления и карбонилирования борорганических соединений [79].
В видоизмененном варианте этой реакции используют циклические триалкилборорганические соединения (боринаны, если цикл шестичлен- иый). Они получаются при реакции диборана сначала с диеном, а затем—с вводимой алкильной группой [80].
СИ»_\I0/\СНг=СНССНэИ//В— CHSCHSR —> RCHaCH}CH2CH2CCHaСИ»_\I0/\СНг=СНССНэИ//В— CHSCHSR —> RCHaCH}CH2CH2CCHa
СИ»_
\I0
/\СНг=СНССНэИ
//В— CHSCHSR —> RCHaCH}CH2CH2CCHa
СИ»_
\I0
/\СНг=СНССНэИ
//В— CHSCHSR —> RCHaCH}CH2CH2CCHa
/
СН3
В другом эффективном методе алкилирования борорганических соединений используют реакции с очень реакционноспособными алкилга- логенндами, особенно с а-галогенкарбонильнымн соединениями [81]. Например, было найдено, что этиловый эфир бромуксусной кислоты алкилирует ряд триалкилборанов с хорошими Выходами:
1CHS}3CO- RjB+ BrCHjCOOEt —►• RCHaCOOEt
Наиболее эффективно такие синтезы проводят с использованием трн- алкилборана, полученного из олефина, который хотят проалкилировать, и дналкилборана 9-BBN._
Преимуществом метода является использование всего исходного олефина. Прямое гидроборирование олефина до соответствующего три- алкилборана позволяет использовать лишь одну нз трех алкильных групп, участвующих в реакции. а-Галогенкетоны и а-галогеиинтрилы также способны алкилировать борорганические соединения, Ряд примеров таких реакций приведен в схеме 3.8.
Механизм таких реакций в основном аналогичен механизму окисления борорганических соединений .до спиртов. Предполагают, что енолят галогеиэфира или галогенкетона реагирует с бораном. Затем происходит элиминирование гаЛогениДа, после чего следует миграция одного
СХЕМ'АГ3.8. АЛКИЛИРОВАНИЕ ТРИАЛ КИЛ БОРАНОВ ГАЛО ГЕ НЭФЯ РАМИ,ГАЛОГЕНКЕТОНАМИ ГАЛОГЕННИТРИЛАМИ И ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ1ИИ
'О'ООСЩ|аОСЩ|а(5) [81 в](5) [81 в]9-BBN—(CHs)aCH3 +9-BBN—(CHs)aCH3 +COCH2BrCOCH2Br~ocicih)a~ocicih)a(6) [81а](6) [81а]9-BBN—9-BBN—CO(CH2'hCH:j (зо%)CO(CH2'hCH:j (зо%)ОйСНэ)я + (CHs)4CCOCH2Br ОйСНэ)я + (CHs)4CCOCH2Br CH2COC(CH3)3CH2COC(CH3)3(77%)(77%)(7) [81г](7) [81г]9-BBN9-BBNBrCH2COCHsBrCH2COCHsС(СНЛ3С(СНЛ3CfCHshCfCHshCHiCOCH,CHiCOCH,
'О
'О
ОСЩ|а
ОСЩ|а
(5) [81 в]
(5) [81 в]
9-BBN—(CHs)aCH3 +
9-BBN—(CHs)aCH3 +
COCH2Br
COCH2Br
~ocicih)a
~ocicih)a
(6) [81а]
(6) [81а]
9-BBN—
9-BBN—
CO(CH2'hCH:j (зо%)
CO(CH2'hCH:j (зо%)
ОйСНэ)я + (CHs)4CCOCH2Br
ОйСНэ)я + (CHs)4CCOCH2Br
CH2COC(CH3)3
CH2COC(CH3)3
(77%)
(77%)
(7) [81г]
(7) [81г]
9-BBN
9-BBN
BrCH2COCHs
BrCH2COCHs
С(СНЛ3
С(СНЛ3
CfCHsh
CfCHsh
CHiCOCH,
CHiCOCH,
(1) [818]
"OCfCHeis
9-BBN=(CH2)3CH3 + BrCHaCOOC2H5 -> СПз(СНг)4СООС2Н6
(2) [81a]
/ \~oacH3h
9-BBN—2 + ВгСНгСООС2Нь >/—СН2СООС2Н.,
№2%}
Cl
/X,_OCiCH3)3|
(3) [81a]
9-BBN—<+ C18CHCOOC2H3->)—CHCOOC2H6 (so%)
QC;№jj3
(4) [815](4) [815]9-BBN—СН2СН(СН3)2 + Br2CHCOOC2H,Br
(4) [815]
(4) [815]
(СН3)2СПСН2СНСООС2С5 (й(%)
[816][8Ее[[81а^][84][816][8Ее[[81а^][84]BC12 + NsCHCOOC2H5BC12 + NsCHCOOC2H5CHSCOOC2H5CHSCOOC2H5
[816]
[8Ее[
[81а^]
[84]
[816]
[8Ее[
[81а^]
[84]
BC12 + NsCHCOOC2H5
BC12 + NsCHCOOC2H5
CHSCOOC2H5
CHSCOOC2H5
CICHgh
o-ZA
CICHsh
9-BBN—CH3CH8CH8 + CICHiCN ■> CH3CHiCH2CHiCN (76%)
[CHS 1CHa
CH3CH2CH—JaB + N^CHCOCHs —> CH3GH,CHCH2COCH3
[CH3(CH2)5]3B + NiCHCOOCaHi —► CH3(CH2)SCOOC2H,
171%}
из заместителей у атома бора. В соответствии с этим механизмом наблюдается сохранение конфигурации мигрирующей группы [82].
L 1ц3в +CHCOOC2Hs"—-> R—в—СНСООС9Н5 >
ВгR ( Вг
IRO"
В—CHCOOC2HS—> rch2cooc3h5
В родственных реакциях используют сс-диазоэфиры и а-диазоке- тоны [83, 84]:
• RBCt2 + N2CHCOOCH3 —> RCH2COOCH3
На стадии миграции молекулярный азот действует как уходящая группа, Наилучшие результаты были достигнуты при реакции с диалкилхлор- боранами или с алкилдихлорборанамн [84].
Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что борорганические соединения являются интермедиатами для многих синтезов. Реакции гидроборирования — окисления стали важным методом синтеза спиртов, а реакции карбонилирования и алкилирования, по-видимому, найдут широкое применение в синтезе. Диборапы являются восстанавливающими агента мп, однако восстановлен не идет достаточно медленно, так что сложноэфирпая, циано- и нитрогруппы не мешают гидроборированию. В то же время кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты и амиды легко восстанавливаются дибораном, и такие реакции восстановления могут конкурировать с гидроборированием [85].
3.9- ПРИСОЕДИНЕНИЕ К АЛЛЕНАМ И АЛКИНАМ
Необходимо отдельно рассмотреть механизм электрофильного присоединения к алленам и алкинам. Атака аллена протоном может привести к аллильному катиону или к пропенильному катиону:
н
+1н*н*+
СН2—С=СН2 -е—; сн2=с=сн2 > сн3—с=сн2
Предположение, что должен образоваться наиболее стабильный аллильный катион, не учитывает стереоэлектровные аспекты реакции. Протонирование по'центральному атому углерода без вращения концевых метиленовых групп ведет к первичному карбениевому иону, не стабилизованному за счет резонанса, так как оставшаяся л-связь ортогональна к свободным р-орбнталям. Поэтому прямое образование аллильного катиона является более сложным процессом, чем протон про ванне.
нх0нх0
нх0
нх0
Подробно было изучено присоединение НС!, НВг и HI к аллену [86]. Во всех случаях галоген в продукте находился у центрального атома углерода, так что протонпрование происходило по концевому атому углерода Первоначально образовавшийся продукт вступал в
Ш4
дальнейшую реакцию присоединения, давая 2,2-дигалогенцропаны. Образуются также димеры, но мы не будем их здесь рассматривать
XX
сн2=с=сн2 + нх —> сн5—с=сн2+сн5—с—сн,
X
Присутствие фенильной группы приводит к продукту, образующемуся путем протонирования по центральному атому углерода [87]:
HClсн=с=сн2 >У-СН=СИ—СН2С1
Наличие двух алкильных групп, как в 1,1-диметилаллене, приводит к такому же результату [88]:
(СН3)2С=С=С.Н, —> (CHS)2C=CHCH2CI
Эти заместителя, по-видимому, стабилизуют катион, который образуется при протонировании по центральному атому углерода. Даже если аллильное сопряжение не эффективно в переходном состоянии, алкильные и арильные заместители могут стабилизовать возникающий заряд.
При меркурировании ацетатом ртути наблюдается такая же регио- селективность, как и при присоединении галогеноводородов. Электрофильный атом ртути связывается с концевым атомом углерода аллена, но в случае 1,1-диметилаллена он присоединяется к С-2 [89]. В реакции с метилалленом выделены оба продукта.
CH3HgOAc стонJ
СН2=С=СН2 + Hg(OAc)2 —*■ AcOHgCH2C(OCH3)3
AcQHg ОСН3 сн3он I I
СН2=С=С(СН3)$ + Hg(OAe)2 >• СН^С—С(СН5)2
Алкины вступают в реакции присоединения с типичными электрофильными реагентами, обсуждавшимися подробно для алкепо?. Обычно алкины менее реакционноспособны. Основное различие реакционной способности обусловлено значительно более высокой энергией винильного катиона, промежуточно образующегося при электрофильной атаке алкина, по сравнению с энергией алкильного карбениевого иона, образующегося из алкена.
х* +
RC=GH > RC=CH—X
RCH=CH2 Х > RCH—CHj—X
Это различие энергий составляет приблизительно 10 ккал/мол и зависит от природы электрофила Х+ и изучаемой системы [90]. В табл. 3.5 приведены некоторые данные о реакционной способности алкенов по сравнению с алкинами.
Наибольшее значение при определении относительных скоростей имеет используемый растворитель. Так, большое отношение скорости реакций алкен : алкин найдено для органических растворителей с низкой диэлектрической постоянной (уксусная кислота), но скорости реакций сравнимы, когда в качестве растворителя используют воду. Это справедливо не только для реакции гидратации, но и для реакции бромирования. Полярные растворители, особенно вода, очевидно, способны уменьшать разницы в энергии двух переходных состояний. Не вполне ясно, достигается ли это очень сильной сольватацией или каким-то другим механизмом. Присоединение трифторуксусной кислоты к алкенам и алкинам также протекает с близкими скоростями [91].
ТАБЛИЦА а,В. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИОННЫЕ СПОСОБНОСТИ АЛКЕНОВ И АЛКИНОВ [801*
СНаСН2СНгСН3СН=СНг 4СН3СН2СН2СНгС—CHJСНаСН2СНгСН3СН=СНг 4СН3СН2СН2СНгС—CHJтрйнс* СН3СН 3t2 Н—СИСН 3СНз СНзСН2С=ССН2СНзтрйнс* СН3СН 3t2 Н—СИСН 3СНз СНзСН2С=ССН2СНзPhCH=CH2 )PhO=CH JPhCH=CH2 )PhO=CH JОтношение констант скоростей второго порядка (алкен : алкни) в реакцияхбромирования (уксусная кислота)Хлорирования (уксусная кислота)гидратации (кислота, вода)1,8 - 10s5,3 ■ 10s3,63,4 ■ 10»- 1 ■ 10»16,62,6 • 10»7,2 • Ю20,65Отношение констант скоростей второго порядка (алкен : алкни) в реакцияхбромирования (уксусная кислота)Хлорирования (уксусная кислота)гидратации (кислота, вода)1,8 - 10s5,3 ■ 10s3,63,4 ■ 10»- 1 ■ 10»16,62,6 • 10»7,2 • Ю20,65
СНаСН2СНгСН3СН=СНг 4
СН3СН2СН2СНгС—CHJ
СНаСН2СНгСН3СН=СНг 4
СН3СН2СН2СНгС—CHJ
трйнс* СН3СН 3t2 Н—СИСН 3СНз СНзСН2С=ССН2СНз
трйнс* СН3СН 3t2 Н—СИСН 3СНз СНзСН2С=ССН2СНз
PhCH=CH2 )
PhO=CH J
PhCH=CH2 )
PhO=CH J
Отношение констант скоростей второго порядка (алкен : алкни) в реакциях
бромирования (уксусная кислота)
Хлорирования (уксусная кислота)
гидратации (кислота, вода)
1,8 - 10s
5,3 ■ 10s
3,6
3,4 ■ 10»
- 1 ■ 10»
16,6
2,6 • 10»
7,2 • Ю2
0,65
Отношение констант скоростей второго порядка (алкен : алкни) в реакциях
бромирования (уксусная кислота)
Хлорирования (уксусная кислота)
гидратации (кислота, вода)
1,8 - 10s
5,3 ■ 10s
3,6
3,4 ■ 10»
- 1 ■ 10»
16,6
2,6 • 10»
7,2 • Ю2
0,65
СХЕМА 3.9, СИНТЕЗЫ КЕТОНОВ ГИДРАТАЦИЕЙ АЛКИНОВ С КОНЦЕВОЙтройной связью В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОТЫ И ИОНА РТУТИ
(I) [93а](2) [9361О) [93s](I) [93а](2) [9361О) [93s]HgSO< с^свдзс^сн Нз5О;HgSO< с^свдзс^сн Нз5О;оil СН3(СН2)3ССИ3оil СН3(СН2)3ССИ3(78%)(78%)(75%)(75%)
(I) [93а]
(2) [9361
О) [93s]
(I) [93а]
(2) [9361
О) [93s]
HgSO< с^свдзс^сн Нз5О;
HgSO< с^свдзс^сн Нз5О;
о
il СН3(СН2)3ССИ3
о
il СН3(СН2)3ССИ3
(78%)
(78%)
(75%)
(75%)
Реакции присоединения к алкинам., катализуемые кислотами, идут по правилу Марковпинова. Однако первоначальные продукты присоединения не всегда устойчивы. Например, при присоединении уксусной кислоты образуются ацетаты енолов, которые легко превращаются в соответствующие карбонильные соединения [92]:
С!OCOCHs о
IНС!НС!I||
RC=CH3RC^CH --—> рС=СН2 —* RCCH3
Cd'lgUvUn
В водных растворах образуются енолы, которые легко превращаются s карбонильные соединения. *
Реакция гидратации ацетиленов с концевой тройной связью, ка- тализуемзя ионом ртути, является важным методом синтеза метнл- кетонов. Реакцию можно также использовать и для ацетиленов с трон-
• Реакция гидратации ацетилена в присутствии солей ртути — рвад^ця Кучерова— открыта М. Г. Кучеровым (1850—1911 г) в 1881 г, — Прим. ред^
Mfr
СХЕМА 3 10. ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЛКИНОВ В АЛКЕНЫ
Каталитическое восстановление
(2) [956](2) [956](3) [95](3) [95](1) [95а](1) [95а]катализатор Линдларакатализатор Линдлара;с=сх \с=с-рнPh/ ^Ph;с=сх \с=с-рнPh/ ^Ph(НгС)(НгС)Pd — BaSQ4Pd — BaSQ4090%)090%)ХЯНОЛНЦХЯНОЛНЦPd — BaSO»X14 код я uPd — BaSO»X14 код я u(90%)(90%)
(2) [956]
(2) [956]
(3) [95]
(3) [95]
(1) [95а]
(1) [95а]
катализатор Линдлара
катализатор Линдлара
;с=сх \с=с-рн
Ph/ ^Ph
;с=сх \с=с-рн
Ph/ ^Ph
(НгС)
(НгС)
Pd — BaSQ4
Pd — BaSQ4
090%)
090%)
ХЯНОЛНЦ
ХЯНОЛНЦ
Pd — BaSO»
X14 код я u
Pd — BaSO»
X14 код я u
(90%)
(90%)
Восстановление растворяющимися металлами
Na NH3/СН,СН,СН,
[95g] CHsCHjC^CCHjCHgCHs ■—:/С=Сч
СНзСН/
(07-99%)
L,Н. ЛСНзЬСООН
[95г] СНДСНг)7С=С(СНг)гССЮН —~*/С==Сх<Э7-™
3 СН3(Снг]7/ хн
NaNHjгци
Na, Nth^зНт\
(6) [965](6) [965]СаН7С—С(СН2)4С^СН ■ о Л=с(^
(6) [965]
(6) [965]
ц/ x(CH2)tC-.CH
ной связью в глубине молекулы, если они симметричны. Несимметричные алкины, как и следовало ожидать, дают смесь двух возможных кетонов [93]. Некоторые примеры гидратации ацетиленов приведены на схеме 3.9.
Присоединение 1 моль водорода к тройной углерод-утл ер одной связи можно провести стереоспецпфично. Каталитическое восстановление приводит к цис-изомеру. Наиболее часто используется «катализатор Линдлара», представляющий собой отравленный свинцом палладий на карбонате кальция [94]. Используется также палладий на BaSO4 [95]. В схеме 3,10 приведены некоторые примеры этих реакций. Для проведения такого восстановления используют и другие каталитические системы. Многие конкретные примеры приведены в обзорах по каталитическому гидрированию [96] Для получения транс-алкена проводят восстановление металлами в жидком аммиаке.
Предполагают, что реакция включает две последовательности стадий восстановления натрием и протонирования:
R—С=С—R+Na. —*R—С=С—R+Na. —*RxХ=С + Na - —> н/ \rRxХ=С + Na - —> н/ \r
R—С=С—R+Na. —*
R—С=С—R+Na. —*
Rx
Х=С + Na - —> н/ \r
Rx
Х=С + Na - —> н/ \r
Предпочтительность образования транс-изомера является результатом того, что протонйрование и Восстановление проходят быстрее, чем изомеризация винильного радикального центра [97]. В другом методе для превращения ацетиленов в транс-олефины используют алюмогид- рид лития [98].
Присоединение хлора к алкинам в отсутствие света происходят медленно. Например, бутин-1 в 100 раз мепее реакционноспособен, чем бутен-1. Реакции присоединения легко инициируются светом. При большом избытке бутина образуется в основном транс-1,2-дихлорбу- тен [991:
СНаСН,х ,С1
СНаСН2С^СН + С1, —►^С=С^
СК
Необходимость фотсшнпанирования указывает на цепной радикальный механизм этой реакции. Хлорирование пентина-1 в газовой фазе при высокой температуре с использованием большого избытка хлора приводит как к трйнс-дихлоралкену, так и к насыщенному тетрахлорпро- изводному, образующемуся при присоединении второй молекулы хлора [100]:
50^ СНзСНгСРЩ
СН3СН2СН2С=СН *^С==С^+ СН5СНгСНгСС1гССЬН
СИ
<15%)<15%)(18 %.)
<15%)
<15%)
Механизм реакции, протекающей в этих условиях, не был установлен. При бромировании 1-феннлпропииа в уксусной кислоте в основном образуется траис-дибр ом аддукт, однако обнаружены и значительные количества 4цс"изомеРа’ а также продукты, получающиеся при присоединении уксусной кислоты. При добавлении LiBr преобладающим продуктом становится транс-дпбромпроизводное [101]:
ЫВг Р^\ /Вг
Ph—С=С—СИ» + Вга ►^С=С^
вг/
При реакции с экнимольным количеством брома гексин-3 с высоким выходом превращается в транс-дибромпроизводное [102]. Стереоспецифичность этой реакции можно объяснить с точки зрения образования промежуточного бромопиевого иона, как и в случае алкенов. Однако механизм этих реакций изучен пока еще не так подробно, как для алкенов.
Алкины реагируют и с агентами гидроборирования. Наиболее часто используется присоединение дизамещен пых боранов к алкинам. При обработке образующегося дналкилвинилборана иодом и основанием получается ц«оалкен [103]:
RaBH-рН—С=С—R' —►Л^Ц ’ * )с=сч
Н/"ои Н/
Механизм, предложенный для этого процесса, включает миграцию алкила, инициированную присоединением иода к двойной связи, с последующим стереоспецифичным элиминированием RBI2:
itoito
ito
ito
В реакции, типичные для боранов, вступают и винил борные эфиры, получаемые из ацетиленов и 1,3,2-бензодиоксаборола:
Бром в присутствии основания превращает алкеиилборные эфиры в ви- нилгалогениды. При протолизе в уксусной кислоте происходит восстановление алкина в цис-алкен, тогда как окисление через енол приводит к кетону [104]. Гидроборирование несимметричных алкинов происходит региоселективно, так как бор присоединяется к наименее затрудненному концу тройной связи. Присоединение протекает стереоспецифично как спк-присоединенце [105].
Реакции алюминийорганических соединений с алкинами также находят разнообразное синтетическое применение. Присоединение диал- килалюминингидридов к алкинам идет стереоспецифично как сын-при’ соединение. Образуются винилаланы, которые реакцией с электрофильными реагентами можно превратить в замещенные алкены.
Н, ,А1(Ви-изо)г
RteCH+ (язо-Вв)еА1Н —>/С=С\
ХН
Нх АЦ^и-изс^
R^CR-b(«3o-Bu)3AlH —> ХС=С^
V XR
При обработке винилалаиов бромом или иодом в мягких условиях (тетрагидрофуран, —50 °C) получаются соответствующие винилгалоге- пиды. Расщепление связи углерод—алюминий происходит с сохранением конфигурации [106]:
СН3(СН2)зх /Нt2 СН3(СН2Щ /Н
Н' 'А/СВп-йзоБ1У X
Прямое карбоксилирование винилалаиов с целью получения а, p-ненасыщенных карбоновых кислот не удается, но при небольшом видоизменении реакции можно получить высокие выходы [107], Присоединение метиллития к винилалану дает комплекс, который реагирует с диоксидом углерода или непосредственно или, что более вероятно, после разложения до виниллития и триалкилалана, с образованием «.Р-нена- сыщевных кислот с высоким выходом и стереоспецифично;
СН3(СН2ЪХ ун 'С=С/ н/ ^А:СН3(СН2ЪХ ун 'С=С/ н/ ^А:22CHaLi СН3(СН2)з-CHaLi СН3(СН2)з-н/н//Н :с=с; _/Н :с=с; _'А1(Ви-«зо)2 LV'А1(Ви-«зо)2 LVCOiН+COiН+
СН3(СН2ЪХ ун 'С=С/ н/ ^А:
СН3(СН2ЪХ ун 'С=С/ н/ ^А:
2
2
CHaLi СН3(СН2)з-
CHaLi СН3(СН2)з-
н/
н/
/Н :с=с; _
/Н :с=с; _
'А1(Ви-«зо)2 LV
'А1(Ви-«зо)2 LV
COi
Н+
COi
Н+
СНа
СН3(СН,К /Н(78%)нх хсоон
Присоединение литийдиизобутилметилалюминийгидрида (образующегося in situ из метиллития я двизобутилалюминиигидрида) к алкинам происходит стереоспецифично как транс-присоединение [108]:
RC=CH + Li[(«3c-Bu)sCHjAJH]RC=CH + Li[(«3c-Bu)sCHjAJH]СНзR. /А1(Ва-язс)2 LiСНзR. /А1(Ва-язс)2 LiRC^CR + Li[(«3o-Bu)2CH3AlH]RC^CR + Li[(«3o-Bu)2CH3AlH]CHi/А1(Ви-«зо)2 LiCHi/А1(Ви-«зо)2 Li
RC=CH + Li[(«3c-Bu)sCHjAJH]
RC=CH + Li[(«3c-Bu)sCHjAJH]
СНз
R. /А1(Ва-язс)2 Li
СНз
R. /А1(Ва-язс)2 Li
RC^CR + Li[(«3o-Bu)2CH3AlH]
RC^CR + Li[(«3o-Bu)2CH3AlH]
CHi
/А1(Ви-«зо)2 Li
CHi
/А1(Ви-«зо)2 Li
Г A-BuLHEt^O2 1в»з-Ви13А1НЖ EtQAc, i3Г A-BuLHEt^O2 1в»з-Ви13А1НЖ EtQAc, i3№1[Ю8а](108в](5У [Ю8г]№1[Ю8а](108в](5У [Ю8г]I . (йзо-Ви^Ш (2 моль} СН3(СНг)3С^СН - £с -1> CHs(CH3)tCH(COOH)1 (73%>4. И+1. (изо-вл3аш снасн3х .СН3СН, СН5СН2С^ССН,СН3 -'. - - ;>А=Ч^б'Ыз. (сн>3XCNк ЪЦЫао Bi^sCH s Ai HI/ СН2СН3CHiCHsfeCCHjCHa ^тут—*ZC~X (65%>-tCN^СН.СН/ XnI . (йзо-Ви^Ш (2 моль} СН3(СНг)3С^СН - £с -1> CHs(CH3)tCH(COOH)1 (73%>4. И+1. (изо-вл3аш снасн3х .СН3СН, СН5СН2С^ССН,СН3 -'. - - ;>А=Ч^б'Ыз. (сн>3XCNк ЪЦЫао Bi^sCH s Ai HI/ СН2СН3CHiCHsfeCCHjCHa ^тут—*ZC~X (65%>-tCN^СН.СН/ XnооСНг(СВД5.(CHahCOOCiHs -f-СНг(СВД5.(CHahCOOCiHs -f--H-H'x'Al(B«-«a&s}3LrCHa'x'Al(B«-«a&s}3LrCHaоо(76%)(76%)
Г A-BuLHEt^O
2 1в»з-Ви13А1Н
Ж EtQAc, i3
Г A-BuLHEt^O
2 1в»з-Ви13А1Н
Ж EtQAc, i3
№1
[Ю8а]
(108в]
(5У [Ю8г]
№1
[Ю8а]
(108в]
(5У [Ю8г]
I . (йзо-Ви^Ш (2 моль} СН3(СНг)3С^СН - £с -1> CHs(CH3)tCH(COOH)1 (73%>
4. И+
1. (изо-вл3аш снасн3х .СН3СН, СН5СН2С^ССН,СН3 -'. - - ;>А=Ч^б'Ы
з. (сн>3XCN
к ЪЦЫао Bi^sCH s Ai HI/ СН2СН3
CHiCHsfeCCHjCHa ^тут—*ZC~X (65%>
-tCN^СН.СН/ Xn
I . (йзо-Ви^Ш (2 моль} СН3(СНг)3С^СН - £с -1> CHs(CH3)tCH(COOH)1 (73%>
4. И+
1. (изо-вл3аш снасн3х .СН3СН, СН5СН2С^ССН,СН3 -'. - - ;>А=Ч^б'Ы
з. (сн>3XCN
к ЪЦЫао Bi^sCH s Ai HI/ СН2СН3
CHiCHsfeCCHjCHa ^тут—*ZC~X (65%>
-tCN^СН.СН/ Xn
о
о
СНг(СВД5.
(CHahCOOCiHs -f-
СНг(СВД5.
(CHahCOOCiHs -f-
-H
-H
'x'Al(B«-«a&s}3LrCHa
'x'Al(B«-«a&s}3LrCHa
о
о
(76%)
(76%)
Образующиеся комплексы можно превратить в винилгалогениды или а.р-ненасыщенные карбоновые кислоты способами, аналогичными применявшимся в предыдущих примерах. Многообразие свойств алю- минийорганических соединений позволяет при соответствующем выборе реагентов превращать стереоспецифично алкины в цис- или граис-з вмещенные алкены.. В случае «ф-ненасыщеиных кислот стереохимия продукта определяется просто порядком присоединения реагентов.
В схеме 3.11 приведены некоторые синтезы, в которых винилаланы или вииилаланаты участвуют непосредственно или возможно их образование в качестве, интермедиатов.
СХЕМА ЗЛ1. СИНТЕЗЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛКИЛАЛЮМННИЙОРГАННЧЕСКИХсоединении
Нэс СИ2СНгС^ССНгОН
di [iOS а]di [iOS а]К г н3
di [iOS а]
di [iOS а]
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ДРУГИЕ РЕАКЦИИ* ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВОДОРОДА
/? L. Burwell, Асе-. Chem Res 2,, 289 (1969).
S. Mitztil, A.. Kasahara, in Chemistry of Alkenes, V 2, J Zabicky (ed,), Interscience, New York, NY, 1970, Chap 4
M. Frmtelder, Practical Catalytic Hydrogenation, Wiley — Interscience, New York, NY, 1971.
R L Augustine, Catalytic Hydrogenation, Marcel Dekker, New York, NY, 1965
B, R, James, Homogeneous Hydrogenations, John Wiley, New York, NY, 1973.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ГАЛОГЕНОВОДОРОДОВ
R. C. Fahey, Top. Siereochem. 2, 237 (1968).
CO ЛЬВОМЕ РКУРИРО ВАНИЕ
W’ Kitching, Organomet Chem. Rev,, 3, 61 (Ж.8)
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПСЕВДОГАЛОГЕНОВ
A Hassner, Ace, Chem. Res 4, 9 (1971).
ГИДРОБОРИРОВАНИЕ
H C. Broen, At Af, Rdgic, Organomet. Chem Synth. 1, 305 (1972).
H C. Brown, M. M. Midland, Angew Chem lot Ed. Engi. II, 692 (1972}
C. F. Lane, Chem. Rev 76, № 6, 773—799 (1976) .
ПРИСОЕДИНЕНИЕ К АЦЕТИЛЕНАМ
T. F Rutledge, Acetylenes and Allenes, Reinhold Book Corp., New York, NY, 1969. 0 Modena, V'. Toneilato, Adv. Phys. Org- CJiem 9, 185 (1971)
ПРИСОЕДИНЕНИЕ К АЛЛЕНАМ
К. Griesbaum, Angew Chem Jut. Ed Engl. 5, 933 (4966).
D R. Taylor, Chem. Rev. 67, 317 (1967).
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
I S. Mitsui, У. Senda, H Saito, Bull Chem, Soc Jpn 39, 691- (1966).
lo.S. Siegel, G. Ц Smith. J. Am. Chem. Sor. 82, 6082, 6087 (1960),
C A Brown, J Am Chern Soc 91, 5901 (1969).
la K- Alder, IF Roth, Chain Ber. 87, 161 (1954).
1?. Z P. Ferris, hi. C. Miller, J. Am. Chem. Soc. 88. 3522 (1966)
id 1. F. Sauvage, R. H Baker, A. S. Hussey, J. Ain. Chem. Soc 83, 3874 (1961).
2 H C. Brown, С. Л. Brown, J Am. Chem Soc 85, 1005 (1963).
G. V. Smith, J. R. Swoap, J. Org Chem- 31, 3904 (1966)
3a, R, L. Augustine, Catalytic Hydrogenation, Marcel Dekker, New York, NY, 1965; P. N. Rylander, Catalytic Hydrogenation over Platmtim Metals, Academic Press, New York, NY, 1973, M. Freifelder, practical Catalytic Hydrogenation, Wiley-Iii- terscience, New York, NY, 1971,
C.A.Brown, H. C. Brown,J.Org Chem. 31, 3989(1966).
CA.Brown, J.. Am Chem.Soc 91, 5901 (1969).
HC.Brown, С. Л. Brown.J.Am. Chem. Soc, 84, 2827 (1962),
E.J.Corey, K. Achswa, J,A.Kalzenellenbogen, ,1Am. Chem. Soc., 91, 4318 (1969).
7a. I. A. Osborn, F. H. Jardine, I, F. Young G. Walkinson, J. Chem. Soc. A, 1741 (1966)
76 E. N. Frankl, R. O. Butterfield. J Org. Chem. 34, 3930 (19A9)
7e. R. IF. Adams, G. E. Bailey. J. C, Bailor, J. Am Chem. Sot. 90, 6031 (1968)
7a L. Vasko, R. E. Rhodes, J. Am Chem. Soc 87, 4970 (1965), IF. Strbhmeier, R. Fleischman, Z. KMtirlorsch. 24B, 1217 (196^).
H. В Kagan, T.-P, Dang, 1. Am Chem. Soe 94, 6429 (1972).
8a. E. E. van Tamelen, R. S. Dewey, R. J Timmons, J. Am. Chem. Soc. 83, 37325 11961).
86 R S. Dewey, E. E. van Tatnelen, J. Am. Chem Soc. 83, 3729 (1961)
8e, Е. Е. van Tamelen, R, S. Dewey, М. F. Lease, IF, Н, Pirkle, J Am. Chern- Soc. 83 4302 (1961).
Яг. M Ohno, M, Okamoto, Org Synth. 49, 30 (1969)
8Д BA DdrMeimer, Justus Liebigs Ann. Chem 721, 240 (1969)
E, J Corey, D, L Pasto, IF L Mock, J. Am Cheffl Sncc S3, 2957 (1961)
I fl. E. W. Garbjsch, Jr., S M Schilder out, D. B. Patterson, C, AL Speedier, /, Am Chern. Soc 87, 2932 (1965).
J. G. Traanham, G, R Franzen, G. A. Knesei, D, 7. Norihington, Jr, J, Org. Chem. 32, 3285 (1967).
A. Hassner, J. Org. Chem. 33, 2684 (1968).
R C, Fahey, C. A. McPherson, J Am. Chem. Soc 91, 3865 (1969).
R C. Fahey, R. A. Smith, J Ara. Chem. Soc 86, 5035 (1964).
D. J, Pasto, G R. Meyer, S. Kang, J. Am Chem. Soc 91, 2163 (1969).
M. J. 5. Dewar, R. C. Fahey, J. Am Chem Soc 85, 3645 (1963).
R. C. Fahey, C. A- McPherson, J. Am. Chem. Soc. 93, 2445 (1971); К В. Becker, C A. Grob, Synthesis, 789 (1973).
17a. G. S. Hammond, T. D. Nevill, J. Arn Chem. Soc 76, 4121 (1954); R. C Fahey, C A. McPherson, 3. Am. Cheffl. Soc. 83. <2445 (1971), К. B. Becker, C, A. Grob, Synthesis, 789 (1973).
R. C. Fahey, R, A. "Smith. J, Am Chem. Soc. 86, 5035 (1964).
£). J. Pasto, G. R Meyer, B. Lepeska, J. Аш. Chem Soc. 96, 1858 (1974).
17? G. S. Hammond, С. H. Collins, J. Am. Chem. Soc. 82, 4323 (I960).
У. Packer K- D Stevens, J. Am. Chem. Soc 91, 4205 (1969).
17e.H. Kmart, J. L. Мусе, J. Am Chem Soc. 86, 2601 (1964).
17ac J, K. Stille, F. Af Sonnenberg, T. H. Rinstle, J. Am Chem Soc 88, 4922 (1966).
17з M. Z S. Dewar, R C. Fahey, J. Am Chem Soc. 85, 3645 (1963).
Ии P. R. Freeman, F. A. Raymond, M. F Groslic, J. Org. Chem 32, 24 (1967)
17m K. D. Berlin, R. 0, Lyerla, D. E. Gibbs, J. P. Devlin, Chem. Common., 1246 (1970).
J. Meinwald, J. .Am. Chem. Soc. 77, 1617 (1955).
R. D. Morin, A E, Bearse, Ind. Eng Chern. 43, 1596 (1951); D, T. Dalgleish, D. C, Nonhebet, P. L. pauson, J. Chem. Soc. C, 1174 (1971).
P. E. Peterson, R. J. Bopp, D. M. Chevli, E. L. Curran, D, E. Dillard, R. J. Ramat, J Am. Chem Soc. 89, 5902 (1967).
H. C. Brown, J. H Kawakami, R.-T. Liu, J. Am. Chem. Soc. 92, 5536 (1970).
V. J. Shiner, Jr-, R. D. Fisher, IF. Ddwd. J. Am. Chem. Soc. 91, 7748 (1969).
W. Kitching, Organomet Chem. Rev. 3, 61 (1968).
H. C. Brown, J. H. Kawakami, J. Am Chem. Soc. 95, 8665 (1973).
G. A. Olah, P R. Clifford, 3. Am. Chem, Soc. 95, 6067 (1973).
D- J. Pasto, J. A Gontarz, J. Am. Chem. Soc. 92, 7489); (1970); IF. L. Walers, T. G. Traylor, A.. Factor, J Org. Chem. 38, 2306 (1973).
H. C. Brown, P 7. Geoghegan, Jr„ J Org. Chem 37, 1937 (1972).
F. G, Bordwell, M. L Douglass, J. Am. Chem. Soc. 88, 993 (1966), F, R. Jensen, J. J. Miller, S J. Cnstol, R. S Becklen, J. Org Chem 37, 4341 (1972).
C. L. Hill, G. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc. 96, 870 (1974).
D J. Pasto, J A. Goniarz, J. Am. Chem Seo. 91, 719 ( 1969); G. A. Gray, W^R. Jackson, J Am Chem Soc. 91, 6205 (1969).
H* C. Brown, P J. Geoghegan, Jr-, J. Org. Chem. 35, 1844 (1970).
.77, L. Wehrmeisier. D- E. Robertson, J Org. Chem 33, 4173 (1968),
H, C. Brown, W. J. Hammar, J, Am. Chem. Soc 89, 1524 (1967).
я H. C. Brown, P. J. Geoghegan, Ir., G. L Lynch, L T, Kurek, J Org, Chem 37, 1941 (1972).
31?. H. C Brown, M -H. Rei, J. Am. Chem. Soc. 91, 5646 (1969).
31d.tf.CBrown, JI. Kurek, J. Am. Chem. Soc91, 5648 (1969)
.J.H.Ralston,K. Yates, J. Am Chem Soc91, 1469, 1477 (1969)
G.A.Olah, J,M. Bollinger, J. Brinich, JArn. Chem Soc. 90,2587(1968);
G.A.Olah, P.Schilling, P. W, IPesterrnan,H C. Lin, J. Am. Chern,Soc.96,3581
(1974)
J. Strafing, J. H. Wieringa, H. Wynberg, Chem Commun, 907 (1969).
M. L. Poutsma, J. Am? Chem. Soc. 87, 2161, 2172 (1965).
R. C. Fahey, J Am. Chem. Soc. 88, 4681 (1066) R. C. Fahey, C. Schubert, J Am. Chem Soc 87, 5172 (1965) .
. R. J_ Abraham, J. R, Monasterios, 3. Chem. Soc Perkin Trans. I, 1446 (1973).
M L. Poutsma, J. Am. Chem Soc 87, 4285 (1965).
R. О. C. Norman, С. B- Thomas, J. Chem Soc B, 598 (1967).
D. R. Dalton, V. P. Dutta, D. C Jones, J. Arn. Chem Soc. 90, 5498 (1968), G. O. Ouss, R. Rosenthal. J. Am. Chem Soc. 67, 2549 (1955).
4k M. L. Poutsma, J. L, Kartell, J, Am. Chem. Soc. 89, 6595 (1967),
P. S. Shell, R. R, Paolis, J. Am. Chem Soc 86, 2956 (1964); R. L. Ayres, C. J. Mi- chejda, E. P. Rack, J, Am Chem. Soc. 93, 1389 (1971).
V, L. Heasley, C L, Frye, R. T. Gore, Jr P. S. Wilday, J. Org. Chem. 33, 2342 (1988).
At. L. Poutsma, 3. Org., Chem. 31, 4167 (1966).
V. L. Hensley, S К Taylor, J Org Chem. 34, 2779 (1969)
45a A. Hassner, R P. Hoblitt, C. Heathcock, L E. Kropp, Л4 Lorber, J Am Chem Sac 92, 1326 (1970); A Hassner, M E. Lorber. C. Heathrock, J Org Chem. 32, 540 (1967).
A Hassner, F. P. Boerwhnkte, A. В Less, J Am. Chem Soc 92, 4879 (1970).
45з. A F. Fowler, A, Hassner, L. .4. Leng. J Am Chern. Soc 89, 2077 H967).
45г, 7, Melnwald, У. C. Meinwald, T, N- Baker, III, J. Am. Chem. Soc. 86, 4074 (1967); Л, П. Кадзяускас, H. С. Зефиров, Усп. хим. 37, 543 (1968)
455. H. С. Hamann, D. Swern, J Am. Chem. Soc. 90, 6481 (1968).
45e. F. H. Mueller, P E. Butler, J Am Chem. Soc 90, 2075 (1968); F A Thaler, J, Org. Chem. 34, 871 (1969).
45ж. E. L Corey, F. A. Caren, R. A. E, Winter, J Am. Chem Soc 87, 934 (1965), D, J. Pettit, G. К Hefoikamp, J Org. Chem. 29, 2702 (1964).
A, Hassner, C. Heathcock, J Org. Chem. 30, 1748 (1965).
A, Hassner, F- Boer winkle, J Am Chem Soc. 90, 216 (1968).
48 B, F. Ponder, T. E. Walton, F. J Pollock, J. Org. Chem. 33, 3957 (1968) .
M. Ohno N. Naruse S. ToHmitsu, M. Okamoto, Bull Chem. Soc Jpn. 39, 1119 (1966).
Л Melnwald, У. C. Melnwald T. N. Baker, III, I Am Chem, Soc. 86, 4074 (1964); B. F. Ponder, D R. Walker, J. Org Chem 32, 4136 (1967).
К. B. Sharpless, R. F. Lauer, J Org- Chem. 39, 429 (1974).
H. J. Reich, J. Org Chern 39. 428 (1974).
F. D. Langley, Org Synth. 1, 127 (1944) [СОП 1, 139 (1949)].
E. L Corey, J. Am. Chem. Soc. 75, 2301 (1954).
E. F. FarnAo/), D. G. Martin. F. S. Johnson, Org Synth IV, 162 (1963).
E TH. Kosower, F 7, Cole, G.-S Fit, D. E. Cardy, G Meisters, J. Org Chern.
630 (1963)- E. M. Kowower, G.-S. Fa, J. Org. Chem 28, 633 (1963).
L. C. King, G. K. Ostrurn, J. Org. Chem. 29, 3459 (1964)
D„ P. Bauer, R. S Macomber, J Org Chem 40, 1990 (1975).
В M. Trost, T. N, Salzmann, J. Am Chem Sac 95, 6840 (1973) .
60 В. M. Trost, У. Tamaru, J Am Chem Soc. 97, 3528 (1975)
К. B. Sharpless, R. F.. Lauer, A Y. Teranishi. J. Am.. Chem Sac 95, 6137 (1973).
. H. J. Reich, J. L. Reich, L M. Renga, J. Am Chem Soc, 95, 5813 (1973)
L. TH. Braun, R. A Braun, H. R. Crissman, M. Opperman, R. M, Adams, J. Org. Chem. 36, 2388 (1971); C. F. Lane, J Org Chem. 39, 1437 (1974).
63a. G. Zweifel, H. C. Brown, Org- React. 13, 1 (1963).
04 E. F. Knights, H. C, Brown, J, Am. Chem.. Sac 90, 5281 (1968); C, G Scouten, H. C, Brown, J. Org. Chem. 38, 4092 (1973).
65 D. J. Pasto, B. Lepeska, T.-C;Cheng., J. Am. Chem Soc, 94, 6083 (1972); P, R, Jones, J. Org. Chem. 37, 1886 (1972).
65a. H, C. Brown, G. Zweifel, J Am. Chem. Sac- 83, 2544 (1961)'.
?j5o. R Dulou, У. Chretien-Bessiere, Bull. Soc. Chini. Fr, 1362 (1959).
66 H. C. Brown, M. M. Midland, G. F. Kabdlka, J. Am. Chem. Soc 93, 1024 (1971).
67 fl. C. Brown, С. P. Garg, J. Am. Chem Soc. 83, 2951 (1961),
M. F. Rathke, N, Inoue, К R. Varma, H. C Brown, J. Am. Chem Soc. 88, 2870 (1966).
49 H. C. Brown, Л1 M Midland, A В Leap, J. Am Chem Soc. 95, 2394 (1973).
7(1 H C. Brown, M. F. Rathke, M. Л1 Roglc, 5. Am. Chem Soc. 90, 5038 (1968).
71HC.Brown,C.F. Lane, J. Am. Chem Sac. 92, 6660 (1970).
*2H.C.Brown,С.H. Snuder, J. 71m. Chem. Soc. 83, IP02 (1961).
"sH.C.Brown,M.F. Rathke. J Am Chem Soc. 89, 2737 (1967).
"4HC.Brown.M,F Rathke, J. Am Chem- Soc 89, 2738 (1967).
"5 Л1 F. Rathke, H. C Brown, J.. Am Chem. Soc 89, 2740 (1967).
“r H C Brown, E Negishi, J Am. Chem Soc. 89, 5285 (1957).
7" H C. Brown, E. F. Knights, R A. Coleman, J. Am Chem.. Soc 91, 2144 (1969); H C. Brown, R„ A. Coleman, J Am Chem. Soc 91, 4606 (1969); H. C. Brown, F. F. Knights, C. G. Scouten, J Am. Chem. Soc 96, 7765 (1974)
* j 4.. Suzuki, A. Arase, 77. Matsumoto, M itoh, H. C Brown, M. M. Regie, M. F. Rathke, J. Am. Chem. Sac, 89, 5708 (1967).
"‘i H C. Brown, TH F. Rathke, G. F. Kabalka, M TH. Roglc,4 J. Am. Chem. -Soc. 90, 4166 (1968).
H. C. Brown, M. M. Roglc, M F Rathke, G F, Kabalka, J Am chem. Soc. 89, 5709 (1967).
H C Brown. G F. Kabatko, J Am Cltem. Soc 92; 714 (1970).
"4 E. Negishi, H C Brown, J Am Chem. Soc. 95, 6757 (1973).
“ ti F Kabajka, H. C. Brown, A. Suzuki, S. Honma, A. Arase, M. Hob, J Am Chem. Sac. 92, 710 (1970).
~ H, C. Brown. Л!. M Rog.ic, M F Rathke, G F. Kabalka, J. Am. Chem. Soc, 91, 2151 (1969).
£ Negishi, H C Brown, J Am Chem Soc. 95, 6757 (1973).
C Brown, Л1 Al 7?,?^(e. M F. Rathke, G F. KnbiilC'i, J Am Chem. Sac. 90, I1968j.
81а Н С. Brown, М. М Rogic, J. Am. Chem Soc. 91, 2145 (19691.
Siti H. C Brown, H. Nambu, AL M. Rogil, J. Am. Chem Soc, 91, 6855 (1969)', 816 H. C. Brown, AL AI. Rogic, H. Nambu, M. №.. Rathke, J. Am. Chem. Soc, 91, 214 Sie Vc Brown H Nambu M. M. Rogic, J. Am Chem. Soc. 91, 6853 (1969).
H C Brown H. Namba, M M. Rogic, J Am. Chem. Soe 91, 6855 (1969).
8k- Л Hook, S Linke, J Am Chem. Soc 90, 5936 (1968).
81Ж. J. Hook, S. Linke, J Am. Chern. Soc. 90, 6891 (1968)
H. C Brown, AL AL RogH, Al. №. Rathke, G. №. Kabalka, J. Am Chem. Soc. 91 2151 (1969).-
S3, H. C, Brown, AL M Midland, 4. B. Leoy, J. Am Chem Soc 94, 3662 (1972).
J. Hooz J, N Bridson, J. G. Calzada, H, G, Brown, M. Ai Midland, A. B. Leet J. Org. Chem. 38, 2574 (1973).
H, C. Bro^n. P. Heim, N. M. Yoon, J, Am Chem. Soc 92, 1637 (1970).
K. Griesbaum, № Naegele, G. G. Wanless, J. Am Chem. Soe. 87, 3151 (1965)
T. Okuyama, К 1мм, T. Fuerte, J. Am. Chem. Sqc 95, 6749 (1973).
T. L. Jacobs, R. N. Johnson, J. Am Chem Soc. 82, 6397 (I960).
W L. Waters, E F. Kiefer J. Am Chem. Soc. 89, 6261 (19671-
A. Yates, G. H. Schmid, T. W. Regulski, D G. Garrati, H.-W. Leung, R McDonald J., Am. Chem. Soc. 95, 160 (1973).
P EPetersonJ.E. Duddey, J. Am, Chem Soc. 88, 4990 (1966).
R. C.Fahey, DHLee, J. Am. Chem. Soc. 90, 2124 (1968),
G. F,Неппюп,CJ Pillar, J Am. Chem Soc. 72, 5317 (I960)
93a R. J.Thomas,КN. Campbell, G F. Hennton, J. Am Chern. Soc 60, 718 (1938)
986 R. №. Bott, C Eaborn, D R. Al. Walkm. J. Chem. Soc., 384 (1965)., 93b. D. S. Noyce, M. A. MafeskL. P. E. Peterson, J Am. Chem. Soc. 89, 6225 (196() 93г G. N. Stacy R A. Mikulec, Org Synth. IV, 13 (1963).
93d D Caine, F. N. Taller, J. Org Chem. 38, 3663 (1973),
94 H. Lindlar, R. Oubuis, Org. Synth. 46, 89 (1966).
D. J. Cram, N. L. AlUnger^ J Am. Chem. Soc. 78, 2518 (1956).
95a №. Rimel, J. D Surmatis, J. Weber, G. 0. Chase, N. №. Sax, ,4. Ojner, J Org Chem 22, 1611 (1957)
956 A. Padwa, L, Brodsky, S. Clough, J Am Chem Soc. 94, 6767 (1972), 95» A L. Henne, К №.. Greenlee, J Am. Chem Soc. 65, 2020 (1943).
95 г R. E. A. Dear, F. L. M. Pattison, J Am Chem. Soc, 85, 622 (1963).
956.N. A, Dobson, R. A. Raphael, J. Chem Soc , 3553 (1955).
96a M, Freifelder, Practical Catalytic Hydrogenation, WileyAnterscience New York NV 1971, pp. 84—110.
R, L. Augustine, Catalytic Hydrogenation, Marcel Dekker, New York, NY 1965 97. H. O. House, E. F. Kinloch, J Org Chem. 39, 747 (1974).
J, D. Chantey, H, Sobotka, J. Am. Chem. Soc. 71, 4140 (1949); E, F. Magoon L H, Slaugh, Tetrahedron 23, 4509 (1967),
M. L. Poutsma, J L. Kartell, Tetrahedron 22, 2167 (1966).
A. T. Morse, L. C Leitch, Can. J Chern 33, 6 (1955).
10L J. A. Pincock, K. Yates. J Am. Chem. Soc. 90, 5643 (1968).
102 J. A. Pintock, K. Yates, Can J Chem 48, 3332 (1970).
G. Zweifel, R P. Fischer, J, I. Stow, С. C. Whitney, J Am Chem. Soc. 93, 6309 (1971).
"H, C. Brown, T. Hamaoka, N RaaMran, J. Am. Chem Soc 95, 6456 (1973)..
HC Brown,S.K. Gupta,J. Am. Chem. Soc. 94, 4370 (1972)
G.Zwei-kUСCWhitnev,j. Ara Chem. Soc 89, 2753 (1967).
G.Zsieifel,R.B.Steele, JAm Chem Soc- 89, 2754 (1967),
108G.Zweifel,RВSteele, JAm Chem. Soe 89. 5085 (1967),
108a E J Corey, H A. Kirsi, J, A. Katzeneilenbogen, 3. Am Chem. Soc 92, 6314 (1970). .1086 G Zweifel, R B. Steele, Tetrahedron Lett, 6021 (1966).
108» G. Zwelfel, J. T„ Sn-'№,'C. C Whitney, J Arn Chem.1 See, 90, 7139 (1968).
108a K, F. Bernady, M. J. Weiss,. Tetrahedron Lett 4083 (1972).
(Литература к задачам, приведена на с, 434)— 3.1. Предскажите направление присоединения и Строение продукта в каждой из слс- дующих реакций-(Литература к задачам, приведена на с, 434)— 3.1. Предскажите направление присоединения и Строение продукта в каждой из слс- дующих реакций-(а) (СНа)2С=СН2 + Ph SCI(а) (СНа)2С=СН2 + Ph SCI(в) (СНа)3ССН=СНСН3 /СН3 BrNi(в) (СНа)3ССН=СНСН3 /СН3 BrNi1, BsH61, BsH62, Н^Од2, Н^Од(6) СНзСН2О—с=сн(6) СНзСН2О—с=сндчео—н^одчео—н^оЗАДАЧИ
(Литература к задачам, приведена на с, 434)
— 3.1. Предскажите направление присоединения и Строение продукта в каждой из слс- дующих реакций-
(Литература к задачам, приведена на с, 434)
— 3.1. Предскажите направление присоединения и Строение продукта в каждой из слс- дующих реакций-
(а) (СНа)2С=СН2 + Ph SCI
(а) (СНа)2С=СН2 + Ph SCI
(в) (СНа)3ССН=СНСН3 /СН3 BrNi
(в) (СНа)3ССН=СНСН3 /СН3 BrNi
1, BsH6
1, BsH6
2, Н^Од
2, Н^Од
(6) СНзСН2О—с=сн
(6) СНзСН2О—с=сн
дчео—н^о
дчео—н^о
—- 3:2, Объясните, почему при каталитическом гидрировании Л9 окталина основным про-' дуктом является транс-декалин
— 3.3, а) Предскажите стереохимию каталитического гидрирования приведенного ниже
соединения;
СН2ОН
Предскажите стереохимию восстановления соединения (I) при использовании гомогенного катализатора гидрирования трис(трнфешглфасфин)родийхлорвда.
— 3.4. Если гидрирование гекссна-1 над платиновым катализатором остановить после того, как реакция пройдет на 95%, большая часть пскроррагпровавшего алкена будет представлять собой смесь цис- и трйнс-гексепов-2 Объясните это наблюдение.
— 3.5. При бромировании 4-трег-бутшциклогексена в метаноле образуется смесь двух соединений в соотношении 45:55, причем оба продукта имеют состав CiJCiBrO Предскажите структуру и стереохимию этих продуктов, Каким образом можно подтвердить Ваши предсказания?
— 3.6- Предложите стереоселективный синтез каждого из изомерных эпоксидов, полученных из приведенного ниже стероидного олефина:
— 3.7. Исходя из алкена RCH = С ЕЕ, покажите, как можно использовать промежуточ- • «ые борорганические соединения в каждом из следующих синтетических превращений: $О
Iад RCH=CH3 —> RCH£CH2CH2CPh
I(?) RCH=CH, —> RCH2CH2CH=O
:СНЭ О
ад rch=ch2 —> RCH2CH2CHCH2GCH3
RCH2CH2x/CHj
(г) RCH=CH2 —►/С=Сх
W'H
0
il
(a) rch=ch2 —► rch2ch2cch2ch2r
(e) RGH=GH2 —> RCHiClhC^COOCiHs
— 3.8. При превращении триалкилборанов в триалкнлкарбиноды в качестве одного г углеродных фрагментов кроме оксида углерода можно использовать цианид натр, или хлордифторметан. В первом случае боран обрабатывают пр а ни дом натрия, а по,* ченный аддукт — ангидридом трифторуксусной кислоты. В реакции е хлордифтормет*,: ном используется другой реагент — трет-алко голят калия. При окислении пероксидд, водорода образуется карбинол, Предложите механизм для каждого случая,
— 3.9, При гидроборировании — окислении в качестве основного продукта образует; - вещество (3), если стадия гидроборирования проходит очень быстро (7 с); если гидр борирование проводить в течение значительно большего периода времени (2 ч), то : качестве основного продукта образуется соединение (4). Объясните.
tcPhCH=CHOC2Hs2tcPhCH=CHOC2Hs2ОНPhCHCH2OCsH5зОНPhCHCH2OCsH5зPhCH2CH2OH4PhCH2CH2OH4
t
cPhCH=CHOC2Hs
2
t
cPhCH=CHOC2Hs
2
ОН
PhCHCH2OCsH5з
ОН
PhCHCH2OCsH5з
PhCH2CH2OH
4
PhCH2CH2OH
4
-ЗЛО. При оксимеркурировании 4-грет-бутилциклогексена с последующим восстановлю нием борогидридом натрия образуются фис- и транс-Л-трет-бутилциклогексагюлы приблизительно в равных количествах. 1-Мети л-4-тргт-бутилциклогексен в аналогичных условиях дает только Ч“с-4-трет-бутилЛ-метИлцнк,чогексанол. Сформулируйте механизм реакций оксимеркурирования — восстановления, который соответствует этим стереохимическим результатам.
— 3,1 L Предскажите основной продукт в реакции оксимеркурировании—восстановительного де мер курирования пентадиена-1,3.
— 3.12. Предложите последовательность реакций дм проведения каждого из следующих превращений;_
— 3,13. Каждое из следующих соединений в указанных условиях дает продукт присоединения иной, чем образующийся при простом присоединении го-стиприте,пн, катапи- зуемом кислотой. Предложите возможные структуры на основании механизма реакций.
(а)(а)CHgC ООНCHgC ООНBF.jBF.j
(а)
(а)
CHgC ООН
CHgC ООН
BF.j
BF.j
— 3.14. а) Относительные скорости присоединения хлористого водорода к транс Л -фенил бутадиену-1,3, цис-i-фея»,лбутадиену-1,3 и 1-фенилбутадиеву-1,2, составляют соот^ ветственно 63:1,0:12. Во всех случаях образуется транс-З-хлор-Ьфенидбутеп-Г Обсудите наблюдаемые факты.
6) Гидратация уняешш-5-ова-2 сульфатом ртутн и серной кислотой в метаноле региоселектнвиа, образуется ундекандиой-2,5 с выходом 85%, Объясните высокую селективность.
— 3.15, Одним из методов получения информаций об интермедиатах каталитического гидрирования является исследование направления введения дейтерия, когда насыщенный углеводород распределяют на поверхности катализатора, насыщенной дейтерием. Ниже приведены первоначальные продукты некоторых таких реакций частичного обмена. (Длительная выдержка обычно приводит к более беспорядочному распределению дейтерия.) Обсудите эти реакции и покажите, какую информацию можно получить об адсорбированных интермедиатах в реакциях гидрирования.
СНЭСН,—С—CH2DСН3СНЭСН,—С—CH2DСН3С1ЬС1ЬНаС D
СНЭ
СН,—С—CH2D
СН3
СНЭ
СН,—С—CH2D
СН3
С1Ь
С1Ь
СНз—С—С—СПз
НЭС СПз
d п
Н.3С X /н
Н3сЛ
h-JUh .
DD
— 3,16. При реакциях триалкилборанов с а-яиазокетопами или «■ дидзоэфирами в D;<O образуется нонодейтерированный продукт. Предложите подробный механизм для объяснения этого факта.
ОDO
Il DiD i I!
R3B + N2CH—CR' > ROH—CR'
— 3.17. Укажите условия проведения следующих превращений:
(я) СН$СНгС»ССН2СНе(я) СН$СНгС»ССН2СНе
(я) СН$СНгС»ССН2СНе
(я) СН$СНгС»ССН2СНе
(г) СН8(4На)8С=СН —*(г) СН8(4На)8С=СН —*
(г) СН8(4На)8С=СН —*
(г) СН8(4На)8С=СН —*
СНз
(б) СНВСН=СНСН3 —> СНвСН5СНСНгСНгСН=О
О Ph I
(в)(в)РНСН=СНСНз —> СНаОСМНСН—СНСНа
(в)
(в)
— 3.18, Бромирование янцилцинлопропава идет по крайней мере в 300 раз быстрее, чем бромирование гексена-L Напротив, скорости реакций этих двух злкенов с арил- сульфениле алогеиидом близки (винилццыопропан реагирует в 2 раза быстрее). Как Вы можете объяснить это различие? Что можно сказать о структуре продуктов, исходя из скоростей реакции?
ГЛАВА 4
•^ i Ф $ Ф + $♦$♦++'
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫИ ДРУГИХ ФУНКЦИЙ
РЕАГЕНТЫ-ПЕРЕНОСЧИКИ ГИДРИД-ИОНОВ
В большинстве современных методов восстановления карбонильной и других функциональных групп используют реагенты, способные к переносу гидрид-ионов от атомов Ш группы периодической системы. Многие реагенты этого типа обеспечивают значительную селективность и стереохимический контроль реакций. Наиболее известными реагентами являются борогидрид натрия и алюмогидрид лития. Борогядрид натрия относится к мягким реагентам, он легко восстанавливает только альдегиды и кетоны. Алюмогидрид лития — один из наиболее активных переносчиков гидрид-ионов, он легко восстанавливает кетоны, сложные эфиры, кислоты и даже амиды. Реакционные способности этих реагентов и ряда других восстановителей такого тина приведены в табл. 4 1.
Предполагается, что все комплексные гидриды элементов III группы периодической системы осуществляют восстановление по очень сходному механизму. Он включает перенос гидрид-иопа, сопровождающийся координацией с атомом металлоида;
Так как в общем случае каждый из атомов водорода может при опре-деленных условиях подвергаться гидридному переносу, то в ходе вос-
ТАБЛНЦА 4.1. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ РЕАГЕНТОВ-ПЕРЕНОСЧИКОВ ГИДРИД-ИОНОВ
Pearear
Обычные продукты реакция *
Литература
хлор* 0 ангидридов кислот
альдегидов
кетонов
сложных эфиров
КИСЛОТ
амр1Дов
тйГЧН4 **СпиртСпиртСпиртHP—HP—
Ъ СН4 **СпиртСпирт,СпиртСпиртСпиртАмин—
_ А; 1ОВи-грет)зНАльде-СпиртСпиртОчень—Альде-[1а]
гидмедленногид
\ ТчСпиртСпиртСпиртСпиртСпиртАмин[16]
j Ч—СпиртСпиртHPСпиртАмин[1й]
GH3)2CHCH(CH3)]2BH HPСпиртСпиртHP*4*HPАльде-[1г]
гид
."HahCHCHilgAlH—СпиртСпиртАльде-—Альде-[13]
гидгид
* НР —не реагирует
** См с ласок общей литературы о конце этой главы, ”• Лактоны превращаются в лактолы, см (16}.
становления реально функционируют несколько различных гидридных доноров:
’BH* + R2CO —* r2chobh3
RsCHOBH3 + R2CO > (RaCHO)2BH2
(R2CHO)2BH2+RaCO -> (R2CHO)2BH
(R2CHO)3BH+R2CO —> (R2CHO)4B
Это несколько усложняет интерпретацию кинетики и стереохимии реакций, но отнюдь не умаляет препаративных достоинств этих восстановителей [1]. При гидролизе алкоксиборанов выделяются образующиеся в реакции спирты. Это происходит либо в ходе реакции, либо при обработке реакционной смеси:
(R2CHO)4B" + H2O -^—>■ R2CHOH+В(ОН)3
Восстановление производных карбоновых кислот гидридами, например превращение эфиров в спирты, включает помимо гидридного переноса стадию элиминирования:
О ,J1H3 О^Н3 О
RG ' Н —► RCH —RCH + ROA1H,
ORфЦ
oj jMHnoR'
Rc ^ H—^RCH^O-AIHjOR^RCHjOH
H
В случае амидов селективно образуются амины
О J Л1Н3
КС * н -
Vo—Л1Н3R и
* Rt^ll—4 HOAJH3
nh2
/Чн
фНЕnh
RCH2NA1H2OH ^rch2nh2
так как азотсодержащий фрагмент является худшей уходящей группой по сравнению с кислородсодержащим Восстановление амидов является важным методом синтеза аминов [2, 3]:
-СОМ(СН3)2-СОМ(СН3)2LIAII-ЦLIAII-Ц(88%)(88%)ыли-цыли-цСН2Ы(СН3)2СН2Ы(СН3)2
-СОМ(СН3)2
-СОМ(СН3)2
LIAII-Ц
LIAII-Ц
(88%)
(88%)
ыли-ц
ыли-ц
СН2Ы(СН3)2
СН2Ы(СН3)2
Восстановление карбонильной группы кетонов и альдегидов гидрид- ными реагентами до группы СН2 осуществляется только тогда, когда структурные особенности молекулы способствуют элиминированию атома кислорода из первоначально образующегося карбинола. Иногда это происходит в случае ароматических карбонильных соединений, если кольцо содержит сильную электронодонорную группу. Это явление
„сычно наблюдается при восстановлении карбонильных соединений-- производных обогащенных электронами гетероциклических систем, на- г ример пиррольной [4]:
Одним из наиболее трудно осуществимых вариантов селективного госстановлепия является превращение производных карбоновых кислот < альдегиды без дальнейшего восстановления до спиртов. Такая селек- - явность достигается несколькими способами. Один из них заключается -• замещении нескольких гидридных атомов объемистыми группами; из- 4; едение реакционной способности при этом достигается за счет про- । ранствеппых факторов. Примером подобного подхода может служить лгользовапир три-тдет-бутоксиалюмогидрида лития [6]. Этот реагент ■лучают обработкой LiAIH4 нужным количеством трет-бутилового . щрта. Из табл. 4.1 видно, что три-трет-бутоксиалюмогидрид лития при- - дсп для восстановления хлор ап гидридов кислот до альдегидов без учетного дальнейшего восстановлении до спиртов. Получены и другие - лалкоксиалюмогидриды на основе менее пространственно затруднен- -ых спиртов; изучена их реакционная способность [7]. Во многих слу- ■ зях подобные реагенты по селективности превосходят простые гид- ; ДЫ.
Уникальной растворимостью и реакционной способностью обладают продукты взаимодействия некоторых спиртов, содержащих и другие функциональные группы, с алюмогидрндом лития [8]. Например, бис- г2-метоксиэтокси) алюмогидрид натрия („Redal") растворим в бензоле даже при —70 °C. Этим реагентом можно восстанавливать сложные ^фиры до альдегидов:
(СН3)3ССООСНЭ + (CHiOCHiCH^iAIIIi —> (СН3)зССН=О i8i%)
Лактоны восстанавливаются до циклических полуацеталей (лактолов).
Другое решение проблемы восстановления производных кислот до альдегидов заключается во в ведении групп, предотвращающих элими- лцрование воды из частично восстановленного интермедиата. Такое влияние оказывает, например, азиридиновое кольцо за счет /-напряже- -пя, возникающего при элиминировании [9]. Частично восстановленный -ромежуточный карбиноламин устойчив к дальнейшему восстановлению л при последующем гидролизе образует альдегиды:
ООО'
О
О
:—м-:—м-+ LiAlH4 —> RCH-X+ LiAlH4 —> RCH-X
:—м-
:—м-
+ LiAlH4 —> RCH-X
+ LiAlH4 —> RCH-X
|н4 н2о
RCHO
Р*12. LtAIH4Р*12. LtAIH4СОС1СОС1/Pll "
Р*12. LtAIH4
Р*12. LtAIH4
СОС1
СОС1
V (63%) {См. £10])
ШНО
Ацильные производные некоторых ароматических азотсодержащих гетероциклов также восстанавливаются только до альдегидов. Здесь элими нирование невыгодно, так как свободная пара электронов азота делокализована в ароматической л-системе и не может эффективно содействовать отщеплению атома кислорода [11]:
KCHCftjKCHCftj
KCHCftj
KCHCftj
н$о. н+' > RCH=oн$о. н+' > RCH=oВосстановление нитрилов триэтоксиалюмогыдридом исследовалось в качестве метода синтеза альдегидов; они обычно получаются с хорошими выходами [12]. В другой методике в качестве исходных веществ используют N.N-диметиламиды, а в качестве восстановителя — триэто- ксиалюмогидрнд (или диэтоксиалюмбгидрид) [13]. Успех обеих методик зависит от стабильности интермедиата, образующегося на первой стадии, к дальнейшему восстановлению. При последующем гидролиз'е выделяют альдегид:
н$о. н+
' > RCH=o
н$о. н+
' > RCH=o
RC=N + (EtOhAlH —> RCH=N—Al(OEt)$
ОО—AJ(OEt)3
II-IЩо, Н*
RCNtCH^-НШ0)3А1Н —> RCH—N(CH3)2> RCH=O
Диал кил бораны и дпалкилалюмогидриды полезны также в тех случаях, когда необходимо провести парциальное восстановление сложных эфиров или амидов. Интермедиаты, образующиеся на первой стадии гидридного переноса, стабилизованы в условиях восстановления; последующий гидролиз приводит к карбонильным соединениям. В частности, диизобутил алюмогидрид успешно используют для восстановления эфиров до альдегидов [14, 15], лактонов до лактолов [16] и для восстановительного расщепления амидов кислот [17].
СН3СООСНЭСН3СООСНЭNHNH1, (азоВ|Л2А1Н2. PhCuCi1, (азоВ|Л2А1Н2. PhCuCiСН2СН=ОСН2СН=ОNCOPhNCOPh(70%)(70%){См, [МД{См, [МД
СН3СООСНЭ
СН3СООСНЭ
NH
NH
1, (азоВ|Л2А1Н
2. PhCuCi
1, (азоВ|Л2А1Н
2. PhCuCi
СН2СН=О
СН2СН=О
NCOPh
NCOPh
(70%)
(70%)
{См, [МД
{См, [МД
Препаративное применение нашло также парциальное восстановление нитрилов диизо бутил алюмогидридом до иминов, которые затем гидролизуют [18, 19]:
(изо Ви)2Л1Н
СНгСН=СН(СН2ЪС—N > СН3СН=СН(СН2)3СНО {См. [1811
Н+, ЩО
(64%)
Цианоборогидрид натрия [20] по свойствам близок к борогидриду натрия, но значительно меггее реакционноспособен по отношению к карбонильной группе при нейтральных значениях pH. Его используют для восстановления до аминов систем со связью C = N. Реакция быстро протекает при тех значениях pH, когда фрагмент C = N протонирован. При
pH 6—7 NaBHgCN практически не реагирует с карбонильными соединениями, но легко восстанавливает протонированные имины. Это позволяет синтезировать амины из карбонильных соединений без выделения промежуточных иминов. В системе устанавливается равновесие между карбонильным соединением и аммиаком или алкиламином с одной стороны, и имином — с другой. Так как имин селективно восстанавливается ио мере его образования, эта реакция приводит к получению замещенных аминов с хорошими выходами [21]:
R2C=O+R'NHa ^ R2C=NR'
R1C=NR' + H+ ^ R2C=NHR'
R2C^NHP/ + BHaCN —> R2CHNHR'
Сам диборан также находит некоторое применение как восстановитель. Пожалуй, наиболее полезной оказалась его способность селективно восстанавливать карбоновые кислоты до первичных спиртов в мягких условиях [22]. Диборан гораздо менее реакционноспособен по отношению к некоторым другим функциональным группам, которые атакуются ионными гидридными восстановителями или гидрируются каталитически в условиях, необходимых для восстановления карбоксильной группы. Например, сложноэфирная, нитро- и цианогруплы восстанавливаются дибораном гораздо медленнее, чем карбоксильная группа. Диборан способен также восстанавливать амиды. Третичные и вторичные амиды восстанавливаются с его помощью довольно легко, первичные амиды реагируют медленно [23]. Исчерпывающее восстановление амидов алю- могидридом лития требует жестких условий. Поэтому селективное восстановление амидной группы в присутствии таких функциональных групп, как сложноэфирпая и нитрогруппы, лучше проводить с помощью диборана.
Другим важным аспектом реакционной способности гидридных восстанавливающих агентов является их стереоселективность. Стереохимия восстановления гидридами наиболее детально исследовалась на производных циклогексанона. Одни реагенты данного типа при восстановлении циклогексанонов дают в основном аксиальные спирты, тогда как другие приводят преимущественно к экваториальным спиртам. Было показано, что образование аксиальных спиртов наиболее вероятно, если используют пространственно затрудненные переносчики гидрид-ионов. В общем случае считают, что это происходит за счет большей доступности экваториального направления для атаки тдрнд-ноком, которое и оказывается предпочтительным для объемистых реагентов. Для описания такого поведения был предложен термин стерический контроль подхода [24], - "
(минорный проект)(минорный проект)
(минорный проект)
(минорный проект)
(основной продукт)
При использовании менее пространственно затрудненных гидриДных доноров, в частности борогидрида натрия и алюмогидрида лития, циклогексаноны превращаются преимущественно в экваториальные спирты; факторы, приводящие к такому результату, гораздо менее ясны. Конечно, более стабильными из двух возможных изомеров являются экваториальные спирты. Стереохимия гидридного восстановления определяется кинетическим контролем; предполагали, что относительно большая стабильность экваториальных спиртов может найти отражение в энергии переходного состояния и стать доминирующим фактором при отсутствии серьезных пространственных препятствий. Для такого объяснения стереохимии реакции был введен термин контроль образующимся продуктом. Это вызвало ряд возражений, преимущественно основанных па принципе Хэммонда, Обычно реакции восстановления гидридами экзотермичи ы и характеризуются низкими энергиями активации. Переходное состояние должно быть похоже на исходный кетон и только в незначительной мере может отражать структурные особенности продукта реакции; учитывая это, трудно попять, как стабильность продуктов реакции может определять их соотношение.
Более современное объяснение предпочтительности образования экваториальных спиртов в случаях, не осложненных пространственными затруднениями, основано на анализе торсионного напряжения, возникающего в двух переходных состояниях [25]. Иная точка зрения на затрудняющие электронные факторы высказана в работе [26]. Предпочтительное образование экваториального спирта объясняется торсионным напряжением, которое развивается в переходном состоянии, ведущем к аксиальному спирту.
П переходном состоянии (1) торсионное напряжение возникает при прохождении иfгео!-.ри ;э щ рез заслоненную конформацию, в переходном состоянии (2) кислород удален от эта нормальных атомов водорода, торсионное, напряжение отсутствует.
В табл 4 2 проводится сравнение стерического хода восстановления нескольких кетонов гидридами по мере увеличения объема последних. Таблица иллюстрирует тенденцию к увеличению роли стерического контроля подхода по мере увеличения степени замещения как в гидридиом реагенте, так и в молекуле кетона. Поэтому для синтеза аксиальных циклогексанонов рекомендуется применять пространственно затрудненные гидрпдные восстановители.
Если кетоны пространственно затруднены, как, например, в системе бицикло[2 2 1] гептанона-2, пространственные факторы определяют стереохимию восстановления даже при использовании таких небольших по
0I Ah li ИЦА 1 к (П'НОХИМИЯ ВОСС1АН ОВ ЛЕ ПИЯ ГИДРИДАМИ
!'• мск.-ючcm 1»-м эс^бо сговоренных случаев* данные взяты из работы ^27L Данные для многих других циклических кетонов и восстанавливающих реагентов приведены fi р.ч Оспе 120а|«
Доля спирта (в %), предпочтительно образующегося при стерическом контроле подхода из кетона
В осст з и а влив а ющий реагент
си, н3су.^
™з
н3с-,сна
^н3^С1
аксиальныйi
спирт
аксиальный спирт
аксиальный спирт
5НбО-СПИрТ
3KS0-CI1 п рт
NaBl 14
20 [2661
25 [26в]
58 [26в]
86 [26г]
86 [26г]
идш4
8
24
83
89
92
НАЦОМе^Н
9
69
98
99
иА1(ОВи-гргг)аН
9 [265]
36 [26е]
95
94 [26е]
94 [26е]
ЦСН,)2СНСН(СН8)ЬВН
37
94
—
94
100
54
94
99
99
99
ей -
[СН8СН8СН(СН8)]8ВН 1Л+
93 [29]
98 [29]
99,8 [29]
99,6 [29]
99,6 [29]
объему гидридных реагентов, как борогидрид натрия и алюмогидри; лития.
Наибольшей селективностью обладают те гидридяые восстанавливающие. агенты, которые содержат несколько объемистых алкильных заместителей. Эти реагенты могут быть получены из органоборанов или алюминийалкилов. Например [27], циклический боран (3) реагирует с гидридом лития с образованием трпалкилборогидрида]!);
j з ч4j з ч4
j з ч4
j з ч4
Этот реагент-переносчик гидрид-ионов характеризуется очень высокой стереоселективностью. Кори с сотрудниками [28] обнаружили превосходную стереоселективность и при восстановлении кетонов с помощью сильно пространственно затрудненного триалкилборогидрида (5).
г" Н УН3
сн.
Максимальной известной до настоящего времени стереоселективностью обладает, по-видимому, трис (втор-бутил) борогидрид лития [29] (торговое название — селектрид). Этот реагент настолько объемист, что даже 4-алкилциклогексаноны восстанавливаются за счет экваториального подхода гидрид-иона с образованием аксиальных спиртов.
Стереохимия восстановления ациклических кетонов может быть предсказана на основании анализа пространственных факторов. Асимметрический атом углерода, соседний с карбонильным центром, подвергающимся восстановлен ню, может контролировать направление подхода восстановителя [30] (цифрой 1 обозначено основное направление подхода, цифрой 2 — менее значимое).
(2Б %)(2Б %)2
(2Б %)
(2Б %)
' -н\* Ph < д':рз
0=^-1—сн3 —*-,Й<
н Г "снзн
Для предсказания стерического хода реакции на основе пространственных эффектов предполагают, что наиболее предпочтительна та
конформация, в которой карбонильная группа ориентирована между наименьшей и средней по размеру группами, связанными с «-углеродным атомом. В этой конформации присоединение гидрида происходит с. наименее пространственно затрудненной стороны, что позволяет правильно предсказать конфигурацию продукта восстановления. Причиной предпочтительности такой конформации является то, что карбонильный кислород в ней находится в наименее пространствен по затрудненном окружении. Хотя это не обязательно наиболее стабильная конформация кетона в основном состоянии, в переходном состоянии реакций гидрид- ното восстановления к карбонильному кислороду присоединяются довольно большие алюминий- или борсодержащие группы, что сильно увеличивает его пространственные требования.
Пространственное влияние на стереохимический ход восстановления могут оказывать также и группы, более удаленные от центра, подвергающегося восстановлению. Эти пространственные эффекты увеличиваются при использовании объемистых восстановителей. Например, при восстановлении боковой цепи промежуточного продукта в синтезе простагландинов с помощью очень объемистого триалкилборогидри- да (5) удалось достичь существенного (4,5:1) преобладания изомера (7) но сравнению с изомером (8) [28]:
Восстановление гидридами «ф-непасыщенных карбонильных соединений может происходить по одному из двух направлений. Если первоначально восстанавливается карбонильная группа, то образуются аллильные спирты и дальнейшее восстановление обычно не идет, так как несопряженная двойная углерод-углеродная связь инертна по отношению к нуклеофильным частицам. Если же первоначально атакуется двойная связь, то получается енолят. При использовании протонных растворителей это приводит к карбонильному соединению, которое в свою очередь может восстанавливаться, образуя в конечном счете насыщенный спирт:
оО"он
ИI н+I
R2C=CHCR' + [Н"] —> R2C=CHGHR' R2C—CHCIIR'
(1:2-вос став а в. те и p e)
ОО"о
IIII H+il
RiC^HCR' + IIT]RgCH—CH^CR' —> R2CHCH2CR'
OHR2CHCHaCHR'OHR2CHCHaCHR'ОO'
OH
R2CHCHaCHR'
OH
R2CHCHaCHR'
LI h*
RSCHCH3CR' + [H-] —> R2CHCH2CHR'
(lЛгвэсетаповялые, приводящее к насыщенный спиртам)
По этой причине при восстановлении сопряженных ненасыщенных кетонов NaBH4 или LiA]H4 довольно часто обнаруживают и насыщенные, и ненасыщенные спирты [31]. Выход насыщенного спирта обычно выше при использовании борогидрида натрия, а не алюмогидрида лития.
Для восстановления енопов до аллильных спиртов рекомендуют диизобутилалюмогидрид, так как при использовании этого реагента не наблюдалось восстановления соседней двойной связи [32]. Если же желательно провести восстановление двойной связи без затрагивания карбонильной группы, то эго обычно осуществляют с. помощью каталитического гидрирования. Реагент, приготовленный из гидрида меди и алкил- литиевых соединений, также селективно восстанавливает двойную угле- род-утлеродпую связь [33].
Хотя восстановление обычных карбонильных соединений и производных карбоновых кислот представляет собой наиболее широкую область пр именем ня комплексных гидридов металлов, есть и некоторые другие примеры, достаточно полезные в синтетическом плане и заслуживающие обсуждения. Некоторые из них приведены на схеме 4.1.
СХЕМА 4 1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДРУГИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУППКОМПЛЕКСНЫМИ ГИДРИДАМИ МЕТАЛЛОВ
3-А. пксксициклогексеноны3-А. пксксициклогексеноныЭпоксидыЭпоксиды(2) [33б](2) [33б]
3-А. пксксициклогексеноны
3-А. пксксициклогексеноны
Эпоксиды
Эпоксиды
(2) [33б]
(2) [33б]
[33а]133г][333][33а]133г][333]NaBHgCNCH3(CH2)8CHaI . * СН3(СН2)аСНз <83-Э0Ъ)1 хтцр А^АNaBHgCNCH3(CH2)8CHaI . * СН3(СН2)аСНз <83-Э0Ъ)1 хтцр А^АВгВг
[33а]
133г]
[333]
[33а]
133г]
[333]
NaBHgCN
CH3(CH2)8CHaI . * СН3(СН2)аСНз <83-Э0Ъ)
1 хтцр А^А
NaBHgCN
CH3(CH2)8CHaI . * СН3(СН2)аСНз <83-Э0Ъ)
1 хтцр А^А
Вг
Вг
Галогениды
С1 |МаВЩ
СН,(СН2)5СНСН3 м : * СН2(СН3)сСНз свтчы
(6) [33с]
(7) [ЗЗаг]
(8) [339]
Восстановление эфиров енольных форм р-дикарбонильпых соединений с помощью ЫАШц с последующим гидролизом приводит к образованию а^-иенасыщенных кетонов [34]. Восстановление протекает только до стадии аллильного спирта, но его последующая обработка кислотой вызывает гидролиз енола и дегидратацию;
Эпоксиды под действием LiAlFh превращаются в спирты. Реакция осуществляется за Счет нуклеофильной атаки, идущей предпочтительно по наименее пространственно затрудненному атому углерода эпоксидной группы:
Ph—-НС CH2+LiAlH4 —> PhCHCHs
\ /I
оон
Эпоксиды циклогексенов восстанавливаются через переходные состояния с диаксиальным раскрытием эпоксидного цикла [35]:
(СН X- Щ*" о Н,ч‘/
II-—I
оон
он
О.. нJ
Ч Н . V Ду"
Триэтилборогидрид лития является прекрасным реагентом для восстановления эпоксидов, которые относительно мало реакционноспособны пли склонны к перегруппировкам [36].
Комплексные гидриды металлов могут осуществлять замещение - атомов галогенов или сульфонатных групп в условиях, предпочтительных для протекания реакции по 3^2-меха низ му. Найдено, что борогид- рнд натрия в таких раствори гелях, как диметилсульфоксид или сульфолан, усиливающих его нуклеофильную активность, восстанавливает галогениды и сульфонаты до соответствующих углеводородов [37]. Алю- чогидрид лития также может служить эффективным восстановителем ...-.ля сульфонатов. Сульфонирование спиртов с последующим восстанов- . епием алюмогидридом лития является важным методом восстановя- ельного удаления гидроксигруиш
ROH+ArSO-Cl — > ROSO-Ar
ROSOaAr + LiAtH4 -r R—H
Триэтилборогндрид лития — наиболее акышлый из известных реа- щщтов для восстановления алкнлгалогенидов. Он позволяет получать щютветствуЕощие углеводороды с высокими выходами [38],
Хотя в некоторых случаях восстановление протекает с инверсией .ифигурации, указывающей па З^Э-механизм [39], процесс 3^2, ве- ■птпо, не является единственным механизмом, по которому LiAlH< другие гидриды могут восстанавливать галогениды. Такие соединения, я випилгалогепиды, соединения с галогеном, стоящим в голове мо- - кщ а также циклопропил галогениды (все они практически не склонны
1 S-2-реакциям), могут быть восстановлены с хорошими выходами до
углеводородов с помощью LiA^H^ [40], Арилгалогениды также восста* навливаются LiAIH< в кипящем тетр а гидрофуране [41]. Бромиды и иодиды Босетамшшвгютск существенно быстрее, чем хлориды Механизмы, по которым протекают эти реакции восстановления, до сих пор детально не изучены, но ясно, что они не относятся к простым реакциям нуклеофильного замещения у атома углерода.
Существует группа реакций, в которых гидрид-ион переносится от атома углерода. Связь углерод—водород имеет низкую полярность и мало склонна к разрыву, требуемому для гидридного переноса. Такие реакции обычно протекают через циклические переходные состояния, в которых новые С—Н-связи образуются одновременно с разрывом старых. Гидридпый перенос облегчается за счет высокой плотности заряда на атоме углерода, служащем донором гидрид-иона. Реакция Канниццаро — катализуемое основаниями диспропорционирование альдегидов— является одним из примеров подобных реакций гидридного переноса. Ее общий механизм приведен ниже:
ОН
PhCH=O + 'ОН PhCH—О’
ОНО'
PhCH—О' + "ОНPhCH—О' + Н2О
ojо
। "vy 11-и
PbC—Н Т CPhрдс—О~ + №СН2О"
\О~ С н -
СНцОНIRC—СН=ОIСН2ОНСНцОНIRC—СН=ОIСН2ОНПредполагают, что гидридпый перенос осуществляется от частицы, несущей два отрицательных заряда; вероятно, именно высокая плотность отрицательного заряда ответственна за легкость гидридного переноса. Реакция не применима к альдегидам, способным к енолизации, так как у них'возможна альдольная конденсация и последующие превращения. Эта реакция ограниченно используется в современной синтетической химии. Роль восстановителя и субстрата могут выполнять и два различных альдегида; в таком случае в качестве восстановителя обычно ист пользуют формальдегид. При синтезе полигидроксимегилированных соединений формальдегид применяют как для альдольной конденсации, так и в качестве восстановителя:
СНцОН
I
RC—СН=О
I
СН2ОН
СНцОН
I
RC—СН=О
I
СН2ОН
NaOH
RCH5—СН=О + 2СНз=О ^—>‘
СН2ОНRC—СНаОН 4- НСООнСН2ОНСН2ОНRC—СНаОН 4- НСООнСН2ОНСН2ОН
СН2ОН
RC—СНаОН 4- НСООн
СН2ОН
СН2ОН
RC—СНаОН 4- НСООн
СН2ОН
INaOH
RC—СН=О + СНа=О >
СН2ОН
Алкоголяты алюминия катмизуют перенос гидрид-нона от спиртов к кетонам. Реакция может быть доведена до конца, если один из кетонов удаляется из реакционной смеси, например за счет отгонки. Эта реакция, обычно проводимая с изопропил атом алюминия, известна как реакция Меервейна — Понндорфа — Be рдея [42]:
. О
ЗЕаС=О+А1[ОСН(СНЖЪ —> (ReCHO)sAl + ЗСНз^СНз
Предполагают, что она протекает через циклическое переходное состояние с атомом алюминия, координированным с карбонильной группой:
А1.
H3c-c.rvx
/ н I R
Н3С R ‘
Гидрид присоединяется обычно с пространственно наименее затрудненной стороны; так, например„при восстановлении-циклогексанонов основным продуктом является аксиальный спирт [43].
Сходный гидридный перенос осуществляется при нагревании и с ал- коголятами натрия. Он лежит в основе важного метода эффективного установления стереохимического равновесия в системах с гидроксильными группами. Обычная процедура состоит в добавлении небольшого количества карбонильного соединения, чаще всего бензофенона, который действует как первичный акцептор тидрид-ионов и тем самым катали- зует реакцию. Многократное образование и окисление спирта приводит к равновесному составу реакционной смеси.
Если нормальное присоединение реактива Гриньяра к кетонам затруднено по пространственным соображениям, доминирующей становится реакция гидридного переноса [44]. Более детально этот процесс обсужден в гл. 5.
CHRCHR
CHR
CHR
Новый метод восстановления кетонов, который характеризуется очень высоким отношением содержания аксиальных продуктов к эквато- гальпым, также, вероятно, включает гидридный перенос от используемого в реакции изопропанола, хотя детально механизм этой реакции не .жследован [45].,
кц. на,
tCH3i3CtCH3i3C\ Ч"№ДЩО (М .
tCH3i3C
tCH3i3C
1 он1 он■'Щ кщ^снон
1 он
1 он
о
Карбениевые ионы йогут отщеплять гидрид-ионы от потенциально' гадридных доноров. Связь кремний—водород очень активна в реакц/ с карбениевыми ионами, что приводит к восстановлению последнр ■ глеводородов [46], Эта реакция нашла препаративное применен/ в установления спиртов, которые могут легко превращаться в к/ ионы под действием трнфторуксусной кислоты, например/'
ДОНОРЫ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА
Восстановление с помощью доноров атомарного водорода обязательно включает интермедиаты с иеспаренными электронами. Наиболее важный пример восстановительных реагентов этого типа — гидрид три-я- бутилолова. Он способен к восстановительному замещению галогенов па водород в галогенсодержащих соединениях многих типов Исследования показали., что реакция идет по свободнорадикальному цепному механизму [47] (1п-ииициатор):
1ч • +-Bu3SnHBuaSn. + R—XR . 4- Bu5SnH1ч • +-Bu3SnHBuaSn. + R—XR . 4- Bu5SnHIn—H + Bu3Sn • R • + Bu3SnX RH + Bu3Sn.In—H + Bu3Sn • R • + Bu3SnX RH + Bu3Sn.
1ч • +-Bu3SnH
BuaSn. + R—X
R . 4- Bu5SnH
1ч • +-Bu3SnH
BuaSn. + R—X
R . 4- Bu5SnH
In—H + Bu3Sn • R • + Bu3SnX RH + Bu3Sn.
In—H + Bu3Sn • R • + Bu3SnX RH + Bu3Sn.
Способность тризамощенных станнанов эффективно функционировать в этих реакциях зависит от их способности служить донорами атомарного водорода Реакционная способность галогенидов изменяется в ряду [48]
RI > RBr > RCf > RF
который отражает относительную легкость отрыва атома галогена.
Три-и-бугилоловогидрид обнаруживает значительную селективность по отношению к полигалогенированным соединениям, что позволяет проводить частичное дегалогенирование Причины более высокой реакционной способности углеродных атомоз с более высокой степенью галогенирования к восстановлению кроются в стабилизующем эффекте, который оказывают на радикальный интермедиат остающиеся в молекуле атомы галогенов Эта селективность используется, например, для восстановления дигалогенциклопроианов до мопОгалогенциклопропанов (реакции 4 и 5 па схеме 4.2).
СХЕМА 4,2. ДЕГАЛОГЕНИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ СТАННАНОВ
.X в^^пнУ/,4' 4<" ЩСу'-ХуН*" НзС^-А- Н + ЬЬСт^-д -НСХ, СН3гн3 си.3 сн3 сн,<OCBnni-ICJiS Продукт! (МИН ирный Пр ОДуКГ J.X в^^пнУ/,4' 4<" ЩСу'-ХуН*" НзС^-А- Н + ЬЬСт^-д -НСХ, СН3гн3 си.3 сн3 сн,<OCBnni-ICJiS Продукт! (МИН ирный Пр ОДуКГ J
.X в^^пнУ/
,4' 4<" ЩСу'-ХуН*" НзС^-А- Н + ЬЬСт^-д -Н
СХ, СН3гн3 си.3 сн3 сн,
<OCBnni-ICJiS Продукт! (МИН ирный Пр ОДуКГ J
.X в^^пнУ/
,4' 4<" ЩСу'-ХуН*" НзС^-А- Н + ЬЬСт^-д -Н
СХ, СН3гн3 си.3 сн3 сн,
<OCBnni-ICJiS Продукт! (МИН ирный Пр ОДуКГ J
>5. [4У,1 j
Восстановительное дегалогенирование можно также использовать для превращения хлорангидридов кислот в альдегиды [49];
RCQC1RCQC1* RCHO* RCHOВц3ЗпН
RCQC1
RCQC1
* RCHO
* RCHO
В определенных условиях процесс осложняется конкурирующей реакцией, приводящей к частичному превращению альдегида в сложный эфир:
Оо
II1
RCC.I + ВщЗп • —> RC*+Bu3SnCi
ОО
*rC. + RCH=O —> RC—О—CHR
Оо
RC—О—CHR + Bu3SnH —* RCOCH2R + B«sSn*
Восстановление за счет доноров атомарного водорода осуществляется также в ряде фотохимических процессов и в определенных типах свободнорадикальных реакций (см, гл. 11 и 12 в пн. 1).
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТВОРЯЮЩИМИСЯ МЕТАЛЛАМИ
Ряд полезных методов восстановления основан па применении металлов в качестве восстановителей. Некоторые из наиболее важных реакций этой группы перечислены на схеме 4.3, До появления гидридов металлов наиболее важным препаративным методом восстановления кетонов до спиртов было восстановление активными металлами, преимущественно натрием, с использованием в качестве растворителей спиртов,
СХЕМА 4.3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАСТВОРЯЮЩИМИСЯ МЕТАЛЛАМИ
К е т о и ы
ОН
Na{
[49ч] CHSCO(CH2)4CH3СНзСЖед.СН,
но он
MglHgiI I
[495] 2(СНЭ)2СО >■ (СН8)2С—CfCH^
Сложные эфиры
СООСН3<6) [49Д] (2'^ JСООСНзNa+ .-/ОНу СХОНЕП1ЛШ - иДJJСООСН3<6) [49Д] (2'^ JСООСНзNa+ .-/ОНу СХОНЕП1ЛШ - иДJJ(3) [49в] С2Н5ООС(СНг)аСООС2Н5 ^* НОСН2(СН»)еСИ2ОП(3) [49в] С2Н5ООС(СНг)аСООС2Н5 ^* НОСН2(СН»)еСИ2ОПNa(4) [49г] СН2ООС(СН2ЦСООСН, - . VNa(4) [49г] СН2ООС(СН2ЦСООСН, - . V( 6) [49е] СН3ЛА—NO2(7) [49ж] СНз(СНг)5СН=НОНГе, Н*—^> СНз—^ S—nh2 ?«’Na, ЕЮН> CH^/CHihN Н2 <ш~7з%1( 6) [49е] СН3ЛА—NO2(7) [49ж] СНз(СНг)5СН=НОНГе, Н*—^> СНз—^ S—nh2 ?«’Na, ЕЮН> CH^/CHihN Н2 <ш~7з%1Соединения с азотсодержащими группамиСоединения с азотсодержащими группами
СООСН3
<6) [49Д] (2'^ J
СООСНз
Na+ .-/ОН
у СХ
ОН
ЕП1ЛШ - иДJJ
СООСН3
<6) [49Д] (2'^ J
СООСНз
Na+ .-/ОН
у СХ
ОН
ЕП1ЛШ - иДJJ
(3) [49в] С2Н5ООС(СНг)аСООС2Н5 ^* НОСН2(СН»)еСИ2ОП
(3) [49в] С2Н5ООС(СНг)аСООС2Н5 ^* НОСН2(СН»)еСИ2ОП
Na
(4) [49г] СН2ООС(СН2ЦСООСН, - . V
Na
(4) [49г] СН2ООС(СН2ЦСООСН, - . V
( 6) [49е] СН3ЛА—NO2
(7) [49ж] СНз(СНг)5СН=НОН
Ге, Н*—^
> СНз—^ S—nh2 ?«’
Na, ЕЮН
> CH^/CHihN Н2 <ш~7з%1
( 6) [49е] СН3ЛА—NO2
(7) [49ж] СНз(СНг)5СН=НОН
Ге, Н*—^
> СНз—^ S—nh2 ?«’
Na, ЕЮН
> CH^/CHihN Н2 <ш~7з%1
Соединения с азотсодержащими группами
Соединения с азотсодержащими группами
Продолжение схемы 4,3
(8) 149з](8) 149з]О) [49«]О) [49«](10) [4Эк](10) [4Эк]аф-Ненасыщенные кетоныаф-Ненасыщенные кетоныГ ал о г с ипроизводныеГ ал о г с ипроизводные(П) [49л](П) [49л](12) М(12) Мaw LohJaw LohJLiLi(14) [49о](14) [49о](15) [19л](15) [19л]EtNH2: Me^NHEtNH2: Me^NHАроматические соединенияАроматические соединения(ОСНОВНОЙ(минорны Апродукт)продукт)(ОСНОВНОЙ(минорны Апродукт)продукт)Ltеюн/nmVLtеюн/nmVК7-9у%)К7-9у%)(16) [49Р](17) [49е](16) [49Р](17) [49е]
(8) 149з]
(8) 149з]
О) [49«]
О) [49«]
(10) [4Эк]
(10) [4Эк]
аф-Ненасыщенные кетоны
аф-Ненасыщенные кетоны
Г ал о г с ипроизводные
Г ал о г с ипроизводные
(П) [49л]
(П) [49л]
(12) М
(12) М
aw LohJ
aw LohJ
Li
Li
(14) [49о]
(14) [49о]
(15) [19л]
(15) [19л]
EtNH2: Me^NH
EtNH2: Me^NH
Ароматические соединения
Ароматические соединения
(ОСНОВНОЙ(минорны А
продукт)продукт)
(ОСНОВНОЙ(минорны А
продукт)продукт)
Lt
еюн/nmV
Lt
еюн/nmV
К7-9у%)
К7-9у%)
(16) [49Р]
(17) [49е]
(16) [49Р]
(17) [49е]
таких как этанол и пропанол. В настоящее время этот метод, иногда называемый восстановлением по Буво— Блану, используют редко. Механизм реакции включает перенос электронов от металла к карбонилу в две отдельные стадии:
дюн
Na • + RSCO 1 > Na* + R2CO •) RaCHO*
R2CHO*4-Na. —> RsCHCT + Na*
Обычно в реакции преимущественно образуется более стабильный спирт из пары стереоизомеров, так как в этих условиях устанавливается равновесие за счет реакции гидридного переноса (см, разд- 4.1),
Восстановление кетонов может приводить к симметричным диолам, если образующиеся в результате одноэлектрошюго переноса интермедиаты быстрее взаимодействуют между собой, чем подвергаются дальнейшему восстановлению до алкоголятов. Необходимым условием того, чтобы конденсация стала предпочтительным процессом, является пониженная скорость протонировання первоначально образующихся ради- кал-анионов, с тем чтобы они успевали взаимодействовать между собой до протонировання:
R2C=O + e- —► R^CO"
"О О"
I I2R2CO —> R2C—CR3
По этой причине восстановительную димеризацию обычно проводят а углеводородных растворителях Наиболее широко используемые металлы— магний, цинк и амальгама алюминия. На схеме 4.3 в качестве тримера приведено восстановление ацетона до 2.3-диметилбутандио- .ia-2,3.
Восстановительную димеризацию сложных эфиров осуществляют с помощью металлического натрия в инертных растворителях. Иногда чту реакцию называют ацилоиновой конденсацией по названию класса образующихся при этом соединений:
Оо"
RCOR э Na- —s-RCOR'
960 од ' о о
2RCORRC-—ORRi^-cr
R'o) pOR'
О О'О О' о он
LIiII н"* О I
R^-CR + 2 Na- >- RC^CR
д -эфиры в этих условиях реагируют внутримолекулярно с образова- .итм циклических ацилоинов. [50]. Эта реакция — один из важных ме- дэв синтеза циклов большого и среднего размера; в качестве иллю- т тации см. реакцию(4) на схеме 4.3. Рассматривался и иной механизм, , - трый исключает промежуточное образование сс-дикарбонильных со- :;2..-тений, так как их участие в реакции сомнительно [51]:
*О'
RCOOR' + Na- —> R(!:OR'
О"OR' OR'OR' OR'
|I I Na- I f
RCOR' + RCOOR' —* RC—-O—CR -- >■ RC—O—CR —*
O"O"
OR'OR'О О-‘О O'
|Ns- I -I I Na- I I
—> RC—CR *■ RC—CR —> RC—CR ——> RC^CR
\ / \II
О О'о o.
Действием цинка в соляной кислоте карбонильную группу можно восстановить до метиленовой. Предполагают, что кислород элиминируется в форме воды из частично восстановленного интермедиата, связанного с цинком:
О+ОНОН
|‘. II Zn |
RCR + H ^ RCR ► RCR
Zu—Zu—Zn
ОН
I,w+
RCR + H+ —>RCR + H2O > RCHaR
III
Zn—Zn—ZnZn—Zn—Zn
Эта реакция известна как вое стадовление по Клемменсеяу [52]. Соответствующие спирты в этих условиях не восстанавливаются до углеводородов, следовательно они не могут быть промежуточными соединениями в общем процессе Восстановление по Клемменсену обычно очень
СХЕМА 4Л. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ ДО МЕТИЛЕНОВОЙ
По КлемменсенуПо Клемменсену
По Клемменсену
По Клемменсену
По В о л ь ф у — К и ж н е р умнгмн2. кон
[52в] НООС(СН,)4СО(СНг)4СООН — —> НООС(СН2)ЭСООН Г87-Ш %)
КОС(<..Нд)з
152г)Ph—С—Ph^-_ > PhCHiPh (Ю%)
nnh2
По Каглиоти
Десульфированием тиокеталей
—i—Sскелетный.- .
[52ж] СДЫ)Г- - \ > Г Щи к -J Т- > С2П5ООС—С Х,..)- СООС^Нд
[8) 15231[8) 15231I HSCH,CH2SH. BFSД- Скелетный МI HSCH,CH2SH. BFSД- Скелетный МНзСНзССНзСНз
[8) 15231
[8) 15231
I HSCH,CH2SH. BFS
Д- Скелетный М
I HSCH,CH2SH. BFS
Д- Скелетный М
НзС
НзС
СНз
СНз
эффективно в случае арилкетонов и менее пригодно для соединений с несопряженными карбонильными группами. Несколько примеров реакций этого типа приведено на схеме 4.4.
Здесь же удобно обсудить еще несколько других важных методов эффективного восстановления карбонильной группы до метиленовой, хотя в них и не используется процесс растворения металлов. Реакция Вольфа — Кижнера заключается в катализуемом основаниями разложении гидразонов [53] Предполагают, что сначала образуются алкил- диимиды, которые далее расщепляются с элиминированием азота:
R„e=N—Nlla + Т>Н ^ R2C=N— NH + HnO
R2CH-N=N-H
При восстановлении тозил гидразонов LiAlH4 или NaBH4 карбонильная группа также превращается в метиленовую [54]. Предполагают, что здесь, как и в реакции Вольфа — Кижнера, промежуточно образуется ДИИМИД' 1
Восстановление карбонильной группы до метиленовой проходит с великолепными выходами при использовании такого мягкого восстанавливающего агента, как цианоборогидрид натрия [55]. Этот реагент прибавляют непосредственно к смеси карбонильного соединения, подлежащего восстановлению, и и-толилсульфонилгидрззкна. Гидразон по мере образования восстанавливается под действием NaBH^CN до углеводорода. Карбонильные группы можно восстановить до метиленовых, превращая их на промежуточной стадии в тиокетальпые группы. Обычно получают циклические тиокетали на основе этандитпола. Нагревание тиокеталя с избытком скелетного никеля вызывает гидрогенолиз связей С—S, например [56]:
вга HSCH2CH2SHвга HSCH2CH2SH
вга HSCH2CH2SH
вга HSCH2CH2SH
Важной восстановительной системой является также литий в аммиаке. В разд 1.3 уже обсуждались преимущества использования этого метода для синтеза специфических енолятов путем восстановления аф-ненасыщенных кетонов. Енолят не обладает достаточной основностью для отрыва протона от аммиака, поэтому он стабилен и, следова- '•ельно, может участвовать в различных реакциях, характерных для енолятов;
ОО-О-О"
|!I - NHs ILI I
PCCH-^CR; + Lf —RC=CHCRJ > RC=CBCHRf * RC^CHCHRJ
Если необходимо провести восстановление, то в реакционную смесь вво- етт источник протонов (например, спирты), чтобы осуществлялось про- - жирование енолята.
Системы с растворяющимися металлами составляют наиболее об- ;.:;:щ метод частичного восстановления ароматических колец [57]. Обычные восстановители — литий или натрий и спирт в жидком аммиаке.
Реакция начинается с переноса электрона, затем образующийся ра- днкал-апион протонируется спиртом:
нннннн
и н
Изолированные двойные связи образующихся дигидросоединеняй восстанавливаются с гораздо меньшей легкостью, чем сопряженные циклические системы, поэтому восстановление останавливается на стадии дигидропроизводного. В отсутствие спирта может образоваться тетрагид- ропроизводное через стадию сопряженного диена:
Заместители в кольце влияют на скорость восстановления вполне предсказуемым образом. Электронодонорные группы затрудняют перенос электрона, тогда как электроноакцепторпые группы облегчают восстановление. Заместители определяют также направление прогонирования. При наличии электроноакцепгорных заместителей образуются 1-заме- щенные 1,4-дигидробепзолы, тогда как в случае элекгронодонорных заместителей образуются 1-замещеииые 2,5-дигндробенЗолы.
восстановление метоксибензолов с последующим гидролизом промежуточно образующегося эфира енола служит важным методом синтеза циклогексеиопов;
Литий или натрий, растворяясь в смеси тетрагидрофурапа с трет- бутиловым спиртом, могут осуществлять эффективное восстановительное дехлорирование хлорсодержащих соединений, Этот синтетический метод важен для получения углеводородов через промежуточные галогениды. Важным примером является конверсия дихлорциклопропанов (полученных присоединением к дихлоркарбеиам, см, разд. 8.2) и хлорированных аддуктов, образующихся по реакции Дильса —Альдера (на л основе гексахлорциклопеитадиена; см разд. 6.1), в соответствующие углеводороды (реакции 11 —13 на схеме 4,3). При использовании растворителей, содержащих связанный с кислородом, дейтерий, атом галогена замещается дейтерием, например [58]:
Эпоксиды подвергаются восстановительному раскрытию под действием лития, растворяемого в этилендиамине [59]. Для простран- 138
ственно затрудненных эпоксидов этот метод несомненно предго^тп-е"^ нее, чем восстановление алюмо гидридом лития. Несимметричные сиды образуют вторичные спирты, и не дают первичных, тогда как п/..;. восстановлении три замещенных эпоксидов образуются оба возможных спирта:
Оон
/ \ Lt, H$NCHiCHiNHzI
СНзСНяНС-—сн2 ——-->СН3СНгСНСН3
оонон
/ \Lt, h2nch2ch5nh2 I|
CHaHC—C(CHs)2 — —> СН3СНСН(СН3)а + СНэСН2С(СН3)г
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
А’. С. Gaylord, Reduction with Complex Metal Hydrides, In terse fence, New York; NY, 1956 (H. Гейлорд Воестановлеипе комплексными гидридами металлов. Пер с англ./Под ред. Н. К. Кочеты/пз М., Илдатнилит, 1959. 912 с )
Е Schenker, in Newer Methods of Preparative Organic Chemistry, Vol IV, W. Foerst (ed ). Verlag Chemie, Weinheim. Ger., 1968
R L Augustine, Reduction. Tedm/Lpies and Applications to Organic Synthesis, Marcel Dekker, New York, NY, 1968
H C Brown, Organic Synthesis via Boranes, In terse ience, New York, NY, 1975.
H C, Brown, Boranes in Organic Chemistry, Cornell University Press, Ithaca, NY, 1972.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА *
В Мнвдйич, АТ Михай г.ооич. Алюиогидри.д лития и егр применение, в орган невской химии Пер с англ /Под ред. А Ф Плата М., Итдзтинлнт, 1957 258 с
Р, Бйрютиеоич, В МечниквеекаСтолярчик, Б Опиюндек. Методы восстз/юалеиия орга- ннчески.х соединений Пер с польск./Под ред. И А. Кобозева М_, Издатиыиг, 1956. 406 с.
А. Xniiotu. Комплексные гидриды п органической _химии Пер с нем /Под ред, ТО С. Варшавского, .А А. Потехина, Л, Химия, 19/1. 62/ с.
В М Михайлов, Ю II Бубнов Бор орга mi нес ii не соединения в органическом синтезе. М, Наука, 1977. 515 с,
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
В. RRkborn, М Т Waesihoff, J. Am. Cb.cm Soc 92, 6894 0970).
la, H C Bros?!-,, R F. .McFarlin, J. Am. Cham Sec 78, '252 (1956!, 80, 5372 (1958); H C, Brown, В C. Subba Rao, J. Am Chem. Soc. 80, 5377 (1958); H. C. Brown, A Tsukamoto, 3. Am Chern. Soc. 86, 1089 (1964).
H С Brown, N. M Yoon. J. Am Chem. Soc. 88, 1464 0 9661.
Io H C Brown, P Hem, N. M. Yoon, J. Am Chem Soc 92, 1637 (1970), №. M. Yoon, C S Pak, H C Brown, S Erishnamurthu, T. P. Stocky, J Org- Chem 38, 2786 (1973), H C Brdwn, P. Heim, J. Org Chem 38, 912 (1973).
la. H. C Brown, D. B. Bigley, S K- Arora, №. M. Yoon, J Am. Chem Soc. 92, 716Г (1970), H C- Brown, V Varma. J. Org Chem. 39, 1631 (1974)
Id.К £ Wilson, R T Setdner, S Masamune, Chem" Commun., 213 (1970), E. L Coren, F. A. Broger, Tetrahedron Lett, 1779 (1969), 3. И Захаркин, Л П Сорокина, /КОХ, 37, 561 (1967)
2 А С Соре, Е Ciganek. Org. Synth. IV, 339 (1963) [СОП 11. 16 (1961)].
. R В. Moffett. Org. Synth IV, 354 (1963) [СОП 5, 27 (1954)].
. L Н. Conooer. D iS Tarbell, J Arn. Chem Soc. 72, 3586 (1950).
R L. Hinman, S Theodoroputos, J Org. Chem 28, 3052 (1963).
H, C. Brown, В. C. Sub ba Rao, J. Am Chem Soc. 80, 53 77 (1958).
H C. Brown, P Al Weissman, J Am Chem.. Soc, 87, 5614 (1965).
/. Malek, W. Cerny, Synthesis, 2I7 (1972) .
H C Brown, A. Tsukamoto, J Am Chem Soc. 83, 4549 П961).
7 W. Wilt, I, M Kosturik, R C Orlowski, J Org Chern 30, 1652 (1965).
It H, A Staab, H, BriianVing, Justus Liebigs Ann. Chem. 654 119 (1962).
H. C Brown, С. P. Garg, J Am Chem. Soe 86, 1085 (1964).
H. C. Brown, A.. Tsukamoto, J. .Am Chern She. 86, 1089 (1964).
G. Grethe, H. S Lee, T. Mitt, M. R. Uskokoolt, J Am. Chem Soc 93, 5904 (1971).
E. I Corey, E. A. Broger, Tetrahedron Lett., 1779 (1969).
H C Brown, D. B. Bigleu, S. K. Arora, N. M, Yoon, J. Am Chem. Soc. 92, 7161 (1970)
I. Gutzwiller, M L-skokooiF, J Am. Chem. Soc. 92, 204 (1970).
e Дополнение редактора,
V. A. LeBel, M E. Post, J L Wang, J Am. Chem. Soc. 86, 3759 (1964).
R. V. Stevens, L T Lai, J Org Chem. 37, 2138 (1972), S. Г ragmen (to, J Org- Chem 29,3046 (1964)
C F. Lane, Synthesis, 135 (1975).
R F. Borch, M. D. Bernstein, H D Durst, J Am Chem. Soc. 93, 2897 (1971).
M. N. Yoon. C S Рак, H С. Вгохип, S. K..rishtiumyrth.u, T P Stocky, J Org them. 38, 2786 (1973).
H, C Brown. P Heim, 3 Org Chem 38, 912 (1973).
IP. G. Dauben, G J Fonken, D S. Noyce, J Arn Chem Soc 78, 2579 (1956)
M, Chkrest, H. Felkin, N Prudent, Tetrahedron Lett, 2199 (1968), ЛТ Chirest, H, Felkin, Tetrahedron Lett./2205 (1968).
J Klein, Tetrahedron Lett., 4307 (1973).
26a.A. V, Kafnerntlzku, .4. A. Akhrem., Tetrahedron 18, 705 (1962).
P. T. Lansbury. R E- MacLeay, J. Org Chem 28, 1940 (19631
26в В Rtckborn, №. T, Wuesthoff, 3, Arn. Chern Soc 92, 6894 (1570)
26a. H. C Brown, J Muzzto, J Am Chem Soc. 88, 2811 (1966).
Л Klein, E. Dunkelblum, L L. Eliel, У. Senda. Tetrahedron Lett- 6127 (1968).
26e. £. C. Ashby, J. P. Seveno.tr, F R. Dobbs, J Org Chem. 36, 197 (1971).
H C Brown, F C Dickason, J Am Chem Sue. 92, 709 (1970)
E. J Coren, S Л1. Aibonito, U. Koelliker, T. К Schaa)', R K. Varma, J Am. Chr-m Soc. 93, 1491 (1971)
H. C. Brown, S. Knshnamu.rthy. J Am Chem Soc 94, 7159 (1972)
D. J Cram, F. A Abd. Elha'iez, J .Arn Chem. Soc 74, 5828 (1952)
M. R. Johnson, B. Rtckborn. J Org Chem 35, 1011 (1970); F. R Jackson, -4. Zur- qiyah, J. Chem. Soc , 5280 (1965)
К, E Wilson, R. T. Seidner, S Мпеатиле, Chem Co.mmun., 213 (1970)
S. Masamane. G. S Bates, P. E. Georghiou, J Am Chem See. 96, Й686 (1974). 33a. IP. F. Gannon, H О House Org Synth 40. 14 (1950) [СОП, 12, 185 (1961)], 336 В Rtckborn, IP. E Lam.be, II, J Org Chem 32, 537 (1967).
ЗЗА Л О Hutchins, D Hoke, J. Keogh, E>. Koharski, Tetrahedron Lett, 3195 (1969); H, M. Bell, C. F. Vandersiice. A. Spehar, J Org Chem 34, 3923 (1969)
г R. O. Hutchins, C. A. Mtlewski, В. E. Maryanoff, Org Synth 53, 107 (1973).
335 H. C. Brown, S Krishnamurthy, J. Org Chem 34,3918 (1969).
ЗЗе.А C. Cope, G. L, Foo J, Am Chem. Soc 85, 3601 (1963).
ЗЗж. Л. Eschenmoser, A, Frey, Ilelv Chim Acta 35, 1660 (1952).
S. Masamune, G, S Bates, P. E. Geoghiou, J. Am Chem. Soc. 96, 3686 (1974), 34. H, E. Zimmerman, D. / Schuster, J Am. Chem Coo. 84, 4527 (1962).
B. Rtckborn, J Quarlucci. J. Ore; Chem. 29, 3]85 (1964), B. Rtckborn, IF E, Lamke, П, J. Org Chem. 32. 537 (.1967), D К .Murphy, R. L Alumbaugh, B. Rickborn, J Am. Chem Soc. 91, 2649 (1969)
S.Krishnamurthy, R .41 Sciuibert, H CBrown,J Am Chem. Soc. 95,8486(1973).
R.O.Hutchins, D Hoke, J Keogh, DKoharski, TetrahedronLett,3495(1969);
H. 41. Bell, C. F. VanrJershce, Л Spehar, J Org Chem. 34, 3923 (1969).
H.C.Brown, S Krishnarnurthy, J .AmChern.Soc. 95, 1669(1973).
G-КHelmkarrtp, В Г Rtckborn, J OrgChem.22, 479 (1957)
C, IP Jejford, D Kirkpatrick, F Delay, J. Ani Chem Soc 94, 8905 (1972),
H. C Brown, S. Krishnnmurlhy, J Org Chem. 34, 3918 (1969), P. Glavi, I, Virtanen, P Jaakkola, Tetrahedron Lett... 1223 (1969)
42 A L. Wilds, Org. React 2, 178 (1944) [OP, 2, 194 (1950)}.
43 F Nerdel, D^Frank, G BarRt, Chem Ber 102, 395 (1969).
. J. В Birtwistle, K. Lee, J. D Morrison, F. Л Sanderson. H. S Mosher, 5 Org. Chem 29, 37 (1964)
E. L Etiel, T. F Doyle, R О Hut chins, E. C. Gilbert, Org Synth. 50, 13 (1970).
. F. A. Carey, И S Trent per. J Org Chem 36, 758 {19711
. L F. Menctpace, JI. G Kuiytia, J Am Chern Soc 86, 3047 (1964).
H. G. Kuivila,. L. F Menapaee, J Org. Chem. 28, 2’65 (1963).
48<7 H.G. Kuivjla, L.. F Menapaee, C R Warner, J.Am ChemSoc84, 3584(1962).
486 DIL Loreftr, P. Shapiro, AStern, E- I.Bepker,1 Org Chem. 28, 2332(1963).
48/- F.T Brady, E. F НоП, И., JOrg Chem35, 3733(1970).
48г DSeyferth, H. Yamazaki, D.L Alieston,J OrgChem 28,703(1*903)
48d T, Ando Г Namigata, H. Yanianaka, F. FunasaJia J Am Chem So-"- 89, 5719 (1967)
H. G. Kaieda, E J Walsh, Jr, J Am. Chem Soc 88, 571 (19661. Г .t. Walsh, Jr., H, G. KuLvila, I Am Chern See 88,576 (19661
49a. F C Whitmore, T Oiterbachcr, Org Synth II, 317 (1943) [COIT. 2, 152 (1949)].
496-/?. A^ams, E. W Adams, Org Syntti I, 448 (1Г32) [СОП, 1, 342 (1949).].
49ft- R. H. Manske, Org Synth II. 154 (1913) [CO1I 2, 170 (19191].
49г- N. L Atlinger. Org Synth IV, 849 (1963) [COIT, 8, 48 (1958)]
4hd-l. J. Bloomfield, J R. S. Jrelan, 3 Org Chern 31, 2017 (1966)
49a. S. A. Mahood, P P L Sc-haHner, Org Synth II, 160 (1913) [СОП, 2, 176 (1949)].
49ar W. H Lacan, S. V, Puniambeker, CFS Marvel, Org Synth. I], 318 (1943) [СОП, 2, 154 (1949)]-
49з. G Stark, P. Rosen, IL. Goldman, R 7 Coombs, J. Tsuft, J Am Chern. Soc. 87, 273 (1965).
49u. H A Smith, В J L Huff, IF /. Powers, ill, D. Caine, J Org Chern 32, 2851 (1967)
49k. H. C. Brown, S. ikeganti, I. H. Kawakami, J Org Chem. 35, 3243 (1970).
49д. Й Bryce-Smith, В, I. Wakefield, Org. Synth. 47, 193 (1967).
h R G. Gassman, P G Pape, J. Org. Chem. 29, 160 (1964); P. G. Gass man, J L Marshall, Org Synth 48, 68 (1968).
49я. A G. Gassman, 1, Seter, F. J. Williams, J. Am Chem. Soc 93, 1673 (1971)
49a. E. M. Kaiser. R. .,4 Benkeser, Org. Synth 50, 88 (1970).
49n. C D Gutsche, H H, Peter, Org. Synth. IV, 887 (1963) [СОП, 9, 66 (1959)].
49r At D. Soffer, M P Bellis, H E. Gellerson, R. A Stewart, Org Synth. JV, 903 ((963) [СОП, 4, 454 (1953)]
49c. At Л Leonard, С, К Steinhardt, C, Lee, J Org Chem 27, 4027 (1963).
К. T. Finley, Chem Rev. 64, 573 (1964), К T. Finley, N. A. Sasaki, J. Am. Chem. Soc 88, 4267 (1966).
Л J. Bloomfield, D C Owsley, C. Ainsworth, R. E- Robertson, J Org, Chem. 40, 393 (1975).
E, Vedejs, Org React 22, 401 (1975),
52a. R. Schwarz, H Hering, Org. Synth. |V, 203 (1963) [СОП, 5, 33 (1954)].
526. R R. Read, / Wood, Jr., Org Synth. 111, 444 И955) JCOH, 3, 142 (19521]
52 a L. j. Durham, D J McLeod, J. Cason, Org Synth. [V, 510 (1963) [СОП, 10, 62 (I960)].
52e. D J Cram, M. R. V, Sahyun, G, R. Knox, J Am. Chem. Soc, 84, 1734 (1962).
52Л L. Cagliofi, At. Magi, Tetrahedron 19, 1127 (1963).
52e. R О Hutchins, В. E. Maryanoff, C. A. Mtlewski, J. Am Chem. Soc 93, 1793 (1971).
52®. J. D. Roberts, IF. T Moreland, Jr., J, Am. Chem. Soc. 75, 2167 (1953).
52з. P^R. Rao, Л. Org. Chem 36, 2426 (1971).
D", Todd, Org React. 4, 378 (1948), Huang-Minion, J. Am. Chem. Soc 68, 2487 (1916).
L Cagllotl, Tetrahedron 22, 487 (1966).
R O. Hutchins, В. E. Maruanoff, С, E. Milewski, J. Am Chem. Soc. 93, 1793 (1971); R. O, Hutchins, C A. Milewski, B, E- Maryartoff, J Am. Chem Soc 95, 3662 (1973).
F, Sondhelmer, S Wolfe, Can. J. Chem. 37, 1870 (1959).
A. /. Birch, Q. Rev. (London) 4, 69 (1950); R. G. Harvey, Synthesis, 161 (1970); A. j, Birth, H. Smith, Q. Rev. (London) 12, 17 (1958),
Л1. R. Willcott, III, C J. Boriack, J. Am. Chem Soc. 93, 2354 (1971)
H, C. Brown, S. Ikegami, J. H. Kawakami, J. Org. Chem. 35, 3243 (1970).
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена на с. 435)
— 4,1. Укажите, какой продукт следует ожидать в каждой из приведенных ниже реакций;
О
II LiAlH,
(а) СНзСНгСЫНз >
— 4.2. Укажите конфигурацию основного изомера спирта, который до.лжен образоваться при восстановлении каждого из указанных ниже производных циклогексанона борогнд- ридом натрия:
— 4.3. Укажите, при каких условиях
каждое из приведенных ниже превращений мож
но осуществить в одну стадию:
— 4.4, Из приведенного ниже списка гадридных восстановите лей выберите один или несколько реагентов, пригодных для одностадийного восстановления каждого из соединений до указанного состояния. Если пригодны несколько реагентов, выберите из них лучший и обоснуйте Ваш выбор.
Реагенты
№
LiA!H4 NaBH, NaBH3CN В2Нб
LiA!HIOC(CH3)3b
АШ[СН2СН(СН3)3]3
ЫВЩСаН5Ь
LiAlH^'OCHgCHzOCHsh
LiBHrCHCaHsI
LCHg Js
CH=O
NOa
CHa"
CH3COOCHSC=CHCH=CHCH=O —> СНзСООСН2(!>=СНСН=СНСН2ОН
— 4.5, Укажите, какой продукт следует ожидать в каждой кз приведенных ниже реакций. Покажите стереохимию превращения. Объясните Ваш ответ.
Вг
— 4,6, При исследовании серии замещенных циклогексанонов и норборнанонов было найдено, что триметоксиалюмогидвид лития обладает более высокой тенденцией к Приса еди пени io с менее затрудненной стороны молекулы, чем три-трет.-бутокена люмогид- рид. Предложите возможные объяснения такого поведения.
— 4.7. Показано, что каждая из нижеследующих реакций протекает с высокой стереоселе ктв в носп.ю. Обсудите основные факторы, которые Вы считаете ответственными за стереохимию реакций в каждой случае.
(а)
Na, эфир —пода
ОН
СН(СН3)2
— 4. Я. Если метод восстановления тозил гид районов нианоборогидридом иттрия, обсуждавшийся на с. 137, применяется и ^.р-нсиасшцештЫм карбонильным соединениям, то неизбежно происходит мшращтя двойной связи. Предложите механизм этого процесса,
ArSOiNHNHa МаВНяС^
РЬСН=СНСН=-О —> PhCHsCH=CH2
4.9. Приведенная ниже рсаклия воостаповлевня была осуществлена с помощью металлического лития в жидком аммиаке. Сформулируйте механизм реакции Постарайтесь объяснить наблюдаемую стереохимию реакции
— 4,19. Объясните причины селективности, наблюдавшейся в каждой из следующих реакций восстановления:
(в)
CQOCH3
(9) оказано единение(9) оказано единениеNa, то.луфNa, то.луфСНзСНз
(9) оказа
но единение
(9) оказа
но единение
Na, то.луф
Na, то.луф
СНз
СНз
— 4.11. При попытке проведения ацилоиновой конденсации с соединением лось, что реакция идет аномально и вместо обычного продукта образуется (10), Предложите механизм реакции.
CH3OOC(CH2)SC{CH2)5COOCHS
4.12. Предложите реагенты и умов ня реакции, подходят дне для каждого из следующих случаев селективного или частичного воостаиовЛивия;
(a) HOOC(CHS)4COOC2H6 — > НОСН2(СН2)4СООС$Н5
(61
СН3 ад.
СНгСМСН8)2
а
РКз
СН2СН-О
—СН2СООН —» О3№—СН2СООН —» О3№
—СН2СООН —» О3№
—СН2СООН —» О3№
—СН2СН2ОН
о
(к) СН3С(СНг)2СООС8Н(1 —> СН3(СН2)3СООС8Н17
(л)
CHsCNH
—COOCHi
СИ2СН2\Н
—СООСНз
— 4.13. В каждом из приведенных ниже синтезов можно использовать восстановлен на одной или нескольких стадиях. Предложите последовательности реакций, с помотш которых достигается каждое превращение, включая по меньшей мере одну реакш восстановления.
(в)(в)CHlCHgljCHlCHglj
(в)
(в)
CHlCHglj
CHlCHglj
— 4.14. Многие ароматически? кетоны и альдегиды можно восстановить в соответствующие метилен оные соединения действием триэтвлеилана в трифторуксусной кис
лоте В реакцию не вступают кетоны, содержащие сильные элмтропоакнепторные заместители, например я-паэноацстофентг. Б этом случае образуются сложные эфиры мютвдотвующих спиртов с три фтор уксу си ой кислотой Предложите механизм таких реакций.
— 4.15. Обычно NaBH^ не действует на сложпоэфирные группы в мягких устпогют.. Ниже показаны два исключения из чтого правила. Объясните, каковы причина. а> обычайно легкого восстановления в каждом случае.
НЭС(а) (С^С^^сту/НЭС(а) (С^С^^сту/Л МаВН4СООСН,-Л МаВН4СООСН,-
НЭС
(а) (С^С^^сту/
НЭС
(а) (С^С^^сту/
Л МаВН4
СООСН,-
Л МаВН4
СООСН,-
1fljL'у"' -COOCHS ^"ч'/ СТщнч, ОН1fljL'у"' -COOCHS ^"ч'/ СТщнч, ОНСНгОН он .СНгОН он .МаВЩ(б) PhCHsCHaCOOCH2CF» > PhCH2CH2CH2OHМаВЩ(б) PhCHsCHaCOOCH2CF» > PhCH2CH2CH2OH— 4.16. Предскажите стереоселективность каждой из следующих реакций восстановления. Обоснуйте Ваши нредсказаиия.— 4.16. Предскажите стереоселективность каждой из следующих реакций восстановления. Обоснуйте Ваши нредсказаиия.
1fljL'
у"' -COOCHS ^"ч'/ СТщнч, ОН
1fljL'
у"' -COOCHS ^"ч'/ СТщнч, ОН
СНгОН он .
СНгОН он .
МаВЩ
(б) PhCHsCHaCOOCH2CF» > PhCH2CH2CH2OH
МаВЩ
(б) PhCHsCHaCOOCH2CF» > PhCH2CH2CH2OH
— 4.16. Предскажите стереоселективность каждой из следующих реакций восстановления. Обоснуйте Ваши нредсказаиия.
— 4.16. Предскажите стереоселективность каждой из следующих реакций восстановления. Обоснуйте Ваши нредсказаиия.
— 4.17. При восстановлении по Вольфу — Кижнеру карбонильных соединений, содержащих другие функциональные группы, иногда образуются продукты, отличные от соответствующих метиленовых соединений. Некоторые примеры реакций такого рода даны ниже. Укажите механизм для каждой из них.
О
(a) (CHs)3CUCH2OPh —^(<Ж3)3ССН=СН2
— 4.18, Восстановление по Верчу составляет существенную часть каждого № привелепных ниже превращений На пищите погщсдовательнасть стадий, с помощью которых можно осуществить каждое превращение.
ГЛАВА 5
МЕТ АЛЛО РГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ МЕТАЛЛОВ ТИП ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ системы
.LL СИНТЕЗ И СВОЙСТВА
Органические производные лития, магния и натрия широко исследованы и принадлежат к наиболее важным металлорганическим соединениям элементов I и II групп периодической системы [1]. Металлы в этих двух группах — наиболее электроположительные элементы. Связи их с углеродом поляризованы так, что на атоме углерода локализуется высокая плотность заряда:
- 6+
R—М
Такая значительная неравномерность в распределении электронной плотности и ответственна за сильную нуклеофильность и основность, которые характеризуют такие соединения. Эти соединения, как будет видно из более детального обсуждения, легко реагируют с обычными карбонильными группами с образованием продуктов присоединения:
О" М+
R—М,+R£C=O —>R—С—R'
R'
Они легко отрывают протощы от любых групп ОН и NH, превращаясь в углеводороды:
R—М + R/OH —► R—Н + R'O' М+
Наиболее широкое применение в препаративных целях нашли соединения магния и лития.
Открытие Гриньяром реакции органических галогенидов с металлическим магнием с образованием нуклеофильных магнийорганических соединений было поворотным пунктом в органическом синтезе. Эти соединения и сейчас занимают важное место в органической химии, и реакция галогенидов с металлическим магнием в диэтиловом эфире остается принципиально важным методом их синтеза:
RX + Mg RMgX
Реакционная способность гало1енидов изменяется в ряду: RI > RBr > > RC1 > RF.
Растворы таких реактивов Гриньяра, как метплмагнийбромид, этил- магнийбромид и фецилмзгннйбромид, в настоящее время вполне доступны. Некоторые реактивы Гриньяра, например реактивы винильного типа [2], быстрее образуются в тетрагидрофуране, чем в эфире. Предпочтительное использование эфирных растворов основано на хорошей растворимости реактивов Гриньяра в простых эфирах. Такая растворимость -— следствие сильного комплексообразования по типу, известному для кислот и оснований Льюиса, между молекулами эфира и атомом магния:
Вг
I
R—Mg^ORi
О Ri
Молекулы эфира удерживаются в координационной сфере магния чрез- вычинио прочти Так, например, с помощью рентгепоструетурного анализа фенилмагнийбромнда было доказано, что координированные молекулы эфира сохраняются и в кристаллическом состоянии [3].
Для синтеза реактивов Гриньяра из нереакциогшоспособных галогенидов используют специальную методику, так называемый метод со- провождения, Требуемый галогенид добавляют вместе с более активным галогенидом к маг шло, покрытому растворителем. В качестве реак- ннонноспособпого галогенида удобно использовать этилёндибромид, так как он легко разлагается до этилена, не образуя второго магнийоргапи- ческого реактива, который мог бы конкурировать с основным в последующих реакциях [-]^
ВгСНгСН2Вг + Md —>[ВгМ^-СН2-СНй ■ Brj —>СНг=СН2 + М§Вт2
Для проведения реакции Гриньяра с нестабильными реагентами иногда используют методику, по которой эквпмолыгуе количества галогенида и карбонильного соединения нлп другого со реагент а одновременно прибавляют к магнию. Таким образом магнийорганическое соединение реагирует сразу же по мере образования [5]. Другой перспективный метод заключается в приготовлении высокоактивной формы магния — в виде черного порошка — восстановлением солей магния металлическим натрием или калием. Такой препарат магния реагирует с органическими галогенидами гораздо быстрее, чем металлический магний s форме мелкой стружки [6]. При использовании такого высокоактивного порошка удается получить реактивы Гриньяра даже из фторидов, которые обычно Инертны по отношению к металлическому магнию. Вин ил галогениды также легко превращаются в реактивы Гриньяра при взаимодействии с магнием в такой активной форме.
Ацетилены обладают достаточно высокой кйслотйостыо и в реакциях с алифатическими реактивами Гриньяра ведут себя как доноры протонов Эта реакция — обычный метод синтеза алкпнилмагниевых соединений ;Г।
СН=СН+ C2H5MgBr —> CH=CMgBr + сгн,
' При синтезе реактивов Гриньяра в качестве растворителей обычно применяют эфиры, но могут ^ыТь использованы и углеводороды [7]. Алкилмэгниигалогепиды нерастворимы в алканах, однако можно получить их гомогенные растворы в ароматических углеводородах, добавляя эквпмолыгпе количество третичного амина, например триэтиламина [8] В основе растворяющей шеш-бтсп: амина лежит его комплексо- образовапие с атамом магшщ по типу, сходному с описанным для эфиров
Привычное обозначение RMgX правильно отображает структуру большинства. алифатических реактивов Гриньяра в эфирном растворе, однако хорошо нзнсстгго, что в растворе они существуют в равновесии с галогенидом магния и дналютлмагниевым соединением;
2RHEX ^=> Г2Иц + М^Х2
Положение равновесия зависит от природы растворителя и характера конкретных органических групп, для простых арил-, алкил- и алкецил- магннйгалогсшгдов й эфирных растворах оно существенно смещено влево.
Растворы дналкилматтшвых соединений, свободные, от галогенид- ионов, можно приготовить из алкилргутиых соединений [9].
R2Hg +■ Mg —> ReMg + Hg
* По имени открывшего эту реакцию русского химика это превращение назы
вают реакцией Иоцнча —Прим рей,
Это пример широко распространенного в химии металл органических со-* единений типа реакций, известных как реакции обжема металл — металл Обмен между металл органическим соединением- и металлом происходит тогда, когда находящийся в свободном состоянии металл более электроположителен, чем металл в металлорганическом соединении. Это направление обмена термодинамически предпочтительно главным образом потому, что связанный с углеродом металл оказывается положительно заряженным из-за ионного характера связи металл—углерод.
Обмен между металлорганнческими соединениями и солями металлов идет в направлении образования соли наиболее электроположительного металла;
2RMgCt + CdCl2R$Cd + 2MgCU
Предпочтительность этого направления определяется тем, что более электроположительный металл приобретает максимальный положительный заряд.. В случае обмена с участием соли наивысший положительный заряд металл имеет в ионной соли.
Растворы магнийорганических соединений.в диэтиловом эфире содержат агрегированные частицы [10]. Доминирующей формой в эфирных растворах алкилмагнийхлоридов являются димеры:
С1
2RMgCl2RMgClR—Mg^ /Mg—RClR—Mg^ /Mg—RCl
2RMgCl
2RMgCl
R—Mg^ /Mg—RCl
R—Mg^ /Mg—RCl
Поведение соответствующих бромидов и иодидов зависит от их концентрации, в очень разбавленных растворах они существуют как мономеры. В тетрагидрофуранс геитднцня к агрегации уменьшена и реактивы Гриньяра из некоторых алкил- и а рил галогенидов в этом растворителе мопомерны.
Арил- и алкнллитиевые соединения можно получать реакцией соответствующих Галогенидов с металлическим литием. В качестве побочного продукта образуется экви мольное количество галогенида лития:
2Lf + RX —► RU + LiX
Разработаны также методики синтеза алкениллитиевых соединений [И] Свободные от галогенидов литиевые соединения можно получить из ртутьорганических соединений обменом металл—металл;
SU + RiHg 2RLi + Hg
Для синтеза некоторых литиевых соединений, например, винил- и ал- лиллития, используют переметаллирозапие, включающее обмен с оловоорганическими соединениями [12]г
4РШ + (CHs—CH^Sn —■> 4CHi=CHLi + Ph-jSn
Эту методику с успехом пспольюрн-лй и для получения более сложных виннллитиевых соединений [13[. Иногда обмен металл — металл успешно применяют и в других случаях, например для синтеза о-дилитий- бепзола из о-фенилен ртути [14].:
a
ll
Важными способами синтеза некоторых литиевых соединений служат обмен галогена на металл в обмен, водорода на металл. Реакции обмена особенно предпочтительны тогда, когда новое и сталлортопическое соединение стабилизовано резонансом. Металлирование часто осуществляется селективно в положения, находящиеся рядом с гс-тероато- мами. Азот и кислород могут стабилизовать отрицательный заряд на
СХЕМА 5.1: ПОЛУЧЕНИЕ ЛИТИЙОРГАНИЧЕОКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПУТЕМ МЕТАЛЛИРОВАНИЯ
(1) [15а](1) [15а](2) 1156](2) 1156](0СВОпБОЙ продукП(0СВОпБОЙ продукП(мшгорнмйItp ОДУ KTJ(мшгорнмйItp ОДУ KTJО) [15s](4) [15г]О) [15s](4) [15г](5) [153](5) [153]+ BiiLl+ BiiLl(3%) ЛО<Я)(3%) ЛО<Я)(57^1(30%)(57^1(30%)
(1) [15а]
(1) [15а]
(2) 1156]
(2) 1156]
(0СВОпБОЙ продукП
(0СВОпБОЙ продукП
(мшгорнмй
Itp ОДУ KTJ
(мшгорнмй
Itp ОДУ KTJ
О) [15s]
(4) [15г]
О) [15s]
(4) [15г]
(5) [153]
(5) [153]
+ BiiLl
+ BiiLl
(3%) ЛО<Я)
(3%) ЛО<Я)
(57^1(30%)
(57^1(30%)
углероде за счет индуктивного эффекта Однако гораздо важнее стабилизация путем хелатирования, когда заместители играют роль лигандов, координированных с атомом металла [15]. Такие обменные процессы ускоряются при использовании тетраметилзталендиамина для образования более реакционноспособных а л кил литиевых соединений. Предполагают, что влияние добавляемого амина объясняется его координацией с литием, в результате которой распадаются агрегаты литийоргапиче- ских соединений и образуются меньшие по размеру и более реакционноспособные системы, Некоторые примеры синтезов лптннорганических соединений путем обмена в дэро га на металл показаны на схеме 5.1.
Целый ряд данных указывает на то, что простые алкиллитиевые соединения существуют в углеводородных растворителях в форме гексамеров. В обычных эфирных растворителях, по некоторым данным, доминируют тетрамеры [16].. Тетрамеры, в свою очередь, сольватированы молекулами эфира [17], Обнаружено, что определенные пространственно сильно затрудненные алкиллитиевые соединения активнее, чем более простые алкильные производные Это объясняли пространственными затруднениями, которые предотвращают образование тетрамеров. Обычно
более высокой активностью обладают частицы с меньшей степенью агрегации [18].
LiLiсн(снэ)2сн(снэ)2Синтез алкиллитиевых соединений и алкилмагнийбромидов [19] из а л кил галогенидов реакцией с металлами идет с потерей стереохимической чистоты реагирующего участка. Стереоизомерные галогениды образуют металлорганические соединения идентичного состава:
Li
Li
сн(снэ)2
сн(снэ)2
Н,.
с Н (С НХ
Циклопропил- и винилгалогениды превращаются в реактивы Гриньяра с частичным сохранением конфигурации, а образовавшиеся реагенты конфигурационно стабильны [20].
Вторичные магнийорганические соединения после образования под- нергаются стереохимической инверсии довольно медленно. Для установления равновесия между эндо- и экзо-норборнилмапшйбромидами при комнатной температуре требуется один день [21]. Методом ЯМР было установлено также, что инверсия конфигурации у атома углерода, связанного с магнием, остается медленным процессом во временной шкале ЯМР вплоть до 170 °C [22]. Напротив, инверсия конфигурации в первичных алкилмагнийгалогепидах происходит быстро [23], например, время полупревращения при инверсии 2-метилбутилмагнийбромида в эфире при 25 °C менее 1 с- Такая разница между первичными и вторичными системами * может быть следствием механизма, по которому инверсия происходит в процессе обмена алкильных групп между атомами магния;
/+5+ X / S+ ~ ’ + " V
+ М^Х—►- С--МЙХ—>XMg + м^х
Поскольку по такому механизму требуется участие мостикового интермедиата, то больший объем вторичного радикала может сильно затруднять реакцию
Примечательно сохранение конфигурации при получении литийор- I эпических соединений методам обмена металл — галоген или металл — металл. Суммарное сохранение конфигурации при синтезе алкиллитиевых соединений этими методами низкое [24], но оно высоко в случае циклопропильпой и винильной систем [25]. В алкильных системах степень рацемизации увеличивается в присутствии простых эфиров. Если хотят избежать рацемизации, то в качестве растворителей рекомендуется использовать углеводороды
Ал кил натриевые соединения далеко не так полезны в органическом синтезе, как соединения лития и магния. Опи нерастворимы в углеводородах и имеют настолько сильные основные свойства, что активно реагируют с растворителями, в том числе с эфирами. Прямой синтез алкил- натриевых реагентов из галогенидов не осуществим из-за реакции конденсации по Вюрцу (см. разд. 5 1.2) и связанных с ней конкурирующих процессов. Алкилнатриевые соединения синтезируют обменом металл — металл с использованием алкнлртутных соединений;
R$Hg + Na -—> RNa + NaHg (избыток)
Для синтеза фенил- и бензил натр ня используют обмен водорода на металл,
BuNa + (^Ч —> ^/" №++ С,|Н10
^^СНэ + PhNa —>- ^^—СНз Na* -ф С6Нс
[27] из галоге-[27] из галоге-Описано также получение фенил- [26] и винилнатрия кидав:
[27] из галоге-
[27] из галоге-
Na* 4- NaClNa* 4- NaCl
Na* 4- NaCl
Na* 4- NaCl
CHS=CHCI + 2Na —> СН2=СН Na + NaCl
Эти методики основаны на медленном прибавлении галогенида к тонко диспергированному металлическому натрию. Таким путем концентрация галогенида поддерживается низкой.. Так как арил- и винил галогениды относительно мало активны в реакциях замещения, обмен галогена на металл происходит быстрее, чем конденсация по Вюрцу. Органические производные более тяжелых щелочных металлов мало исследованы; в общем они сходны по свойствам с натрийоргаиическими соединениями. С учетом электроотрицательности элементов следует ожидать увеличения реакционной способности с ростом атомного номера металла.
РЕАКЦИИ
Металлоргавические соединения металлов I и II групп периодической системы характеризуются высокой основностью и нуклеофнлыю- . стью Хотя алкилирование мета л лор панических соединений а л кил галогенидами, казалось бы, могло составить общий метод синтеза несимметричных углеводородов, эта реакция редко оказывается синтетически полезной. Очень давно известна реакция этою типа — конденсация галогенидов по Вюрду под действием металлического натрия, в которой предполагается промежуточное образование натринорпанических соединений;
RX + Na —> RNa
RNa + RX —> R—R
Современные исследования показали, что эти реакции конденсации скорее всего идут через радикалы, генерирующиеся в процессе восстановления, а не как 5^2-замещение [28]:
RX-pNa —> [RXf + Na*
[RXf —>• R*4-X"2R. -->- R-R
Реакции конденсации под действием натрия крайне трудно исследовать детально из-за исключительно большой реакционной способности натри Йорга нических соединений Более обширные исследования были выполнены по реакциям литийорганнческих соединений с алкилгалогенидами Некоторые результаты указывают на то, что в реакции конденсации простых литнйорганических соединений с ал кил галогенид а мн участвуют радикалы.. Промежуточно образующиеся радикалы были обнаружены спектроскопически методами ЭПР и ХИДПЯ * [29]. Образование простых продуктов алкнлировйния сопровождается возникновением продуктов диспропорционирования и симметричной конденсация постулированных радикальных интермедиатов [30]:
CdbHCl-liCHjb я-СДВг 4- «-C4H9Lf
НгС СН,
— > СН^СН^СНа 4" СНзСНгСН=СНа 4- СНеСН2СН2СНз 4- С6Н^С—С—СаН5
I IНзС , СН3(43%)(3%)(19%)(18%)
н2с'pQ С °н2с'pQ С °PhCH2CH=CH$PhCH2CH=CH$lili
н2с'
pQ С °
н2с'
pQ С °
PhCH2CH=CH$
PhCH2CH=CH$
li
li
В случае аллилгзлогеиидов предложен синхронный механизм с циклическим переходным состоянием [31J;
(СН2)4СН3(СН2)4СН3^—СПа (52-60%) {С-л^П^—СПа (52-60%) {С-л^ПСПзСПз
(СН2)4СН3
(СН2)4СН3
^—СПа (52-60%) {С-л^П
^—СПа (52-60%) {С-л^П
СПз
СПз
Такой механизм подтвержден экспериментом с изотопными метками, в котором было показано, что при взаимодействии аллчлхлорнда-1-иС с фениллитием примерно три четверти всего продукта реакции содержат меченый углерод в концевой метиленовой группе.
Конденсация литийоргапических реагентов, в которых карбанионный заряд относительно делокаллзонап, также пе идет по радикальному механизму.. И аллнллитий, и 6eH3MjMnnift реагируют с вторичными ал- килбромидами с хорошими выходами и с высокой степенью иннерепи конфигурации атома углерода, у которого происходит замещение бромида [32];
сн3гн2 1 и, у
РНСН^Хщ —>- РНСНа ( ' СН3 (внхид ьй'Д, иииср/ня 100%)
Виниллитпевые реагенты можно алкилировать с хорошими выходами алкилиодидами [33].
Алкилирование реактивов Гриньяра имеет некоторое синтетическое значение в случае метил-, аллил- и бенз ид галоген идо в, например [34];
(С1Щ4СН3
Синтетическое применение нашло также алкилирование реагентов Гриньяра алкилсульфатами и алкилсульфонатами:
PhCH8MgCl + СН3(СН8)ЭО5О2С;Н7 —> Ph(CH8)4CH, (50-59%) {См, £35]}
А—MgBr+ (CH3O)2SO2 —> СПз ^СНз
Безусловно наиболее важным типом превращений реагентов Гриньяра являются реакции., связанные с присоединением к карбонильной руппе. Переходное состояние для присоединения реактива Гриньяра часто представляют в виде циклической структуры, содержащей карбо- яплыюе соединение и две молекулы реактива Гриньяра:
R— С—о- Mg—R + Мкхз
Мб"
X
Действительно, существуют серьезные подтверждения существования трнмолекулярного переходного состояния, возникающего при атаке реактива Гриньяра на комплекс карбонильного соединения с реактивом
Гриньяра [37], Диалкилмагниевые соединения более активны по отношению к кетонам, чем алкилмагнийгалогениды, Эта повышенная активность и присутствие дналкилмагпиевых соединений в равновесии с ал- килмагнийгалогенидами позволяют предположить, что некоторые типичные реакции присоединения реактивов Гриньяра мотут проходить через дналкилмаглиевые соединения [38],
2RMgX —► RjMg + MgX5
Кбыстро I
R2Mg 4- R£CO *- RjCOMgR
Если первоначгзльный аддукт реактива Гриньяра с карбонильным соединением содержит способную к элиминированию группу, этот аддукт расщепляется, после чего может присоединяться вторая или даже третья молекула реактива Гриньяра.
оOMgX
RM6X + R’COR'1 -► R-C-Or"'
К
QDMgx о
*" р^г + R"OMSX
Оомзх
ЙГЩ + RMgX ^^ rA
Присоединение реактивов Гриньяра к сложным эфирам довольно трудно контролировать так, чтобы обеспечить образование кетонов, так как кетоны более активны, чем сложные эфиры. Присоединение реактивов Гриньяра к кетонам, альдегидам и сложным эфирам составляет основу синтетических методов, с помощью которых можно получать спирты самого разнообразного строения (ем. схему 5 2)..
Взаимодействием реактивов Гриньяра с нитрилами также могут «быть получены кетоны.
NMgXО
[I нго [|
RMgX + R'C=N —* RCR' > RCR'
Альдегиды можно получать реакцией с три этилортоформн атом:
R
I
С»Н5О -*М6-Х ОС2Н5
Н-С-НУС^ —>НСi++ C2H5OMjH + XT
C2H£OXOCSH5
^OC2H5OC2HS
RMgX + HC (+-^- R^H
^OQHsОСгН5
В этом случае присоединению должно предшествовать элиминирование одной из алкокенгрупп. Предполагают, что элиминирование катали™ зуется магнием, действующим в качестве кислоты Льюиса [39]. Ацетали, образующиеся в результате присоединения, стабильны в условиях реакции, но гидролизуются разбавленными кислотами до альдегидов. Карбоновые кислоты легко получаются при взаимодействии реактивов Гриньяра с диоксидом углерода:
О
II н* нго
RMgX + COj —> RCOMgX RCOOH
СХЕМА 5.2. СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИРЕАКТИВОВ ГРИНЬЯРА
Получение первичных спиртов из формальдегида
(1) [38а]
/ \н2о /"А
/; MgC! + СН4О —>f 2 сн2°н (61-69%)
Получение первичных спиртов из э т н л е н о к с и д а
(2) [885]
СН3(СНг)<№Вг + Н2С—СН2 —> СНДСН2)5ОН reci-62%)
О
Получение вторичных спиртов из альдегидов
'ОН
н2о’|
(3) 138s]
PhCH=CHCH=O + CH^CMgBr > —^- CH=CCHCH=CHPh
(58 - 69%)
/MgBrн2о ^/CHCH,
(4) [38s]
Г |+ СН3СН—О > > 1 J ОН(82-85%)
аа
он
(5) [385]
Нг О1
CH3CH^CHCH=O + CII3MgCl —> > СН3СН=СНСНСН3 (81-86%)
он
(6) [38е]
(CH^CHMgBr + CHsCH^O —>- (СН3)3СНСНСН3 (53-54%)
Получение вторичных спиртов из эфиров муравьиной кислоты
(7) [38ж]
Н2О
2CH3(CH2)3MgBr + НСООС^ —>(CH3CH2CH2CHs)aCHOH
(83-85%)
Получение третичных спиртов из сложных эфиров и лактонов
(8) [38э]
н2О
S^HsMgBr + (С2Н5О)2СО —> ——* (CsHsJaCOH (82 - 88%)
ГЧГЦ14
(9) [38и]
Н2О 2Ph,MgBr + РпСООС2Н5 —> > Ph3COH -89-93%)
(10) [38к]
н2о СН3(СН2)4—(>-=О4-2СН^Вг —> —Е-
\ /Н+
О он он
—* СН3(СН2)4СН(СН2)2С(СНЭ)2 157%)
Получение альдегидов из эти л ортоформиата
^MgBr^СН=О
(П) [38л]
//-л + нс(ос2на3 —► -—> v V-v>140 - 42%)
W \=/"n+ W
(12) [38 и]
CHafCH^MgBr + HCiOCsHHs —> "* СН3(СН2)ХН=О №-50%)
Пройолтеенив схемы ,
Получение кетонов из нитрилов
(13) [38я](14) [38о1(13) [38я](14) [38о1CHaOCHzC^N + Ph.MgBr —>CHaOCHzC^N + Ph.MgBr —>н20!!■-^* СНаОСНгСРЬ (71-78%)н20!!■-^* СНаОСНгСРЬ (71-78%)
(13) [38я]
(14) [38о1
(13) [38я]
(14) [38о1
CHaOCHzC^N + Ph.MgBr —>
CHaOCHzC^N + Ph.MgBr —>
н20!!■
-^* СНаОСНгСРЬ (71-78%)
н20!!■
-^* СНаОСНгСРЬ (71-78%)
Получение карбоновых кислот путем карбонизации
-СНЭ-СНЭ(15) [38«](15) [38«]СНуСНу-MgBt + со2-MgBt + со211'2 О11'2 ОИ'И'СНзСНзснаснаСООН (36-87%СООН (36-87%
-СНЭ
-СНЭ
(15) [38«]
(15) [38«]
СНу
СНу
-MgBt + со2
-MgBt + со2
11'2 О
11'2 О
И'
И'
СНз
СНз
сна
сна
СООН (36-87%
СООН (36-87%
(16) [38р](16) [38р]'СНзMgBr'СНзMgBrСНаСН2СНСНэ + СОаСНаСН2СНСНэ + СОаMgGlMgGl(17) [38с](17) [38с]С1С1Н2ОН2ОС1С1из иминовиз иминовСООН СНэСН2^НСНз (7G-e6%)СООН СНэСН2^НСНз (7G-e6%)Получение аминовПолучение аминов
(16) [38р]
(16) [38р]
'СНз
MgBr
'СНз
MgBr
СНаСН2СНСНэ + СОа
СНаСН2СНСНэ + СОа
MgGl
MgGl
(17) [38с]
(17) [38с]
С1
С1
Н2О
Н2О
С1
С1
из иминов
из иминов
СООН СНэСН2^НСНз (7G-e6%)
СООН СНэСН2^НСНз (7G-e6%)
Получение аминов
Получение аминов
(18) [38т](18) [38т]РЬСН=МСНз + PhCHiMgCl —>РЬСН=МСНз + PhCHiMgCl —>NHCH3нг0 !> PHCHCH2Ph (96%)
(18) [38т]
(18) [38т]
РЬСН=МСНз + PhCHiMgCl —>
РЬСН=МСНз + PhCHiMgCl —>
Получение олефинов дегидратациейпромежуточно образующихся спиртов
Нг5О4
[38у]PhCH=CHCH^O+'CHsMgBr —> > PhCH=CHCH=CH2 (?5%)
Н3о
[зад 2РШйВг+СН3С00С2Н5 —^ —Ph2C=CHg (67 - 70%) и
В схеме 5.2 собраны некоторые из наиболее широко применяемых синтезов с участием реактивов Гриньяра; при этом в качестве иллюстрации использованы методики, описанные в «Синтезах органических препаратов».
Следует помнить, что применению реактивов Гриньяра могут препятствовать функциональные группы в мет ал л органическом или карбонильном соединении. Алкенильные, кетальные и апетальные группы обычно не вызывают трудностей, однако не должно быть незащищенных групп OH/NH и SH или карбонильных групп
Присоединение реактивов Гриньяра чувствительно к пространственным факторам; в случае стерическн затрудненных кетонов наблюдается конкурирующая реакция восстановления карбонильной группы. За это превращение может быть ответственно циклическое переходное состоя - 158
ние, подобное предложенному для восстановления по Меервейну—■ Понндорфу — Берлею;.„ .
\/Р
rA-x„,- c-r
R
1 +
и д
R-J.../1°п "
д м^х
R
о
MQX
Доля этого процесса возрастает с увеличенном объема заместителей как в кетоне, так н в реактиве Гриньяра. Например, присоединений изопропил магл ийбромида к диизопропилкетону не происходит, по с выходом 70% образуется продукт восстановления — дцизопропнлкарби- нол [40].
Процесс восстановления не имеет большого синтетического значения, хотя известны и исследуются возможности его применения для асимметрического восстановления кетонов [41]. Например, восстановление изопропилфецилкетопа в соответствующий спирт оптически активным реактивом Гриньяра (1) происходит с оптическим выходом 82% (выход 70%).
CHiCHs Оон
РЬСПСЕ^МгСЦ-РНССГЦСН»)» - > PhCCH(CH3)2
н
I
Иногда конкурирующей реакцией может быть также енолизация кетона. Так как енолят не присоединяет реактив Гриньяра, то после гидролиза реферируется кетон:
ОО'
I)I
ROMgX + R'CCHR? —► РОГ! % R'C CR?
о
RH R'CCHR?
Было показало, что енолизация особенно существенна, когда значительная часть реактива Гриньяра находится в форме алкиголята [42]. Алкоголяты образуются в результате реакции присоедпненнч, а также за счет процесса окисления, если не исключено присутствие кислорода. Как и восстановление, енолизация составляет наиболее серьезную конкуренцию в тех случаях, где присоединение затруднено по пространственным причинам.
Наблюдается также присоединение реактивов Гриньяра к электрофильным двойным углерод-углеродным связям. Было показано, что два фактора благоприятствуют сопряженному присоединению к а^-нена- сыщенным кетонам и сложным эфирам. Сопряженному присоединению способствуют пространственные затруднения вблизи карбонильной группы. Например, сопряженное присоединение реализуется, в случае нтор-бутилового эфира кротоновой кислоты, тогда как менее затрудненные эфиры реагируют по карбонильной группе [43].
’ сн2
Н8о и*
сн3сн-с(!соо<.нс::д.;:-. • < ;:усч/)^>
СНз СП»
—* сн^снзьснснзсооснач^^
СХЕМА 53. СОПРЯЖЕННОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ РЕАКТИВОВ ГРИНЬЯРА
H3C COOC2H3
СЩ/COoCsH,HjtO||
(I) [45a]
yC^c(+ PIiCH2MgCl —> »■ PhCH3C—CHCN (S5%j
С2н/ 4N1
1 CuCL ЕЦО
(2) [456]
(СН,)2С=С(СООС2№1)2+ CH3MgI -7* (CHS)3CCH(COOC2HE)2
2 II2O, H(8^-94%
CH(COOC3H3)8
Cui1
(3) [45]
(CH3)3C=C(COOC8H5)3+CH3(CH3)<MgBr > CH3(CH2)4C(CH3)8 (65%)
CH2COPh
Cui1
(4) [45e]
(CHM=CHCOPh + (CHthCHMgBr ь (CH3)3CHC(CHsh
00
JIMgBr
(5) [45c]
|СиГГТ4
[ - I) + CH3C=CH2 > [ ] ]. (68%)
Присутствие каталитических количеств солей меди(1) оказывает сильное влияние на соотношение процессов присоединения по карбонилу и сопряженного присоединения [44]:
Оонон
СН,СН=СНССН# + CH3MgBr —> СН3СН=СНС(СН3)2 +(СНа)1СНСН2С(СН3)а
(90%)(Эй)
w-Bu3P—Cuiw-Bu3P—Cuiо
w-Bu3P—Cui
w-Bu3P—Cui
СНзС.Н=СНССН3 + CH»MgBr
онон
—> СН3СН=СНС(СНа)3 4- (CH3)2CHCH2C(CHs)3
№(95%)
Изучение механизма этих явлений показало, что в качестве промежуточных продуктов образуются медьорганнческие соединения. Катали- зуемое медью сопряженное присоединение обсуждается дополнительно в разделе, посвященном металлорганическим производным переходных металлов. При взаимодействии реактивов Гриньяра с алкилиденовыми производными диалкил маловато в или алкилцнапоацетатов образуются значительные количеств^! продуктов сопряженного присоединения. И в этих системах доля продукта сопряженного присоединения увеличивается при введении солей одновалентной меди [45]. Эта реакция оказалась полезным методом создания сильно разветвленных алкильных цепей (реакция 3 в схеме 53).
Реактивы Гриньяра иногда применяют и для введения кислородных функций, Реактивы Гриньяра легко реагируют с кислородом с образованием солей гидропероксидов, которые далее окисляют вторую молекулу реактива Гриньяра:
RMgX' + O2 —> R—О—О—MgX
R-O—О—MgX + RMgX —> 2ROMgX
ROMgX ROH
j Взаимодействие реактивов Гриньяра с простой связью кислород—кислород лежит в основе метода синтеза трет-бутиловых эфиров, например [46]:
О
PhMgBr + (CU8)SCO—OCPh —► РЬОС(СНа)э <35-зш
Активность алкил- и ариллитиевых соединений удобно сравнивать с активностью реактивоц Гриньяра. Алкиллитиевые соединения более активны, чем реактивы Гриньяра, и менее склонны к реакциям восстановления и сопряженного присоединения. Литийорганические реагенты более активны в присоединении по карбонильной группе. Это можно проиллюстрировать, сравнивая активность этиллития и этилмагнийбро- мида по отношению к адамантанону: при использовании этиллития желаемый третичный спирт получают с выходом 83%, тогда как с реактивом Гриньяра образуется преимущественно продукт восстановления — ада манта нол-2. Даже трат-бутиллитий гладко присоединяется к ада- мантанону, давая сильно пространственно-затрудненный 2-трег-бутил- ядамантаиол-2 с выходом 80% [47]. На реакции с литы норганнческими реактивами накладываются ограничения по типам функциональных групп, которые могут присутствовать и реагирующих молекулах. Одной из реакций, которые очень эффективны при использовании алкиллитиевых реагентов, но плохо идут с реактивами Гриньяра, является синтез кетонов из карбоновых кислот [48]. Успех этой реакций зависит от стабильности образующегося дплитиевого аддукта. Этот аддукт не разрушается до гидролиза, при котором освобождается кетон:
ОО' Li+он о
II . I . нгоII
RLi 4-R'CO' Li* —-> R/CO' Li+> R'COH —> RCR'
RR
Некоторые примеры таких реакций приведены па схеме 5.4.
В отличие от реакция образования магниевых р литиевых реагентов из галогенидов электрофильное замещение с их участием проходит с. высокой стереоселективностью. Сообщалось о сохранении конфигурации в реакциях с диоксидом углерода и этилхлорформиатом в качестве электрофилов [25, 49]. В реакциях алифатических металлоргаиических соединений с бромом наблюдалась как полная инверсия, так и сохранение конфигурации [49, 50]. В настоящее время не существует исчерпывающей теории реакций электрофильного замещения с участием металл- иргзнических соединений, способной объяснить эти особенности стереохимии реакцией.
Исследовалась стереохимия присоединения метилмагнийбромида, лиметилмагния и метиллития, а также других металлорганическнх соединений [51]. Хотя обычно стереоселективпость невысока, в общем стучав более предпочтительна атака с экваториального направления.
СХЕМА 5.4, СИНТЕЗ КЕТОНОВ ИЗ СОЛЕЙ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
10 [48а]
/ \НзО /\
2—COOLi 4- CH3Li —— ту
COOLiСОСНз
—СОСНз
ИОД
086]
(CHS)2CCH2OH+CH6Li —> (CHslsCCHgOH
(40%)
Нк ys уСООН• Н< л
,COCH$
:48s]
4-2CHsLi —>
(90%)
Ph/\сн3Ph/
"^СНз
приводящая к аксиальному спирту; предпочтительность экваториальной атаки увеличивается с ростом размеров алкильной группы. Обобщая эти результаты, можно предположить, что направление присоединения ме- таллорганическогр соединения к карбонильной группе определяется пространственными факторами:
М=Ы, МД В г, MgR. (основной продукт)М=Ы, МД В г, MgR. (основной продукт)(минорный продукт) ((минорный продукт) (
М=Ы, МД В г, MgR. (основной продукт)
М=Ы, МД В г, MgR. (основной продукт)
(минорный продукт) (
(минорный продукт) (
Бициклические кетоны также взаимодействуют с литий- и магнийорга- ническнми реагентами, образуя продукты присоединения с менее пространственно-затрудненной стороны карбонильной группы.
В случае насыщенных реактивов Гриньяра обычно не происходят структурные перегруппировки. Аллильные и гомоаллильпые системы могут давать продукты, возникающие при структурной изомеризации. Бутен-2-илмагнийбромид и бутеп-З-ил-2-магнийбромид в растворе находятся в равновесии:
Gib
I
CH3CH=CHCH2MgBr ^ CH2=CHCHMgBr ^ CH3CH=CHCH2MgBr
Продукт присоединения образуется из последнего соединения, хотя оно является минорным компонентом в равновесии [52]. Предполагают, что присоединение осуществляется через циклическое переходное состояние, что и приводит к аллильной перегруппировке;
О—MgBr—* R2CCHCH=CH2 ^н3О—MgBr—* R2CCHCH=CH2 ^н3
О—MgBr
—* R2CCHCH=CH2 ^н3
О—MgBr
—* R2CCHCH=CH2 ^н3
Этот тип присоединения сменяется реакцией по первичному атому углерода, если в реакции участвует сильно пространственно-затрудненный кетон. Несомненно, что причиной этого является пространственный эффект,•
ООмеВг
(СНэ)зССС(СНэ)з + BrMgCHiCH—CHCH» —> 1(СН3)3С]8ССНгСН=СНСНэ
Бутен-З-илмагнийбромид находится в подвижном равновесии с небольшим количеством циклопропилметилмагнийбромида. Существование этого равновесия было установлено с помощью дейтериевых меток [53]:
Н2сх
CH^CHCHiCDaMgBr ^ | ;CHCH2MgBr ^ BrMgCH3CD2CH=CH2
Синтез циклопропилметилмагнийбромида [54] и циклопропил метилли- тия [55] осуществлялся при низких температурах. При комнатной температуре образуются нециклические бутен-3-ильные реагенты. При дальнейшем удалении олефиновой связи, например в гексеи-5-илмагнййбро^ миде, уже не обнаруживается равновесие с циклическими формами [56];
CH2=CHCH2CHzCH2CHgMgBr ^^ ВгМДСН2
ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ МЕТАЛЛОВ ГРУППЫ ПБ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
В этом разделе описаны металлорганические соединения, содержащие такие металлы, как кадмий, ртуть или цинк. Реактивы Гриньяра и литийорганические соединения можно превратить в производные тяжелых металлов реакцией с солями этих металлов. Движущей силой реакции является стремление к образованию ионной соли более электроположительного металла. Эту реакцию используют для получения кадмий- и ртутьорганических соединений;
2RMgX + HgX3 —► RaHg + 2MgX1
2RMgX + CdX2 —> R2Cd + 2MgXa
Ртутьорпанические соединения можно также приготовить из триалкйл- боранов [571:
R3B + 3Hg(OOCCH3)2 —> 3RHgOOCCHa
Соединения ртути и кадмия гораздо менее активны, чем соединения лития и магния, и поэтому они оказываются полезными в некоторых реакциях, где важна селективность. В качестве примера можно привести синтез кетонов из хлорангидридов кислот с помощью кадмиевых реагентов, который нашел широкое применение. Кадмийорганическве соединения полезны именно потому, что они слишком мало активны, чтобы присоединяться к образующемуся кетону, ц вследствие этого реакция останавливается па стадии образования кетона:
RCOC1 + (CH3)2Cd —► RCOCH,
Несколько примеров подобных реакций приведено на схеме 5.5.
В настоящее время ртутьорганические соединения редко используют непосредственно в органическом синтезе. Одной из перспективных мето- i дик, в основе которой лежит возможность получения соединений ртути
СХЕМА БД СИНТЕЗ КЕТОНОВ С ПОМОЩЬЮКАДМИЙОРГАНИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ
О
(1) [57а](1) [57а](2) [576](2) [576][(CH3)2CH(CH2)s]aCd + С1ССН2СН2СОСН3 —> О
(1) [57а]
(1) [57а]
(2) [576]
(2) [576]
—> (CH3)2CH(CH2)SC(CH2BCOCHS (73-75%)
СЕР
(СН3)2С==СН(СН2)2С=СН(СН2)3СОС1 + (C2H5)2Cd —>
СН3
I
(4) [57г](4) [57г]снуС^Нц—С—СН2СНсн,снуС^Нц—С—СН2СНсн,-, о сн, сн3 оIIIIII2 Cd + С1ССН,—G—(СН2)6—С—СН,СС1 IIЛсн,сн,-, о сн, сн3 оIIIIII2 Cd + С1ССН,—G—(СН2)6—С—СН,СС1 IIЛсн,сн,Ожидаемый дикетон (ori^iОжидаемый дикетон (ori^i—* (СН3)аС^СН(СН2)2С=СН(СН2)3СОС2Н6 №%)
(4) [57г]
(4) [57г]
сну
С^Нц—С—СН2СН
сн,
сну
С^Нц—С—СН2СН
сн,
-, о сн, сн3 о
IIIIII
2 Cd + С1ССН,—G—(СН2)6—С—СН,СС1 II
Лсн,сн,
-, о сн, сн3 о
IIIIII
2 Cd + С1ССН,—G—(СН2)6—С—СН,СС1 II
Лсн,сн,
Ожидаемый дикетон (ori^i
Ожидаемый дикетон (ori^i
(3) [57s]
из алкенов через борорганические соединения, является синтез первичных галогенидов из алкенов. Этот процесс идет с региоселективностью, противоположной по сравнению с прямым ионным присоединением бромистого водорода к алкенам с концевой двойной связью [58], т. е. против правила Марковникова:,•
в2н6СН,(СН2)вСН=СН2 ——■—> СН3(СН2)8Вг №)2. Н^ЮАСЗд
Вг2
Важное применение в синтетической органической химии находит цинк. В реакции цинка с этилбромацегатом п карбонильными соединениями образуются эфиры ct-гндроксикарбоновых кислот.. Это превращение известно под названием реакции Реформатского [59]:
ВГСН3СООС2Н5 + Zn Д-ВГСН3СООС2Н5 + Zn Д-
ВГСН3СООС2Н5 + Zn Д-
ВГСН3СООС2Н5 + Zn Д-
Реакция, по которой образуется металлорганическое соединение, по- видимому аналогична реакции образования реактивов Гриньяра, Однако расположенная рядом кароонильпая группа может делокализовать отрицательный заряд на атоме углерода, поэтому нуклеофил лучше описывать как енолят цинка [60]:
О" Zn6*
C2HsOOCCH2Br + Zn —> С2Н5ОС=СНа + Br"
Енолят может далее осуществлять нуклеофильную атаку по карбонильной группе аналогично еноляту, образующемуся в процессе депротонирования. Замещенные, сложные а-бромэфиры и а-бромкетоны также присоединяются к карбонильной группе в присутствии металлического цинка. Несколько примеров реакции Реформатского приведено на схеме 5.6,
СХЕМА 5.6 КОНДЕНСАЦИЯ а-ГАЛОГЕНКАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИИС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИНКА — РЕАКЦИЯ РЕФОРМАТСКОГО
5. Zn (1) 160а) СН3|'СН2)3СНСН=О + ВгСНСООС2Н5 >
с2и5 снэон
—> СН3(СН2ЬСНСНСНСООС2Н5 (87^>
Сан5 СНаон1- Zn |(2) [606] PiiCH=O 4-ВгСНаСООС2Н5 > Р11СНСН2СООС2Н5 (61—и%1 /
Н +онI. 7пI
[60s] СН3(СН2)4СН=О + ВгСН2СООС2Н5 > СН3(СН2)4СНСН2СООС2Н5
2.
он Zn, lMeOigB|
[60s] PhCHaCH=O+ BrCH2COOC2H5 ~T > PfiCH2CHCH2COOC2H5 ,;90%)
[60S)[60s][60S)[60s]-О + BrCH2COOC2Hs-О + BrCH2COOC2Hs
[60S)
[60s]
[60S)
[60s]
-О + BrCH2COOC2Hs
-О + BrCH2COOC2Hs
’ 5.3. ОРГАНИЧЕСКИЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
До недавнего времени соединения магния, лития и, в меньшей мере, кадмия были единственными металлорганическими системами, находящими широкое применение в органическом синтезе. Эта ситуация резко изменилась за последние несколько лет. Особенно ценными оказались соединения меди [61]. Одним из первых примеров таких соединений является реагент, полученный из метиллитня и иодида меди(1) [44]:
2CH3LI + Cui2CH3LI + Cui(СИз^СиЩ 4- Eil(СИз^СиЩ 4- Eil
2CH3LI + Cui
2CH3LI + Cui
(СИз^СиЩ 4- Eil
(СИз^СиЩ 4- Eil
Этот реагент называют диметилкупратом лития. Он селективно присоединяется по р-углсродному атому «ф-ненасыщепных карбонильных соединений и обладает уникальной способностью замещать атомы галогенов на метил. Диметилкупрат лития реагирует с аллилацетатами по 5№'-механизму. Было показано, что он реагирует с эпоксидами с образованием нециклических алкилированных спиртов. Он присоединяется также к ацетиленовым эфирам. Известны также примеры подобных реакций с участием разветвленных алкил-, фенил- и вин ил медных реагентов. Несколько характерных примеров таких реакций включены в схему 5.7.
Было установлено также, что в медьорганических частицах могут находиться защищенные функциональные группы [62—64]. Например, Фрид с сотр. [63] синтезировали спирт (2), превратили его в метоксиизопропил овый эфир, чтобы предотвратить помехи со стороны гидроксильной группы, и затем получили медьорганический реактив:
ОСН,
ОНОНОСНз IОСНз IОС(СН3)$ОС(СН3)$ICH=CHCHC6HUICH=CHCHC6HUСН2=ОСН$СН2=ОСН$■*■ 1СН=СНСНС6Нц■*■ 1СН=СНСНС6НцBuL!BuL!СиЩСЩОцРЦСиЩСЩОцРЦ
ОН
ОН
ОСНз I
ОСНз I
ОС(СН3)$
ОС(СН3)$
ICH=CHCHC6HU
ICH=CHCHC6HU
СН2=ОСН$
СН2=ОСН$
■*■ 1СН=СНСНС6Нц
■*■ 1СН=СНСНС6Нц
BuL!
BuL!
СиЩСЩОцРЦ
СиЩСЩОцРЦ
ОСНз
ОС(СН3)г
—> LiCu_CH=CHCHCsHn „л
Впоследствии было показано, что этот интермедиат удовлетворительно реагирует с аф-непасыщепными кетонами с образованием соединений, которые были использованы в синтезе простагландинов.
Показано также, что можно синтезировать смешанные купраты, которые селективно переносят только один из углеродных заместителей [64, 65]. Это важно в тех случаях, когда необходимо ввести с помощью купратного реагента относительно сложную алкильную группу: в разработанных ранее методиках использовалась только одна из двух ал- кильных групп у атома меди. Эта методика включает реакцию ацетиленида меди с литиевым производным той группировки, которую предстоит использовать в синтезе. Вследствие прочного связывания меди с ацетиленидным лигандом селективно переносится только другая .руппа:
Ст 1Г С«С С вСт 1Г С«С С в[(CHshNIsP[(CHshNIsPOSiR3 i—СН^СН^НС-ЛпOSiR3 i—СН^СН^НС-Лп
Ст 1Г С«С С в
Ст 1Г С«С С в
[(CHshNIsP
[(CHshNIsP
OSiR3 i—СН^СН^НС-Лп
OSiR3 i—СН^СН^НС-Лп
СХЕМА 5.7, РЕАКЦИИ ЛИТИЯ-МЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ
[61а][6 [л][616][61в]161 г][613]161г][61е][61 ж][61з][61а][6 [л][616][61в]161 г][613]161г][61е][61 ж][61з]Сопряженное присоединениеСопряженное присоединениеСН3СН=СНСОСНз + Me^CuLi -> (СН3)$СНСН»СОСНд (94%)СН3СН=СНСОСНз + Me^CuLi -> (СН3)$СНСН»СОСНд (94%)ОО(СН2)6СООСН3 + иСи(СН^СН2)2(СН2)6СООСН3 + иСи(СН^СН2)2сн=сн2сн=сн2■С^иВг + КСНэ)3С]гСни —* (СН3)зС(СН2)4СН5■С^иВг + КСНэ)3С]гСни —* (СН3)зС(СН2)4СН5Алкилирование эпоксидовАлкилирование эпоксидовCOOC2HS + MejCuLjCOOC2HS + MejCuLjНО СН3НО СН3СНэСН—снсоос,н5СНэСН—снсоос,н5
[61а]
[6 [л]
[616]
[61в]
161 г]
[613]
161г]
[61е]
[61 ж]
[61з]
[61а]
[6 [л]
[616]
[61в]
161 г]
[613]
161г]
[61е]
[61 ж]
[61з]
Сопряженное присоединение
Сопряженное присоединение
СН3СН=СНСОСНз + Me^CuLi -> (СН3)$СНСН»СОСНд (94%)
СН3СН=СНСОСНз + Me^CuLi -> (СН3)$СНСН»СОСНд (94%)
О
О
(СН2)6СООСН3 + иСи(СН^СН2)2
(СН2)6СООСН3 + иСи(СН^СН2)2
сн=сн2
сн=сн2
■С^иВг + КСНэ)3С]гСни —* (СН3)зС(СН2)4СН5
■С^иВг + КСНэ)3С]гСни —* (СН3)зС(СН2)4СН5
Алкилирование эпоксидов
Алкилирование эпоксидов
COOC2HS + MejCuLj
COOC2HS + MejCuLj
НО СН3
НО СН3
СНэСН—снсоос,н5
СНэСН—снсоос,н5
Алкилирование аллиладстатов
ООССНЭ
(И) [61м] (CHa)2C=CHCHCHsC(CHs)s + Me2Cuti — (С1Ы3ССН=СНСН2 C(CHS)8
Получение кетонов из хяоранг адрндо в кислотОО
[61к] H=C(CH2)I0CCl + MesCuLi —> N^CtCH^.eCCHa Оо
ИCui
[61л] (СН3)аССС| + (СНЭ)2СНЫ —* (СНэ)аСССН(СНз)е (94%)
^ V— I + (CHs!2CuLi^ V— I + (CHs!2CuLi2:СНз (Э0%)2:СНз (Э0%)Кори и Познер обнаружили, что с помощью диметилиупрата литтщ можно замещать на метил иод пли бром в разнообразных соединениях, 71 том числе в арил- и випилгэлогенидах [66]:
^ V— I + (CHs!2CuLi
^ V— I + (CHs!2CuLi
2:СНз (Э0%)
2:СНз (Э0%)
FLC ОСОСНзI I.FLC ОСОСНзI I.ООССН3ООССН3+ (СНЩСЩ!+ (СНЩСЩ!:С=СНСНз (85%):С=СНСНз (85%)
FLC ОСОСНзI I.
FLC ОСОСНзI I.
ООССН3
ООССН3
+ (СНЩСЩ!
+ (СНЩСЩ!
:С=СНСНз (85%)
:С=СНСНз (85%)
PhCH=CHBr + (CH3)2CuH —> PhCH=CHCH3 (81%)
Этот метод замещения галогена на алкил дает гораздо более удовлетворительные результаты и имеет более общее значение, чем замещение с помощью реактивов Гриньяра или литийорганических соединений [67]. В случае аллилгалогенидов и аллилацетатов реакция идет с метилированием ио двойной связи и сопровождается аллильной перегруппировкой [68]:
сн3
СН2—С—ОЦСН^СН], + (CHs)sCuLi —> СН3—СН2—С=СН(СН2)3СН3 (80%)
Ацетаты ацетиленовых спиртов также реагируют со смещением пары электронов, что приводит к образованию алленов [69];
СНзСН2-СНзСН2-4- (CH3)aCuLi4- (CH3)aCuLiCHsCHjCHCHjCHa (88%)CHsCHjCHCHjCHa (88%)
СНзСН2-
СНзСН2-
4- (CH3)aCuLi
4- (CH3)aCuLi
CHsCHjCHCHjCHa (88%)
CHsCHjCHCHjCHa (88%)
Насыщенные эпоксиды раскрываются под действием диметилку- прата лития с хорошими выходами [70]. Метильная группа вводится к менее пространственно-затрудненному атому углерода эпоксида:
ОН
Эпоксиды, содержащие винильные заместители, подвергаются атаке реагентом по двойной связи о сопутствующим сдвигом двойной связи ц раскрытием цикла [71]:
сн,
(CH^CuLi + снг=с^
Купратные реагенты могут также превращать хлор ангидриды кис* лот в кетоны и в этом направлении используются наряду с ал кил кадмиевыми реагентами [72]. Наличие в хлор ангидридах кислот таких функциональных групп, как циано-, сложноэфирная и кетонная, не мешает успешному ходу реакции [73].
В основе химической активности купратных реагентов лежит нуклеофильность по отношению к углероду при сильной предпочтнтель- гюсти реакций по алкеновым или галогенидиым фрагментам по сравнению с карбонильными группами. Механизмы реакций строго не были установлены. В случае сопряженного присоединения принято предпо-
лагать [74], что реакция инициируется одноэлектронным переносом от медь-литиевой частицы:
О0-
[R^uL^ + R'CH^CHiIr' —► [R2CuLi]J + R'CHCH=CR' —►
R' O~R' О'
—> (РаСиКфСНСН^Р' —> RCHCH=CRr + R2CuLi + Li+ + RCu
R' О
R^HCH2^R'
Предполагают, что перенос алкильной группы осуществляется внутри интермедиата, возникающего при комбинации двух продуктов, возникающих на стадии электронного переноса. В случае норборнилыгой труппы было показано, что конфигурация переносимой алкильной группы сохраняется [75]:
Это и некоторые другие аналогичные наблюдения исключают возможность переноса алкильной группы в виде свободного радикала.
При исследовании относительных скоростей реакций ди-н-бутил- купрата лития с рядом органических галогенидов было найдено, что относительные активности галогенидов весьма сходны с теми, которыми они обладают в ^^-реакциях [76]. Здесь также происходит инверсия конфигурации атома в месте замещения [67, 77]. Эти факты позволяют предполагать, что в переходном состоянии осуществляется нуклеофильное замещение галогена, но детали механизма реакции по-прежнему неясны.
Среди переходных металлов следующим по значению для органического синтеза является никель. Наиболее важные реакции с участием никельсодержащих частиц приводят к связыванию двух органических молекул. 8 реакциях аллилуалогенидов с карбонилами никеля образуются комплексы, в которых аллильные группы связаны с никелем. Природа этих связей отличается от связей, которые свойственны металл- органичсским соединениям, обсуждавшимся ранее в этой главе. В связи с никелем участвуют л-орбитали; поэтому такие металлорганические соединения называют к-аллилъныяи комплексами. Детали их электронного строения более полно обсуждаются в разд. 5,5.
2СН2=СНСН2Вг + 2№(СО)42СН2=СНСН2Вг + 2№(СО)4/Вг№ Ni/Вг№ Ni
2СН2=СНСН2Вг + 2№(СО)4
2СН2=СНСН2Вг + 2№(СО)4
/Вг
№ Ni
/Вг
№ Ni
Важной для синтеза особенностью этих соединений является их способность реагировать с самыми разнообразными органическими галогенидами с замещением атома галогена на аллильную группу [78], например [79]:
СН2^СНВг-Н(СН2^СН—СН2)№Вг]2 —> СН2=СНСН2СН=СН3 (70%)
у—I + 1(СН2—CH^CHJNiBrJjу—I + 1(СН2—CH^CHJNiBrJjСН2СН=СН2СН2СН=СН2(SIYj(SIYj
у—I + 1(СН2—CH^CHJNiBrJj
у—I + 1(СН2—CH^CHJNiBrJj
СН2СН=СН2
СН2СН=СН2
(SIYj
(SIYj
Механизм реакции детально не исследован; однако в отлйчие от превращений реагентов купратного типа нуклеофильный характер замещения здесь маловероятен. В приведенном ниже самом общем механизме реакции предполагается, что галогенид присоединяется к никелевому реагенту и далее две органические группы конденсируются с элиминированием никеля (И):
№ S — растворитель
X fX fX IX I
X f
X f
X I
X I
Никельорганические интермедиаты, вероятно, участвуют в реакциях с карбонилом никеля №(СО)4- Карбонил никеля вызывает конденсацию аллилгалогенидов, если реакция проводится в очень полярных растворителях, таких как ди метил форм амид или диметил сульфоксид. Эту реакцию можно провести внутримолекулярно с целью осуществления циклизации бис(аллилгалогенидов); ее использовали для синтеза макроциклов, вплоть до 18-члешгых [80]:
№(СО)^
ВгСН2СН=СН(СНг)иСИ=СНСН2Вг > ^М*- ^ ;: Г (76-84%)
BrCH8CH=CH(CH3hC^ №fCOh
-^- Г 1)О (70-75%) {См. [81]}
ВгСН2СН=СН(СН2)аСН/
Другой никелевый комплекс — бис (1,5-циклооктадиен) никель (0), условно обозначаемый (COD)2Nt в приводимых ниже схемах, способен вызывать конденсацию не только галогенидов аллильного типа, активных и в реакциях с карбонилом никеля, но также и других галогенидов:
бисЦБ-циклоокта-диен)никвль(О) t
(81%) [См. [82]}
{Си. [83]}
Соли никеля (II) эффективно катализируют взаимодействие реактивов Гриньяра с винил- и ар и л галогенидами. Эффективным
MiiPh2PCH3CM3PPh212Cl3MiiPh2PCH3CM3PPh212Cl3CH^CHzhCHaCH^CHzhCHa:Н2(СН2)2СНэ:Н2(СН2)2СНэПри использовании вторичных реактивов Гриньяра в определенных ус» ловиях конечный продукт реакции содержит соответствующий первичный алкильный заместитель [85]. Наиболее вероятный механизм такой перегруппировки включается. в образовании никельорганнческого интермедиата, который затем превращается в алкеновый комплекс никеля. Далее может осуществляться рекомбинация алкенов с никелем в направлении, противоположном элиминированию: уПри использовании вторичных реактивов Гриньяра в определенных ус» ловиях конечный продукт реакции содержит соответствующий первичный алкильный заместитель [85]. Наиболее вероятный механизм такой перегруппировки включается. в образовании никельорганнческого интермедиата, который затем превращается в алкеновый комплекс никеля. Далее может осуществляться рекомбинация алкенов с никелем в направлении, противоположном элиминированию: уPR3PR3PR3 Сн3PR3 Сн3R3P—№—Cl+ (CH3)2CHMgX —► RsP—NT—CHR3P—№—Cl+ (CH3)2CHMgX —► RsP—NT—CH>M>MPh CHaPh CHaPh/ I CHN |CH3Ph/ I CHN |CH3PRaPRaRSP—Ni—CH2CH2CHa —► PhCH2CH2CH,RSP—Ni—CH2CH2CHa —► PhCH2CH2CH,I PhI PhРеактивы Гриньяра в присутствии ионов Со2+ реагируют с образованием продуктов конденсации. При использовании алифатических реактивов Гриньяра в основном образуются продукты диспропорционирования, возникновение которых можно приписать радикальным интермедиатам [86]. Бромид таллия (I) может вызывать конденсацию ароматических и вторичных алифатических реактивов Гриньяра, однакб с основной реакцией здесь конкурируют другие процессы [87]:CHS~V?—MgBr+TIBr —*СН3——сн= <91’«Реактивы Гриньяра в присутствии ионов Со2+ реагируют с образованием продуктов конденсации. При использовании алифатических реактивов Гриньяра в основном образуются продукты диспропорционирования, возникновение которых можно приписать радикальным интермедиатам [86]. Бромид таллия (I) может вызывать конденсацию ароматических и вторичных алифатических реактивов Гриньяра, однакб с основной реакцией здесь конкурируют другие процессы [87]:CHS~V?—MgBr+TIBr —*СН3——сн= <91’«СПз СНзI IСПз СНзI ICHaCH2CHtCHMgBr+TlBr —> СНзСНаСН2СН—СНСН2СИ2СНз (50%,Две алкильные группы, связанные с медью в комплексных диал- килкупратах лития, конденсируются под действием таких окислителей, как кислород или нитробензол [88]:CHaCH2CHtCHMgBr+TlBr —> СНзСНаСН2СН—СНСН2СИ2СНз (50%,Две алкильные группы, связанные с медью в комплексных диал- килкупратах лития, конденсируются под действием таких окислителей, как кислород или нитробензол [88]:c>sRsCuLi у R—Rc>sRsCuLi у R—RСоединения типа винилмеди и вннилсеребра, которые можно получить обменом металл — металл [Из соответствующих соединений лития, подвергаются термическому разложению, приводящему к их конденсации до бутадиена, причем выделение металла происходит при температуре, близкой к комнатной [89]:Соединения типа винилмеди и вннилсеребра, которые можно получить обменом металл — металл [Из соответствующих соединений лития, подвергаются термическому разложению, приводящему к их конденсации до бутадиена, причем выделение металла происходит при температуре, близкой к комнатной [89]:СНзСН^СНЫ-ЦСиЦРВиа)]4 —^ [СНзСН=СНСи(РВи8)]№—* сн,сн=снсн=снсн3СНзСН^СНЫ-ЦСиЦРВиа)]4 —^ [СНзСН=СНСи(РВи8)]№—* сн,сн=снсн=снсн3
MiiPh2PCH3CM3PPh212Cl3
MiiPh2PCH3CM3PPh212Cl3
CH^CHzhCHa
CH^CHzhCHa
:Н2(СН2)2СНэ
:Н2(СН2)2СНэ
При использовании вторичных реактивов Гриньяра в определенных ус» ловиях конечный продукт реакции содержит соответствующий первичный алкильный заместитель [85]. Наиболее вероятный механизм такой перегруппировки включается. в образовании никельорганнческого интермедиата, который затем превращается в алкеновый комплекс никеля. Далее может осуществляться рекомбинация алкенов с никелем в направлении, противоположном элиминированию: у
При использовании вторичных реактивов Гриньяра в определенных ус» ловиях конечный продукт реакции содержит соответствующий первичный алкильный заместитель [85]. Наиболее вероятный механизм такой перегруппировки включается. в образовании никельорганнческого интермедиата, который затем превращается в алкеновый комплекс никеля. Далее может осуществляться рекомбинация алкенов с никелем в направлении, противоположном элиминированию: у
PR3
PR3
PR3 Сн3
PR3 Сн3
R3P—№—Cl+ (CH3)2CHMgX —► RsP—NT—CH
R3P—№—Cl+ (CH3)2CHMgX —► RsP—NT—CH
>M
>M
Ph CHa
Ph CHa
Ph/ I CH
N |
CH3
Ph/ I CH
N |
CH3
PRa
PRa
RSP—Ni—CH2CH2CHa —► PhCH2CH2CH,
RSP—Ni—CH2CH2CHa —► PhCH2CH2CH,
I Ph
I Ph
Реактивы Гриньяра в присутствии ионов Со2+ реагируют с образованием продуктов конденсации. При использовании алифатических реактивов Гриньяра в основном образуются продукты диспропорционирования, возникновение которых можно приписать радикальным интермедиатам [86]. Бромид таллия (I) может вызывать конденсацию ароматических и вторичных алифатических реактивов Гриньяра, однакб с основной реакцией здесь конкурируют другие процессы [87]:
CHS~V?—MgBr+TIBr —*СН3——сн= <91’«
Реактивы Гриньяра в присутствии ионов Со2+ реагируют с образованием продуктов конденсации. При использовании алифатических реактивов Гриньяра в основном образуются продукты диспропорционирования, возникновение которых можно приписать радикальным интермедиатам [86]. Бромид таллия (I) может вызывать конденсацию ароматических и вторичных алифатических реактивов Гриньяра, однакб с основной реакцией здесь конкурируют другие процессы [87]:
CHS~V?—MgBr+TIBr —*СН3——сн= <91’«
СПз СНз
I I
СПз СНз
I I
CHaCH2CHtCHMgBr+TlBr —> СНзСНаСН2СН—СНСН2СИ2СНз (50%,
Две алкильные группы, связанные с медью в комплексных диал- килкупратах лития, конденсируются под действием таких окислителей, как кислород или нитробензол [88]:
CHaCH2CHtCHMgBr+TlBr —> СНзСНаСН2СН—СНСН2СИ2СНз (50%,
Две алкильные группы, связанные с медью в комплексных диал- килкупратах лития, конденсируются под действием таких окислителей, как кислород или нитробензол [88]:
c>s
RsCuLi у R—R
c>s
RsCuLi у R—R
Соединения типа винилмеди и вннилсеребра, которые можно получить обменом металл — металл [Из соответствующих соединений лития, подвергаются термическому разложению, приводящему к их конденсации до бутадиена, причем выделение металла происходит при температуре, близкой к комнатной [89]:
Соединения типа винилмеди и вннилсеребра, которые можно получить обменом металл — металл [Из соответствующих соединений лития, подвергаются термическому разложению, приводящему к их конденсации до бутадиена, причем выделение металла происходит при температуре, близкой к комнатной [89]:
СНзСН^СНЫ-ЦСиЦРВиа)]4 —^ [СНзСН=СНСи(РВи8)]№
—* сн,сн=снсн=снсн3
СНзСН^СНЫ-ЦСиЦРВиа)]4 —^ [СНзСН=СНСи(РВи8)]№
—* сн,сн=снсн=снсн3
катализатором оказался растворимый фосфиновый комплекс №(PhsPCH2CH2pPh2)2Cl3 [84]:
СХЕМА 5-8. СИНТЕЗ БИАРИЛОВ РЕАКЦИЕЙ КОНДЕНСАЦИИ ПО УЛЬМАНУ
Детали механизмов этих реакций неизвестны. Они могут проходить через одноэлектрон ное окисление алкильных групп до соответствующих радикалов с последующей комбинацией двух таких групп. И окисление, и конденсация происходят, вероятно, еще тогда, когда алкильные группы находятся в координационной сфере металла, так что участие свободнорадикальных интермедиатов нс обязательно.
Медьоргаинческие соединения, по-видимому, участвуют [90] в известном с давних пор процессе конденсации ароматических галогенидов— реакции Ульмана [91]. Эта реакция идет при нагревании двух ароматических галогенидов в присутствии медной бронзы. Реакционная способность изменяется в ряду: иодиды >■ бромиды 7> >■ хлориды. Реакции с иодидами и бромидами обычно осуществляются при — 200 °C, Эту реакцию можно успешно использовать для синтеза несимметричных биарн лов. Большое число примеров реакции Ульмана приведено в работе [91], несколько примеров представлены на схеме 5.8. Наилучшис ВЫХОДЫ в этой реакции получают тогда, когда один из ароматических галогенидов содержит нитрогруппу. В отсутствие таких «активирующих» заместителей-выходы редко бывают хорошими, часто около 20—30%.
КАТАЛИЗ ПЕРЕГРУППИРОВОК ИОНАМИ
И КОМПЛЕКСАМИ МЕТАЛЛОВ
Предполагается, что органические производные переходных металлов участвуют также в серии изящных реакций, образно называемых реакциями переключения связей, Эти реакции типичны для сильно напряженных углеводородов. Ряд таких реакций приведен на схеме 5.9.
Наиболее широкое признание получило такое представление о механизме катализа подобных реакций переходными металлами, при котором началом реакции считается электрофильная (окислительная) атака по одной из напряженных сисвязей [92], За ней следует миграция, подобная аналогичным процессам в карбениевых ионах, и раскрытие связи, которое в конечном счете завершается отщеплением иона металла. Некоторые доказательства промежуточного образования кар- бенисвого иона были получены в результате исследования реакций в
(3)[»1ж](3)[»1ж](4) [91з](4) [91з](5)[91и](5)[91и]Rh^ClsfCO)4^Rh^ClsfCO)4^Н3С , снаН3С , сна
(3)[»1ж]
(3)[»1ж]
(4) [91з]
(4) [91з]
(5)[91и]
(5)[91и]
Rh^ClsfCO)4^
Rh^ClsfCO)4^
Н3С , сна
Н3С , сна
нуклеофильных растворителях, в которых может улавливаться промежуточный «карбенневый ион».'0
Многие детали механизма этих реакций уже установлены, но остались еще и ifeрешетшые вопросы, касающиеся соотношения между ионом металла и структурой продукта реакции. Изучено, например, влияние различных производных переходных металлов на направление изомеризации трицикло [4.1,0.02-7]генгаяа (3) [95]. Разнообразие образующихся продуктов можно проиллюстрировать результатами, получен- ным^при использовании AsBF41 [Rh(GO)2GlJ2 и SnCh: х
j[RhiCO}2Cl]2j[RhiCO}2Cl]2
j[RhiCO}2Cl]2
j[RhiCO}2Cl]2
Движущей силой таких перегруппировок является энергия напряжения, характерная для систем с малыми циклами. Ненапряженные углеводороды не реагируют с различными содержащими переходные металлы частицами, которые вызывают в напряженных углеводородах переключение связей (валентную изомеризацию).
МЕТАЛЛОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ С л-СВЯЗЯМИ
Отличительным признаком соединений, которые обсуждаются в этом разделе, является природа связей углерод—металл. Металлорга- ннческие соединения, рассматривавшиеся ранее, содержали в большинстве случаев металл, связанный с определенным атомом углерода. Me- таллорганические соединения, обсуждаемые в этом разделе, напротив, связаны с металлами с помощью молекулярных л-орбиталей, которые делокализованы более чем на один атом углерода. Среди классов орга- шгчс-ских молекул, которые способны к образованию связей подобного типа, находятся простые олефины. Из олефиновых комплексов первыми были обнаружены комплексы с платиной; позднее были выделены комплексные соединения многих других переходных металлов. Обычно считают, что связывание в таких комплексах является результатом двух основных вкладов. Олефиновый лиганд действует как донор электронов по отношению к атому металла, перенося электроны от заполненной л-орбиталп* па вакантную орбиталь металла. Рассматривается также вклад, называемый «обратным связыванием». Он заключается во взаимодействии заполненной орбитали металла с вакантной разрыхляющей л-орбиталью олефина. Эти два типа связывания представлены ниже:
Такая общая концепция классификации связей пройдет через весь этот раздел, хотя детали могут меняться в зависимости от природы органических лигандов и свойств переходных металлов.
Олефиновые комплексы чаще всего получают замещением некоторых других лигандов олефином. Описаны как термические, так и фотохимические реакции. Олефины могут образовывать комплексы с плати-
ной я палладием путем вытеснения молекулы растворителя или галогена из координационной сферы металла [96]:
Общий препаративный метод — вытеснение оксида углерода из карбонильных комплексов металлов [97]:Общий препаративный метод — вытеснение оксида углерода из карбонильных комплексов металлов [97]:
Общий препаративный метод — вытеснение оксида углерода из карбонильных комплексов металлов [97]:
Общий препаративный метод — вытеснение оксида углерода из карбонильных комплексов металлов [97]:
Конечно, молекулярные л-орбитали органического лиганда могут быть делокализованы более чем на два атома углерода. Существуют хорошо охарактеризованные соединения, в которых ^-орбитали распределены между тремя, четырьмя, пятью, шестью я семью атомами углерода. В качестве иллюстрации ниже приведены некоторые примеры структур с аллильными лигандами:
№ Mi№ Mi
№ Mi
№ Mi
Димерные бромиды я-аллйяникеля(1) легко получаются из аллил- бромидов и карбонила никеля [79]. Аллилмагнийбромид реагирует с бромидом никеля с образованием бис (л-аллил) никеля [96]:
Металлорганические соединения, содержащие органические лиганды с циклическим расположением четырех атомбв углерода, представляют особый интерес, так как такие лиганды являются производными цикло- бутадцена. Соединения, содержащие лиганды такого типа с дополнительными заместителями, впервые были синтезированы в конце пятидесятых годов, а публикация о комплексе незамещенного цикл обута диен а появилась в 1965 г. [99].
-Г Нв2(СО)9-Г Нв2(СО)9
-Г Нв2(СО)9
-Г Нв2(СО)9
Последующие исследования убедительно показали, что при окислительном разложении подобных комплексов освобождается циклобутадиен или его производные. Все имеющиеся доказательства указывают на то, что эти соединения характеризуются очень малой продолжительностью жизни, по та продукты, которые были обнаружены в экспериментах с «ловушками-», лучше всего можно объяснить как результат реакций цнклобутад ненов. Карбоциклическое кольцо в молекуле, цпклобутаднен- железотри карбонил а ведет себя как активное ароматическое кольцо, С ним были проведены некоторые реакции электрофильного замещения
СХЕМА 510. РЕАКЦИИ ЦИКЛОБУТАДИЕНА
. Подобного рода активность циклических лигандов в металлорга- нических соединениях л-типа найдена также р в других системах, которые кратко обсуждены ниже. На схеме 5.10 представлено несколько примеров реакций, в которых циклобутадиен генерируется при окислении" его комплекса с трикарбонилжелезом и далее вступает в реакции присоединения с другими реагентами, присутствующими в растворе.
Первым из металлоргапических соединений л-типа был изучен ферроцен. Это соединение — нейтральная молекула, образованная ионом железа(П) и двумя циклопентадиенил-анионами. Описаны два удобных метода синтеза ферроцена [101], основанных на взаимодействии железа (II) с ароматическими циклопентадиеннл-анионами:
Получены аналогичные соединении с другими металлами. Многие из них кроме циклопентадиенил-аниона содержат и другие лиганды, связанные с металлом [102]:
Общее число электронов, отданных лигандами, вместе с валентными электронами атома (или иона) металла обычно равно 18, чтобы удовлетворялось «правило эффективного атомного номерам [103J.
На ферроцене и его производных были проведены разнообразные химические реакции . Такая молекула ведет себя как обогащенная электронами ароматическая система, и для нее легко осуществляется большинство типичных для ароматических соединений реакций замещения. Некоторые примеры реакций показаны на схеме 5.11, Однако такие реагенты, как галогены, которые являются сильными окислителями, реагируют по окислительно-восстановительной схеме* с изменением степени окисления и координационной сферы атома железа.
Область химии, посвященная синтезу и структурным исследованиям молекул, построенных из атомов или ионов переходных металлов и органических лигандов, развивается очень быстро, начиная с 1960 годов; в настоящее время известны тысячи подобных соединений. Это направление исследований само по себе является важной сферой, в которой слияние методов и представлений как органической, так и неорганической химии привело к созданию многих интересных и потенциально полезных соединений ,.
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
J. J Eisch. The Chemistry of Org/irmmetaliic Compounds, Macmillan, New York, NY, 1967.
G. E Coates, K. Wade, OrgariuinetaIlic Corrmounds, V. I, Methuen a Co., London, 1967.
L Wakefield, Organomagncsium compounds in otganii: synthesis, Chem Ind. (London), 450 (1972).
J. Л1. Bream, Orgarinlrth mm reagents in synthesis, Chem. Ind (London), 454 (1972).
E. C. Ashby, Grignard reagents, Compositions arid mechanisms of reaction, Q. Rev. Chem. Soc, 259 (1967).
B. J. Wakefield, The Chemistry of Organolithinm Compounds, Pergamon Press, Oxford, 1974.
AT L, H. Green, Organometallic Compounds, V IL Methuen a Co., London, 1967 [Л1. Грин. Мета морганически? сосдиаеш-ш переходных металлов. Пер. с англ./Под ред. С П Губана М., Мир, 1972 456 с ]
М Tsutsui М JV Levy, А.. Nakamura, М. k-hikawa, К Mori, Introduction to Metal п- Complex Chem К try, Pie num Press, New York, NY, 1970.
R. B. King, Transit ton-Metal Organometallic Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1969
C, IF. Bird, Transition Metal Intermediates in Organic Synthesis, Logos Press, London, 1967.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА ’
О. .4.. Реутов, И П Белецкая, В. И Соколов. Механизмы реакций металлоорганических соединений. М., Химия, 1972 367 с.
Дж Кендлин, К Тейлор, Д Толш.сон. Реакции координационных соединений переходных металлов Пер- с а игл./Под род. А Н Ермакова М, Мир, 1970. 392
А.люминнйорипинескне соединения Пер, с нем /Под ряд, А. Ф. Жигача М., Издатин- лнт, 1962. 326 с
Р Граймс Карбораны М, Мир, 1974 264 с
Б. М Михайлов .Химия борсводойтгов М, Шука, 1967 520 с.
А. Н. Несмеяное Химия ферро пена Л1, Наума. 1969 606 с,
Л И Несмеянов Элепец ■ лер га ни леска я химия, М, Наука, 1970. 874 с
ГЕ Л. Посон, Химия мет a,arm органических соединений.. Пор, с англ./Под ред. И, П. Белецкой М, Мир, 1970. 238 с.
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
I G Е.. Coates, К. Wade, OrgarromeLiilic Compounds, V. I, Methuen a. Co,, London, 1967, pp. 1—176.
D Seyferth, F, G ,4. Stone, J. Am. Cliem. Sot 79, 515. (1957); H, Normant, Adv. Org Chem 2, 1 (1960)
О D Stticky, R E. Randle, J Arn Chem. Sei'. 85, 1602 (1963)
D E. Pearson, D Cowan, 7 D Beekier, J. Org Chem 24, 604 (1959); D, E. Pearson, D Coyan, Org Syndi 44, "8 H964).
Ei M P Dreyfuss, J. Org Cheni- 28, 3269 (1963).
о R D Rieke, S. E Bales, J Am Chem. Soc 96, 1775 (1974).
7 D. Brycc-Smiih, E. Г, Blues, Org Synth 47, ИЗ (1967).
3 E C. Ashby, R Reed, J. Org Chem 31, 971 (19661
Ei H. О House, В D Trafieanie, ^ 1 Evans, J Org Chem. 28, 348 (1963)
H) E. C Ashby, At. В Smith, I Am Chern Soc. 86, 1363 (1964), F. Ж Walker, E, C. Ashby,J Am Chem Soc 91,3845 tl959).
It E. A. Braude, Prog. Org Chem 3, 172 (1955)
D Seyfer th, M -4. Wei ner, J Am Chem. Soc. 83, 31583 (1961); J. Org. Chem 26, 4797 (1961). Org Synth 41, 30 (1961) [COIT, 12, 34 (1964)].
. E, J. Coreu, R H. Woilenberg, J Org Chern 40, 2266 (1975),
H. j. S Winkler, G, Wittig, J Org Chem. 28, 178 3 (1963).
R G. Jones, H Gilman, Org. React 6, 339 (1951); H- Gilman, J. IF, Morton, Jr., Org React 8, 258 (1954) [OP, 8, 333 (1’356)1, R. E. Dessy, IF. Kitching, T. Psar- ras, R Salinger, A. Chen, T, Chivers, J. Am Chem. Soc. 88,460 (1966) , H. J. S. Winkler, H. Winkler, ,T. Am. Chem. Soc. 88, 964 (1966)
15a H. Gilman, J.. IF, Morton, Jr., Org. React 8, 258 (1934) [OP, 8, 333 (1956)1.
В M- Graybill. D. Л. Shirley, J Org Chem 31, 1221 (1966).
15a. R. B. Woodward, E. C. Kornfeld, Org. Synth. Ill, 413 (1955) [СОП, 4, 587 (1953)].
15г E. Jones, L M Moodie, Org. Synth aO, 101 (1970).
15Л. C. D, Broaddus, J Org Chem. 35, 10 (1970).'
H, L. Lewis, T. L. Brown, J. Am Chem. Soe. 92, 4664 (1970); p. West, R. Waack, J. Am, Chem, Soc, 89, 4395 (1967); T. L, Brown Adv. Orgunometal. Chem. 3, 365 (1965).
P. D Bartlett. С. Г Goebel, №. p. Weber, J Am. Chem. Soc. 91, 7425 (1969). 18 №. H. Glaze, G. H. been mn, J. Am. Chern Soc 91, 7198 (1969).
IP. H Glaze, С Af. Selman, J Org. Clieni 33, 1987 (1968); №. H. Glaze, C Al. Sel- inan, 3 Organomelal Chern 11, P3 (1968)
I. Yoshino, Y. .Manabe, J. .Am. Chern Soc. 85, 2860 (1963); H. Al. Walborsky, A. E. Fsimg, J Am Chem Soc. 86, 3288 (1964).
F R Jensen, K. L. Rakamaye, J. Afn Chem Soc 88, 3437 (1966), AT. G. Krieghoff, D О Catean, J. Am Chern. Soc. 88, 1322 (1966).
E PechHold, D. G Adams, G. Fraenkel, J Org Chem 36, 1368 (1971).
G. M. Whitesides, M. Witarweski, J. D. Roberts, J Am. Chem. Soc. 87, 2854 (1965): G, Al Whitesides, J. D Roberts, J Am Chem. Soc. 87, 4878 (1965); G, Fraenkel, D. T. Dix, 3 Am Chem. Soc 88, 979 (1966)
R. L. Letsinger, J Am Chem. Soc. 72, 4842 (1950); D, Y. Curtin. №. J. Roehl, Jr* J Am. Chem Soc 84, 1967 (1962).
H. M Walborsky. F J Inipastato, ,4, E. Young, J. Am. Client- S^c. 86, 3283 (1964); D. Seyj'erih, L. G. Vaughan, J Am Chem. Soc. 86, 883 (1964); M. 7. S. Detsar, J. Al Harris, J Am. Chem Soc. 91, 3652 (1969).,
H, Ruschig, R. Fugmann, № Meixmr, Angcw, Chem. 70, 71 (1958)
R, G Anderson, M В Silverman, D Al. Ritter, J. Org. Chem. 23, 750 (1958).
28 J F. Corsi, R H Cox, J Arn. Chem. Soc. 92, 6389 (1970)
29 G A. Russell, D №, Lamson, J. Am. Chem. Soc, 91, 3967 (1969); H. R. №'arrZi R G Lawler, J, Am Chem. Sac, 89, №f8 (1967); A. R. Lepley, R. L Landau, J. Am. Chem. Soc. 91, 748 (1969); H. R. Ward, R. G. Lawler, R- A Cooper, J Am. Chem, Soc 91, 746 (1969) .
30 D. Bruce Smith, J. Chem Soc, 1603 (1956).
R. M. Magid, J. G. Welch, J Am Chem. Soc 90, 5211 (1968)-, R M. Magid, E. C Nteh R. D. Gandour, J Org. Chem., 36, 2099 (1971); R. M. Magid, E;C.Nieh, J. Org Chem. 36, 2103 (1971)
L. H Sommer, № D, Korte, J Org Chem 35, 22 (1970).
/ Millon, R Lorne, G Linstrumelle, Synthesis, 434 (1975),
C. F, Hobbs W С. Hammann, J Org. Chem, 35, 4188 (1970); R. G Gough, I. A Dixon, J. Org Chem. 33, 2148 (1968).
H Gilman, J. Robinson, Org SyntK II, 47 (1943) [СОП, 2, 30 (1949)].
L I- Smith, Org. Svnth. II, 360 (1943) [СОП, 2, 259-(1949)].
E. C. Ashby, R В ’Duke, H. Af Neumann, J. Am. Chem. Soc. 89, 1964 (1967)..
ti 0. Hottss, L E. Oliver, J Org. Chem 33, 929 (1968); E. C, Ashby, /. Laemmle, H- M. Neumann, 3 Am. Chem. Soc 93, 4601 (1971)
38a н Gdman, Af E.. Catlin, Org Synth. I. 182 (1932) [СОП, 1, 515 (1949)]. 385 Ё E. Dreger, Org Svnth. I, 209 (1932) [СОП. 1, 1^4 (1949)].
38s L. Skaitebol, E R H Jones, M. C. Wtiting, Org. Svnth. IV, 792 (1963) [СОП, 11, 69 (1961)1
? C. G. Ouerberger. J H Saunders, R. E.. ARcn, R. Gander, Org Synth. HI, 200 (1955) (COIT, 4, Й2 (1953)]
38Д E R.'Coburn, Org Svnih HI, 696 (1955) [СОП. 4, 419 (19531]
38a. A L Drake, G. B. Cooke. Org Synth. II. 406 (1'943) [СОП 2, 321 (1949)]. ЗЯж G H Coleman, D Cra,g, Ofg Svnth II, (79 (1943) {СОП, 2, 193 (1919)] 38з №№. Moyer, CS Marvel. Org. Svnth. II,602 (1943) (СОП, 2, 489(1949)].
38a №E.Bachman.H- PHetzner, (a-' Svnth.Ill, 839 (1955) (СОП, 3, 424(1952)].
38k. 1. Colonge, R Marey, Org Synth IV, 661 (1963) [СОП, 10, 32 <1960)1- 38л CA.Dornveld,G HColeman, Org. SvnthIII, 701 (1955) [СОП, 4,22(1953)].
38.M G.ВBackman,OrgSynth II, 323 (1943)[СОП, 2, 295 (1949)}.
38я J. E. Callen, C A DorMeld, G H Coleman., Org. Synth. Ill, 26 (1955) [СОП, 4, 75 (1953)].
38o RВ Moffett,R L Shriner,Org Synth. Ill, 562(1955) [СОП, 3,321(1952)],
38a DAf. Boe)en, Org Synth III,553 (1955) [СОП, 6,70 (1956)].
38p H.Gilman, RH. Kirby, OrgSynth. I, 333 (1932)[СОИ, 1, 267(1949)].
3fc. D.E. Pearson,D Cowan, OrgSynth 44, 78 (1964)
38f R. B. Moffett, Org Synth. IV, 605 (1963) [COII, 6, 50 (1956)].
38y O. Grummiit, E. E Becker, Org Synth IV, 771 (1963) [СОП, 4, 504 (1953)]. 38ф C. F, H. Allen. S Converse. Org. Synth I, 221 (1932 [СОП, 1, 207 (1949)]. 39 E. L Eitel, F №. Nader, J. Am Chem Soc 92r584 (1970).
40 D. O.. Cowan, H. S Mosher, J Org. Chem 27, 1 (1962).
, J. S. Birtwistle, К Lee, J. D. Morrison, №. A, Sanderson, if. S, Mosher, J Org, Chem 29, 37 (1964)
H- O. House, D D. Truficanie, J Org Cbem 28, 356 (1963).
43 1. «Munch-Petersen, Org Synth 41, 60 (tORl) [СОП, 12, 85 (1964)].,.
H. О House, W L Respess, G M- Whitesides, J Org Chern 31, 3128 (1966).
R Af Schista, №. C. Hammann, J Org Chem 35» 3224 (1970).
46a F. S Prout, R J Hartman, E P -Y. Huang, C. J. Korpics, G. R. Tichelaar, Org. Synth. IV, 93 (1963) [СОП, 7, 10 0 956)].
456 E. L.. Eliel, R. O. Hutchins, M. Knoeber, Org Synth. 50, 38 (1970), 45s, F, D. Lewis. T A, Hilliard, 3. Am. Cheffl. Soc. 92, 6672 (1970).
45г Н. О. House, R. А. Latham, С D. Slater, J Org Chem 31, 2667 (1956).
С. Frisell, S.-O. Ldwesson Org Synth. 41, 91 (1961) [СОП, 12, 159 (1964)].
L L. Fry, E M. Engler, P von R Sthleyer, J. Am. Chem. Soc. 94, 4628 (1972). ,
48 M, I. Jorgenson, Org. React 18, 1 (19/1)
48m T, M. Bare, H. О House, Org Synth. 49, 81 (1969) .
R_ A, Schneider, J. Meinwald, J Am. Chern. See.. 89, 2023 (1966)'.
С. H. DePuy, F. IF Brettbcil, К R DeBruin, J. Am Chem. Sot 88, 3347 (1966).
D, E. ApplequUf, G, /V. Chmurny, J Am. Chem Sor 89, 875 (1967).
IP, H. Glaze, С M. Selman, A. L. Ball, Jr, L. E. Bray, J. Org. Chem 34, 641 (1969),
E. C, Ashby, J. T Laemmle, Chem Rev. 75, 521 (19/5)
R. A. Benkeser, №. G. Young, IF. £. Broxterman, D. A. Jones, Jr, S. I. Piaseczyn- ski, 3. Am Chem Soc 91, 132 (1969).
M. E. H. Howden, A. Maercker, J. Burdon, J. D. Roberts, J. Am. Chem Soc. 88, 1732 (1966).
D. I, Patel, C. L. Hamilton, J. D Roberts, J Am Chem Soc. 87, 5144 (1965).
P, T. Lansbury, F. A, Pattison, IF A. Clement, J, D. Sidler, J Am. Chem. Soc. 86, 2247 (1964),
R. G, Lamb, P. IF. Ayers, 34 К Toney, J. F. Garsi, J. Аш. Chem. Soc. 88, 4261 (1966).
R; C, Larock, H. C. Brown, J. Am Chem Soc 92, 2467 (1970)
57a. Л Cason, F. S, Prout; Org. Synth III, 601 (1955) [СОГ1, 4, 314 (19o3)].
576 J №. Ralls, B, Riegel, J Arn. Chem Soc 77, 6073 (1955) .
57e. R. M. ScWs/u, №. C Hamuiann, J Org Chem. 35, 3224 (1970).
57г. AL Miyano, C, R Dorn, J Org Chem 37, 268 (1972),
58 Л J. TufawHo, M Л1. Hovey. J. Am Chem. Soc. 92, 3221 (1970).
R. L. Shriner, Org React. 1, 1 (19421, Al. №. Rathke, Org. React. 22, 423 (1975) [OP, I, 9 (1948)].
№. R. Vaughan, H. P. Knoess, J. Org Chem 35, 239 4 (1970).
60a К L. Rinehart, Jr., E. G. Perkins, Org Synth IV, 444 (1963) [СОП, 9, 38 (1959)].
606 C. R. Hauser, D, S. Breslow, Org Synth 111, 408 (1955) [СОП, 3, 518 (1952)].
60s J. №. Frankenfeld, J. J. Werner, J Org Chem 34, 3689 (1969).
60г. M. IF, Rathke, A Lindert, J Org Chem. 35, 3966 (1970),
60» J. E Ruppert, J, D White, J Org Chem. 39, 269 (1974).
60г T. A. Spencer, R. IF. Britton, D S Watt, J. Am Chem Soc 89, 5727 (1967).
G. H, Posner, Org React 19, 1 (1972); Org. React. 22, 253 (1975).
.7/. 0. House, IP. L Respess, G. Л1. Wlutesid.es. J. Org. Chem, 31, 3128 (1966).
J. A, Marshall, G ,K Cohen, J Org. Chem. 36, 877 (1971).
61b F. S. Ato area, D. Wren, A. Prince., J. Am. Chem. Soc. 94, 7823 (1972)..
61?. £. J. Corey, G H. Posner, J. Am. Chem Soc. 89, 3911 (1967).
№. E. Konz, №. Hechtl, R. Huisgen, J. Am. Chem. Soc, 92, 4101 (1970).
61 e E_ /, Corey, J, Д, Katzenellenbogen, N. №.. Gilmmt, S. A. Roman, B, №. Erickson, J. Am Chern. Soc. SO, 5618 (1968).
61 ж E. E. van Tamelen, J. P, McCormick, J, Am Chem. Soc. 92, 737 (1970)
613 C. R. Johnson, R №. Herr, D. Af- Wieland, J Org Chem, 38, 4263 (1973)'.
61 a. R. J. Anderson, C. A. HwncR J. B. Siddall, J. Am. Chem Soc. 92, 735 (1970). 61». G. H, Posner, C £ Whitten, P £ McFarland, J. Am Chern. See. 94, 5(116 (1972). 6I.i. J.-E. Dubois, M Boussa, C. Lion, Tetrahcйгоа Lett, 829 (1971).
62 E. J. Corey, J. Katzenellenbogen. J Am. Chem Soc. 91, 1851 (1969); J. В Siddall, Л4. Biskup, J, H Fried. J Am Chern. Sot. 91, 1853 (1969), E. J. Corey, C, U. Kim, R. H. K. Chen., M. Takeda. J. Am Chem Soc. 94, 4395. (1972).
63 A, F. Kluge, K. G, Untch, J. H. Fried, J. Am Chem Soc. 94, 7827 (1972).
E J, Corey, D. J. Betimes,J. .AmChem.Soc 94, 7210 (1972).
65H. 0. House, M. J. Umen,J. OrgChem38, 3893 (1973)-
66E. J. Corey, G. H Posner,J. AmChem.Soc. 89, 3911 (1967).
G. M. Whitesides, IF. F. Fischer, Jr., J. Snn Filippo, Jr, Д. №. Bashe, H. 0. House, J. Am Chem Soc 91,4871 (1969) .
R.J.Anderson, C. A,HenGck, J.B. Siddall, J Am. Chem. Soc 92, 735(1970);
E.E.nan Tamelen, J.p, McCormick, J Am. Chem.Soc, 92, 737 (1970),
P. Rona, P. Crabbe, J Am. Chem. Soc 99, 4733 (1968).
70C.R.Johnson, R. IF.Herr, D. M.Wieland, J Org.Chem 38, 4263 (1973).
7LR.J,Anderson, J AmChem Soc92, 4978 (1970),R. №. Herr, C. R. Johnson,J
Am. Chem. Soc 92, 4979 (1970).
. G. H. Posner, С E Whitten, Tetrahedron Lett, 4647 (1970).
G. H. Posner, C £ Whitten, P £ McFarland, J. .Am Chem. Soc 94, 5106 (1972), 74. H 0 House, M. J Umen, J Am. Chem See 94, 5495 (1972).
75 О. M Whitesides, P. E Kendall, J Org. Chem 37, 3718 (1972).
№. H. Mandeville, G. M Whitesides, J. Org. Chem 39, 400 (1974),
C. R. Johnson, 0 A Dutra, J Am Chem Soc 95, 7783 (1973).
AL F. Senuitelhack, Org React 19, И5 (1972),
E„ J. Corey, M.. F. SemrnH.hack, J Am. CJieim Soc 89, 2755 (1967)
E^J. Corey, E. K. №, Wat, J. Arn Chem. Soc 89, 2707 (1967)-
E. J. Corey, H, A Kirstt J. Am. Chem. Soc. 94, 667 (1972).
,И. F. Ветте'ЬасЬ. P If НеНриМ, L D Torres, J Am Chtmi. Sot 93, 5908 (1971). 83 M. E Semiri.elfi.Litk, P. M. Heii/w»sJ, } D. Gotexinsiti, J Am Chern Sue, 94, 9234 (1972)
К, !am.ao, R. Sumitani ,M. Knawda. J Am Chem. -Soc. 94, 4374 (19/2).
К Tamao, У Kiso, K.. SaimtanA, M КуашАй, J- Afli. Chern Sue.. 94, 9268 (1972), 86 IF S SrntrA, J Org Chemi 26, 4296 (1961)
A.McKatilop, J., I Llsom, E. C.Taylor, J. ,А_т Chern. Soc.90, 2123 {1968)
Gjl-f. Wlutesides, J, Sari Fdtppo,Jr, C. p Carey, £ / Panek, J.. Am Chem. Soc,
5302 (1967)
G.M. Wki.tesid.es, С. P Casey, E.К Krieger, I Am Ch-rm.Soc. 93, 1379 (!“7.C
TCoken, T. Poelh, J A.m Chern Soc 94, 4363 (19721. .4H, Le&in, T. Cohen.
Tetrahedron Lett, 4531 (10631, T.. Cohtm, L G. Tirpak, Tetrahedron Lett., 143 (1975).
P E Fanta, Chu-m Rev. 64, 613 П964), Sm thesis, 9 (19/4)
91fl C F FL Allert, Г P. Pif^rt. J Am Chem Soc 64, 2639 (1942)
MR Pettit, J. C Tatiow, J Chem Sue. 1071 11954)
91й- R. 1 Sandberg, R IF- HetpAecltriUn. J. Otg Chum. 39, 251-6 (1974).
9k' R. C Fuson.. E A. Cle-eeland, Org Scilh 1IL 339 (1955.1 [СОП 3, 2|6 (1952)]. Й1АЛ ii r:s/cre, L, Brener. R Pettit, J .Am Chern Sou 92, 7499 (1970)..
91c К L Kaiser, R. F. Childs, P M. MadEs, J. Am Chern Soc 93, 1270 (1971) 91* L,. A. Paquette, R. P. /l<M.zeL S E Wdsan, J Am. Chern. Soc 93, 2335 (19715, 913 L A. Paquette, G R Allert, Jr, R p. Henzel, J Am. Chetn Soc. 92, 7002 (1970). 91Д P G Gasstrtan, F. E Williams, J Am Chem Sue 92, 7t>31 (1970). _ 91ft. L Cassar, P E. Eaton, I. Halpern, J Am. Chem. Sue- 92. 6356 (1910).
914 IF. G Dauben. C hi Sekatlhorn, D L Whalen, J Arn Chem Soc. 93, 1446 (1971). 92 T. /. Katz, S A. Cerepee, J Am Chem Soc. 91, 2405 (1969), 91, 6519 (1969), L Cassar, P E Eaton, J, Halpern, J Am Cnem Soc 92, 3516 (1970); P G Gassmart. Fl / WLHioms, J Am Chern Son. 94, 7733 (1972j, I,.. <4 Paquette, S, E. Wilson,'R. P. Henzel, G P Allen, Jr.. J Am Chem. Soc 91, 7761 (1972).
93 К. L. Kaiser, R F. Childs, P M Maiths. J Am Chern Soc. 93, 1270 (1971)
L, .4 Paquette, S E. Wilson, R P Menzel, J. Am Chem Sot. 94, 7771 (1072).
P G_ Gessmen, T J. Atftm.s, I. Am Chem. Soc. 94, 7718 (1972).
Al. S, Kharasch, R. C. Styler, F, R. Мадо, J Arn. Chem Sue 60, 832 (1938), 97. J Chait, L_ AT Venartzl, J Che-m. Soc, 4735 (1957).
98 D, Walter, G ITtlftf, Angew. Chem Int. Ed. Engl 5, 897 (1966)
99 G. F Emerson, L, Waits. R Pettd, J. Am Chem. Sue. 87, 131 (1965), R. Pettit, J. Hmery, Qrg Syth 50,21 (1970)
100 1 D. Fitzpatrick, L Watts, G. F. Emerson, R Peiiii, J Am. Chem Soc 87, 3254 (19651.
100a. J. C. Barborak, R Peitit, J Am Chern. Soc 89, 3080 (1967).
1006V, C Barborak, L. IForfs, R. Pettit, J .Am.. Chern She. 88, 1328 (1966).
lOOe. L Watts. J. D. Fitzpatrick, R Pettit, J Am Chem. Soc 88, 623 (1956), LOQe, P. Refues I. Henerg, R Pettit., I. Am Chem Soc 91, 5889 (1969) 101. G. Whikinson, Org SytO-lt 1V, 473, 476 (1963) [СОП, 8, 61, 67 (1958)] 102 Л1. L. FL Green, Orgaomnetaltic Compounds, V. Il, Merlin in з Co., London, (968, pp 90—139 [M. Г ран .Метмдарттт'ГиСтте to иди нерил -щ-руходи их метали ив. Пер. с ант,.'I/Под рй С П Губина М, .Нир. 1972. 436 с]
103 М. Tsutsui, 44, N Levy, .4 Natemara, Л( iehikacea, К M-Pri, Introduction to Metal «••Complex Chemistry, plemnn Press, New York, NY, 1970, pp 44—15.
1Q3/T Я. В Woodward. M Rosenblarr), Af. C, Whiting, J .Am. Chem Soc 74. 3458 (19a2). 1036 ,4f Roserf-blum., IF. G Howells, .1 К Banerjee, C. Beanelt, J. Arn Chem. Soc 84, 2726 (1962).
103a. M. Rausch, AL Vogel, H Rosenberg, J. Org Chern 22, 900 (1957) U)3e. D Lednicer, C._ R. Hauser, Org. Synth 40, 31 (Юб1)).
ЗАДАЧИ
л (Литература к этим задачам приведет! (т с 436)
-—5.1. Укажите, как можно синтезировать кдшдсе из следу к>ш.и.х металл органических соединений из легко доступных исходных содди-ниний.
(в) CI—\/>—MgBr(в) CI—\/>—MgBr
(в) CI—\/>—MgBr
(в) CI—\/>—MgBr
(Й) СН2=ССН3U(Й) СН2=ССН3U(Г ) сн„—соснаLi(Г ) сн„—соснаLi
(Й) СН2=ССН3
U
(Й) СН2=ССН3
U
(Г ) сн„—сосна
Li
(Г ) сн„—сосна
Li
[(СН3)3СО-СЪ-С1СН31г] Li
(СНз)3МСНгИ j
IS!)IS!)СНЭ<^>—снсцсн3 с'г(СО)з онСНЭ<^>—снсцсн3 с'г(СО)з он(б) (СН8)2С-СН2(б) (СН8)2С-СН2СН2М(СН3)зСН2М(СН3)з(е) [СНа(СНа)612РСНз(е) [СНа(СНа)612РСНз— 5,2, Предскажите структуру основного литийорганическоео соединения, которое должно образоваться при металлировании каждого из указанных ниже соединений. Аргументируйте Ваши предсказания За исключением примера (е) использовали н-бу- тиллптщт. В случаях (б), (а) для ускорения металлирования применяли тетраметил- этиленди амин; в примере (а) использовали грег-бутиллитий.
IS!)
IS!)
СНЭ
<^>—снсцсн3 с'г(СО)з он
СНЭ
<^>—снсцсн3 с'г(СО)з он
(б) (СН8)2С-СН2
(б) (СН8)2С-СН2
СН2М(СН3)з
СН2М(СН3)з
(е) [СНа(СНа)612РСНз
(е) [СНа(СНа)612РСНз
— 5.3, Предложите метод синтеза каждого из следующих соединений ня основе легко доступных веществ с использованием мет а л лор панических реагентов:
(а) СНг=СНСН2СНгСН2ОНН,С ОНб) СН2=С—С(:СНгСН2СНгСНа)г ОН(в) PhCfCHaOCH.h(а) СНг=СНСН2СНгСН2ОНН,С ОНб) СН2=С—С(:СНгСН2СНгСНа)г ОН(в) PhCfCHaOCH.h(5) (СНэ)3ССН(СООСаН3)2(5) (СНэ)3ССН(СООСаН3)2(а) СНз=СНСН=СНСН=СН2(а) СНз=СНСН=СНСН=СН2
(а) СНг=СНСН2СНгСН2ОН
Н,С ОН
б) СН2=С—С(:СНгСН2СНгСНа)г ОН
(в) PhCfCHaOCH.h
(а) СНг=СНСН2СНгСН2ОН
Н,С ОН
б) СН2=С—С(:СНгСН2СНгСНа)г ОН
(в) PhCfCHaOCH.h
(5) (СНэ)3ССН(СООСаН3)2
(5) (СНэ)3ССН(СООСаН3)2
(а) СНз=СНСН=СНСН=СН2
(а) СНз=СНСН=СНСН=СН2
— 5.4, Предскажите продукт каждой из следующих реакций:
(а)U)(а)U)CNCNMeyTnLf-—'MeyTnLf-—'4- (CH2=CH)2CuL1СООС2Н64- (CH2=CH)2CuL1СООС2Н6(в)(в)COOCHSCOOCHSPhCH3CH2OSO2PhCH3CH2OSO2—СИ, + [CH5(Cn2)2]2CuLI—СИ, + [CH5(Cn2)2]2CuLI1E11E1
(а)
U)
(а)
U)
CN
CN
MeyTnLf
-—'
MeyTnLf
-—'
4- (CH2=CH)2CuL1
СООС2Н6
4- (CH2=CH)2CuL1
СООС2Н6
(в)
(в)
COOCHS
COOCHS
PhCH3CH2OSO2
PhCH3CH2OSO2
—СИ, + [CH5(Cn2)2]2CuLI
—СИ, + [CH5(Cn2)2]2CuLI
1E1
1E1
(е)(е)+ Liiai^CHCuC^CCtCHg)^+ Liiai^CHCuC^CCtCHg)^
(е)
(е)
+ Liiai^CHCuC^CCtCHg)^
+ Liiai^CHCuC^CCtCHg)^
— 5.5. Б реакции пиррола с этнлмагнпйбромпдом образуется мапшепая соль пиррола, которая в свою очередь реагирует с f —) Ц-бромбутаном с образованием смеси 2- И 3"{бутиЛ"2)п;грролсь. Окисление этой смеси приводит к ( + )-2-метнлмасляной кислоте. Опишите, как Вы могли бы определить стереохимический ход (инверсия или сохранение конфигурации) реакции кондеис-ацшк
— 5,6. Исследовалась кшгетива реакции метилмагний бромида с избытком 2-метилбен" зофенма Ома не под'пишется какому-либо простому кинетическому закону. ОднакО, если к МсЕг-. прибавить избыток CHjMgBr. то реакция приобретает первый порядок по CH3.MgBr и наблюдаемая константа скорости уменьшается. Как Mg Вт» может ■влиять на кинетику реакции? Основываясь па Вашем знании свойств реактивов Гриньяра, предложите общее кинетическое выражение, которое следовало бы ожидать в отсутствий добавок MgBr2 Аргументируйте каждый член в Вашем кинетическом выражении
— 5.7. Мет адлиров зим (4) и (о) трет-бутлзындом лития осуществляется в тетратидрол фураже при —78 °C При патревацни до —25 °C образуется раствор фуксинового цвета, который при разложении водой даст смесь нитрилов цис- и транс-и-бен зил коричных кислот (в соотношении I : 1). Константа скорости образования частиц фуксинового цвета из (4) в 42 раза больше, чем из (5)- Объясните чтит результат.
PhН X НPh4PhН X НPh4—► PhCH=CCH2Ph -е—C=NT—► PhCH=CCH2Ph -е—C=NT
Ph
Н X Н
Ph
4
Ph
Н X Н
Ph
4
—► PhCH=CCH2Ph -е—
C=NT
—► PhCH=CCH2Ph -е—
C=NT
— 5.8. В реакции эпоксида бутена-1 с метиллитяем образуется пентанол-3 с выходом 90%. В противоположность этому, металмапшйбромид в подобных условиях дает несколько продуктов, показанных ниже. Объясните разницу в реакционной Способности двух металлорганических соединений ио отношению к этому эйокйду.
ООН 1
/ X СНдМрНгI
CH-CHs— НС—CHi (CHsCH,)sCHOH+CH3CH2CH1GHGHi +
онон
+ CHSCH5C(CH,)3 + СН3СН2СНСН3ВГ
(7%)(63%)
— 5.9. Сформулируйте механизм следующих перегруппировок, катализируемых ионами серебра. Обратите внимание на то, чтобы механизм объяснял наблюдаемую стереохи-— 5.9. Сформулируйте механизм следующих перегруппировок, катализируемых ионами серебра. Обратите внимание на то, чтобы механизм объяснял наблюдаемую стереохи-
— 5.9. Сформулируйте механизм следующих перегруппировок, катализируемых ионами серебра. Обратите внимание на то, чтобы механизм объяснял наблюдаемую стереохи-
— 5.9. Сформулируйте механизм следующих перегруппировок, катализируемых ионами серебра. Обратите внимание на то, чтобы механизм объяснял наблюдаемую стереохи-
■—5.10. При реакциях различных электрофильных производных переходных металлов с производным бицйкло[1 1.0]бутапа (5) возникает смесь четырех соединений, обра* дующихся в различных количествах, Покажите, какие связи разрываются при образова
ла
нии каждого продукта В тех случаях, где есть иеопределспиость, предложит” йдсд-ул- менты с мерными атомами, которые помогли бы сделать выбор между разитешытгд г, озможиостями.
-р< ( н. СП;)-р< ( н. СП;)Сн*Н,
-р< ( н. СП;)
-р< ( н. СП;)
^^-спэГ'
/н
СНз
6
— 5JL Сфориулдруйге механизм катализа. показанной ниже НерегрунпнрозкН нонами серебра,
— 5,12. Напишите структуры металлорганических соединений следующего состава;
Сг(С^)(СО)3(г) №2Fe(CO0
Fp (норборпадиен) (СО)з(d) Co^(CO)t2
Ni (цикло пента диен) (циклопентеп) (—2Н) — 5,13. Предложите механизмы следующих реакций;
■ 1 LFiaiAcCN с ," СИ,
(а) <^)-> 7 )-cCetn
CHCOijСН3
, \ W 1РС|- ;1ч4 '\ <7^
2Мч1П||. I
1,11ГЖО)2 v/ГЖЧМ.,
СН3СНаСНг ^21’О1Л^<7Н
— 5,14. Показанные ниже превращения требуют более одной стадии, но в каждом случае в ходе синтеза используются мегайлорглинческне ргагепты Предложите эффективные методы осуществления этих прекращений с использованием в качестве источников всех атомов углерода указанных -здесь веществ.
(г)(г)ВгВгСНгС=СН2,ВгВгСНгС=СН2,HN(CH5)2HN(CH5)2/Н ^CUiOll’/Н ^CUiOll’СИ2=СНВгСИ2=СНВг
(г)
(г)
Вг
ВгСНгС=СН2,
Вг
ВгСНгС=СН2,
HN(CH5)2
HN(CH5)2
/Н ^CUiOll’
/Н ^CUiOll’
СИ2=СНВг
СИ2=СНВг
— 5,15, В каждом из указанных ниже случаев применение метал^органических реагентов позволяет провести превращение в одну стадию. Укажите структуру требуемого для этого металл органического соединения.
(я) СНзС^ССООСНз(я) СНзС^ССООСНзН8Су /СООСНз
(я) СНзС^ССООСНз
(я) СНзС^ССООСНз
СН.С^ ХН^сн2
ссюсн3ссюсн3ООоо(г)(5)(е)(ж)(8)(г)(5)(е)(ж)(8)С1С(СН2)6СООС2Н6 —>С1С(СН2)6СООС2Н6 —>(СНя)2СН(СЯ2)2С{СН2)6СООС2Н5(СНя)2СН(СЯ2)2С{СН2)6СООС2Н5
ссюсн3
ссюсн3
О
О
о
о
(г)
(5)
(е)
(ж)
(8)
(г)
(5)
(е)
(ж)
(8)
С1С(СН2)6СООС2Н6 —>
С1С(СН2)6СООС2Н6 —>
(СНя)2СН(СЯ2)2С{СН2)6СООС2Н5
(СНя)2СН(СЯ2)2С{СН2)6СООС2Н5
ГЛАВА 6
^ф-ф^ф,^-ф-ф^ф,-ф-4-
ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
ПЕРЕГРУППИРОВКИ II ЭЛПМИРОВАНИЕ
Для большинства реакций, рассмотренных в этой главе,, характерна единая схема, заключающаяся в перераспределении валентных электронов реагирующей молекулы или молекул. Эти реакции обычно протекают через четырех-, пяти- или шестичленное циклическое переходное состояние Другой общей особенностью этих реакций является то, что необходимая для протекания реакций энергия доставляется термическим или фотохимическим возбуждением одной из реагирующих молекул Полярные или радикальные реагенты, имеющие высокую потенциальную энергию, в циклоприсоединении обычно не участвуют.
Многие из рассмотренных реакций протекают как согласованные процессы и могут трактоваться в рамках концепции контроля орбитальной симметрией, изложенной в гл 10 кц 1. Некоторые пл реакций., аналогичные по стехиометрии, протекают через короткоживущие интермедиаты, что было установлено при тщательном исследовании механизма этих реакций.
6Л. РЕАКЦИИ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
Реакции, рассмотренные в этом разделе, протекают с образованием нового цикла из двух реагирующих молекул. Подлинно согласованный механизм требует наличия единственного переходного состояния и поэтому отсутствия интермедиата на реакционном пути между реагентами и аддуктом. Ниже приведены две типичные реакции циклоприсоединения, которые, как полагают, проходят по согласованному механизму:
Четкое представление о механизме согласованного присоединения можно получить при его формулировании в рампах теории молекулярных орбиталей. Рассмотрение молекулярных орбиталей реагентов и продуктов показывает, что в некоторых случаях возможно плавное превращение орбиталей реагента в орбитали продукта, В других случаях без учета симметрии и пространственной ориентации орбиталей реакции представляются осуществимыми, однако при тщательном анализе свойств орбиталей оказываются необходимыми переходные состояния с высокой энергией Такое рассмотрение позволило описать многие типы циклоприсоединения как «разрешенные» или «запрещенные». Как обсуждалось в гл. 10 кн. 1, применение принципов орбитальной симметрии позволяет сделать вывод о том, возможна ли энергетически данная согласованная реакция или нет. В этой главе уделено особое внимание спи готическим применениям такого рода реакций. Те же принципы ор-
витальной симметрии, которые дают информацию о возможности протек капия данной реакции, часто позволяют предсказать и стереохимию продуктов циклоприсоединения, Возможность такого предсказания является привлекательной особенностью этих реакций.
РЕАКЦИЯ ДИЛЬСА — АЛЬДЕРА
Присоединение алкенов к диенам является очень ценным методом построения тиестичленных карбоциклических соединений.. Это превращение известно как реакция Дильса —Альдера [1]. Согласованная природа механизма и стереоспецифичность реакции были общепринятыми и строго установленными особенностями этой реакции задолго до выяснения значимости орбитальной симметрии. В терминах орбитальной симметрии реакция "Дильса — Альдера классифицируется как разрешенный процесс [^А + я.26]-циклоприсоединения. В процессе циклизации сохраняется стереохимия и диена, и алкена (алкен часто называют диенофн- лом). Для процесса присоединения необходимо, чтобы в переходном состоянии диен принимал s-а.цс-конформацию, при этом диен и алкен подходят друг к другу в параллельных плоскостях. Свойства орбитальной симметрии системы способствуют стабилизации переходного состояния за счет связывающего взаимодействия между атомами С-1 и С-4 диена и углеродными атомами двойной связи диенофила при шестицентровом расположении:
Другие стереохимические особенности переходного состояния в некоторых случаях могут привести к смеси продуктов. Это определяется относительной ориентацией’) диена и диенофила в переходном состоянии. Ниже представлены две возможные ориентации, которые приводят к эндо- и экзо-присоединению;
э^о - прие осд кие ниеэ^о - прие осд кие ниеэа’^о- присоединение jэа’^о- присоединение j
э^о - прие осд кие ние
э^о - прие осд кие ние
эа’^о- присоединение j
эа’^о- присоединение j
Будут ли различаться продукты эндо- и эдзо-присоединения, зависит от характера замещения в диене и диенофиле. Например, при участия в реакции бутадиена или транс-симметрично замещенного алкена в качестве одного из реагентов при любой ориентации образуется один и тот же продукт, эндо-Присоединение обычно предпочтительнее, особенно в том случае, когда заместители X или Y являются ненасыщенными, например карбонильной группой. Преимущество этого, часто сте- рически более затрудненного способа присоединения является результатом комбинации диполярного и ван-дер-ваальсовсго притяжений, а также орбитальных взаимодействий, включающих группы X (или Y) и диеновую систему, Относительная значимость каждого из факторов, определяющих соотношение продуктов экзо- и эндо-присоединения, изменяется от одной системы к другой [2].
При присоединении Дильса — Альдера хорошо изучено электронное влияние заместители. Для реакций с большинством диенов наиболее пригодны алкены, которые содержат электроноакцепторные группы. Так/ к наиболее реакционноспособным диенофилам относятся хиноны, малеиновый ангидрид и ннтроалкены. Эффективными диенофилами являются также а,Р-ненасыщешше сложные эфиры, кетоны я нитрилы, Важно отметить, что при использовании электронодефицитных диенов предпочтительно применять богатые электронами диенофилы; это значит, что полярность переходного состояния становится обратной. Например, реакция гекса хлорциклопента диена со стиролами ускоряется при наличии в молекуле стирола электроне донорных, групп [3].
Вопрос региоселективноеги возникает при несимметрично замещенных диенах и диенофилах. В приведенных ниже случаях обычно наблюдается предпочтительность орто- и ш/ра-ориентаций, соответственно:
орто-мет<^
(основной Продукт)
Это можно объяснить качественным рассмотрением молекулярных моделей, которое приводит к выводу, что переходное состояние благоприятно при максима льном взаимодействии ВЗМО диена и НСМО диенофила [4]. НСМО диенофила сильно взаимодействует с ВЗМО диена в том случае, когда X является электронодонорной, а ¥ — электроноакцепторной группами (наиболее общая ситуация). Коэффициенты этих молекулярных орбиталей оказываются наибольшими при атоме С-4 диена и атоме С-2 диенофила. Таким образом, благоприятным является связывание, приводящее к орто-изомеру, потому что при этом формируется связь между четвертым углеродным атомом диена и вторым углеродным атомом диенофила.
Циклоприсоединение по Дильсу — Альдеру чувствительно к стерическим эффектам двух главных видов. Обьемистые заместители, имеющиеся в диенофиле, или заместители у концевых атомов диена могут затруднять подход обоих компонентов друг к другу, снижая скорость реакции. Это видно на примере относительной реакционной способности 1-замещенных бутадиенов при взаимодействии с малеиновым ангидридом [5]:_
R^отн 155 °С1
НI
™34.2
vд—рСЦН:. <0.05
При замещении водорода метильной группой происходит некрторое увеличение скорости, вероятно, в результате электронного влияния, тогда как введение трет-бутильмого заместителя приводит к значительному понижению скорости. Очевидно, стерическое замедление подходя диенофила, вызываемое метильным замен отелем, незначительно по сравнению с его электронным влиянием. В присутствия очень объемистой трет-бутильной группы преобладает стерический эффект.
Другой стерический эффект связан с внутримолекулярным оттал- киванием ван-дер-ваальсового типа между заместителями диена. Принятие диеном s-qtiс-конформации в переходном состоянии может сопровождаться неблагоприятным отталкиванием заместителей, которые в основном состоянии заметно нс взаимодействуют. В реакции с тетрациан- этиленом (очень реакционноспособным диенофилом) т^анс-пентадиен-1,3 в 103 раза реакционноспособное, чем 4-метил пента диен-1,3, поскольку в последнем имеется неблагоприятное взаимодействие в s-цис- кон формации между дополнительным метильным заместителем и водородным атомом при С-1 [6]:
Относительно небольшие заместители при С-2 и С-3 диена оказывают незначительное стерическое влияние па скорость реакции Дильса— Альдера. 2,3-Днметилбутадиен реагирует с малеиновым ангидридом приблизительно в 10 раз быстрее, чем бутадиен, вероятно, в результате преобладания электронного влияния. Из-за предпочтительности $-^цс-коп- формации по сравнению с д-транс-кюнформацией 2-трег-бутнлбутадиен- 1,3 в 27 раз реакционноспособнее бутадиена.
|^И|^И
|^И
|^И
При взаимодействии 2-трет-бути л бутадиен а-1,3 с* малеиновым ангидри-- дом энергия активации составляет только 6,3 ккал/моль и конформационное равновесие основного состояния непосредственно отражается в скорости реакции. Присутствие трет-бут ильных заместителей одновременно при С-2 и С-3 мешает возникновению s-цис-конфирмации, поэтому 2,3-ди-трег-бутилбутадиен-1,3 не вступает1 в реакцию Дильса — Альдера [7].
Отмечено, что кислоты Льюиса, особенно хлорид алюминия, кагали- зуют циклоприсоединение Дильса — Альдера [8—10]. Каталитическое действие связано с координацией кислоты Лыопса с диенофилом:
R нR ^n
С—с“ с—с
jf/ \ и М^л 11+ у-1—омхц
Связанный в комплексе диенофил становится более электронодефицитным и поэтому более реакционноспособным по отношению к обычным обогащенным электронами диенам, чем не вступавшая в комплекс молекула. Полагают, что механизм присоединения все еще остается согласованным; наблюдается высокая стереоспецифичность.
Некоторые примеры соединений, которые применяют в качестве диенофилов, даны па схеме 6.1. Примеры некоторых из многих известных реакций Дильса — Альдера представлены на схеме 6.2.
СХЕМА 6.1. ТИПИЧНЫЕ ДИЕНОФИЛЫ
Замещенные алкена
ООо=о=ООоllual Ооllual Оt=Ot=OCH2-=CIIP(OC2HS)2CH2-=CIIP(OC2HS)2[1'131[1'131Iios]Iios]CH2^CHSCH3CH2^CHSCH3(NC)2C=CiCN)2(NC)2C=CiCN)2жн сц хжн сц хОUlis)ОUlis)t ЮЭ',t ЮЭ',ЗамещенныеЗамещенные(X = COR. COOR, CN, MO2)(X = COR. COOR, CN, MO2)!a л к и а ыО!a л к и а ыОООСН5ООСС=С СООСНацояаСН5ООСС=С СООСНацояаF3CG=CCF3F3CG=CCF3PhCC=CCPhноа)PhCC=CCPhноа)N^CteCCfeN(Юк)N^CteCCfeN(Юк)
О
О
о=
о=
О
О
о
llual О
о
llual О
t=O
t=O
CH2-=CIIP(OC2HS)2
CH2-=CIIP(OC2HS)2
[1'131
[1'131
Iios]
Iios]
CH2^CHSCH3
CH2^CHSCH3
(NC)2C=CiCN)2
(NC)2C=CiCN)2
жн сц х
жн сц х
О
Ulis)
О
Ulis)
t ЮЭ',
t ЮЭ',
Замещенные
Замещенные
(X = COR. COOR, CN, MO2)
(X = COR. COOR, CN, MO2)
!a л к и а ы
О
!a л к и а ы
О
О
О
СН5ООСС=С СООСНацояа
СН5ООСС=С СООСНацояа
F3CG=CCF3
F3CG=CCF3
PhCC=CCPh
ноа)
PhCC=CCPh
ноа)
N^CteCCfeN(Юк)
N^CteCCfeN(Юк)
ООCHiOOCN=N СООСНЭCHiOOCN=N СООСНЭrch=ncoocshsrch=ncoocshsArSCeriNArSCeriN|.Ю.«|.Ю.«NPhNPhflfl.MIflfl.MI(IOhi(IOhiОdoo)Оdoo)
О
О
CHiOOCN=N СООСНЭ
CHiOOCN=N СООСНЭ
rch=ncoocshs
rch=ncoocshs
ArSCeriN
ArSCeriN
|.Ю.«
|.Ю.«
NPh
NPh
flfl.MI
flfl.MI
(IOhi
(IOhi
Оdoo)
Оdoo)
Гетероатом«ые
N=N
Полициклические, ароматические соединения являются реакционноспособными диеновыми компонентами в реакции Дильса — Альдера. Антрацен образует аддукты с рядом нуклеофилов, причем присоединение происходит по центральному кольну. При этом возникает небольшой выигрыш в резонансной стабилизации, так как антрацен (резонансная энергия 1,60 эВ) заменяется двумя бензольными кольцами (общая энергия делокализации составляет 2X0,87 = 1,74 эВ) [П].
Циклическая система нафталина гораздо менее реакционноспособна. Полиметилнафталины значительно более реакционноспособны, чем незамещенный нафталин; 1,2,3,4-тетраметилнафталяя образует аддукт с малеиновым ангидридом с выходом 82% [11]. Реакция проходит исключительно по замещенному кольцу. Считают, что ускоряющее влияние на реакцию оказывает стерическое отталкивание, имеющееся между метильными группами и снимающееся в неплоском аддукте.
СХЕМА Ь2. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ РЕАКЦИИ ДИЛЬСА — АЛЬДЕРА
(1) [Ид](1) [Ид]СНг-СНСН=СТ1г + ch2=chcochsСНг-СНСН=СТ1г + ch2=chcochsсосн,сосн,00оо[116][116]СН5СОСН=СНСН=СНОССН3 + сн2=снсооснв СН3СООСН5СОСН=СНСН=СНОССН3 + сн2=снсооснв СН3СООСООСНзmiСООСНзmiОСОСНзОСОСНзСН6ОСН6О^.сн=о^.сн=о[11S][11S]СН2=ССН=СН4+СН4^СНСН=О —►СНЭО "СН2=ССН=СН4+СН4^СНСН=О —►СНЭО "<75 Ъ)<75 Ъ)(4) [Нг](4) [Нг]соонсоонсоонсоон(81%)(81%)4" СН2=СНСН-СН2 —>4" СН2=СНСН-СН2 —>(77 %)(77 %)(50-55%)(50-55%)
(1) [Ид]
(1) [Ид]
СНг-СНСН=СТ1г + ch2=chcochs
СНг-СНСН=СТ1г + ch2=chcochs
сосн,
сосн,
0
0
о
о
[116]
[116]
СН5СОСН=СНСН=СНОССН3 + сн2=снсооснв СН3СОО
СН5СОСН=СНСН=СНОССН3 + сн2=снсооснв СН3СОО
СООСНз
mi
СООСНз
mi
ОСОСНз
ОСОСНз
СН6О
СН6О
^.сн=о
^.сн=о
[11S]
[11S]
СН2=ССН=СН4+СН4^СНСН=О —►
СНЭО "
СН2=ССН=СН4+СН4^СНСН=О —►
СНЭО "
<75 Ъ)
<75 Ъ)
(4) [Нг]
(4) [Нг]
соон
соон
соон
соон
(81%)
(81%)
4" СН2=СНСН-СН2 —>
4" СН2=СНСН-СН2 —>
(77 %)
(77 %)
(50-55%)
(50-55%)
(Э) [«и] СН^СС=СНг + CjHv.QOCN=NCOOC-;tI,—(94%)ён3"". H?C"VN-COOC2H5
(10) [ns](10) [ns]CH2=NCOGC2H5—>CH2=NCOGC2H5—>(27 %)(27 %)
(10) [ns]
(10) [ns]
CH2=NCOGC2H5—>
CH2=NCOGC2H5—>
(27 %)
(27 %)
Бензоидные соединения редко вступают в присоединение Дильса —• Альдера. Сообщалось, однако, об образовании аддукта бензола и дици' анацетилена в присутствии Aids [15];
C=NC=N
C=N
C=N
Гексафторбутин-2 также дает аддукты Дильса — Альдера с бензолом, толуолом и другими алкилбензо^ами [16]:- -
сгз;сгз;G.U. РЕАКЦИЯ ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯG.U. РЕАКЦИЯ ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
сгз;
сгз;
G.U. РЕАКЦИЯ ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
G.U. РЕАКЦИЯ ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
ДиазоалканыАзидыНитрил-ил идыНитрил-нминыНит рал-оксидыАзо метии-нл идыНитроныДиазоалканыАзидыНитрил-ил идыНитрил-нминыНит рал-оксидыАзо метии-нл идыНитроныКа рбо нил - оке и дыКа рбо нил - оке и ды
Диазоалканы
Азиды
Нитрил-ил иды
Нитрил-нмины
Нит рал-оксиды
Азо метии-нл иды
Нитроны
Диазоалканы
Азиды
Нитрил-ил иды
Нитрил-нмины
Нит рал-оксиды
Азо метии-нл иды
Нитроны
Ка рбо нил - оке и ды
Ка рбо нил - оке и ды
Связь реакций 1,3-диполярцого циклоприсоединения с общей схемой реакций согласованного циклоприсоединения кратко обсуждена в гл. 10 кн L В данном разделе эта реакция, представляющая собой общий метод синтеза гетероциклических соединений, рассмотрена несколько более подробно. Некоторые типы молекул, которые могут применяться для диполяр ног о циклоприсоединения, приведены на схеме 6 3. Такне молекулы называют 1,3-дшюлями, Каждая из них может быть представлена более чем одной резонансной структурой, по крайней мере одна из которых характеризуется наличием противоположных зарядов в 1,3-положении. Из такой структурной особенности и возникло название этого класса реакций. Диполярофилом называется второй реагент в диполярном циклоприсоединении, обычно эго олефин или ацетилен. Другие кратные связи, например С= N-связь в иминах, также могут реагировать как диполярофилы.
СХЕМА 6 3. ГЗ-Д И ПОЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
:№="—CR2 *-^ :N^N—CR2
:N=N—NR *-► :N=N—NR
RC=N=CR2 -<-> RC^N— OR,
RC=N—NR RC=N—NR
RC=N—O:RC=N—Os
RiC—N—CRZ R5C=N—CR2
I "I"
RR
R2C—W—Or R3c=N—O:
"I“
R;R
R2C—О—O:RX -0—0:
Исследование механизма показало, что переходное состояние при циклоприсоединении 1,3-диполей к углерод-углеродным кратным связям не очень полярно. Скорость реакции мало чувствительна к полярности растворителя; это согласуется с предположением, что присоединение — согласованный процесс 07].
Отмеченное формальное появление заряда больше кажущееся, чем реальное, так как большинство 1,3-диполей не являются сильно полярными веществами. Высокая полярность, имеющаяся в одной структуре, компенсируется вкладом других структур:
SN=N—CRz ч > :N=N—CRi ч- : №=N=CR2 f-> : N=N—CR3
Принципиальное значение для предсказания строения продукта реакции 1,3-диполярного присоединения представляют два вопроса: (1) является ли реакция стереоспецифической н (2) является ли она региоселективной? Относительно дипол яро фи ла на первый вопрос можно ответить положительно. Многие характерные примеры демонстрируют, что циклический продукт образуется при стереоспецифическом сй«-прцсо- единении к олефину. Наблюдаемое стереоспецифическое присоединение является именно таким, какое ожидается на основе, согласованного механизма.
PhC=N—NPhPhC=N—NPhунос Tit ль беяунос Tit ль бея(См. [tsi!(См. [tsi!
PhC=N—NPh
PhC=N—NPh
унос Tit ль бея
унос Tit ль бея
(См. [tsi!
(См. [tsi!
При сын-прясоединении к некоторым ваться два возможных стереоизомера:При сын-прясоединении к некоторым ваться два возможных стереоизомера:PhCH—N=NPhCH—N=NИ СН3СЯ3ООС <СООСЛзИ СН3СЯ3ООС <СООСЛзин У- \ ИТ CH30OG СиОСН3ин У- \ ИТ CH30OG СиОСН3гФ-СН3 , CH3OOG бООСНзгФ-СН3 , CH3OOG бООСНз
При сын-прясоединении к некоторым ваться два возможных стереоизомера:
При сын-прясоединении к некоторым ваться два возможных стереоизомера:
PhCH—N=N
PhCH—N=N
И СН3
СЯ3ООС <СООСЛз
И СН3
СЯ3ООС <СООСЛз
и
н У- \ ИТ CH30OG СиОСН3
и
н У- \ ИТ CH30OG СиОСН3
гФ-СН3 , CH3OOG бООСНз
гФ-СН3 , CH3OOG бООСНз
1,3-диполям могут образовы-
В некоторых случаях, когда к олефинам присоединяли дизамещенные диазометапы, получали смесь изомеров [20]. Эти результаты сравнимы с конкуренцией эндо- и экзо-присоединения в реакции Дильса —Альдера.
Вопрос о региоселективностц в настоящее время является спорным, простые правила для предсказания ориентации при диполярном цикло-
присоединении отсутствуют. В некоторых случаях при реакциях циклоприсоединения были выделены оба возможных циклических аддукта. Механизм не требует региоспецифичное! и. В частности, важно отметить, что попытки предсказать региоселективность на основании полярности 1,3-диполя и диполярофила оказались полностью несостоятельными.
Объяснения региоселектпвности, отмеченной в большинстве реакций циклоприсоединения, имеют дискуссионный характер. Утверждают, что решающее значение имеют стерические эффекты [21]. На Этой основе для многих реакций предсказывается правильная ориентация для продукта, допуская, что основным будет продукт, в котором объемистые группы двух реагирующих молекул максимально удалены друг от друга. Однако имеется несколько исключений,* поэтому стерические эффекты не могут рассматриваться как единственный контролирующий фактор [22].
На основании анализа молекулярных орбиталей для некоторых реакций диполярного циклоприсоединения предполагается, что регио- селективность может зависеть от распределения электронной плотности на ВЗМО и НСМО реагирующих молекул. Этот анализ базируется на предположении, что предпочтительная ориентация при присоединении будет определяться условием максимального перекрывания этих двух граничных орбиталей [23], Для выполнения анализа необходимо определить взаимодействующие орбитали двух аддендов. Предполагается, что ВЗМО обогащенных электронами диполярофилов взаимодействует с НСМО 1,3-диполя. Для обедненных электронами диполярофилов происходит обратное Предпочтительная ориентация вытекает из предположения, что направление присоединения будет таким, при котором допускается максимальное перекрывание этих пар орбиталей. На этом основании для ряда реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения была правильно объяснена региоселективность.
Выполнено не так много исследований, в которых сравнивается реакционная способность различных 1,3-диполей. Однако для сравнения реакционной способности различных олефинов в качестве диполярофилов проведено достаточно много исследований. Сделаны некоторые обобщения.
Напряжение, имеющееся в молекуле, увеличивает реакционную способность олефина. Например, в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения норборнеп более реакционноспособен, чем циклогексен.
ТАБЛИЦА 6.1. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ЗАМЕЩЕННЫХ АЛКЕНОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К 1,3-ДИПОЛЯМ*
Замегцянннй алкен
PhsCN3
PitNs
PhN=N—NPh
P|1C=N—О
PhC=N—сНз 1 1
Н О'
Д и мети лфу м а р ат
100
31
283
94
18,3
Диметил малеат
27,8
1,25
7.9 :
1,61
6,25
Норборнен
1.15
700
зд
97
0,13
Этилакрылат
28,8
36,6
48
66
11.1 (метиловый эфир)
Бутила ийиловый эфир
^
1.5
—1
15
*—
Стирол
0,57
k5
1,6
9,3
0,32
Этилкротонат
1,0
1,0
1.0
1,0
1,0
Цикло пентен
—
6.9
0,13
1,04
0,022
Терминальный алкен
0,89 (гептен)
0.15 (гептен)
2,6 (гексен)
0,072 (гептен)
Циклогексен
—
0,011
0,055
* Избранные данные из
книги 123а].
Услоштд реакции (растворитель д температура) изменяются
от диполя К ДИПОЛЮ. ПОЭТОМУ етилкрогоиата по отношению
нельзя црсагстл ера вне ь* к ка?кдому КЗ-д^одю при
ie разных диполей, Реакционная способность нята за единицу [23аК
СХЕМА 6.4. ТИПИЧНЫЕ РЕАКЦИИ 1,3-ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯСХЕМА 6.4. ТИПИЧНЫЕ РЕАКЦИИ 1,3-ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ+РЦ г—((4) [23г] phcn^NCH^-p сн2-^^'X / °01%tО'н' xuia+РЦ г—((4) [23г] phcn^NCH^-p сн2-^^'X / °01%tО'н' xuia(5) [235](5) [235]CHSC=N—О 4- СУТВООССН—GH—NCHSC=N—О 4- СУТВООССН—GH—N<№%)<№%)
СХЕМА 6.4. ТИПИЧНЫЕ РЕАКЦИИ 1,3-ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
СХЕМА 6.4. ТИПИЧНЫЕ РЕАКЦИИ 1,3-ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
+РЦ г—(
(4) [23г] phcn^NCH^-p сн2-^^'X / °01%t
О'н' xuia
+РЦ г—(
(4) [23г] phcn^NCH^-p сн2-^^'X / °01%t
О'н' xuia
(5) [235]
(5) [235]
CHSC=N—О 4- СУТВООССН—GH—N
CHSC=N—О 4- СУТВООССН—GH—N
<№%)
<№%)
Присутствие сопряженных функциональных групп также повышает реакционную способность.. Это очень часто наблюдается в присутствии элекгроноакцепторпых заместителей, например карбонильной в цианогрупп, однако енамины и простые эфиры, содержащие электроно- донорные амино- и алкоке игруппы, также достаточно реакционноспособны. Тот факт, что и обогащенные, и обедненные электронами олефины более реакционноспособны, чем простые алкены, снова иллюстрирует ненадежность определения реакционной способности при диполяр- пом циклоприсоединении па основе простых соображений о распределении электронной плотности в основном состоянии.
Данные по реакционной способности для ряда олефинов при взаимодействии с некоторыми типичными 1,3-диполями суммированы в табл. 6 1. Некоторые примеры синтезов, включающих 1,3-диполяр ное циклоприсоединение, приведены на с^еме 6.4.
Диполярное циклоприсоединение имеет значение как метод синтеза гетероциклических соединений. Для синтеза циклопропанов и других напряженных молекул используют ццклоприсосдянелие дпазосоеди- вений Циклические аддукты (пиразолипы), содержащие группировку —N=N—, при термическом или фотохимическом разложении теряют молекулу азота. Возникающие при элиминировании молекулы азота два углеродных центра обычно соединяются с образованием трехчленного цикла. Эта реакция рассмотрена в разд. 64 наряду с элиминированием молекулы азота из циклов других размеров..
Интересная модификация 1,3-дииолярного циклоприсоединения включает генерирование 1,3-диполей из устойчивых напряженных цикли*
PENPhN+/ \//Ph—НС CH—Ph —> Ph—НС CH—PhPENPhN+/ \//Ph—НС CH—Ph —> Ph—НС CH—Ph// \Av+Ph—СCH—Ph —^ Ph— C^N—CH— Ph// \Av+Ph—СCH—Ph —^ Ph— C^N—CH— PhСХЕМА 6.5. ГЕНЕРИРОВАНИЕ ДИПОЛЯРНЫХ ИНТЕРМЕДИАТОВ ИЗ МАЛЫХ ПИКЛОВ
PENPhN+
/ \//
Ph—НС CH—Ph —> Ph—НС CH—Ph
PENPhN+
/ \//
Ph—НС CH—Ph —> Ph—НС CH—Ph
// \Av+
Ph—СCH—Ph —^ Ph— C^N—CH— Ph
// \Av+
Ph—СCH—Ph —^ Ph— C^N—CH— Ph
[25а]
[2551
н (2) с различными ди- очевидно, при реакцияхн (2) с различными ди- очевидно, при реакциях[25в]
н (2) с различными ди- очевидно, при реакциях
н (2) с различными ди- очевидно, при реакциях
ческих соединений. Например, азиридины (1) полярофилами дают аддукты, возникающие, 1,3-диполей (3) и (4) [24];
СП^СНХ —*• АддуктСП^СНХ —*• АддуктАг
СП^СНХ —*• Аддукт
СП^СНХ —*• Аддукт
нх ^Д^ /Н
СНзООс/ \coochj
АгАг
Нх ^СООСНз СНзООС^^Ч^СООСНз сносях
У-——<^t■ | ; Т^ Аддукт
СНаООС' 'Нн н
24
Доказательством участия диполей в качестве интермедиатов является отсутствие зависимости скорости реакций от концентрации диполяро- фила, т. е. результат, согласующийся с тем, что скорость реакции определяет стадия раскрытия кольца. Реакция раскрытия кольца наиболее легко протекает у азиридинов, имеющих электр оно акцепторный заместитель, необходимый для стабилизации карбанионного центра диполя.
Циклопропагтоны также способны к реакциям циклоприсоединения различного типа. Предполагается, что в реакциях участвуют диполярные частицы, образующиеся при обратном раскрытии циклопропанового кольца [25]:
Примеры других 1,3-диполей, которые, как полагают, образуются при раскрытии напряженных циклов, приведены на схеме G.3.
6.1.3. [2 + 2]-ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ И ДРУГИЕ РЕАКЦИИ,ПРИВОДЯЩИЕ К ЦИКЛОБУТАНАМ
К общим и синтетически полезным реакциям циклоприсоединения относится [2 + 2]-циклоприсоединение кетенов к алкенам. Эти реакции могут проходить согласованно как [я2$ + ^^-циклоприсоединение [26], Необходимый для переходного состояния перпендикулярный подход
СХЕМА S.6 ^^-ЦИКЛОПРИСОЕДННЕКИе кетенов
[26а]
[265]
[26s]
W [26г]
(5) [266]
ОО<ЭД)<ЭД)СаН5ОС=СН + СНг=С=ОСаН5ОС=СН + СНг=С=ОСаНбО—1СаНбО—1легче осуществляется в случае кетенов, чем с другими алкенами, так как у кетена отсутствуют помехи заместителя при карбонильной группе.
О
О
<ЭД)
<ЭД)
СаН5ОС=СН + СНг=С=О
СаН5ОС=СН + СНг=С=О
СаНбО—1
СаНбО—1
Важным фактором высокой реакционной способности кетена по отношению к [2 + 2]-циклоприсоединению является также электронный дефицит кетеновой системы, в которой имеется доступная для взаимодействия с подходящим алкеном низко расположенная л*-орбиталь СО-группы. Реакция является довольно общим методом синтеза цикла- бутанонов. Некоторые примеры таких реакций даны на схеме 6.6.
СХЕМА 6.7. ОБРАЗОВАНИЕ ЦИКЛОБУТАНОВ ПРИ РЕАКЦИЯХТЕРМИЧЕСКОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ
■СНа■СНаF
■СНа
■СНа
(1) [27а](1) [27а]2» °C Ffsc=cf2 + сн3сн=сн3 >
(1) [27а]
(1) [27а]
F—
(2) [275](2) [275]СН2=С=СНг + СН2=<СН2=С=СНг + СН2=<FИО ° С СН2=FИО ° С СН2=(60%>(60%>
(2) [275]
(2) [275]
СН2=С=СНг + СН2=<
СН2=С=СНг + СН2=<
F
ИО ° С СН2=
F
ИО ° С СН2=
(60%>
(60%>
(3) [27s](3) [27s]С!С!130 °CС1—FaC=CCl2 + PhC—СП ►F—130 °CС1—FaC=CCl2 + PhC—СП ►F—Ph(71%»Ph(71%»FF
(3) [27s]
(3) [27s]
С!
С!
130 °CС1—
FaC=CCl2 + PhC—СП ►
F—
130 °CС1—
FaC=CCl2 + PhC—СП ►
F—
Ph
(71%»
Ph
(71%»
F
F
(4) [27г](4) [27г]FF47 Б47 БFFFFР 158'38;7О%)Р 158'38;7О%)FF
(4) [27г]
(4) [27г]
F
F
47 Б
47 Б
F
F
F
F
Р 158'38;7О%)
Р 158'38;7О%)
F
F
Несколько других типов соединений могут реагировать, с алкенами с образованием циклобутанов, однако полагают, что эти реакции проходят скорее всего через дирадикальные интермедиаты, а не как согласованные процессы [27]. Наиболее подходящими субстратами для такого присоединения являются фторалкены и аллены. Другим реакционным компонентом могут быть алкины или алкены. Диепы и другие сопряженные соединения более реакционноспособны, чем простые алкены. Некоторые примеры этого типа реакций даны на схеме 6.7.
Циклобутаны можно также получать с помощью несогласованных реакций, включающих диполярные интермедиаты. Енамины реагируют с некоторыми электронодефицитными алкенами с образованием производных циклобутана:,
Нх ZNR2 Н. ,4 К ^NR,R2N Y
ССС V н—н
fl +1—»-I /X
ССССR—— —R
R^ Xi V Xi r/ Xi ^Rн н
Электроподефицитная группа играет существенную роль как для инициирования реакции обогащенного электронами енамина с углерод-углеродной двойной связью, так и для стабилизации карбанионного центра в диполярном интермедиате, Ниже приведены два примера реакций этого типа:
СНЭ
(CHs)iC=CHN(CHa), + NCCH^CHCN —>сн3—; j~CN{См. [28]}
(CH8)2N——CN
N
СНаСН2СН=СН—+ PhCH=CHNO2 —CHsCH2^j{Си. [29]}
ph—Nq2
(ioo%>
В диполярном циклоприсоединении с участием тетрацианэтилепа и простых эфиров енолов также участвуют диполярные интермедиаты [30]:
,ROCH=CHCH3 —>• RO=CH—СНСН3 -* ROCH—СНСНц
(NC)SC—С1СМЦ (NC)2CC4CNE
IM'W ПСМЦ
Оба адденда замещены таким образом, что разделение заряда становится энергетически допустимым. Для этой реакции характерно сохранение конфигурации винилового эфира в неполярных растворителях, однако в полярных растворителях стереоспецифичность уменьшается. Это изменение объясняют влиянием растворителя на время жизни биполярного интермедиата. В более полярных растворителях возрастает время жизни и осуществляется вращение, приводящее к потере стереоспецифичности. Другим свидетельством существования ионных интермедиатов является сильная зависимость скорости этого циклоприсоединения от полярности растворителя, в противоположность тому, что наблюдается при согласованном механизме [31].
ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ
Фотохимическое и термическое циклоприсоединение — методы, часто дополняющие друг друга в отношении возможностей синтеза. Теоретической основой этой комплементарности термического и фотохимического способа проведения реакций являются принципы орбитальной симметрии, которые подробно обсуждены в гл. 10 кн. 1.
Разрешенными при фотохимическом возбуждении типами реакций, особенно полезными для синтеза, являются [2 + 2]-присоединение двух двойных углерод-углеродных связей и [2 + 2]-присоединение алкенов к карбонильным соединениям с образованием оксетанов. Известны многие примеры внутримолекулярного циклоприсоединения двух алкеновых группировок, и в настоящее время эти реакции являются важным методом синтеза четырехчленных циклов [32]. Фотохимическое [2 + 2]- циклоприсоедянение не всегда оказывается согласованным процессом, поскольку фотохимически возбужденное реакционное состояние часто является триплетным. Промежуточный аддукт, который также является триплетным, в этом случае должен претерпевать спиновую инверсию прежде, чем циклоприсоединение завершится;
Вследствие этого фотохимическое [2 + 2]-циклоприсоединение не всегда стереоспецифично в противоположность согласованным термическим циклоприсоедтшениям типа реакции Дильса — Альдера. Потеря стереоспецифичности происходит- в том случае, когда поворот вокруг связи в промежуточном 1,4-бирадикале осуществляется быстрее, чем замыкание цикла.
Межмолекулярное присоединение алкенов можно проводить при фотосенсибилизации ртутью или непосредственно коротковолновым источником излучения [33]. Однако препаративное использование этой реакции Для простых алкенов незначительно. Фотосенсибилизация диенов достигается использованием таких соединений., как бензофенон, бугапдион-2,3 и ацетофенон [34]. В этих условиях получают препаративно хорошие выходы смесей стереоизомерных димеров. Обычно наряду с главным [2 + 2]-аддуктом присутствует некоторое количество [4 + 2]-аддукта:
Фотодим еризацыя замещенных стиролов относится к давно исследованным фотохимическим реакциям [35]. Хороший выход димеров получают при общученни этих соединений в кристаллическом состоянии. В растворе основной реакцией становится цис-транс-изомеризация.
PhCH^CHCOOHPhCH^CHCOOH.РКсоон4.РКсоон4нсис Phнсис Ph
PhCH^CHCOOH
PhCH^CHCOOH
.РКсоон4
.РКсоон4
нсис Ph
нсис Ph
^h jsro-a
Ph(.T-I=CHNO2VH%L
■ 1 Од+ Ж
tss
Циклоприсоединение по углерод-углеродным двойным связям может также происходить внутримолекулярно. Прямое облучение простых диенов приводит к образованию циклобутанов [38]. Процесс проходит через синглетное состояние и является согласованным. На основании правил орбитальной симметрии (см. разд. 10.1 ки. 1) можно предсказать стереохимию циклобутана. Несопряженные диены также могут подвергаться фотохимической циклизации при использовании в качестве сенсибилизаторов ртути или карбонильных соединений. Образование циклобутана из 1,4-диеиов обычно оказывается неблагоприятным, так как должна образовываться очень напряженная циклическая система. Когда алкеновые единицы разделены по крайней мере двумя углеродными атомами, циклизация становятся стерически более благоприятной, например [39]:
Наиболее разработанный вариант фотохимического [2 + 2] -циклоприсоединения алкенов представляют собой внутримолекулярные реакции, которые применяются для синтеза различных сложных «каркасных» скелетов. Циклизация в этих случаях ускоряется благодаря сближенности двух углерод-углеродных двойных связей. Некоторые примеры таких реакций даны на схеме 6 8.
Другим классом молекул, весьма склонных к реакциям фотохимического циклоприсоединения, являются а,р-ненасыщенные карбонильные соединения. Полагают, что при фотохимическом циклоприсоединении
СХЕМА КЗ. ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНАЯ ЦИКЛИЗАЦИЯ ДИЕНОВ
(1Ц^а]
Н ООССН3
(2) [39б]
деитандеитан(3) [39в](3) [39в]X ,(25%1
деитан
деитан
(3) [39в]
(3) [39в]
\ СООСНд СООСН3
соосгн5
CgHsOOC.
ИИзэг]
(5.) [39д]
ооСХЕМА 6.9: МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ ЕНОНОВ К АЛКЕНАМ еСХЕМА 6.9: МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ ЕНОНОВ К АЛКЕНАМ е(4Ц43ь)(4Ц43ь)'(60%^'(60%^
о
о
СХЕМА 6.9: МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ ЕНОНОВ К АЛКЕНАМ е
СХЕМА 6.9: МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ ЕНОНОВ К АЛКЕНАМ е
(4Ц43ь)
(4Ц43ь)
'(60%^
'(60%^
а,£-ненасыщенных кетонов, в реакционном состоянии имеется л—*л*-три- плет [40]. Сохранение спина в этом случае приводит к тому, что перво* начальный интермедиат является триплетным бирадикалом и относительно алкенового компонента стереоспецифичность реакции теряется [41]. Наиболее тщательно изучена реакция для циклопентенонов и циклогексенонов. Возбужденные состояния ациклических енонов и соединений с большими циклами могут дезактивироваться из-за цис-транс-изо- меризации, что затрудняет,присоединение к алкенам. В циклопентено- нах и циклогексен он ах такая изомеризация невозможна. Вместо алкенов в реакции присоединения можно использовать алкины [42, 43]. Несимметричные алкены могут давать два изомера:
В настоящее время еще не вполне ясны факторы, определяющие регио- селекТивность в таких реакциях. Некоторые примеры фотохимического циклоприсоединения с участием енонов и алкенов представлены на схеме 6 9.
У насыщенных и, особенно, ароматических карбонильных соединений реакция фотовозбужденного карбонильного хромофора и алкена
СХЕМА e.IS, ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЕ КАРБОНИЛЬНЫХСОЕДИНЕНИИ К АЛКЕНАМ
PhCH=O 4-PhCH=O 4-/ 138%)/ 138%)(1) [44а j(1) [44а j
PhCH=O 4-
PhCH=O 4-
/ 138%)
/ 138%)
(1) [44а j
(1) [44а j
приводит к образованию четырех членных циклических простых эфиров (оксетанов);
R
R2C=O + R/CH—CHR'R2C=O + R/CH—CHR'
R2C=O + R/CH—CHR'
R2C=O + R/CH—CHR'
Присоединение карбонильных соединений к алкенам с образованием оксетанов часто называют реакцией Патерно — Бюхи [44]. Реакция сте- реоселективна для некоторых алифатических карбонильных ■соединений, но не для ароматических систем [45]. Этот результат свидетельствует о том, что в реакционном возбужденном состоянии алифатические карбонильные соединения существуют в виде синглетной частицы, а ароматические — в виде триплетной. Для ароматических кетонов обычно можно определить основной путь присоединения на основании того, что более устойчивый интермедиат образуется при формировании связи кислорода с менее замещенным атомом углерод-углеродной двойной связи:
О—CH3t IАгкС—С(СНз),(основной продукт)О—CH3t IАгкС—С(СНз),(основной продукт)ftv ..
О—CH3t I
АгкС—С(СНз),(основной продукт)
О—CH3t I
АгкС—С(СНз),(основной продукт)
Аг^С—О 4- СНг=С(С№)з * АпС—О—СНаС(СН,)г
Известно большое число удачных примеров этой реакции, они сведены в таблицы в работе [44]. Наилучшие выходы получены для ароматических кетонов и альдегидов. Некоторые примеры приведены на схеме 6.10.
СИГМАТРОПНЫЕ ПЕРЕГРУППИРОВКИ
Основы механизма и терминология сигматропных перегруппировок были изложена в гл. 10 кн. 1. Сигматропным процессом, который служит наиболее полезным инструментом в синтезе, является [3,3]-сигма- тропная перегруппировка
Согласно принципам сохранения орбитальной симметрии эта реакция может проходить по согласованному механизму. Из этого следует, что достоинством этого процесса является возможность предсказания стереоспецифичности. Известны примеры, в которых в реагирующей системе участвуют различные комбинации атомбв углерода, кислорода, азота и серы, однако синтетически наиболее важными случаями являются такие, в которых все атомы — углеродные, или когда X = О.
игматроппая перегруппировка аллилвиниловых эфиров известна как перегруппировка Кляйзена. Эта реакция была хорошо изучена вначале для аллилфениловых эфиров, однако затем была обнаружена возможность ее синтетического использования в алифатических системах Важным применением этой реакции является введение заместителей в ангулярное положение двух шестичленных циклов [46]. Введение заместителя в это положение часто необходимо при синтезе стероидов и терпенов. Группа — СН2СН — О может быть введена при термической перегруппировке винилаллиловых эфиров, например [47];
ОСН=СН2ОСН=СН2
ОСН=СН2
ОСН=СН2
СН2СН=о
Исходные эфиры можно получить из аллилового спирта при катализуе- мом ацетатом ртути винильном обмене [48], На этой стадии процесса возникают некоторые ограничения, касающиеся присутствия других функциональных групп, поэтому были разработаны способы введения винильной группы с помощью некаталитических термических реакций обмена, В этих методах винильную группу замещают так, чтобы облегчить обмен и образование винилового эфира. Реакция аллилового спирта с диметил ацеталем N,N-диметил ацетамид а идет при нагревании по механизму обратимого термического отщепления — присоединения, Эли
минирование метанола после введения аллилового спирта генерирует винилаллиловый эфир, что обеспечивает возможность сигматропной пе
ОСНВI^=t (CH3)2NC=CH2 4- СНзОНОСНВI^=t (CH3)2NC=CH2 4- СНзОНрегруппировки;
ОСНВI
^=t (CH3)2NC=CH2 4- СНзОН
ОСНВI
^=t (CH3)2NC=CH2 4- СНзОН
(CHshNCCHj
ОСНа
ОСН3ОСНз
RCH=CHCH2OH + (CH9)2NC=CHj (CH3)2NCOCH2CH=CHRIСНа
ОСНз
(CH3)2NCOCH2CH=CHR (CH3)2NCOCH2CH=CHR 4- СНзОН
СНзСН2
Общим результатом реакции после перегруппировки является введение по С-3 аллилового спирта остатка М^-диметилацетамида [49]:
{CH3kNC-CH2О
^ ^-£CHR —► (CH3)8NC—СН2CHg-CHСНг=СН~CHR
Реакцию проводят при нагревании аллилового спирта с диметилацеталем N,N-диметил ацетамида или с продуктом, образующимся из него при элиминировании, т, е. с 1-диметиламино-1-метоксиэтеном, который можно получить отдельно.
Аналогичным образом, используя ортоуксусный эфир, можно ввести кэрбалкоксиметильпую группу [50], В результате серии реакций присоединения и отщепления возникает реакционноспособная группировка аллилвинилового эфира;
осн3
RCH^GHCH2OH + СН3С(ОСН$)3 RCH^CHGHiOCCI-Tj
ОСН;
ОСН»CH/JOOCHa
RCH=CHCHiOCCH3 ^= КСН=СИСН-ОС=<Н2 —> дснсн=сн2
ОСНзосн»
Обмен катализуется добавлением небольших количеств слабой кислоты, например пропионовой.
Вариант перегруппировки Кляйзена, в котором используется 3-мет- оксиизопрен
нгсх чщ ■
является ценным способом введения изопреновых звеньев при синтезе природных соединений.. При кислотном катализе остаток аллилового спирта вступает на место метоксильной труппы. 11роцесс можно повторить, если восстановить образующийся а,|5-ненасыщенный кетон в соответствующий аллиловый спирт [51].
с-с о1-1СН2СН2СС=СН2СПзИз-за возможности взаимного превращения виниловых эфиров и кеталей кеталь (5) является синтетическим эквивалентом 2-метоксиизо- према и его выгодно использовать в некоторых синтезах [52].HSC.н*. _сн;оцС(оСП3)2 —П2С^ Iт-шдон„Сложные эфиры аллиловых спиртов в у.5-ненасыщенные карбоновые кислоты мстилсилильные производные енол я гоз э)с-с о1-1СН2СН2СС=СН2СПзИз-за возможности взаимного превращения виниловых эфиров и кеталей кеталь (5) является синтетическим эквивалентом 2-метоксиизо- према и его выгодно использовать в некоторых синтезах [52].HSC.н*. _сн;оцС(оСП3)2 —П2С^ Iт-шдон„Сложные эфиры аллиловых спиртов в у.5-ненасыщенные карбоновые кислоты мстилсилильные производные енол я гоз э)зСзСЩЩмогутчерезмогутчерезперегруппировываться соответствующие три- [53]. Эта иерсгруппц-перегруппировываться соответствующие три- [53]. Эта иерсгруппц-ровна происходит очень быстро при температуре несколько выше komj натиощ,Н.'- ''СНП Т(СНЯЩ|Ш И,.. Ч -ОНД Нщ-" "<"НДH/) н/У' 'уни, ИП<6> ГСП,Q-: ,СЙг®гг -v ■С'hUQt,iiILО,-ЩЖТЬДОРЖЛ^сровна происходит очень быстро при температуре несколько выше komj натиощ,Н.'- ''СНП Т(СНЯЩ|Ш И,.. Ч -ОНД Нщ-" "<"НДH/) н/У' 'уни, ИП<6> ГСП,Q-: ,СЙг®гг -v ■С'hUQt,iiILО,-ЩЖТЬДОРЖЛ^с
с-с о
1-1СН2СН2СС=СН2
СПз
Из-за возможности взаимного превращения виниловых эфиров и кеталей кеталь (5) является синтетическим эквивалентом 2-метоксиизо- према и его выгодно использовать в некоторых синтезах [52].
HSC.н*. _сн;оц
С(оСП3)2 —
П2С^ Iт-шдон
„
Сложные эфиры аллиловых спиртов в у.5-ненасыщенные карбоновые кислоты мстилсилильные производные енол я гоз э)
с-с о
1-1СН2СН2СС=СН2
СПз
Из-за возможности взаимного превращения виниловых эфиров и кеталей кеталь (5) является синтетическим эквивалентом 2-метоксиизо- према и его выгодно использовать в некоторых синтезах [52].
HSC.н*. _сн;оц
С(оСП3)2 —
П2С^ Iт-шдон
„
Сложные эфиры аллиловых спиртов в у.5-ненасыщенные карбоновые кислоты мстилсилильные производные енол я гоз э)
зС
зС
Щ
Щ
могутчерез
могутчерез
перегруппировываться соответствующие три- [53]. Эта иерсгруппц-
перегруппировываться соответствующие три- [53]. Эта иерсгруппц-
ровна происходит очень быстро при температуре несколько выше komj натиощ,
Н.'- ''СНП Т(СНЯЩ|Ш И,.. Ч -ОНД Нщ-" "<"НДH/) н/У' 'уни
, ИП<6> ГСП,Q-: ,СЙг®г
г -v ■С'hUQt,
iiIL
О,-ЩЖТЬДОРЖЛ^с
ровна происходит очень быстро при температуре несколько выше komj натиощ,
Н.'- ''СНП Т(СНЯЩ|Ш И,.. Ч -ОНД Нщ-" "<"НДH/) н/У' 'уни
, ИП<6> ГСП,Q-: ,СЙг®г
г -v ■С'hUQt,
iiIL
О,-ЩЖТЬДОРЖЛ^с
Согласованный механизм, согласно которому протекает перегруппировка Кляйзена, позволяет на основании конформационных эффектов в переходном состоянии предсказать стереохимию реакции. Предполагают, что переходное состояние обычно принимает кресловидную конформацию [54]: ,
Н Й Н, Г '
Заместители при образующейся в результате перегруппировки новой двойной связи занимают преимущественно трияс-цоложение из-за тенденции заместителя, находящегося в «-положении к атому кисло
рода, принимать в переходном состоянии экваториальную ориентацию.
При перегруппировке Кляйзена наблюдается высокая степень асимметрической индукции [55]. При обработку оптически активного соединения (6) триэтилортоацетатом с 90%-ным оптическим выходом образуется продукт (7):
н снСаН^хУ- сн:
НО \=/ CtHOOEt^С%-СН3 —>И сх'СНз
нэс—с/ иc<<vн3сх н
НhI
Н
в
Конфигурация его была установлена при деструкции молекулы. Стереохимия нового хирального центра является такой, какую можно предсказать в соответствии с кресловидиым переходным состоянием, имеющим Квааиэкваториальное расположение заместителей.
Термическая перегруппировка аллилфениловых эфиров в о-аллил- фенолы известна уже давно. Множество выполненных исследований механизма свидетельствует о том, что это согласованная термическая перегруппировка [56]: Когда оба орто-положения замещены, аллильная группа претерпевает вторичную миграцию по согласованному сигма- тропному механизму с образованием нара-замещенного фенола:
Эксперименты с помощью меченных радиоактивным углеродом соединений показывают, что, когда миграция заканчивается в орто-положении, атом С-1 аллильной группы исходного.соединення становится ато-
СХЕМА 6.11. ПЕРЕГРУППИРОВКИ КЛЯЙЗЕНА
[57а]
[576]
[57з[
[57г]
[575]
[57с]
Алифатические соединения ОН
IGHsCtacjHsi,
СН2=СН(СН2)2СНС=СН2 *
сн3н
—> СН^СН(СН2)2С=С(СНг)2СООС2Н5
сн,
С2Н5сн,
IICHaCtOCn^
СН2=С—СН(СН2)2С=ССоОСН3 —110„с >■
он нс6н6 сна
—СНаООС(СН2)2С=С1СН2)2С=ССООСН3 185%)
н н
но.
NCIHPh
сн3аос2Н512.
c2H5
CH2COOC2HS
(74%)
CHSN
СН2ОН
OH
145 °G
CH,
(CHS)2CCH=CH2 + CH^COCH,
125 aG
CH,rCH2)2C.lOCris)a
06%)
NCHiPh
СНзСНзСНСООСНз
0 (СНз)2С=СНСНдСН21сНэ
(94%)
CHs |140-145 =C
СН3СН=СНСН2ОС=ССООСНаСН=СНСН3
H
—* СН2ССНСООСН2СН=СНСНз 161%)
CH,CHCH=CH2
[57^]
[57з]
[57а]
Ароматические соединения
CH2CH=CHt
CH2CH=CH2 0 I!
CH2CN(CH4)2
мом С-3 продукта. Из приведенного механизма видно, что еапи в результате перегруппировки образуется пара-замещенный продукт, то происходят два подобных превращения мигрирующей группы, В результате атом С-3 исходного соединения занимает положение Зив конечном продукте.
Была также исследована стереохимия перегруппировки Кляйзена аллилфениловых эфиров [57]. Новая двойная связь оказывается главным образом транс-типа независимо от того, образуется она из цир- или транс-предшественника. Эти результаты согласуются с существованием циклического переходного состояния, имеющего форму кресла. Для двух реагирующих изомерных соединений предпочтительная геометрия переходных состояний будет (8) и (9), соответственно. Оба приводят к транс-конфигурации по двойной связи в продукте из-за преимущественной псевдоэкваториальной ориентации метильной группы:
Некоторые примеры [3,3]-сигматропных перегруппировок для алифатических и ароматических систем приведены на схеме 6.11.
Перегруппировку 1,5-диенов по схеме [3,3]-снгматропяой реакций называют перегруппировкой Коупа [58, 59]. Эта реакция рассмотрена в разд. 10.2 кц. 1, где особенно обращалось внимание на вырожденные перегруппировки, в результате которых реагент и продукт структурно идентичны. Отсутствие зависимости скорости реакции от полярности растворителя и параметры активации согласуются с выводом, что реакция проходит по согласованному мономолекулярному механизму [60]:
22
2
2
Обычно считают, что геометрия переходного состояния напоминает конформацию кресла циклогексана, хотя можно допустить существование конформации ванны для тех случаев, когда структурные особенности не допускают конформации кресла [61].
На скорость реакции оказывают влияние энергии исходных соединений, поэтому напряженные соединения реагируют при значительно более низких температурах, чем ненапряженные. Это иллюстрируется на примере !,2-дивинильных производных циклопропана, цпклобутана и циклопентана. цис-Дивинилциклопропан перегруппировывается в циклогептадиен при температуре ниже — 40 °C
/—СН=СН8\ —сн=сн2/—СН=СН8\ —сн=сн2ИИ
/—СН=СН8
\ —сн=сн2
/—СН=СН8
\ —сн=сн2
И
И
а цпс-дивинилциклобутан при 120 6С образует циклоокта диен-1,4 с выходом. 91% [62, 63]. тране-Йзом.ер, в котором невозможно создание необходимого для согласованной перегруппировки циклического переходного состояния, не перегруппировывается ниже 240'С, но при этой температуре осуществляется другой путь разложения. При 220 °C ^пс-ди- винил циклопентан находится в равновесии с цкщцыс-понад йеной-1,5, однако из этих двух веществ циклопента повое соединение более устойчиво н поэтому превращение происходит только на 5% [64].
Перегруппировка Коупа обычно представляет собой обратимый процесс, в результате которого не изменяется число простых и двойных связей, поэтому в первом приближении общая энергия связей оказывается неизменной. Положение конечного равновесия определяется относительной устойчивостью исходных соединении и возможных продуктов, поэтому для циклических соединений основным фактором, определяющим положение равновесия, является относительное напряжение, В случае ациклических соединений соотношение продуктов в равновесии благоприятно для сопряженных систем и внутренних утлерод^тле- родных двойных связей по сравнению с терминальными.
Если при С-3 ди г ио и ой системы присутствует гидроксильный заместитель, продуктом перегруппировки Коупа оказывается енол, который, конечно, превращав гея в карбон плыюс соединение. Движущая сила этой реакции, названной окси-перееруппировкой Коуна, — образование карбонильной I руппы [65]. Реакция нашла некоторое применение в синтезе циклов средней величины, например [66]:
МОНОМОЛЕКУЛЯРПЫЕ ТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИЭЛИМИНИРОВАНИЯ
Термин циклореэерсия^ Означает распад цикла и применим к реакциям, которые обратны циклоприсоединению и приводят к образованию двух или более молекул из исходного циклического соединения. Некоторые реакции этого типа являются согласованными, другие протекают по ступенчатому механизму, Несогласованно проходящие процессы рассматриваются здесь по тем соображениям, что результат таких превращений часто близко напоминает то, что происходит в реакциях с согласованным механизмом. Ряд синтетически важных реакций элиминирования, проходящих по согласованному механизму через циклическое переходное Состояние, рассмотрен в разд. 6,4,2.
ЦИКЛОРЕВЕРСИЯ И РОДСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИЭЛИМИНИРОВАНИЯ
Циклореверсия — процесс, обратный циклоприсоединению —- проходит таким же путем, что и прямая-реакция, поэтому рассуждения о стереохимии ii орбитальной симметрии, описывающие согласованные циклоприсоединения, одинаково применимы и к реакциям циклореверсии. Число детально исследованных реакций такого типа невелико, однако показано, что эти реакции управляются орбитальной симметрией Принципы сохранения орбитальной симметрии определяют, какие процессы могут протекать согласованно, и какие стереохимические ограничения
* Это начпанче, отвечающее английскому rtidorevcrston. (гглч дец№.пизащ-тя}, нам представляется полезный ввести для рыкшш., обратных щщлолрисоедааемию. —■ При.» ped.
накладываются при согласованном механизме. Мы сначала обсудим некоторые реакции, которые должны проходить по согласованному механизму, а затем обратимся к процессам элиминирования, в которых участвуют дискретные интермедиаты.
Хорошим примером согласованного процесса элиминирования является реакция, происходящая при обработке Д3-пирролнна М-нитро- гидроксиламином. Интермедиат (10) способен к элиминированию молекулы азота. Показано, что реакция полностью стереоспецифична [67].
1616—> сн3=снсн=сн2 + n2—> сн3=снсн=сн2 + n2
16
16
—> сн3=снсн=сн2 + n2
—> сн3=снсн=сн2 + n2
Заместители при С-2 и С-5 при переходе к продукту поворачиваются в противоположных направлениях (дисротаторное движение):
Такая стереохимия реакции согласуется с предсказаниями, основанными на принципе сохранения орбитальной симметрии.
Азиридины при обработке дифтораминбм дезаминируются с образованием алкенов по механизму, который, согласно принципам сохранения орбитальной симметрии, не должен быть согласованным [68]. Тем не менее, наблюдаемая реакция приводит к образованию цис- и транс- бутенов-2 из соответствующих цис- и транс-2,3-диметил азирид инов, т. е, оказывается стереоспецифичной:
Элиминирование оксида углерода от циклических кетонов является довольно общим процессом. Для насыщенных систем реакция осуществляется фотохимически; механизм этого процесса рассмотрен в разд. 1L3, ки. 1. Легкое термическое отщепление происходит только в молекулах, имеющих определенные структурные особенности. Элиминирование оксида углерода из бицикло[2.2.1] гептадиенонов-7 может происходить по согласованному механизму. И действительно, образование бицикло [2.2.1]гептадиенонов-7 обычно сопровождается самопроизвольным элиминированием молекулы СО:
Наиболее общим путем к таким циклическим системам оказывается взаимодействие по Дильсу — Альдеру замещенных циклопентадиенонев с ацетиленом. Данная реакция находит некоторое применение для синтеза полизамещенных бензольных циклов [69] *. Для элиминирования СО из родственных систем, которые непосредственно не могут образовывать ароматические циклы, необходимы повышенные температуры. Наиболее изучено превращение бицикло[2.2.1 ]гептен-2-онов-7 в циклогексадиены [70]. В этом примере легкость элиминирования определяет природа заместителей циклической системы; необходимые для реакции температуры часто оказываются выше 100—150 °C. Хотя эта реакция также может проходить как согласованный процесс, энергия переходного состояния значительно выше. Высокая реакционная способность бицикло[2.2.1]гептадиенонов-7, вероятно, отражает стабилизацию переходного состояния благодаря выгодности образующегося цикла.
Исключительно легкое элиминирование СО происходит также из структуры (11), в которой переходное состояние может стабилизоваться гомоаром этичностью;
и
Легко происходит элиминирование серы в различных состояниях окисления из гетероциклических молекул; эти реакции изучались с точки зрения механизма и синтетической применимости. Сульфолен (12) при 100—150 °C распадается на диоксид серы и гранс,транс-гексадиен-2,4 из (.13) соответственно образуется цис,гранс-гексадиен-2,4;
13
Расщепление является стереоспецифическим и включает дисротаторное движение заместителей при С-2 и С-5, аналогичное описанному ранее при разложении пирролина [71],
Еще легче отщепляется диоксид серы от 1,1-^,иоксидов тиирана (эписульфоны). Например, разложение 4,1-диоксида цис^.З-диметилти- ирана при 60 °C приводит к стереоспецифическому образованию цис-бу-
1 Источником ароматических углеводородов могут служить также аддукты, полученные из диенов и малеинового ангидрида. Их превращение в арены осуществляют либо декарбоксилированием и дегидрированием (путь А/, либо д скарбог>ял яров а кием и дегидратацией (путь Б) [см. обзор: Скеарченед Б. Р. — Усп. химии, 1963, т. 32, № 11, с. 1297—1339].
Реакция типа Б впервые осушестпдеиа'в 1953 г. [см. Левана Р. Я, Скварчея- ко В Р, Костин В Н., Катаева Н. С. — ДАН СССР, 1553, т. У1, № 1, с. 95,]— Прим, ред.
тена-2 [72]. Аналогично образуется цис-стильбен из 1,1 - диоксида, цис- 2,3-дифенялтиираиа [73];
Как и при дезаминировании азиридина, правила орбитальной симметрии запрещают согласованный процесс разложения, однако ei исследованных до сих пор случаях обнаружена стереоспецифичность.
Из процессов элиминирования малых молекул из циклов наиболее подробно изучено элиминирование молекулы азота из циклических азо- соедипевий. Эта реакция нашла применение, особенно для синтеза напряженных циклических систем. В большинстве случаев элиминирование азота из циклических азоеоедииений проводят фотохимически или термически. Поскольку обычно эта реакция не протекает по согласованному механизму, а включает по крайней мере один интермедиат, сначала рассмотрим некоторые примеры, в которых возможно согласованное термическое элиминирование. Затем продолжим рассмотрение механизма и синтетических аспектов для .более общих случаев.
Интересной иллюстрацией применения принципов орбитальной симметрии к циклореверсии и к циклоприсоединению является сильно различающаяся устойчивость азосоединеиий (14) и (15). - -
ИыИы
Иы
Иы
Соединение (14) распадается с образованием норборнена и молекулы азота только при температуре выше 100rjC, в то время как соединение (15) разлагается сразу после образования даже при —78 СС [74], хотя оно является менее напряженным, чем (И). Причиной такого различия является то, что согласованное элиминирование (14) должно было бы проходить по высоко энергетическому [2 + 2]-пути. Для соединения (15) элиминирование может происходить по сот.-тасованной [4 -ф 2]-циклоренерсни, Температурный интервалу при котором происходит распад соединения (14), довольно ттшичен для напряженных азосоединений, и элиминирование вероятно протекает по несогласованному"' бирадикальному механизму;
Так как разрыв С—N-связй должен происходить без компенсации за счет образования углерод-углеродной двойной связи, энepi ня активации оказывается гораздо выше, чем при согласованном прокесго. По согласованному механизму происходит также распад азосаедниепня (16) [75]. Здесь элиминирование молекулы азота связано с участием электродов циклопропанового кольца в плавном перераспределении электронов. Из этого азососдинеипя молекула азота элиминируется уже при комнатной температуре:
Другое подтверждение возможности согласованного механизма в присутствии циклопропанового цикла получено при исследовании стереохимии элиминирования молекулы азота из соединений (17—19) [76]з
В каждом случае реакция является высоко стереоспецифичной, а образующийся диен оказывается таким, который ожидается в результате согласованной реакции. Переходное состояние из-за гомоароматичеекой ; природы обладает относительно низкой энергией. Данные азосоедине- i 0 ния неустойчивы при комнатной температуре.
iО О'
N—N
тДс
н , н
Хотя согласованный механизм, описанный в предыдущих разделах, возможен только для азосоединений с определенным расположением Орбиталей, разложение по несогласованному механизму, происходящее при достаточно низких температурах, может быть использовано в синтетических целях. Основным продуктом разложения циклических азосоединений очень часто является углеводород, возникающий при образовании связи между двумя радикальными центрами, генерирующимися при элиминировании азота. Разложение можно проводить термически Или фотохимически. . - - ■ .
N—NN—N(С^Д(С^ДНгС\ /СНа1СН2)ХНгС\ /СНа1СН2)ХН2С—сн2Н2С—сн2(СНгД(СНгД
N—N
N—N
(С^Д
(С^Д
НгС\ /СНа
1СН2)Х
НгС\ /СНа
1СН2)Х
Н2С—сн2
Н2С—сн2
(СНгД
(СНгД
До сих пор внимание исследователей механизма этих реакций привлекает вопрос о последовательности разрыва двух С—N-связей Если разрывы происходят одновременно, то образуется один интермедиат, бирадикал (20). Если сначала разрывается одна связь, то в энергетическом минимуме может находиться И частица (21). В настоящее время
мало доказательств существования частицы (21), однако поскольку над- ожидать ее крайней неустойчивости, подтвердить ее существование немало доказательств существования частицы (21), однако поскольку над- ожидать ее крайней неустойчивости, подтвердить ее существование непросто.просто.N—NN—NN=NN=N(СН2)Х(СН2)Х(СН2ь(СН2ь—> Н^ /СНз(СНа),20—> Н^ /СНз(СНа),20Н,ССН,^(СН^Н,ССН,^(СН^
мало доказательств существования частицы (21), однако поскольку над- ожидать ее крайней неустойчивости, подтвердить ее существование не
мало доказательств существования частицы (21), однако поскольку над- ожидать ее крайней неустойчивости, подтвердить ее существование не
просто.
просто.
N—N
N—N
N=N
N=N
(СН2)Х
(СН2)Х
(СН2ь
(СН2ь
—> Н^ /СНз(СНа),
20
—> Н^ /СНз(СНа),
20
Н,ССН,^(СН^
Н,ССН,^(СН^
Определенное внимание уделялось рассмотрению стереохимии разложения циклических азосоединений. Значительная стереоспецифичность наблюдалась при разложении стереоизомерных азосоединений (22) и (23) до соответствующих циклобутанов. Из этих данных ясно, что общего интермедиата в реакции не возникает. Бирадикальный интерме
С
:н2сн3 сн2сн3
СНгСН2< ,—^^СНдСНз 145 рс
-"СНа . ]СН3
+
НзС^^^ ЧСН3—
22(
(
—снв—снасн3
:нгснасиз
«%j(2.5%>
;н2снэСНгСНз
НнС^^ j—•—^^СНгСНз Ц5
— СНз L j— —СНз “Г
сн$сн/ХСН3—
(
23С
--СНз —СН2СН3
:н2сн3сн3
.5%)02Ъ1
диат, который вследствие сохранения спина при выбросе молекулы азота первоначально образуется в виде синглета, вероятно может замкнуться с образованием циклобутанового цикла прежде, чем подвергается конформационным изменениям, приводящим к взаимопревращению двух бирадикалов [77]. Замыкание кольца осуществляется обычно быстрее, чем конформационное превращение синглетных 1,4-бирадикалов, генерируемых на экзоэнергетической стадии реакции, однако это не относится к 1,4-бирадикалам, обладающим минимумом энергии [78].
При разложении пятичленных циклических азосоединений наблюдается лишь умеренная стереоспецифичность, В некоторых случаях иге-
СХЕМА 6.1?, ФОТОХИМИЧЕСКОЕ И ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕЦИКЛИЧЕСКИХ АЗОСОЕДИНЕННЙ
(1) [8U](1) [8U]НЭСХуСНа;с=с(+ ch2n2Н/ХЮОСНзНЭСХуСНа;с=с(+ ch2n2Н/ХЮОСНзНаС СООС5Н. НзС-НаС СООС5Н. НзС-NNSvSvНЭСНЭС■СН3■СН3Н3СН3СNСООС2Н5NСООС2Н5
(1) [8U]
(1) [8U]
НЭСХуСНа
;с=с(+ ch2n2
Н/ХЮОСНз
НЭСХуСНа
;с=с(+ ch2n2
Н/ХЮОСНз
НаС СООС5Н. НзС-
НаС СООС5Н. НзС-
N
N
Sv
Sv
НЭС
НЭС
■СН3
■СН3
Н3С
Н3С
N
СООС2Н5
N
СООС2Н5
v ^соосм(главный продукт)v ^соосм(главный продукт)v ХСН3 (мипорвый Продукт!v ХСН3 (мипорвый Продукт!
v ^соосм
(главный продукт)
v ^соосм
(главный продукт)
v ХСН3 (мипорвый Продукт!
v ХСН3 (мипорвый Продукт!
(2) [8161(2) [8161cf3ch=ch2 + ch2n2 —>cf3ch=ch2 + ch2n2 —>260 °CN *260 °CN *F3CF3C<51 %)<51 %)(4) [81г](4) [81г](6) [81 е](6) [81 е]На С ОСОСНзНа С ОСОСНз(3) [81а](3) [81а]Нас СНзН3СНас СНзН3СNNНаС NНаС N(5)[81д](5)[81д]йл,йл,Ph-Ph-FiC"/ NHFiC"/ NHсн3сн3ососн.ососн.Н3С СНзН3С СНзСНз (74%)СНз (74%)СИ., СНЭ мСИ., СНЭ мСНдООС/СНдООС/11СН3СН3СНдООССНдООС[71 [ 81ж][71 [ 81ж]N=NN=Nреохимия продукта реакции обратна стереохимии исходного соединения, например [79]:реохимия продукта реакции обратна стереохимии исходного соединения, например [79]:
(2) [8161
(2) [8161
cf3ch=ch2 + ch2n2 —>
cf3ch=ch2 + ch2n2 —>
260 °C
N *
260 °C
N *
F3C
F3C
<51 %)
<51 %)
(4) [81г]
(4) [81г]
(6) [81 е]
(6) [81 е]
На С ОСОСНз
На С ОСОСНз
(3) [81а]
(3) [81а]
Нас СНз
Н3С
Нас СНз
Н3С
N
N
НаС N
НаС N
(5)[81д]
(5)[81д]
йл,
йл,
Ph-
Ph-
FiC"/ NH
FiC"/ NH
сн3
сн3
ососн.
ососн.
Н3С СНз
Н3С СНз
СНз (74%)
СНз (74%)
СИ., СНЭ м
СИ., СНЭ м
СНдООС/
СНдООС/
1
1
СН3
СН3
СНдООС
СНдООС
[71 [ 81ж]
[71 [ 81ж]
N=N
N=N
реохимия продукта реакции обратна стереохимии исходного соединения, например [79]:
реохимия продукта реакции обратна стереохимии исходного соединения, например [79]:
Это явление объясняют, исходя из принципов орбитальной симметрии, касающихся образования и циклизации 1,3-бирадикальных интермедиатов [80]. Однако, так как стереоспецифичность не очень высока, ясно, что орбитальная симметрия не может полностью управлять этой реакцией.
При фотолизе циклические азосоедипения также элиминируют молекулу азота. Разложение можно проводить прямым путем или с пре менеиием методов фотосенсибилпзацпи [81].
Для синтеза циклопропанов важное значение имеют пиразолины Эти циклические системы часто получают путем присоединения диазо- соединений к алкенам (см. разд. 6.12). Некоторые примеры термических и фотохимических процессов этого цша представлены на схеме 6.12.
При термическом разложении циклизация иногда сопровождается образованием алкенов, Например, для восьмичлсппого азосоедипения (24) образование алкена является главным направлением реакции. Высокий выход алкена в этом случае объясняется внутримолекулярным диспропорционированием, происходящим через переходное состояние (2о) [82]. _ ,
0-ЭЛИМИНИРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ ЦИКЛИЧЕСКОЕПЕРЕХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ
Общим признаком этой важной группы реакций элиминирования является циклическое переходное состояние, через которое происходит внутримолекулярный перенос водорода. Результатом является отщепление малых молекул и образование олефина. Наиболее важные примеры этих реакций показаны на схеме 6 13.
Для этих процессов характерна также вторая общая особенность: это термические мономожкулярные процессы а для их проведения не нужны
СХЕМА 6.13. ЭЛИМИНИРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЕРЕХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ
(1) [82 aj
но мщгр
■ 4 О.
" Н 'N(CH-
HONPHJ^
R—СК—СМЦ
’сн3
О-' \
Ь-=- с s Ы<
А ,
СИ,
<2) [6261
* н 9
> г » Q
40П-6(Ю aC
ен3согвд
R— CH—CHR
- SCHa
t Л "* П1Р RV \l
seth
1
(3)[82в|
н
s9n
i и,- i +"sca
R-CH-CHR
H / yVCHP, RZ \ :
>11 -1 ] JK +
кислотные или основные катализаторы. Однако температуры, при которых эти реакции протекают с подходящими скоростями, сильно различаются.
Циклическая природа переходного состояния в этих реакциях требует, чтобы элиминирование происходило по син-схеме. Циклическое переходное состояние, включающее только пять или шесть атомов, при элиминировании не может иметь трансоидного расположения разрывающихся связей. Из-за этого такие реакции часто называют термическим син-элиминированием.
Пиролиз аминоксидов происходит в более мягких условиях, чем любые другие пиролитические реакции элиминирования, и поэтому осо-
бенно ценен, когда с помощью элиминирования нужно получить неустойчивые олефины. Длд некоторых аминоксидов реакция проходит при комнатной температуре в диметил сульфоксиде [83]. Если в аминоксиде присутствует более одного Р-водородного атома, обычно образуется смесь олефинов. Некоторые типичные примеры показаны на схеме 6.14.
I,СХЕМА в.14. ТЕРМИЧЕСКОЕ ЭЛИМИНИРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ ЦИКЛИЧЕСКИЕ
ПЕРЕХОДНЫЕ СОСТОЯНИЯ
Пиролиз амин оке Ядов
СН5 СН5 О"СНзСИ,
IIIII
[83а]PhCH—СИ—М(СНа)г —> Pi,( СНСП + PhCHCH^CH2
№Щ№
(гЦзЗб](гЦзЗб]185%)115%)185%)115%)
(гЦзЗб]
(гЦзЗб]
185%)115%)
185%)115%)
Продолжение схемы 614
Пиролиз к с а н г о г е н о в ы х эфировПиролиз к с а н г о г е н о в ы х эфиров
Пиролиз к с а н г о г е н о в ы х эфиров
Пиролиз к с а н г о г е н о в ы х эфиров
СН$ ОН, кСНз
I I2 cs2I
[83л] PhCH—СНСНз ——PhC—CHCHS (si%)
4. Д
ОНОН(II) [83л](II) [83л]1 МаН2. CS21 МаН2. CS2(общий юход 41%)(общий юход 41%)Na*Na*(СН3)2СН(СН3)2СН(СНз)аСН СНаСГ(СНз)аСН СНаСГ(12) [83н](12) [83н](СН3)2СН СН2О“(СН3)2СН СН2О“(СНз)2СН(СНз)2СНСН2СНаСН2СНа(13) (83о)(13) (83о)к шн2. 052к шн2. 052з. СНз!4, Дз. СНз!4, ДNa*Na*
ОН
ОН
(II) [83л]
(II) [83л]
1 МаН
2. CS2
1 МаН
2. CS2
(общий юход 41%)
(общий юход 41%)
Na*
Na*
(СН3)2СН
(СН3)2СН
(СНз)аСН СНаСГ
(СНз)аСН СНаСГ
(12) [83н]
(12) [83н]
(СН3)2СН СН2О“
(СН3)2СН СН2О“
(СНз)2СН
(СНз)2СН
СН2
СНа
СН2
СНа
(13) (83о)
(13) (83о)
к шн
2. 052
к шн
2. 052
з. СНз!
4, Д
з. СНз!
4, Д
Na*
Na*
’ В мягких условиях реакции равновесие между алкенами не устанавливается, так что состав продуктов определяется относительной устойчивостью различных переходных состояний. Обычно образуется больше транс-олефина, чем цис-изомера, вероятно, потому, что стери
ческое отталкивание повышает энергию переходного состояния, приводящего к цис-олефину. Однако селективность невысока, поскольку для некоторых простых случаев транс : цис-отношение составляет от 3:1 До 2 : 1.
., более1 Ьлаеоприятныя., более1 Ьлаеоприятныя. О"
., более1 Ьлаеоприятныя
., более1 Ьлаеоприятныя
V к-сн3-
Н п н .
R \, стерическое
отталкивание
менее благалунч-гный
' В циклических системах наиболее важными факторами, определяющими состав продукта, являются конформационные эффекты и стерические требования циклического переходного состояния. Особенно благоприятно элиминирование, приводящее к образованию олефина, сопряженного с ароматическим циклом. Полагают, что этот результат является следствием повышенной кислотности атома водорода, находящегося в «-положения к фенильной группе, а также сопряжения, возникающего в переходном состояния. Важность этого фактора для определения состава продукта, иллюстрирует реакция (1) на схеме 6,14. ,^ 216
о
При пиролизе сложных эфиров обычно используют ацетаты. Реакции, как правило, проводят при очень высоких температурах, выше 500 °C. Таким образом, пиролиз является парофазной реакцией. В лаборатории этот процесс выполняют обычно в стеклянной трубке с наполнителем, нагреваемой небольшой печкой. Реагирующие пары проходят через горячий приемник в токе инертного газа (например, азота), создающего нужную скорость, в охлаждаемую U-образную трубку или другую систему конденсации. Ли алогичные реакции проходят с эфирами высших алифатических кислот; реакцию можно проводить в жидкой фазе, если температура кипения сложного эфира достаточно высока. Однако парофазный пиролиз ацетатов в общем является наиболее употребительным.
Применение дейтериевой метки позволило доказать, что элиминирование является сия-отщеплением. Дейтерий был введен стереоспецифично при восстановлении оксидов цис- и транс-с-уилъбена с помощью LiAlD4. Продуктом последующего пиролиза сложного, эфира является транс-стильбен из-за эффектов заслонения, возникающих в переходном состоянии. При син-элиминировании дейтерий сохраняется в олефине, полученном из оксида транс-стильбена, и отсутствует в олефине из оксида цис-стильбена [84]:
сн3снэсн3снэ
сн3снэ
сн3снэ
126%)126%)Как и в случае аминоксидов, при наличии более одного р-водарод- ного атома образуются смеси олефинов. Для нециклических соединений состав олефинов часто приближается к составу, предполагаемому на основе статистического распределения по числу водородных атомов каждого типа. Обычно для каждой пары изомеров более предпочтительным оказывается транс-олефнн, чем цис-изомер. Для циклических систем конформационные особенности, напряжение кольца и родственные факторы обычно изменяют состав, смеси, ожидаемый на основе статистических данных. Элиминирование по направлению, при котором действует сид-механизм, оказывается значительно предпочтительнее другого направления, где этот механизм действовать не может, например [85]:
126%)
126%)
1Г3%1И^ %)Щ%11Г3%1И^ %)Щ%1СНзГ'ОАсСНзГ'ОАс
1Г3%1И^ %)Щ%1
1Г3%1И^ %)Щ%1
СНз
Г'ОАс
СНз
Г'ОАс
СН3СН3(28%}
СН3
СН3
Спирты можно дегидратировать через ксантогеновые сложные эфиры при гораздо более низких температурах, чем при пиролизе аце-
оодатов. Получение ксантогеновых эфиров включает взаимодействие натриевого алкоголята с сероуглеродом; образующуюся соль алкилируют метилиодидом:_
о
о
ROH-RNa —> RO" Na+
S
RO" Na^-yCS^ —* RO^S* Na+
SS
:II
ROCS+ СН81 —> ROCSCH»
Элиминирование часто осуществляется просто при перегонке:
KS1
R-Сн) С-5СНД -^> RCH=CHR -I- ГНЗСЙСНЛ,С—ОL , J
д I Rд I RСН3ЗН 4- COS
д I R
д I R
Как и для других типов термического сия-эли минирования, в этом процессе нет интермедиатов, склонных претерпевать скелетную перегруппировку. Ксантогенатный метод нашел главное применение в тех случаях, когда канализуемая кислотой Дегидратация спирта может сопровождаться скелетной перегруппировкой или образуются очень неустойчивые олефины. :
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
ГУ РЕАКЦИИ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
/ Vollmer, К L. Seeds, J Chern. Educ. 47, 491 (1970).
R, Huts gen, R. Grashey, J, Sauer, in: The Chemistry of Alkenes, S. Patai (ed.), Inter- астепее, New York, NY, 1964, pp, 739—953._ _ . ,
4ТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПЕРЕГРУППИРОВКИ
T. S. Stevens, IF E. Watts, Selected Molecular Rearrangements, Van Nostrand Reinhold, London, 1973, Chapter 8.
H-! Hansen, nr Median isms of Molecular Migrations, V, 3, B. S. Thyagarajan (ed,), Wiiey-kiterseierice, New York, NY, 1971, pp 177—235.
S, L Rhoads, N. R. Raukns, Org. React. 22, 1 £1975).
■^""IVVTrn^ ТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОТЩЕПЛЕНИЯ
№. Н Saunders, Jr, A F. Code-rill, Mechanisms of Elimination Reactions, "Wiley, New York, NY, 1973, Chapter VIII,
, ^Т^ГТ^тр^г ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
L, №. Butz, А №. Rytina, Org React 5, 136 (1949): M. C. Kloetzel, Org React, 4, 1 (1948), H, L Holmes, Org. React. 4, 60 (1948), A. Wasserman, Diels — Alder Reactions, Elsevier, New York, NY, 1965; R. Huis gen, R. Gras hey, 1. Sauer, in: Chemistry of Alkenes, S. Fatal (ed). Interscience, New York, NY, 1964, pp. 878—928.
У. Kobuke, T. Sugimoto, J. Furukawa, T. Funeo, J. Am. Chern. Soc. 94, 3633 (1972); K. L. Williamson, Y.-F- L. Hsu, J, Am. Chem, Soc. 92, 7385 (1970).
/ Sauer, H, Wiest, Angew. Chem, Int Ed Engl. lr 269 (1962). ASy /
К- M Houk, J. Am Chem. Soc 95, 4092 (1973).
D. Craig, J. J, Shioman, R. B. Fowler, J Am Chem. Soc. 83, 2885 (1961).
C. A. Stewart, Jr, J. Org Chem 28. 3320 (1963).
H. J Bather, Rec Trav Chim. Pays-Bas 58, 643 (1939).
P. Yates, P, Eatyn, J. Am them. Soc 82, 4436 (1960).
T, Inukai, Al Kasai, J. Org Chern, 30, 3567 (1965).
T. Inukai, T. Kojima, J Org Chem.. 32, 869, 872 (1967).
10й И C Khuitzd, Org React 4, 1 (1948).
106 L W. Butz, A, F. Rytms, Org React 5, 136 (1949).
1йв H7 M. Daniewski, С E Grit fin, J. Org. Chem 3L 3236 (1966).
TUe .L C, PhtUps, M. Oku, J Org Chem. 37, 4479 £19/2).
№. J, Middleton, R, E. Heckert, E. L. Little, C, G. Kfespan, J. Am. CGm S ^. Г 2783 №)
Юе H L Holmes, O^ React. 4, GO (1У4й1.
lUit.g. E. Putnam, RE Harder, J. E. Casile, J Am Chern. Sot 83, 391 (1961);
C. G. Kresparg В. C McKusick, E L, Cmrns, J. Am. Chem. Sec. 83, 3428 (19&P
10з L D. White, M L, Мигм, H- D, KasUmLaum, A, Mura, J. Org. Chem.. 30, 1U5 (1971).
IОн C, D, №«S, J. Org Chem 28, 74 (1963).
Mt В T. Giibs, P. L 'Beck, J. Org Chem. 28, 3177 (J9631.
10 л В Г Gillis, .(.. D. Hagerty, J. Org. Clk.m 32, 330 (19671.
lOsi M Я Cti№. С К №(^ihs, Ir, D R. Dalton, _K. Bessho, J Org Chem. 30, 3772 j 1/55); G, Kroco, R. Rodebaugh, R. Cmmosm. №.. Figives, JR Pannella, G, DeVstans. Л1. Grmpi. J Am. Cliem Sc,... 95, 3273 11973).
10» J C Jest; A M. nan I №W. J Org Chem. 39, 564 (1974).
It M. /. S. Dewar, C. de Ltaso. J Arn Chern Sere.. 91, 789 (1969).
11 ci W. K- Johnson.. J Org. Chem 24, 813'4 (1959) .
llo.i. E $>т,/и-мп, J. T. Suh, Л!.. OrmuH, R. Daniels, J Am. Chetm Soh. 84, 1040 (1962).
lid J. L ReGraw I. Gottdmati, В R Baker, ,1. Org. Chem. 26, llo6 (1961).
11,? E. F Gode)rot, L. H Simcmm, J Org Chem. 28, 1112 (1963).
lid. L. A. Paquette J. Org. Chem. ?9, 3447 (1964).
lb?£ J, Corey, U. Koelliker, i; Ме^еп J Am. Chern Soc. 93, 1489 (19711.
И ж. 5. Ranganathan, D. Ranganathan, ,4. К Aft hroira, J. Am. Chem. Soc, 96, 5261 (1974). °
Il's G Stork, E. E van Tamelen, L. J. Friedman, A, W. Butgstabler, J, Am. Chem Soc. 75, 384 (1933)
1Ы В. T Gdhs. p. E В. 1 .1 Org Chem 27, 1947 (19621
1U. M. P. Cava, С, К Wilkins, Jr., D. R. Dalton, K. Bessho, J. Org Chem. 30, 3772 i1965).
D, M. McKinnon, J У Wong, Can J Chem 49,3178 (1971).
P. D Bartlett, 7 D Greene, J Arn Chun Son 76, 1088 (1954).
A. Oku, К Ohnishi, Г. Manno, J Org Chem 37, 1264 (1972). "
E., Ctganek, Tetrahedron L.e1.1, 3321 (1967).
. R. S. H. LU, J Am Chem. -Sol. 90, 215 (1968); C, G. Rrespan, В. C. McKusick, E L Cairns, J Arn Chem. Sue. 83, 3428 tT№ij
P, K. Kadaba, Tetrahedron 25, 3053 (1969); R. HUsgen, G Szelmles, L. Mobius, Chern. Ber, IDO, 2494 (1967), P. Schemer, Л H Schomaker, S. Deming, №. 7. Lib- bey, G. P. ЛАгенеА, J Am Chem Soc 87, 306 (1965)
18 R. Hnlsgen, Л1. Seidet, G WaiittitUch, H. Knup)er, Tetrahedron 17, 3 (1962).
19 R Huis gen, G Szeim.ies, Cftnm Ber. 98, 1153 (1965).
20 R. Hms gen, P. Eberhard, iT.tr-ahiidrori Lett., 4343 (1971).
R. Hulsgen, J. Org- Chem. 33, 21'91 (1*368),
22 fi A. Firestone, J Org Chem. 33, 2285 (1(158).
23 R Siistrirnmn, Tetrahedron Lett. 2717 (1971), R Siistmarm, FL Trill, Angew. Chem. Int Ed Engl It, 838 (1972), К N. Houk, J. Am Chem. Son. 94, 8953 (1072).
23a P, Schemer, 5 H Schomaker, S. Deming, №. J. Libbey, G. P. No$ack, J. Am, Chem, Soc 87, 306 (ИгпЗ).
5:16 R, Hmsgen, R Knorr, L. .Mobius, G Szehriles, Chem Ber. 98, 4014 (1965).
23n / M.. Stewart, C Carlisle, K. Flein, G Lee, 1 Org Chem 35, 2040 (1970).
2<F R. Huisgcu, H. Himck, R Grashey, H. Seidl, Chem, Ber 101, 2568 (1968).
2)d ti. Stork, J. E. McMmry, J Am Chem. Soc 89, 54t;f (1967).
21 R Hiriigeu. H.MAder, J Am Chern Soc 93, 1777 (1971). ,
2n. R. J. Turro, S S EdeLson, I, R, Williams, T. R. Darling, № В Hammond, 5. Am. Chem Soc.. 91, 2283 (10691, S. S Edelsori N. J, Turro, J.. Am. Chem. Soc. 92, 2770 (1970)- N.. J Turrc. Ace. Clinm. Rc.s 2, 25 (1969).
25a IL 4 Heine. R Peavy, A. /. DimbetMo, J. Org. Chem 31, 3024 (1906). "Ah' 255 P. B- Wolter, К H Croms-eiL J Grg Chem 35, 888 (1970).r
2ёС' A Padsm, At. Diiacan. J, SmoUinoD, S. I. Wetmore, Jr,, J Am Chem. Soc. 95, 1945, 1954 (1973).
2b R B. Woodward, R НоЦттт, Кпагп; Chem. Int Ed. Engl. 8, 781 (1969).
2ы .Л. P Kraptho, J H L.esser J Org Chern 31, 2030 (1966).
265 IF. T Brady, A D Patel, J Gg CGm 38. 4|.O6 (19731
26a IF- E Brady, R. Roe, Jr, E .t 1/о((\ F. H, Parry, til, J .Am. Chem. Soc 92, 146 (1070).
26c H. H. Wassermnrt, J U. Pger. E F. Dchmlow, J Org Chem 38, 1451 (1973).
2614- IF. Г. Brady, F F Hc-H- H. J О'Т~. СЫтп 35, 3733 (197tO
27/ J. D Roberts, C. M Sh-iris, Org React. 12, 1 (1962), P. D Bartlett, Q Rev. Chem. Six 24, 473 (1970).
27a. D. D. Colfman. P L Bartuk, R D Cramer, M. S Rausch, J Am Chem Soc 71, 490 (1949).■
276 H R- Cripps, J К FnCrimr iy н Sharkey, J Am Chem Sm 81, 2723 (1959).
27s, Л D, Roberts, G, B, Kline, H E. Simmons, Jr , j Am_ Chem, Sue, 75, 4765 ((953).
27а. 7. 1. Drysdale, I?. IT. Gilbert, H. K. Sinclair, IF. H. Sharkey, J. Am. Chem. See 3672 (1958).
К. C. Brannock, A. Bell, R, D, Burpitt, C. A. Kelly, J, Org. Chern. 29, 801 (IS
M. E. Kuehne, L Foley, J. Org. Chern. 30, 4280 (1965).
R, Huisgen, G. Steiner, J. Am. Chem. Soc. 95, 5054 (1973).
G. Steiner, R. Huisgen, J Am. Chem. Soc. 95, 5056 (1973).
P. de Mayo, Ace. Chem. Res. 4. 41 (1971).
H.Yamazaki, R. JCvetanouic, J, Am. Chem. Soc. 91, 520 (1969)’.
G,S,Hammond, N.J. Turro, R. S. H. Liu, J. Org. Chem. 28, 3297 (1963).
A. Mustafa, Chem. Rev. 51, 1 (1952).
D.G,Farnum, A,7.Mosiashari, Org. Photochem, Synth 1, 103(1971).
D.G.Farnum, A.J.Mostashari, Org. Photochem, Synth. 1, 79(1971).
38 R. Srinivasan, J. Arn. Chem. Soc. 84, 4141 (1962); 90, 4498 (1968).
7. Meinwald, G. IF. Smith, J. Am, Chem. Soc. 89, 4923 (1967); R. Srinivai К, H. Cariough, J. Am. Chem. Soc. 89, 4932 ^1967).
39a, P. Srinivasan, Org. Photochem, Synth. 1, 101 (1971); J. Am. Chem. She. 86, 3 (1964).
396, P, G. Gasserian, D, S. Patton, J. Am, Chem Soc. 90, 7276 (1968).
39e IF. G. Dauben, С- H. Sdtallhorn, D. L. Whalen, J. Am. Chem. Soc. 93, 1446 (191 39г В. At. Jacobson, J. Arn. Chem. Soc. 95, 2579 (1973).
39d J, C. Barborak, L. Watts, R. Pettit, J. Am- Chem. Soc. 88, 1328 (1966).
P. £. Eaton, Acc. Chem. Res. 1, 50 (1968).
E, J. Corey, J, D, Bass, R, Le Mahieu, R. B. Mitra, J. Am, Chem, Soc. 86, 5£ (1964).
R. L, Cargill, T. К Ring, A. 8. Sears, M. R, Wlllcott, J, Org. Chem, 36, 1423 (197
IF, C. Agosta, IF. IF. Lowrance, Jr, J. Org. Chem. 35, 3851 (1970).
43a. J. F. Bagli, T. Bogri, J. Org. Chem. 37, 2132 (1972).
P. E. Eaton, К Nai, J. Ani. Chem. Soc. 93, 2786 (1971).
43a. P, Singh, J. Org. Chem. 36, 3334 (1971).
D. R. Arnold, Adv. Photochem. 6, 301 (1968).
44a J. S. Bradshaw, J. Org. Chem. 31, 237 (1966).
446. D. R. Arnold, A. H. Glick, V, У. Abraitys, Org. Photochem. Synth, 1, 51 (1971). 44e. R. R. Sauers, W. Schinski, B. Sickles, Org. Photochem. Synth , I, 76 (1971).
N. c, Yang, W, Eisenharat, J. Am. Chem. Soc. 93, 1277 (1971); D. R. Arnoi R L. Hinman, A. H Glick, Tetrahedron Lett., 1425 (1964)" N. J, Turro, P. A. IFriec J. Am. Chem, Soc. 90, 6863 (1968); 7. A. Barlfrop, H. A. J. Carless, J. Am. Chei Soc 94, 8761 (1972).
W. G. Dauben, T. J. Dletsche, J. Org. Chem. 37, 1212 (1972)’.
A. IF. Burgstahler, I. C. Nardin, J, Am. Orem. Soc. 83, 198 (1961).
IF. H. Watanabe, L. E. Conlon, J. Am, Chem. Soc. 79, 2229 (1957).
A, E, Wick, D. Felix, K. Steen, A. Eschenmoser, Helv. Chim. Aeta 47, 2425 (1964' D. Felix, K. Gschnwend-Steen, A. E. Wick, A. Eschenmoser, Halv, Chim. Acta 5. 1030 (1969).
IF, S, Johnson, L. Werthemann, IF. R. Bartlett, T. J. Brocksom, T. Li, D. J. FauU пег, M. R Petersen, J. Am. Chem. Soc 92, 741 (1970).
5L D. J. Faulkner, Л1. R. Petersen, Tetrahedron Lett., 3243 (1969); J. Am. Chem. Soi 95,553 (1973).
IF. S. Johnson, T, J. Brocksom, P, Loe®, D. H. Rich, L. Werthemann, R, A. Amok T Li D, I Faulkner, J, Am. Chem. Soc. 92, 4463 (1970),
R. E. Ireland, R. H. Mueller, A. K. Willard, J, Am. Chem. Soc. 98, 2868 (1976).
IF. non E Doering, W. R. Roth, Tetrahedron 18, 67 (1962).
R K, Hill, R, Soman, S. Sawada, J. Org. Chern. 37, 3737 (1972),
S. I, Rhoads, in: Molecular Rearrangements, V. 1, P. de Mayo (cd.), Intersclence New York, NY, 1963, pp. 655—684.
H. L. Goering, IF. I, Kimoto, J. Am. Chem Soc. 87, 1748 (1965);
E. N, Marvell, J, L. Stephenson, J. Org. J. Am. Chem. Soc. 87, 1267 (1965).
57a.R, I. Trust, R E. Ireland, Org. Synth. 53, 116 (1973).
C, A Hetin'ck, R. Schaub, J, B, Siddall, J. Am. Chem. Soc. 94, 5374 (1972).
57e.F. E, Ziegler, G. B. Bennett, J. Am. Chem. Soc. 95, 7458 (1973).
57г. J. I. Plattner, R. D. Glass, H. Rapoport, I. Am Chem. Soc. 94, 8614 (1972).
S7d G. Saucy. R- Market, Helv. Chim. Acta 50, 2091 (1967).
57e. J. W. Ralls, R E. Lundin, G. F. Bailey, J. Org. Chem. 28, 3521 (1963).
57ж J. H, Burkhalter, F, H, Tendick, E, M Iones, P. A. Iones, IF. F. Holcomb, A, L Rawlins, J. Am. Chem. Soc, 70, 1363 (1948).
57з. L A. Pearl, J Am. Chem. Soc. 70, 1746 (1948),
57a. D Felix. K, Gschwend-Steen, A. E. Wick, A. Eschenmoser, Helv. Chim. Acta 52, 1030 (1969).
A. Jefferson, F Schelnmann, Q Rev, Chem. Soc. 22, 391 (1968).
S. Л Rhoads, in; Molecular Rearrangements, V. 1, P. de Mayo (ed), Intersclence. New York, NY, 1963, pp 684—696; 5. J. Rhoads, N, R, Raulins, Org, Reset 22, 1 (1975)
60 H M Frey, R, Walsh, Chem Rev. 69, 103 (1969).
R. P. Lutz, S. Bernal, R. J. Baggio, R. O. Harris, Л1 №. McNicholas, J. Am. Chem. Soc. 93, 3985 (1971)
№. von E. Doering, W. R. Roth, Tetrahedron 19, 715 (1963).
£. Vogel, Justus Liebigs Ann. Chem. 615, 1 (1958), G. S. Hammond., C, DeBoer, J. Am. Chem Soc. 86, 899 (1964).
E, Vogel, №, Grimme, E. Dinni, Angev;. Chem. 75, 1103 (1963).
A. Viola, E. j. Iorio, К. K. Chen, G. M. Glover, U. Nayak, P, J. Rocienski, J, Am. Chem. Soc. 89. 3462 (1967)
E, N. Marvell, №. Whalley, Tetrahedron Lett., 509 (1970).
D. M. Lemal, S. D. McGregor, J. Am. Chem. Soc. 88, 1335 (1966).
L P. Freeman, W. H. Graham, J. Am. Chem. Soc. 89, 1761 (1967).
M. A. OgEaruso, M, G, Romaneili, E, J. Becher, Chem. Rev. 65, 261 (1965).
6. Halton, AL A. Battiste, R. Rehberg, C. L. Deyrup, M. E, Brennan, J. Am. Chem. Soc. 89, 5964 (1967)- $. C. Clarke, B. L. Johnson, Tetrahedron 27, 3555 (1971).
W. L. Mock, J. Am. Chem. Soc. 88, 2857 (1966). S. D, McGregor, D, M. Lemal, J. Am. Chem. Soc. 88, 2'858 (1966) .
N. P. Neureiter, J. Am. Chem Soc. 88, 558 (1966).
IV, Tokura, T. Nagai, S. Matsumura, J Org. Chern. 31, 349 (1966).
N. Rieber, j. Alberts J- A. Lipsky, D. M. Lemal, J. Am. Chem. Soc. 91, 5668 (1969).
E. L. Allred, J. C, Hinshaw, A. L. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 91, 3382 (1969); E. L. Allred, K, J. Voorhees, J. Am. Chem. Soc. 95, 620 (1973).
I. A. Berson, S. S. Olin, J Am. Chem. Soc. 91, 777 (1969).
P. D. Bartlett, N. A.. Porter, J. Am. Chem. Soc. 90, 5317 (1988).
L. M. Stephenson, J. 1 Brautnan, J. Am. Chem. Soc. 93, 1988 (1971).
R. J, Crawford, A. Mishra J Am Chem. Soc. 88, 3963 (1966).
R. Hoffmann, J Am Chem Soc. 90, 1475 (1968).
P, S. Engel, J, Am. Cnem Soc. 91, 6903 (1969); p. D. Bartlett, P. S. Engel, J, Am. Chem. Soc. 90, 2960 (1968)
81a. T. V. Van Aitken R L Rinehart, Jr, J Am Chem Soc. 84, 3736 (1962).
616-F. Misani, L. Speers, A M Lvcm. J Am Chem. Soc 78, 2801 (1956).
SAe.L P. Freeman, J Org Chem 29, 1379 (№4).
81г. G. L. Class, №. A, Boll IL Heyn, V. Deo, J, Am. Chem Soc. 90, 173 (1968).
81d. C. G. Overberger N R. Burd, R. B. Mesrobian J. Am. Chem. Soc. 78, 1961 (1956).
Sid. R. Anet, F. A. L Anet. J Am Chem Soc. 86, 525 (1964).
81ж. F. M. Moriarty, J Org Chem. 28, 2385 (1963).
C. G. Overberger, J. № Stoddard, J. Am. Chem. Soc, 92, 4922 (1970).
82a Л. С, Cope, E R, Trumbull, Org. React- 11, 317 (1960).
826. С. H. DePuy, R, W King, Chem. Rev. 60, 431 (1961).
82e. H. R. Nace, Org. React 12, 57 (1962).
D, J. Cram, M R. V Sahyun, G. R. Knox, J. Am. Chem. Soc. 84, 1734 (1962).
83a D. J. Cram, J E. McCarta, J. Am. Chem. Soc. 76, 574 0 (1954),
A С. Cope, C. L Bumgardner, J. Am Chem. Soc. 79, 960 (1957).
83e А. С. Cope, C L Bumgardner, E C. Schweizer, 3. Am Chem Soc. 79, 4729 (1957), 83г Л. С. Cope, E Ciganek, N. A. LeBel, J. Am. Chem. Soc 81, 2799 (1959).
83Д A. С, Cope, C. L. Bumgardner, J. Am. Chem. Soc. 78, 2812 (1956).
83e. C, G. Overberger, R. E. Alien, J. Am. Chem. Soc. 68, 722 (1946).
83ж, W. I. Bailey, J. Economy, J Org. Chem. 23, 1002 (1958).
83э. C. G. Overberger, N. Vorchheimer, J. Am. Chem. Soc. 85, 951 (1963).
83й. E. Piers, К F. Cheng, Can. J. Chem. 46, 377 (1968).
83k. D. J. Cram, J. Arii. Chem. Soc. 71, 3883 (1949).
83л. A. T, Blomquist, A. GolMstein, J. Am. Chem. Soc. 77, 1001 (1955).
S3M A, de Groot, B. Eoenhais, H. Wynberg, J. Org, Chem. 33, 2214 (1968).
83n. C. F. Wilcox, Jr., G C, Whitney, J. Crg. Chem. 32, 2933 (1967),
D. У, Curtin, D, B. KeUom, J Am. Chem. Soc. 75, 6011 (1953).
D. H. Froemsdorf, С. H. Collins, G. S. Hammond, С. H. DePuy, J. Am. Cliem Soc. 81, 643 (1959).
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена на с. 437)
6.1. Напряженный алкен — бицикло[2.1.0] пентен 2 — при реакции Дильса — Альдера с циклопеятадиен ом образует аддукт. Нарисуйте структуры экзо- и эндо-аддуктов. Предложите способы доказательства конфигурации каждого из стереоизомеров.
6.2, При кипячении а-пирона (26) с метилакрилатом в течение продолжительного времени образуется смесь соединения (27) и других изомеров. Объясните, как образуется продукт (27),
2627
^6.3. Предскажите структуру продуктов термической перегруппировки следующих соединений, укажите конфигурацию ожидаемого продукта.
— 6-4, При нагревании дне ядрофурана (28) до 140—200 °C образуется"4-метилцйкло-
гецгец-4-OH-l, Объясните это превращение.-
— 6.5. Описан путь синтеза хазубанановых алкалоидов, включающих взаимодействие бутадиен- L ил) фенилсульфоксида с тетрагйро бенз индолом (29). При обработка полученного аддукта (30) сульфидом натрия в кипящем метаноле образуется продукт (31). Предложите структуру соединения (30) в путь его превращения В соединение (31),
ОNa.a но . ; ...А,
/7Исн3он । /А 'Г
< J 1+ СНг=СНСН=СН5И1->- 30 —| j
29Н/. - - ХЧ Иэ
.— 6.6. При облучении диепона (32) образуются три изомерных насыщенных кетона, каждый из которых содержит циклобутановое кольцо. Постулируйте возможные структуры. , , ^ -
■— 6.7. Покажите, как применение в реакции Дильса — Альдера каждого на приводимых ниже диенофилов или диенов позволяет получить промежуточный продукт для достижения указываемой синтетической цели.. Укажите серию реакций, которые можно использовать для превращения первоначального аддукта Дильса— Альдера в нужный продукт;
используя а-бромакролеин в качестве диенофила, получите 4-метиленцикло- гексены;
используя ct-хлора цетол и три л в качестве диенофила, получите бициклические кетоны;
(а) используя I ■■ мего нс и-3-триметил силилокси бута диен в качестве диена, получите 4-ацетилц.йКлогевссп-З-ов.
(г) используя в качестве диена тетрафенилциклопеитадиевон, получите 2,2',3,3Д'
4,4 ' Д 3 ~ октафенил бифевнл.
— 6,8. При оАтучтш смеси mt к.л о гексенз н 5,5\1.иметнлщпа1огек^образует»
ст средин-?aiie (33), C^jptiyjinp)tiiti сес.каыим реджуи.
— 6.9. Предполагая, что реакция Дильса. — Альдера проходит с обычной для нее сте- реоспецифнтпюиыо, определите-, кайте стереоизомеры окажутся возможными продуктами при внутримолекулярной ре лиши Ди мыз.— Альдера для соединений (34) и (35)?
НН
Н
Н
— 6.10, При облучении «-метилстирола и диацетила (бутандкон-2,3) .образуются ожидаемые изомерные оксетаны с выходом 48%. Одновременно образуется также соеди- иеняе (36/.. При .замене метальной группы в a-мети,астироле на CDs-группу, наблюдается приведенное ниже распределение дейтерия в сеецииеиии (36).. Объясните, кай происходит образование этого продукта и распределите дейтериевой метки.
О С)Ph DO
PhC^-CUi + СНл—CCH3 —> DjC—С—СПгОС—CCHj
CD»'сП»
e 36
-6,11, C несимметрично длоаме.щетгны’Мй кетенами циклоп ента диен образует аддукты, в которых Ьдлыяяй заместдтель, имевшийся а кетене, занимает зндо-гшложеане. Предложите объяснение этой стереохимической особенности реакции.
— 6.12. Объясните, в.очеуу из азосоедгигения (37) образуется дней (38), а не диен (39)
Н-тС. ГН .^-СНад.—сHzи и 38"ЯНаС^Н ИZCH^/С—с:иСНаН-тС. ГН .^-СНад.—сHzи и 38"ЯНаС^Н ИZCH^/С—с:иСНа3939— 6.13. При облучении о-нетгёлб.гггзалп-егет в присутствии мялся нового ангидрида образуется соединит но (4IJ1 "То же е-сет ст: т.н ценив обр а.дуется при нагревании с ос ди- однип 4 *i 1 с налей [гов и. гл а и: идеи то г; В 1;бг-1.-л реакциях образуется только стереоизомер (40), Сформулируйте ыехагмем.— 6.13. При облучении о-нетгёлб.гггзалп-егет в присутствии мялся нового ангидрида образуется соединит но (4IJ1 "То же е-сет ст: т.н ценив обр а.дуется при нагревании с ос ди- однип 4 *i 1 с налей [гов и. гл а и: идеи то г; В 1;бг-1.-л реакциях образуется только стереоизомер (40), Сформулируйте ыехагмем.
Н-тС
. ГН .
^-СНа
д.—с
Hz
и и 38
"Я
НаС^
Н И
ZCH^
/С—с:
и
СНа
Н-тС
. ГН .
^-СНа
д.—с
Hz
и и 38
"Я
НаС^
Н И
ZCH^
/С—с:
и
СНа
39
39
— 6.13. При облучении о-нетгёлб.гггзалп-егет в присутствии мялся нового ангидрида образуется соединит но (4IJ1 "То же е-сет ст: т.н ценив обр а.дуется при нагревании с ос ди- однип 4 *i 1 с налей [гов и. гл а и: идеи то г; В 1;бг-1.-л реакциях образуется только стереоизомер (40), Сформулируйте ыехагмем.
— 6.13. При облучении о-нетгёлб.гггзалп-егет в присутствии мялся нового ангидрида образуется соединит но (4IJ1 "То же е-сет ст: т.н ценив обр а.дуется при нагревании с ос ди- однип 4 *i 1 с налей [гов и. гл а и: идеи то г; В 1;бг-1.-л реакциях образуется только стереоизомер (40), Сформулируйте ыехагмем.
6.14. При кипячении смеси бутен-2-аля, 2-ацетоксипропена и диметилового эфир, ацетилендикарбоновой кислоты в присутствии небольших количеств кислотного катале затора с выходом 80% образуется диметил фтал ат. Объясните течение этой реакции.
6.15. При взаимодействии азлактона (42) с диметиловым эфиром а дети ле иди карбеновой кислоты в кипящем ксилоле выделяется диоксид углерода и образуется пройд водное пиррола (43). При аналогичных условиях в отсутствие диметилового эфира аце тилендикарбоновой кислоты выделения СОа из (42) не происходит. Соединение (44) Вь дает аддукта с диметиловым эфиром ацетилен ди кар бонов ой кислоты. Предложите механизм данной реакции, согласующийся, с этими фактами.
4- СНаООСС=ССООСЩ —г*-4- СНаООСС=ССООСЩ —г*-
4- СНаООСС=ССООСЩ —г*-
4- СНаООСС=ССООСЩ —г*-
— 6.16. Терпен А при нагревании перегруппировывается а монсщикяический терпен Б. Приведите конформацию бициклического терпена, в которой может произойти данная перегруппировка.
СН3СН3СН,=С ЛСНЭСН,=С ЛСНЭ
СН3
СН3
СН,=С Л
СНЭ
СН,=С Л
СНЭ
— 6.17. (й) При взаимодействии 1,2.4,5-тетразинов с алкенами образуются дигидропири- дазийы, как иллюстрируется приведенным ниже уравнением, Предложите механизм.
б) Соединения (45) и (46) неустойчивы и теряют молекулу азота при комнатной температуре., При разложении обоих соединений образуется соединение (4*), Объясните образование соединения (47).
— 6.18. Изучение состава смеси, полученной при пиролизе стереоизомерных пиразоляпов (48) я (49), показало, что из обоих соединений образуется цис- и транс-2-дейтеро- метилциклопропанов. Предложите механизм, согласующийся с этим фактом.
48494849
4849
4849
(а?(а?Si(CHa)aSi(CHa)a(б)ВгНгС/ хСН2Вг(б)ВгНгС/ хСН2Вги (СНЭО)3Р как предшественникии (СНЭО)3Р как предшественникиОСНаО^=ООСНаО^=О
(а?
(а?
Si(CHa)a
Si(CHa)a
(б)
ВгНгС/ хСН2Вг
(б)
ВгНгС/ хСН2Вг
и (СНЭО)3Р как предшественники
и (СНЭО)3Р как предшественники
О
СНаО^=О
О
СНаО^=О
— 6.19. Укажите, как надо обработать приведенные исходные соединения для получения веществ, из которых при термической фрагментации образуются указанные реак- цноннрспасобные частицы:
как предшественник (СНа)23[=СНз
— 6.20- Прн фотолизе соединения (50) с выходом 83% образуется изомерное соединение (51), прн щелочном гидролизе которого получают гидр о кейкарбоновую кислоту (52), имеющую состав CssHssO,. При обработке соединения (51) силикагелем в гексане получают продукт (53), имеющий состав Ca<HzgOg„ При действии на него снеся перйодата натрия в перманганата калия возникает смесь веществ (54) и (55). Каковы структуры соединений (51), (52) и (53)?
6060ООссонссон
60
60
О
О
ссон
ссон
НО(СН2)6СООН
55
— 6.22. Предложите последовательность реакций для осуществления каждого из следующих превращений:
(а) сивалев из янтарного альдегида, азоароиилбромида в 3-меток-сц-2-»етК£йута- диеиа-1,3;>
из соединения (А) [см. верх с. 226jиз соединения (А) [см. верх с. 226j
из соединения (А) [см. верх с. 226j
из соединения (А) [см. верх с. 226j
CH,^сн^о нс/ ^сн—сн2\CCHgсн.CH,^сн^о нс/ ^сн—сн2\CCHgсн.(А) [см, Начало задача на с. 22(А) [см, Начало задача на с. 22С2Н,(г) С2Н6ООССНаСН2С=СНСН2СН2С1С2Н,(г) С2Н6ООССНаСН2С=СНСН2СН2С1Н6С2 онН6С2 онизизСНСН2СН2С1СНСН2СН2С1(А)(А)ИИ'С6НИ Гет>'С6НИ Гет>ос$н$CfeHsCOOCHaC^HCsH,ос$н$CfeHsCOOCHaC^HCsH,
CH,
^сн^о нс/ ^сн—сн2
\CCHg
сн.
CH,
^сн^о нс/ ^сн—сн2
\CCHg
сн.
(А) [см, Начало задача на с. 22
(А) [см, Начало задача на с. 22
С2Н,
(г) С2Н6ООССНаСН2С=СНСН2СН2С1
С2Н,
(г) С2Н6ООССНаСН2С=СНСН2СН2С1
Н6С2 он
Н6С2 он
из
из
СНСН2СН2С1
СНСН2СН2С1
(А)
(А)
И
И
'С6НИ Гет>
'С6НИ Гет>
ос$н$
CfeHsCOOCHaC^HCsH,
ос$н$
CfeHsCOOCHaC^HCsH,
СН3=СН СИ,
(СН3)2С=СНСН—С=СН2 из (СН,)гС=СНСН=СНСН2ОН о сн,
(СН,)аСНСН2ССН4С=СНг из СН2—СНОСН^СН-СН, и (СН^СНВг
(СН^3С(СН^3С/—\,СН2СН3 VV ХСН2 С О О С2 Hs
(СН^3С
(СН^3С
— 6,23. При облучении вянилаиклопропана я присутствии бензофенона или бензальдегида образуется смесь двух типов соединений. Предложите механизм, согласно которому образуется продукт типа (07).
оС=СНа -Ь О=СоС=СНа -Ь О=С
о
С=СНа -Ь О=С
о
С=СНа -Ь О=С
— 6.24, При циклоприсоединении тетрацианэтялена к этилвин иловому эфиру в ацетоне получают с выходом 94% [2 + 2]-аддукт и с выходом 6% аддукт, Имеющий состав* тетр а ина и эта леи 4-этилв цикловый эфир + ацетон. При выдерживании [2 + 2]-аддукта в контакте с ацетоном в течение нескольких дней происходит его полное превращение в побочный продукт. Предложите структуру для этого продукта и способ его получения; (а) в первоначальной реакции и (б) прй стоянии в ацетоне.
— 6.25. Удобный способ получения 2-аллилциклогексанона состоит в простом нагрева- , нни дпа л ли л кета л я циклогексанона в толуоле в пр-гсутствии п-толуолсульфокислоты я , последующей отгонке толуола и аллилового спирта. Перегонка остатка позволяет выделить 2-ал. ап л циклогексанон с выходом 90%. Приведите механизм данной реакции.
— 6,26. Опишите синтезы следующих соединений из соответствующих исходных соединений:
(а) гекса фен ил бен зол из бензила, дибензвлкетояа и ди фен ил ацетилена;
СН8 СНЭ
(5) HOCHitCHahC—CtCHih^CCOOH
из !,1-днметоксипентан1-иа-4, трпэтилфосфоноацетата, 2-бромпропена и йетилортоаце- тата;
— 6.27, Общим методом синтеза р,у-нен асы шейных альдегидов является реакция ал- лилгалогеннда типа (58) с М-цианометилпирролидицом с последующим взаимодействием с трет-бутилатом калия и гидролизом водой. Приведите механизм, по которому может происходить данная реакция.
ГЛАВА 7
РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
В этой главе рассматриваются реакции, с помощью которых вводят^ или обменивают заместители в. ароматических кольцах. На первом месте среди них стоят реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре, но существуют также важные реакции, которые протекают по механизму нуклеофильного или радикального замещения. Обсуждены примеры синтетически важных реакций каждого типа. Реакции электрофильного замещения в ароматических соединениях изучены очень подробно и с точки зрения механизма реакции, влияния структуры на реакционную способность; эти исследования описаны в гл. 9 ки. 1. В данной главе внимание обращено на синтетические аспекты электрофильного замещения в аренах.
7Л. ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
НИТРОВАНИЕ
С первых дней развития органической химии реакция нитрования имела очень большое значение. Эта реакция важна для введения аминогруппы в ароматическое кольцо, поскольку нитрогруппу можно легко восстановить до аминогруппы. Как показано в разд. 7.2.1, аминогруппа в свою очередь открывает путь ко многим другим важным функциональным группам. Механизм реакции изучался в ранних работах в связи с проблемой ориентирующего влияния заместителей.
Существует несколько нитрующих систем. Главным фактором при выборе реагента является реакционная способность арена. Нитрующим агентом может быть концентрированная азотная кислота, но она менее реакционноспособна, чем ее смеси с серной кислотой. В обоих случаях активной нитрующей частицей является ион нитрония. Существование этой частицы подтверждено многими физическими методами, с помощью которых в определенных условиях можно также определить ее концентрацию. При растворении азотной кислоты в. концентрированной серной кислоте образуются 4 иона (ца одну молекулу азотной кислоты), что показывают измерения понижения температуры замерзания [1]:
HNO, + 2H2SO4 sp* +NOa + Н3О" + 2HSO;
Такие растворы дают в спектре комбинационного рассеяния полосу поглощения при 1400 см-1 [2]. Аналогичная полоса наблюдалась для растворов азотной кислоты в других сильных кислотах, наПример в хлорной кислоте, Такая же полоса, но значительно более слабая, имеется и в спектре концентрированной азотной кислоты. Можно получить твердые соли нитрония, например NO2+ CIO4-; для них обнаружена та же полоса [3]. Это надежно подтверждает отнесение полосы к -ЫОгтюну.
Нитрование можно проводить в органических растворителях; наиболее часто используют уксусную кислоту и нитрометан. В таких растворителях константа скорости нитрования часто имеет нулевой порядок по ароматическому субстрату. Стадией, определяющей скорость, яв-
ляется образование активной нитрующей частицы, иона нитрония [4]: шмоэ ^ h2no: + no;
медленно
h2noJ —=—► no; + h,o
быстро
ArH + NOj > ArNOj + H*
Нитрование удобно проводить раствором азотной кислоты в уксусном ангидриде. Предполагают, что при этом образуется ацетилнитрат;
ОII1№Оз+(СНэСО)2О =г=ь CH6CONO$+CHSCOOH
Ценным свойством этого реагента является высокое отношение образующихся продуктов орто-нпра-замещёния для некоторых замещенных ароматических соединений [5]. Наконец, для нитрования можно использовать соли нитрония [6]. Широко изучен фторборат нитрония. Легко
СХЕМА 7,1. НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ НИТРОВАНИЯ АРОМАТИЧЕСКОГО ЯДРА
[ба](2): [66][бе][Se][65][бе](6w)[ба](2): [66][бе][Se][65][бе](6w)N(CH3)aN(CH3)a(56-63%)(56-63%)(73 — 97%)(73 — 97%)сн=снсносн=снсноHNOSAt2OHNOSAt2Oсн=снсносн=снсно(36-46%)(36-46%)NQaNQa
[ба]
(2): [66]
[бе]
[Se]
[65]
[бе]
(6w)
[ба]
(2): [66]
[бе]
[Se]
[65]
[бе]
(6w)
N(CH3)a
N(CH3)a
(56-63%)
(56-63%)
(73 — 97%)
(73 — 97%)
сн=снсно
сн=снсно
HNOS
At2O
HNOS
At2O
сн=снсно
сн=снсно
(36-46%)
(36-46%)
NQa
NQa
получается соль нитрония и трифтор метансульфокислоты; она является активным нитрующим агентом как в органических растворителях, так и в сильных кислотах [7], Было найдено, что соли М-ннтропирндиния могут нитровать ароматические соединения, как показано на схеме 7.1 (пример 7) [8].
7Л2. ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ
Введение галогена в ароматическое кольцо является важной синтетической реакцией. Хлор и бррм реакционноспособны по отношению к ароматическим углеводородам, хотя для того, чтобы реакция протекала с желаемой скоростью, необходимо использование катализатора. Фтор реагирует слишком энергично, так что реакцию нельзя контролировать. Иод может реагировать только с очень реакционноспособным^ аренами, однако разработаны методы прямого введения иода и в 'менее реакционноспособные молекулы с использованием окислителей.
Хлорирование в уксусной кислоте часто протекает как реакция второго порядка [9]. В неполярных растворителях реакция катализуется такими соединениями, как хлористый водород и трифторуксусиая кио лота [10] в имеет сложную кинетику. Такие изменения кинетики можно объяснить с точки зрения катализуемого кислотой расщепления связи Cl—С1 в комплексе хлор—субстрат. В полярных растворителях хлорирование протекает значительно быстрее, чем в неполярных [11].
ПродуктПродукт
Продукт
Продукт
Бромирование также имеет тенденцию обнаруживать сложную кинетику в уксусной кислоте и других растворителях, причем порядок реакции по брому изменяется от первого до третьего. В водной уксусной кислоте наблюдалась кинетика второго порядка [12].
В препаративных целях в качестве катализаторов часто используют кислоты Льюиса. При хлорировании применяют хлорид цинка или железа (III), а при бромировании в реакционную смесь добавляют металлическое железо, которое образует FeBr3. По-видимому, кислота Льюиса играет роль протонного растворителя, облегчая разрыв связи галоген—• галоген.
МХп4-Хг ^ X—Х-МХ»
Бромировать можно разнообразные ароматические субстраты. Очень реакционноспособны анилины и фенолы, их бромирование легко протекает по всем орто- и пара-положениям относительно активирующей группы. Можно успешно бромировать амидо-, алкил- и галогенбензолы; замещение в этих случаях идет в орто-пара-положення. Используя кислоты Льюиса, можно бромировать ароматические кольца с такими сильными электроноакцепторными заместителями, как нитро- и цианогруппы.
Иодирование можно проводить в присутствии солей меди(II) [13]. Эти соли, по-видимому, действуют и как катализатор (кислота Льюиса), и как окислитель для превращения иодида в иод. Последнее очевидно, ЗЮ
поскольку иодиды в присутствии хлорида меди (II) действуют как иодирующие агенты.
СНз ^ CHg + Cui + CuCI2 —> CHg—^ /—СНз {~70%}
Активными катализаторами галогенирования служат также ионы некоторых других металлов. Хорошо изучен катализ ионом ртути.В растворах галогена и ртутных солей карбоновых кислот основным галогенирующим агентом Является ацилгиногалогенит;
HgfOOCRh + Х2 ^ XHgOOCR + RCOOX
Трифторацетилгипогалогениты являются чрезвычайно реакционноспособными галогенирующими агентами. Даже нитробензол легко бромн- руется трифторацетилгипобромитом [14].
Некоторые примеры галогенирования аренов приведены на схеме 7.2.
7ЛЗ. АЛКИЛИРОВАНИЕ И АЦИЛИРОВАНИЕПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУ
Реакции Фриделя—Крафтса — важные методы введения углёрод- содержащих заместителей в ароматические кольца. Реакциоиноспособ- ными интермедиатами являются частицы с электрофильным углеродом. В некоторых реакциях участвуют дискретные карбениевые ионы или ацилий-катионы; однако в других случаях электрофил несомненно состоит из алкильной или ацильной группы, еще связанной с потенциально уходящей группой, которая отрывается на стадии замещения. Возможность участия дискретных карбениевых ионов зависит в первую очередь от устойчивости потенциального карбениевого иона.
Выбор алкилирующих агентов очень обширен. Комплексы алкилга- логенидов с кислотами Льюиса, особенно с Aids, протонированные спирты и протонированные алкены могут дать карбениевые ионы или другие реакционноспособные алкилирующие агенты:
R—Х + А1СЪR—X—А'1С1а ^ R* 4* ХД1С1з
R—ОН + Н+ ^ R—OH ^ R*+H2O
IН
RCH—CHi + H* ^ RCHCHs
Участие карбениевых ионов и родственных интермедиатов в реакции Фриделя—Крафтса часто приводит к перегруппировкам алкилирующего агента. Например, когда в качестве субстратов используют соединения с «-пропильной группой, то введенной часто оказывается изопропильная группа [15]:
О
Aids
+ K-C3H7CI*^СН^СНэ)2
Наблюдались также перегруппировки, которые могут показаться необычными: при использовании третичных исходных галогенидов введенные заместители оказываются вторичными [16]:
С1
0 + (СНз)2ССН(СНз)1 -
CHsCHg
^^HC(CHsh ^/ССН(СНз11
СНз
Такой результат обусловлен последующей изомеризацией ocrscc ^oj^- ного (неперегруппированного) продукта реакции под влиянием Ах.л, а не перегруппировкой промежуточного карбениевого иона [17], Действительно, более мягкий катализатор Фриделя—Крафтса, такой как хлорид железа (III), приводит к продукту, ожидаемому из неперегруппированного третичного карбениевого иона.
При комнатной температуре или немного более высокой в условиях реакции Фриделя — Крафтса может происходить миграция алкильных заместителей в бензольном кольце [18]:
СН3+ (СНЭ)2СНС1СН3+ (СНЭ)2СНС1СН3СН3
СН3
+ (СНЭ)2СНС1
СН3
+ (СНЭ)2СНС1
СН3
СН3
Такие миграции обычно протекают в направлении уменьшения пространственных взаимодействий между заместителями.
Данные относительной реакционной способности показывают следующий порядок изменения реакционной способности ал кил галогенидов: трет- ~> втор- > пере- *> метил [19]. Этот порядок объясняется участием либо карбениевых ионов, либо комплекса галогенида и катализатора. В любом случае гетеролиз связи С-галоген облегчается дополнительными алкильными группами.
Взаимосвязь активности катализатора, устойчивости карбениевого иона и селективности атаки изучена подробно с использованием замещенных бензилгалогенидов и различных катализаторов Фриделя — Крафтса [20]. Полученные данные указывают на то, что единым механизмом нельзя охватить все реакции алкилирования по Фриделю — Крафтсу. При использовании очень активных катализаторов селективность относительно конкурирующих ароматических субстратов мала. В менее реакционноспособных системах субстратная селективность возрастает. Количественного описания каталитической активности не достигнуто; однако ряд,кислот Льюиса удалось разбить на четыре группы по их активности в катализе бензилирования бензола. Некоторые из этих катализаторов приведены в табл. 7.1.
Алкилирование алкилбензолов по Фриделю—Крафтсу обычно дает значительные количества как орто-, так и пара-изомеров. Например, при реакции толуола с изопройилбромидом и хлористым алюминием в нитрометане образуется 47% орто-, 15% мета- и 39% пара-изомера [21]. Реакции чувствительны к пространственным факторам: с трет-бутил- бромидом образуются только мета- и пара-изомеры [22].
Ароматические субстраты с электроноакцепторными группами не алкилируются по Фриделю — Крафтсу. Другим ограничением реакции является тот факт, что введенная алкильная группа повышает реакционную способность ароматического кольца по отношению к дальнейшему замещению, г. е. происходит полиалкилирование. На практике полиал- киллрование обычно уменьшают, используя избыток ароматического субстрата.
ТАБЛИЦА 7.1. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ КАТАЛИЗАТОРОВ
ФРИДЕЛЯ — КРАФТСА [201
Очень активные
Умеренно активные
Мало активные
А1С1в, А1Вг3, СаС1э, GaCl2, SbFs, Mods
Ind3, LaBrg, Sbds, FeCl3,
AiCh + CHSNO2,
SbFs + CHaNO,
BCk SnCl4, T1CU TiBrt, FeCh
СХЕМА 7.3. РЕАКЦИИ АЛКИЛИРОВАНИЯ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУ
Meж молекулярное алкилирование
Вт
[25а][256][25в][25а][256][25в]СН*С1СН3С=СН* +СН*С1СН3С=СН* +Вг ВгВг ВгА1С13> (Ph)2CHCOCH3 (53-57%)А1С13> (Ph)2CHCOCH3 (53-57%)СН»С1СН»С1(70-73%)(70-73%)PhPhА1С1зI^ PhiCHCHCOOHА1С1зI^ PhiCHCHCOOH(06-78%)(06-78%)Внутримолекулярные циклизацииВнутримолекулярные циклизациипо Фриделю — Крафтсупо Фриделю — Крафтсу(4) [25а](4) [25а](5) [25д](5) [25д]
[25а]
[256]
[25в]
[25а]
[256]
[25в]
СН*С1
СН3С=СН* +
СН*С1
СН3С=СН* +
Вг Вг
Вг Вг
А1С13
> (Ph)2CHCOCH3 (53-57%)
А1С13
> (Ph)2CHCOCH3 (53-57%)
СН»С1
СН»С1
(70-73%)
(70-73%)
Ph
Ph
А1С1зI
^ PhiCHCHCOOH
А1С1зI
^ PhiCHCHCOOH
(06-78%)
(06-78%)
Внутримолекулярные циклизации
Внутримолекулярные циклизации
по Фриделю — Крафтсу
по Фриделю — Крафтсу
(4) [25а]
(4) [25а]
(5) [25д]
(5) [25д]
Кроме комбинации алкилгалогенида с кислотой Льюиса в синтезе часто используют два других метода получения карбениевых ионов. Источником карбениевых ионов могут служить спирты в сильно кислой средне, например в серной или фосфорной кислоте. Алкилирование ароматических соединений спиртами катализуется также ВЕЭ и А1С13 [23].
Алкены также являются источниками карбениевых ионов для алкилирования. В качестве катализаторов используют протонные кислоты — серную кислоту, фосфорную кислоту и фтористый водород, а также кислоты Льюиса — BF3 й А1С13 [24]. Проведенные исследования показывают, что такие факторы, как селективность и тенденция к изомеризации алкильной группы в более устойчивую структуру, аналогичны описанным для алкил галогенидов как алкилирующих агентов [25].
Некоторые примеры алкилирования по Фриделю — Крафтсу приведены на схеме 7.3.
Алкилирование по Фриделю — Крафтсу может происходить внутримолекулярно, в результате чего образуется новое кольцо. В таких реакциях шестичлеиное кольцо образуется несколько легче, чем пятичлеи- ное. Так, 4-фенил бута нол-1 в фосфорной кислоте дает продукт циклизации с выходом 50%, а З-фенилпропанол-1 в основном дегидратируется в алкен [26]:
H3PO4 >H3PO4 >(СН2)3СН2ОН(СН2)3СН2ОНСН2СН=СНгСН2СН=СНг
H3PO4 >
H3PO4 >
(СН2)3СН2ОН
(СН2)3СН2ОН
СН2СН=СНг
СН2СН=СНг
Если потенциальный промежуточный карбециевый ион может претерпевать гидридный или алкильный сдвиг,, то этот сдвиг будет происходить
предпочтительно по сравнению с замыканием пятичлениого гольда, ^; ^
СИ,
СН2СНгССН1СН3ЪонСН2СНгССН1СН3ЪонНа5О<На5О<<58%]<58%]
СН2СНгССН1СН3Ъ
он
СН2СНгССН1СН3Ъ
он
На5О<
На5О<
<58%]
<58%]
Важным использованием внутримолекулярной реакции Фриделя — Крафтса является построение полициклического углеводородного скелета терпенов и стероидов. Это иллюстрирует пример 5 в схеме 7.3.
Ацилирование по Фриделю — Крафтсу обычно включает реакцию ацил галогенида с катализатором — кислотой Льюиса (А1С1Э, SbFg или BF3). Иногда используют ангидриды кислот. Как и при алкилировании, реакционноспособным интермедиатом может быть диссоциированный органический катион (ацилий-катион) или комплекс хлорангидрида и кислоты Льюиса [28].
илиОО—МХ^IIпRCX t МХД>- R—C—XилиОО—МХ^IIпRCX t МХД>- R—C—X
или
ОО—МХ^
IIп
RCX t МХД>- R—C—X
или
ОО—МХ^
IIп
RCX t МХД>- R—C—X
Ориентация входящей ацильной группы при ацилировании по Фриделю — Крафтсу зависит от растворителя и других условий реакции [29]. Для алкилбензолов, как правило, преобладает атака в лара-положение. Образование орто-изомера возрастает с увеличением электрофильности ацилий-катиона, и для таких неустойчивых и поэтому менее селективных частиц, как формил- и 2,4-динитробензоил-ионы, отношение орто-: пара-изомеров достигает 0,8: 1 [30]. Для простых ацильных и бензоильных производных отношение орто-:пара-изомеров обычно составляет 1 : 20 илн больше [31].
Широко распространено внутримолекулярное ацилирование. Часто используют обычнуя? реакцию Фриделя — Крафтса с участием ацилга- логенида и кислоты Льюиса, но существуют и альтернативные методы. В одном из полезных методов проведения внитримолекуляркого ацилирования карбоновую кислоту растворяют в полифосфорнсЙ кислоте (ПФ К) и нагревают:
(СН2)3СООН
По-видямому, механизм этой реакции включает образование смешанного ангидрида карбоновой и фосфорной кислот ^32]. Такие циклизации можно также проводить^ используя «полифосфатный эфир» — эте- рифинированный олигомер фосфорной кислоты, который растворим в таких растворителях, как хлороформ [33]..
Для введения сочлененного кольца к бензольному ядру используют также ангидрид янтарной кислоты или его производное. После межмолекулярного ацилирования проводят восстановление и затем внутримолекулярное ацилирование. Восстановление необходимо для превращения дезактивирующего ацильного заместителя в более благоприятный алкильный [34].
Примеры типичных реакций ацилирования по Фриделю — Крафтсу приведены на схеме 7.4.
ВгAlCiaН) [34й1 Г J+ CCHeCOzO >CHg13461 М4- СН3СОС1 -СН(СН$)2О) [34s]+/СОС1(4И34е10 + 0ВтС J (69-70%)1СОСН3снаJC13 Jv-C0CH=У(50 - 55%)CH(CHsh0ссн=снсоонJ(80-85%)соВгAlCiaН) [34й1 Г J+ CCHeCOzO >CHg13461 М4- СН3СОС1 -СН(СН$)2О) [34s]+/СОС1(4И34е10 + 0ВтС J (69-70%)1СОСН3снаJC13 Jv-C0CH=У(50 - 55%)CH(CHsh0ссн=снсоонJ(80-85%)соСХЕМА 7Л, РЕАКЦИИ АЦИЛИРОВАНИЯ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУСХЕМА 7Л, РЕАКЦИИ АЦИЛИРОВАНИЯ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУМежмолекулярные реакция ацилированияМежмолекулярные реакция ацилирования23ь23ь
Вг
AlCia
Н) [34й1 Г J+ CCHeCOzO >
CHg
13461 М4- СН3СОС1 -
СН(СН$)2
О
) [34s]+
/СОС1
(4И34е10 + 0
Вт
С J (69-70%)
1
СОСН3
сна
JC13 Jv-C0CH=
У(50 - 55%)
CH(CHsh
0
ссн=снсоон
J(80-85%)
со
Вг
AlCia
Н) [34й1 Г J+ CCHeCOzO >
CHg
13461 М4- СН3СОС1 -
СН(СН$)2
О
) [34s]+
/СОС1
(4И34е10 + 0
Вт
С J (69-70%)
1
СОСН3
сна
JC13 Jv-C0CH=
У(50 - 55%)
CH(CHsh
0
ссн=снсоон
J(80-85%)
со
СХЕМА 7Л, РЕАКЦИИ АЦИЛИРОВАНИЯ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУ
СХЕМА 7Л, РЕАКЦИИ АЦИЛИРОВАНИЯ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУ
Межмолекулярные реакция ацилирования
Межмолекулярные реакция ацилирования
23ь
23ь
Некоторые другие реакции ароматических соединений родственны реакции Фриделя—Крафтса. Хлорметильную группу вводят действием формальдегида в концентрированной соляной кислоте в присутствии галогенидов, например хлорида цинка [35]. Применение реакции ограничено бензолом и производными сэлектронодоноряыми заместителями. Для реакции хлорметилирования возможно несколько механизмов; активным электрофилом, по-видимому, является протонированный хлорметиловый спирт:
CHj=O на, znChCHj=O на, znChCH2CICH2CI
CHj=O на, znCh
CHj=O на, znCh
CH2CI
CH2CI
CHS—О 4- НС1 + н* ^ Н$ОСН2С1
При протонировании кетонов и альдегидов образуются гидроксикар- бениевые ионы; они могут алкилировать ароматическое кольцо. Обычно продукты таких реакций, будучи замещенными бензиловыми спиртами, претерпевают дальнейшие превращения. В качестве примера приведем образование дизамещенного антрацена из бензола и ароматического альдегида [36]:
Другим примером является синтез ДДТ из трихлор ацетальдегида и хлорбензола:
я^сц г\ т
|_С1—^J^-JCHCCb
Первоначально образующийся карбинол алкилирует вторую молекулу хлорбензола:
ОНОН
ОН
ОН
Реакции такого типа, приводящие к образованию производных дифенил- метана, особенно .характерны для реакционноспособных ароматических соединений, таких как мезитилен и фенол.
Оксид углерода, цианистый водород и нитрилы также реагируют с ароматическими соединениями в присутствии сильных кислот или других катализаторов Фриделя—Крафтса. Эти реакции широко используются в синтезах, поскольку в результате образуются формил- и ацил- замещенные ароматические соединения. Эти электроноакцепторные группы препятствуют дальнейшему электрофильному замещению. Подробные исследования механизма не проводились; ниже приведены примерные механизмы этих реакций:
С^б + н* н—С=Ю+
АгН + НС=^О+ —> ArCH=O + Н*R—&=N+H+ ^ R—С—N—Н
-Аг
Ar—Н + R—C=N—Н —> R—C=NHa
О
;=кнг + н3о —> Аг—С—R
Многие характерные примеры этих реакций описаны в обзорах серии «Органические реакции» [37].
Другой удобный метод введения формильной и ацильной групп в ароматическое кольцо включает использование N.N-диалкиламидов и хлороксида фосфора; это реакция Вильсмейера — Хаака. Активным
электрофилом является продукт фосфорилирования амзда ~т роду:
ООРОСЬ
R—С—N(CHa), + PpCh —* R—C=N(CHa), + С!"
OPOC13OPOCla
ArH + R—C=N(CH3)a —► Ar—C—R
+NH(CHa)3
OPOC12О
Ar—Q—R> +HSO Ar—C—R + H3PQt + (CtiahNHs
+NH(CHa)3
Эти частицы не так реакционноспособны, как ацилий-катион, поэтому для эффективного протекания реакции ароматическое кольцо должна иметь по крайней мере один активирующий заместитель.
Примеры различных методов ацилирования ароматических соединений приведены в схеме 7.5.
СХЕМА 7.S. СИНТЕТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ РОДСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИФРИДЕЛЯ — КРАФТСА
(1) [37а][376][37в](1) [37а][376][37в]Хлорметилнро в ан неХлорметилнро в ан не(74 - 77%)(74 - 77%)Формилирование оксидом углеродаФормилирование оксидом углерода4- CO + HCI4- CO + HCIА!СЬКЕТ сн»А!СЬКЕТ сн»Ацилирование цианидами в нитридамиАцилирование цианидами в нитридамиСНаСНа+ НС1 + Zn(CN)2+ НС1 + Zn(CN)2(46-51%)(46-51%)(5) [375](5) [375]Ацилирование цо В ильсмейеру — X а а ку1. POCla2. Нао”* (СНз)гКАцилирование цо В ильсмейеру — X а а ку1. POCla2. Нао”* (СНз)гК[37е][37ж][37е][37ж]ОСаНа+ HCONHPhОСаНа+ HCONHPhсп о(80-54%)сп о(80-54%)
(1) [37а]
[376]
[37в]
(1) [37а]
[376]
[37в]
Хлорметилнро в ан не
Хлорметилнро в ан не
(74 - 77%)
(74 - 77%)
Формилирование оксидом углерода
Формилирование оксидом углерода
4- CO + HCI
4- CO + HCI
А!СЬ
КЕТ сн»
А!СЬ
КЕТ сн»
Ацилирование цианидами в нитридами
Ацилирование цианидами в нитридами
СНа
СНа
+ НС1 + Zn(CN)2
+ НС1 + Zn(CN)2
(46-51%)
(46-51%)
(5) [375]
(5) [375]
Ацилирование цо В ильсмейеру — X а а ку
1. POCla
2. Нао”* (СНз)гК
Ацилирование цо В ильсмейеру — X а а ку
1. POCla
2. Нао”* (СНз)гК
[37е]
[37ж]
[37е]
[37ж]
ОСаНа
+ HCONHPh
ОСаНа
+ HCONHPh
сп о
(80-54%)
сп о
(80-54%)
7.L4. ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ МЕТАЛЛИРОВАНИЕ
Ароматические соединения реагируют с солями ртути с образованием арилртутных соединении [38]. В реакции проявляются эффекты заместителей, характерные для электрофильного замещения- она ускоряется электронодонорными заместителями [39]. Меркурирование является одним из примеров электрофильного замещения, в которых уход протона из s-комплекса является кинетической стадией. В реакции обнаруживается изотопный эффект йнДп ~ 6 [40]. Это означает, что должно происходить обратимое образование ст-комплекса:
В обычных условиях реакции меркурирования присутствуют несколько различных мер курирующих реагентов. Обычно считают, что реагирующими частицами являются ионные пары, образованные Hg2+ или +HgX [41]. Недиссоциированные частицы, такие как Hg(OAc)s, менее реакционноспособны. Великолепным растворителем в реакции электрофильного меркурирования является трифторуксусная кислота [42]. В этой среде меркурирование бензола и его простых алкилпроизводных точно соответствует кинетике второго порядка. Ртутьорганические соединения, полученные электрофильным меркурнрованием, имеют такую же реакционную способность, как соединения, описанные в гл. 5. Это делает меркурирование синтетически полезной реакцией, в которой используется реакционная способность металлорганического соединения.
В последние годы были разработаны некоторые интересные реакции, включающие обмен металла в реакциях арилмеркурированных соединений с солями палладия (И). Образующиеся палладийорганические частицы служат источником реакционноспосрбных интермедиатов, из которых образуются конечные вещества. Ниже приведены некоторые типы соединений, которые можно получить через неустойчивые палладиевые интермедиаты [43]:
Ar—COOKRAr—C=CHRAr—COOKRAr—C=CHRPdciaCO. ROHPd(OAe)2<RGH=GHRPdciaCO. ROHPd(OAe)2<RGH=GHRГЙ(ОАсЦГЙ(ОАсЦArHgXArHgXLtPdC!3 CO *"LtPdC!3 CO *"At—Ar ОAr—6—ArAt—Ar ОAr—6—Ar
Ar—COOK
R
Ar—C=CHR
Ar—COOK
R
Ar—C=CHR
Pdcia
CO. ROH
Pd(OAe)2
<RGH=GHR
Pdcia
CO. ROH
Pd(OAe)2
<RGH=GHR
ГЙ(ОАсЦ
ГЙ(ОАсЦ
ArHgX
ArHgX
LtPdC!3 CO *"
LtPdC!3 CO *"
At—Ar О
Ar—6—Ar
At—Ar О
Ar—6—Ar
В реакции с оксидом углерода происходит присоединение палладийор- ганического интермедиата к оксиду углерода:
Осо 11ArPdX * ArCPdX
Ацнлпалладиевый интермедиат реагирует со спиртами с образованием сложных эфиров. В других растворителях он разлагается с образованием хлорангидрида кислоты или реагирует с оставшимся галогенидом арилпалладия с образованием диарилкетона. При реакции с алкенами происходит присоединение палладийорганического интермедиата к алкену, а затем следует характерное для алкилпалладиевых частиц разложение по типу р-элиминирования:
R PdOAcR
RCH=CHR I II
ArPdOAc > ArCH—CHR> ArC=CHR + [HPdOAc]
Соли таллия(П) также использовались в реакциях электрофильного металлирования; описан ряд методов синтеза ароматических соединений
через таллиевые интермедиаты [44]. Получение арчл-’^.; • • ■ к-т■ электрофильное замещение действием трифтор ацетата та^дзя ё дз-лг- дующую реакцию с иодид-ионом:
Таллий первоначально вступает в положение, которое наиболее реак* ционноспособно по отношению к электрофилам. Однако реакция обратима, поэтому при нагревании образуется смесь, состав которой определяется относительной термодинамической устойчивостью различных возможных изомеров. В некоторых случаях таллирование с последующей изомеризацией может привести к продукту замещения, отличному от получаемого при прямом электрофильном замещении [45], Арилтал- лиевые соединения можно превратить в фенолы окислением и гидролизом [46];
7.2. НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
Существует ряд важных реакций ароматических соединений, которые включают уход группы с парой связующих электронов. В отличие от нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода ароматическое замещение редко является (или вообще ае бывает) одностадийной реакцией: обычно в превращении участвуют дискретные интермедиаты. С синтетической точки зрения наиболее важными являются арил- диазониевые соединения, в которых уходящей группой является молекула азота/
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ ЧЕРЕЗ ИОН ДИАЗОНИЯ
Одним из наиболее реакционноспособных классов интермедиатов для синтеза других ароматических соединений являются арилдиазоние- вые ионы, образующиеся при диазотировании анилинов в кислой среде [47]. В отличие от алифатических диазониевых ионов, которые быстро разлагаются на молекулярный азот и алифатический карбениевый ион, арилдиазониевые ионы достаточно устойчивы для проведения контролируемых реакций, а иногда соли диазония можно выделить Обычный метод диазотирования представляет собой реакцию с азотистой кислотой в водной среде:
Диазотирующими агентами могут служить алкилнитриты. Стадии диазотирования достаточно хорошо изучены [48].. В обычных условиях активными диазотирующими частицами являются молекулы протонированной азотистой кислоты.
н+
ArNH2 + HONO ► ArNH—N=O 4-НгО
н*
ArNH~N=O —> ArN=N—ОН 5=^ ArNssN-bHaO
В щелочной среде соли диаэония превращаются в диазотат-анионы [49];
Ar№=N 4-2"ОН —* ArN=N—О" + НгО
Ценность арилдиазониевых ионов как синтетических интермедиатов обусловлена наличием великолепной уходящей груйпы N2. Поэтому в этом случае в отличие от других менее реакционноспособных потенциальных уходящих групп имеется значительная тенденция к реакции замещения. Существуют по крайней мере три основных механизма, по которым может происходить замещение. Один из них включает разложение диазониевого иона по кинетическому закону первого порядка, после чего образующийся арильный катион захватывается нуклеофилами, имеющимися в растворе:
Этот катион не очень устойчив, поскольку свободная орбиталь находится в плоскости кольца и не может участвовать в делокализации заряда в л-системе. Тем не менее, некоторые кинетические исследования показали, что реакции нуклеофильного замещения арилдиазониевых ионов имеют первый порядок и не зависят от концентрации нуклеофильных частиц [50]. Влияние растворителя, изотопные эффекты и влияние Заместителей также находятся 8 соответствии с определяющим скорость мономолекулярным разложением арилдиааониевого иона [51]. В других реакциях интермедиатом является аддукт нуклеофила и диазониевого иона. Замещение происходит, когда азот элиминируется из аддукта;
-NsN-pX' ^=t ^^—N^N'-X —*
Наконец, замещение может протекать по радикальному типу с перено- ^ сом электрона. Этот механизм особенно вероятен в реакциях, в которых используют медьсодержащие катализаторы [52]:
-NsN + Cu’X; —> ^^—N=N: + CunX2
N=N( + CunXa► ^"^—X4-CuiX + Na
Примерами этих трех механизмов являются, соответственно: а) гидролиз арилдиазониевых солей в фенолы [53]; б) реакции арилдиазониевых ионов с Ns с образованием арилазидов [54]; в) реакция Занд- мейера, в которой для синтеза арилгалогенидов используют хлорид или бромид меди(1) [55]. Синтетически важные реакции замещения рассмотрены в следующих разделах.
Аг—НАг—НИногда полезным синтетическим превращением оказывается замена диазониевой группы на водород. Это превращение часто используют, когда при введении нового заместителя было использовано направляющее или активирующее влияние нитро- или аминогруппы, которую затем надо удалить. Замену диазогруппы на водород лучше всего проводить реакцией с фосфорноватистой кислотой (Н2РО2) [56] или с боро- гидридом натрия [57], хотя в более ранних работах применяли нагревание диазониевой соли в спирте. Показано, что восстановление боро- гидридом натрия протекает через арилдиазен, который разлагается с потерей азота [58]:
Аг—Н
Аг—Н
Ar№=N+NaBH< —>. ArN—N—Н -7^-*
Аналогичные восстановленные частицы возможно образуются и при восстановлении действием И3РО2. Восстановление спиртами является радикальной цепной реакцией, включающей отщепление атома водорода от спирта фенильным радикалом [59]:
Аг • + СНдОН —> АгН+^СНгОН
. СН2ОН + СН5СГ ^ • СНаО' + СН8ОН
• СН2О" + ArNj• СН2О" + ArNj—>- Аг • + Nz + СН2=Ю—>- Аг • + Nz + СН2=Ю
• СН2О" + ArNj
• СН2О" + ArNj
—>- Аг • + Nz + СН2=Ю
—>- Аг • + Nz + СН2=Ю
При гидролизе арилдиазониевых ионов получают фенолы, наряду с которыми образуются побочные продукты в результате введения анионов, имеющихся в растворе, например галогенид-ионов [60].
Замещение диазогруппы на ион галогена является важным методом введения галогенов в ароматическое кольцо, альтернативным прямому галогенированию. Этот метод имеет преимущество перед галогенированием, поскольку образуется единственный изомер. Для замещения диазогруппы на хлор или бром Используют соответствующую соль меди(1). Реакция протекает с переносом электрона, который был описан выше как один из механизмов замещения в арилдиазониевых интермедиатах [55, 61]. Введение иода может происходить в отсутствие медного катализатора. Реакция арилдиазониевых солей с растворами иодида калйя или натрия протекает легко, приводя к арилиодидам, обычно с хорошими выходами. Механизм этой реакции подробно не изучен, но предполагают, что и восстанавливающие свойства иодид-иона и образование трииодид-иона могут облегчать реакцию по сравнению с реакцией других галогенид-ионов.
Введение фтора в ароматические кольца проводят через тетрафтор- бораты диазония. Эти соединения термически разлагаются с образованием арилфторида. Такое превращение известно под названием реакции Шимана [62];
Ar№=NBFJ —► ArF + N3 + BFa
Механизм включает образование арильного катиона, который отщепляет фтор от аниона BF^ с образованием продуктов реакции [63]. Аналогично ведут себя гексафторфосфатные соли [64].
Цианогруппу можно ввести реакцией диазониевого интермедиата с цианидом меди(1). Все данные указывают на то, что действует механизм с переносом электрона, как в реакции с галогенидами меди(1).
В другой реакции используют арилдиазониевые ионы и азиды щелочных металлов. Арилазиды образуются с хорошим выходом. Проведены кинетические исследования реакции арилдиазониевых ионов с азиД- ионом [54]. Анализ этих данных указывает на образование двух интермедиатов, которые в конце концов разлагаются до азида:
N
ArN^N + N" ——> Аг—N^ ^N 4* ArN=N—N—N=NN=N
i
бистро
АгМз + Ыз
Эта реакция представляет собой пример второго общего механизма замещения в диазонпевых соединениях, т. е. замещения через неустойчи- , вый аддукт.
Ряд примеров замещения через диазоииевые интермедиаты приведен в схеме 7.6.
СХЕМА 7.6. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ СОЛЕЯ ДИАЗОНИЯ
[64а][64а][646][646][64а][64а]Замещение на водородЗамещение на водород(4) [64г](4) [64г](5) [649](5) [649]Замещение на галогенЗамещение на галогенсносносносно(6) [64*](7) [64»](8) [64з](9) [64и](10) (64к)(6) [64*](7) [64»](8) [64з](9) [64и](10) (64к)(71-741)(71-741)
[64а]
[64а]
[646]
[646]
[64а]
[64а]
Замещение на водород
Замещение на водород
(4) [64г]
(4) [64г]
(5) [649]
(5) [649]
Замещение на галоген
Замещение на галоген
сносно
сносно
(6) [64*]
(7) [64»]
(8) [64з]
(9) [64и]
(10) (64к)
(6) [64*]
(7) [64»]
(8) [64з]
(9) [64и]
(10) (64к)
(71-741)
(71-741)
^pope 6.*^;;i;„i* е»:~М 7.6^pope 6.*^;;i;„i* е»:~М 7.6Замещение на другие небольшие анионыЗамещение на другие небольшие анионы
^pope 6.*^;;i;„i* е»:~М 7.6
^pope 6.*^;;i;„i* е»:~М 7.6
Замещение на другие небольшие анионы
Замещение на другие небольшие анионы
(И) [64л]
(64^1
[64я]
[64о]
[64га]
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ ПУТЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ —ОТЩЕПЛЕНИЯ
Присоединение нуклеофила к ароматическому кольцу с последующим отщеплением заместителя приводит к нуклеофильному замещению. Основным энергетическим требованием этого механизма является образование промежуточного продукта присоединения. Стадия присоединения облегчается электропоакцепторными заместителями, поэтому нитроароматические соединения являются лучшими субстратами для нуклеофильного ароматического замещения. Другие электроноакцепторяые заместители, такие как сдано-, ацетил- и трифторметильная группы, также повышают реакционную способность, но в меньшей степени, чем нитрогруппа. В определенных условиях промежуточные аддукты достаточно устойчивы, их часто называют комплексами Мейзенгей.мера [65]:
Аддукты, полученные из нитроароматических соединений, сильно окрашены. Хорошими примерами подобных комплексов являются соединения, полученные реакцией алкоксильных ионов с алкил-2,4,6-тринитро- фениловыми эфирами:
Охарактеризовано много разнообразных соединений такого типа. В последнее время стали известны соединения, в которых формальным нуклеофилом является алкильная группа [66]:
Многие другие нуклеофилы, такие как цианнд-ион, амины, тиоляты и еноляты, присоединяются к нитроароматическим соединениям с образованием аналогичных комплексов.
Нуклеофильное замещение протекает через анадогичиые интермедиаты, если ароматическое кольцо содержит потенциальную уходящую группу, Наиболее обычным случаем является замещение галогена, но по механизму присоединения — отщепления можно заместить также алкокси-, нитро- и цианогруппы. Следует отметить, что способность уходящей группы к отщеплению в таких реакциях оказывается иной, чем при нуклеофильном замещении у насыщенного углерода. Например, фтор часто является лучшей уходящей группой в реакциях нуклеофильного ароматического замещения, чем другие галогены. Относительная реакционная способность n-галогеннитробензолов по отношению к метилату натрия при 50 °C изменяется в следующем порядке: F(312) » 3> Clfl);> Вг(0,74)>- 1(0,36) [67]. Порядок изменения легкости отрыва галогена в S^-реакциях, I >■ Вг ;> Cl > F, обусловлен прочностью связи углерод—галоген, которая возрастает от I к F. При нуклеофильном ароматическом замещении прочность связи не играет решающей роли, поскольку разрыв связи обычно происходит не на кинетической стадии. Сильно электроотрицательный фтор стабилизует переходное состояние присоединения более эффективно, чем другие галогены ц, поэтому ускоряет реакцию.
Имеется много подробных исследований, особенно кинетических, которые помогли определить реакционную способность различных нуклео
[68а]
[685]
О) [685]
[685]
[685]
[685]
СХЕМА 7.7. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ ВАРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕСХЕМА 7.7. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ ВАРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ[68ж]
СХЕМА 7.7. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В
АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
СХЕМА 7.7. РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В
АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
филон, влияние растворителя и более тонкие детали аг^цптпчздг"-^ нуклеофильного замещения, протекающего по механизму пун;щ-ще- ния — отщепления Мы не будем пытаться обобщить здесь все эти результаты, так как имеется ряд обзоров [68] Карбанионы, алкоксилыше ионы я амины реакционноспособны в реакциях нуклеофильного ароматического замещения, они главным образом использовались в этой реакции в препаративных целях. Некоторые примеры приведены в схеме 7.7,
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ ПУТЕМОТЩЕПЛЕНИЯ — ПРИСОЕДИНЕНИЯ
Механизм отщепления — присоединения включает очень неустойчивый интермедиат, который называют дегидробензолоя или бензинов [69]:
X
4- Основание
’н ":
Отличительной чертой этого механизма является то, что входящий нуклеофил не обязательно присоединяется к углероду, с которым была связана уходящая группа:
Дегидробензол был обнаружен спектрально в инертной твердой матрице при очень низких температурах [70]. В этих исследованиях он генерировался фотолитическим путем:
зола [73]:зола [73]:
зола [73]:
зола [73]:
Предложено несколько структурных изображений дегидробензола. Наиболее часто дегидробензол изображают аналогично бензолу, но со слабой л-связью в плоскости кольца, образованной с помощью двух sp2-op^ биталей [71]:
Расчеты по методу молекулярных орбиталей указывают на существование дополнительной связи между «дегидро»-утлеродами, хотя прочность этой связи значительно меньше, чем нормальной тройной связи [72].
Ранее всего было установлено существование дегидробеизола как интермедиата в реакции хлорбензола с амидом калия. Было найдено, что 14С-метка в исходном веществе распределилась в анилине так, как следовало ожидать в случае образования промежуточного дегидробен
Механизму отщепления — присоединения содействуют электронные эффекты, которые благоприятствуют уходу водорода из бензольного кольца в виде протона. Относительная реакционная способность зависит также от галогена. Для реакции арилгалогенидов с KNH2 в жидком аммиаке определен следующий порядок реакционной способности: Вг > I > Cl » F [74]. Этот порядок интерпретируют как результат совместного действия двух эффектов. Порядок изменения индукционного эффекта, облегчающего отрыв протона: F > С1 > Вт > I, однако Он перекрывается обратным порядком изменения способности уходящей группы к отрыву: I > Вг 7> 01 > F, отражащим прочность связей. В случае металлорпанических оснований в апротонных растворителях доминирующим фактором является кислотность водорода, и порядок реакционной способности следующий: F "> 01 > Вг > I [75].
Присоединение нуклеофилов, таких как аммиак, спирты или их сопряженные основания, к дегидробензолу протекает очень быстро. Полагают, что эти нуклеофильные присоединения включают захват нуклеофила дегидробензолом с последующим протонированием, приводящим к замещенному бензолу [76]:
Некоторые доказательства двухстадийного, механизма можно получить, рассмотрев влияние заместителей на направление нуклеофильного присоединения. Электроноакцепторные заместители способствуют присоединению нуклеофила к наиболее удаленному концу «тройной связи», поскольку это позволяет максимально стабилизовать возникающий отрицательный заряд. Селективность обычно не высока, и из монозамещен- вых дегидробензолов образуются оба возможных продукта [77].
Кроме катализуемого основаниями элиминирования галогеноводо- рода из галогенбензола существуют также другие методы генерирования дегидробензола; некоторые из них часто используют для препаративных целей. Вероятно, наиболее удобным методом является диазотирование о-аминобензойных кислот [78]. После диазотирования происходит синхронная потеря азота и диоксида углерода, и образуется дегидробензол:
Образование дегндробензола таким образом возможно в присутствии различных соединений, с которыми он быстро реагирует. На схеме 7.8 приведены некоторые специфические примеры.
Окисление 1-аминобензотриазола в мягких условиях также служит источником дегидробензола. Окисленный интермедиат разлагается с выделением двух молекул азота [79]:
Источником дегидробепзола может служить еще одно гетероциклическое соединение — бензотиадиазол-1,1-диоксид, который разлагается с элиминированием азота и диоксида серы [80]:
Дегидробензол можно также получить из о-дигалогеиаренов. Реакция с амальгамой лития (или магния) приводит к металлорганическому соединению, которое разлагается с элиминированием галогенида лития. Обычно в этой реакции используют о-фторбромбензол [81]:
Диазотирование замещенных анилинов алкилнитритами в уксусном ангидриде также приводит к дегидробензолу [82]. Этот процесс включает несколько стадий. Ключевым интермедиатом является соответствующий М-нитрозоацетанилид; было показано, что эти соединения, полученные отдельно, также могут служить предшественниками дегидробензола. Как описано в разд 12.3 кн. 1, нитрозоацетанилиды могут быть источником ионных пар арилдиазонийацетата:
+ Ы2’ + ся3соон+ Ы2’ + ся3соон
+ Ы2’ + ся3соон
+ Ы2’ + ся3соон
Если условия реакции таковы, что ацетат-ион действует как основание и отрывает протон из орто-положения, то выделяется азот и образуется дегидробрнзол [83]. Особенно хорошими субстратами для образования дегидробензола через М-нитрозоацетанилид являются о-трет-бутилани- лины, очевидно потому, что трет-бутильная группа пространственно ускоряет элиминирование азота [84].
Если дегидробензол генерируют в присутствии ненасыщенных молекул, то наблюдается присоединение по сильно напряженной «тройной связи». Дегидробензол способен димеризоваться, так что в отсутствие другого нуклеофила или реакционноспособного ненасыщенного соединения, образуется бифенилен [85]:
Одним из лучших реагентов для реакции с дегидробензолом являются фураны и циклопентадиеноны, которые дают продукты [4 + 2]- циклоприсоединения [86]. Антрацен также вступает в реакцию циклоприсоединения с образованием триптицена [87]:
Изучена стереохимия [2 + 2]- и [2 + 4]-циклоприсоединений. Для дихлорэтилеиов р + 2]-присоединение не стереоспецифично, однако для диенов [4 + 2]-присоединение является стереоспецифичным цдс-присо- единением. Таким образом, дегидробензол ведет себя аналогично этиленам в основном состоянии, вступая в синхронное [2 + 4]-циклоприсоединение и в асинхронные [2 + 2]-присоединения [88].
Некоторые типы соединений, которые можно получить через промежуточные дегидробензолы, приведены на схеме 7.8.
СХЕМА 7.8. НЕКОТОРЫЕ СИНТЕЗЫ ЧЕРЕЗ ДЕГИДРОБЕНЗОЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫСХЕМА 7.8. НЕКОТОРЫЕ СИНТЕЗЫ ЧЕРЕЗ ДЕГИДРОБЕНЗОЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ(8) [88з](8) [88з](51%)(51%)knh2knh2СиСи
СХЕМА 7.8. НЕКОТОРЫЕ СИНТЕЗЫ ЧЕРЕЗ ДЕГИДРОБЕНЗОЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ
СХЕМА 7.8. НЕКОТОРЫЕ СИНТЕЗЫ ЧЕРЕЗ ДЕГИДРОБЕНЗОЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ
(8) [88з]
(8) [88з]
(51%)
(51%)
knh2
knh2
Си
Си
СХЕМА 7,9. ПОЛУЧЕНИЕ АРИЛЦИАНИДОВ ИЗ ГАЛОГЕНАРОМАТИЧЕСКПХ СОЕДаНЕИПП —— ;-; ; ,СХЕМА 7,9. ПОЛУЧЕНИЕ АРИЛЦИАНИДОВ ИЗ ГАЛОГЕНАРОМАТИЧЕСКПХ СОЕДаНЕИПП —— ;-; ; ,7.2.4. НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, КАТАЛИЗУЕМОЕ МЕДЬЮ7.2.4. НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, КАТАЛИЗУЕМОЕ МЕДЬЮ
СХЕМА 7,9. ПОЛУЧЕНИЕ АРИЛЦИАНИДОВ ИЗ ГАЛОГЕНАРОМАТИЧЕСКПХ СОЕДаНЕИПП —— ;-; ; ,
СХЕМА 7,9. ПОЛУЧЕНИЕ АРИЛЦИАНИДОВ ИЗ ГАЛОГЕНАРОМАТИЧЕСКПХ СОЕДаНЕИПП —— ;-; ; ,
7.2.4. НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, КАТАЛИЗУЕМОЕ МЕДЬЮ
7.2.4. НУКЛЕОФИЛЬНОЕ АРОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ, КАТАЛИЗУЕМОЕ МЕДЬЮ
Механизм ряда реакций нуклеофильного ароматического замещения не укладывается в предложенные; ранее схемы. Такими реакциями являются катализуемые медью реакции замещения галогена в ароматическом ядре.
Наиболее важной реакцией является синтез ароматических нитрилов нагреванием арилгалогепидов с цианидом меди(1). Некоторые примеры этой реакции приведены на схеме 7.9.
Существует несколько родственных реакций с участием других нуклеофилов, которые, по крайней мере до настоящего времени, не нашли широкого синтетического применения. Например, нагревание арил- галогенидов с бензоатом меди(1) приводит к арйлбёнзоатам [89в]:
СНз——I + Си4 ’ООС—/? —* СНа——ООС
Другим примером является быстрое замещение иода аммиаком в присутствии трифторметилсульфоната мёдн(1) [90]:
Область применения этих двух типов реакций до сих пор хорошо не определена. Полагают, однако, что они протекают через медьорганические частицы, образующиеся из арилгалогенида [91]:
ArX-t-Cul —► Дг—Си—X
Аг— Си—Х-рЫи: —> Ar—Nu + Ctii + X"
7.3. ЗАМЕЩЕНИЕ С УЧАСТИЕМСВОБОДНЫХ АРИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ
Возможно, что наиболее полезным применением реакций ароматического замещения, протекающих но радикальному Механизму, является синтез бифенилов [92]; *
Арильный радикал генерируется в присутствии избытка второго ароматического соединения, которое подвергается замещению. Можно использовать любой из нескольких способов получения арильных радикалов.
Вероятно, наиболее общим является разложение диазониевого иона, но возможно также и термическое разложение М-нитрозоацетанилидов или ароилпероксидов. Некоторые примеры приведены на схеме 7,10,
Ограничения синтетического использования реакции ароматического радикального замещения обусловлены тем, что,ориентирующие влияния заместителей в реакциях радикального замещения невелики. Измерены некоторые факторы парциальных скоростей для замещения; для неполярных радикалов, таких как фенил, они попадают в довольно узкий интервал 0,5—6,5 [93]. Это означает, что при радикальном замещении заместители слабо влияют на стабильность переходных состояний. В результате гомолитическое ароматическое замещение обычно приводит к смеси всех возможных продуктов замещения в сравнимых количествах. Наибольшее направляющее влияние отмечено для нитро- и цианогрупп. В отличие от сильного .иета-ориен тирующего влияния при электрофильном замещении эти группы направляют замещение в орто- и пара-положения; такое различие обусловлено способностью этих заместителей делокализовать неспаренный электрон;
Вследствие слабого орентирующего влияния монозамещенное ароматическое соединение дает сравнимые количества о-, м- и п-замещенных продуктов при атаке арильными радикалами. Это положение иллюстрирует пример 4 на схеме 7.10.
Арильные радикалы можно использовать для введения алкильных заместителей в ароматическое ядро. Арильный радикал генерируется при разложении арилдиазониевого иона, катализуемом медью, и затем атакует алкен. Образующийся радикал окисляется Си11 с образованием карбениевого иона, который превращается в алкен или галогенид:
л сн3снх
■сн^снх■сн^снх
■сн^снх
■сн^снх
л А-СН=СНХл А-СН=СНХл А—СН2СНХл А—СН2СНХ
л А-СН=СНХ
л А-СН=СНХ
л А—СН2СНХ
л А—СН2СНХ
Эту реакцию называют реакцией арилирования по Меервейну. На; схеме 7.10 приведено несколько примеров этой реакции.
Гомолитическое ароматическое замещение может также происходить как реакция с переносом электрона даже в отсутствие катализаторов — переходных металлов. Например, облучение раствора енолята ацетона в жидком аммиаке с любым галогенбензолом приводит к фенил-
СХЕМА 7.10. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ. ПРОТЕКАЮЩИЕЧЕРЕЗ РАДИКАЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ
Арилированне ароматических соединенийАрилированне ароматических соединенийо :я :п = 0,5: l:tо :я :п = 0,5: l:t(5) [93s](5) [93s]NHa +NHa +C5HhONO >C5HhONO >
Арилированне ароматических соединений
Арилированне ароматических соединений
о :я :п = 0,5: l:t
о :я :п = 0,5: l:t
(5) [93s]
(5) [93s]
NHa +
NHa +
C5HhONO >
C5HhONO >
(6) [93d](6) [93d]+ №=С^СН=СНз+ №=С^СН=СНз(7) [93е](7) [93е]рн=зCud^рн=зCud^(8) [93ж](8) [93ж]
(6) [93d]
(6) [93d]
+ №=С^СН=СНз
+ №=С^СН=СНз
(7) [93е]
(7) [93е]
рн=з
Cud^
рн=з
Cud^
(8) [93ж]
(8) [93ж]
Арилированне алкенов
СНа—СН=СН—СНаС!
О
ООацетону [95]. Предложенный механизм включает перенос электрона, разложение образовавшегося ароматического раднкал-аннона и комбинацию фенильного радикала с енолятом:
О
О
СН8ССН2 +СН8ССН2 +О
СН8ССН2 +
СН8ССН2 +
—f S—CHgCCHa tas%) NH3 \—/
Реакция имеет цепной характер, так как радикал-анион фенилацетона может переносить электрон к бромбензолу:
Аналогичная реакция происходит при использовании я-цианокарбанио- нов, но выходы продукта алкилирования сильно уменьшаются вследствие образования побочных продуктов в результате выброса цианид- иона из радикал-аннона [96].
другие
•продукты*
7А РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Полициклические ароматические соединения — нафталин, антрацен, фенантрен к высшие аналоги — вступают в те же реакции, которые подробно обсужДены для производных бензола. Поэтому знакомство с реакциями замещения в полициклических системах требует только некоторой общей дополнительной информации относительно реакционной способности этих циклических систем и селективности положений в них. Нафталин более реакционноспособен, чем бензол. Для него существует кинетическая предпочтительность замещения в положение 1;
Два фактора, могут привести к преобладанию замещения в положение 2. Если электрофил очень объемист, то водород соседнего кольца мешает вступлению заместителя в положение 1 и атака предпочтительно идет в положение 2. В условиях обратимого замещения, когда контролирующим фактором является термодинамическая устойчивость, предпочтительно замещение по С-2. В качестве примера можно привести сульфирование: низкотемпературная реакция приводит к 1-суЛьфокис- лоте, а при высокой температуре образуется 2-изомер.
Фенантрен и антрацен значительно более реакционноспособны, чем бензол, причем замещение предпочтительно проходит в центральном
Кольце. Очевидность такого поведения следует из простых резонансных «соображений». о-Комплексы, возникающие при замещении в центральном кольце, имеют два нетронутых бензольных кольца. Общая резонансная стабилизация этого интермедиата больше, чем для интермедиата нафталинового типа, образующегося, если замещение проходит по одному из концевых колец.
(возможны четыре изомера)(возможны четыре изомера)(возможны два изомера)(возможны два изомера)
(возможны четыре изомера)
(возможны четыре изомера)
(возможны два изомера)
(возможны два изомера)
Фенантрен и антрацен в условиях проведения некоторых реакций замещения могут вступать в реакции присоединения. Галогенирование и нитрование могут частично протекать через промежуточные продукты присоединения [97]: t
- Cl
Хорощо установлена способность циклической системы антрацена вступать в реакции синхронного циклоприсоединения [98] (см. разд. 6.1)1
Эта тенденция возникает потому, что при нарушении ароматического сопряжения центрального кольца не теряется резонансная стабилизация, поскольку два бензольных кольца стабилизованы почти также, как антраценовая система. Например, расчетами по методу молекулярных орбиталей Дьюра [99] определили, что энергия резонансной стабилизации двух бензольных колец составляет 1,74 эВ, тогда как для одного антраценового кольца она равна 1,60 эВ. Это указывает на то, что присоединение сопровождается даже небольшим выигрышем в энергии резонанса.
Реакционная способность многочисленных полициклических ароматических углеводородов обсуждается в книге Клара [100]. По мере увеличение размеров молекулы возрастает склонность к реакциям присоединения по центральной части молекулы.
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
G. A. Olah (ed), Friedel Crafts and Related Reactions, V. 1—IV, Intersplence, New York, NY, 1962—1964,
G, A, Olah, Friedel — Crafts Chemistry, Wiley—Interscience, New York, NY, 1973.
R О. C. Norman, R. Taylor, Electrophilic Substitution n Benzenoid Compounds, Elsevier, Amsterdam, 1965,
L. M. Stock, Aromatic Substitution Reactions, Prentice — Hall. Englewood, Cliffs, NJ, 1968.
НИТРОВАНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
J. 0. Hoggett, R. В Moodie, / R Penton, K. Schofield, Nitration and Aromatic Reactivity, Cambridge University Press, Cambridge, 1971.
НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В АРОМАТИЧЕСКОМ ЯДРЕ
J. Miller, Aromatic Nucleophilic Substitution, Elsevier, Amsterdam, 1968.
ДЕГИДРОБЕНЗОЛЬНЫЕ ИНТЕРМЕДИАТЫ
Wittig, Angew. Chem. Int. Ed. Engl 4, 731 [1965); H. Heaney, Chem, Rev, 62, 81 (1962),
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
E Clar, Polycyclic Hydrocarbons, Academic Press, New York, NY, 1964 (3. Клар. По- лициклические углеводороды, М., <Хникя>, 1971,, т, 1, 442 с,; т, 2, 556 с.].
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
. R. I. Gillespie, J. Graham, Е D, Hughes, С. К. Ingold, Е. R. A. Peeling, J. Chem. Soc., 2504 (1950).
. С. К. Ingold, D. L Millen, N. G, Poole, J Chem. Soc., 2576 (1950).
D. R, Goodard, E. D. Hughes, С. K, Ingold, J. Chem. Soc,, 2559 (1950); D« L Millen J. Chem. Soc , 2606 (i960).
E D. Hughes, С. K. Ingold, R, I Reed, J Chem Soc^ 2400 (1950); 1. G. Hoggelt, R. В Moodie, К Schofield, J, Chem, Soc, В, I (1969).
A.. K. Sparks, J, Org Chem. 31, 2299 (1966)
S. J. Rahn, G. A Olah, J Am. Chem, Soc. 83, 4564 (1961); G, A. Olah, S. L Kuhn, J Am Chem. Soc 84, 3684 (1962).
6a G. R. Robertson, Org Synth I. 389 (1932) [СОП, 1, 293 (1949)].
H. M Fitch, Org Synth 111, 658 (1955) [СОП, 4, 374 (1953)].
6e R. Q. Brewster, B. Williams, R. Phillips, Org Synth. Ill, 337 (1955) [СОЦ, 3, 214 (1952)J.
бе C. A. Fetscher, Org Synth IV, 735 (1963) [СОП, 5, 9 (1964)].
6d R. E. Buckles, M. P Bellis, Org Synth IV, 722 (1963) [СОП, 6, 49 [1954}]. Be. S L Kuhn, G A Olah, J Am Chem Soc 83, 4564 (1961), бяс. C. A. Capas, R, L. Pearsan, J. Am.. Chem. Soc. 90, 4742 (1968).
C. L Coon, Г 6 Blucher, M. E. Hill, J. Org, Chem. 38, 4243 (1973).
C. A. Capas, R, L, Pearson. J Am. Chem. Soc. 90, 4742 (1968).
L. M. Stock, F. Г Baker, J Am Chem. Soc. 84, 1661 (1962).
Ю, L. L Andrews, R, M. Keefer, J. Am Chem, Soc. 81, 1063 (1959); R M. Keefer, i L. 1. Andrews, J Ata Chem Soc. 82, 4547 (I960); L. L Andrews, R. M, Reefer, J Am Chem Soc 79, 5169 (1957).
JI UM. Stock, A. Himoe, J. Am. Chem Soc. 83. 4605 (1961).
E. Berliner, i, C. Powers, J. Am Chem Soc 83, 905 (1961),
W, C. Baird, Jr., L H. Stirridge, J Org Chem, 35, 3436 (1970).
L R. Barnett, U I. Andrews R. M, Keefer, J. Am. Chem. Soc 94, 6129 (1972). 14a. G. A. Olah, S, Л Kuhn, B. A, Hardie, J, Am. Chem. Soc, 86, 1055 [19641, 146 E. Hope, G F. Rileu, J, Chem Soc. 121, 2510 (1922).
14e. J. Schultz, M. A. Goldberg, E. P. Ordas, C„Carsch, J. OrgChem. 11,320 (1946).
-14г. M. M. Robison, В L Robison, Org SynthIV, 947(1963)[СОП, 8,59(1958)].
14» Г. A. Wisanskg, S. Ansbacher, Org SynthHI,138(1955)[СОЦ, 4,93(1953) .
14e V. H Wallingford, P. A. Krueger, Org SynthII,349(1943)[СОП, 2, 273(1949) ,
Hxc. D. E. ianssen, С. V. Wilson, Org Synth. IV, 547 (19Й) [СОП, 6, 22 (1958)1.
143- H. Suzuki, Org Synth. 51, 94 (1471)
. S, H. Sharman J Am Chem Soc 84, 2945 (1962).
L. Schmerling. L P. West, J. Am Chem. Soc.. 76, 1917 (1964).
A.A Khalaf, R, M'Roberts, J Org Chem85, 3717 (19701
R.M. Roberts, D Shiengthong. J Am Chem. Soc. 86, 2851(1964).
HJungk. c. R Smoot, H C. Brown, JAm Ghent Soc.78.2185(1955).
GA, Olah, S. Kobayashi, M, Tashiro, JAm. Chem, Soc.94,7448(1972).
G. A, Olah, S. H. Flood, S, J. Kuhn, M, E, Moffatt, N, A. Overchuck, J. Am. Chern. Soc. 86, 1046 (1964).
G.A Olah, S. H. Foold, M. E. Moffatt. J. Am. Chern Soc. 86,1060 (1904).
A.Schriesheim, in; Friedel — Crafts and Related Reactions, VП, G. Olah(ed),
Interseience, New York, NY. 1964, Chapter XVIII.
S.H. Patinkin, B. S. triedman, rm Friedel — Crafts and Related Reactions,V.П,
G.Olah (ed), Interseience, New York, NY, 1964, Chapter XIV'.
R. H. Allen, L. D. Pats, J Am. Chem. Soc. 83, 2799 (1961).,
25a. £. M. Schultz S. Mickey, Org. Synth. 11], 343 (1955) [СОП, 4, 219 (1953)].
F. T. Smith, Jr, J. T, Sellas, Org. Synth. IV, 702 (1963) [СОП, 4, 526 (1953)].
25a. С. P. Rrimmel, L E. Thielen, E. A. Brown, F. 1. Heidtke, Org. Synth. IV, 960 (1963) [СОП, 5, 73 (1954)]
25г A. A. Khalaf. R. M Roberts, J Org Chem. 37, 4227 (1972).
R E. Ireland, S, F Baldwin, S. C. Welch, J. Am. Chem. Soc. 94, 2056 (1972).
A. A. Khalaf, R. M. Roberts, J Org Chem. 34, 3571 (1969).
A. A. Khalaf. R. M. Roberts, J. Org Chem. 37, 4227 (1972).
F. R. Jensen, G. Goldman, in; Friedel—Crafts and Related Reactions. V. Ill, G. Olah (ed.), Interseience, New York, NY, 1964, Chap. XXXVI.
L Friedman, R J Honour, J Am. Chem. Sot 91, 6344 (1969).
G. A. Olah, S. Kobayashi, J Am Chem. Soc 93, 6964 (1971).
H C Brown, G, Marino, L. M. Stock, J. Am. Chem. Soc. 81, 3310 (1959); H. C. Brown, G. Marino, J. Am. Chem Soc. 81, 5611 (1959); G. A. Olah, M. Ё. Moffatt, S. J. Kuhn. B. A. Hardie, J. Am. Chem. Soc. 86, 2198 (1964).
F. E. Bachmann; F. J. Horton, J. Am. Chem. Soc 69, 58 (1947).
Y. Kanaoka, O. Yonemitsu, К Tanizawa, У, Ban, Chern. Pharm, Bull. (Japan) 12, 773 (1964), T, Kametani, S. Takano, e. a., J Heterocyc] Chem. 6, 49 (1969).
E. I. Elsenbraun, C F Hinman, J Af Springer, J. F. Burnham, T. S. Chou, P F. Flanagan Л1 C Hamming. J Org Chem 36, 2480 (1971)
34a R. Adams, C. R Holler, Org Synth 1, 109 (19411 [СОП, I, 104 (1949)].
346 C. F. H. Allen, Org Synth 11,3 11943) [СОП. 2, 77 11949)]
O. Grummitt, E.. I. Becker, C. Miesse. Org Synth. Ill, 109 (1955) [СОП, 4, 87 (1953)].
34e.F. J, Villanl, M S King, Org Synth. IV, 88 (1963) [СОП, 9, 12 (1959)].
34d. £ L. Leiserson, A. Feissberger, Org Synth. HI, 183 (1955) [СОП, 4, 524 (.1953)].
г. L, Arsenijemc, F Arsenifeuic, A Horeau, J. Jacques, Org. Synth. 53, 5 (1973).
34ж.Н. R. Snyder, t. X Werber, Org. Synth III, 798 (1955),
34a. £. L. Martin, L F. Fieser, Org. Synth. 11, 569 (1943) [СОП, 2, 448 (1949)]
34s. С E. Olson, A. F. Bader, Org. Sunth. IV, 898 (1963).
34k.MB.Floyd, G. R. Allen, Jr., J. OrgChem. 35, 2647 (1970).
R.C.Fuson, С H. MtKeeoer, Org.React. 1, 63 (1942) [OP,1, 84—114(1948)];
G. A. Olah, S, H, Yu. J. Am. Chem. Soc. 97, 2293 (1975).
HE.Ungnade, E. F Crandall, J.Am. Chem. Soc. 71, 2209(1949).
N.N.Crounse, Org. React 5, 290 (1949) [OP, 5, 271 (1951)]; F. E.Truce,Org.
React. 9, 37 (1957) [OP, 9, 45 (1951)], P. E. Spoerri, A. S. DuBois Org. React. 5, 387 (1949) [OP, 5, 284 (1951)].
37a. O. Grammitt, A. Buck, Org Synth. [JI, 195 (1955) ГСОП, 3, 481 (1952)].
G. H- Coleman, D Craig, Org, Synth. Il, 583 (1955) [СОП, 2, 464 (1949)].
37s. R. C, Fuson, E. C. Horning, S. P. Rowland, M. L. Ward, Org. Synth. Ill 549 (1955) [СОП, 3, 17 (1952)]
37e. к. C, Gulati, S. R. Seth, K. Venkataraman, Org. Synth. 11, 522 (1943) [COIF, 2, 531 (1^49)].
ЗТд E. Campaigne. F, L. Archer, Org Synth. IV, 331 (1963) [СОП, 5, 22 (1954)].
37e C. D. Hurd, C. N„ Webb, Org Synth 1, 217 (194]) JCOFI, 1, 196 (1949)], 37ж. Л H Wood, R„ W. Bost, Org Synth. IV, 98 (1955) [СОП, 3, 74 (1952)].
F. Kitching, Orga nomet Chern Rev. 3, 35 (1968).
H. C, Brown, C F. McGary, Jr , J. Am. Chem. Soc 77, 2300, 2306, 2310 (1955); A. J. Kresge, H C Brown, J Org Chem 32, 756 (1967)
C, Perrin, F. H, Westheimer, J. Am. Chem. Soc. 85, 2773 (1963); A. J. Kresge, J. F. Brennan, J Org- Chem. 32, 752 (1967).
A.J. Kresge,.14 Dubeck, H. C Brown, J. Org. Chem. 32,745 (1967).
H.C. Brown,R A, Wirkkaia, J. Am. Chem. Soc. 88, 1447,1453, 1456 (1966).
43a. M.0. UngerR A Fouty, J Org Chem 34, 18 (1969).
. R.F. Heck, JAm. Chem. Sec. 90, 6546 (1968).*
43s PM Henry,Tetrahedron Lett, 2285 (1968).
43г. R.F, Heck, JAm.. Chem. Soc. 91, 6707 (1969).
. AMcKtllop,E, C. Taylor, Adv. Organomet Chem. 11,147 (1973).
, A,McKHlop,J.. D. Hunt, M. I. Zelesko, J. S. Fowler, E,C. Taylor, G. McGilliva-
ray, F. Kienzle, J. Am Chem. Soc. 93] 4841 (1971); E. C. Taylor, F. Ktenzle, R,L. Robey,A McKHlop, J. D. Hunt, J. Am. Chem Soc.93, 4845 (1971)..
E.C. Taylor,H F Alt land, R H. Danforth, G. McGtlltoaray, A. McKHlop,J,Am.
Chem. Soc. 92, 3620 (1970).
H Zollinger, Azo and Diazo Chemistry, Interseience, New York, NY, 1961.
4& Л В. Ridd, Q, Rev. Chem Soc; 15, 418 (1961); C. D. Ritchie, D. J. Wright, J A Chem Sew- 9^ 2425 (1971),
E S. Lewis, Af P. Hanson, J. Am. Chem. Soc 89, 6268 (1967).
H, G. Richey, J M. Richey, hr Carbomum 1рш, V. II, G A. Olah, P- vt R. Schley er (eds), W t.ley-In terseieriee, New York, NY, I у 70, pp, 922—931.
C. G. Sumin, J. Ё. Sheafs, K. G Harbison, J Am. Chem. Soc 97, 783 (1975).
T.Cohen, R. J. Lewarchik, J.Z. TarMo, J Am. Chyn. Soc.95, 7753 (1974).
E.S. Lewis. L. D. Hartung,В. M. MeRay, J. Am. Chem.Soc. 91, 419 (1069).
C,D, Ritchie, D. t. Wright.J. Am. them. Soc. 93, 2429(V371); C. D. $Wx
P, О. I Virtanen, J, Am. Chem, Soc. 94, 4966 (1972)
EK. KochL J. Am Chem, Sot 79, 2942 (1957); S, C. Dletterman., K„ Weiss, А. К I gberman,,!. Am. Chern Soc 80, 1904 (1958).
56 A. Kornblum, Org React. 2, 262 (1944) [OP, 2, 285 (1950)].
I. B, Hendrickson, J, Am Chem Soc. 83, 1251 (1961),
С, E- McKenna, T.. G. Traylor, J Am. Chem. Soc 93, 2313 (1971).
7. F. Bunnell H. Tabayama, J. Org. Client 33, 1924 (1968).
E. S. Le&is, L D. Hyiurtg, В M. McKay, 5- Am. Chem Soc. 91, 419 (196.9),
S. C. Diekerman, D I DeSousa, K. I'atobsca, J Org Ctem 34, 710 (i960).
A. Roe Org React. 5, 193 (1949) [OP, 5, 155 (1951)],
C G. Swam. R. I. Rogers; J. Am. Chem. Soc 97, 799 (1975).
M. S. Newman. R H. B. Gait, J. Org. Chem. 25, 214 (I960).
64a. G. H. Coleman, IF F. Talbot, Org- Synth. [1, 592 (1943) [СОП. 2, 467 (1949)].
,V. Kornblum, Org. Synth. Ill, 295 (1955) [СОП, 3, 203 (1952)].
64a M. M Robison, B. L. Robison, Org. Synth. IV, 917 (1963) [СОП, 8, 59 (1958) Ь4г H. E Ongnade, E. F Or®o!L Org Synth, ill, 136 (1955) [COO, 3, 117 (1952)].
64d. R. N. Icke, С. E, Redeniann, В. B. Wisgaroer, 0. A.. Aites, Org. Synth. Ill, 51 (1953).
7. S. Buck, IF. S Ide, Org. Synth. IT, 130 (1943) [СОП, 2, 551 (1949)].
64ж F. D. Gemstone, S. H. Tucker, Org Synth. 1V, 16b (1963).
7. L. Hartwell, Org Synth. Hi, ]85 (1955) [СОП, 3, 467 (1952)].
u H. j. Luias, E R. Kennedy, Org. Synth. II, 351 (1943) [СОП, 2, 278 (1949)].
64л. H. Heaney, 7 T. Millar, Org. Synth. 40, 105 (1960).
». JC G Rutherford, HA Redmond, Org Synth. 43, 12 (1963).
64лг G, Scfiiemann, IF. WinfeeGmider, Org. Synth II, 188 (1943) [СОП, 2, 244 (1949)] 64». H T, Clarke, R. R. Read, Org Synth. 1, 514 (1941) [СОП, 1, 391 (1949)1.
649 P A. S. Smith, В. В Brown, J. Arn. Chem. Soc. 73, 2438 (1957).
64n. E. B. Starkey, Org. Synth. H, 225 (1943) [СОП, 2, 227 (1949)],
M. J. Strauss, Chem Rev. 70, 667 (1970)'.
R. P. Taylor, J Org. Chem. 35, 3578 (1970),
G. P, Briner, J. Milter, M Liveris.. P. G. Luiz. J. Chem She , 1255 (1954).
7. Miller, Aromatic Nucieophitic Suhstilntiofl, Elsevier, Amsterdam, London, New York, 1968; F; Piefra, Q Rev. Chem. Soc. 23, 504 (1969); C. F. Rerhasconi, in' Aromatic Gompouds, H Zollinger (ed), University Park Press, Baltimore, M.D, 1973. Chapter 2
68« S D. Ross, M. Finkelstein, J. Am. Chem, Soc. 85, 2603 (1963).
686. F. Pietra, F. Del Cima, J Org. Chen). 33, 1411 (1968).
68s H. Bader, A. R. Hansen, F. T, McCarty, J Org. Chern 31, 2319 (1966),
68г. E. j. Fendler, 7. H. Fendler, N. L. Arthur, С. E. Griffin,- 1 Org. Chem. 37, 812 (1972).
680. R. O. Brewster, T. Groening, Org Synth. II, 445 (1943) [СОП, 2, 370 (1949)]. 68e.Af E. Kuehne, J Am. Chem. Soc 84, 837 (1962).
68ж H. R, Snyder, E. P Merica, C. G. Force, E. G. While, J. Am. Chem. Sae. 80, 4622 11958).
R W. Hoffmann, Dehydro benzene and Cycloalkynes, .Academic Press, New York, NY, 1967.
О L. Chapman, К Mattes, C. L, .McIntosh, I. Pacansky, G. F, Calder, G. Orr, J. Am Chem. Soc 93, 6134 (1973).
H E.. Simmons, J Ahi Chem Soc. 83, 1657 (1961),
R Hoffman, A Imamura, W L Hehri, J. Am Chem Soc. 90, 1499 (1968); D. L. Wilhite, I. L. Whitten, J Am. Chem Soc. 93, 2858 (1971).
7. th Roberts, D- A Semenow, H E. Simmons, Jr., L. A. Carlsmith, J. Am. Chem. See 78, 601 (1956),
F, IF. Bergstrom, R_ E, Wright, C Chandler, IF. A. Gilkey, J. Org. Chern. 1, 170 (1936),
R. Huisgen, I.. Sauer, Angew Chem 72, 91 (i960),
I, F. Bunnell, D A R. Hopper, M Parsed, С. Рум, H. Takayama, J. Am. Chem, Soc. 88, 5250 (1966), 7. F. Bunnell, J. K. Kim, J Am Chem. Soc.. 05, 2254 (1973).
E, R. Biehl, F... Kieh, К. C. Hsu. J Org Chem 34, 3595 (1969).
M. Stiles. R. G. Milter, U. .Burckhardt, J Am. Chem. Soc. 85, 1792 (1963); L- Friedman, F; M.. Logullo, J Org. Chem 34, 3089 (1969)
C D Campbell, C. W. Rees, Proc Chem. Soc. London, 296 (196 4), J. Chem. Soc. C, 752.
G. Wittig, R. IF. Hoffmann, Org Synth. 47, 4 (1967); G. Wittig, R. IF. Hoffmann, Chem Ber. 95, 2718, 2729 (1962)
G Wittig, L. Rohmer, Chem Ber. 89, 1334 (19^6); G. Wittig, Org Synth, IV, 964 11963} [СОП, 11, 81 (1961)].
A Baigrie. 7. I. G. Cadogan., J R Mitchell, A. K. Robertson, J. T, Sharp, J. Chem. Soc Perkin Trans.. 1, 2563 (19721.
D. L Brydon, J, I G Cadogan, J. Cook, M. J. P. Harger, J. T. Sharp, J. Chem. Soc. В 1996 (1971) C„ Ractiardt, С. C, Tan, Angew. Chem. Int. Ed. Engl 9, 522 11*170)
R. M. Franck, К Yanagi, J .Am Chem. Soc 90, 5814 (19G8).
P, M Logullo, A. H Seitz, L. Friedman, Org. Synth. 48, 12 (1968).
G. Wittig, L. Rohmer, Angew. Chem. 67, 348 (1955).
L. Friedman, F. M. Logulld, J Org. Chem. 34, 3089 (1969).
M. Jones, Jr, R. H Leam, J. Am. Chem. Sec 91, 6411 (1969).
88a. AL R. V. Sahuun. D„ J Cram, Org Synth. 45, 89 (1965).
886 L. A Paquette, M, J. Kukta, L C. 'Stowell, J Arn. Chem. Soc, 94, 4920 (1972).
88e. G Wittig, Org Synth IV, 961 (1363) [CO II, 11, 61 11961)].
88c L F Fteser, M. J. Haddadin, Org Synth. 46, 167 *1906).
88d. M E Kuehne J Am Chem Soc. 84, 837 (1952).
88e M. Jones, Jr, M R DeCamp, S. Org Chern $6, 1536 (1971).
88ж D. L. Brydon, J J G Cadogan, J. Cook, M J. P. Harger, J. T. Sharp, J, Chem. Soc. B, 1996 (1971).
88з Л F. Bunnett, J A Stortz, J. Org Chem. 27, 3836 (1962).
L Friedman, H Shechter, J Org Chem. 26, 2522 (1961).
89a. M. S. Newman, H. Boden. J Org Chem 26, 2525 (1961).
E, Callen, С A. Dornfeld, G H. Coleman, Org. Synth III, 212 (1955) [СОП, 4, 555 (1953)]
Cohen, A. H Lewin. J Am Chem See 88, 4521 (1966).
7. Cohen, J, G Tirpak, Tr-irahrdron Lett, 143 11975).
T, Cohen, J. Wood. A G Dnnz. Jr, letrahrdrcm Lett, 3555 (19741.
IF, E. Bachmann. R .4 Hollman., Org React 2, 224 (1944) [OP, 2, 244 (1950)].
G. H. Williams, Hemal у I. ic Aroma Ue Substitution, Pergamon Press, London, I960; D, H Hey, Adv Free Radical Chern 2, 47 (1966).
93a M. Gomberg, IF F Bachmann, Org Synth I, 113 (1941) [СОП. 1, 106 (1949)].
936. H, Rapoport, M Look. G J Kelly, J Am. Chem. Soc. 74, 6293 (1952).
93a. C. S Rondestuedt, Jr, ^ § Blanchard, J. Org. Chem. 21, 229 (1956).
93г. J. I G Cadogan, J Chem. Soc., 4257 (1962).
93A G. A. Ropp, E. C. Courier, Org. Synth IV, 727 (1963) [СОП, 4, 380 (1953)].
93 e. C S Rondestvedt, Jr ,"O. Vogl, J. Am Chem Soc. 77, 2313 (1955).
9?ж. C. F. Koelsch, J. Am. Chern Soc 65, 57 (1943).
C. S. Rondestvedt, Jr., Org React 11, 189 (1900).
Л 4. Rdsst, J F. Bnnnett, J Org Chem. 38, 1407 (19731.
J. F. Bunnett. В F. Gloor, J. Org Chem. 38, 4156 (1973).
P В О. de la Mare, J. H. Ridd. Aromatit Substitution, Academic Press, New York, NY, 1959, p 174.
IF. E. Bachmann, L B. Scott, J. Am Chem Soc 70, 1158 (1848).
M. j. S, Dewar, C de Llario, J Am Chem Soc- 91, 789 (1969),
E.. Clar, Polycyclic Hydrocarbons, V 1, 2, Academic Press, New York, NY, 1964 [9 Клар Полициклические углеводороды M., Химия, 1971, т. 1, 442 Су т, 2, 556 с].
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена на с. 438)
— 7.1. Укажите условия для проведения следующих превращений. Нет необходимости многостадийных реякп.ий. Выбирайте условия, Которые приведут к заданному изомеру как основному продукту.
9*9*(«)(б)(«)(б)£59£59
9*
9*
(«)
(б)
(«)
(б)
£59
£59
(?)
(d)
(?)
— 7.2. Хлорангидриды цис- и трон с-2-фен ил циклопропан кар бонов ой кислоты дают соединение (1) при обработке суспензией АЮз в СНгС12. При использовании оптически активного хлорангндрида образуется рацемический продукт. Если реакцию прервать до ее завершения, то пеп pope а тировавший хлорангидрид оказывается полностью ра- цемизованной смесью цис-транс-изомеров (15:85). Объясните наблюдаемые факты,.
—-7.3. Ниже приведены два примера менее распространенных реакций нуклеофильного замещения в ароматическом ядре. Предложите механизм каждой реакции.
PhPh"онн2о"онн2о
Ph
Ph
"он
н2о
"он
н2о
соон
(б)(б)
(б)
(б)
Дополнительные данные: если используют в качестве растворителя Н28 О, то СО ОII содержит половину 16О, имевшегося в НрО.
— 7.4. Если раствор 2,3-дибром-2,3-диметилбутана в бензоле обработать AICI3 и в реакционную смесь пропустить монооксид углерода, то получают 2,2,3,3-тетр а мети лив дан он с выходом 73%. Этот же продукт (с выходом 54%) получают из 1,2-дибром-2,3-диме- тилбутана. Напишите механизмы образования продукта из обоих исходных веще стр. Рассмотрите относительные скорости различных процессов, происходящих в этих реакциях.
— 7.5. Реакция 2,4.6-тринитроанизола с метоксильным ионом первоначально дает вещество (2) (6 = 950 моль-1с-1) при 25°С, но затем (2) перегруппировывается в (3). Конечное равновесие сильно сдвинуто в сторону (3). Предложите объяснение первоначального образования (2) и большей устойчивости (3). Сопоставьте эти наблюдения с идеей кинетического и термодинамического контроля.
— 7-6. Раствор 1,3,5-тринитробензола в ацетоне, содержащем триэтиламин, быстро становится темно-красным. При добавлении эфира выпадает пурпурно-красное кристаллическое вещество, имеющее в УФ-спектре полосы при 464 и 555 им и сильную полосу в И К-спектре при 1700 см-1. В ЯМР-спектре в ацетоне-^ имеются следующие сигналы: 8,35 (синглет, 2Н), 6,8 (широкий синглет. 1Н), 5,08 (триплет, 7 = 5,5 Гц, 1Н), 3,49 (квартет, 7 = 7 Гц, 6Н), 2,6 (дублет, 7 = 5.5 Гц, 2Н), 2,17 (синглет, ЗН), 1,42 м. д. (триплет, 7 = 7 Гц, 9Н), Предложите структуру продукта.
— 7.7. Генерирование дегидробензола в присутствии фенилизоцианата приводит к указанным ниже соединениям, хотя выход невысок. Объясните образование этих продук-
OPh
—7.8. При добавлении раствора брома и бромида калия к раствору соли ' (4) осаждается нейтральное соединение, имеющее формулу СиНцВгО». Различные спектральные данные указывают на то, что соединение не ароматично. Предложите структуру и обсудите значение образования этого соединения.
С ОО"
ОС(СН3)г
4
— 7.9. Таллирование бензальдегида, бензилметилового эфира, бензойной кислоты, метилового эфира бензойной кислоты и фенилуксусной кислоты протекает первоначально в орто-положение Объясните эти наблюдения.
— 7.10. Обработка 2,6-ди-дрег-бутялфенола бромом в уксусной кислоте приводит к кристаллическому продукту (5) с т пл. 69—71 X, изомерному 4-бром-2,6- ди-трет-б ути л фенолу (6). Вещество (5) характеризуется сильными полосами в ИК-спектре при 1665 и 1640 си"1 и полосой в УФ-спектре при 252 им (е = 13 400). При стоянии в водной уксусной кислоте соединение Q) превращается в фенол (6). Предложите структуру вещества (5)
-г 7.11. Объясните образование продуктов следующей реакции:
% j 5S:i7;23:5)% j 5S:i7;23:5)
% j 5S:i7;23:5)
% j 5S:i7;23:5)
— 7.12. Предложите— 7.12. Предложитепоследовательность реакций для синтеза следующих ароматичепоследовательность реакций для синтеза следующих ароматиче
— 7.12. Предложите
— 7.12. Предложите
последовательность реакций для синтеза следующих ароматиче
последовательность реакций для синтеза следующих ароматиче
ских соединений из указанных ниже исходных веществ;
(а)
(б)
(в)
— 7.13. Напишите механизмы, объясняющие следующие реакции-.
— 7.14. На с 248 приведен порядок йзмепелтия эффектов уходящих групп для реакций по механизму отщепления —присоединения, пр о мп тируемых лнтийоргаииаескимя- соединениями; этот порядок противоположен случаю промотировайия действием NaNH5. Объясните более подробно, как природа используемого основания мот-сет влиять на порядок изменения рс-акционной способности уходящих групп. Используйте для объяснения диаграмму изиднештя. потенциалы гой энергии относительно координаты, реакции
7.15. Предложите схемы еппгезл следующих соединений из легко доступных исходных веществ;
ОСНз
СН3
7.16, Реакции замещения в ароматическом ядре являются ключевыми стадиями в многостадийных синтезах; с помощью которых осуществляются приводимые ниже превращения.. Предложите последовательность реакций, с помощью которых можно провести зти синтезы.
ОСНзОСНзО (СН2)3ССН=СН3О (СН2)3ССН=СН3ВгСН3СООСН3 и
ОСНз
ОСНз
О (СН2)3ССН=СН3
О (СН2)3ССН=СН3
СН3ООС(СН2)2СООСНз
ГЛАВА 8
РЕАКЦИИ С УЧАСТИЕМ КАРБЕНОВ, НИТРЕНОВИ ДРУГИХ ЭЛЕКТРОНОДЕФИЦИТНЫХИНТЕРМЕДИАТОВ
Общей чертой реакций, описываемых в этой главе, является фор- мальное участие в них интермедиатов с четным числом электронов, имеющих незаполненные орбитали низкой энергии. Наиболее известными из таких интермедиатов являются карбениевые ионы . В разд. 8.4 и 8,5 даны примеры реакций фрагментации и перегруппировок карбе- ниевых ионов, имеющих синтетическое значение; обсуждение этих реакций дополняет гл. 5 кн. I, в которой в основном рассмотрены механизмы реакций. Важны также и нейтральные частицы, содержащие двухвалентный углерод и одновалентный азот, — карбены и нитрены.
карбецкарбецкар бе пневыйионкар бе пневыйионR—NнитреяR—Nнитрея
карбец
карбец
кар бе пневыйион
кар бе пневыйион
R—N
нитрея
R—N
нитрея
В первых двух разделах этой главы обсуждаются структура, образование и свойства этих высоко реакционноспособных частиц; в разд. 8.3 рассмотрены полезные в синтетическом плане реакции, в которых предполагается участие подобных интермедиатов. Современная теоретическая органическая химия допускает, что многие реакции, приписываемые карбенам и нитренам, могут осуществляться также и другими интермедиатами более высокой координации, которые объединяют под общим названием карбеноидов и нитреноидов. Часто трудно точно определить природу подлинного интермедиата в конкретном процессе, и многие реакции, с которыми мы столкнемся, страдают такой неопределенностью, Более того, для некоторых из реакций, которые будут здесь обсуждаться, вполне определенно показано, что свободные карбены или нитрены в них не участвуют, но они включены в данную главу, поскольку механизмы этих реакций весьма близки.
.1* КАРБЕНЫ
.LL СТРУКТУРА
Карбен в основном электронном состоянии может существовать в виде синглета или триплета в зависимости от того, находятся ли два несвязывающих электрона на одной и той же молекулярной орбитали
со спаренными спинами или на двух орбиталях равной энергии с параллельными спинами.
0 ^ 0^ '■
(синглет} (триплет)
Эти две электронные конфигурации находят отражение как в различной геометрии и химической активности, так и в таком важном физическом свойстве, как магнетизм: синглетный карбен диамагнитен, а триплетный парамагнитен. Поэтому триплетные карбены можно исследовать с помощью ЭПР-спектроскопии.
При качественном описании связей в синглетном карбене предполагается sp2-гибридизация атома углерода с двумя электронами на одной зр2-гибридизованной орбитали и с одной свободной р-орбиталью. Угол RCR' несколько меньше, чем нормальный угол в 120° (если R и R' малы), так как межорбитальное отталкивание должно быть наибольшим для более диффузной орбитали свободной пары электронов. В триплетном карбене лиганды должны связываться с углеродом зр-гибриди- зованными орбиталями в линейном расположении с неспаренными электронами на двух взаимно ортогональных р-орбиталях.
Расчеты методом молекулярных орбиталей ab initio приводят к предсказанию следующих значений углов НСН для метилена (СН2): ~135° для триплетного карбена и ~105° для синглетного, причем триплет должен иметь примерно па 10 ккал/моль более низкую энергию, чем синглет [1]..
Экспериментальное определение геометрии СНа подтверждает теоретические предсказания. Угол НСН в триплетном состоянии, определенный путем анализа его спектра ЭПР, составляет 125—140° Угол НСН в синглетном состоянии, оцененный с помощью электронной спектроскопии, равен 102°. Все доступные физические и химические доказательства согласуются с. тем, что основное состояние является триплетным.
Заместители могут вызвать нарушение относительных энергий синглетного и триплетного состояний [2]. Обычно алкильные группы в качестве заместителей действуют так же, как водород, поэтому диалкил- карбены в основном состоянии триплетиы. Предполагается, однако, что доноры свободных пар электронов должны в большей мере стабилизовать синглетное состояние, чем триплетное, за счет смещения «-электронов на вакантную р-орбиталь.
/ + -/Rх-с *-*х=с ,
Х = F, Cl, OR, NRa
Дигалогенкарбены— СРг, ССЬ и СВг2— характеризуются синглетным основным состоянием с углами ХСХ, равными 105° для дифторкар- бена (данные микроволновой спектроскопии (3)) и 100 ± 10° для дихлор- и дибромкарбеиов (данные ИК-спектроскопии [4]).
Как предположил Скелл [5], реакционная способность карбенов в синглетном и триплетном состоянии должна быть различной. В триплетном состоянии карбен является бирадикалом и следует ожидать, что он должен обладать такой же селективностью в реакциях с олефинами, как и другие частицы, содержащие неспаренные электроны. В синглетном состоянии с его незанятой р-орбиталью карбен должен быть электрофильным реагентом и его реакционная способность по от-
ношению к олефинам должна быть сходной с активностью других электрофильных частиц, В общем случае карбены присоединяются к алкена'1 с образованием производных циклопропана. В этом отношения типичен дибромкарбен. Синглетный дибромкарбен может участвовать в синхронном присоединении, а триплетный карбен — в ступенчатом процессе:
ишиткл) вг Вгишиткл) вг Вг
ишиткл) вг Вг
ишиткл) вг Вг
Как видно из табл. 8,1, сравнительная реакционная способность по отношению к избранным олефинам в большей мере соответствует электрофильным моделям (бромирование, эпоксидирование), чем радикальной модели (присоединение -CCIV).
Дихлор карбен присоединяется аналогично к замещенным 2-арил- пропенам с константой р ——0,62, что указывает на электрофильный характер этой частицы [6]. Значение р близко к наблюдавшемуся для образования л-комплексов замешенных стиролов с ионом серебра (—0,77), но значительно меньше, чем для реакцийцидратацин (—4) или бромирования (—4,3) замещенных стиролов. Изучена относительная активность многих карбенов и карбенонДов по отношению к алкенам; полученные данные собраны и критически обсуждены в исчерпывающем обзоре [7].
Стабилизация синглетного состояния путем подачи электронов от соседних гетероатомов может привести к исчезновению электрофильных свойств карбена. Например,щнметоксикарбеи не обнаруживает электрофильности по отношению к алкенам [8]. Этот эффект был приписал эффективной передаче электронной плотности от атомов кислорода:
СНяЙ—с—ОСН$ -«-»- СН36=С—ОСН» -<-* снл^-с-оснзМ»•ее »е ееее ее ее
Делокализация л-электроиов, сопровождающая внедрение двухвалентного углерода в сопряженные циклические системы, изучалась на примере интересных чцетиц— циклопропеиилйдена (1) и ццклогепта- триенилндепа (2)
Если вакантная орбиталь в этих молекулах является частью л-системы, то дефицит электронов распространяется и на ароматическую л-си- стему. Эти карбены можно рассматривать как сопряженные основания ароматических ионов, циклонропениевого и тропилиевого, соответственно. Карбен циклопропенилиден (1) еще не дголучен, хотя известно его
ТАБЛИЦА 8.1. ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К АЛКЕНАМ [5]
А.акеиЫ
•ccia
• СВгз
ВГ2
Скорость ппоксцдуровикия
Изобутилен
1,00
1,00
1,00
1,00
Стирол
> 19
' 0,4
0,6
0,1
2-Метят бутен
0,17
3,2
1,9
13,6
дифенильное производное [9], Однако циклотептатриенилиден удалось получить, и его реакционная способность, ио-видимому, подтверждает слабую электрофильность делокализованных карбенов. Лучше всего он реагирует с алкенами, содержащими электроко акцепторные группы; в реакциях со стиролами значение р составляет около +1,0, что указывает на нуклеофильный характер действия карбена [10].
ОБРАЗОВАНИЕ КАРБЕНОВ
Существует несколько способов генерирования карбеновых интермедиатов, Наиболее общие из них приведены в табл. 8.2 и обсуждаются отдельно в последующих параграфах. Цель приводимого ниже предварительного обсуждения — установить некоторые пределы общности различных методов.
Весьма общей реакцией является разложение диазосоединений до карбенов. В качестве примеров можно упомянуть как простейшее диазо- соединение—диазометан, так и диарилдназометаны и диазосоединения, в которых один или оба заместителя — ацильные группы. Ограничением этого метода в некоторых случаях оказывается невозможность синтеза требуемого диазо'соедннения, Диазоалканы с низкой молекулярной массой токсичны и нестабильны; обычно их используют в момент образования, а не выделяют в свободном состоянии. Простые алифатические дпазосоедииения синтезпруют из производных соответствующих аминов. Так, например, все исходные вещества, обычно используемые в синтезе диазометапа, являются производными метиламина:
O=N NH
I |iКОН
СН.+—С—МИ\О2 » СН№ {См. [ИВ
О—N О
|||"ОН +)R
СН+—СЖг CH2N2 [См. [12]}
O=NООN=O
А1।,Ne0H
св+—С—С—^CHa ► СИ^ [См. П31}
IКОН
СИ+—SO3Ph > Снг№з {См [И]}
Детали катализуемото основаниями разложения несколько изменяются от случая к случаю, но всегда оно проходит через две обязательные стадии [15]. Ацильный или сульфонильный заместитель мигрирует от азота к кислороду N-нитрозо? руины. За этой миграцией следует депротопирование углеводородного заместителя и элиминирование кислорода вместе со связанной с ним группой:
^-ДСН=Й=М -^-ДСН=Й=М -
^-ДСН=Й=М -
^-ДСН=Й=М -
Диазосоединения могут быть подучены также окислением соответствующих гидразонов, например [16]:
няо+ ,.
Pb2C—W'; - -> Ph2C=N=N’
Этот путь используют чаше всего тогда, когда хотя бы один из заместителей является ароматической группой.
ТАБЛИЦА Я. К ОБЩИЕ МЕТОДЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ КАРБЕНОВ
№
Исходное соединение
Уй.цомя pR^K’ii.'Ati
Продукты реакции
Литература
I
p3C^=N диазоалканы
Фотолиз, термолиз или катализ нонами металлов
RiC * -р N3
[10a]
2
R2C=N—NSO2Ar соли сульфонилгидраз о нов
Фотолиз или термолиз; промежуточно образуются диазоалканы
RzCs + Ni + ArSOJ
[10^1
3
N 1?3с^-Дг диаэирины
Фотолиз
R3C: + N2
[Wo]
4
о
Rs С——CR2 эпоксиды
Фотолиз
R2C:+R2OO
[10г]
5
RaCHX галогениды
Действиесильных
оснований или металл- органических соединений
R2C: + SH + X"
[105]
6
RsCHgR'
X
а- г ал ore нрту тдые соединения
Термолиз
R2C; + R'HgX
[We]
Если необходим я-диазокетон, обычно в качестве исходного вещества для его синтеза используют хлорангидрид кислоты. В реакции с ди- азоалканом диазокетон образуемся в результате нуклеофильной атаки с замещением иона хлора:
оOR'
[I+ ••(11+ ~
RGCJ + R'CH=N=N" —> R—С—C—N—N'
Такие аиилдиазосоединения значительно более стабильны, чем простые диазоалканы.
Движущей силой реакции разложения диазосоединений до карбенов является образование очень стабильной молекулы азота. Энергии активации этого процесса в случае дназоалканов составляют в газовой фазе приблизительно 30 ккал/моль. Требуемая энергия может быть также доставлена путем фотохимического возбуждения. Фотохимический процесс можно направлять так, чтобы образовывался преимущественно синглетный или триплетный карбен. Прямой фотолиз приводит преимущественно к синглетному интермедиату, так как диссоциация возбужденного диазоалкана происходит быстрее, чем интеркомбина- циогшая конверсия с переходом в триплетное состояние. Однако нельзя утверждать, что триплетный интермедиат всегда исключен в экспериментах с прямым фотолизом. Исследования диазосоед и нений некоторых типов позволили сделать вывод, что в реакциях, проводимых при прямом фотолизе, триплетному интермедиату обязано своим происхождением до 15—20% продукта [17]. Триплетный карбен может стать основным интермедиатом при фотосенсибилизированном разложении. В качестве фотосенсибплизаторов часто используют ароматические кетоны.
Прибавление некоторых солей меди в растворы диазосоединений также приводит к выделению азота и образованию продуктов того же общего типа, что и при термическом и фотохимическом разложении диазралкаиов, Однако некоторые факты указывают на то, что свободные
карбеновые интермедиаты не участвуют в подобных реакциях [18]. Вместо них, по-Видимому, реальными реагентами являются комплексы карбеновых частиц с ионами металла-катализатора. Подобные ком- плексы являются примерами карбеноидных частиц. Состав продуктов реакции наводит на мысль об участии в ней карбеноподобных иитер- медиатов, однако есть другие факты, исключающие участие свободного карбена того типа, который образуется при фотохимическом выбросе молекулы азота.
Второй метод, приведенный в табл. 8.2, — термическое или фотохимическое разложение солей арилсульфонилгидразонов— фактически является модификацией диазоалка нового метода, так как и здесь интермедиатами являются диазосоединения. Это важный и полезный метод, так как в качестве первичного исходного материала здесь используют кетоны, а методика позволяет избежать выделения потенциально опасных диазоалканов. Условия разложения обычно таковы, что диазосоединение реагирует сразу же после образования и не накапливается в высоких концентрациях [19].
9R
ff*^\OCRD^aRHS
RCR/ + HsNNHSOsAr —>)C=NNHSOsAr >-
V=N—NSO2Ar R'/V=N—NSO2Ar R'/Av или AAv или AR\ + ..V=N=N* + ArSO?R\ + ..V=N=N* + ArSO?
V=N—NSO2Ar R'/
V=N—NSO2Ar R'/
Av или A
Av или A
R\ + ..
V=N=N* + ArSO?
R\ + ..
V=N=N* + ArSO?
Природа растворителей оказывает важное влияние на результаты разложения тозилгидразонов. В присутствии доноров протонов разложение диазоалканового интермедиата может быть направлено в сторону кар- беииевого иона за счет протонирования [20]:
нн
r^N^N" ^R2C-^=N-*R3C+ +■ Ng
Апротонные растворители, например диметоксиэтан, делают предпочтительным разложение до карбена.
Диазирины (пример 3 в табл. 8.2) являются циклическими изомерами диазосоединений. Напряженностью малого цикла наряду с потенциальной возможностью образования молекулярного азота объясняется легкость отщепления азота при фотовозбуждении. По термическому разложению этих соединений опубликовано довольно мало работ. Синтезировать их несколько труднее, чем диазосоединения или арилсульфо- нилгидразоны [21], и это ограничивает их применение.
Карбены генерируются также при фотолизе арилэпоксидов (пример 4 в табл. 8 2). Вторым образующимся при этом продуктом является карбонильное соединение. Фоторазложение эпоксидов — процесс не одностадийный: в нем были обнаружены интенсивно окрашенные промежуточные частицы [22]. Этим интермедиатам была приписана структура карбонил ил идов, которые являются биполярными валентными изомерами эпоксидов [23]:
Полагают, что разложение илнда также происходит фотохимически* Нетрудно видеть, что несимметричные эпоксиды могут дать два карбена и два карбонильных соединения. Обычно в зависимости от природы заместителей одно из двух возможных направлений раскрытия становится более предпочтительным, чем второе. Если R — арил, а R'—алкил, то образуется алифатический кето а, а углерод, несущий арильный заместитель, дает начало карбеновому фрагменту. Электроноакцепторные заместители, такие как циано- или карбметоксигруппы, делаюг предпочтительным образование карбена за счет связанного с ними атома- углерода, тогда как электронодонорпые метоксигруппы направляют образование карбена к другому атому углерода оксиранового кольца. Эти эффекты заместителей становятся понятными, если рассмотреть, какая из двух возможных резонансных структур должна давать основной вклад в кар- бонилилндную структуру:
о*о*
Ar—С^ \с—OGHSAr—cZ ^С—ОСН3
I1)
Аг АгАгАг
(меяьшый вклад.!{оецоныойвклад!
О*О+
Ат—G^ ^С—СМ ->■ Аг—С/ ^С—СМ
Г !IТ
Ат АгАгАт
(оеиоаиай вклад)(яецыпяйвклад)
Относительные вклады каждой из резонансных структур отражаются в порядках связен С—О. Связь С—О с наиболее двоесвязвым характером превращается в карбонильную труллу, тогда как более слабая связь С—О разрывается.
Циклопропановое кольцо также можно раскрыть фотохимически с элиминированием карбенового фрагмента. Эта реакция изучалась скорее с точки зрения фотохимии процесса, чем как полезный метод генерирования карбенов [24],
ос-Элимннировапис галогеиоводородов под действием сильных оснований (пример 5 в табл. 8.2) было первым методом генерирования карбенов, детально исследованным современными методами. Однако эффективное образование карбенов из галогенидов путем «-элиминирования ограничено субстратами, не содержащими p-водброда, так как дегидрогалогенирование путем р-элиминирования доминирует в тех случаях, где оно возможно. Классические примеры этого метода — генерирование ди- хлоркарбена из хлороформа [23], хлоркарбена из хлористого метилепа [26] и ар ил карбенов, из бонз ил галогенидов [27]:
HCCU-p*OR scd3 —* ‘.ССЬ + СГ
СНгСК+RLi —► RH + LiCHCU —> : CHCl + LiCl
АгСНД + RLi —> RH + ArCHX —ArCH + UX
В качестве основания при синтезе дихлоркарбена часто применяют трет- бутилат калия, хотя существует и ряд других методик [28].
Структуру реакционноспособного интермедиата в реакциях «-элиминирования с использованием литийорганических соединений в качестве оснований точно сформулировать трудно. Кроме свободного карбена здесь возможны различные карбенаидные частицы, в том числе а-галогенлитнйорганические соединения, образующиеся при металлировании, а также в разной мере ассоциированные комплексы карбенов
СЬСЫСЬСЫС12С: + ИС1С12С: + ИС1с галогенидами лития [29]. В равновесной системе дихлор карбен — три- хлорметиллитий при —100 6С равновесие сильно смещено в сторону трихлорметиллнтия [30].
СЬСЫ
СЬСЫ
С12С: + ИС1
С12С: + ИС1
4- LiBr4- LiBr
4- LiBr
4- LiBr
Однако в реакции с алкенами, приводящей к образованию 1,1-дихлор- циклопропанов, ио-видимому, участвует только тССЬ, а не ChCLi, так как в этом случае зависимость реакционной способности от структуры алкена идентична наблюдающейся при использовании свободного :СС12, генерированного в газовой фазе [31].
Общий подход к проблеме дифференциации истинных карбенов от карбеноидов заключается в сравнении распределения продуктов реакции и их стереохимии при использовании нескольких методов образования карбенов, в том числе Н таких однозначных методов, как, например, разложение диазоалкатюв. В результате такого сравнения, например, был сделан вывод, что интермедиаты, образующиеся при взаимодействии а,а-дибромтолуола и бутиллития, являются не свободными карбенами, а лишь карбеноидными реагентами, в которых карбен связан с LiBr [32]. LiBr отщепляется только тогда, когда осуществляется реакция с субстратом:
РНСНВгг4-Bull —> PhCHBr
PhCHBr+
Дихлоркарбен может быть получен и декарбоксилированием трихлоруксусной кислоты [33] В сущности этот метод представляет собой иной путь получения промежуточного трихлорметил-аниона. Образование. этого карбаниона возможно также при обработке алкилтрихлор ацетатов алкоголят-ионами:
:саг + сш
Применимость этих методов ограничена полигалогенированными соединениями, так как индукционные эффекты трех атомов галогенов необходимы как для облегчения декарбоксилирования, так и для элиминирования карбаниона из тетраэдрического интермедиата, образующегося в процессе расщепления под действием алкоголята.
В основе использования ртутьорганических соединений для генерн- ровапия карбенов (пример 6 в табж 8,2) лежит механизм' «-элиминирования. Однако связь углерод—ртуть гораздо более ковалентна, чем связь С—Lj, поэтому ртутьсодержащце системы обычно стабильны при комнатной температуре и легко могут быть выделены. Прц нагревании в растворе с соответствующим алкеном они разлагаются до карбенов [34]:
РЬНд—С—Вг ч=± SCCb+PhHgBr
По-вндимому, разложение является обратимой мономолекулярной реакцией, на. скорость которой ио слишком сильно влияет природа алкена. Это наблюдение позволяет предположить образование свободного карбена из соответствующего предшественника [35]. Синтез разнообраз-
пых ртутьорганических соединений поставляет соединения, которые могут служить подходящими источниками замещенных карбенов. Например, карбены с карбметокси- и трифторметильной группами можно, получить из соответствующих ртутьорганических соединений [36]:
С1
PhHgCBr —V C1CCF3
CF3
PhHgCCl2COOCH8 CICCOOCHa
РЕАКЦИИ КАРБЕНОВ
РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ К АЛКЕНАМ И ДРУГИМНЕНАСЫЩЕННЫМ системам
Реакции присоединения к алкенам относятся к реакциям карбеновых интермедиатов, наиболее изученным как с точки зрения понимания механизмов реакций, так и в смысле синтетического применения. Обычно реакция карбена с алкеном приводит к циклопропану. Это справедливо как для синглетного, так и для триплетного состояний большинства карбенов:
_н R
Для триплетного \/
карбенаС=С +
Альтернативные электронные состояния обнаруживают характерную разницу в стереохимии реакции, Для синглетных карбенов наиболее вероятен одностадийный механизм. В результате конфигурация алкена сохраняется и в циклопропане. В случае триплетного карбена требуется участие промежуточного бирадикала, так как из четырех электронов, участвующих в изменениях связей, три имеют одинаковые спины и один —■ противоположный. Замыкание с образованием находящегося в основном состоянии циклопропана не может осуществиться до тех пор, пока один из этих электронов не подвергнется спиновой инверсии. Инверсия спина является более медленным процессом по сравнению с вращением относительно простых связей,; поэтому образующийся из триплетного карбена циклопропан не должен обязательно иметь ту же стереохимию, что и исходный олефин [5, 37]. Обычно циклопропаны, образующиеся из триплетных карбенов, представляют собой смеси двух возможных стереоизомеров.
Применение принципа контроля орбитальной симметрией к синхронному присоединению синглетного карбена позволяет предсказать, что реакция должна проходить через переходное состояние (3.) [38]:
Более симметричный пчцгол (структур а 4) приводит к переходному состоянию с более вьксы лт зпергисйд т. е, он «запрещен» по термянолопы принципа орбигальни,.; симметрии.
СтереоспсцифLiMi-MCTi.. присоединения карбенов широко используется при определении мультнплстности карбена, генерируемого в определенных условиях.. Стереоспецифичное присоединение, рассматривается как доказательство участия в нем синглетных частиц. Исчерпывающая интерпретация нгюю результата, т. е, образования смеси двух возможных изомеров, требует дополнительной информации. Отсутствие стереоспецифичности в щ)ной-то мере указывает на триплетный карбен, но допускает одновременное участие в реакции и синглетных частиц.
СХЕМА 8.1. СИНТЕЗ ЦИКЛОПРОПАНОВ РЕАКЦИЯМИ ПРИСОЕДИНЕНИЯКАРБЕНОВ К ОЛЕФИНАМ
Реакции межмолекулярного присоединения
(1) t-зв al(1) t-зв al'д + n2chc;ooc2hs'д + n2chc;ooc2hs■COOQH5 (58%)
(1) t-зв al
(1) t-зв al
'д + n2chc;ooc2hs
'д + n2chc;ooc2hs
соос,н=
+ N3CHCOOC,H6+ N3CHCOOC,H6(51 [38д](51 [38д]^3'Y^3 1(«j[38ej - « Н(.ы =C«.'.H -A' + PhHgCBr ->Н}С; Л ГН3 (5Й%)^3'Y^3 1(«j[38ej - « Н(.ы =C«.'.H -A' + PhHgCBr ->Н}С; Л ГН3 (5Й%)Гт) [38ж]Гт) [38ж]С1 Н,С СН3С1 Н,С СН3(79%)(79%)H^C
+ N3CHCOOC,H6
+ N3CHCOOC,H6
(51 [38д]
(51 [38д]
^3'Y^3 1
(«j[38ej - « Н(.ы =C«.'.H -A' + PhHgCBr ->Н}С; Л ГН3 (5Й%)
^3'Y^3 1
(«j[38ej - « Н(.ы =C«.'.H -A' + PhHgCBr ->Н}С; Л ГН3 (5Й%)
Гт) [38ж]
Гт) [38ж]
С1 Н,С СН3
С1 Н,С СН3
(79%)
(79%)
Продолжение схемы $
Внутримолекулярные реакции
Н3СХ ,Н о
(12) [ЗЗя]II~>
(СНэ)2С=СН(СНг)/ ^(CHsbCCHNa
Эти обобщения не применимы к реакциям в газовой фазе. Причина заключается в том, что наиболее простые процессы присоединения карбенов к алкенам сильно экзотермичны, так как при этом образуются две связи и ни одна не разрывается. Первоначально образующийся аддукт может обладать достаточно большой энергией, чтобы подвергаться изомеризации, приводящей к потере стереоспецифичности. В растворе избыток энергии очень быстро рассеивается в среде, и после образования продукта изменения стереохимии обычно* не происходит.
Наиболее важное синтетическое применение карбеновые интермедиаты находят в Синтезе циклопропанов. Большинство общих .методов генерирования карбенов (см. табл. 8,2) приводит к образованию цикло- проданов,-если карбен образуется в присутствии олефина. Ряд примеров
использования карбенов и карбеиоидных реагентов в синтезе циклопропанов дан на схеме 8.L
Очень эффективный способ превращения алкенов в циклопропаны путем переноса фрагмента (IL основан па мепольвов алий системы йодистый метилен — пара цинк — медь, обычно называемой реактивом Симмонса— Смита [39].. Предполагают, что активной частицей здесь является иодид иодчешлцинка, находящийся в равновесии с бис (подметил) цинком [40]
2ICH2ZnI ^ (ICHikZn + Znl2
Перенос метилена осуществляется от металлорганического соединения, он происходит стереоспецифнчцо и свободный СН2 не является интермедиатом. Показано также, что в молекулы с полярными заместителями, особенно1’с гидроксильными группами, фрагмент СН2 вводится с той стороны двойной связи, которая ближе к гидроксильной группе [41J, Это наводит пй мысль, что атакующий реагент может образовывать комплекс с гидроксильной группой до реакции по двойной углерод-углеродной связи. Стереонаправляющий аффект гидроксильной группы иллюстрируют примеры (8) и (11) на схеме 8.L
Некоторые карбены достаточно активны, чтобы присоединяться к ароматическим кольцам. Основным продуктом фотолиза диазометана в присутствии бензола является циклогСптатриеи [42]:
Аналогично реагируют замещенные диазоалканы, такие как дицианодиазометан [43] н лилдназмцстат [14]:
Присоединение карбена может также происходить внутримолекулярно: такие реакции служат важным методом синтеза некоторых сильно напряженных молекул (см. примеры 12—14 на схеме 84).
Д2, РЕАКЦИИ ВНЕДРЕНИЯ
Уникальной особенностью карбенов является способность участвовать в реакциях внедрения. Этот термин используется здесь как указание на одностадийный механизм процесса, в котором карбеновый углерод совершенно буквально внедряется в простую связь:
сн2
СНг + Н— CR3 —> IL-—CR3 —> И—СН2—CR3
Установить, что действительно прошла реакция внедрения, ле всегда легко. Возможен и другой путь, приводящий к тому же самому конечному продукту; он зйдшо-дежя отщеплении атома водорода триплетным карбеном, с последующей рекомбинацией фрагментов;
•CH? | И СР- - .- Щ' • CR. т—► CH—С?.
Межмолокулярные реакции внедрения карбенов в синтезе используются редко, так как большинство карбенов реагирует не селективно, со сравнимыми скоростями, со ще.мн типами связей С—Н, что приводит
СХЕМА 8,2, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ ВНЕДРЕНИЯ КАРБЕНОВ*СХЕМА 8,2, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ ВНЕДРЕНИЯ КАРБЕНОВ*(1)[46а](1)[46а]'(2)^SdJ'(2)^SdJCM—NNHsXbArCM—NNHsXbAr
СХЕМА 8,2, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ ВНЕДРЕНИЯ КАРБЕНОВ*
СХЕМА 8,2, ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕАКЦИИ ВНЕДРЕНИЯ КАРБЕНОВ*
(1)[46а]
(1)[46а]
'(2)^SdJ
'(2)^SdJ
CM—NNHsXbAr
CM—NNHsXbAr
к смеси продуктов, На-Яример, распределение продуктов внедрения в случае гептана почти точно соответствует рассчитанному из статистиче- скйх соображений [45]:
снэ
сн3к3|
СН3(СН2)еСНз "■ ► : СНз.(£Нг)6СНз 4-СН3СШ^
(38%)'(25%)
СН3
4- СНэСН$^Н(СНа)зСН34- (СН3СН2СН5)3СНСН3
(24%)(13%)
Некоторая селективность наблюдается для функционально наметенных < карбенов, но даже здесь она недостаточно высока, чтобы предотвратить образование смесей. Например, карбэтоксикарбен внедряется в третичные связи С—Н примерно в 3 раза быстрее, чем в первичные связи С—Н [46], В реакциях с соединениями, где возможно и Присоединение, и внедрение, доминирующим процессом обычно оказывается, присбедИ' некие. При фотолизе диазометана в присутствии бензола циклогепта- триен образуется в большем количестве, чем толуол [42]
4-CH?N3*-4-CH?N3*-(основной(минорныйкомпонент)компонент)(основной(минорныйкомпонент)компонент)
4-CH?N3*-
4-CH?N3*-
(основной(минорный
компонент)компонент)
(основной(минорный
компонент)компонент)
.Внутримолекулярные реакции внедрения гораздо более селективны, так как здесь определяющую роль в распределении продуктов реакции играет относительная: близость различных связей С—Н к карбеновому центру. Поэтому такие реакции находят синтетическое применение я особенно ценны при синтезе производных сильно напряженных циклических систем. Основным продуктом реакции алкилкарбенов часто оказывается 'циклопропан, образующийся за счет внутримолекулярного внедрения;
СН2
(CHa)2CHCH=NNHSO2Ar + NaOCH3 —> СНа—НССН2 + (СН3)3С=СН3
(37%)(63%)
Конкурирующий процесс в случае алифатических карбенов — их стабилизация за счет миграции водорода. Эту реакцию мы рассмотрим более детально в следующем разделе вместе с перегруппировками. Несколько примеров реакций внутримолекулярного внедрения, протекающих с достаточно высокими выходами, чтобы иметь синтетическое значение, приведено на схеме 8,2.
Ь 8.1.З.З. перегруппировки
Наиболее широко распространенная перегруппировка карбенов — миграция водорода с образованием алкенов. В случае алифатических и алициклических карбенов" этот тип стабилизации преобладает, за исключением большинства межмолекулярных реакций, и часто успешно конкурирует с внутримолекулярными реакциями внедрения. Например, карбен, образующийся при разложении тознлгидразбна 2-метилцикло- гексанона, дает преимущественно 1- и 3-метилциклогексены и только следовые количества продукта внутримолекулярного внедрения [47]:
.NNHSO-Af.NNHSO-AfNaOCHa 1ВО°С *NaOCHa 1ВО°С *(38%)($6 %) (следы)(38%)($6 %) (следы)
.NNHSO-Af
.NNHSO-Af
NaOCHa 1ВО°С *
NaOCHa 1ВО°С *
(38%)($6 %) (следы)
(38%)($6 %) (следы)
Карбены могут также стабилизоваться за счет миграции алкильной или арильной группы. Соединение (5) может служить примером системы, в которой наблюдается миграция фенильной группы, миграция метильной группы и внутримолекулярное внедрение [48]:
СН3СНзсн»
I ео =сI|
PhCCHN2 ► (CHa)2C=CHPh + Р11С=СНСНа + Ph—С СН3
снз^сй
5(30%)(9%)(41%)
Перегруппировки карбепоидных частиц в алкены е-успехом используют как метод превращения кето ио в в олефины. n-То л ил сульфонил гидразон кетона обрабатывают избытком алкиллитиевого реагента [49]:
NNHSOgAr< * .
чII2BuLi
х(СНз)зСССНз > (СНз)3ССН=СН2 (100%)
Для этой реакции был предложен механизм с участием литьевого производного диазоалкана: [50]:
NNHSO2Ar Li+ NNSO2Ar N=N‘ Li+
RCCH2R' > picHR'—* RC—CHR' —> RC=CHR' —►
Li '
—> RCH=CHR'
'277 ’
СХЕМА ВЛ. ПРЕВРАЩЕНИЕ КЕТОНОВ В ОЛЕФИНЫ ЧЕРЕЗ СУЛЬФОНИЛГИДРАЗОНЫСХЕМА ВЛ. ПРЕВРАЩЕНИЕ КЕТОНОВ В ОЛЕФИНЫ ЧЕРЕЗ СУЛЬФОНИЛГИДРАЗОНЫ
СХЕМА ВЛ. ПРЕВРАЩЕНИЕ КЕТОНОВ В ОЛЕФИНЫ ЧЕРЕЗ СУЛЬФОНИЛГИДРАЗОНЫ
СХЕМА ВЛ. ПРЕВРАЩЕНИЕ КЕТОНОВ В ОЛЕФИНЫ ЧЕРЕЗ СУЛЬФОНИЛГИДРАЗОНЫ
Некоторые примеры использования этой реакции в синтезе приведены на схеме 8.3.
Фенилкарбен подвергается перегруппировке в цкклу^ецтатрпенил- идеи в газовой фазе при температуре выше 250 °C:
С некоторыми деталями этой реакции Вы встретитесь прц решении задачи 8.10; в приведенных к этой задаче ссылках можно найти дополнительный материал, который слишком сложен, чтобы обсуждать его здесь.
Для определенных типов карбенов возможен особый способ стабилизации, присущий только им. Циклопропилидены раскрываются с образованием алленов:
PhPhR—НС CHRR—НС CHRRLi► RCH=C=CHR {См. [52]}RLi► RCH=C=CHR {См. [52]}
Ph
Ph
R—НС CHR
R—НС CHR
RLi
► RCH=C=CHR {См. [52]}
RLi
► RCH=C=CHR {См. [52]}
Для карбеновых центров, расположенных рядом с двойной связью (ви- нилкарбены), возможна циклизация в циклопропены [53], например [54]:
НзС^ /С2Н5/С2Н5
V^C—► СНз—сС^'{
BrSO2NHN=CHZ ' \СНЭV ХСН3
Оба этих процесса можно рассматривать как электроциклические реак- Цин, первая — с раскрытием никла, вторая — с замыканием:
8.2. НИТРЕНЫ
Азотистые аналоги карбенов называют нитренами. Как и в случае карбенов, для них возможны синглетное и триплетное электронные состояния. Триплетное состояние обычно является основным, но в реакции может быть вовлечена любая из этих двух частиц. Между (химией нитренов и химией карбенов есть много общего, но, разумеется, существуют и значительные различия.
Наиболее часто для генерирования нитренов применяют фотолиз или термолиз азидов:
Ц-Й^Ы^Д^Ц-Ы: + N3
Этот метод аналогичен образованию карбенов Из дназосоедицений. Ши- роко исследовано разложение азидов, у которых R— алкил [55], арил [56], ацил [57] илй сульфонил [58], Характерная для алкил нитренов реакция — миграция одного из заместителей к атому азота с образованием имина:
-Г. + Д ИЛИ Av
R3C—N-^N^* R2C=NR
H=s=H илы алкал
Межмолекулярные реакции внедрения и присоединения практически неизвестны для алкилнитренов. Фактически неясно, существуют ли нитрены как дискретные частицы. То, какой из заместителей: мигрирует при разложении алкилазидов, определяется, пб-видимому, конформацией азидной группы. Это наводит на мысль, что миграция начинается до того, как молекула азота полностью отделяется од зарождающегося нитренового цецтра [59], так как после элиминирования дзота все три потенциально способные к миграции группы становятся стереохимически эквивалентными.
В настоящее время химия арилнитренов не поддается простому систематическому описанию. По-видимому, ход реакций определяется в общих чертах превращениями, характерными для нитрена и его циклического азиринового изомера;
Преобладание тех или иных частиц зависит, вероятно, от природы заместителей в бензильном кольце. Однако арилнитрены участвуют в не-
которых внутримолекулярных реакциях, например в образовании карбазола из о-бифенилнитрена при фотолизе или термолизе [60]: ’
Пожалуй, «наилучшими по поведению» нитренами являются карбалк- оксинитрены [57]:л
оО
II Д или Av || ••RO—С—Ng *- RO—С—N :
Они способны к реакциям присоединения к алкенам и к реакциям внедрения в насыщенные системы. Присоединение осуществляется также и’ при взаимодействии с бензолом [61]:
Многие реакции карбэтоксинитрена были изучены детально. Например, суммированы и объяснены имеющиеся данные по стереоспецифичности и селективности этого нитрена в реакциях с различными типами угле" водородов [61]. Этот нитрен несколько более селективен, чем простые карбены: обнаруженная селективность выражается в примерном соотношении 1 : 10 ; 40 для реакций внедрения по первичному, вторичному к третичному положениям 2-метилбутапа. Связь между мультипл„етяостью нитрена и стереоспецифичностью присоединения к олефинам аналогична описанной для карбенов. Синглетный нитрен приводит к продуктам стереоспецифичного присоединения, тогда как триплетный — к продуктам нестереоспецифнчного присоединения. *
Хорошо известными соединениями являются ацилазиды. Их роль в термической перегруппировке Курииуса — реакции, которая явно не связана с нитренами,рассматривается в разд. 8.3.2. При фотохимическом разложении ацилазиды проявляют свойственную нитренам ре-: акционную способность. В частности, наблюдались внутримолекулярные реакции внедрения по связи-С—Н, хотя обычно с невысокими выходами [62]:
{См. 63]}{См. 63]}
{См. 63]}
{См. 63]}
Сульфонилнитрены образуются при термическом разложении суль- фонилазидов. С насыщенными углеводородами осуществляются реакции внедрения [64], Предполагают, что в реакциях с ароматическими кольцами первоначально происходит присоединение, но основным продуктом реакции являются сульфонила пил иды, которые возникают за счет раскрытия кольца в образующемся на стадии присоединения интермедиате, например [65]:
4- KSOgN:4- KSOgN:N—SOaRN—SOaR"NHS^r;"NHS^r;
4- KSOgN:
4- KSOgN:
N—SOaR
N—SOaR
"NHS^r;
"NHS^r;
ипиш;|ипиш;|Перегруппировки элекчтоподеФИНТЕРМЕДИАТОВ
ипиш;|
ипиш;|
Все реакции, сгруппированные в этом разделе, характеризуются скелетными перегруппировками. Некоторые из них обычно считаются синхронными и, следовательно, обходятся без стадии дискретного электронодефицитного интермедиата (ион карбения, карбен, нитрен-и т. д.). Наиболее важны реакции, в которых происходит миграция к углероду или азоту; они рассматриваются отдельно в следующих разделах.
МИГРАЦИЯ К УГЛЕРОДУ
При термическом или фотохимическом разложении диазокетоны дают продукты перегруппировки. Реакция известна как перегруппировки Вольфа. Она лежит в основе удобного метода получения гомологов карбоновых кислот, удлиненных на один атом углерода. Этот метод известен как реакция Арндта — Эйстерта [66]. ,
О
CHSNS IIЛН20
RCOOH —► RCOC1 :> RCCHNs > RCH=C=O ► RCH8COOH
Исследования механизма реакции были направлены на установление того, происходит ли миграция синхронно с отщеплением азота, или нет. Если это двухступенчатый процесс, он, вероятно, должен включать карбеновую реакцию. С этим связан спорный вопрос — не находится ли карбен, если он участвует в реакции, в равновесии со своим циклическим изомером — оксирепом:
О=С—CHRО=С—CHR(согласованный механизм)(согласованный механизм)
О=С—CHR
О=С—CHR
(согласованный механизм)
(согласованный механизм)
ОО„ ,_
II.. II. -
R—G—CH=N=N~^-R—C—СИ ■“> О—C=CHR (кароеновыи Механизм)
Из проведенных исследований можно сделать вывод, что в фотохимических реакциях карбен действительно генерируется, однако относительно термического процесса общего согласия нет. Существование равновесия между ацилкарбеном и оксиреном установлено в фотохимических реакциях [67]. Этот аспект механизма реакции был доказан с помощью изотопных меток:
О
IlAv..
СН3СССН3—*" (СНз)аСНСООН + (СН3)8СНСООН
* иН8О, диоксин
*N=NC
Распределение радиоактивной метки между двумя атомами углерода объясняется промежуточным образованием симметричного оксирена:
О
О=С=С(С1-1з)г *— СНз—С==С—СНз —► (CHg)gC=C=O
В случае карбенового интермедиата следовало бы ожидать образования продукта, меченного только по карбоксильной группе.
* В современной практике «термическая» реакция часто катализуется солями серебра. В этих условиях нет заметного кинетического изотопного эффекта по углероду, когда мигрирующий углерод — изотоп ИС [68]. Для синхронного процесса следовало бы ожидать проявления изотопного эффекта. Этот результат можно истолковать в пользу двустадийного механизма только в том случае,«если известно, что миграция составляет часть процесса, определяющего скоробть реакции. Исследования кинетики реакции и влияния заместителей как в присутствий серебряного катализатора, так и без пего, также были интерпретированы сточки зрения двустадийного механизма [69]. Однако эта прбблема полностью еще не исследована. Несмотря на этб реакция широко прй- меияется в синтезе (см. схему 8.4). Последние два примера в этой схеме иллюстрируют использование перегруппировки для сжатия кольца в циклических дйазокетонах. ■
сс-Галогенкетоны при обработке основаниями подвергаются скелетным перегруппировкам. Механизм их несколько бТличен от большинства других реакций, обсуждаемых в этом разделе. Однако происходящие при этом структурные изменения сходны с изменениями, обусловленными перегруппировкой сс-диазокетонов, поэтому эту реакцию удобно рассмотреть в данном разделе. Наиболее широко в качестве оснований используют алкоголят-иопы, при этом образуются эфиры:
ОХ. О CHzR
II | си3о- | I .
RCHiC—CHR ——СНзОС—CHR + X'
Если кетен имеет циклическое строение, то происходит сжатие цикла. Такое катализуемое основаниями превращение а-галогенкетонов в производные карбоновых кислот известно как реакция Фаворского [70]. Проведены обширные исследования механизма Этой реакции. Существуют убедительные доказательства того, что В ходе перегруппировки
в качестве интермедиатов образуются разомкнутая 1,3-биполярная форма цнклопропанона и (или) циклопропанов [71]:
охохоо
II I "OR" - Р I■ II *■ : + Л -
RCH2C—CHR' *=^ RCHC—CHR' —- RCHCCHR' -е-> ROHCCHR' —>
ССCOOR" ; COOR*
/ \ "OR" / \ ,II
—► RHC—CHR' * RHCCHR' —> RCHCHSR' + RCHiCHR'
Существует также родственный механизм, который может реализоваться при отсутствии подвижных «'-водородов; он известен под названием «семибензильной перегруппировки»:
О—* R"O—C—CHR'RО—* R"O—C—CHR'RоО'
О
—* R"O—C—CHR'
R
О
—* R"O—C—CHR'
R
IIR'O" I
RC—CHR' > RC—CHR'
1J I
XRO X
Суммарные изменения структуры одинаковы для обоих механизмов. Вероятно, энергетические требования циклопропанонового и семибензиль- ного механизмов довольно близки, так как о случаях участия семибензильного механизма сообщалось даже для соединений с атомами воден рода; способными к енолизацни [72]. Частью доказательства того, что обычно циклопропаноновый механизм реализуется предпочтительнее чем семибензильный, является доказательство участия в некоторых случаях симметричного интермедиата. Так, например, из изомерных хлоркето- нов (6) и (7) образуется один и тот же эфир (8) [71], причем было показано, что эти кетоны в условиях перегруппировки не способны к взаимопревращениям:
С1 оо
I~ОСНЭ т“ОСНзII
‘ PhCH—ССНз ,“> PhCH2CH2COOCH3 -*— PhCHgCCHzCl
687
Этот факт можно объяснить образованием общего интермедиата, например циклопропанона. В случае 2-хлорцнклогексанона существование симметричного интермедиата было доказано с помощью радиоактивного изотопа !4С [73]:
Вследствие реализации цйкдопропанонового механизма структур^ образующегося сложного эфира нельзя предсказать непосредственно на основе структуры реагирующего галогенкетона. Строение продукта реакции определяется направлением раскрытия цикла в промежуточном циклопронаноие. Следует ожидать, что преобладающим типом раскрытия крльца должно быть такое, при котором образуется более стабильный из двух возможных эфиров енолятбв. Вследствие этого наличие фенильного заместителя делает предпочтительным разрыв связи у замещенного атома углерода,‘тогда как алкильные заместители направляют раскрытие кольца к менее замещенному углероду [74]. Образование одного и того же эфира (8) из соединений (6) и (7) согласуется с направляющим действием фенильной группы, которое должно проявляться на стадии раскрытия цикла.
Обычные побочные продукты при перегруппировке Фаворского — а-алкоксикетоны. Как правило, эти продукты не образуются при пря-
мом замещении по механизму S^2, так как в нем, по-видимому, участвует симметричный интермедиат. Наиболее вероятным предшественником алкоксикетонов является енольная форма хлоркетона [75]:
О
О
RO"у ОНу ОНRO"||
RCH2CCHR'
ч=^ RCH—С/RCH— CZЧ=Ь RCHCCHsR'
1
X
'CHR'1^CHR'L
|XA
X
yHO+yOH
RCH—CZRCH—C^
^CHR'^CHR'
+
|roh1
О ORRO О
II 1 , - 1
rch2c—chr + rch—cch2r :
Известен ряд работ, посвященных исследованию стереохимии перегруппировки Фаворского. Хотя для некоторых соединений была обнаружена стереоселектпвность, все же обычным результатом является образование смеси стереоизомерных продуктов реакции; этого следовало бы ожидать, если бы в некоторый момент времени генерировался плоский енолятный и(или) биполярный интермедиат:
(|.'м.[76]},:(|.'м.[76]},:СХЕМА 8.5. ПЕРЕГРУППИРОВКИ а-ГАЛОГЕНКЕТОНОВ, КАТАЛИЗУЕМЫЕ ОСНОВАНИЯМИСХЕМА 8.5. ПЕРЕГРУППИРОВКИ а-ГАЛОГЕНКЕТОНОВ, КАТАЛИЗУЕМЫЕ ОСНОВАНИЯМИ(1) 176а](2) |76б](1) 176а](2) |76б]Вт ОI IIсн3о-(CHihCHCH-CCHtCH^ —1(СНз)2СН]2СНСООСНзВт ОI IIсн3о-(CHihCHCH-CCHtCH^ —1(СНз)2СН]2СНСООСНз(83%)(83%)(58—6141)(58—6141)/СМ(СН2)7 ^СООСН3 (90%)/СМ(СН2)7 ^СООСН3 (90%)(3)[7бв](3)[7бв]( 4) [76 г]( 4) [76 г](6S%)(6S%)
(|.'м.[76]},:
(|.'м.[76]},:
СХЕМА 8.5. ПЕРЕГРУППИРОВКИ а-ГАЛОГЕНКЕТОНОВ, КАТАЛИЗУЕМЫЕ ОСНОВАНИЯМИ
СХЕМА 8.5. ПЕРЕГРУППИРОВКИ а-ГАЛОГЕНКЕТОНОВ, КАТАЛИЗУЕМЫЕ ОСНОВАНИЯМИ
(1) 176а]
(2) |76б]
(1) 176а]
(2) |76б]
Вт О
I IIсн3о-
(CHihCHCH-CCHtCH^ —1(СНз)2СН]2СНСООСНз
Вт О
I IIсн3о-
(CHihCHCH-CCHtCH^ —1(СНз)2СН]2СНСООСНз
(83%)
(83%)
(58—6141)
(58—6141)
/СМ
(СН2)7 ^СООСН3 (90%)
/СМ
(СН2)7 ^СООСН3 (90%)
(3)[7бв]
(3)[7бв]
( 4) [76 г]
( 4) [76 г]
(6S%)
(6S%)
Реакция Фаворского используется для осуществления сжатия кольца при синтезе напряженных циклических систем (см. пример 4 в схеме 8.5). В случае а.а^дигалогенкетонов перегруппировка сопровождается дегидрогалогенированием с образованием а,р-ненасыщенных эфиров (см. пример 3 на схеме 8.5).
сс-Галоген сульфоны претерпевают аналогичную перегруппировку. Карбанион, образующийся при депротонировании, превращается в нестабильный тиирандиоксид [77]: г . ,
Оrch1ch2r' —>Оrch1ch2r' —>оII - ■ RCHSCHRоII - ■ RCHSCHR•R' —► RCH=CHR'•R' —► RCH=CHR'
О
rch1ch2r' —>
О
rch1ch2r' —>
о
II - ■ RCHSCHR
о
II - ■ RCHSCHR
•R' —► RCH=CHR'
•R' —► RCH=CHR'
Тиирандиоксиды разлагаются с элиминированием диоксида серы. Эту реакцию используют для синтеза некоторых типов олефинов, нанри-
8.3.2. МИГРАЦИЯ К АЗОТУ8.3.2. МИГРАЦИЯ К АЗОТУ
8.3.2. МИГРАЦИЯ К АЗОТУ
8.3.2. МИГРАЦИЯ К АЗОТУ
- Наиболее важными реакциями этого типа являются: перегруппировка Бекмана, при которой оксимы превращаются в амиды; группа реакций, в которых производные карбоновых кислот превращаются в амины с потерей карбонильного углерода, и реакция кетонов с азотисто- водородной кислотой с образованием амидов ^реакция Шмидта}.
Перегруппировка оксимов по Бекману — очень общая реакция, которая исследов'алась в течение длительного периода времени;
N—ОНО
RCR'—* RNHCR'
Протекание реакции могут стимулировать различные протонные и льюи- совы кислоты. В ранних исследованиях были установлены два важных аспекта стереохимии реакции, которые Проливают свет на ее механизм: Во-первых, мигрирует та группа, которая находится в ангм-положении к гидроксильной группе, так что в показанной выше структуре миграция J? более предпочтительна, чем миграция R'. Во-вторых, стереохимическая конфигурация мигрирующей группы сохраняется. Эти стереохимические особенности, объясняются гетеролитическим разрывом связи N—О с одновременной миграцией анти-расположенной группы:
о 'RIXH^R'о 'RIXH^R'
о '
RIXH^R'
о '
RIXH^R'
Реакция заканчивается-присоединением нуклеофила к образовавшемуся иону нитрилия и, в конце концов, гидролизом ш таутомерным превращением в стабильный амид [79, 80].
Перегруппировку могут вызывать самые разнообразные реагенты — в том числе серная, хлористоводородная и полифосфорная кислоты, пя- тихлористый фосфор, хлороксид фосфора, арилсульфонилгалогениды.
СХЕМА 6.6. ПЕРЕГРУППИРОВКИ ПО ИРКМАНУ
Их действие основано на превращении группы —ОН в более активную уходящую группу, что облегчает разрыв связи N—О. В определенных условиях со стадией перегруппировки конкурирует инверсия конфигурации оксимау Когда такая конкуренция возможна, образуется смесь амидов. Наименее вероятна изомеризация оксима с последующим .образованием смеси амидов при обработке оксима пятихлористым фосфором или сольволизе сложных эфиров оксимов и п-толуолсульфокислоты [81, 82]. При катализе йерегруппировки протонными кислотами более вероятно предварительное установление равновесия изомерных оксимов.
Если одна из групп, R или 1^', может образовать относительно стабильный карбениевый ион, то осуществляется иной вариант перегруппировки Бекмана. В этих условиях происходит фрагментация молекулы (подробнее эта реакция рассмотрена в разд. 8.4):
R< /)Х
V=NZR+ + R'—€=N + "OX -
Ряд примеров перегруппировки Бекмана показан на схеме 8.6^ Подробный обзор реакций, описанных до 1960 г,, опубликован в сборнике «Органические реакции» [79].
Реакция, идущая с перегруппировкой к электронодефицитному азотному центру1, — термическое разложение азидов кислот — известна как перегруппировка Курциуса. Первичный продукт реакции — изоцианат, который в зависимости от использованного в реакции растворителя выделяется или вступает в дальнейшие превращения:_
О
RC—N—N=N —> O=C=N—R + Ni
ЩО | ЕГОН
I ■ I.
Г О 1о
rnb2+co2 <— Lrnh—с—ohJRNH—С—or,!
Эту перегруппировку объединяет с перегруппировкой Бекмана сохранение стереохимической конфигурации мигрирующей группы. Обычно считают, что миграция происходит одновременно с отщеплением азота, так как реакций, свойственных нитреновым интермедиатам, не наблюдается [83]: "
RJR
— сУ:—*-O--C=N—R
о N=N о 'm=N
Температуры, при которых Начинается разложение ацил азидов, довольно низки, обычно около 100 °C [84]. Ацилазйды получают реакцией азида натрия с активными ацилирующими агентами или диазотированием гидразидов кислот. Особенно удобным вариантом является обра*
СХЕМА 8.7. РЕАКЦИИ КУРЦИУСА
(1) [85а](1) [85а]ОI!СНз(СНй)1(СС1ОI!СНз(СНй)1(СС1NaNgСбНб. 70 °CNaNgСбНб. 70 °CCH3(CH2)i0N=C=OCH3(CH2)i0N=C=O(2) [856](3) [85в](2) [856](3) [85в]СеНЕООС(СН2)4СббС8Н5СеНЕООС(СН2)4СббС8Н5—*• СГ HgNtCH^NHs ClHCl—*• СГ HgNtCH^NHs ClHCl1. EtOCCt2. NaN3 >■3. д4. H+, Н2О1. EtOCCt2. NaN3 >■3. д4. H+, Н2Ог. НцН.,г. НцН.,2,'С6Н63. нао,2,'С6Н63. нао,■СООН■СООН(4) [85г](4) [85г]■Ph■Ph(76-81%)(76-81%)(95%)(95%)15) [85Д]15) [85Д]СЦ2СН3С-СООНСЦ2СН3С-СООНtsoci2, и, с Ч.Н2СН3 „пиридин 3 V- „ 2.МаМэ, *NH2ксилол Рнtsoci2, и, с Ч.Н2СН3 „пиридин 3 V- „ 2.МаМэ, *NH2ксилол Рн
(1) [85а]
(1) [85а]
О
I!
СНз(СНй)1(СС1
О
I!
СНз(СНй)1(СС1
NaNg
СбНб. 70 °C
NaNg
СбНб. 70 °C
CH3(CH2)i0N=C=O
CH3(CH2)i0N=C=O
(2) [856]
(3) [85в]
(2) [856]
(3) [85в]
СеНЕООС(СН2)4СббС8Н5
СеНЕООС(СН2)4СббС8Н5
—*• СГ HgNtCH^NHs Cl
HCl
—*• СГ HgNtCH^NHs Cl
HCl
1. EtOCCt
2. NaN3 >■
3. д
4. H+, Н2О
1. EtOCCt
2. NaN3 >■
3. д
4. H+, Н2О
г. НцН.,
г. НцН.,
2,'С6Н6
3. нао,
2,'С6Н6
3. нао,
■СООН
■СООН
(4) [85г]
(4) [85г]
■Ph
■Ph
(76-81%)
(76-81%)
(95%)
(95%)
15) [85Д]
15) [85Д]
СЦ2СН3
С-СООН
СЦ2СН3
С-СООН
tsoci2, и, с Ч.Н2СН3 „пиридин 3 V- „ 2.МаМэ, *NH2
ксилол Рн
tsoci2, и, с Ч.Н2СН3 „пиридин 3 V- „ 2.МаМэ, *NH2
ксилол Рн
ОIIRCN3ОIIRCN3ботка карбоновой кислоты этилхдорформиатом, приводящая к смешанному ангидриду, который легко реагирует с азид-ионом [85]:
О
II
RCN3
О
II
RCN3
RCOOH >- RCOCOEt ’
Оо
[|NaNOg, Н+ ||
RCNHNHg —* RCNa
Некоторые примеры использования реакции Курциуса даны в схеме 8.7.
Другая реакция, которую иногда применяют для превращения карбоновых кислот в соответствующие амины с отщеплением диоксида углерода, — окисление амидов гипобромйтом. Возможно, что промежуточными продуктами этой реакции являются М-бромамиды [86]:
О вймн2О вймн2О нО нO=C-N—RO=C-N—Rо
О вймн2
О вймн2
О н
О н
O=C-N—R
O=C-N—R
^* RNH2 + СОг^* RNH2 + СОг+ "ОВг ^-RfJNHBr + “ОН
^* RNH2 + СОг
^* RNH2 + СОг
Эта реакция известна как перегруппировка Гофмана. Предполагают, что миграция происходит синхронно с элиминированием бромид-иона. * Она может использоваться для замещения карбоксильной группы на аминогруппу, что особенно ценно для синтеза некоторых ароматических аминов, например [87]:
Вг2. KQHВг2. KQH
Вг2. KQH
Вг2. KQH
Карбоновые кислоты и цх эфиры также можно превратить в амины с потерей карбонильной группы реакцией с азотистоводородиой кислотой HN3. Она известна как' реакция Шмидта [88]. В этом процессе, как и в реакции Курциуса, электроно дефицитный центр возникает в результате отщепления азота из азидной группы. Интермедиат образуется путем присоединения азотистоводородной кислоты к карбонильной группе. Мигрирующая группа сохраняет свою конфигурацию.
RО
Е"*. .4-Il H+ +
RCOOH + НЫ3 —*НО^С—N-^N=N^HOCNHR > RNH3 + СО3
ОН
Если реакцию Шмидта применяют к а,0-аенасыщеш1ым карбоновым кислотам, то продуктом перегруппировки оказывается енамин, который гидролизуется до соответствующего кетона (см. реакцию 3 на схеме 8.8).
Реакцией с азотистоводородной кислотой кетоны превращаются в амиды, и, следовательно, это другой метод осуществления такого же превращения, как и при перегруппировке Бекмана:
ООО
II НКа II
RCR' > RCNHR' + RNHCR
Факторы, определяющие возможность миграции того или иного радикала в кетоне не вполне ясны. Это является недостатком данного метода, так как не всегда удается предсказать состав смеси продуктов
СХЕМА 8.& РЕАКЦИИ ШМИДТА
(1) [ 88 а](1) [ 88 а]С карбоновыми кислотами и их эфирами NaNaС карбоновыми кислотами и их эфирами NaNaPhCHiCOOHPhCHiCOOH— ^ PhCH2NH2 пол и фос фор надкаслот4— ^ PhCH2NH2 пол и фос фор надкаслот4соонсоон(2) [886](2) [886](СНз)3С(СНз)3СС(СН3)3С(СН3)3(б?%)(б?%)(93 %)(93 %)H2SO4NaNsH2SO4NaNs
(1) [ 88 а]
(1) [ 88 а]
С карбоновыми кислотами и их эфирами NaNa
С карбоновыми кислотами и их эфирами NaNa
PhCHiCOOH
PhCHiCOOH
— ^ PhCH2NH2 пол и фос фор над
каслот4
— ^ PhCH2NH2 пол и фос фор над
каслот4
соон
соон
(2) [886]
(2) [886]
(СНз)3С
(СНз)3С
С(СН3)3
С(СН3)3
(б?%)
(б?%)
(93 %)
(93 %)
H2SO4
NaNs
H2SO4
NaNs
(3)[88в](3)[88в](CH ) у-СООСН3^“2 Аз/НзВ О4(CH ) у-СООСН3^“2 Аз/НзВ О4С—О (78%)С—О (78%)
(3)[88в]
(3)[88в]
(CH ) у-СООСН3
^“2 Аз/НзВ О4
(CH ) у-СООСН3
^“2 Аз/НзВ О4
С—О (78%)
С—О (78%)
С кетонамиС кетонами(4) [ ИИ г](4) [ ИИ г](5)[»ВД](5)[»ВД](30%)(30%)
С кетонами
С кетонами
(4) [ ИИ г]
(4) [ ИИ г]
(5)[»ВД]
(5)[»ВД]
(30%)
(30%)
для несимметричных кетонов. Как и в случае карбоновых кислот, ключевой интермедиат образуется за счет присоединения азотистоводородной кислоты к карбонильной группе. В некоторых случаях разложению может,предшествовать стадия дегидратации:
Н , RCRН , RCRонон.ОН н+‘^^ R-j-C^R'.ОН н+‘^^ R-j-C^R'оо—>R'CNHR—>R'CNHR'N—N=N'N—N=NtN=NtN=N
Н , RCR
Н , RCR
он
он
.ОН н+‘^
^ R-j-C^R'
.ОН н+‘^
^ R-j-C^R'
о
о
—>R'CNHR
—>R'CNHR
'N—N=N
'N—N=N
tN=N
tN=N
ииН2О
и
и
R—С—R■
I) +N-^=N
Если один из заместителей в кетоне способен к образованию стабильного карбениевого иона, то может осуществляться фрагментация до нитрила и карбениевого иона [89—91]:
N—N=NN—N=Nо
N—N=N
N—N=N
II , НЫ^ II , RaCCR *-R3CCR —> N=C—Rr + RaC
Некоторые примеры реакции Шмидта даны на схеме 8.8.
Ю Зак. 910
8Л РЕАКЦИИ ФРАГМЕНТАЦИИ
Термин «фрагментация»- присвоен реакциям, в которых углеродный скелет разрывается при возникновении дефицита электронов. Структурным признаком легкой осуществимости фрагментации является присутствие в р-положении к возникающему электронодефицитному центру атома углерода, который может легко принять характер, карбениевого иона:-t
'У^-С-^З^А-^-Х—>Y=C + С=А 4- X
- Этот тип реакций реализуется особенно- легко, когда в у-положении находится гетероатом, например азот или кислород, с неподеленной парой электронов, способствующий стабилизации нового карбениевого центра [92]. Фрагментация может проходить как синхронный процесс
" ' СХЕМА 8.9. РЕАКЦИИ ФРАГМЕНТАЦИИ
Сольволятическая фрагментация, промотируемаяСольволятическая фрагментация, промотируемая^У№-т)^У№-т)(2>(93j6](2>(93j6]г е т е р о ат о м а и иг е т е р о ат о м а и и6) (93 В] -6) (93 В] -ОНОН
Сольволятическая фрагментация, промотируемая
Сольволятическая фрагментация, промотируемая
^У№-т)
^У№-т)
(2>(93j6]
(2>(93j6]
г е т е р о ат о м а и и
г е т е р о ат о м а и и
6) (93 В] -
6) (93 В] -
ОН
ОН
Фрагментация нри перегруппи ровке Б.екмана
(4) 193г](4) 193г]CHaCHaGNCHaCHaGNС=СН,С=СН,СНзСНз<9з%)<9з%)- <5№ЗД]- <5№ЗД]L АС^О2 "ОНL АС^О2 "ОН(6) 193е](6) 193е]sochCHgOCHtCH^CNClsochCHgOCHtCH^CNCl
(4) 193г]
(4) 193г]
CHaCHaGN
CHaCHaGN
С=СН,
С=СН,
СНз
СНз
<9з%)
<9з%)
- <5№ЗД]
- <5№ЗД]
L АС^О
2 "ОН
L АС^О
2 "ОН
(6) 193е]
(6) 193е]
soch
CHgOCHtCH^CN
Cl
soch
CHgOCHtCH^CN
Cl
или ступенчато. Синхронный механизм характеризуется повышенными скоростями реакций, он требует геометрии молекул, обеспечивающей непрерывное перекрывание орбиталей, участвующих в процессе. Например, сольволиз 4-хлорпиперидина идет быстрее, чем сольволиз хлорциклогексана, и происходит с фрагментацией [93]:
В ряде случаев фрагментация происходит при перегруппировках по Бекману. Продукты, образующиеся в результате фрагментации,— карбениевый ион и нитрил:
X-i-C^C^N-rOY—^Х=С + RCsN + OY
Фрагментация весьма вероятна, если X —атом азота, кислорода или серы. Она может также осуществляться, когда один из заместителей в оксиме— третичная алкильная группа. Несколько примеров реакций фрагментации в условиях перегруппировки Бекмана даны на схеме 8.9,’ Процессы фрагментации могут иметь синтетическое значение как способ получения одного большого цикла из двух конденсированных (см., например, реакцию 3 на схеме 8.9), Было показано, что борорганические соединения подвергаются фрагментации, если 5-углеродный атом несет хорошую уходящую группу [94]. Промежуточно, вероятно, образуется тетраэдрический интермедиат — продукт присоединения гидроксил-аниона к бору:
85. НЕКОТОРЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ РЕАКЦИИ КАРБЕНИЕВЫХ ИОНОВ
В данном разделе не рассматриваются скелетные перегруппировки, которые сопровождают реакция замещения по механизму Syl, так как реакции этого типа обсуждались в гл. 5 кн. 1. В центре внимания будут реакции соединений со специфическими структурными особенностями, которые содействуют изменениям скелета.
Одна из таких реакций — катализуёмое кислотами превращение диолов в кетоны. Эту реакцию иногда называют пинаколоновой перегруппировкой [95]. Классический пример такой реакции — превращение 2,3-диметил бутан диола-2,3 (пинакола) * в метил-трет-бутилкетон (пина- колон) [96];
но онО
II н* II
(СН,)^—С(СН,)а >- СН3СС(СНа)з (67-72%)
Механизм реакции включает образование карбениевого иона с последующей миграцией заместителя, которой содействует электронодонорный эффект оставшейся гидроксильной группы:
R6*н* / \.
R2C—CR2 >• RCCRa —> RC—CR3 —> RCCR3 + H+
HO OHHO+О
В некоторых случаях реакция частично проходит через эпоксидный интермедиат [97]:
НО^
К2С— CR2 —> RaC—~CRa-^ RaC—CR2
^ ¥ : °
R,C—CRn —*RjCCR
В традиционных условиях проведения пинаколоновой перегруппировки гликоль обрабатывают сильной кислотой. При этом более легко ионизующаяся связь С—О генерирует карбениевый ион, в результате чего происходит миграция одной из групп от соседнего карбинольного фрагмента. Как стереохимические особенности, так и «склонность к миграции» могут быть факторами, определяющими степень участия в миграции двух неодинаковых групп.
Другой метод проведения той же самой суммарной перегруппировки включает синтез моносульфонатиого эфира гликоля. Эти соединения перегруппировываются под действием оснований:
к
R2C-CRa _в_н> RC~CR2R2C-CRa _в_н> RC~CR2;в- НО OSOaR\;в- НО OSOaR\fl /'I,’О (OSO2Rfl /'I,’О (OSO2RRCCR,II оRCCR,II о
R2C-CRa _в_н> RC~CR2
R2C-CRa _в_н> RC~CR2
;в- НО OSOaR\
;в- НО OSOaR\
fl /'I,
’О (OSO2R
fl /'I,
’О (OSO2R
RCCR,
II о
RCCR,
II о
Этот метод можно использовать для изменения направления перегруппировки по сравнению с направлением, ожидаемым для катализуемой кислотами реакции соответствующего гликоля. Например, в случае гликолей, содержащих один вторичный и один третичный гидроксил, предпочтительнее сульфонируется вторичная группа. Наоборот, в условиях кислотного катализа легче ионизуется третичный гидроксил. Этот метод имеет некоторое значение для перегруппировок циклических систем, особенно при синтезе терпенов (см. примеры 4 и 5 на схеме 8.10).-
Аминометилкарбинолы при обработке азотистой кислотой превращаются в кетоны:'
ононгон о
HONO I +*1+ JI
R3CCH2NH2>Р2ССНа№К^-РСуСН2^-КССНгК
R
/ОН ^СН^Нг/ОН ^СН^НгЭта реакция используется для получения кетонов с расширением цикла и известна под названием реакции Тиффено— Демьянова [98]:
/ОН ^СН^Нг
/ОН ^СН^Нг
H0NO /
►■ Г J (СмЛ99П
<61%)
Процесс диазотирования приводит к тому же типу р-гидроксикарбение- вого иона, что и при пинаколоновой перегруппировке. Давно известный
СХЕМА 8,10* НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ ПИНАКОЛОНОВЫХ ПЕРЕГРУППИРОВОК
44)[97г]44)[97г](5) [э7д](5) [э7д]метод получения требуемых аминометилкарбинолов заключается в образовании циангидрина с последующим восстановлением;метод получения требуемых аминометилкарбинолов заключается в образовании циангидрина с последующим восстановлением;ООНО CN НО CH2NH2НО CN НО CH2NH2Триметилсилилцианиды реагируют с кетонами с образованием триметилсилильных эфиров циангидринов. Эти соединения можно непосредственно восстанавливать до аминометилкарбинолов с помощью алю- могидрида лития [100]:Триметилсилилцианиды реагируют с кетонами с образованием триметилсилильных эфиров циангидринов. Эти соединения можно непосредственно восстанавливать до аминометилкарбинолов с помощью алю- могидрида лития [100]:ООXZnl2rl+(CH,hSiCN >XZnl2rl+(CH,hSiCN >NC OSi(CHa)3OH CH2NH2LIAIHtNC OSi(CHa)3OH CH2NH2LIAIHt
44)[97г]
44)[97г]
(5) [э7д]
(5) [э7д]
метод получения требуемых аминометилкарбинолов заключается в образовании циангидрина с последующим восстановлением;
метод получения требуемых аминометилкарбинолов заключается в образовании циангидрина с последующим восстановлением;
О
О
НО CN НО CH2NH2
НО CN НО CH2NH2
Триметилсилилцианиды реагируют с кетонами с образованием триметилсилильных эфиров циангидринов. Эти соединения можно непосредственно восстанавливать до аминометилкарбинолов с помощью алю- могидрида лития [100]:
Триметилсилилцианиды реагируют с кетонами с образованием триметилсилильных эфиров циангидринов. Эти соединения можно непосредственно восстанавливать до аминометилкарбинолов с помощью алю- могидрида лития [100]:
О
О
XZnl2
rl+(CH,hSiCN >
XZnl2
rl+(CH,hSiCN >
NC OSi(CHa)3OH CH2NH2
LIAIHt
NC OSi(CHa)3OH CH2NH2
LIAIHt
Другой метод синтеза аминометилциклоалканолов заключается в восстановлении аддуктов нитрометана с циклическими кетонами [101]:
ООHO CH2NO2H2f№HO CH2NO2H2f№но ch2nh.но ch2nh.
О
О
HO CH2NO2
H2f№
HO CH2NO2
H2f№
но ch2nh.
но ch2nh.
Диазотирование аминометилциклоалканов также может привести к расширению цикла, но из-за отсутствия гидроксильной группы, содействующей перегруппировке, реакция гораздо менее специфична. Обычно получают смеси алкенов и спиртов, как перегруппированных, так и не- пёрегруппированных, поэтому реакцию редко применяют в синтезе [98].
Реакции кетонов с диазоалканами иногда приводят к продуктам с расширенными циклами с синтетически приемлемыми выходами [102]. Реакция осуществляется присоединением диазоалкана с последующим элиминированием азота и миграцией;
В протонных растворителях, реакция протекает по существу через тот же самый интермедиат, который участвует в реакций Тиффено— Демьянова. Так как продуктом реакции является также кетон, то последующее присоединение диазометана может привести к высшим гомологам. Наи- лучщие выходы получают тогда, когда исходный кетон более активен, чем продукт реакции, поэтому реакция идет хорошо в случае напряженных кетонов. Можно использовать также и гомологи диазометана [103]. Было обнаружено,: что реакция ускоряется спиртовыми растворителями. Вероятно, этот эффект обусловлен тем, что гидроксильная группа ведет себя как донор протонов, что облегчает стадию присоединения [104].
■ Н-^О—R
^°”
S~C^:CH2N2 -*R-C-CH2N=NкR
Побочные продукты, иногда образующиеся в этих реакциях — оксираны, получающиеся в результате присоединения фрагмента СН2 к карбонильной группе:
С—-СН- 4- Х2 + и+ 'RС—-СН- 4- Х2 + и+ 'R
С—-СН- 4- Х2 + и+ '
R
С—-СН- 4- Х2 + и+ '
R
Внутримолекулярные реакции "между диазогруппами и карбонильными центрами можно использовать для созданид бициклических систем, например [105]:
? Иногда эффективным методом синтеза циклических соединений является обработка полиолефинов протонными или льюисовыми кислотами. Реакция протекает путем электрофильной атаки; прй этом необходимо, чтобы олефиновый фрагмент, который должен участвовать в циклизации, был расположен подходящим для этого образом. Например, соединение (9) количественно превращается в (10) при обработке
муравьиной кислотой. Реакция начинается с протонировання л ионизации аллильной спиртовой группы, например [106]:
Полиолефины с более длинной цепью могут циклизоваться в полициклические системы (в приведенном ниже примере [Ю7] продукт* реакции является смесью четырех изомерных диенов; возможные положения второй двойной связи обозначены пунктирными линиями)^
Обычно такие реакции высркостереоселективны, их стереохимиче* ский результат может быть предсказан на основе конформаций реагентов [108]. Стереохимию продуктов циклизации в декалиновом ряду можно предсказать, предполагая, что образующееся циклогексановое кольцо имеет конформацию кресла. Стереохимия сочленения колец соответствует ожидаемой при одтн-атаке по участвующей в реакции двойной связи (или связей):
Чтобы реакция имела серьезное синтетическое значение, генерирование катионного участка, с которого начинается циклизация, должно происходить в мягких условиях. Из числа известных в настоящее время систем наиболее реакционноспособны аллильные спирты, которые легко циклизуются в кислой среде. Муравьиная кислота и льюисовы кислоты, например хлорид олова, оказались эффективными реагентами для циклизации полиолефиновых аллильных спиртов. Ацетали образуют в кислых растворах а-алкоксикарбениевые ионы и могут инициировать цик*
лизацию соответствующих полиолефиновых систем [109] (пунктирными линиями показаны возможные положения двойной связи в образующейся смеси изомеров) ;
Другой важный метод образования требуемого электрофильного участка — канализуемое кислотами раскрытие эпоксидных колец [НО].
Так как непосредственным продуктом стадии циклизации является карбепиевый ион, часто оказывается, что продукт реакции состоит из смеси родственных соединений, образующихся из одного и того же кар- бениевого иона. Обычно смесь состоит из продуктов захвата карбение- вого иона нуклеофильным растворителем и алкенов, образующихся при элиминировании протона. ’ ,
Циклизация полиолефинов имеет существенное значение в синтезе полициклических продуктов терпенового ряда. Вероятно, эти синтезы напоминают те процессы, с помощью которых полициклические соединения конструируются из линейных полиолефинов в природе. Наиболее эффектным примером биологического синтеза полициклического скелета из ациклических промежуточных соединений может служить превращение скваленоксида в стероид ланостерол (ланостерин) и далее в другие стероиды:
Некоторые примеры лабораторных синтезов, включающих циклизацию полиолефинов, приведены на схеме 8.11.
СХЕМА 811 РЕАКЦИИ ЦИКЛИЗАЦИИ ПОЛИОЛЕФИНОВ
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
S, Р. McManus (ed.), Organic Reactive Intermediates, Academic Press. New York, NY# 1973.
КАРБЕНЫ
M. Jones, Jr., R. A. Moss, Carbenes, John Wiley a. Sons, New York, NY, 1973.
D, Bethell, Prog. Phys. Org. Chem. 7, 153 (1958).
IP. Kirmse, Carbene Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1971 [5. Кирмсе. Химия карбенов. Пер. с англ./Под ред. Д. Н, Курсанова. М., <Мир», 1966. 324 с.].
НИТРЕНЫ,
Ж Lwawskl (ed.), Nitrenes, Interscience, New York, NY, 1970.
R. A. Abramov itch. E. P. Kyba, in: The Chemistry of the Azido Group, S. Patai (ed.). Interscience, New York, NY, 1971, pp. 331—395.*
G. L'Abbe, Chem. Rev. 69, 345 (1969).
ПЕРЕГРУППИРОВКИ
P. de Mayo (ed.), Molecular Rearrangements, V. 1,2, Interscience, New York, NY, 1963.
B. S. Thyagarajan (ed.), Mechanisms of Molecular Migrations, V. 1—4, Wiley-Interscien- ce, New York, NY, 1968—J97I.
D. Redmore, C. D. Gutsche, Adv. Alicyclic Chem. 3, 1 (1971).
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
J. F. Harrison, Асе. Chem. Res^ 7, 378 (1974).
R. Gleiter, R. Hoffmann, J. Am. Chem. Soc. 90, 5457 (1968).
F; X. Powell, D. R. Ude, J. Chem. Phys. 45, 1067 (1966).
L. Andrews J. Chem. Phys. 48, 979 (1968); U Andrews, T. G. Carver, J. Ghent Phys. 49, 896 (1968).
P. S. Shell, А. У. Garner, J. Ant Chem. Soc. 78, 5430 (1956).
D. Seyferth, L Y.-P.'Mui, R. Damrauer, J. Am. Chem. Soc. 90, 6182 (1968).
R. A. Moss, in: Carbenes, M. Jones, Jr., R. A. Moss (eds.), John Wiley a. Sons, New York, NY, 1973, pp. 153—304.
D. M. Lemal, E. P. Gosselink, S. D, McGregor. J. Am. Chem. Soc. 88, 582 (1966).
Ж M. Jones, Al. E. Stowe, E. E. Wells, Jr^ E. W. Lester, J. Am. Chem. Soc., 90, 1849 (1968).
L. W. Christensen, E. E.Waall, Ж At. Iones, J. Am. Chem. Soc. 94, 2118 (1972), №. Ж j. Baron, Af. R. DeCamp, M. E. Hendrick, M, Jones, Jr., R. H. Levin. M. B.Sokn, in; Carbenes M. Jones, Jr., R. A. Moss (eds.), John Wiley a. Sons, New'York, NY, 1973, pp. 1—151.
W. R. Bamford, T. S. Stevens, J. Chem. Soc. 4735 (1952).
10a H. Af. Frey’Adv. Photochem. 4, 225 (1966),
10г. G. W. Griffin, N, R. Bertoniere, in; Carbenes, M. Jones, Jr., R. A. Moss (eds.), John Wiley a. Sons, New York, NY, 1973, pp. 318—332.
IDd. Ж Kirm.se Carbene Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1971, pp. $6—109, 129—149. '
lOe. D. Seyforth, Acc. Chern. Res. 5, 65. (1972).
Al. Neeman, W. S. Johnson, Org. Synth. V, 245 (1973).
F. Arndt, Org- Synth. Il, 165 (1943) [СОП, 2, 174 (1949)].
Th. J, de Boer, H. J. Backer, Org, Synth. IV, 250 (1963) ГСОП, 12, 24 (1964)].
J. A. Moore D. E. Reed, Org. Synth. V, 351 (1973) (СОП, 8, 7 (1958)].
Ж. Af„ Jones, D. L. Muck, T. K. Tandy, Jr., J. Am. Chem. Soc. 88, 68 (1966); Ж Al. Jones D, L. Muck, J. Am. Chem. Soc. 88, 3798 (1966); R. A. Moss, J. Org. Chem. 31, 1082 (1966).
L. 1. Smith, K. L. Howard, Org. Synth, til, 351 (1955) [СОП, 3, 232 (1952)].
C. S. Elliott, H. Al. Frey, Trans. Faraday Soc. 64, 2352 (1968); C. D. Gutsche, G. L Bachman, R. S. Coffey, Tetrahedron 18, 617 (1962).
W, R. Moser, J. Am. Chem. Soc. 91,1135, lUl (1969),
G. M. Kaufman, j. A. Smith, G, G. Van der Stouw, H. Schechter, J. Am. Chem? Soc. 87, 935 (1965).
J. H. Bayless, L. Friedman, F. B. Cook, H. Schechter, J. Am. Chem. Soc. 90, 531 (1968).. ,
E. Schmitz, Dreiringe mit Zwei Heteroatomen, Springer-Verlag, Berlin, 1967, pp. 111-121.
R. S. Becker R. O. Bost, J. Kolc, N. R, Bertoniere, R. L. Smith, G. Ж. Griffin, J. Am. Chem. Soc. 92, 1302 (1970).
T. Do-Minh, A. M; Trozzolo, G. Ж. Griffin. J. Am. Chem. Soc. 92, 1402 (1970).
G. W. Griffin, N. R. Bertoniere, in-. Carbenes, V. 1, M. Jones, Jr., R. A. Moss (eds,), John Wiley a. Sons, New York, NY, 1973, pp. 305—318.
J. Hine J. Am. Chem. Soc. 72, 2438 (1950); J. Hine, A. At. Dowell, Jr., J. Am. Chem. Soc. 76, 2688 (1954).. .*
G. Kobrich, H. Trapp, K. Flory, W- Drischel, Chem. Ber. 99, 689 (1966); G. Kdb- rich, H. R. Merkle, Chem. Ber. 99, 1782 (1966).
G, L. Class. L. E. Cioss, J. Am. Chem. Soc. 82, 5723 (1960).
W. von E. Doering/А. К. Hoffmann, J. Am. Chem. Soc. 76, 6162 (1954).
G. Kobrich, Angew. Chem. Int Ed. Engl. 6, 41 (1967).
Ж T. Miller, Jr., D. M. Whalen. J. Am. Chem. Soc. 86, 2089 (1964); D. F. Hoeg, 0. 5. Lusk A. L. Crumbliss, J. Am. Chem. Soc. 87, 4147 (1965).
P. S. Skeli, At. S. Cholod, J. Am. Chem. Soc. 91 6035, 7131 (1969); J. Ara. Chem, Soc. 92, 3522 (1970).-
G. L. Class, R. A. Moss, J. Am. Chem. Soc. 88, 4042 (1964).
ж. E. Farham, E. E.Schweizer, Org. React- 13, 55 (1963) [СОП, 13, 66 (1966)].
D. Seyeferth, J. At. Burliich, R. j. Minasz. I. Y.-P. Mui, H. D. Simmons, Ir4 A. J. H. Treiber, S. R Dowd, I. Am. Chem. Soc, 87, 4259 (1965).
D. Seyferth, J. Y.-P. Mui, J. At. Btirlitch, J. Am. Chem. Soc. 89, 49Й (1967).
D. Seyferth, D, C. Mueller, R. L. Lambert, Jr., J. Am. Chem. Soc. 91, 1562 (1969),
P. S. Shell, R. C. Woodworth, J. Am. Chem Soc. 78, 4496 (1956).
R. Noffmann, J. Am. Chem. Soc. 90, 1475 (1968); R. Hoffmann, D. M. Hayes, P. S. Shell, J. Phys. Chem. 76, 664 (1972).
38a. R. R. Sauers, P. E. Sonnett, Tetrahedron 20, 1029 (1964) .
R. G. Salomon, J. K- Kochi, J. Am. Chem. Soc. 95, 3300 (1973).
G. L. Class, R. A, Afoss. J. Am. Chem. Soc. 86, 4042. (1964).
38a. D. F. Hoeg, D. L. Lush, A. L, Crumbliss. j. Am. Chem. Soc. 87, 4147 (1965).
D- Seyeferth. D. C. Mueller, R. L. Lambert, Jr., J. Am, Chem. Soc. 91, 1562 £1969), 38e. D, Seyferth! D, C, Muellerx J, Am. Chem, Soc, 93, 3714 £1971],.
38ж. L. A. Paquette, S. E. Wilson, R. P, Henzel, G. R. Allen, It., J. Am. Chem Sot, 94, 7761 (1972).
З. Winstein, A Sonnenberg, J.<Am. Chem. Soc. 83, 3235 (1861)'.
38u. R. 7. Rawson, I. T. Harrison, J. Org. Chem. 35, 2057 (1970).
38k. Л Nishimura, A'. Kawabata, I. Furukawa, Tetrahedron 25, 2647 (1969).
38л. J. H.-H. Chan, 8. Rickborn, J. Am. Chem. Soc. 90, 6406 (1968).
И. U. T. Bhulerno, J. L Piattner, H. Rapoport, J. Am. Chem. Soc.. 92, 3429 (1970). 38m W. von E. Doering. Af. Pomerantz, Tetrahedron Lett., 961 (1964).
38o. В, M. Trost, R. Al. Cory J. Am. Chem. Soc. 93, 5572 (1971).
H, E. Simmons, R. D. Smith, J, Am. Chem. Soc. 80, 5323 (1958); 81, 4256 (1959); H. Ё. Simmons, T. L. Cairns, S. A. Vladuchick, С. M. Hotness, Org. React. 20, 1 (1973).
E. P. Blanchard, H. Ё. Simmons, J. Am. Chem. Soc. 86, 1337 (1964): H E. Simmons, E. P. Blanchard, R. D. Smith, J. Am. Chem. Soc. 86, 1347 (1964).
./, H,-H-Chan, B. Rickborn,, J. Am. Chem. Soc. 90, 6406 (1968); J. A. Staroscik, B. Rickborn, J. Org. Chem, 37, 738 (1972).
G. A. Russell, D. G. Hendry, J. Org. Chem. 28, 1933 (1963),
i 43. E. Ciganek, I. Am. Chem. Soc. 89, 1454 (1967).
L E. Baldwin, R. A. Smith, J, Am. Chem. Soc. 89, 1886 (1967).
D. B. Richardson, Al. C. Simmons, J. Daoreizky, J. Am. Chem. Soc. 83, 1934 (19^1).* . :
IF. von. E. Doering, L. H. Knox, J. Am. Chem. Soc. S3, 1989 (1961).
46a: R. H. Shapiro, J. H. Duncan, 1. C. Ciopion, J. Am; Chem. Soc. 89, 1442 (1967).
IF. Kirmse, G. Wachterschauser, Tetrahedron 22, 63 (1966).
46e. 7. Sasaki, S. Eguchi, I. Kiriyama,'!. Am. Chem.. Soc. 91, 212 (1969).
46е^У. R. Ghatak, S. Chakrabarty, J. Am. Chem- Soc. 94, 4756 (1972).
E A. Paquette, S. E. Bilson, R. P. Henzel, G. R. Allen, Jr., J. Am, Chem. Soc. 94, 7761 (1972).r
/. W. Wilt, W. I. Wagner, J. Org. Chem. 29, 2788 (1964).
H- Philip, J. Keating, Tetrahedron Lett., 523 (1961).
G. Kaufman, F. Cook, H. Shechier, J. Bayless, L. Friedmiin, J, Am. Chem. Soc. 89, 5736 (1967).
R. H. Shapiro, AI. 7. Heath, J. Am. Chem. Soc. 89, 5734 (1967) ."
50a, H. E. Zimmerinan, G. A. EpUng, J, Am. Chem. Soc. 94, 8749 (1972).
W. L. Scott, D- A. Evans, J. Am. Chem. Soc. 94, 4779 (1972).:
50e. IF. G. Dauben, AI. E. Lorber, N. D. Vietmeyer, R. H. Shapiro, J. H. Duncdri, K. Tomer, J. Am. Chem. Soc, 90, 4762 (1968).
50г. L E. Baldwin, M. S. Kaplan, J. Am. Chem. Soc. 94, 668 (1972).
IF. M. Iones, I. IF. Wilson, Jr.. F. B. Tutwiler, J. Am. Chem. Soc. 85, 3309 (1963).
IF. R. Moore, H. R. Ward, J. Org. Chem. 25, 2073 (1960).
G. L Class, L, E. Class, IF. A. Boil, J. Am. Chem. Soc. 85, 3796 (1963).
E. I. York, w. Dittrhar, J. R. Stevenson, R. G, Bergman, J. Am, Chem. Soc. 95, 5680 (1973).
F. D. Lewis, IF. H. Saunders, Jr., in: Nitrenes, W. Lwowski (ed.), letrescienee, New I York, NY, 1970, pp. 47—98.
P. A. S. Smith, in; Nitrenes,. W. Lwowski (ed.), Interscience, New York, NY, 1970,- pp. 99- 162
W. Lwowski, in: Nitrenes, W- Lwowski (ed.), Interscience, New York, NY, 1970, pp. 185—224.
D. S. Breslow, in: Nitrenes, W. Lwowski (ed,), Interscienee, New York, NY, 1970, pp. 245—303; R. A. Abramovltch, R. G. Sutherland, Fortschr. Chem. Forsch. 16, 1 (-1970),
R. M. Moriarty, R. C. Reardon, Tetrahedron 26, 1379 (1970); R. A. Abramovitch, E. P. Kyba, I. Am. Chem. Soc. 93, 1537 (1971); R. M. Moriarty, P. Serrldge, J. Am. Chem. Soc. 93, 1534 (1971).
P. A. S. Smith, В. B. Brown, J. Am. Chem. Soc. 73, 2435, 2438 (1951); J. S. Swen- Ion, T. J. Ikeler, В. H. Williams, J. Am. Chem. Soc. 92, 3103 (1970).
IF. Lwowski, Angew. Chem. Int. Ed, Eng), 6, 897 (1967)..
О. Ё. Edwards, in: Nitrenes, W. Lwowski (ed ), Interscience, New Ydr, NY, 1970, pp. 225—243.
L Brown, О. E. Edwards, Can. J. Chem. 45, 2599 (1967).
D. S.Breslow AL F. Sloan, N. R. Newburg, IF. B. Renfrow, J. Am. Chem. Soc. 91, 2273 (1969).
R. A. Abramovltch, G. N. Knaus, V. Uma, J. Qrg. Chem. 39, 1101 (1974).
W. E. Bachman, W. S. Struve, Org. React, 1, 38 (1942) [OP, 1, 53 (1948); Л. Л. Родина, И. К Коробицина, .Усп, химии, 36, 611 (1967)].
S. A. MatTm, р. G. Satnmes, j, Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 2623 (1972); /, Fenwick, G. Fra.ter, K- Ogi, 0. P. Strausz, J. Am. Chem. Soc. 95, 124 (1973).
У. Yukawa. T, Ibata, Bull. Chem. Soc. Jpn. 42, 802 (1969).
У. Yukawa, Y. Tsuno, T. Ibata, Bull Chem. Soc. Jpn6 40, 2613, 2618 (1967); IF. la- gelt, D. Schmidt, Tetrahedron 25, 969 (1969).
69a. AL S. Newman, P. F. Beal, III, J. Am. Chem; Soc. 72, 5163 (1956),
695. V. Lee, AL S. Newman, Org. Synth. SO, 77 (1970).
69s. E. D. Bergmann, E. Hoffmann, J, Org. Chern. 26, 3555 (1961).
69e.ZC B. Wiberg, B. A. Hess, Jr., J. Org. Chern. 31, 2250 (1966).
69d. Л Meinwald, P. G. Gass man, J. Am. Chem. Soc. 82, 2857 (I960).
A. S, Kende, Org. React. 11, 261 (I960); А. А. Ахрем, T. К. Устынюк, Ю. А. Титов, Усп, химии, 39, 1560 (1970)..
7£ F, G. Bardwell, R. G. Scamehorn, W, R. Springer, J. Am. Chem. Soc.‘91, 2087 (1909); F. G. Bardwell, J, G. Strong, J. Org: Chem. 38, 579 (1973).
E. W. Warnoff, С. M Wong, W. T. Tai, J. Am. Chem. Soc. 90, 514 (1968).
P. B. Loftfield, J. Am. Chem. Soc. 73, 4707 (1951).
.. 74. C. Rappe, L. Knuisson, N, J. Turro, R. B, Gagosian, J. Am. Chem. Soc. 92, 2032 (1970).
F. G. Bardwell, M. W, Carlson, J, Am. Chem. Soc. 92, 3377 (1970).
H. 0. House, F, A. Richey, Jr., J. Org. Chem, 32, 2151 (1967).
76a. S. Sard, Al. S. Newman, J. Am. Chem. Soc. 78, 416 (1956).
766. D. W. Goheen, W. R. Vaughan, Org. Synth. IV, 594 (1963) ’[СОП 11, 42 (1961)].
76в. E. W. Garbisch, Jr., J. Wohllebe, J. Org. Chem. 33, 2157 (1968).
76г. R, J. Stedman, L. S. Miller, L D. Davis, I. R. E. Hoover, J. Org. Chem. 35, 4169
.•,
L. A. Paquette, Acc. Chem. Res. I, 209 (1968); L. A. Paquette, kit Mechanisms of Molecular Migrations, V. 1, B. S. Thyagarajan (ed‘), Wiley-Interscience, New York, NY, 1968, Chap. 3.
L, A. Paquette, J. C. Philips, R. E. Wingard, Jr., J. Am. Chem. Soc. 93, 4516 (1971).
79; /. G. Donaruma, IF. Z. Heidi, Org. React. 11, 1 (1960) [OP, 11, 7 (1965)]; P. A S. Smith, Open Chain Nitrogen Compounds, V. II, W. A, Benjamin, New York, NY, 1966, pp. 47—54.
P. A. S. Smith, in: Molecular Rearrangements, V. I, P- de Mayo (ed.), Interscience, New York, NY, 1963, pp. 483—507.
R. F. Brown, N. M, van Gulick, G. H. Schmid, J. Am. Chem. Soc. 77, 1094 (1955).
Z. C. Craig, A. R. Naik, J. Am. Chem. Soc. 84, 3410 (1962).
82a. R. F. Brown, N. AI. van Gulick, G. H. Schmid, J. Am. Chem. Soc, 77, 1094 (1955).
G. Hildebrand, Jr^ M. T, Bogert J. Am. Chem. Soc. 58, 650 (1936).
82e_R. K. HUI, О. T. Chortyk, J. Am. Chem. Soc. 84, 1064 (1962).
82г. R. A. Barnes, AI. T. Beachem,J. Am. Chem. Soc. 77, 5388 (1955).,
S. Linke, G. T. Tisue, W. Lwowski; J. Am. Chem, Soc. 89, 6308 (1967).
P. A. S. Smith, Org. React. 3, 337 (1946) [OP, 3, 322 (1951)]; p. A. S. Smith, Open Chain Nitrogen Compounds, V. 2, W. A. Benjamin, New York, NY, 1966, pp. 219—221.- :—
Z. Weinstock, J. Org. Chem. 26, 3511 (1961).
85a. C. F. H. Allen, A. Bell, Org. Synth, Ш, 846 (1955) [СОП, 3, 432 (1952)].
P. A. S- Smith, Org. Synth 1V, 819 (1963).
85e./. Schreiber, W. Leimgruber, AI. Pesaro, P. Schudel, T. Threlfall, A. Eschenmoser, Helv. Chim. Acta 44, 540 (1961).
85г. C. Kaiser, J. Weinstock, Org. Synth. 51, 48 (1971).
D. J. Cram, J. S. Bradshaw, J. Am. Chem. Soc. 85, 1108 (1963).
E. S. Wallis, J. F. Lane, Org .React. 3, 267 (1946) [OP. 3, 255 (1951)].
G. C. Finger L. D. Starr, A. Roe. W. J. Link, J. Org. Chem. 27, 3965 (1962).
H. Wolff, Org. React. 3, 307 (1946) [OP 3, 293 (1951)]; P. A. S. Smith, in: Molt» cular Rearrangements, P. de Mayo (ed.), V. 1, Interscience, New York; NY, 1963, pp. 507—527.
B8a. R. M, palmere, R. 7. Conley J, Org. Chem. 35, 2703 (1970),
Z. W. Elder, R. P. Mariella, Can. J. Chem. 41, 1653 (1963).
№e.B. D. Mookherjee, R. W. Trenkle, R. P. Patel, J. Org. Chem, 36, 3266 (1971).
88г. T. Sasaki, S. Eguchi, T. Toru, J. Org. Chem. 35, 4109 (1970).
E. I. Moriconi, AI, A, Stemniski, J. Org. Chem. 37, 2035 (1972),
88e. L. A. Paquette, AI. R. Scott, J. Org. Chem, 33, 2379 (1968).
R. K- Hill, R, T. Conley, О. T. Chortyk, J. Am.‘Chem. Soc. 87, 5646 (1965).
R. M. Palmere, R. T. Conley, J. L. Rabinowitz, J, Org. Chem. 37, 4095 (1972),
R. T. Conley, В. E. Nowak, J. Org. Chem. 26, 692 (1’961).
C. A- Grob, Angew. Chem. Int. Ed. Engl 8, 535 (1969).1,
R. SArcy, C. A. Grob, T. Kaffenberger, V. Krasnobajew, Helv. Chim. Acta 49, 185 (1866).
93a. Л A. Marshall, S. F. Brady, J. Org. Chem. 35, 4068 (1970),
JAA. Marshall, J. H. Bdbler J. Org. Chem. 34, 4186 (1969) .
7. A. Marshall, W. F. Huffman, J. A. Ruth, J. Am. Chem. Soc. 94, 4691 (1972).
93г. R. T. Conley, R. J. Lange, J. Org. Chem. 28, 210/(1963).
93Л A. Hassner, IF. A. Wentworth, J. H. Pomerania, J. Org. Chem. 28, 304 (1963).
93e. Af. Ohno, I. Terasawa, J. Am; Chem. Soc. 88, 5683 (1966).
J. A. Marshall, G. L. Bundy, Chem. Common., 854 (1967); P. S. Wharton, C. E. Sundin, D. W. Johnson, H. C. Kluender, J. Org. Chem. 37, 34 (1972).
С, J. Collins Q. Rev Chem. Soc. 14, 357 (I960).
G. A. Hill, E. W. Flosdorf, Org. Synth. I, 451 (1932) [СОП. 1, 340 (1949)].
S. Wold, Acta. Chem. Scand. 23, 1266 (1969).
97a. H. E. Zaugg, M. Freiieider, B. IF. Horrotn, J. Org. Chem. 15, 1191 (1950).
976. Л E. Horan, R. IF. Schiessler, Org. Synth. 41, 53 (1961) [СОП, 12, 76 (1964)].
97в. E. /. Moriconi, F. T. Walten&erger, L. P. Kuhn, IF. F. O'Connor, J, Org. Chem. 22, / 1651 (1957),
97г. G. Bitchi, IF. Hof Heinz, Z. V. Paukstelis, J. Am. Chem. Soc. 88, 4113 (1966).
97 d.D.F. MaeSweeney R. Ramage, Tetrahedron 27, 1481 (1971).
P. A.S. Smith, D. R. Baer, Org. React.11, 157 (1960) [OP, 11, 167 (1965)].
F. F.Blicke, J. Azuara, N. J. Dorrenbos,E. B. Hotelling, J. Am. Chem.Soc.75,
5418 (1953).
D. A.Evans, G. L. Carrolf, K. Truesdale,J. Org. Chem. 39, 914 (1974).
lOt.IF. E.Noland, J. F. Kneller, D. E Rice, J.Org; Chem. 22, 695 (1957).
C. D.Gutsche, Org. React. 8, 364 (1954) [OP, 8, 469 (1956)],
Z. A. Marshall, /.Partridge, 3. Org. Chem. 33, 4090 (1968).
L N.Bradley, G. IF. Cowell, A. Ledwith,J. Chem. Soc. 4334 (1964).
C. D.Gutsche, D. M. Bailey, J. Org, Chem.28, 607 (1963).
IF. S. Johnson, P. J. NeUstaedier, R. R. Schmiegei, J. Am. Chem. Soc. 87, 5148
^F. S. Johnson N. P. Jensen, J. Hooz E. J. Leopold, J. Am. Chem. Soc, 90, 5872 (1968).
IF-.S. Johnson, Acc. Chem. Res. 1, 1 (1968).
A. van der Gen, R. Wiedhaup, J, J. Swoboda, H. C. Dunathan, W. S. Johnson, J.
Am. Chem. Soc. 95, 2656 (1973).,
HO. E, E. van Tameten, R. G. Nadeau, 3. Am. Chem. Soc. 89, 176 (1967).
110a. I. A. Marshall, N. Cohen, A. R. Hochstetler, J. Am. Chem. Soc. 88, 3408 (1966).
1106. IF. S. Johnson, T. K. Schaaf, Chem. Common. 611 (1969).
De. £. E. vim Tameten, R A. Holton, R. E. Hopla, IF. E. Rons, J. Am. Chem. Soc. 94, 8228 (1972).
110г. В. E. McGarry, R. L. Markezich, IF. S. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 95, 4416 (1973).
ЗАДАЧИ
(Литература к этим задачам приведена на с. 439)
— 8.1. Укажите продукты, ожидаемые в следующих реакциях:
(а)(б)(а)(б)1. СН2М22. Ag2O, Н2Онагревание ।>нитробензол1. СН2М22. Ag2O, Н2Онагревание ।>нитробензол
(а)
(б)
(а)
(б)
1. СН2М2
2. Ag2O, Н2О
нагревание ।>
нитробензол
1. СН2М2
2. Ag2O, Н2О
нагревание ।>
нитробензол
+ NsCHCOOCsHs+ NsCHCOOCsHs
+ NsCHCOOCsHs
+ NsCHCOOCsHs
CuOOCCFa^
О Вг
МеЬ’О^CIi3COOHМеЬ’О^CIi3COOHSnCl4, CH2Ci2SnCl4, CH2Ci2PhCH2C—СНСНз + СН3СН2О‘
МеЬ’О^
CIi3COOH
МеЬ’О^
CIi3COOH
SnCl4, CH2Ci2
SnCl4, CH2Ci2
— 8.2. Для каждого из приведенных ниже карбенов синглетное основное состояние предсказано либо в результате качественных структурных соображений, либо .на основании теоретических расчётов. Укажите, какие .структурные особенности в каждом случае могут привести К стабилизации синглетного состояния, -j
(л) ' to ( >
о(б) СНзСН3ОССНо(б) СНзСН3ОССН(г) CHaN^ ^NCH3Cl(г) CHaN^ ^NCH3Cl
о
(б) СНзСН3ОССН
о
(б) СНзСН3ОССН
(г) CHaN^ ^NCH3
Cl
(г) CHaN^ ^NCH3
Cl
:— 8.3. Облучение дифенил диазометана в З-метилбутене приводит к трем основным продуктам. Объясните образование каждого из них. S
Ph2CNs + СНд=СНСН(СН3)х —►
СИ»
—>- НгСCHCH(CHs)x+Ph»CHCCH«CH1 + PbaCHCH*CH=C(CHi)t \ /I
CPh-СНз
— 8.4. Гидроксильная группа в грднс-циклооктен-3-оле определяет стереохимию реакции этого соединения с реактивом Симмонса — Смита. Используя модели, предскажите стереохимию образующегося продукта.
— 8.5. При обработке (CHaS)^™NNHSO^T гидридом натрря в тетрагндрофураиё в присутствии трифенил фосфина" образуется желтая суспензия-. Прибавление п-нитробен- зальдегида.к реакционной смесн приводит к соединению (11) с выходе»! 64%. Объясните происходящее.
И
—&6. Предложите механизм для каждой из следующих реакций. NOH—&6. Предложите механизм для каждой из следующих реакций. NOH
—&6. Предложите механизм для каждой из следующих реакций. NOH
—&6. Предложите механизм для каждой из следующих реакций. NOH
NaC(COOCHa)s —СН»=СНСООСН»
(СНз)зСССНа 4- S03 —> (СН3)2С—С(СНэ)г
А 0/ Л
so.
— 8.7. Реакцйн атомарного углерода в его основном состоянии с алкенами аналогичны реакциям простых карбенов, при этом образуются спиропентаны;
Обсудите тот факт, что реакция атомарного углерода с транс-бутеном-2 дает три диастереомерных тетраметилспиропенТана в соотношении 38 : 37 : 25, тогда как реакция с час-бутеном-2 приводит к двум диастереомерным тетр а мети л спиропентанам в равных количествах. Один из продуктов реакции стране-бутеном-2 идентичен одному из продуктов реакции с 1#ис-бугеном-2. 1
— 8.8. Обсудите сущность соотношений между стереохимией субстрата и составом продуктов реакций, показанных ниже:— 8.8. Обсудите сущность соотношений между стереохимией субстрата и составом продуктов реакций, показанных ниже:
— 8.8. Обсудите сущность соотношений между стереохимией субстрата и составом продуктов реакций, показанных ниже:
— 8.8. Обсудите сущность соотношений между стереохимией субстрата и составом продуктов реакций, показанных ниже:
— 8.9. Стереоизомерные хлордекалрны (12) и (13) образуют различные смеси продуктов при обработке метилатом натрия в диметоксиэтане. Обсудите этот результат с точки зрения существования биполярного и цикло пр опаков ого интермедиатов в перегруппировке Фаворского.
— 8.10. Пиролиз натриевой соли п-толилсульфонилгндразона бензальдегида дает геп- тафульвален (14);
Na*Na*
Na*
Na*
СоСосн=снасн=снаФотолиз л;- или п-толилдиаз омета нов приводит к смеси "продуктов, содержащей стирол и бензоциклобутен:
Со
Со
сн=сна
сн=сна
Те же продукты образуются при пиролизе п-толилсульфонилгидразоиов о-, я- жил л-мстилбензальдегид а. Предложите механизм, который мог бы объяснить эти скелетные перегруппировка. Согласуется ли какой-нибудь из предложенных Вами механизмов с результатами следующего исследования с применением изотопных меток:
Na*Na*—CH=NNSOtC?H,—CH=NNSOtC?H,
Na*
Na*
—CH=NNSOtC?H,
—CH=NNSOtC?H,
— 8.11. Какие основные продукты должны образоваться при фотолизе-ттклопеоггея-З» илдиазометака?„-,
-chn2
— 8.12. Альдегид (15) был превращен в п* толилсульфонялгидра зон и далее в соответствующую натриевую соль, которая затем была подвергнута пиролизу. Было выделено два продукта. Напишите возможные структуры продуктов пиролиза.
Н3С СНаН3С СНаСНз1СН3С=ССНОнснг
Н3С СНа
Н3С СНа
15
— 8.13. Предложите карбеновый или карбеноилиый интермедиат, который мог бы привести к образованию каждой из показанных ниже напряженных циклических структур. Приведите практический способ синтеза подходящих исходных соединений дза генерирования таких интермедиатов
(а.)(а.).COG СН3.COG СН3'СООСН3'СООСН3
(а.)
(а.)
.COG СН3
.COG СН3
'СООСН3
'СООСН3
— 8.14. Ниже схематично представлено несколько многостадийных синтезов. Какими реагентами или цепочками реакций можно осуществить Помеченные буквами стадии? Для осуществления каждого из обозначенного буквой превращения может потребоваться от одной до трех стадий.
(Д)(Д)
(Д)
(Д)
— 8.15» Удобный метод синтеза неопентилового спирта заключается в перемешиваний динзрбутилена (2,4,4-три метил пентена 4) с водным раствором пероксида водорода в ' концентрированной серной кислоте. Органический слой отделяют п перемешивают с дополнительным количеством серной кислоты. Перегонка образующегося йри этом органического слоя дает неопентиловый спирт с выходом 40%. Опишите реакции, идущие при этом методе синтеза.
— 8.16. Предложите способы синтеза желаемого продукта из указанного исходного веществе и других легко доступных соединений. В некоторых случаях может потребоваться бодьше одной стадии.
/==\ /Ph
(а) [I у\из бензола
Х=/ \соосн3
О
(и) №С(СНг)7СН=О 'из "■ циклооктена(и) №С(СНг)7СН=О 'из "■ циклооктена.CHsCH’sCsN'L-V'COOCaHs
(и) №С(СНг)7СН=О 'из "■ циклооктена
(и) №С(СНг)7СН=О 'из "■ циклооктена
— 8.17. Напишите структуру ожидаемого продукта перегруппировки Фаворского для соединения £16) з
Экспериментально было Обнаружено, что этот кетон в зависимости от условий реакции может перегруппировываться либо через цнклолропаноновый интермедиат, либо по семибензильному механизму. Придумайте два эксперимента, которые позволили бы Вам определить, какой механизм действует в каждом наборе условий.
ГЛАВА 9
"W^^W^ + Ф ♦ 4 +
РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ
Эта глава посвящена превращениям функциональных групп в производные с более высокой степенью окисления. Для обсуждения избраны реакции, которые имеют наиболее общее значение в органическом синтезе. Материал данной главы охватывает гораздо более широкий круг различных механизмов, чем это было в большинстве предыдущих глав. Вследствие такого разнообразия механизмов данная глава построена по принципу осуществляемых в реакции превращений функциональной группы. Этот способ систематизации материала облегчает сравнение методов, пригодных для реализации данного синтетического превращения, но он имеет и нежелательное последствие — рассеяние реакций конкретного окислителя, например перманганат-иона, по нескольким разделам. В целом окислители сгруппированы в три класса: производные переходных металлов; кислород, озон и пероксиды; другие окисляющие агенты. • .
ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ В АЛЬДЕГИДЫ, КЕТОНЫИ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Из окислителей на основе переходных металлов, пожалуй, наиболее часто применяются соединения Crlv. Преобладающая форма CrVI в водных растворах зависит от концентрации и pH среды. Мономерный кислый хромат-ион существует в разбавленных растворах; при увеличении концентрации преобладающей формой становятся дихромат-ионы:
ооо
2НО—Сг—О" ^=h ‘О—Сг—О—Сг—О 4-НаО
Степень протонирования этих ионных частиц зависит от pH среды. При растворении СгОз в гидроксил содержащих органических растворителях хром существует в растворах в форме частиц, являющихся по существу эфирами хромовой кислоты [1]:
оо
* СНзСООН + СгОз —> CH3COO(L—ОН ^ СН3СООСгООССН3
А . А
Оо
(СНэ)дСОН + СгОз —> (СНз)зСОСг—ОН ^ (СНэ)зСОСгОС(СНа)3
АА
В пиридине хром присутствует в виде комплекса со связью Сг—N: о
C
^N4-CrOa —>L—О’
/\=/ II
О
Степень окисления хрома в каждом из этих соединений равна шести, они являются мощными окислителями. Однако конкретная степень активности зависит от природы растворителя и той формы, в которой находится хром, поэтому можно достичь значительной селективности путем выбора определенного реагента и подбора условий реакции. Окислители на основе СгОз чаще всего вызывают превращение спиртов в соответствующие кетоны или альдегиды. Предполагают, что окисление спиртов проходит по механизму, изображенному ниже:
R3CHOH + нею; + Н+>R2CHOCrO3H + Н2О
Н8р-ОСгО3Н —Rzc=o + него; + н+ и
Кинетика реакции- указывает также на участие дополнительного протона в образовании переходного состояния, определяющего скорость реакции. При замещении «-водорода на дейтерий наблюдается большой изотопный эффект; этот факт важен При решении проблемы идентификации стадии, лимитирующей скорость реакции [2]. Образующийся при этом четырехвалентный хром неустойчив; эти частицы способны далее участвовать в окислении. Рассматривались и другие схемы реакции, и хотя этот вопрос по-прежнему остается объектом активных исследований, предполагают, что часть субстрата окисляется через свободнорадикальный интермедиат, образующийся в результате Окисления четырехвалентным хромом [3—6]:
R,CHOH 4- Н2СЮг 4- ЗИ* йгСОН + Сг3* 4- ЗН2О-
RsCOH + Н2СгО< —» R2C=Q + НСгО3 + НгО
RiCHOH + НСгО» + ЗЯ* —> R2C=O+ Сг++ ЗН2О
В случае субстратов, которые могут образовывать относительно стабильные радикалы путем гомолитической фрагментации в «-положении к гидроксильной функции, такой процесс конкурирует с нормальным окислением. Можно предположить, что этот процесс идет через алкок- сильный радикал, образующийся при одноэлектронном окислении;
Н1 ГУPhCTCH2Ph РйСН + -CH2Ph
При препаративном окислении спиртов с помощью хрома(VI) используют разнообразные условия. Наиболее удобно прибавление кислого водного раствора, содержащего хромовую кислоту (известного как реактив Джонса), к ацетоновому раствору соединения, подлежащего окислению. Обычно окисление происходит довольно быстро, и переокис- ление можно свести к минимуму; Восстановленная соль хрома часто осаждается, ацетоновый раствор можно декантировать, что облегчает обработку^ В качестве примеров применения такой методики приведены реакции 2 и 5 на схеме 9.1.
Комплекс СгО3 с пиридином оказался полезным в тех случаях, когда в молекуле есть другие функцион ал ньые группы (особенно двойные углерод-углеродные связи), восприимчивые к окислению под действием хрома (VI) [7], или там где молекула субстрата чувствительна к кислотам. Этот реагент нашел особенно широкое применение в химри стероидов [8]. В последние годы методика окисления, основанная на использовании комплекса СгОз с пиридином, введенная в практику Коллинзом
СХЕМА S.1, ОКИСЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ Crvl
[6а][66].[6а][66].Окисление растворами хромовой кислоты Н2Сгб4CHiCHsCHiOH 1 Нз'о -> СНзСНзСНО (45 - 49%)Окисление растворами хромовой кислоты Н2Сгб4CHiCHsCHiOH 1 Нз'о -> СНзСНзСНО (45 - 49%)(3) [63](3) [63](93%)(93%)(6) [бе](6) [бе]о (98%)о (98%)Окисление комплексом рксрд дрома (VI) — иприДни СгОз — пиридинОкисление комплексом рксрд дрома (VI) — иприДни СгОз — пиридинОНОНСНаС13СНаС13СтОз — пиридинСтОз — пиридин[6ж][6з]. [6а][6ж][6з]. [6а]СН2С12СН2С12(69%)(69%)СНаCHsCHaCH(CHa)4CH2OHСНаCHsCHaCH(CHa)4CH2OHСН2С12СН2С12СН,СН,♦ СНзСН2СН(СН2)4СНО♦ СНзСН2СН(СН2)4СНОCtOg—пиридинСН2С12 *CtOg—пиридинСН2С12 *СгОз — пиридинСгОз — пиридин
[6а]
[66].
[6а]
[66].
Окисление растворами хромовой кислоты Н2Сгб4
CHiCHsCHiOH 1 Нз'о -> СНзСНзСНО (45 - 49%)
Окисление растворами хромовой кислоты Н2Сгб4
CHiCHsCHiOH 1 Нз'о -> СНзСНзСНО (45 - 49%)
(3) [63]
(3) [63]
(93%)
(93%)
(6) [бе]
(6) [бе]
о (98%)
о (98%)
Окисление комплексом рксрд дрома (VI) — иприДни СгОз — пиридин
Окисление комплексом рксрд дрома (VI) — иприДни СгОз — пиридин
ОН
ОН
СНаС13
СНаС13
СтОз — пиридин
СтОз — пиридин
[6ж]
[6з]
. [6а]
[6ж]
[6з]
. [6а]
СН2С12
СН2С12
(69%)
(69%)
СНа
CHsCHaCH(CHa)4CH2OH
СНа
CHsCHaCH(CHa)4CH2OH
СН2С12
СН2С12
СН,
СН,
♦ СНзСН2СН(СН2)4СНО
♦ СНзСН2СН(СН2)4СНО
CtOg—пиридин
СН2С12 *
CtOg—пиридин
СН2С12 *
СгОз — пиридин
СгОз — пиридин
СгОз — пирадин
(10) [бк] СНз(СН6)3СН2ОН -^—•••■••• ■■> СН3(СН8)6СНО(70 - 84%)
;[9], получила довольно широкое признание. Комплекс СгОз — пиридин выделяют и растворяют в дихдорметане. При использовании избытка реагента окисление простых первичных и вторичных спиртов завершается полностью в течение нескольких минут с образованием соответственно альдегидов или кетонов с высокими выходами. Экспериментальную работу можно еще более упростить, если исключить из методики выделение комплекса [10]. Оксид хрома (VI) прибавляют £ пиридину в дихлбрме- тане. Последующее введение в этот раствор спирта приводит к быстрому его окислению с высокими выходами. Прекрасные результаты, подученные при использовании комплекса СгОз с пиридином в дихлорме- тане, о которых сообщалось в литературе, демонстрируют примеры 6—10 на схеме 9.L
СХЕМА 8.2. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ ОКСИДОМ МАРГАНЦАПУ)
(1) ЦЗй](1) ЦЗй]СНгОНСНгОН[136][138]ПЗг][133][136][138]ПЗг][133]МпОзPhCH=CHCH2OH > PhCH=CHCHO (70%)МпОзPhCH=CHCH2OH > PhCH=CHCHO (70%)|\МпОгР>—СН3ОН *ОН О|\МпОгР>—СН3ОН *ОН О(617»)(617»)О ОО ОI ■ W’MgOz II IIСНзСНзСН— ССН2СНа ► СНзСНаС—ССН2СН3СНзонI ■ W’MgOz II IIСНзСНзСН— ССН2СНа ► СНзСНаС—ССН2СН3СНзонМпОвМпОвСН=С—С=СНСН=СН—СНСНа —* СНЭО—► СН=С—С=СНСН=СН—icHa (57%) •СН=С—С=СНСН=СН—СНСНа —* СНЭО—► СН=С—С=СНСН=СН—icHa (57%) •
(1) ЦЗй]
(1) ЦЗй]
СНгОН
СНгОН
[136]
[138]
ПЗг]
[133]
[136]
[138]
ПЗг]
[133]
МпОз
PhCH=CHCH2OH > PhCH=CHCHO (70%)
МпОз
PhCH=CHCH2OH > PhCH=CHCHO (70%)
|\МпОг
Р>—СН3ОН *
ОН О
|\МпОг
Р>—СН3ОН *
ОН О
(617»)
(617»)
О О
О О
I ■ W’MgOz II II
СНзСНзСН— ССН2СНа ► СНзСНаС—ССН2СН3
СНзон
I ■ W’MgOz II II
СНзСНзСН— ССН2СНа ► СНзСНаС—ССН2СН3
СНзон
МпОв
МпОв
СН=С—С=СНСН=СН—СНСНа —* СНЭО
—► СН=С—С=СНСН=СН—icHa (57%) •
СН=С—С=СНСН=СН—СНСНа —* СНЭО
—► СН=С—С=СНСН=СН—icHa (57%) •
При использовании в качестве реагента комплекса СгОз с пиридином, ио-видимому, исключается побочная реакция, которая приводит к образованию эфиров и может стать конкурирующим процессом при окислении первичных спиртов. Эфиры образуются тогда, когда альдегид образует полуацеталь с непрореагировавшим спиртом [11];
ОН
, RCH2OH + RCH=O ^ КСНзО-^НЦоно
I crviII
RCH2O—CHR ► RCHjOCR
Механизм окисления полуацеталя вероятно аналогичен механизму окисления простых спиртов,■ ;
Перманганат калия редко применяется для окисления спиртов в кетоны и а^дегиды. Этот реагент менее селективен, чем хром (VI); здесь серьезную проблему представляет переокисление. Однако широкое применение нашел оксид марганца(1У), Этот реагент действует предпочтительно на аллильные и бензильные гидроксильные группы и, следовательно, в Известной степени обладает селективностью. Активность MnOj [12] зависит от способа приготовления. Оксид марганца(1У) осаждают при реакции MnSO+ с КМпО4 и NaOH. Активность полученного про- / дукта зависит от степени высушивания; рекомендуется азеотропная | сушка реагента бензолом [13]. Различные классы спиртов, наиболее восприимчивых <к окислению под действием МпОг, иллюстрирует схема 9.2.
Другой реагент; который пригоден для окисления спиртов до кетонов,—оксид рутения (VIII). С помощью этого реагента удалось до- s биться, например, успешного окисления соединения (1) в (2) [14] после ряда неудач с другими методиками;
Однако это сильнодействующий окислитель, он легко атакует двойные углерод-углеродные связи р5].
КИСЛОРОД, ОЗОН И ПЕРОКСИДЫ
Спиртовая функциональная группа не реагирует достаточно быстро с кислородом и пероксидами. Спирты взаимодействуют с озоном, но на этой основе не создано каких-либо ценных препаративных методов.
ДРУГИЕ ОКИСЛИТЕЛИ
Разработан ряд весьма ценных методик окисления спиртов до кетонов с участием диметилсульфоксида и какой-либо электрофильной молекулы, в частности дициклогексилкарбодиимида, уксусного ангидрида или оксида серы (VI) [16]. В первоначальных работах использовали систему ДМСО—дициклогексил кар боди имид [17]. Этот метод наиболее полезен для окисления таких молекул, которые очень чувствительны к более сильным окислителям и, следовательно, не допускают применения других методов. Механизм окисления заключается в образовании интермедиата (3) в результате нуклеофильной атаки ДМСО на 1 карбодиимид с последующим взаимодействием образующейся частицы со спиртом. Основной движущей силой реакции служит превращение карбодиимида в мочевину с образованием амидной карбонильной группы [18]:
NHR
н+'RN=C —NR ,~* RNH—C=NRн+'RN=C —NR ,~* RNH—C=NRнгСНОНнгСНОН.С..С.S(CH3)2S(CH3)26-S(CHs)236-S(CHs)23/S />нН3с хсп2/S />нН3с хсп2-RNHCNHR1 О-RNHCNHR1 О,СН3,СН3О + (CH3)2SО + (CH3)2S
н+'
RN=C —NR ,~* RNH—C=NR
н+'
RN=C —NR ,~* RNH—C=NR
нгСНОН
нгСНОН
.С.
.С.
S(CH3)2
S(CH3)2
6-S(CHs)2
3
6-S(CHs)2
3
/S />н
Н3с хсп2
/S />н
Н3с хсп2
-RNHCNHR
1 О
-RNHCNHR
1 О
,СН3
,СН3
О + (CH3)2S
О + (CH3)2S
и * ,"СН3
НгСНОН1—"—^-НгСНОН1—"—^-r2c нr2c нДля активации ДМСО к нуклеофильному присоединению пригодны ■Й: другие электрофильные частицы. Определенные преимущества, по-ви- дймому, имеет метод, основанный па использовании для этой цели комплекса пиридина с SO3 [19]. Для этой реакции можно написать механизм, подобный установленному для циклогексилкарбодиимидной системы:
НгСНОН1
—"—^-
НгСНОН1
—"—^-
r2c н
r2c н
К2С—О +S(CHa)2
Из других реагентов, способных активировать ДМСО к нуклеофильной атаке, можно упомянуть уксусный ангидрид [20] и оксид фосфора^) [21].
Для окисления: спиртов в особенно мягких условиях можно использовать метод, механизм которого аналогичен ди метил сульфоксидному. Реакцией с N-хлор сукцинимидом диметилсульфид превращают в суль- фониевое производное, которое легко реагирует со спиртами с образованием ал ко консул ьфонневых солей того же типа, что и участвующие
в реакции с ДМСО. В присутствии слабого основания окисление завершается элиминированием диметилсульфида [22]:
О
+ R» СНОП
^—(jj у (Cfj^gS “•—► (СНз)23" Cl “^^►
О
—>R2cyo—s(chs)2—* r2c=o + (CH^S.
- Аналогично при реакции хлора с ДМСО при низких температурах образуется аддукт, который, по-виднмому, реагирует со спиртами путем замещения хлора у атома серы с образованием кетона и ДМСО [23]:
СЬ -*" II к-спон(CH3)2S=O—(CH3)2S-C1 >
о
-"(Cfl3)2S=O + R3C=O
н
Несколько примеров окисления спиртов с помощью серусодержащих реагентов представлено на схеме 9.3.
Методы, основанные на использовании комплекса СгО3 с пиридином или систем с ДМСО, вытеснили более старые способы окисления. Один из таких способов — окисление по Оппенауэру [24]—представляет собой процесс, обратный восстановлению по Меервейну — Понн- дорфу — Берлею (см. гл. 3). Он заключается в нагревании спирта,_под- лежащего окислению, с алкоголятоМ алюминия в присутствии карбонильного соединения, которое действует как акцептор водорода. Реак-
(4) [22](4) [22]СХЕМА 9.3. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ СЕРОСОДЕРЖАЩИМИ РЕАГЕНТАМИСХЕМА 9.3. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ СЕРОСОДЕРЖАЩИМИ РЕАГЕНТАМИ(1) [23а](2) [236](3) [23а](1) [23а](2) [236](3) [23а]ДМСОДМСО(60%)(60%)Q^- С(СН3)2NH СНаОНQ^- С(СН3)2NH СНаОНС(СН3),С(СН3),NH СНОNH СНОCHS(CH8)»CH,OHCHS(CH8)»CH,OH(СН3СО)2О(СН3СО)2О■> СНИСНг)9СНО■> СНИСНг)9СНО(36%)(36%)
(4) [22]
(4) [22]
СХЕМА 9.3. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ СЕРОСОДЕРЖАЩИМИ РЕАГЕНТАМИ
СХЕМА 9.3. ОКИСЛЕНИЕ СПИРТОВ СЕРОСОДЕРЖАЩИМИ РЕАГЕНТАМИ
(1) [23а]
(2) [236]
(3) [23а]
(1) [23а]
(2) [236]
(3) [23а]
ДМСО
ДМСО
(60%)
(60%)
Q^- С(СН3)2
NH СНаОН
Q^- С(СН3)2
NH СНаОН
С(СН3),
С(СН3),
NH СНО
NH СНО
CHS(CH8)»CH,OH
CHS(CH8)»CH,OH
(СН3СО)2О
(СН3СО)2О
■> СНИСНг)9СНО
■> СНИСНг)9СНО
(36%)
(36%)
ция является равновесным процессом и протекает через циклическое переходное состояние:
KiCHOH + АЦОСНССНзЫз —> R2CHOAl|OCH(CH3)2]i+(CHe)2CHOH
f'RgCHOAl^OCHfCHa)^ + (СН3)20=0>
^О^ЧОСЩсНз)^;^О^ЧОСЩсНз)^;(СН3)2У
^О^ЧОСЩсНз)^;
^О^ЧОСЩсНз)^;
->РгС=О +А][ОСН(СН8)2]з
Равновесие можно сдвинуть в желательном направлении выбором карбонильного соединения, являющегося сильным ^акцептором водорода. Для этой цели используют хинон или флуоренон* - -
хвнонхвнонОфлуоренон
хвнон
хвнон
При использовании избытка акцептора тидрид-ионов предпочтительным станет полное окисление реагента. Так как реакция идет в отсутствие кйслот, она может оказаться полезной для веществ, которым противопоказана кислая среда или присутствие ионов переходных металлов/на- пример [25]: , - .
ХИНОН
ПРИСОЕДИНЕНИЕ КИСЛОРОДА ПО ДВОЙНОЙУГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОЙ СВЯЗИ ’
«ОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Среди переходных металлов в высоких степенях окисления наиболее эффективными реагентами для присоединения атомов кислорода по двойной связи являются перманганат-ион и оксид осмия (VIII). Мягкие условия реакции с перманганатом калия дают возможность превращения олефинов в гликоли с относительно высокими выходами. Однако этот окислитель может далее окислять ^гликоль до кетола или расщеплять олефин с образованием карбоновых кислот, поэтому для эффективного окисления важно тщательно контролировать условия реакции. Интермедиатом в этих процессах является циклический эфир марганцовой кислоты:-
Принимая во внимание циклическую природу этого интермедиата, следует ожидать, что должны образовываться; грщ-гликоли; и, разумеется, так это и происходит. Другой реагент для цис-дигидрйксилирования
СХЕМА 9.4. РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП ПО ДВОЙНОЙ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОН СВЯЗИ
(U (25а](U (25а]+ КМпО4+ КМпО4
(U (25а]
(U (25а]
+ КМпО4
+ КМпО4
(2) 1256J(2) 1256J(4) [2Se](4) [2Se]
(2) 1256J
(2) 1256J
(4) [2Se]
(4) [2Se]
CHj=CHCH(OCiH5)2+:KMnO4 —> НОСН2СНСН(ОС2Н5)2 (67%)
олефиновой связи — OsOi— обладает тем Достоинством, что возможность переокисления в этом случае сведена к минимуму. Однако он имеет и недостатки, так как относится к дорогостоящим и токсичным препаратам. В этом случае также образуется циклический интермедиат, который можно выделить:
Их /НИх /НССн I ОR—С/ '+ OsO< — IR-IX ✓ I О нн I ОR—С/ '+ OsO< — IR-IX ✓ I О н:с<—> RCH—CHR^о11■он он:с<—> RCH—CHR^о11■он он
Их /Н
Их /Н
С
С
н I О
R—С/ '
+ OsO< — I
R-IX ✓ I О н
н I О
R—С/ '
+ OsO< — I
R-IX ✓ I О н
:с<—> RCH—CHR
^о11
■он он
:с<—> RCH—CHR
^о11
■он он
Гликоль освобождают из циклического эфира Действием сероводорода дли бисульфит-иона. Некоторые примеры реакций цис-гидроксилирования олефинов даны на схеме 9.4.;
При использований реагентов на основе хрома (Vl) также образуются различные вещества, возникающие путем присоединения кислорода по двойной связи. Часто встречающимися продуктами реакций являются эпоксиды и кетолы, но эти реакции редко идут достаточно Одно- й зяачно, чтобы их можно было использовать для синтеза [2W].
С помощью хлористого хромила — летучей жидкости, содержащей хром в формальной степени окисления VI, можно присоединять кислород к олефинам с концевой двойкой связью с образованием альдегидов ,[27], например [28]:[
1. СгО2С12
(СН3)3ССНгС~СН2 —-~Т>- (СН$)$ССНгСНСН=О
i
2, Zu# H^U।
H,СНз
Бьбл предложен механизм реакции, включающий электрофильную атаку по двойной углерод-углеродной связи, в результате которой образуется, вероятно, частица со свойствами карбениевого иона [29]. Возможно,
что промежуточно образуются эпоксиды, которые далее перегруппировываются в карбонильные соединения:
С1
1?гС=СНг + Сг ► РгС=СН2 *РгС-гСН—о\сг-ЧГ
ci4Ч I
O^CrOCl»Н . С1 .
RaC^—СН2 ——R2CHCH=O
О
Олефины с двойной связью внутри цепи взаимодействуют с хлористым хромИлом с образованиема-хлоркетонов [30]: RCH=CHR —> RC—CHR
Эту реакцию можно сформулировать как результат присоединения хлористого хромила к олефину с последующим разложением эфира хромовой кислоты, которое осуществляется так же, как и в других реакциях окисления с помощью хрома (VI).
R
СгОгС1г '■ I
RCH-CHRRCH-C-r.fi > RCH-CR + Сг"7
im13
С1 О—Сг=ОС1 О
С1
ПОЛУЧЕНИЕ ЭПОКСИДОВ ДЕЙСТВИЕМ ПЕРОКСИДНЫХРЕАГЕНТОВ НА ОЛЕФИНЫ
Наиболее широко из реакций этого типа используют превращение олефинов в эпоксиды [31]. В большинстве случаев для окисления применяют одну из надкарбоновых кислот (перкислот). Наиболее популярный’ реагент-—л-хлорнадбензойная кислота — довольно устойчивое твердое вещество, которое легко синтезируется [32]. Часто применяют' также надуксусную, надбензойную, трифторнадуксусную и другие кислоты.
Показано,.что в процессе эпоксидирования не участвуют ионные интермедиаты. Скорости реакций не связаны непосредственно с полярностью растворителя [33]. В соответствии с этим наблюдается син-при- соединение с сохранением стереохимии заместителей исходного рле- фина. Поэтому реакцию обычно рассматривают как синхронный процесс. Ниже приведена в качестве иллюстрации наиболее удовлетворительная схема переходного состояния для этой реакции:
Установлены определенные соотношения между структурой и реакционной способностью, в частности увеличение активности олефина при введении электроно донорных алкильных заместителей; большая активность надкцслот с электроноакцепторными заместителями по сравнению с простыми алифатическими надкислотами. Такой порядок изменения актив-
ности свидетельствует о том, что надкислоты действуют при окислении как электрофильные частицы. Однако переходное состояние не может быть очены полярным, так как для реакции характерна удивительно низкая чувствительность к эффектам заместителей. Значение р для окисления транс-стильбена надбензойными кислотами составляет примерно —0,8 [34]. Олефины’с двойной связью, сопряженной с карбонильной группой или другим сильно акцепторным заместителем, очень мало активны, и для их успешного окисления необходимы надкислоты с очень сильным окисляющим действием, например трифторнадуксусная кислота [35]. Такие соединения эпоксидируются также под действием гидропероксидов щелочных металлов. В этом случае действует совершенно другой механизм; реакция начинается с сопряженного нуклеофильного присоединения гидропероксидного аниона [36]:
I О9 O-Q)H
-RCCH=CHCH3 + ООН ^RC=C—СНСНз—>н
Существует эффективный метод эпоксидирования, позволяющий полностью избежать кислой реакционной среды: он заключается во взаимодействии олефина с нитрилом и пероксидом водорода [37]. Нитрил реагирует с пероксидом водорода с образованием надимидокис- лоты, которая эпоксидирует .олефины, вероятно, по механизму, подобному предложенному для кислот. Движущей силой этой реакций в значительной мере является также образование стабильной амидной карбонильной группы:
NH
Р'С=М-рНгОг —> r'c—о—он
NH„ О _ О „
Il11^\/WR
R'C—О—ОН 4- 2=6—> R'CNHg 4- VV
R' 'RR 'R
Стереохимия эпоксидирования надкислотами хорошо изучена. Атака и присоединение кислорода осуществляются предпочтительно с пространственно менее затрудненной стороны молекулы. Например, в случае нор борнен а экзо- и эндо-изомеры образуются в соотношении 96 :4 [38]. В обзоре Шверна [31] можно найти другие примеры, в которых прослеживается эта же общая тенденция. В тех молекулах, где два потенциально возможных направления подхода реагента не слишком различаются, следует ожидать образования смеси продуктов. Например, в случае пространственно незатрудненной двойной связи, экзо-циклической относительно шестичленного кольца, эпоксиды образуются за счет как экваториального, так и аксиального направлений атаки [39]:
£Н2
Л*хдррнад0енэош<ая кислота ,
(CH3)aC'^/^^VСЩСЦ у
Орн2
(CH3)3C-V^V+ (CH3)3C-V^V
<69%)(31%) -
Исключения из правила-предпочтительного присоединения с наименее пространственно затрудненной стороны возникают тогда, когда в молекуле присутствуют полярные заместители, особенно гидроксильные
группы. Очевидно, гидроксильная группа координируется с атакующих реагентом, в результате чего присоединение осуществляется с той стороны молекулы, которая занята полярным заместителем [40]:
Характерные примеры реакций эпоксидирования даны ва схеме 9.5.1
СХЕМА 9-5. ЭПОКСИДИРОВАНИЕ АЛКЕНОВ
Окиеленвеалкенов надкислотами
(I) [40а)1(I) [40а)1(69-75%)(69-75%)12) 1.406]12) 1.406]
(I) [40а)
1
(I) [40а)
1
(69-75%)
(69-75%)
12) 1.406]
12) 1.406]
(4) [40г](4) [40г](5) [40 д](6) [40е)(5) [40 д](6) [40е)туту(7) [40ж](8) [40з](7) [40ж](8) [40з]NC^.CN H1o2i ^0°,CN^С=С^~—*(59—68%)NC/^CN NC^\cNNC^.CN H1o2i ^0°,CN^С=С^~—*(59—68%)NC/^CN NC^\cN<67%)<67%)Окисление с последующим сольволизомпромежуточных эпЪксидовОкисление с последующим сольволизомпромежуточных эпЪксидов(9) q.40«](10) [40к] ^(9) q.40«](10) [40к] ^
(4) [40г]
(4) [40г]
(5) [40 д]
(6) [40е)
(5) [40 д]
(6) [40е)
ту
ту
(7) [40ж]
(8) [40з]
(7) [40ж]
(8) [40з]
NC^.CN H1o2i ^0°,CN
^С=С^~—*(59—68%)
NC/^CN NC^\cN
NC^.CN H1o2i ^0°,CN
^С=С^~—*(59—68%)
NC/^CN NC^\cN
<67%)
<67%)
Окисление с последующим сольволизомпромежуточных эпЪксидов
Окисление с последующим сольволизомпромежуточных эпЪксидов
(9) q.40«]
(10) [40к] ^
(9) q.40«]
(10) [40к] ^
,' CF1COOOHXD .
(3) [40в] СН3СН=СНСООСгН5“—~Н3С^£^СООСгН5 (73%)
.к-хлорьал-,бензойнаякнслота
Эпоксидирование электрофильных алкенов у
Продолжение схемы §5.
В синтезах за эпоксидированием часто следует сольволитическое или нуклеофильное раскрытие кольца. В кислой водной среде эпоксиды раскрываются с образованием диолов; процесс идет как антн-присоеди- нецие, В циклических системах раскрытий цикла приводит к диаксиаль- ному диолу [41]:
Катализуемое основаниями нуклеофильное раскрытие эпоксидного цикла обычно происходит путем разрыва связи с менее замещенным атомом углерода, так как это положение наиболее доступно для нуклеофильной атаки [42]. Более'сложная ситуация складывается в катализуемых кислотами реакциях. Протонирование кислорода ослабляет связь С—О, об-; легчая ее разрыв слабыми нуклеофилами. Если связь С—О в перехода ном состоянии в значительной мере сохраняется, то нуклеофил будет "’присоединяться к менее замещенному положению по тем же стерическим причинам, что и в случае нуклеофильного раскрытия кольца. Если же при достижении переходного состояния разрыв связи С—О оказывается почти полным, то вследствие большей способности более замещенного атома углерода к делокализации возникающего положительного заряда наблюдается противоположная ориентация (Nu — нуклеофил):
связь С—О а переходном состоянии разорваванеэяачнтельаосвязь С—О а переходном состоянии разорваванеэяачнтельаосвязь 0^0 у переходном состоянии лpgтл полностьюразорванасвязь 0^0 у переходном состоянии лpgтл полностьюразорванаRCH—СНаОНNuRCH—СНаОНNu
связь С—О а переходном состоянии разорвава
неэяачнтельао
связь С—О а переходном состоянии разорвава
неэяачнтельао
связь 0^0 у переходном состоянии лpgтл полностью
разорвана
связь 0^0 у переходном состоянии лpgтл полностью
разорвана
RCH—СНаОН
Nu
RCH—СНаОН
Nu
ОН
I
ЯСН—СНа№
При взаимодействии простых алифатических эпоксидов, например яро- пиленоксида, с галогеноводородами преобладающим направлением, реакции является присоединение галогена к менее замещенному первичному атому углерода [43]. Наличие заместителей, которые способны
СХЕМА 9.6. РАСКРЫТИЕ ЭПОКСИДНЫХ КОЛЕЦ
Реакции электрофильного и каталкзуемого кислотамира с крнтия колец
ООНВг
" / \ НВг II
[44а] СНа— ^^ CH3CHCHiBt + CHjCHCHjOH
(76%)(2441)
HsC о нСН3О он
X / \ / H2so4I I
[446](СН3)2С-СНСН3 (76%)
Реакции нуклеофильного раскрытия колецРеакции нуклеофильного раскрытия колец[446][44ж][443][44и][446][44ж][443][44и]Н3Сх ° ЛУ \+ СН3О" —>НдС/ ^СН3Н3Сх ° ЛУ \+ СН3О" —>НдС/ ^СН3НО ОСНа(СН3)3С—снснэНО ОСНа(СН3)3С—снснэно С2Н5но С2Н5(53%)(53%)(СН3)$(СН3)$И®*)И®*)CHaNtCaHs^-i-^SH —* HSCH2CHaNtCaHs^-i-^SH —* HSCH2онон(634)(634)О'. ОН N3Н,С—-^-^CHs+NaNa —* СН^Н—СНСНЭО'. ОН N3Н,С—-^-^CHs+NaNa —* СН^Н—СНСНЭ
Реакции нуклеофильного раскрытия колец
Реакции нуклеофильного раскрытия колец
[446]
[44ж]
[443]
[44и]
[446]
[44ж]
[443]
[44и]
Н3Сх ° Л
У \+ СН3О" —>
НдС/ ^СН3
Н3Сх ° Л
У \+ СН3О" —>
НдС/ ^СН3
НО ОСНа
(СН3)3С—снснэ
НО ОСНа
(СН3)3С—снснэ
но С2Н5
но С2Н5
(53%)
(53%)
(СН3)$
(СН3)$
И®*)
И®*)
CHaNtCaHs^-i-^SH —* HSCH2
CHaNtCaHs^-i-^SH —* HSCH2
он
он
(634)
(634)
О'. ОН N3
Н,С—-^-^CHs+NaNa —* СН^Н—СНСНЭ
О'. ОН N3
Н,С—-^-^CHs+NaNa —* СН^Н—СНСНЭ
к дополнительной стабилизации промежуточно образующегося карбе- ниевого иона, приводит к обращению направления присоединения [44]. Несколько примеров реакций раскрытия эпоксидного кольца, как нуклеофильного, так и катализуемого кислотами, показано на схеме 9 6.
Эпоксиды можно восстанавливать до спиртов. Восстановление алю- могидридом лития идёт как нуклеофильная атака, и поэтому гидрид присоединяется к менее замещенному атому углерода. Триэтилборогид- рид лития более активен, чем LiAlH4, и служит превосходным реагентом для восстановления эпоксидов, восстановление которых другими мето-
дами затруднено [45]. Множество работ выполнено по восстановлению эпоксидов частицами, образующимися в реакции хлорида алюминия с алюмотидрпдом дитя [46]. В качестве активных реагентов в этих реакциях выступаю'! алан (А1Нз) и хлораланы. Эти частицы в значительной мере обладают свойствами льюисовых кислот, и поэтому гидрид часто присоединяется к более замещенному атому углерода в эпоксиде. В некоторых случаях происходит миграция заместителей, которая осуществляется, верцяти о, на стадии карбениевого попа, возникающего при электрофильном раскрытии эпоксидного кольца.
Ph\ \ zph ыагщ-аюьI
С —> Ph3CCHgOH 4-Ph,CHCHPh
PlZ \н °; '
Диборап в тетрагпдрофураце также восстанавливает эпоксиды, хотя и с низкими выходами; при этом за счет реакций, обусловленных электрофильным характером диборана, образуются другие продукты [47]. В присутствии -ВН4 восстановление диборапом проходит с лучшим выходом, но и в этом случае диборап сохраняет свою электрофильную функцию, так как преобладает продукт, образующийся 6 результате присоединения, гидрида к более замещенному атому углерода [48]. При использовании растворов металлов, особенно лития п этилендиамине, спирты получаются из эпоксидов с препаративно приемлемыми выходами [49].
UJ [waj у д[495]*Z°A "[19b] СНаСН2СИ2С—СИ сн8И[49г] у ц >ю' ^А'''- .^^ Нhj. ^ < и2 Н.[49 д]/ ' /WXQH -Vсн3(50%)f8^’ОНЫВН(С5НЩ1 .,2 >С113СН2СИг.С(СН3)г (100%)нЫА1Щ—А1СЦr^-v^ IIэ* (СН3)3С^/^^441ОНjC-^СНзНзС^СНзЩ N №=снг кнгi/^-JA\ОНUJ [waj у д[495]*Z°A "[19b] СНаСН2СИ2С—СИ сн8И[49г] у ц >ю' ^А'''- .^^ Нhj. ^ < и2 Н.[49 д]/ ' /WXQH -Vсн3(50%)f8^’ОНЫВН(С5НЩ1 .,2 >С113СН2СИг.С(СН3)г (100%)нЫА1Щ—А1СЦr^-v^ IIэ* (СН3)3С^/^^441ОНjC-^СНзНзС^СНзЩ N №=снг кнгi/^-JA\ОНСХЕМА 9.7. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ЭПОКСИДОВСХЕМА 9.7. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ЭПОКСИДОВгСН3 над у \ хСНагСН3 над у \ хСНаНа схеме 9.7 представлено несколько примеров синтеза спиртов восстановлением эпоксидов. В сочетании с эпоксидированием эти методы позволяют превращать алкены в спирты.
UJ [waj у д
[495]*
Z°A "
[19b] СНаСН2СИ2С—СИ сн8
И
[49г] у ц >ю' ^А'''- .^^ Н
hj. ^ < и2 Н.
[49 д]/ ' /
WXQH -
Vсн3
(50%)f8^’
ОН
ЫВН(С5НЩ1 .,
2 >С113СН2СИг.С(СН3)г (100%)
н
ЫА1Щ—А1СЦr^-v^ II
э* (СН3)3С^/^^441
ОН
jC-^СНзНзС^СНз
Щ N №=снг кнгi/^-JA\
ОН
UJ [waj у д
[495]*
Z°A "
[19b] СНаСН2СИ2С—СИ сн8
И
[49г] у ц >ю' ^А'''- .^^ Н
hj. ^ < и2 Н.
[49 д]/ ' /
WXQH -
Vсн3
(50%)f8^’
ОН
ЫВН(С5НЩ1 .,
2 >С113СН2СИг.С(СН3)г (100%)
н
ЫА1Щ—А1СЦr^-v^ II
э* (СН3)3С^/^^441
ОН
jC-^СНзНзС^СНз
Щ N №=снг кнгi/^-JA\
ОН
СХЕМА 9.7. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ЭПОКСИДОВ
СХЕМА 9.7. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ЭПОКСИДОВ
гСН3 над у \ хСНа
гСН3 над у \ хСНа
Катализуемое основаниями раскрытие эпоксидных колец лежит в основе метода ■синтеза аллильных спиртов:
'о
RCHa—НС—СН2RCHa—НС—СН2rch—сн.сн3онrch—сн.сн3он
RCHa—НС—СН2
RCHa—НС—СН2
rch—сн.сн3он
rch—сн.сн3он
Реакция, вероятно, заключается в синхронном отщеплении протона и раскрытии цикла, для ее промотирования необходимы сильные основания, например литиевые соли диалкиламинов. Стереохимия раскрытия цикла изучалась при помощи введения дейтериевых меток. Показано, что1 пр и этом селективно удаляется протон, ^мс-расположенный относительно эпоксидного кольца [50];
33'uNEts НОГН —*
3
3
С(СН3)з
Реакция вдет через переходное состояние (4), которое я определяет стереохимию превращения:1
Предпочтительность такого переходного состояния может быть связана с образованием ионных пар, которое требует; тесной ассоциации амидного аниона и катиона лнтця. Если литий координирован также и с эпоксидным кислородом, то , должно происходить дин-элиминирование. В реакциях некоторых других эпоксидов с этим механизмом конкури- 1 рует механизм, включающий образование карбеноидных частиц за счет I я-элиминирования [51, 52]:'
СХЕМА 9.-S. КАТАЛИЗУЕМОЕ ОСНОВАНИЯМИ РАСКРЫТИЕ ЭПОКСИДНЫХ КОЛЕЦСХЕМА 9.-S. КАТАЛИЗУЕМОЕ ОСНОВАНИЯМИ РАСКРЫТИЕ ЭПОКСИДНЫХ КОЛЕЦ
СХЕМА 9.-S. КАТАЛИЗУЕМОЕ ОСНОВАНИЯМИ РАСКРЫТИЕ ЭПОКСИДНЫХ КОЛЕЦ
СХЕМА 9.-S. КАТАЛИЗУЕМОЕ ОСНОВАНИЯМИ РАСКРЫТИЕ ЭПОКСИДНЫХ КОЛЕЦ
ооонон(1) [52а] СНз(СНг)з'(1) [52а] СНз(СНг)з'J.(MEt2|(СН2)2СН3 * СН3СН2СН=СНСН(СН2)2СН3(55%)J.(MEt2|(СН2)2СН3 * СН3СН2СН=СНСН(СН2)2СН3(55%)
о
о
он
он
(1) [52а] СНз(СНг)з'
(1) [52а] СНз(СНг)з'
J.(MEt2|
(СН2)2СН3 * СН3СН2СН=СНСН(СН2)2СН3
(55%)
J.(MEt2|
(СН2)2СН3 * СН3СН2СН=СНСН(СН2)2СН3
(55%)
(2) [52б|(2) [52б|Cf^3 LiNEtsо Cf^3 LiNEtsо >сн2(45%) ОН>сн2(45%) ОН
(2) [52б|
(2) [52б|
Cf^3 LiNEtsо
Cf^3 LiNEtsо
>сн2
(45%) ОН
>сн2
(45%) ОН
оо[52s][52s]Xl^CHsCHgXl^CHsCHgЫХЕ12ЫХЕ12ОНОННСН2СН3 „(74%):.НСН2СН3 „(74%):.ононОО-СНЭ-СНЭНО СНзНО СНз[52г] Н3С[52г] Н3С^=НЗиО^ СН2=СНС(СН3)2 + снаснс=сн3-СН3 - дмсо^=НЗиО^ СН2=СНС(СН3)2 + снаснс=сн3-СН3 - дмсо
о
о
[52s]
[52s]
Xl^CHsCHg
Xl^CHsCHg
ЫХЕ12
ЫХЕ12
ОН
ОН
НСН2СН3 „(74%):.
НСН2СН3 „(74%):.
он
он
О
О
-СНЭ
-СНЭ
НО СНз
НО СНз
[52г] Н3С
[52г] Н3С
^=НЗиО^ СН2=СНС(СН3)2 + снаснс=сн3
-СН3 - дмсо
^=НЗиО^ СН2=СНС(СН3)2 + снаснс=сн3
-СН3 - дмсо
(15%)(15%)(80%)
(15%)
(15%)
Некоторые примеры реакций расщеплений эпоксидных: колец, ката- лизуемых основаниями, приведены на схеме 9.8.
С помощью сильных льюнсовых кислот эпоксйды можно изомеризовать в карбонильные соединения [53]. Наиболее широко в этой роли исследовался трехфтористый бор:
О—BF3О
ВГз+ III
^ (СНз)2С—С(СН3)2 —> (СН3)аСССН3 (75%)
По-видимому, в реакции участвуют карбениевые ионы; структура и стереохимия продукта определяются конформационными факторами, которые управляют миграцией заместителя, сопровождающей образование карбениевого иона. Перхлорат лития также каталнзует раскрытие цикла и последующую перегруппировку образующегося карбениевого иона в карбонильное соединение [54]. Олефины можно окислять непосредственно до карбонильного соединения, если использовать в реакции совместно над трифторуксусную кислоту и трехфтористый бор [55]. При этом происходит миграция заместителей, и образования определенного продукта с высоким выходом можно ожидать только тогда, когда либо олефин симметричен (как, например, в случае 2,3-диметилбутена), либо структурные особенности молекулы олефина делают предпочтительной миграцию только одного определенного заместителя.
При наличии галогена или кислородсодержащего заместителя при двойной связи олефины также эпоксидируются. Образующиеся при этом активные эпоксиды служат интермедиатами в некоторых синтетически полезных превращениях. Так, из винилхлоридов можно получить хлор- эпоксиды, перегруппировка которых приводит к а-талоген кетонам [56]:
СН3СН3СН3
Ацетаты енолов образуют эпоксиды, = которые перегруппировываются
в а-ацетокенкетоны:
{6м [57]}.{6м [57]}.сн3 у1 ОССНзсн3 у1 ОССНз.н-хлирнз и— бензойпзякислота—>.н-хлирнз и— бензойпзякислота—>ОССНзОССНз265 °C >265 °C >[См [58]}[См [58]}
{6м [57]}.
{6м [57]}.
сн3 у
1 ОССНз
сн3 у
1 ОССНз
.н-хлирнз и— бензойпзя
кислота
—>
.н-хлирнз и— бензойпзя
кислота
—>
ОССНз
ОССНз
265 °C >
265 °C >
[См [58]}
[См [58]}
состояние:состояние:
состояние:
состояние:
Стереохимия перегруппировки ацетоксиэпоксидов характеризуется ин-' версией конфигурации атома углерода, к которому мигрирует ацетокси- : группа [59]. Вероятно, реакция протекает через циклическое переходное .'
РАСЩЕПЛЕНИЕ ДВОЙНЫХ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ СВЯЗЕЙ
ОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Наиболее селективные методы расщепления органических молекул по двойной углерод-углеродной связи основаны на процессах, в которых промежуточно образуются гликоля. Окисление алкенов до гликолей уже обсуждалось в разд. 9,2. Расщепление'олефинов можно провести в одну стадию в мягких условиях, если использовать раствор периодат-ионов с каталитическими количествами перманганата [60]. Перманганат осуществляет гидроксилирование олефина, образующийся при этом гликоль расщепляется далее в реакции с перйодатом. Предполагают, что перйодатное окисление проходит через циклический интермедиат:
нКМп 0.1 R — с—ОН ЮлнКМп 0.1 R — с—ОН Юлк—с—ОНН ,к—с—ОНН ,
н
КМп 0.1 R — с—ОН Юл
н
КМп 0.1 R — с—ОН Юл
к—с—ОН
Н ,
к—с—ОН
Н ,
——- 2RCH=O + 1О3 + Н£О
Перманганат непрерывно регенерируется за счет окислительного действия пернодата. Эта реакция используется для определения строения молекул, а также в синтетических целях. Расщепление алкенов можно также проводить1 достаточно однозначно, используя смесь оксида осмия (VIII) и перйодата натрия [61, 62]. Сообщалось также и об успешном окислительном расщеплении двойных связей с помощью оксида рутения (VIII) и перйодата натрия [63]. Примеры,подобных реакций приведены на схеме 9.9.
В реакции CrVI с алкенами образуются продукты как аллильной атаки (см. разд. 9.6), так и присоединения кислорода по двойной связи. Тенденция к образованию смеси продуктов снижает препаративное значение этой реакции. Окисление, по меньшей мере частично, идет через
СХЕМА 9.9. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ АЛКЕНОВ
0) 163й 10) 163й 1OsO^ОСГПСН^СНО гчаЮлOsO^ОСГПСН^СНО гчаЮл(77% в виде производного ДНФГ)(77% в виде производного ДНФГ)
0) 163й 1
0) 163й 1
OsO^
ОСГПСН^СНО гчаЮл
OsO^
ОСГПСН^СНО гчаЮл
(77% в виде производного ДНФГ)
(77% в виде производного ДНФГ)
КМпОл
(2) [636] СН^СЩСН^СООН -=*- НООС(СН5)8СООН (1и%) ''то-
14) [63г]14) [63г]КМпО4-— *" ПСОССГоСНаСООН (74—80^)КМпО4-— *" ПСОССГоСНаСООН (74—80^)
14) [63г]
14) [63г]
КМпО4
-— *" ПСОССГоСНаСООН (74—80^)
КМпО4
-— *" ПСОССГоСНаСООН (74—80^)
(5) (63^](5) (63^]. COOII. COOII(55-77%}(55-77%}
(5) (63^]
(5) (63^]
. COOII
. COOII
(55-77%}
(55-77%}
соответствующий эпоксид Доказательству этого были получены в экспериментах, проводимых в присутствии улавливающих агентов; при этом были выделены продукты, ведущие свое происхождение от эпоксидов [64]. Например, известно, что сольволиз цнклогексенокснда в уксусной кислоте приводит к ц^с- и тдцяс-ацетоксициклогексанолам и небольшому колпчесту циклопснтанкарбальдегнда. Эти же продукты были выделены и при окислении циклогексена хромовой кислотой в сравнимых условиях [65]:
CrVI ь ещеоонCrVI ь ещеоон+ Другие продукты+ Другие продукты
CrVI ь ещеоон
CrVI ь ещеоон
+ Другие продукты
+ Другие продукты
Несмотря на сложность выяснения механизма реакции, такое окисление может быть полезным при синтезе. дикарбоновых кислот, так как промежуточно образующиеся продукты подвержены дальнейшему окислению. Очевидно, что этот метод нельзя применять, если в йолекуле есть другие чувствительные к окислению группировки.
ОЗОНОЛИЗ
Реакция олефинов с озоном является важным методом расщепления молекул по двойным углерод-углероднцм связям [66]. В течение нескольких десятилетий эта реакция служила инструментом деструкции, время от времени она находит применение и в синтезе. В последние годы при исследовании тех довольно неустойчивых частиц, которые образуются в качестве шыермедиатов в процессе озонолиза, нашли применение низкотемпературные и спектроскопические методы. В результате Этих исследований ранние представления о механизме были поставлены на более прочную базу и позволили выяснить многие дополнительные детали механизма реакции.
На схеме 9.10 даны в обобщенном виде реакции, которые, как полагают, идут при озонолизе. Предполагают, что на первой стадии озонолиза образуется циклический аддукт состава 1:1, содержащий трехчленное кольцо. Эти интермедиаты очень нестабильны и прямых доказательств их существования нет. Предполагают, что эти частицы перегруппировываются в другие, содержащие четырехчленное кольцо, как это показано па схеме 9.10 [67]. Этот аддукт, иногда называемый «моль- озонидом», также весьма нестабилен и его можно обнаружить только при проведении реакции в растворителях, с которыми он быстро реагирует (в частности, альдегиды и кетоны).. Следующий интермедиат, 1,2,3-триоксолан, или «первичный озонид», — самый первый интермедиат, который был охарактеризован спектрально [68—70]. Этот аддукт разлагается, приводя к конечному продукту ^озонолиза— озониду, или 1,2,4-триоксолапу, и другим продуктам пероксидиого характера [71, 72]. Общее признание получило представление о том, что основной вклад в процесс образования озонида обычно вносит механизм раепдепления — рекомбинации. Имеются многократно воспроизводившиеся наблюдения о зависимости соотношения стереоизомерных озонидов от конфигурации исходного олефина (см., например, [73]). Такой результат можно согласовать с механизмом расщепления — рекомбинации, если предположить, что биполярные интермедиаты могут существовать в виде смеси сан- й антц-изомеров, не переходящих друг в друга:
СХЕМА а.Ш. ОБОБЩЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ОЗОН О Л И ЗА '■
QQК"СОГГ+ К ■К"СОГГ+ К ■Зависимость стереохимии озонидов от геометрии одефина может объяс? няться тогда стереоселективностью на стадиях как образования осколков, так и их рекомбинации. В литературе можно найти детальное объяснение Наблюдаемой стереоселективности с позиций конформационного анализа [74, 75].Зависимость стереохимии озонидов от геометрии одефина может объяс? няться тогда стереоселективностью на стадиях как образования осколков, так и их рекомбинации. В литературе можно найти детальное объяснение Наблюдаемой стереоселективности с позиций конформационного анализа [74, 75].
Q
Q
К"СОГГ+ К ■
К"СОГГ+ К ■
Зависимость стереохимии озонидов от геометрии одефина может объяс? няться тогда стереоселективностью на стадиях как образования осколков, так и их рекомбинации. В литературе можно найти детальное объяснение Наблюдаемой стереоселективности с позиций конформационного анализа [74, 75].
Зависимость стереохимии озонидов от геометрии одефина может объяс? няться тогда стереоселективностью на стадиях как образования осколков, так и их рекомбинации. В литературе можно найти детальное объяснение Наблюдаемой стереоселективности с позиций конформационного анализа [74, 75].
Если до полного образования озонида в реакционной смеси в ощутимых концентрациях присутствует карбонильное соединение, то образуются «смешанные озониды». Это происходит за счет того, что введенное карбонильное соединение улавливает биполярный нон, образующийся на стадии расщепления. При озонолизе цис-стильбена в присутствии бензальдегида, меченного изотопом 18О, метка-входит в состав эфирного, а не пероксидного фрагмента озонида:
Оа/\
PhCH=CHPii + PhCH=O’ > Ph—нс;ХН— Ph
О’
Этот результат согласуется с образованием «смешанного озонида» по механизму расщепления — рекомбинации [76]:
Реакцию озонолиза можно модифицировать с помощью молекул ре^ акционпоспособного растворителя. Уже отмечалось, что при проведении озонолиза с использованием в качестве растворителей определенных карбонильных соединений нормальный ход реакции нарушается. В этих условиях образуются дноксетапы [67, ,71]. Ниже показан механизм, предложенный для этого процесса:
Если при озонолизе в качестве растворителей йспользуют спирты, то биполярный интермедиат, образующийся на стадйи расщепления, улавливается в форме а-гидроксипероксидного простого эфира [77]. Тем самым предотвращается дальнейшая рекомбинация ив этих условиях можно выделить карбонильные соединения, образующиеся на стадии расщепления:
ОСН3
R,C=O—О' + сн3онr2cooh
ОСН3 ОСНз
' Оз 1I
PhCH-CH2 —л—д* PhCHOOH4- CH2OOH4-PhCHO4-CHi0 СИзОН
(31%)(23%)(20%)(27%)
Несмотря на сложный механизм реакции озонолиза она лежит в основе метода расщепления двойных углерод-углеродных связей с высокими выходами. Степени окисления реально выделяемых продуктов реакции зависят от условий, используемых при обработке реакционной смеси. Если желательно получить карбонильные соединения, то озонолиз полезно проводить в метаноле, в результате чего образуются а-метокси- алкилгидроперокенды. Далее реакционную смесь обрабатывают дйме- тилсульфидом, который восстанавливает гидропероксиды, что дает возможность выделять карбонильные соединения с хорошими выходами [78],
ООН
Оз I(СН-ЩЗ
RCH=.C1I2 —:- RCHOCH3 >• RCHO + (CH3)2SO
(5) [845](5) [845]СХЕМА 9.И. РЕАКЦИИ ОЗОНОЛИЗАСХЕМА 9.И. РЕАКЦИИ ОЗОНОЛИЗА(1) [84«|(2) [846](3) [84s](4) [84г](1) [84«|(2) [846](3) [84s](4) [84г]С последующим восстановлениемС последующим восстановлениемС последующим окислениемС последующим окислением(6) [84г](6) [84г]
(5) [845]
(5) [845]
СХЕМА 9.И. РЕАКЦИИ ОЗОНОЛИЗА
СХЕМА 9.И. РЕАКЦИИ ОЗОНОЛИЗА
(1) [84«|
(2) [846]
(3) [84s]
(4) [84г]
(1) [84«|
(2) [846]
(3) [84s]
(4) [84г]
С последующим восстановлением
С последующим восстановлением
С последующим окислением
С последующим окислением
(6) [84г]
(6) [84г]
Эта методика предотвращает окисление карбонильных соединений, особенно альдегидов, пероксидами, образующимися в результате озонолиза. Для той же цели использовали и другие восстановители, например три- фекилфосфин [79], триметил фосфит [80], трис (диметиламино) фосфин [81], сульфит натрия [82] и цинк [83]. Примеры некоторых Других восстановителей, которые применялись для этих целей, можно найти в обзоре [66й].
Если желательно получить спирты, соответствующие карбонильным продуктам расщепления, то реакционную смесь можно восстановить одним из гидридпых восстановителей [84]. Из альдегидов с хорошими выходами образуются карбоновые .кислоты, если после озонолиза реакционную смесь обрабатывать в присутствии избытка пероксида водорода для полного окисления альдегидных групп [83].
Некоторые примеры использования озонолиза в синтетических целях приведены на схеме 9.1L
9Л. СЕЛЕКТИВНОЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕПО ДРУГИМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ГРУППАМ
94.1. РАСЩЕПЛЕНИЕ ГЛИКОЛЕЙ
Как уже указывалось в связи с реакциями расщепления, начинающимися с окислительной атаки по двойной углерод-углеродной связи, гликольный фрагмент подвержен мягкому окислительному .расщеплению. Чаще всего в качестве реагента для окислительного расщепления гликолей используют перйодат-анионы [85]. В работах по изучению
механизма реакции ггаказано, что ключевым интермедиатом здесь является циклический комплекс гликоля с окислителем:
н нR—НС—CH—R
R—С—С—R —>\)—-> гксн + н2о + го;
но дн"0—1=0о
но/ /он
В результате исследований соотношения между стереохимией гликоля и скоростью окисления было установлено, что пространственные факторы, которые должны затруднять образование циклического интермедиата, уменьшают скорость окисления. Например, цис-1,2-дигидрокси- циклогексан существенно более активен, чем транс-изомер [86]. Снижение скорости можно приписать увеличению напряжения в циклическом эфире, образующемся из транс-диола. Некоторые гликоли, жесткость молекул которых исключает возможность образования циклического интермедиата, по существу инертны по отношению к перйодату. Иногда оказывается возможным путем сравнения скоростей реакций исследуемого и модельного соединения с известной стереохимией проводить стереохимические отнесения, основываясь па сравнительной активности по отношению к перйодату.
С помощью периодат-ионов можно осуществлять расщепление также и некоторых других систем, содержащих у соседних атомов углерода функциональные группы, способные к образованию циклического интермедиата, Дикетоны расщепляются до карбоновых кислот; предполагают, что активный циклический интермедиат образуется при нуклеофильной атаке по дикетонному фрагменту [87]:
о-он
+ ОЮДЬ -—>+ ОЮДЬ -—>егь—с—ою5н;сн3—с—о.
+ ОЮДЬ -—>
+ ОЮДЬ -—>
I—>;ю4н2- —>
сн3—с=осн3-с-о/
он -
—> нюг + 2СНаСООН
Подобному окислительному расщеплению подвергаются также а-гидр- оксикетоны и а-аминоеппрты.
Кроме периодат-ионов реагентом для расщепления гликолей может служить тетраацетат свинца. Он особенно полезен в случае гликолей, мало растворимых в водных средах,.используемых для реакций с перйодатом. То же соотношение стереохимии с реакционной способностью, что и обсуждавшееся при перйодатном растеплении, указывает на участие в реакции циклического интермедиата [88]:
r2C—ОНR3C—ОНr2C—ОНR3C—ОНРЬ(ОЛс)4РЬ(ОЛс)4R2C—О\ r8c-o/R2C—О\ r8c-o/,ОАсР<ол=,ОАсР<ол=2R2C=O + РЬ(ОАс)22R2C=O + РЬ(ОАс)2
r2C—ОН
R3C—ОН
r2C—ОН
R3C—ОН
РЬ(ОЛс)4
РЬ(ОЛс)4
R2C—О\ r8c-o/
R2C—О\ r8c-o/
,ОАс
Р<ол=
,ОАс
Р<ол=
2R2C=O + РЬ(ОАс)2
2R2C=O + РЬ(ОАс)2
Однако в отличие от перйодатного метода при этом иногда окисляются даже гликоли, которые не могут образовать циклический интермедиат. Например, окисляется траис-9,10-дпгидроксидекалин, хотя скорость реакции у цис-изомера в 100 раз больше [89]:
Таким образом, хотя циклическое переходное состояние, очевидно, обеспечивает проведение окислительного расщепления по пути с наименьшей энергией, возможны и другие механизмы реакции.
9.4.2. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ
Карбоновые кислоты окисляются тетраацетатом свинца. При этом происходит декарбоксилирование и в качестве продукта реакции может быть выделен алкен, алкан, эфир уксусной кислоты или, в определенных условиях, алкилгалогеНид. Реакция идет по свободнорадикальному механизму, и состав продукта зависит от пути превращений радикального интермедиата [90]:
Pb(OAc)4 + RCOOH ^=k RCOOPb(OAc)s + CHsCOOH
RCOOPb(OAc)3 —► R . + CO2 + Pb(OAc)3
' R- + Pb(OAc)4 -^- R+-J-Pb(OAc)3 + CHaCOO"
и R- + Pb(OAc)3 R+4-Pb(OAc)2 + CH3COO"
Реакция катализуется солями меди, функция которых сводится к окислению радикального интермедиата до карбениевого иона. На этой стадии медь(П) гораздо более активна, чем РЬ(ОАс)4.
Алканы образуются тогда, когда промежуточный радикал отнимает водород от растворителя'быстрее, чем окисляется до карбениевого иона. Этому восстановительному процессу содействуют растворители, являющиеся хорошими донорами водорода. Кроме того, он наиболее предпочтителен для первичных алкильных радикалов из-за более высокой энергии активации, связанной с образованием первичных карбениевых ионов. Наиболее выгодные условия для образования алканов создаются при фотохимическом разложении карбоновых кислот в растворе хлороформа [91].
[jСООН CHCis. РЬ(ОАсЦ Ii ->(65%) 1Av1-
Обычно доминирующими продуктами реакции являются алкен и. сложный эфир. Они образуются из промежуточного карбениевого иона соответственно путем элиминирования протона или захвата ацетат-иона. В присутствии ацетата меди отношение алкен : эфир растёт [92].
Если окисление проводят в присутствии солей галогеноводородных кислот, то с хорошими выходами образуются ал кил галогениды. Предполагают, что галоген вводится на радикальной стадии за счет процесса переноса лиганда:
RCOOPb(OAc)3 —► R • + СО2 + РЬ(ОАс)3
R * 4-РЬХп(ОАс)4-й —> RX + PbX^tOAch-^
Второй метод превращения карбоновых кислот в бромиды с одновременным декарбоксилированием — реакция Хуксдиккёра [93]. Наиболее удобный способ осуществления этого превращения заключается в нагревании карбоновой кислоты с оксидом ртути(П) и броцом [94];
1\Hgo 1\■
>—СООН -^~>Вг (41-46%)
Тот же суммарный результат можно получить, используя реакцию таллиевой (I) соли карбоновой кислоты с бромом [95]^
1,2-Дикарбоповые кислоты в реакции с тетр а ацетатом свпвца декарбоксилируются с образованием олефинов [96]:
Эту реакцию иногда применяют в синтезе напряженных олефинов. Реакцию можно сформулировать как синхронный процесс, начинающийся с двухэлектронного окисления:Эту реакцию иногда применяют в синтезе напряженных олефинов. Реакцию можно сформулировать как синхронный процесс, начинающийся с двухэлектронного окисления:1 о- IIR CVO—Н '14 > АR С—Q — РЬ(ОАс)3 II1 о- IIR CVO—Н '14 > АR С—Q — РЬ(ОАс)3 II2СО/+ РЬ(ОАс)2 + СНзСОрН2СО/+ РЬ(ОАс)2 + СНзСОрНооСинхронный механизм возможен также при окислении ос-гидрокси- карбоновых кислот, которые легко подвергаются окислительному декарбоксилированию [97];Синхронный механизм возможен также при окислении ос-гидрокси- карбоновых кислот, которые легко подвергаются окислительному декарбоксилированию [97];РтНРтН—Р2С=О + СОа + РЬ(ОЛс), + СНзСООН—Р2С=О + СОа + РЬ(ОЛс), + СНзСООНос-Ди карбонильные соединения реагируют с гидропероксидами щелочных металлов. Наиболее часто эту реакцию используют для окисления ос-кетокислот до карбоновых кислот с потерей диоксида углерода [98];ос-Ди карбонильные соединения реагируют с гидропероксидами щелочных металлов. Наиболее часто эту реакцию используют для окисления ос-кетокислот до карбоновых кислот с потерей диоксида углерода [98];ООСООНСООН'ООН'ООН"О ОI II "R-C-гС-О" -—ЩСОО + СО2 + "ОН гО-т-ОН"О ОI II "R-C-гС-О" -—ЩСОО + СО2 + "ОН гО-т-ОНОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВ И АЛЬДЕГИДОВОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВ И АЛЬДЕГИДОВОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВПод действием реагентов, содержащих Crvl или Mnvn, кетоны под- • вергаются о кисли тельному расщеплению. Реакцию иногда применяют в синтезе бифункциональных соединений путем раскрытия ко'льца. Предполагают, что механизм действия обоих реагентов сводится к реакциям енольных интермедиатов [99], хотя ни в одном случае все детали меха- низмй не были установлены. Окисление бензилфенилкетона (дезокси-* бензоина) с помощью CrVI можно описать достаточно полно [100] благодаря как кинетическим данным, так и точному определению выходов продуктов реакции. При этом образуются продукты окислительного расщепления и бензил, возникающий за счет окисления в «-положенииОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВПод действием реагентов, содержащих Crvl или Mnvn, кетоны под- • вергаются о кисли тельному расщеплению. Реакцию иногда применяют в синтезе бифункциональных соединений путем раскрытия ко'льца. Предполагают, что механизм действия обоих реагентов сводится к реакциям енольных интермедиатов [99], хотя ни в одном случае все детали меха- низмй не были установлены. Окисление бензилфенилкетона (дезокси-* бензоина) с помощью CrVI можно описать достаточно полно [100] благодаря как кинетическим данным, так и точному определению выходов продуктов реакции. При этом образуются продукты окислительного расщепления и бензил, возникающий за счет окисления в «-положении
Эту реакцию иногда применяют в синтезе напряженных олефинов. Реакцию можно сформулировать как синхронный процесс, начинающийся с двухэлектронного окисления:
Эту реакцию иногда применяют в синтезе напряженных олефинов. Реакцию можно сформулировать как синхронный процесс, начинающийся с двухэлектронного окисления:
1 о
- II
R CVO—Н '
14 > А
R С—Q — РЬ(ОАс)3 II
1 о
- II
R CVO—Н '
14 > А
R С—Q — РЬ(ОАс)3 II
2СО/+ РЬ(ОАс)2 + СНзСОрН
2СО/+ РЬ(ОАс)2 + СНзСОрН
о
о
Синхронный механизм возможен также при окислении ос-гидрокси- карбоновых кислот, которые легко подвергаются окислительному декарбоксилированию [97];
Синхронный механизм возможен также при окислении ос-гидрокси- карбоновых кислот, которые легко подвергаются окислительному декарбоксилированию [97];
РтН
РтН
—Р2С=О + СОа + РЬ(ОЛс), + СНзСООН
—Р2С=О + СОа + РЬ(ОЛс), + СНзСООН
ос-Ди карбонильные соединения реагируют с гидропероксидами щелочных металлов. Наиболее часто эту реакцию используют для окисления ос-кетокислот до карбоновых кислот с потерей диоксида углерода [98];
ос-Ди карбонильные соединения реагируют с гидропероксидами щелочных металлов. Наиболее часто эту реакцию используют для окисления ос-кетокислот до карбоновых кислот с потерей диоксида углерода [98];
О
О
СООН
СООН
'ООН
'ООН
"О О
I II "
R-C-гС-О" -—ЩСОО + СО2 + "ОН г
О-т-ОН
"О О
I II "
R-C-гС-О" -—ЩСОО + СО2 + "ОН г
О-т-ОН
ОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВ И АЛЬДЕГИДОВ
ОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВ И АЛЬДЕГИДОВ
ОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Под действием реагентов, содержащих Crvl или Mnvn, кетоны под- • вергаются о кисли тельному расщеплению. Реакцию иногда применяют в синтезе бифункциональных соединений путем раскрытия ко'льца. Предполагают, что механизм действия обоих реагентов сводится к реакциям енольных интермедиатов [99], хотя ни в одном случае все детали меха- низмй не были установлены. Окисление бензилфенилкетона (дезокси-* бензоина) с помощью CrVI можно описать достаточно полно [100] благодаря как кинетическим данным, так и точному определению выходов продуктов реакции. При этом образуются продукты окислительного расщепления и бензил, возникающий за счет окисления в «-положении
ОКИСЛИТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Под действием реагентов, содержащих Crvl или Mnvn, кетоны под- • вергаются о кисли тельному расщеплению. Реакцию иногда применяют в синтезе бифункциональных соединений путем раскрытия ко'льца. Предполагают, что механизм действия обоих реагентов сводится к реакциям енольных интермедиатов [99], хотя ни в одном случае все детали меха- низмй не были установлены. Окисление бензилфенилкетона (дезокси-* бензоина) с помощью CrVI можно описать достаточно полно [100] благодаря как кинетическим данным, так и точному определению выходов продуктов реакции. При этом образуются продукты окислительного расщепления и бензил, возникающий за счет окисления в «-положении
к карбонилу. Кроме этого, в некоторых условиях образуется и продукт конденсации (5), который свидетельствует о возможности участия радикального интермедиата:
ООООPhCO COPh
Й CrVI II IIIII I
PhCHgCPh ?- PhC—CPh + PliCH + PhCQOH + PhCH—CHPh
5
Было показано, что как дикетон, так п продукты расщепления образуются из бензоина, который служит в этой реакции интермедиатом. Он в свою очередь является результатом окисления енольной формы исходного кетона:
О
Н,СгО4.
Ph СЮ CPU PhCH=CPh> Ph-CHyCH-Ph —>,| Нг О*S-|
ОНН2О-Х ОСгОзН
ПродуктыPhCH—CPh + Cr —реакции
ОН о
Считают, что продукт конденсации образуется через интермедиат, возникающий путем одноэлектронного окисления, вероятно осуществляемого Cr[V:
О'О
II. II
PhCH2CPh —> PhCHCPh 5
Исследования, проведенные с циклогексаноном, указывают на промежуточное участие в реакции 2-гидроксициклогексанона, который далее окисляется до циклогександиоиа и расщепляется с образованием дикарбоновых кислот, главным образом адипиновой кислоты [101]:
Фактически в качестве исходных веществ в окислительном расщеплении можно использовать спирты, вследствие их эффективного окисления до кетонов. Реакции этого типа требуют значительно более жестких условий, чем превращение спиртов в кетоны.
Тетраацетат свинца реагирует с кетонами с образованием а-ацёт- оксикетонов [102]. Однако в до сих пор описанных случаях редко встречаются высокие выходы. Реакция успешно применялась к кетостероидам. Для катализа такого окисления можно использовать трехфтористый бор. Предполагают, что его функция сводится к катализу енолп- зации; считают, что активной частицей является енол [ЮЗ]:
О7^PbfoAcL
ООr2chcr'^z± r2or2chcr'^z± r2o'.-I 'ОCORr
О
О
r2chcr'^z± r2o
r2chcr'^z± r2o
,OH РЫОАсД CIL>C=O оIII
^—*‘ /V -^ch3co-cr2
'R1RgC^C
Пероксид молибдена окисляет еноляты до а- гидр оксикетонов; окислять можно как кетоны, так и эфиры енолятов [104].
ОО"о
II I
•vloOn»пнрадии
ГМФТА
Этот реагент готовят растворением МоОз в пероксиде водорода с последующим прибавлением гекса метил фосфортриамида. Образующийся осадок превращают в пиридиновый комплекс и используют в этой форме. 1
Альдегиды можно окислять до карбоновых кислот действием как MhVH, так и Crvi. Достаточно детальное исследование механизма реакции было .выполнено в случае CrVI. Предполагают, что при этом образуется эфир хромовой кислоты и гидрата альдегида, который разлагается далее на стадии, определяющей скорость реакции, по механизму, сходному с тем, который действует при окислении спиртов [105]:
RCH=O + IbCrO^ — RCIIOCrOJI
Oil
RCn-ОСгОзН-WCOOIi + ЫСгОз + H+
н
Другим реагентом для окисления альдегидов до карбоновых кислот мо- жет быть оксид серебра, например [106]:
1 Аего, NaOHа. НО1 Аего, NaOHа. НО(83-55%)(83-55%)
1 Аего, NaOH
а. НО
1 Аего, NaOH
а. НО
(83-55%)
(83-55%)
ОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВ И АЛЬДЕГИДОВ ПЕРОКСИДАМИИ КИСЛОРОДОМ
В присутствии кислотных катализаторов пероксиды окисляют карбонильные соединения путем формального Внедрения атома кислорода в одну из углерод-углеродных связей при карбонильной группе. Внедрение достигается серией последовательных стадий, включая присоединение реагента к карбонильной группе и миграцию одного из заместителей к атому кислорода:
ОО^ОНО
II I' II
РСК + р'сООН+=^ РтС—К >RCOR + R'COOH
О™С=О
Р
Происходящие синхронно гетеролиз связи О—О и миграция обычно оказываются стадией, определяющей скорость процесса [107]. Реакция известна как окисление по Байеру — Виллигеру [108] .
В случае несимметричного кетона структура продукта зависит от того, какая из алкильных групп мигрирует. При изучении факторов, влияющих па склонность заместителей к миграции при окислении по Байеру — Виллигеру, был установлен общий порядок изменения вероятности миграции, или «миграционной способности» заместителей: трет- алкил, втор-алкил > бензил, фенил >- neps-алкил >■ циклопропил > > метил [109]. Так, показано, что метндкетоны однозначно образуют ацетаты за счет миграции большей группы [НО]. При окислении по Байеру — Виллигеру конфигурация мигрирующей группы сохраняется, как это и бывает обычно при миграции к электронодефицитному центру.
Факторы, управляющие способностью заместителей к миграции, не
СХЕМА 9.12. ОКИСЛЕНИЕ ПО БАНЕРУ-В ИЛЛ ИГЕРУ
СО [H2ajСО [H2aj(57%)(57%)Н?5<ДН?5<Д
СО [H2aj
СО [H2aj
(57%)
(57%)
Н?5<Д
Н?5<Д
совсем ясны..Несомненно, что определенный вклад вносят электронные свойства заместителей; например, в бензофенонах относительна^ склонность к миграции уменьшайся в зависимости от природы заместителя в пара-положенин в последовательности: СН3О >- СН3 2> Н >- Ci >- > МО2 [111]. Предполагают также, что определенную роль играют пространственные и конформационные факторы [112]. Селективность процесса миграции зависит, по-видимому, также от природы надкислоты; при использовании трифторнадуксусной кислоты селективность несколько меньше, чем в случае более слабых окислителей.
В настоящее время при окислении кетонов по Байеру — Виллигеру в синтетических целях чаще всего используют трифториадуксусную и лг-хлорнадбенэойную кислоты. На схеме 9.12 показаны некоторые типичные примеры реакций этого рода. Много примеров использования надуксусной кислоты, надбензойцой кислоты и пероксида водорода в смеси с сильными кислотами можно найти в сводке работ, опубликованных до середины 50-х годов [113], Надсерная кислота — также эффективный реагент, по крайней мере для простых кетонов [114].
Хотя сами кетоны инертны по отношению к молекулярному кислороду, анионы их енольных форм восприимчивы к окислению. Комбинация кислорода с основаниями дает возможность ввести кислородсодержащую функцию по потенциальному карбанионному участку [115],
Предполагают, что первоначальными продуктами такого окисления являются гидропероксиды, но если в реакционной смеси присутствует t ДМСО или другое вещество, способное к восстановлению гидроперокси-1 дов, то образуется спирт. Окисление стероидов успешно проводят в присутствии триалкцлфосфитов [116]. Промежуточно образующийся при этом гидропероксид эффективно восстанавливается фосфитом [116];
Для некоторых карбанионов было показано, что окисление идет по механизму, начинающемуся с электронного 'переноса; этот механизм можно считать общеприменимым [117]. Последующие стадий, вероятно, являются цепными реакциями, подобными тем, что встречались и в других случаях окисления молекулярным кислородом (см. гл. 12 кн. 1):
RgC : + О» -—> RgC • + О8
R^C е -I- Оа > R3C—О—О •
R3C—О—О. + R5Ci —> R.3C ■ + R3C—О—О'
В некоторых случаях в качестве окислителя использовали пероксид водорода [118, 119]. При этом непосредственно образуется спирт;
RSC' + "OOH —> R3CCT + "ОН
ОКИСЛЕНИЕ ДРУГИМИ РЕАГЕЙТАМИ
Для окисления кетонов и альдегидов до ct-дикарбонильных соединений широко используется диоксид селена. Реакция часто дает желаемый продукт с высоким выходом, если с карбонильной группой связаны однотипные группы СНз. В несимметричных кетонах окисление обычно происходит по той группе СН3, которая легче енолизуется [120]. Считают, что механизм реакции включает образование селенистого эфира енола [121]:
О*"ОНII ,«RCCHaR + HOSeOHО*"ОНII ,«RCCHaR + HOSeOHИ
О*"ОН
II ,«
RCCHaR + HOSeOH
О*"ОН
II ,«
RCCHaR + HOSeOH
RC^CHR —RC—CR'— ^ RC—CR
М лII МII и
°О>°° °8сОНО О
Не ОН
Окисление циклогексанона [122] и ацетофенона [123] идет с высоким выходом:.
(60%)(60%)
(60%)
(60%)
(69 - 72%)(69 - 72%)
(69 - 72%)
(69 - 72%)
Другие аспекты механизма окисления диоксидом селена рассмотрены в разд. 9.6.3.
Метил кетоны в реакции с гипохлорит- или гипобромит-ионамн расщепляются с образованием кар,боновой кислоты, имеющей на один углеродный атом меньше:
О
IINaOH. Вг»
(СН3)3СССН3 Э- (CH3)SCCOOH (71-л%){См. [124П
,1 КОСТ
(СН3)гС=СНСОСН3 > (СН3)2С=СНСООН (49 - 53%) {См. [125}}
гг
Начальная стадия в этих реакциях заключается в катализуемом основанием галогенировании. Галогенкетоны более реакционноспособны, чем соответствующие им исходные кетоны, и это приводит к быстрому галогенированию до тригалогензамещенного кетона. Такие соединения легко расщепляются щелочами.
ОО"ОО"О
медленно [-ORr ||-он |быстро ||
RCCH3 t ^ RC=CH3 RCCIbBr > RC=CHBr > RCCBr3
ОII _RCCBi-з^^ОНОII _RCCBi-з^^ОН07
О
II _
RCCBi-з^^
ОН
О
II _
RCCBi-з^^
ОН
+t CBr3R С О О" + НСВг3+t CBr3R С О О" + НСВг3гр
+t CBr3R С О О" + НСВг3
+t CBr3R С О О" + НСВг3
RC—СВг > RCOOH
ОН
Лабильность ио отношению к щелочам является результатом стабилизации, обусловленной индуктивными эффектами атомов галогена.
ОКИСЛЕНИЕ ОЛЕФИНОВ ПО АЛЛИЛЬНОМУ ПОЛОЖЕНИЮ
ОКИСЛИТЕЛИ ПА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Олефины окисляются как по двойной связи, так и по аллильному положению. Среди реагентов, содержащих CrVE, по-впдимому, наиболее подходящим для аллильного окисления можно считать комплекс СгОз с пиридином в хлористом метилене [126]. Имеющаяся информация о механизме реакции указывает, что интермедиатами при таком окислении являются аллильные радикалы или катионы. Так, при наличия в исходном циклогексене изотопа 14С он распределяется в продукте реакции— циклогексеноне — таким способом, который свидетельствует об участии в реакции на определенной стадии симметричного аллильного интермедиата [127]:
О
Во многих случаях аллильного окисления двойная связь в продукте реакции обнаруживается в положении, указывающем на то, что в ходе реакции произошел «аллильный сдвиг», например [126]*.
СгОз — пи ри ди цСгОз — пи ри ди ц(68%)(68%)
СгОз — пи ри ди ц
СгОз — пи ри ди ц
(68%)
(68%)
Если в алкене имеется более одной метиленовой группы в аллильном положении, то обычно образуется смесь продуктов. Окисление метильной группы, находящейся в аллильном положении, должно, очевидно, происходить гораздо медленнее, чем окисление более замещенных положений, и оно действительно наблюдается очень редко.
КИСЛОРОД, ОЗОП ’И ПЕРОКСИДЬ!
Олефины реагируют с кислородом в возбужденном синглетном состоянии с образованием гидропероксндов. Эта реакция всегда протекает с аллильным сдвигом двойной связи. Синхронный механизм позволяет объяснить и этот сдвиг, и тот факт, что при этом отщепляется водород, цис-расположенный относительно вновь образующейся связи С—О [128]:
Существуют разногласия относительно природы очень нестабильного интермедиата, участвующего в этой реакции. Основное внимание было сконцентрировано на иадэпоксидпом интермедиате (6). Следует отметить, что этот интермедиат обнаруживает некоторое сходство с первым интермедиатом, предполагаемым в механизме озонолиза. Существование такого интермедиата согласуется п со стереохимией реакции, и с аллильным сдвигом, которые характерны для подобного окисления. Как и следовало ожидать, нидэпоксидный интермедиат имеет очень короткое время жизни и поэтому не был обнаружен непосредственно. Эксперименты нескольких типов с использованием растворителя в качестве ловушки были интерпретированы в пользу существования надэпоксидного интермедиата [129]. Однако ни один из полученных результатов в конечном счете не исключает и синхронного одностадийного механизма, и, возможно, именно Этот механизм реализуется в большинстве случаев [130].
Существует несколько способов генерирования окислителя [131]. С препаративной точки зрения наиболее важные из них — фотосенсиби- лпзироваиное превращение кислорода из основного триплетного состояния в возбужденное синглетное состояние, окисление пероксида водорода гипохлоритом, разложение 9,10-дифепилантраценпероксИДа и разложение аддуктов, образующихся при низкой температуре из триалкил- фосфитов и озона. Близкое соответствие состава смесей продуктов, полученных при использовании этих реагентов, приводит к выводу о том, что в каждом случае действующим окислителем является одна и та же химическая частица. Эти методы генерирования синглетного кислорода представлены на схеме 9МЗ.
Возбужденная молекула кислорода может вернуться в основное триплетное состояние, если она не встретит подходящий для реакции олефин. Было показано, что скорость этого процесса сильно зависит от природы растворителя [132]. Измеренные времена жизни варьируют от примерно 700 мкс (в четыреххлористом углероде) до 2 мкс (в воде). Из этого следует, что растворитель может оказывать четко выраженное влияние на эффективность окисления; чем больше время жизни молекулы кислорода в возбужденном состоянии, тем более вероятна продуктивная встреча ее с алкеновым субстратом.
Реакционная способность олефинов изменяется в последовательности, соответствующей ожидаемой для взаимодействия с относительно электрофильным реагентом. Активность увеличивается с ростом числа
СХЕЛ1А g,t3, ГЕНЕРИРОВАНИЕ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА
(.1) [131а) Фотосенсибилизатор + Av —> Ц Фотосенсибилизатор]* ’[фотосснсибнлизаторр —* 3 [Фо то сенсибилизатор]* 3[Фотосенснбилизатор]* -f- SO« —> 'Оа+ Фото сенсибилизатор
[1316] Н2О2+"ОС1 —> 'Ог + НаО + СГ
О
[131в] (КОз)Р-Юэ —^ (РО)зР^ /О —^ (ЧО)эР=О+!Ог
О
алкильных заместителей в олефине [133, 134]. Олефины с; концевой двойной связью сравнительно инертны и обычно не превращаются в продукт реакции в значительных количествах. Реакции препятствует также сильная пространственная затрудненность олефиновой группы [128}. Направление подхода‘кислорода определяется стерическими эффектами: преобладающим типом атаки является присоединение с менееv затрудненной стороны молекулы. Такие алкены, как, например, норбор- неи, которые не в состоянии реагировать По синхронному механизму по стереоэлектропным причинам, не активны к кислороду в синглетном состоянии [135].
Некоторые олефины реагируют с синглетным кислородом иначе — с образованием циклических аддуктов, диоксетанов [136—138]:
0—0
R R
Эта реакция обычно не играет существенной роли в случае олефинов, содержащих только алкильные заместители, но становится важной, на- * пример, для виниловых эфиров.
Синглетный кислород принимает участие в реакциях [4-|-2] -циклоприсоединения с диенами с образованием пероксидов;
[М13'»]{[М13'»]{{См. [140]}{См. [140]}
[М13'»]{
[М13'»]{
{См. [140]}
{См. [140]}
Гидропероксиды, образующиеся при окислении алкенов, являются, как правило, нежелательными побочными продуктами. Их можно восстанавливать без предварительной очистки до соответствующих аллильных спиртов. Окисление синглетным кислородом с дальнейшим восстановлением лежит в основе достаточно общего метода синтеза аллильных спиртов из олефинов с аллильной миграцией двойной связи. Несколько конкретных примеров реакций этого тина показано* на схеме 9Д,4.
СХЕМА 8.14. ОКИСЛЕНИЕ ОЛЕФИНОВ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМСХЕМА 8.14. ОКИСЛЕНИЕ ОЛЕФИНОВ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ(1) [140а](1) [140а](2) [1405](2) [1405](3) [140 в](3) [140 в]9.6.3. ДРУГИЕ ОКИСЛИТЕЛИ9.6.3. ДРУГИЕ ОКИСЛИТЕЛИ
СХЕМА 8.14. ОКИСЛЕНИЕ ОЛЕФИНОВ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ
СХЕМА 8.14. ОКИСЛЕНИЕ ОЛЕФИНОВ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ
(1) [140а]
(1) [140а]
(2) [1405]
(2) [1405]
(3) [140 в]
(3) [140 в]
9.6.3. ДРУГИЕ ОКИСЛИТЕЛИ
9.6.3. ДРУГИЕ ОКИСЛИТЕЛИ
Диоксид селена, атакует аллильные положения предпочтительнее, чём двойные углерод-углеродные связи, и является весьма полезным реагентом для аллильного окисления. Накоплено и обобщено много фактов о селективности этого реагента по отношению к аллильным участкам различных типов [141]. Механизм реакции детально не установлен, но при обсуждении различных типов продуктов, обычно встречающихся при окислении диоксидом селена, полезна следующая общая постадийная схема, описывающая этот процесс;
VRCH—CHCHR'OSlOHVRCH—CHCHR'OSlOH, SeOi
VRCH—CHCHR'
OSlOH
VRCH—CHCHR'
OSlOH
RCH2CH=CHR--—>-RCH»CH—CHRн+ u 1НО—Se—О
я.. Vя.. VRCH=CHCHRrОНRCH=CHCHRrОН+ RCHCH—CHR -t ОН+ RCHCH—CHR -t ОНII цII цR'R'
я.. V
я.. V
RCH=CHCHRr
ОН
RCH=CHCHRr
ОН
+ RCHCH—CHR -t ОН
+ RCHCH—CHR -t ОН
II ц
II ц
R'
R'
Приведенные выше стадии составляют одну из простейших цепочек реакций, которые позволяют разумно объяснить особенности реакции [142, 143]. Аллнлселел истые эфиры могут образовываться и иными путями, чем указанные выше [144, 145]. Первичные продукты окисления — Спирты Легко окисляются диоксидом селена до соответствующих карбонильных соединений; это дальнейшее окисление происходит в обычных условиях реакции, поэтому как правило в качестве конечных продуктов реакции выделяют карбонильные соединения. Спирты можно выделить только ценой понижения степени превращения олефина. Если необходимо получить спирт, то в качестве растворителя при окислении можно использовать уксусную кислоту. В этих условиях образуются
эфиры уксусной кислоты, которые инертны к дальнейшему окислению диоксидам селена.
Селективность реагента по отношению к различным аллильным положениям в молекуле зависит от структуры алкена: у тризамещенпых алкенов реакционная способность изменяется в последовательности: СН2 > СН3 > СН, тогда как для дизамешенных соединений порядок становится иным: СН > СИ2 > СН3. Из предложенного выше механизма реакции следует, что если аллильный интермедиат несимметричен, то должна образоваться смесь продуктов реакции. Такие смеси действительно наблюдались во многих реакциях. В случае олефинов с концевой двойной связью часто обнаруживают продукты, возникающие за счет миграции двойной связи, например [146]:
о
!15е°2
CH2=CH(CHS)4OCCH$ СН3СООН
ОООСОСН$
11III
—> СН3СОСН2СН=СН(СН2)3ОССН3 4- CHS—СНСН(СН2)8ОСОСНз
(27%)(17%)
Обычно при окислении вместо третичных спиртов получаются дисны, что согласуется с участием в реакции аллильного интермедиата. Реакция обнаруживает высокую селективность, если опа применяется к аещ-диметилолефинам [144]; иллюстрацией этого может служить последний пример на схеме 9.15. В других случаях, когда изучалась стереохимия окисления диоксидом селена [143, 144], были найдены смеси возможных диастереомеров. Несколько примеров окисления диоксидом селена приведено на схеме 9.15.
СХЕМА 9-13. ОКИСЛЕНИЕ ДИОКСИДОМ СЕЛЕНА
Se.O2Se.O2(2} [1476)(2} [1476)
Se.O2
Se.O2
(2} [1476)
(2} [1476)
Н3СХ ,СН8СНз 5вОа Н3СхуСН2СНз
[147а] VV>Ц5%)
Н3<Ухнонс/ЧН
Другим реагентом для окисления алкенов по аллильным положениям может служить фенилселеиилбромид [147]. Здесь сначала происходит присоединение, затем аддукт реагирует с уксусной кислотой, последующее окисление приводит к ацетату аллильного спирта:
9.7. ОКИСЛЕНИЕ АТОМОВ УГЛЕРОДА, НЕ НЕСУЩИХФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП
Попытки селективного окисления углеводородов или других соединении по участку, удаленному от активирующих функциональных групп, встречают определенные трудности. При использовании мощных окислителей на базе переходных металлов первичные продукты окисления почти всегда более восприимчивы к дальнейшему окислению, чем исходное вещество. Если в реакцию вводится углеводород, он скорее всего будет окислен до карбоновой кислоты с разрывом цепи за счет последовательного быстрого окисления спиртового и карбонильного интермедиатов. Только в некоторых специальных условиях окисление углеводородов может быть синтетически полезным процессом. Большую группу реакций такого рода составляют промышленно важные каталитические процессы. Много усилий было затрачено на совершенствование подобных систем и некоторые из них приобрели экономическое значение. Однако поскольку механизмы этих реакций часто остаются неясными вследствие ограниченного понимания природы гетерогенного катализа, в£ы не будем останавливаться на этих реакциях.
Пожалуй, наиболее широко известным и практически полезным вариантом окисления углеводородов является окисление боковых цепей ароматических соединений. Высокие выходы в этом методе достигаются, несмотря на использование мощных окислителей, за счет двух факторов. Во-первых, бензильное положенно активировано к окислению. Здесь особенно легко могут образовываться радикальные или карбениевые интермедиаты вследствие пигепцизлыюй возможности резонансной стабилизации. Во-вторых, гфома [ ччегиое кольцо устойчиво к окислителям на основе марганца(VIh н хрома (VI), которые атакуют боковую алкильную цепь.
Трудно сформулировать детальный механизм реакций окисления такого рода, так как в реакции несомненно участвует металл в нескольких степенях окисления. В случае перманганата считается вероятным, что первоначальная атака реагента приводит к отщеплению атома водорода, возможно, с последующим образованием эфира MnVI [148]:
+ MnOjH'+ MnOjH'R
+ MnOjH'
+ MnOjH'
Ar—С—П +MnOJ
I
К
RО
!II
— -1- Аг—(,—О—M11--OLI —> Дальнейшие реакции
RО
На схеме 9.16 дано несколько примеров реакций окисления боковых цепей ароматических соединений. В реакциях (3) и (5) окисление завершается, не доходя до стадии образования карбоновой кислоты.
Второй класс углеводородных субстратов, селективное окисление которых возможно при определенных условиях, — это бициклические углеводороды [49]. Здесь предпочтительным участком первоначальной атаки является положение в голове мостика, поскольку реакционная способность различных связей С—Н изменяется в последовательности третичная > вторичная > первичная. Однако первоначальные продукты реакции далее уже не окисляются с такой же легкостью. Дегидратации спиртов препятствует геометрия бициклической системы (правило Бредта). Естественно, третичные гидроксильные группы, находящиеся в голове мостика, не могут превращаться в кетонные группы; поэтому окисление, начавшись с этого положения, останавливается на стадии
(I) [U8a](I) [U8a](76—78%)(76—78%)(2) [1485](3) [148s](4) [148s](5) [1483](2) [1485](3) [148s](4) [148s](5) [1483]
(I) [U8a]
(I) [U8a]
(76—78%)
(76—78%)
(2) [1485]
(3) [148s]
(4) [148s]
(5) [1483]
(2) [1485]
(3) [148s]
(4) [148s]
(5) [1483]
спирта. Селективное окисление возможно, есди конкурирующие с, группировкой в голове мостика метиленовые группы менее реакционноспособны. Наиболее полезным реагентом для введения функциональной группы в ненапряженные бициклические углеводороды оказалась хромовая кислота:
СгО»'НОАс, Ас2ОСгО»'НОАс, Ас2О(40-50%)(40-50%)
СгО»'
НОАс, Ас2О
СгО»'
НОАс, Ас2О
(40-50%)
(40-50%)
Реакция не удается с напряженными бициклами, такими как норборнен, в которых активность фрагмента в голове мостика Понижена за счет неблагоприятно высокой энергии интермедиата, как радикального, так и карбениевого.
Сообщалось и о других случаях успешного селективного окисления углеводородов реагентами, содержащими хром (VI), например, об окис- леиии цис-декалина до соответствующего спирта [150]
онон
он
он
но здесь требуется тщательный контроль условий реакции, и даже при этом описаны лишь немногие примеры, когда удалось получить продукты окисления с высокими выходами.
С помощью тетраацетата свинца можно также осуществлять окисление иеактивнрованных функциональными группами связей С'—Н, но этот процесс неизбежно требует присутствия функциональной группы (гидроксила) где-либо в другом месте молекулы [151]:
РЬГОАеЦСН3(СНг)5СН2ОЦ —:’РЬГОАеЦСН3(СНг)5СН2ОЦ —:’— (СГЫгСГЬ +— (СГЫгСГЬ +Q ^-РНзСНз'Q ^-РНзСНз'
РЬГОАеЦ
СН3(СНг)5СН2ОЦ —:’
РЬГОАеЦ
СН3(СНг)5СН2ОЦ —:’
— (СГЫгСГЬ +
— (СГЫгСГЬ +
Q ^-РНзСНз'
Q ^-РНзСНз'
Предполагают, что в этой реакции промежуточно образуются -тт " ^ ляты свинца [152]. Решающая стадия активации насыщенной цепи заключается во внутримолекулярном отщеплении атомй водорода алксн- сильным радикалом;
,РкчОАШ
RCH^CH^OH>- RCHa(CH2)3OPb(OAc)3 —> RCH^CH^O •-f-РЬ(ОАс)3
.РЬ(ОАсЦ +
RCH2(CHS)3O- -^ РСН(СН2)зОН > RCH(CHi)3OH + РЬ(ОАс)$ + "оАс
RCH(CH2)3OH —►RCH(CH2)3OH —►■рн*■рн*
RCH(CH2)3OH —►
RCH(CH2)3OH —►
■рн*
■рн*
Так как предпочтительное, переходное состояние для этого типа отщепления должно быть шестицентровым
то основными Продуктами реакции являются производные тетрагидрофурана. Часто обнаруживают и небольшие количества эфиров с шести- членпым кольцом. ‘
В разд, 12.5 кн- 1 описаны некоторые другие синтетически полезные реакции, которые проходят с внутримолекулярным отщеплением водорода от неактивированной группы. Особое значение имеет развитый Бартоном метод фотолиза нитритов, который важен для введения функций в метильные группы стероидов [153].
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
К. В. Wiberg (ed.), Oxidation on Organic Chemistry, Part A, Academic Press, New York, NY, 1965.
I?. S. Trahanousky (ed ), Oxidation in Organic Chemistry, Part B, Academic Press, New York. NY, 1973.
R, L, Augustine (ed), Oxidalion, V. 1, Marcel Dekker, New York, NY, 1969.
R. L. Augustine, Ь. L Trecker (eds.), Oxidation, V. 2, Marcel Dekker, New York, NY,
1971
L. J. Chinn, Selection of Oxidants in Synthesis, Marcel Dekker, New York, NY, 197L
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
У. Уотерс. Механизмы окисления органических соединений. Пер. с англ./Пбд ред. А, Н. Несмеянова. М., Мир. 1966. 175 с.
Г. А. Толстиков. Реакции гидроперекиспогр окисления. М„ Наука, 1976, 200 с,
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
К. В. Wiberg, Oxidation in Organic Chemistry. P. A. Academic Press, New York, NY, pp. 69—72
F; H, Westheimer, M Nicolaides, J Am. Chem, Spc. 71, 25 (1949).
M Rahman, S. R<deh, J. Дт Chern. Sue. 93, 5462 (1971).
P. M. Паес. 1Г S Trahanousky, J. Am. Chetn Soc. 92, 1120 (1970).
К В. Wiberg, 8 K. Mukhergee, J. Am. Chem. Soc. 96, 1884' (1974),
M. Doyle, R 7 Swedo, J, Roc eh. J. Am. Chem. Soc. 95, 8352 (t973).
6a. C. D. Hurd., R N Meinert, Org Synth. Il, 541 (1-943) [СОП, 2, 424 (1949)].
E. I. Eisenbraan.Oig. Synth 45, 28 (1965),
би. H. A. Neidig, D L Fanck, R. Uhrtch, R. Baker, W, Kreiser, J, Am. Chem. Soc. 72, 4617 (I960) '
бе. H. C. Brown. С p. Garg, K-T. Uu, J. Org. Chem. 36, 387 (1971). ,
6 3. .J. Meinwald. 7. Crandall, Ip. E. flymans, Org. Synth. 45, 77 (1965).
6a J C. Collins. IP. Ip. Hcss.F.J. Frank, Tetrahedron, Lett., 3363 (1968).
бж. J, 7. DeGraw, J, 0, Rodin., J. Ord. Chem. 36, 2902 1971 .
R. Ratcliffe, R. Radehorst, J. Org. Chem. 35, 4000 (1970).
би. M A. Schwartz, J. D. Crowell, J. H. Musser, J. Am. Chem. Soc. 94, 4361 (1972). йк.1. C. Collins, Vth №. Hess, Org Synth. 52, 5 (1972).
G. L Poos, G. E- Arih, L E. Bey ter, L. H. Sarett, J. Am. Chem. Soc. 75, 422 (1953).
IP, S. Johnson, IP. A. Vredenburgh,,!. E, Pike, J. Am. Chem. Soc. 82^ 3409 (1960); IF. 3. Allen, S. Bernsten, R. Littell, J. Arn. Chem. Soc. 76, 6116 (1954).
L C. Collins, Ip. IP. Hess, F, J. Frank, Tetrahedron Left., 3363 (1968).
R. Ratcliffe, R. Rodehorst, J. Org. Chem. 35, 4000 (1970).
IP. A. Mosher, D. M. Preiss, J Am. Chem. Soc. 75, 5605 (1953).
D. G. Lee, in: Oxidation, V. 1, R. L. Augustine (cd.), Marcel Dekker, New York, NY, 1969, pp. 66—70.
L M. Goldman, J. Org Chem. 34, 1979 (1969).
13й.5. F. Pratt, J. F. Van De Castle, J. Org- Chem. 26, 2973 (1961).
/. M. Goldman, J. Org. Chem. 34, 1979 (1969),
L. Crombie, J. Crossley, J. Chem. Soc., 4983 (1963).
13г. 5. P. Papadopoulos, A, Jarrar, С, H. Jsstdorides, J. Org. Chem. 31, 615 (1966).
Z Attenburrow, .4. F. B. Cameron, J, 11. Chapman, R, M. Evans, B. A. Herts, A, B. A. Jansen, I. Walker, J Chern. Soc. 1094 (1952).
R. M. Moriarty, H. Gopal, 7. Adams, Tetrahedron Lett., 4003 (1970).
J. L. Courtney. /(. F. Swansborough, Rev. Pure AppL Chem. 22, 47 (1972); D G Lee, Л1. van den Engh, in: Oxidation Part B, IP. S. Trahanovsky (ed.), Academic Press, New York, NY, 1973, Chap. IV
Reviews J. G. Moffat, in; Oxidation, V. 2, R. L. Augustine, D J. Trecker (eds.), Marcel Dekker, New York, NY, 1971, pp. 1—64; IF. IF. Epstein, F. IP. Sweat, Chem. Rev. 67, 247 (1967).t
К- E. Pfilzner, 1. G. Moffatt, J Am. Chem. Soc. 87, 5061, 5670 (1985).
J. G, Moffatt, J Org. Chem. 36, 1909 (1971).
J. R. Parikh, Ip. von E. Doering, J, Am. Chem. Soc. 89, 5505 (1967).
J. D. Albright, L. Goldman, J. Am. Chem Soc. 89, 2416 (1967).
K. Onodera, S. Hirano, M, Kashimura, J. Am. Chem. Soc. 87, 4651 (1965).
E. J. Corey, C. U. Kim, J. Am Chem. Soc. 94, 7q86 (1972).
E. J, Corey, C. U. Kim, Tetrahedron Lett, 919 (1973).
G. Moffatt, Org. Synth 47, 25 0 967).
/ 236. J. A. Marshall, G. At Cohen, J Org. Chem. 36, 877 (1971).
E. Houghton, J. E, Saxton, J Chem. Soc C, 595 (1969).
C. Djerassi, Org React. 6, 207 (1951) [OP, 6, 235 (1953)].
P. D. Bartlett, IP. P. Giddings, J. Am. Chem. Soc. 82. 1240 (1960).
25й. К. В. Wiberg, К- A, Saegebarth. J. Am. Chem Soc. 79, 2822 (1957).
256. 5. J, Witzeman, IP. L. Evans, IF Haas, E. F. Schroeder, Org. Svnth. Il, 307 (1943) [СОП, 2, 65 (194^)].
25e. E. Ghera, R. Szpigielman, E. Wenkert, J. Chem. Soc. C, 1479 (1966).
25e. E. E. Smissnian, J. T. Suh. M. Oxman, R. Daniels, J. Am, Chein. Soc. 84, 1040 (1962)
К, B. Wiberg, Oxidation in Organic Chemistry, Academic Press, New York, NY pp. 125—142.
F. Freeman, P. J. Cameron, R. H. DuBois, J. Org. Chem. 33, 3970 (1968).
F. Freeman, R, 11 DuBois, T. G. McLaughlin, Org. Synth. 51, 4 (1971)
F. Freeman, P. D McCart, N. J. Yamachlka, J. Am. Chem. Soc. 92, 4621 (1970); F. Freeman, K- IF. Arledge, J. Org. Chem. 37, 2665 (1972).
К. В Sharpless, А. У, Teranishi, J Org. Chem. 38, 185 (1973).
D, Swern, Organic Peroxides, V. II, Witey-lnterscience, New York, NY, 1971, pp. 355—533.
R. N. McDonald, R. N. Steppel, J. E. Doresen, Org. Svnth. 50, 15 (1970).
N, N. Schwartz, J, N. Blumbergs, J Org. Chem 29, 1976 (1964).
В. M. Lynch, К H. Pausacker, J. Chern Soc. 1525 (1955),
IP. D. Emmons, A. S Pagano, J. Am. Chem. Soc. 77, 89 (1955).
C. A Bunton, G. J. Minkoff, J. Chem See. 665 (1949).
G. B. Payne, Tetrahedron 18, 763 (1962).
H. Kwar't, T. Takeshita, J. Org. Chem 2S, 670 (1963).
R. G. Carlson, N. S. Behn, J. Org Chem 32, 1363 (1967).
H. B. Henbest. R A 1. Wilson, J Cltcm. Soc. 1958 (1957),
40a. H. Hibbert, P. Burt, Org Synth I. 481 0932) [СОП, 1, 321 (1949)].
.5 1. Corey, R L. Dawson, J. Am. Chem Soc, 85, 1782 (1963),
IP. D. Emmons, ,4. S. Pagano, J Am. Chem. Soc 77, 89 (1955).
40г. L. A. Paquette, J. H. Barrett, Org. Svnth. 49, 62 (1969).
R. L. Wasson H 0 House. Org SvnJh IV, 552 (1963).
/ 40e. G. B. Payne, p IL Williams. J Org' Chem. 26, 651 (1961).
4<)ж IF J, Linn, Org. Synth. 49, 103 ;t9G9).
4ЙЗ.Н. Newman, R. В. Angier, Tetrahedron 26, 825 (1970).
40u. A Roebuck, И Adkins. Org Synth. Ill, 217 (1955) [СОП, 4, 559 (1953)].
40к.Л E. Horan, R. IF. Semester, Org. Synth. 41, 53 (1961) [СОП 12, 76 (1964)].
40л. 7. R. Kelly, J. Org Client 37, 3393 (1972).
40л. Л1. Korach D R Meisen, W H. Rideout, Org. Synth. 42, 50 (1962).
B. Rickborn, D. K. Murphy. J Org. Ghent. 34, 3209 (1969).
R. E. Parker. A'. S. Isaacs, Client Rev. 59, 737 (1959).
C. A. Slewart.,C. .4. V.cmdcr Werf,J. Am. Chem.Soc.76, 1259(1954).
S, IpmsZetn, LI Ingraham, J Am. Chetn. Soc. 74,1160(1952).
44a. C. A. Stewart.С A. VanderWerf,J. Am. Chem.Soc.76, 1259(1954).
S. Wins tern, L. L. Ingraham, J. Am. Chem. Soc. 74, 1160 (1952).।
44e. F, G. Bardwell, R, R. Frame, J. G. Strong, J Org. Chem. 33, 3385 (1968).
44e.A. Gagis, A. Fusco, J. T. Benedict,,! Org. Chem. 37, 3181 (1972).
44d. G, Berti, F. Bottari, P. L. Ferrarini, B. Macchta, J. Org. Chem. 30, 4091 (1965).
44e.M. L. Rueppsl. It. Rapoport, J. Am. Chem. Soc. 94, 3877 (1972).
vc. T, Colclough, j* 1. Cunneen, C. G. Moore Tetrahedron 15, 187 (1961).
44b. D, M. Burness, H O. Bayer. J. Org Chem. 28, 2283 (1963).
44u.C. A. VanderWerf, R. У. Heisler, IF. E. McEwen, J Am. Chem. Soc. 76, 1231 (1954).
5. Krishnamurthy, R. ,M, Schubert, H- C. Brown, J, Am. Chem. Soc. 95, 8486 (1973).
M. N. Rerick, E, L. Eitel, J. Am. Chem, Soc. 84, 2356 (1962); E. C. Ashby, J. Prather, J, Am Chem. Soc. 88, 729 (1966); P. T. Lansbury, D. J. Scharf, V. A. Pattison, J. Org Chem. 32, 1748 (J967); B, Rickborn, IF. E. Lamke, 11, J. Org. Chem. 32, 537 (1967), D. K. Murphy, R. L. Alumbaugh, B. Rickborn, J. Am. Chem. Soc. 91, 2649 (1969).
D.J. Pasto, С. C, Gumbo, J.Hickman, J. Am. Chem. Soc. 88,2201(1966).
H,C. Brown, N. M. Yoon, J.Am, Chem. Soc. 90, 2686 (1968).
H.C. Brown, S. Ikegami, J,H. Kawakami, J. Org. Chem. 35,3243(1970).
49a. D. K. Murphy, R. L. Alumbaugh, B. Rickborn. J. Am. Chem. Soc. 91, 2649 (1969); H. C. Brown, N. M. Yoon, J. Am. Chem. Soc. 88, 1464 (1966).
496.К. B. Wiberg, W.-F. Chen. J Org. Chem. 37, 3235 (1972).
S. Krishnamurthy, R Л1 Schubert. H. C. Brown, J. Am. Chem. Soc 95, 8486 (1973). 49г, В. Rickborn, J. Quartueci, J. Org Chem. 23, 3185 (1964).
49д;Н. C. Brown, S. Ikegami, I. H. Kawakami, J. Org. Chem. 35, 3243 (1970); E. M Kaiser, C. G, Edmpnds, S. D, Grubb, J. IF. Smith, D. Tramp, J. Org. Chem. 36, 330 (1971).
50 R. P. ThummeJ, В Rickborn, J Am. Chem Soc. 92, 2064 (1970).
A. C. Cope, G. A. Berchtold, P. E. Peterson, S. H. Sharman, J. Am. Chem. Soc, 82, 6370 (1970).
52 J, K. Crandall, J Org. Chem. 29, 2830 (1964); J. K. Crandall L.-H. C. Lin J. Am. Chem. Soc. 89, 4526, 4527 (1967)._ _
52a. A. C. Cope. J, K. Heeren, J. Am Chem. Soc. 87, 3125 (1965).
526. Л K. Crandall, L.-H. C. Lin, J. Org. Chem. 33. 2375 1T968).
520.7?. P. Thummel, B. Rickborn, J. Org. Chem. 36, 1365 (1971).
52г. С. C. Price. D- D Carmelite, J Am, Chem. Soc 88, 4039 (1966).
I. M. Coxon M. P. Hartshorn, IF. J. Rae, Tetrahedron 26, 1091 (1970).
B. Rickborn, R. M. Gerkin, J. Am. Chem. Soc- 93, 1693 (1971).
H. Hart, L. R. Lerner, J Org. Chem. 32; 2669 (1967).
56"/?. N. Mt Donald, T. E. Tabor, J Ami Chem. Soc 89, 6573 (1967).
К. I. Wdiamson L I. Coburn, M. F. Herr, J. Org Chem. 32, 3934 (1967).
/?. G. Carlson, J. К Pierce, J. Org. Chem. 36, 2319 (1971).
K. L. Williamson, IF. S. Johnson, J. Org. Chem. 26, 4563 (1961).
R. U. Lemieux. E. non Rudloff, Can. J Chem. 33, 1701, 1710 (1955); E. von Rud- ioH, Can. J Chern. 33, 1714 (1955).
R. Pappo, D. S, Allen, Jr., R. U. Lemieux, IF. S. Johnson, J Org: Chem. 21, 478 (1956).
H. Vorbrucpgen, C, Dferassi, J, Am. Chem. Soc. 84, 2990 (1962).
63 IF. G, Duubcii, L. E. Friedrich, J. Org. Chem. 37, 241 (1972).
63a. R. Pappo, D. S, Allen, Jr., R. U. Lemieux, IF. S. Johnson, J. Org. Chem. 21, 478 (1956)
636./?. L’.'Lemieux E von Rudloff, Can, J. Chem 33, 1701 (1955).
63s. M. G. Reim-tkc L R Kray, R. F. Francis J. Org Chem. 37, 3489 (1972).
63г M. S. RmscIi, I E. Castle, Org Synth. 42, 44 (1962).
G3d. 0 Gruminilt, R Egan, A. Buck, Org. Synth. Ill, 449* (1955) [СОП, 4, 142 (1953)].
J. Rocek, J. C. Drozd, J. Am. Chem. Soc. 92, 6668 (1970).
A. K. Awasfh-i, J. Roiek J. Am. Chem. See. 91, 991 (1969).
66a; P.S. Bailey, Chen;.Rev. 58, 925 (1958).
R,IF, Murray Am.Chem. Res. 1, 313 (1968).
P.R. Story,"E. ,4.Whited, J. A. Alford, J. Am.Chem.Soc.94,2143(1972).
P.S. Bailey, J. A.Thompson, В A, Shoulders,J. Am.Chem. Soc. 88, 4098 (1966).
69 L.A. Hull I C IJisntsnne. J. Helcklen. J. Am.Chem.Soc.94,4856(1972).
L, J. Durham, F. L, Grseywcod, J Org. Chem. 33, 1629 (1968).
P. R, Story, I. A. Alford IP. C. Ray, J. R. Burgess, J. Am. Chem. Soc. 93, 3044 (1971).
F. L. Greenwood, L. J. Durham, J Org. Chem. 34, 3363 (1969).
5. FUsz&r.L Carles. J. Am. Chem. Soc. 91, 2637 (1969).
N. L. Bauld, j, A. Thompson, С Ё. Hudson, P. S. Batleg, J. Am. Chem. Soc. 90, 1822 (1968); R. P. Lattimer, R. L. Kuczkowski, C. №. Cities, J. Am. Chem. Soc. 96, 348 (1974).
J. Renard, S. Fliszar, J. Am. Chem Soc 92, 2628 (1970).
S. Fliszar, J. Carles, J. Am. Chem. Soc. 91, 2637 (1969).
IP. P. Reaveney At. G. Berger, J. J. Pappas, J. Org. Chem. 32, 1537 (1967).
/. J, Pappas, W. P. Keaveney, E. Gancher M. Berger, Tetrahedron Lett, 4273 (1966).,
I. J. Pappas, ipjp. K^veney, At. Berger, R, V. Rusk, J. Org. Chem. 33, 787 (1968).
IP. S. Knowles, Q. E. Thompson, J. Org. Chem. 25, 1031 (1960).
A. Furlehmeier, A Furst, .4. Langemann, G. Waldvogel, P. Hocks, U. Kerb, R. Wie- chert, Helv Chim. Acta, 50, 2387 (1967).
82 R. H. CaUighan, M. H. Wilt, J. Org Chem. 26, 4912 (1961)-.
A. L. Henne, P, Hill, J Am. Chem Soc. 65. 752 (1943).
81 F. L, Greenwood, J. Org Chem. 20, 803 (1955).
84a. R. H. Callighan At H. Witt, J Org. Chem. 26, 4912 (1961) .
IP. E. Noland, J. H. Setlstedt, J. Org. Chem. 31, 345 (1966).
:84fl J. L Pappas, IP. P. Кеаиепед, M, Berger, R. V, Rush, J. Org- Chem. 33, 787 (1968).
? M. L, Rueppel, H. Rapoport, J. Am. Chem. Soc. 94, 3877 (1972).
, E. Franz, W. S. Knowles, C. Osach, J. Org. Chem. 30, 4328 (1965).
84c. 7. L Eichelberger, J. K. Stille, J Org. Chem. 36, 1840 (1971) .
. C. A. Burdon, in: Oxidation in Organic Chemistry, К В. Wiberg (ed.J, Academic Press, New York, NY, pp. 367—-388; A, S. Perlin, in: Oxidation, R. L. Augustine (ed.), Marcel Dekker, New York, NY, 1969, pp. 189-204.
86 С. C. Price, M. Knell, J. Am. Ghem. Soc: 64, 552 (1942).
. C. A. Bunton, V. I. Shiner, Jr., J Chem. Soc. 1593 (I960).
C. A, Bunton, in; Oxidation in Organic Chemistry, K. Wiberg (ed.). Academic Press, New York, NY, 1965, pp, 398—405; IP. S. Trahanoosky, J. A. Gilmore, P. C Heaton, J. Org. Chem. 38, 760- (1973).
R. Grieger, E. Hoger, G. Huber, P Kruck, F. Marhtscheffel, H. Schelienberger, Jus- * lus Liebigs Ann. Chem 599, 81 (1956).,
90 R. A. Sheldon, J. К Kochi, Org. React. 19, 279 (1972).
J. K- Kochi, J, D Sacha, J. Org. Chem. 33, 2746 (1968).
I. D. Bacha, L K. Kochi, Tetrahedron 24; 2215 (1968).
С. V. Wilson. Oth React. 9, 332 (1957) [OP. 9, 445 (1959)].
7. S Meek, D. T. Osuga, Org. Synth. V, 126 (1973).
A. McKiilop, D. Bromley, E. C. Taylor, J. Org. Chem, 34, 1172 (1969).
E. Grovenstein, Jr , D. V. Rao, J. W. Taylor, J Am. Chem. Soc, 83, 1705 (1961).
R. Criegee, E. Bachner, Chem Ber. 73, 563 (1940).!
7. E. Leiffler, J Org Chem 16, 1785 (1951)
К B. Wiberg, R. D. Geer, J Am Chem. Soc. 87, 6202 (1965); J. Rocek, A. Riehl, J. Am. Chem. Soc. 89, 6691 (1967).
К 8. Wiberg, 0, Aniline, A. Gatzke, ^. Org Chem. 37, 3229 (1972).
I. Rocek, A. Riehl, J. Org. Chem 32, 3569 (1967),
R, Criegee, in: Oxidation in Organic Chemistry, К: B. Wiberg (ed.), Academic Press, New York, NY, 1965, pp. 305— 312
7. D. Cocker, H. B. Henbest, G. H. Phillips, G. P.t Slater, I>. A. Thomas, J. Chem. Soc , 6 (1965).
.E, Vedejs, J, Am. Chem. Soc 96, 5945 (1974).
К- B. Wiberg Oxidatiotf' in Organic Chemistry, Academic Press, New York, NY, 1965, pp. 172-178.
106 /. A Pearl, Org Svnth. IV, 972 (1968) [СОП. 4, 119 (1953)].
Y Ogata, Y. Sawaki J. Org Chem. 3 7, 2953 (19 72).
0. H, Hassall, Org React 9, 73 ([957) [OP, 9. 82 (1959)1- '
H, 0 House, Modern Synthetic Reactions, Second Edition, IP. A. Benjamin, Menlo Park, CA. 1972, p. 325-
P A. S. Smith, in: Molecular .Rearrangements, P. de Mayo (ed.), Intersciefice, New York, NY. p 584.'!
IP. H, Doering, L. Speers, J. Am Chem. Soc 72. 5515 (1950).
M F. Hawthorne, IP D Emmons, K- S. MiCaUum,. J. Am. Chem. Soc. 80, 6393 (1958), 7. Ateincsahi. E. Frauenglass, ,1. Am. Chem. Soc. 82, 5235 (I960).
112a. T. H. Parlitnent W. IP Parliment I S. Fagerson, Chem. Inn., 1845 (1966),
P*. S Starcher, В Phillips, J. Am. Chem. Soc. 80, 4079 (1958).
112a. S. A Monti, S.-S. Yuan, J. Org. Chem. 36, 3350 (1971).
112г, 7, Meinwald, Ё. FrauenglassyA. Am. Chem, Soe. 82, 5235 (I960).
Ip- D. Emmons, G, В Lucas, J Am Chem. Soc. 77, 2287 (1955);
112e. К. B. Wiberg, R W Ubersax. J. Org Chem. 37, 3827 (1972).
С. H, Hassall, Org React, 9A 73 (1957) [OP, 9, 104 (1959)].
N, C. Deno, №. E. Billups, К. E. Kramer, R, R, Lastomisky, J. Org. Chem. 35, 3080 (1970).
J. N, Gardner, T. L. Poppar, F, E. Carlon, 0. Gnoj, H. L. Herzog, J. Org, Chem. 33, 3695 (1968).
J. N. Gardner, F. E. Carton, 0. Gnof, J. Org. Chem. 33, 3294 (1968) .
G. A. Russell, A. G Bemis, J. Am. Chem. Soc. 88, 5491 (.1966).
G. Buehl, К. E Matsumoto, H. Nishimura, J; Am. Chem. Soc. 93, 3299 (1971).
R. Volkmann S. Danishefsky, Л Eggler, D. M. Solomon, J. Am. Chem. Soc. 93, 5576 (1971).
E. N. Trachimbcrg, in: Oxidation, R. L. Augustine (ed), Marcel Dekker, New York, NY, 1969,
E. J. Corey, J. p. Schaefer, J- Am, Chem. Soc. 82, 918 (I960).
С. C. Hack С. V. Banks, H, Diehl, Org. Synth. IV, 229 (1963) [СОГТ, 4, 213 ,(1953)].’
H A. Riley, A. R Gray, Org. Synth. Il, 509 (1943) [С0П. 2 507 (1949)].
L. T. Sandborn, E. W/Bonsquet, Ore. Synth. L 512 (1932) [СОП, 1, 412 (1949)].
L. A Snath, №. №. Prichard, L. J. Spillane, Org. Synth. JII, 302 (1955) [СОП, 3, 182 (1952)1.
№.G. Dauben, M. Lorber,D.S. Fullerton, J. Org. Chem.34, 3587(1969).
К-B. Wiberg. S O. Nielsen,J.Org. Chem.29, 3353 (1964).
A. Nickon, L F. Bagll, J. Am Chem. Soc. 83, 1498 (1961).
A.P. Schaap, G. R. FalerJ.Am. Chem.Soc. 95, 3381(1973);N. M.Hasty,
D.R. Kearns, J. Am. ChemSoc. 95, 3380(1973); №. Fenieal, D. R,Reams,P.Ra-
dlick, ! Am. Chem. Soc. 9 5, 7888 (1973).
C. S. Foote, I. T. Fujimoto, F. C, Chang, Tetrahedron Lett., 45 (1972).
D. R. Kearns, Chem. Rev, 71, 395 (1971).
131a. C. S. Foote, S. Wexler, J. Am. Chem. Soc? 86, 3880 (1964) .
C. S. Foote, S. Wexler, J. Дщ. Chem, Soc. 86, 3879 (1964)
131a. R. №. Murray, M L. Kaplan, J. Am. Chem. Soc. 90, 537 (1964).
13ta. H. H. Wasserman J. R. Scheffer, 7. L. Cooper, S. Am, Chem. Soc. 94, 4991 (1972).
P. B. Merkel, D. R. Kearns, J. Am. Cticm Soc. 94, 1029, 7244 (1972).
K- R- Kopecky, H. 5, Retch, Can, J Chem. 43, 2265 (1965).
C. S. Foote, R. W. Denny, J- Am/Chem. Soc. 93, 5162 (1971).
F. A. Litt, A. Nickon, Oxidation of Organic Compounds — 111, Advances in Chemistry Series, № 77, American Chemical Society, Washington, DC, 1968, pp„ 118— 132.
№. Fenical, D. R Kearns, P. Radlick, J. Am. Chem. Soc, 91, 339S (1969),
S. Mazur, C. S. Foote, J. Am. Chem. Soc. 92, 3225 (1970).
P.D.Bartlett, Д. p. Schaap,J. Am. Chein. Soc., 92, 3223 (1970).
C.S.Foote, S. Wexler, №.Ando, R.Higgins, J, Am. Chem. Soc.90,975(1968).
С. H. Foster, G A. Berchtold, J. Am. Chem. Soc. 94, 7939 (1972).
140a C.S.Foote, S. Wexler, №.Ando, R.Higgins, J, Am. Chem. Soc.90,975(1968).
R.№• Murray, A(. L. Kaplan, J. Am.Chem. Soc 91, 5358 (1968).
140s. К Goilnick, G. Schade, Tetrahedron Lett., 2335 (1966).
140г. R. A. Beil, R, E. Ireland, L. N. .Mender, J. Org. Chem. 31, 2536 (1966),
E. N Trachtenberg, in: Oxidation, V. 1, R. L. Augustine (ed.), Marcel Dekker, New York, NY, 1969, p. 119—187.*< =4
L P, Schtefer, B. Hordath, H. p. Klein, J. Org. Chern. 33, 2647 (1968).
E. N. Trachtenberg, С, H, Nelson, J. R. Carver, J. Org. Chem. 35, 1653 (1970).
U. T. Bhalerao, H, Rapoport, 3. Am. Chem. Soc. 93, 4835 (1971).
К В- Sharpless. R. F. Lauer, J. Am. Chem Soc. 94, 7154 (1972).
Z Colonge, M. Reymermier, Bull. Soc. Chim, Fr, 1531 (1955).
K^. B. Shafpless, R. F. Lauer, J. Org. Chem. 39, 439 (1974).
147a. R. B. Woodteard, T. J. Katz, Tetrahedron 5, 70 (1959).
E. N. Trachtenberg, J. R. Carver, J. Org. Chem. 3 5, 1646 (1970).
U. 7. Bhalerao, H. Rapoport, J Am. Chem. Soc 93, 4835 (1971).
R. Stewart, rn: Oxidation in Organic Chennslry, К. B. Wiberg (ed), Academic Press, New'York, NY, 1965, pp. 36—41; J. L Brauman, A. J. Pandell, J. Am. Chem. Soc. 92, 329 (1970).
148a. H. 7. Ctorkef E. R. Taylor, Org. Synth. II, 135 (194,3) ]СОП, 2, 556 (1949)].
i486-A. Friedman Org. Synth 43, 80 (1963); L. Friedman, D. L. Fishel, H. Shechter, J. Org. Chem. 30, 1-153 (1965).
148a. J. Cason, Org Synth. HL 3 (1955) [СОП, 3 , 79 (1952)].
148г. A. W. Slayer, S. M. McElvain Orn St-nth. Ill, 740 (1955) [COIT, 3, 145 (1952)].
148d,T. Nishimura, Org. Synth. 1V, 713 (1963).' '"1 ^
R. C. Bingham, P. v. R. Schleyer, J. Org. Chem 36, 1198 (1971).
15a К- B. Wiberg. G Foster, J Am. Chem. Soc. 83, 423 (1961).
151 V M MicovK, R I. Mamttzic, D, Leremic, M. L. Mihailovic, Tethrahedron 20, 2279 (1964).
K. Heusler 7. Katooda, Angew Chem. 76, 518 (1964).
D. H. R. Barton I. Beaton, L. E, Geller, M. M. Pechet, J. Am. Chem. Soc. 83, 4076 (1961),
//
/
/
ЗАДАЧИ
"(Литература к задачам приведена на стр. 440)"(Литература к задачам приведена на стр. 440)в каждой из следующих реакций;в каждой из следующих реакций;— 9.1. Укажите продукты, ожидаемые— 9.1. Укажите продукты, ожидаемые(б)(б)СгО5СгО5СН3СООНСН3СООННО ОННО ОН
"(Литература к задачам приведена на стр. 440)
"(Литература к задачам приведена на стр. 440)
в каждой из следующих реакций;
в каждой из следующих реакций;
— 9.1. Укажите продукты, ожидаемые
— 9.1. Укажите продукты, ожидаемые
(б)
(б)
СгО5
СгО5
СН3СООН
СН3СООН
НО ОН
НО ОН
— 9.2. Если стиролы, общей формулы (7) подвергнуть фотоокислению с последующим восстановлением, то продуктом реакции оказывается смесь спиртов (8) и (9). Соотношение спиртов (8) ; (9) почти неизменно и равно 2,6; 1 для девяти замешенных стиролов с заместителями X, изменяющимися по своей электронодонорной способности от л-метокси- до п-циапогрупп. Какой вывод о переходном состоянии в реакции фотО- окисления можно сделать, исходя из этого результата?
— 9.3. 4-Метилциклогексен обнаруживает низкую етереоселактивность при эпоксидировании, преобладает транс-эпоксид (54:46). !(ас-4,5-Димети.чциклогексен образует преимущественно (с соотношением 87 : 13) трап с, транс-4,5 -двметилциклогексеиоксид. Объясните причины различий.
— 9.4. Перечислите окисляющие агенты, которые можно использовать в каждой из следующих реакций окисления:
(б)(б)
(б)
(б)
— 9.5. Предложите приемлемые механизмы следующих реакций окисление осуществляемых солями таллая(Ш):
(л)(б)fc)(л)(б)fc)ОССН3 + T1(NO3)SОССН3 + T1(NO3)SСН3ОН^СН3ОН^(88%)(88%)СНзОНСНзОНСН8=СНСП2СН1ОН+ Т1(СЮ4)зСН8=СНСП2СН1ОН+ Т1(СЮ4)зСН2СООНСН2СООН(84%)(84%)
(л)
(б)
fc)
(л)
(б)
fc)
О
ССН3 + T1(NO3)S
О
ССН3 + T1(NO3)S
СН3ОН^
СН3ОН^
(88%)
(88%)
СНзОН
СНзОН
СН8=СНСП2СН1ОН+ Т1(СЮ4)з
СН8=СНСП2СН1ОН+ Т1(СЮ4)з
СН2СООН
СН2СООН
(84%)
(84%)
— 9.6. Предскажите, к каким продуктам приведут следующие реакции окисления. Постарайтесь оговорить стереохимию реакции, если возможно образозашю стереоизомеров.
— 9.7. При окислении каждой из следующих молекул необходим тщательный контроль условий реакций, чтобы предотвратить возможность изменений в других фрагментах молекулы. Предложите для каждого случая оптимальный реагент для достижения требуемой селективности. Обоснуйте Ваш выбор.
— 9.8. При окислении изомерных циклогексанолов хромовой кислотой аксиальные гидроксильные группы реагируют быстрее, чем экваториальные. Например, транс-4-Трет- бутилциклогексане л в 3,2 раза менее активен, чем цис-изомер. В случае цис- и траис- 3,3,5-триметилциклогексанола различие еше больше: транс-спирт активнее цис-изомера более чем в 35 раз. Согласуются ли эти данные с механизмом, приведенным на с, 309? Какую дополнительную информацию о механизме реакции можно получить из этих данных? Дайте объяснения.!
— 9.9. Сформулируйте— 9.9. Сформулируйтемеханизм, объясняющий каждую из следующих реакций:механизм, объясняющий каждую из следующих реакций:(пд^ с-изо меры нс о0разуются)(пд^ с-изо меры нс о0разуются)сн2=0сн2=0
— 9.9. Сформулируйте
— 9.9. Сформулируйте
механизм, объясняющий каждую из следующих реакций:
механизм, объясняющий каждую из следующих реакций:
(пд^ с-изо меры нс о0разуются)
(пд^ с-изо меры нс о0разуются)
сн2=0
сн2=0
— 9.10. Описан прямой метод превращения альдегидов в сложные эфиры. Он примеягш к а, р-ненасыщенным и ароматическим альдегидам. При проведений реакции перемешивают в течение нескольких часов альдегид с цианидом натрия и диоксидом маргап- na(IV) в метанольном растворе, содержащем немного уксусной кислоты. Продуктом реакции является метиловый эфир %, р-пен асы щен пой или ароматической карбоновой кислоты. Укажите, что определяет эффективность этой методики.
— 9.11. Помимо РЬ(ОАс)4 и периодат-йонов, существует еще одни реактив, вызывающий расщепление гликолей, а именно, дерин(1\гг)аммониЙнитрат (CAN). Проведено несколько сравнительных исследований активности РЬ(ОАс)4 и CAN в уксусной кислоте. Ниже приведены данные по зависимости реакционной способности от структуры для этих двух окислителей. Можете ли Вы предложить механизм окисления с помощью CAN?,
ОН он
ХСбН,—си—сн—с6н4х
X
Отяосвтедъные скорости реакции с
X
Относительные скорости реакции с
РЬ(ОАс14
CAN
Pb(OAc)i
CAN
и-СНз2,61,0
ж-СНз1,81,8
Н (лево)1,01,0
И (DL)8,30,9
л-С10,401,8
л-Вг0,451,1
Л-С10,241,4
h-NO20,0621,2
Н (монометиловый 0,170,05
эфир диола)i।,
—9.12. Предложите методы проведения указанных ниже синтезов. Для этого может потребоваться несколько стадий, но в каждом случае по Меньшей мере одна из них должна заключаться в окислении. i
(СНг)8СООСНз
^(СН^гСООСИз
-1-9.13. Ниже представлены схемы нескольких многостадийных синтезов, в которых используется окисление. Укажите реагенты или последовательности реакций, с помощью которых можно осуществить каждое из помеченных буквами превращений. Для этого мояСет потребоваться до четырех стадий.
НзС
*5ШЛ-1
оегь
Y -д : НзСх>Н,
НОСН2СН/^СН2СООСН3
3НзСх,Ц
;c==cz
CHgClV ^CIWLOH
СН3 Br
СНдО/^/^СНзО-^^
(СН2)6СООСН3
(СНз)бСООСНз
Х> "
СНзО/^/^
(e) ^-СООС^ -
и(СН2)бСООСИ;
(д) I Г V=o н3с н
>-
\=о
9 tо
Л- 1 '
-* \ ^—(СНДбСООН —^*—(СНг)йСООН
\соон
(СНг)6СООСН3
РЙСН.ЮОС(С1Ь)р 7 J нп
X1
с,Чн ° о
(CH.'lyCOOCIIa
CHi-Cll.V J-'11,!
CH3CO<^
II Н о
(ж)
о II HCNH
о
II
HCNH
iC=NiC=NcHgcdcHgcdЬсК2С^СН2)4СНзЬсК2С^СН2)4СНз:=N
iC=N
iC=N
cHgcd
cHgcd
ЬсК2С^СН2)4СНз
ЬсК2С^СН2)4СНз
cH3cd сн=снс(сн2)4сн3о0
— 9.14. Исследовалось окисление оптически чистого алкена (10) синглетным кислородом. Основным продуктом реакции (после восстановления промежуточного гидропероксида) оказался спирт (II). Продукт, имеющий /{-конфигурацию, содержит водород и не Содержит дейтерия при атоме С-4. Продукт с S-конф игу рацией содержит только дейтерий при атоме С-4. Оба продукта образуются в равных количествах. С каким механизмом окисления синглетным кислородом лучше согласуется этот результат — с «синхронным» или с «перэпоксидным»?
В ,Нх -А, . I Х"сн3(СНз)2СН нВ ,Нх -А, . I Х"сн3(СНз)2СН н1010Н3с. уА ^С-СМз + (СН3)2СП->С-СнОН Г^Н3с. уА ^С-СМз + (СН3)2СП->С-СнОН Г^DD
В ,
Нх -А
, . I Х"сн3
(СНз)2СН н
В ,
Нх -А
, . I Х"сн3
(СНз)2СН н
10
10
Н3с. у
А ^С-СМз + (СН3)2СП->С-СнОН Г^
Н3с. у
А ^С-СМз + (СН3)2СП->С-СнОН Г^
D
D
— 9.15. Фотоокисление 2,5-диметилгексадиена-2,4 при низких температурах приводит к нестабильному аддукту, который разлагается при температуре несколько выше комнатной, образуя ацетон и 4-метялпентеп-2, Напишите структуру этого продукта. Можно ли считать обычным образование продуктов этого типа из диенов? Если нет, то в чем, может заключаться необычность данного соединения? _
— 9.16. Разработан метод введения двойной углерод-углеродной связи в «,₽-положение к карбонильной группе. Сначала кетон, альдегид или эфир превращают в а-фенил- селенндное производное, обычно реакцией с PhSeCl. Далее это производное обрабатывают пероксидом водорода или периодаг-ионами:
оIO]и► RCH=CHCRоIO]и► RCH=CHCRОPhSe О
о
IO]и
► RCH=CHCR
о
IO]и
► RCH=CHCR
III И
ЦСПгСН^СЦ —> RCHsCH—CR'
Предложите в общем виде механизм, который мог бы объяснить эту реакцию.
— 9.17. Описан метод синтеза озонидов без использования озона. Он заключается в фотосенснби лизирован ном окислении раствора диазосоединения и альдегида. Предло
ООО2, hv сенсибилизаторО2, hv сенсибилизаторCHPhCHPhPh2CN2 4- PhCH=OPh2CN2 4- PhCH=Oжите механизм реакции.
О
О
О2, hv сенсибилизатор
О2, hv сенсибилизатор
CHPh
CHPh
Ph2CN2 4- PhCH=O
Ph2CN2 4- PhCH=O
— 9.18. Переокисление карбонильных соединений при озонолизе можно предотвратить добавлением к реакционной смеси тетрацианэтилена. Стехиометрия реакция такова;
NCv /°\ /СМ
R2C=CR2 + (MC)2C=C(CN)2+Os —> 2R2C=O 4-\—с(
NCZ ХСМ
Предложите приемлемый механизм, с помощью которого можно было бы объяснить влияние тетрацианэтилена. Согласуется ли Ваш механизм с тем фактом, что именно тетради ан этилен является особенно эффективным алкеном для этой цели? Объясните !лрящшы такой эффективности. 1
— 9.19. Исследования механизма окисления синглетным кислородом были проведены на адамантилиденадамаптане (12). При проведении реакции в метил-трет-бутил кето не, используемом в качестве растворителя, обнаружены показанные ниже продукты реакции;— 9.19. Исследования механизма окисления синглетным кислородом были проведены на адамантилиденадамаптане (12). При проведении реакции в метил-трет-бутил кето не, используемом в качестве растворителя, обнаружены показанные ниже продукты реакции;1212
— 9.19. Исследования механизма окисления синглетным кислородом были проведены на адамантилиденадамаптане (12). При проведении реакции в метил-трет-бутил кето не, используемом в качестве растворителя, обнаружены показанные ниже продукты реакции;
— 9.19. Исследования механизма окисления синглетным кислородом были проведены на адамантилиденадамаптане (12). При проведении реакции в метил-трет-бутил кето не, используемом в качестве растворителя, обнаружены показанные ниже продукты реакции;
12
12
Какое отношение этот результат имеет к вопросу о перэпоксидном интермедиате в реакциях окисления синглетным кислородом?
— 9;20. При окисления спиртов смесью диметилсульфоксида с уксусным ангидридом часто образуются метилтиометилевые эфиры;
дмсо
R2CHOH - дс q"*- R2C=G4-R2CHOCH2SCHa
Напишите механизм "реакции, с помощью которого можно было бы объяснить образование этих побочных продуктов.
— 9.21. Получены следующие количественные данные по озонолизу замещенных стиролов в растворе ССЦ: р =—0,91; ДЕа « 11,5 ккал/моль; ДЕ* as 18±2 э, е. Реакция имеет первый порядок как по стиролу, так и по озону, если за реакцией следят по исчезновению озона. Могут ли эти данные дать информацию о том, какая стадия , в механизме озонолиза, представленном на схеме 9.10, определяет скорость реакций?
— 9.22. Замечено, что пр» озонировании несимметричных олефинов в метаноле часто одна тип раскрытия сильно преобладает над другим, например:
ООНООН
4- РдСН=О 4- (РН3)2СОСНз4- РдСН=О 4- (РН3)2СОСНзОз I
4- РдСН=О 4- (РН3)2СОСНз
4- РдСН=О 4- (РН3)2СОСНз
——> PhCHOCH, + (СНз)2С=Оk^rlgUrl 1;т—.*
' (3%),(97%)
Как можно объяснить этот пример региоселективного расщепления?
— 9.23. Показано, что стереоизомеры (13) и (14) сильно отличаются по реакционной способности по отношению к синглетному кислороду. Изомер (13) окисляется до (16), тогда как изомер (14) не реагирует в аналогичных условиях. Объясните причины различий.
НЭСНЭС\ СН3СПз\ СН3СПзU415U415
НЭС
НЭС
\ СН3СПз
\ СН3СПз
U415
U415
—-"Э.247^0бработка эпоксиэфира (16) хлористым-водородом в-эфире приводит к показанным ниже продуктам.
О
<16)
СН3 О(СНзЪСНСОНзС
| IIна H3GX
(GH3),CСН-ССН2ОССН(СН3)2 “^\/ X +
\ Iр \ /
. О СН3о
О СН3 Осиз о
ИIIIи
4- (СНз)аСНСССНгОССН(СН5Ъ + СН2=ССНССН2ОССН(СН3)2
СНзСНз СНз
(5%)
Напишите механизм; который мог бы объяснить образование основных продуктов и предложите осуществимые эксперименты, с помощью которых его можно бь1ло бы проверить.
— 9.25. Предскажите; к каким продуктам приведет раскрытие двух стере6язомё]411ык эпоксидов, полученных из лимонена, в реакциях с (а) уксусной кислотой, (б) дйметил- амином и (в) алюмогидри дом лития. ■■ '
ьяьяСИ»
ья
ья
t Il
icH3-c—( /^снз
—9.26. Окисление трет-бутилфенилкарбпнола реагентом, содержащим xpoit(VI), приводит к- бензальдегиду и трет-бутилов ом у спирту, наряду с основным продуктом — трет-бутилфена л кет он ом. При использовании Се1и и CeIV в очень низких концентрациях образование этих продуктов сильно подавляется, и скорость реакций несколько уменьшается. Предложите механизм, с помощью которого можно было бы объяснить влияние добавок ионов Се иа состав продуктов реакций;
ГЛАВА 10
МНОГОСТАДИЙНЫЕ синтезы
В предыдущих главах рассматривались реакции, которые играют важную роль в органических синтезах. Хотя во многих случаях затрагивались вопросы синтеза, о многостадийных синтезах было сказано мало определенного. В этой главе внимание сосредоточено именно на многостадийных синтезах с использованием знаний о химических реакциях, описанных в предыдущих главах. В настоящее время задачей органической синтетической химии чаще всего является синтез многофункциональных молекул. Многостадийный синтез требует планирования с учетом возможности осуществления необходимых реакций в присутствии функциональных групп, имеющихся в молекуле.
В разд, 10.1 и 10.2 «Защитные группы» и «Синтетические эквиваленты функциональных групп» мы рассмотрим пути временного изменения функциональных групп, которые могли бы мешать при реакция? других трупп» в молекуле. В разд. 10.3 «Асимметрический синтез» мы проиллюстрируем, как стереохимия одного фрагмента молекулы может влиять на стереохимическое направление реакции в других частях молекулы. В разд. 10.4 «Стратегия синтеза» мы иллюстрируем планирование и выполнение многостадийных синтезов примерами из современной литературы.
ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ
Лучшим вариантом многостадийного синтеза будет тот, в котором на каждой стадии затрагивается только группировка, превращение которой необходимо. Однако часто случается, что реагент, необходимый для определенного превращения, реагирует не только с нужной функциональной группой, но и с другой группировкой в молекуле. В таких случаях необходимо.временно изменить эту группировку таким образом, чтобы сделать ее инертной по отношению к реагенту, сохраняя, однако, возможность регенерировать ее на одной из последующих стадий.
При выборе защитной группы, необходимо учитывать: 1) природу защищаемой группы; 2) условия реакции, в которых защитная группа должна проявлять свой маскирующий эффект и, соответственно, в которых она наиболее устойчива; 3) условия, которые можно использовать при снятии защитной группы. Не существует универсальных защитных групп даже для одной и той же функциональной группы. Однако искусства синтеза .в настоящее время находится на высоком уровне, и наличие многих взаимно дополняющих защитных групп создает большие возможности маневра при планировании синтеза сложных молекул.
В следующих разделах описаны некоторые защитные группы, которые часто используются для наиболее распространенных функциональных групп.
' 10.1.1. ЗАЩИТА ГИДРОКСИЛЬНОЕ ГРУППЫ
Обычным требованием в синтезе является защита гидроксильной группы путем получения какого-либо производного, не имеющего ак-
тивного водорода. Это требование появляется в реакциях с реактивом Гриньяра или другим металлорганическим реагентом. Активный водород гидроксильной группы будет разрушать один эквивалент сильно основного металлорганического реагента не возможно, вообще оказывать на реакцию неблагоприятное влияние.
Так как эфирная связь в простых эфирах обычно инертна по отношению к металлорганическим соединениям, превращение спирта в простой эфир является привлекательным способом защиты гидроксильной функции..Выбор подходящей эфирной группы в основном определяется условиями, в которых можно провести последующее отщепление защитной группы. Для того чтобы защитную группу можно было бы снять кислотным гидролизом в мягких условиях, применяют тетрагидропира- нильную защиту [1]:
КОН + Г
6
Защитную группу вводят катализуемым кислотой присоединением спирта к фрагменту винилового эфира, имеющемуся в дигидропиране. Тетрагидропирапильную группировку можно удалить действием разбавленного водного раствора кислоты. С химической точки зрения введение и удаление тетрагидропиранильной группы представляет собой обратимое, катализуемое кислотой, образование и гидролиз ацеталя (см. гл. 8.1 кн. 1): 1
+ ROH ^ ROH 4- O=CH(CH2)SCH2OH
Тетрагидропиранильная группа, как и другие ацетали и кетали, инертна по отношению к нуклеофильным реагентам и не изменяется в условиях гидридного восстановления, при реакциях с металлорганическими соединениями или реакциях в водном растворе, катализуемых основаниями.
Главным недостатком тетрагидропиранового эфира как защитной группы является образование асимметрического центра у С-2 тетрагидропиранового кольца при реакции со спиртом. Эта асимметрия не мешает, если спирт ахирален, так как образуется рацемат. Если же спирт имеет асимметрический центр в любой точке молекулы, то конденсация с дигидропираном может привести к смеси диастереомерных тетрагидропирановых эфиров, которые могут затруднять очистку и идентификацию. Одним из путей решения этой проблемы является использование вместо дигидропирана метилпропен-2-илового эфира;
СНЭ
ROH+CH^LOCHs* ROC(CHs)fOCHs
Асимметрический центр не образуется, а ацеталь гидролизуется в более мягких условиях, чем те, которые требуются для тетрагидропирановых эфиров [2]. Этилвиниловый эфир также применяют в качестве защитной группы для гидроксила, хотя он, как и дигидропиран, также дает диастереомеры при использовании хирального спирта.
Простые алкильные группы не очень удобны для защиты гидроксильных функций в виде простых эфиров. Хотя их можно довольно
легко ввести реакцией алкилирования, последующее расщепление требует жестких условий, например действия концентрированной бромисто- водородной кислоты, которая может вызвать дальнейшие реакции спиртовой группы. Исключением является трет-бутИлиная группа, которую иногда используют в качестве защитной группы. Вследствие устойчивости Трет-бутйльного катиона трет-бутйловЫе эфиры расщепляются в умеренно кислой среде.
Трйфепил метильную (тритильную) труппу удаляют в -еще более мягких условиях, Поэтому она является важной защитной группой для гидроксила. Эту группировку ввддят реакцией спирта с трифепилметил- хлорйдом. Реакция протекает как S^l-замещение. Удаление тритильной группы проводят в горйчей водной уксусной кислоте. Удаление можно облегчить, если ввести в фенильные кольца электронодонорные заместители, например n-метоксиГруппы [3]. Триарил метильные группы достаточно объемисты, поэтому обычно их можно ввести только в первичную спиртовую труппу.
Бензильная группа может служить защитной группой для гидроксила, когда расщепление эфира нельзя проводить в кислой среде. Бензильная С—О-связь расщепляется при каталитическом гидрогенолизе [4] или действии натрия в жидком аммиаке [5]. Аллиловые эфиры также могут служить в качестве защитных групп. Аллиловые эфиры можно' изомеризовать количественно трет-бутилатом калия в диметил- сульфоксиде в пропениловые эфиры, которые очень лабильны по отношению к разбавленной кислоте [6J:
KOBu-трегHgO*
ROCHSCH=CH2 ±—roch=chch3 —► ROH + СН3СН2СН=О
ЦМСО
Важную роль в качестве защитной группы для гидроксила играют силиловые эфиры [7]. Спирты можно легко превратить в триметил силиловые эфиры реакцией с триметилсцлилхлоридом в присутствии амина или нагреванием с гексаметилдисилазаном:
RaN -
}ЦОН+(СН3)з51С1 *- ROSi(CH9),
Эти соединения можно использовать, когда необходимо получить малополярное производное спирта. Однако триметилсилильная группа настолько легко удаляется в условиях гидролиза или нуклеофильного замещения, что ее использование в качестве защитной группы Несколько ограничено. Увеличение объема при использовании диметил-трег-бутил- силильной группы повышает устойчивость силильной группы и позволяет использовать ее в качестве защитной в таких реакциях, как гидрид- ное восстановление (диизобутил алюминийгидридом) и окисление Crvt (хромовой кислотой в ацетоне) [8]. Эта группировка вводится реакцией спирта с дй м етил-Трет-бутил сил илхлоридом в диметилформамиде при использовании в качестве катализатора имидазола. Снятие защитной группы происходит в условиях гидролиза медленно, по оно ускоряется ионом фтора (добавляют тетра-я-бутиламмонийфторид в тетрагидрофуране).
Защита гидроксильных групп диолов имеет свои особенности, 1,2- и 1,3-Диолы образуют циклические ацетали и кеталй с альдегидами и кетонами, если циклизации не мешает геометрия молекулы. Наиболее широко используются изопропил и деновые производные (ацетониды), образующиеся при реакции с ацетоноМ:~
н*
RCH—CHR 4-СН3ССН3 *■ RHC-CHR
: 1 .II. '।1
ОН ОНО% /О
СН3—С—С Па
Поскольку-образуется кеталь, то защитная группа, так же, как и тетрагидропиранильная, устойчива по отношению к основным и нуклеофильным реагентам, но легко снимается в водном растворе кислоты. Изопропилиденовую группу можно ввести конденсацией с ацетоном в кислой среде или обменом с 2,2-диметоксипропаном [9], также ката- лизуемым кислотой. В качестве карбонильных компонентов для образования циклических ацеталей использовали также формальдегид, ацетальдегид й бензальдегид. Они Действуют так же, как ацетон, и обычно не дают никаких преимуществ по сравнению с адетоном. Использование ацетальдегида и бензальдегида неудобно, если гликоль имеет хиральный центр. В ацеталях, образуемых этими альдегидами, возникает новый хиральный центр, а это может приводить к образованию смеси диастереомеров.
Защита спиртовой группы образованием сложного эфира иногда имеет преимущество перед ацетильной защитой, например тетрагидро- пираннлыюй. Обычно ацетали устойчивы к действию оснований и неустойчивы к кислотам, в то время как сложные эфиры в кислой среде более устойчивы, чем ацетали, но- легко гидролизуются в щелочной среде. Сложные эфиры особенно удобны в реакциях окисления, но их нельзя использовать в реакциях с металлорганическими соединениями. В качестве защитных групп чаще всего используют ацетаты и бензоаты; они легко получаются реакцией незатрудненного спирта с уксусным ангидридом или хлористым бензоилом в присутствии пиридина или другого третичного амина. Использование реакционноспособных амидов, таких как N-ацилймидазолы (имидазолиды) позволяет проводить реакцию без добавления оснований [10]. Имидазолиды менее реакционноспособны,
,0 О
КОН+ГС—Nf^ ROCR'+HN^V\^N X^N
чем соответствующие хлорангидриды кислот, и проявляют высокую селективность в реакциях с молекулами, имеющими несколько гидроксильг* ных групп [11]:
Затрудненные гидроксильные группы ацилируют в специальных условиях. Проще всего увеличить реакционную способность гидроксидь- ■ ной группы превращением ее в алкбксильный ион с помощью сильного основания (например, н-BuLi, EtMgBr). Если это превращение провести не удается, то используют более реакционноспособные ацилирующие агенты. Очень реакционноспособные ацилирующие агенты генерируются in situ при смешивании карбоновых кислот с ангидридом трифторуксусной кислоты. Смешанные ангидриды проявляют повышенную реакционную способность вследствие высокой реакционной способности трифторацетата как уходящей группы [12J. Для активации карбоксильных групп используют также дициклогекенлкарбодиимид, образующий амииоан- гидрид (1) (см. разд. 8.6 кн. 1);? 1
О NCaHiK
11 И :
RC—G—С—МНСеНц
Циклические карбонаты, легко образующиеся из вицинальных ди- блов, можно использовать в дополнение к ранее описанным циклическим ацеталям. Эти эфиры обычно получают из N,N,-кapбoнилдиимид■ азола или переэтерификацией с использованием диэтилкарбоната. Эти реагенты предпочтительнее по эффективности и по удобству работы, чем фосген.
На схеме 10.1 приведены некоторый последовательности синтетических превращений, которые иллюстрируют защиту гидроксильной группы различными способами.
СХЕМА 10.1. ЗАЩИТА ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП
Тетрагидропирановые эфиры [12а]
HOCHiC^CHHOCHiC^CHEtMgBrEtMgBrOCH2C=CCOOMgBr нOCH2C=CCOOMgBr нCH2 C^CMgBrCH2 C^CMgBrGO 2GO 2СН3ОН;—► НОСН2С=ССООСНЭСН3ОН;—► НОСН2С=ССООСНЭоо
HOCHiC^CH
HOCHiC^CH
EtMgBr
EtMgBr
OCH2C=CCOOMgBr н
OCH2C=CCOOMgBr н
CH2 C^CMgBr
CH2 C^CMgBr
GO 2
GO 2
СН3ОН
;—► НОСН2С=ССООСНЭ
СН3ОН
;—► НОСН2С=ССООСНЭ
о
о
."Те токе и метил о вне эфиры [126]
НОНОNaOEt, СН30бн2С1NaOEt, СН30бн2С1СН3ОСН2ОСН3ОСН2ОООРЬ3Р=СНгуРЬ3Р=СНгуNCH:NCH:NCH3NCH33S03S0**
НО
НО
NaOEt, СН30бн2С1
NaOEt, СН30бн2С1
СН3ОСН2О
СН3ОСН2О
О
О
РЬ3Р=СНгу
РЬ3Р=СНгу
NCH:
NCH:
NCH3
NCH3
3S0
3S0
*
*
Продолжение схемы 10.1Продолжение схемы 10.1Бензиловые эфиры [12г]Бензиловые эфиры [12г]
Продолжение схемы 10.1
Продолжение схемы 10.1
Бензиловые эфиры [12г]
Бензиловые эфиры [12г]
Изопропялиденовые производные (125]
СН3ООС(СН2)7СНСН(СН2)5СН2ОН —> СНзООС(СН2)7НССН( СН2)5СН2ОН
НО ОНОХ /О
С(СНз),|кМпО«
СНзООС(СН2)7НС—сн< сн^еоон
С(СНз)2
ЗАЩИТА АМИНОГРУППЫ
Незащищенная аминогруппа имеет свойства нуклеофила и донора слабокислого водорода. Если нужная реакция не может протекать в присутствии групп с такими свойствами, то необходимо защитить амино- группу. Нуклеофильные свойства аминогруппы можно уничтожить ацилированием. Значение временной маскировки нуклеофильных свойств аминогруппы в синтезе полипептидов обсуждается в гл. 11.
Наиболее удобной защитной группой для этой цели является карбо- бензоксигруппа (бензилоксикарбонильная группа), поскольку ее легко можно удалить. Вследствие лабильности бензильной С—О-связи к гидрогенолизу амины можно регенерировать из карбобензоксипроизводного гидрированием, которое сопровождается одновременным декарбоксилированием: i
СОз + nhr2
Для защиты аминогрупп используют также третичные алкоксикарбо- пильные группы. Легкость удаления в этом случае обусловлена устойчивостью третичного карбенневого иона. В кислой среде, например в
трифторуксусной кислоте, происходит снятие трет-бутоксикарбонпльных групп:
О „ОН ‘он
p3COQNHR^^PaC-rO^-CNHR*R3C+4-O=CNHR , R NH3 + СО2
Простые амиды являются хорошими защитными группами только в том случае, если молекула устойчива в сильно кислой или щелочной среде, необходимой для гидролиза. Для первичных аминогрупп используют фталоильную защиту. Эту группировку можно удалить гидролизом или гидразинолизом. Последний метод приводит к циклическому гидразиду фталевой кислоты: .
Фталоильные или сукцинильные производные аммиака являются Довольно кислыми соединениями, из них можно легко* получись соответствующие анионы и проалкилировать их. Эта реакция лежит в основе метода синтеза первичных аминов по Габриэлю [13];
NH2NH2>- RNH?илй гидролизNH2NH2>- RNH?илй гидролиз
NH2NH2
>- RNH?
илй гидролиз
NH2NH2
>- RNH?
илй гидролиз
Недавно фталимид был использован для непосредственного превращения спиртов в амины [14]: ;
Производное азодикарбонового эфира и PPh3 превращает спирт в алк- оксифосфониевую соль, которая служит активным алкилирующим агентом:
PPha + C2H5QOCN=NCOOG2H5 —te Ph3P—NNCOOC2H5 - iooc^s
PhaP—NNCOOCA 4- ROH —> Ph3P—OR+С^ООСМНШСООС^ ^OOCaHe
В некоторых случаях амидные группы можно удалить селективным^ гидридным восстановлением. Трихлорацетамиды легко разрушаются борогидридом натрия в спирте [15]. Другим реагентом, который можно применить к бензамидам (и, вероятно, к другим простым амидам) является дйизобутилалюминийгидрид. При низких темпера турах восстановление останавливается на стадий карбйиоламина. Последующий гидролиз приводит к амину [15];
ооащ2
*II ЕЦА1Н Г Н+,Н2О
RaNCPh ► R2NCHPh —?*- RtNH + PhCHO
В некоторых случаях для защиты удобно использовать. трифтор- ацетильную группу. Трифтор метильная группа обладает электроноак- , цепторныйи свойствами и, поэтому трифтор ацетамиды значительно легче гидролизуются в щелочной среде, чем большинство амидов, к трифтор- ацетильную защиту можно снять в относительно мягких условиях [17].
ЗАЩИТА КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ
Существует общий метод защиты альдегидных и кетонных групп ®т' действия нуклеофилов, или восстановления, когда реакция протекает -не в кислой среде. Этот метод заключается в превращении карбонильной группы в кеталь или ацеталь. Чаще всего для этой цели используют этиленгликоль, который дает циклическое диоксолановое производное;
IIИ4-/^—^Нз
RCR' + HOCI^CFtoH >] + НгО
R'/ X—СНг
Это производное обычно получают нагреванием карбонильного соединения с этиленгликолем в присутствии следов кислоты с азеотропной Отгонкой воды. Диоксолановое кольцо инертно по отношению к сильным нуклеофилам, включая металлорганические соединения и гидрид- ri ые восстанавливающие агенты. Оно легко разрушается в водных растворах кислот по обычному механизму/гидролиза ацеталей и кеталей (см-разд. 8.1 кн. 1).
Можно получать также ациклические ацетали и кетали. Удобным методом является каталнзуемый кислотами обмен с ортоэфиром [18]:
ОR*
Ин* I
RCR +НС(ОСН2)3 > RC(OCH3)24-HCOOCH,
Кетали и ацетали можно получить из карбонильного соединения ц спирта в присутствии кислотного катализатора. Если удалять образующуюся воду, то реакция протекает до конца.
Если карбонильную группу нужно регенерировать не в условиях кислотного гидролиза, то можно использовать ^галогенспирты. В этих случаях проводят восстановитёльное расщепление металлическим цинком [19, 20]:
Ч/^ 2п
ВгСН2—< X ► RaC=O + НОСН2СН=СН,
R'О
I .Ип ||
RCCOCHiCChli -^ RCR'+ СД^ССЬ
Вместо этиленгликоля можно использовать меркаптоэтанбл. 1,3-Окса- тйоланы легко образуются из кетона и меркаптоэтанола в присутствии
BF3 [21] или нагреванием в бензоле с n-толуолсульфокислотой как катализатором с азеотропной отгонкой воды [22]. 1,3-Оксатиоланы имеют Преимущество перед 1,3-диоксоланами в тех случаях, когда удаление защитной группы нельзя проводить в кислой среде. 1,3-Оксатиолановую группу можно удалить обработкой скелетным никелем в спиртовом растворе даже в слабощелочной среде [23]. Для ее удаления можно также использовать соединение (2) (хлорамин Т), которое, вероятно, окисляет серу в сульфониевую соль. Образующийся фрагмент является более реакционноспособной уходящей группой, и удаление защитной групйы протекает как гидролитический процесс [24];
нюнюRaC=ORaC=O
ню
ню
RaC=O
RaC=O
№С1 или NHSO2Ar
Реже в качестве защитных групп используют различные производные карбонильных соединений с двойной связью углерод-азот у карбонильного центра (см. разд. 8.1 кн. 1): оксимы, семикарбазрны и гидразоны. Эти соединения обычно образуются достаточно легко, но снятие защитной группы в мягких условиях невозможно. Исключение представляет удаление оксимной группы превращением ее в ацетат с последующим восстановлением ионом Сг2+ [25]:
О
АсЮ0 Сг11
Й2С—ХОН > RSC=N—О—ССН3 > R2C=O
ЗАШИТА КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ
Если в карбоксильной группе необходима защита только НО-группы, а не карбонильной, то ее можно легко осуществить обычной этерификацией. Карбонильную группу защитить' труднее. Эту проблему можно решить превращением карбонильной группы в 2-оксазолиновое производное. Наиболее удобными являются 4,4- и 5,5-диметилоксазб- лины, которые можно получить из кислоты и 2-амино-З-метйлцропаио- ла-1 .или 2,2-диметилазиридина/соответствеяно [26]. От действия реактива Гриньяра или восстанавливающих гидридных реагентов карбоксильную группу успешно защищают образованием гетероциклического кольца:
Карбоксильную группу можно регенерировать кислотным гидролизом, а обработка кислотой в спиртовой среде приводит к сложному эфиру. Для превращения карбоновых кислот в сложные эфиры использовали различные спирты. Полученные эфирные группировки не проявляют кислых свойств и не мешают нуклеофильной атаке по карбонильному центру, особенно такими частицами, как реактивы Гриньяра или
металлорганические соединения. Очень часто в синтезе используют метиловые и этиловые эфиры. Наиболее общим методом регенерации карбоксильной группы является щелочной гидролиз. Если нельзя проводить гидролиз-, то получают бензиловые эфиры. В этом случае карбоксильную группу можно регенерировать гидрогенолизом. трет-Бутиловые эфиры легко расщепляются в мягких кислотных условиях вследствие легкого разрыва связи алкил—кислород. Некоторое специальное примет пение находят 2,2,2-трихлорэтиловые эфиры. Эту группу можно удалить действием цинковой пыли в водной уксусной кислоте:
ZnRCOOCHjCCh ► RCOOH + CH^CCJj
Сложные эфиры получают этерификацией в присутствии кислоты или реакцией хлорапгидрида кислоты со спиртом. В небольших количествах часто бывает более удобно получить эфир реакцией карбоновой кислоты с соответствующим диазосоединением; Для получения метиловых эфиров обычно используют диазометан. Высшие гомологи можно получить, если имеются соответствующие диазосоедииения. Например, бензгидрильные эфиры легко получаются реакцией карбоновых кислот с дифенилдназомеганом [28]:
phgCNz + RCOOH —> RCOOCHPh^ '
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ
функциональных групЬ:
Обсужденные в предыдущем разделе защитные группы по существу пассивны в ходе синтеза. Их вводят и удаляют на соответствующих стадиях, но они непосредственно не влияют на реакционную способность той части молекулы, в которой проводят превращения. Часто выгоднее комбинировать защиту функциональной группы с такой модификацией молекулы, в результате которой вводимая в реакцию группа приобретает нужную химическую активность. Для таких защищенных, но тем не менее реакционноспособных групп используют термин синтетически эквивалентная группа. '
В качестве примера рассмотрим задачу превращения соединения .(3) в (4):
Ни одним из известных нам методов нельзя сделать эго в одну стадию Атом, к которому надо ввести ацетильную группу, способен реагировать с нуклеофилами, однако не существует нуклеофильных СНзСО-частиц. Превращение требует нуклеофильного синтетического эквивалента, который мог бы сопряженно присоединиться к электрофильной двойной’ углерод-углеродной связи, а затем, после построения'углеродного скелета, его можно' было бы превратить в СНзСО-группу. Был предложен ряд нуклеофильных синтетических эквивалентов СНзСО-группы, из которых наиболее удобным для решения обсуждаемой проблемы является простой эфир соответствующего циангидрина. Сильные основания, в частности диизопропиламид лития, превращают алкоксиннтрид. в карбанион [29]:
OCjHsОСЛа
немСаНаОСН=СН2I ымн2 - I
CHjCH^-0 ч—“* СНзСНОН > CHaCHOCHCHs ► CHgCOCHCHs
II1
CNCN - ■CN
ООС2Не N СН^НОООС2Не N СН^НОЭти нуклеофильные частицы могут успешно присоединяться к цикло- гексенону. Последующий кислотный гидролиз приводит к нужным продуктам:
О
ОС2Не N СН^НО
О
ОС2Не N СН^НО
н+Н»Он+Н»ОО ос2н5
н+
Н»О
н+
Н»О
„ ОСНСН3 гI +
СНЭС-
CN
В качестве синтетического эквивалента нуклеофильной карбонильной группы можно использовать и ряд других систем, особенно в реакции 5^2-алкилирования. Дитиаиовые производные альдегидов можно превратить в нуклеофилы литиированием. Получающийся анион легко алкилируется. Гидролиз приводит к кетону [30]: : v
Литиированные виниловые эфиры и винилтиоэфиры также являются синтетическими эквивалентами нуклеофильной карбонильной группы. Метилвиниловый эфир, например, литиируется трет-бутиллитием в тетр агидрофуране при —65 °C. Виниллитиевое соединение присоединяется к различным карбонильном соединениям, давая виниловые эфиры, которые легко гидролизуются в кетоны [31]:
' а-Литийальдицины можно получать присоединением литийоргани- ческид соединений к изонитрилам: ■
NR'
RLi-PR'—N=C —> R—С—LI
Они также являются нуклеофильными частийамй, которые после алкилирования можно превратить в кетоны. Например, при присоединении литийальдимина к карбонильной группе и последующем гидролизе образуются а-гидроксикетоны [32]:
СН2С(СН3)3Li СН2С(СН3)3О ОН
I ,I I1. равно || |
C2HsL1 + CN—С(СНа)2—■* С2Н5С=МС(СНз)2ТнзО—*" ^HsC—CHPh
2(81%)
Другие нуклеофильные группы, синтетически эквивалентные карбонильной группе, приведены на схеме Ю.2.
Возможно большое число разнообразных синтетических превращений, основанных на принципе использования синтетических эквивалентов. Любой молекулярный фрагмент, имеющий соответствующие химические свойства и способный хорошо превращаться, в другую функцию после реакции, может служить синтетически эквивалентной группой. Некоторые примеры уже рассмотрены в предыдущих главах, Аддукты 8№
СХЕМА 10.2. НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ АЦИЛЬНОЙ ТРУППЫ
(1) [32а](1) [32а]ООНи .IRCH —> RCH —>CNООНи .IRCH —> RCH —>CNOR'OR'> OR'011K"XIH+RCH —-> RC' ->RCR" />RCR"CNCNCN"1 ?OR'OR'> OR'011K"XIH+RCH —-> RC' ->RCR" />RCR"CNCNCN"1 ?H2O *H2O *(2) [326](2) [326]ктдктдSC2H5I , . К"ХSC2H5I , . К"ХSC2HsSC2Hs'SC2H5'SC2H5(3) [325](3) [325]СН2СН2O=SCiHs SCiHs—> R—С—R"O=SCiHs SCiHs—> R—С—R"КТЛI—* R—С—HRX।C^SCgHsКТЛI—* R—С—HRX।C^SCgHsооhe^Vh* IIhe^Vh* II
(1) [32а]
(1) [32а]
ООН
и .I
RCH —> RCH —>
CN
ООН
и .I
RCH —> RCH —>
CN
OR'
OR'
> OR'
0
1
1K"X
IH+
RCH —
-> RC' ->
RCR" />
RCR"
CN
CN
CN"1 ?
OR'
OR'
> OR'
0
1
1K"X
IH+
RCH —
-> RC' ->
RCR" />
RCR"
CN
CN
CN"1 ?
H2O *
H2O *
(2) [326]
(2) [326]
ктд
ктд
SC2H5
I , . К"Х
SC2H5
I , . К"Х
SC2Hs
SC2Hs
'SC2H5
'SC2H5
(3) [325]
(3) [325]
СН2
СН2
O=SCiHs SCiHs
—> R—С—R"
O=SCiHs SCiHs
—> R—С—R"
КТЛI
—* R—С—H
RX।
C^SCgHs
КТЛI
—* R—С—H
RX।
C^SCgHs
о
о
he^Vh* II
he^Vh* II
O=SCaHs ’
(4) [32г](5) [326](6) [32](4) [32г](5) [326](6) [32]1 НТЛсн2=сносн3 —1 НТЛсн2=сносн3 —RLlCHaSCH=CHR RLlCHaSCH=CHR СН2=СОСН2СН2=СОСН2LiLiCH;SC^CHRCH;SC^CHRц^хц^хR'XR'XR"СН2=АоСНаR"СН2=АоСНаR'R'CH3SC=CHRCH3SC=CHRо^ R"4ch3 о ы2+1—> rch2crо^ R"4ch3 о ы2+1—> rch2crLiR"ОI R"xI h+ l| JR'N^C+RLf —>■ R'N=CR ► R'^CR -—* RCR* „LiR"ОI R"xI h+ l| JR'N^C+RLf —>■ R'N=CR ► R'^CR -—* RCR* „
(4) [32г]
(5) [326]
(6) [32]
(4) [32г]
(5) [326]
(6) [32]
1 НТЛ
сн2=сносн3 —
1 НТЛ
сн2=сносн3 —
RLl
CHaSCH=CHR
RLl
CHaSCH=CHR
СН2=СОСН2
СН2=СОСН2
Li
Li
CH;SC^CHR
CH;SC^CHR
ц^х
ц^х
R'X
R'X
R"
СН2=АоСНа
R"
СН2=АоСНа
R'
R'
CH3SC=CHR
CH3SC=CHR
о
^ R"4ch3 о ы2+1
—> rch2cr
о
^ R"4ch3 о ы2+1
—> rch2cr
LiR"О
I R"xI h+ l| J
R'N^C+RLf —>■ R'N=CR ► R'^CR -—* RCR* „
LiR"О
I R"xI h+ l| J
R'N^C+RLf —>■ R'N=CR ► R'^CR -—* RCR* „
Дильса — Альдера, полученные с участием сс-хлоракрилоннтрила, можно превратить в циклические кетоны гидролизом:' у
Используемый в этих условиях диенофил является синтетическим экви* валеИтрм кетена. Это полезный эквивалент, так как сам кетен не является хорошим диенофилом [33].Г.
В.гл. 2 обсуждено применение алкоксиметил- и арйлоксиметилфос- фониевых солей в реакциях Виттига. Поскольку образующиеся в этих реакциях виниловые эфиры легко гидролизуются в альдегиды, алкокси- и арилоксиметиленфосфораны являются синтетическими эквивалентами нуклеофильных формильных групп [34]:■ : t
+ основание#R'CHOН
ROCH2PPh3 -* ROCH=PPh3 ^ ROCH=CHR' ~> O=CHCIT2R'
Аналогичная реакция с использованием а-метокспал килфосфониевых; солей открывает путь к кетонам [35]. Защищенные реакцнонноспособт пые функции приобрели фундаментальное значение для синтетических: методов [36]. Так, при выборе методов синтеза альдегидов наряду с методами прямого получения следует включить реакции, которые могут привести к структурам RCH^CHOR', так как группировка винило- вого эфира легко превращается в альдегидную группу. В табл. 104 при-
Синтон
Реагент
Последовательность реакции
Литера* тура
СНаСНаССНа
ICHiCH=CSi(CH3)s
CHg
СНаСООСаН»
Н8С сна
If<™„4« ™... игпмгщ ЗАМАСКИРОВАННЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП В СИНТЕЗАХ
[З&Ц
[366J
СН=СНСН=О CHaSCH=CH—CHS СИ,
СН2СНаСН=О CHa=CHCHOR
CHs(CHs)tBr + CHaSCH=CHCHSCHe —>
Ilgcia
—^ CH3SCH=CHCHSCHB■> О=СНСН=СН(СН8)4СН, ®%)
СНа(СНа)8СН3 Hi°
<S0%>
СаН6ОСНСН=СНа + СН3(СН3)61 —> н*, н2о
—* С2Н6ОСН=СНСН2(СН8)6СН3 О=СН(СН6)7СН3
(79%)
[36в]
[36г]
о
СН2ССН,
СН3ОС
ОСН3
Ni^Br, 4- Phi>-PhCH2C=CH2
О
Н*К
^PhCH2CCH3
(73%)
[збд]
СНСН=О
СН3
СНз
[36е]
[36^1
I, L!, EtNHa >.
2. скелет. №
СНа
,н
\снйсн2с=|
■СНаОН
ХН ■
\х2н5\х2н5R\гидролиз;с—сн=сн—ос2н5 --*R\гидролиз;с—сн=сн—ос2н5 --*^С—CH—CHO^С—CH—CHOOL1OL1
\х2н5
\х2н5
R\гидролиз
;с—сн=сн—ос2н5 --*
R\гидролиз
;с—сн=сн—ос2н5 --*
^С—CH—CHO
^С—CH—CHO
OL1
OL1
ведены некоторые другие небольшие реакционноспособные молекулярные фрагменты, которые являются синтетическими эквивалентами различных структурных единиц.
АСИММЕТРИЧЕСКИЕ СИНТЕЗЫ
При планировании многостадийного синтеза необходимо учитывать стереохимические аспекты, а не только введение функциональных групп. В главах, посвященных индивидуальным реакциям, приведены многие примеры, в которых стереохимический результат был прямым следствием механизма реакции: например, гидроборирование с последующим окислением протекает как ^««-присоединение и окисление С сохранением конфигурации. Во многих случаях показано, что реагенты атакуют молекулы с наименее затрудненной стороны, хотя это и не всегда так.
Теперь мы рассмотрим, как эти элементы стереохимии проявляются в синтезе. Важно'знать, как стереохимия реакции зависит от структурных особенностей реагирующих молекул. Этот раздел можно в широком смысле назвать термином асимметрический синтез [37], который определяют как «реакцию, в которой ахиральная единица в молекуле субстрата превращается с помощью реагента в хиральную таким образом, что стереоизомерные продукты образуются в неравных количествах». |Таким образом, мы должны рассмотреть методы управления конфигурацией вновь образующихся хиральных центров. Как будет видно, эти методы часто основываются на том, что реагенты атакуют молекулы по менее затрудненному пут^
Самым простым случаем асимметрического синтеза является, вероятно, реакция между ахиральной молекулой и хиральным реагентом с образованием нового хирального центра в месте реакции. Одной из таких реакций является восстановление кетонов по Меервейну — Пони- дорфу— В ер л ею ал ко голятами алюминия, полученными из оптически активных спиртов. Ахиральный кетон метил циклогексил кетон восстанавливается в соответствующий спирт таким образом, что преобладает одйн из энантиомере^ [38]:‘.. . - _
ОСП,Г сн» 1
/\ II,| рац-дФосНСНЮНзЫз Г*\
г . V-ССНд + СНзСНСНСНз : > ( ^^-СНСН,
ОНjон
(оптически(22% оптической
чистый)чистоты)
и
По своему результату реакция эквивалентна кротоновой конденсации уксусного альдегида с кетоном, в которой кетон играет роль карбонильного компонента, а альдегид — метиленового (в обызпбй конденсации, как известно, распределение ролей обратное). Ц.аи К. S. У., Schlosser М,— J. Org. Chern. 1978, v. 43, № 8, р. 1595—1598].— Прим. ред.
* Стереохимический аспект синтеза не сводится к преимущественному созданию одного из хиральных стереоизомеров; не меньшее значение имеет получение. определен- нык геометрических (дис-гракс-} изомеров. — Прим. ред.
Другой случай, который соответствует данному выше определению, это преимущественное образование одной из конфигураций нового хирального центра в реакции между хиральной молекулой и ахиральным реагентом. Примером может служить присоединение реактивов Гриньяра к карбонильным группам, соседним с хиральным центром; В этом случае конфигурационно однородный кетон дает избыток одного из двух возможных диастереомеров при реакции с ахиральным реагентом [39] д
'с2Н5 осгф он+CH3Mg.I► ^с-с^Рп ' НPh СН3(оптически t(основнойkЧИСТЫЙ),уродую)'с2Н5 осгф он+CH3Mg.I► ^с-с^Рп ' НPh СН3(оптически t(основнойkЧИСТЫЙ),уродую)CgHsCgHs■С—с■С—сОН,.ОН,.Ph II(минорныйI продукт).Ph II(минорныйI продукт).
'с2Н5 осгф он
+CH3Mg.I► ^с-с^
Рп ' НPh СН3
(оптически t(основной
kЧИСТЫЙ),уродую)
'с2Н5 осгф он
+CH3Mg.I► ^с-с^
Рп ' НPh СН3
(оптически t(основной
kЧИСТЫЙ),уродую)
CgHs
CgHs
■С—с
■С—с
ОН,.
ОН,.
Ph II
(минорныйI продукт).
Ph II
(минорныйI продукт).
Асимметрический синтез протекает через диастереомерные переходные состояния. В только что описанном случае следует обратить внимание на определенную конформацию реагирующего 'вещества и рассмотреть возможные направления подходящего реагента. Рассмотрим схемы (5) и (6), изображающие два из нескольких возможных диастереомерных переходных состояний. Переходное состояние (5) является
предпочтительным" по, пространственным факторам: водород создает меньше препятствий для, подхода реактива Гриньяра, чем этильная группа. В результате преобладает образование S-конфигурации нового хирального центра. Существуют другие конформации, которые можно было бы рассматривать для переходных состояний, однако принимается во внимание только одна показанная конформация, так как в ней минимальны пространственные взаимодействия с карбонильным кислородом. Так как металлорганическне реагенты и, многие реагенты-переносчики гидрид-нона сначала координируются по этому кислороду в ходе реакции, то считают, что предпочтительной будет конформация, в которой кислород с координированными группами находится Между’двумя наименьшими заместителями.
Таким образом без рассмотрения деталей механизма нуклеофильного присоединения по карбонильной группе была установлена полезная эмпирическая корреляция — правило Крама для стерического контроля ^асимметрической индукции. Преобладающий диастереомер будет соответствовать подходу входящей группы с наименее затрудненной стороны
ТАБЛИЦА 10.2. СТЕРЕОС^ЛЕКТИВНОСТЬ В РЕАКЦИЯХ ГИДРОБОРИРОВАНИЯ АЛКЕНОВ ДИ(ПИНАНИЛ-3)Б0РАН0М С ПОСЛЕДУЮЩИМ ОКИСЛЕНИЕМ [42, 42а]i
nfn
Алкен
Избыток одного из энантиомеров.
№
п/п
Алкен
Избыток ОДНОГО из энантиомеров.
1
2-Метил бутен-1
21
6
час-Гексен-З
91
2
2,3 - Днмети л бу тен-1
30
7
1 - Метилциклогексен
18
3
цис- Бутен-2
87
8
Норборнен
70
4
транс-Вутен -2
13
9
Бицикло 12.2.2 ] октен- 2
17
5
Чис-Пентен-2
82
в конформации, в которой карбонильная группа находится между двумя ■наименьшими заместителями у соседнего хирального центра [40]:
Избыток одного энантиомераИзбыток одного энантиомераИсследованы многие типы химических реакций с точки зрения их способности подвергаться асимметрическим превращениям. Селективность асимметрической реакции выражается/как избыток одного энан- тиомера над другим [в %); _ 1
Избыток одного энантиомера
Избыток одного энантиомера
Содержа пне минорного энантиомераСодержа пне минорного энантиомераСодержание= преобладающегоэнантиомера
Содержа пне минорного энантиомера
Содержа пне минорного энантиомера
Рассмотрим примеры некоторых асимметрических превращений.
Довольно просто провести гидроборирование оптически активными боранами с последующим окислением. Легко доступный оптически активный терпеновый углеводород (+)-пинец-2 превращают действием диборана в диалкилборан [41]. Этот реагент может присоединяться к алкенам, а при последующем окислении получают оптически активные спирты [42]. Некоторые данные о стереоселективности таких реакций приведены в табл. 10.2.
Высокая селективность отмечена для относительно реакционноспособных алкенов с внутренней двойной связью (примеры 3, 5, 6).; Селективность значительно ниже в случае пространственно более затрудненных транс-изомеров и для ненапряженных циклических алкенов (примеры 4, 7, 9), Полагают, что частичная потеря селективности обусловлена реакцией более затрудненных алкенов с частично дезалкилированным и поэтому менее объемистым бораном. Для алкенов с концевой двойной связью также характерна умеренная селективность, вероятно, вследствие того, что из-за меньших стерических препятствий по реакционному центру энергии диастереомерных переходных состояний близки. Другая причина уменьшения селективности для алкенов с концевой двойной связью заключается в том, что хиральный центр образуется на один атом дальше от оптически активного борана. Как правило, энантиомерная селективность возрастает с увеличением близости вновь образующегося хирального центра к асимметрическому центру в оптически активном реагенте. _*
С— сн,—МС— сн,—МR\
С— сн,—М
С— сн,—М
H H н
G=CHe Sf/-Ry
Пространственные особенности диастереомерных переходных со- стояний без сомнения являются основным фактором при определении степени селективности в асимметричном гидроборировании. Предложен ряд различных переходных состояний, однако точно не ясно, какие взаимодействия определяют стереохимический контроль [42, 43],
Умеренная селективность наблюдалась в реакциях Дильса — Аль- дера с оптически активными эфирами акриловых кислот:
Гидролиз эфира приводит к оптически активной кислоте, что свидетельствует об образовании избытка одного из энантиомеров. Величина избытка одного из энантиомеров зависит от хиральной группы R и условий реакции. Катализуемые кислотами Льюиса присоединения протекают при низкой температуре намного более селективно, чем в отсутствие катализатора при комнатной температуре. Некоторые имеющиеся данные приведены в табл. 10.3.
Асимметрический синтез диалкилуксусных кислот можно провести, используя хиральный оксазолиновый интермедиат (7), получающийся из легко доступного оптически активного аминоспирта [44]:
ОО
/ х1- RsNLt/ \I. RaNLt
НэС—< У-Ph 2> ц'сн2—< У-Ph■*
N— \N .
7Ун.ОСНз’'СН2ОСН3
/ S/Ph Н*. н2О
—> R'CH—41> R'CHCOOH
^ \^СН2ОСНз^„
Оксазолин превращают в карбанион и алкилируют одной из нужных замещающих групп. Затем снова образуют карбанион, еще раз проводят алкилирование с последующим гидролизом оксазолина, получая
ТАБЛИЦА 10.3. СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНОСТЬ (В %) В РЕАКЦИЯХ ДИЛЬСА — АЛЬДЕРА С УЧАСТИЕМ ХИРАЛЬНЫХ ЭФИРОВ АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ [43а]
R
BF3-O(Et}2, —TQ °C
1Без катализатора,
25-35 °C
(СН3)2СН-У^У
82—85
7
СНг(СН2)3СНСНз
27
3
(CHs)3CCHCH3
88
5
карбоновую кислоту с оптической чистотой 50—75%. Интересным аспектом этой реакции является то, что кислота может быть получена пре
имущественно R- или S-конфигурации в зависимости от порядка введения групп R' к R". Хиральный центр образуется на стадии второго ал- ‘килирования. Предложено следующее переходное состояние;
Введение асимметрии с созданием указанной на схеме хиральности требует преобладающей атаки снизу и показанной конфигурации экзоцик- лической двойной связи. Хелатирование метоксигруппой может объяснить преобладающую атаку снизу; оказывает влияние и объем фенильной группы, , Конфигурация двойной связи определяется преимущественно стерическими факторами.
I Рассмотренные превращения служат иллюстрацией принципов асимметрического синтеза. Для эффективного синтетического использования должны бцть выполнены следующие требования: а) легкодоступный оптически активный реагент, который можно использовать Для желаемого превращения, б) условия реакции, которые приводят к сильному преобладанию одного пз энантиомеров. Желательна также возможность регенерации: оптически активного реагента. Эти требования осуществляются в реакция Дильса — Альдера: гидролиз или восстановление алюмогидридом лития дает нужный продукт, одновременно возвращается исходный спирт, который можно снова использовать. Аналогично, в синтезе диалкилуксусных кислот можно при гидролизе регенерировать оптически активный аминоспирт.
Предсказание и объяснение направления стереоселективных реакций обычно основываются на учете пространственных факторов. Высокой селективности можно ожидать при наличии больших различий в стерических взаимодействиях. Примером ‘является очень объемистый гидридцый восстанавливающий агент, предложенный Кори и сотр. для высоко селективного асимметрического восстановлений в ходе синтеза простагландина [45]. Ключевой стадией в синтезе является восстановление кетонной группы в соединении (8):
АгСОО—y==Q —АгСОО—
с—cz
( I >(С.Н,)4СН3^ ^(СН^СНа
Анои
8
Выше показана только нужная конфигурация асимметрического центра, образующегося при восстановлении. Восстановление борогидридом “цинка по существу нестереоселективно, поскольку образуется смесь нужного спирта и его диастереомера в соотношении 1 : 1. Комплексный гидрид £9), полученный из ди(пинан ил-3)борана и метиллития повышает
отношение в пользу нужного диастереомера примерно до 2:1. Еще бо- лее объемистый комплексный гидрид был получен реакцией трег-гексилч борана с лимоненом: '
Н3С\/— В-С(СН3)2
СН(сн3)г №),сы ■
[СН3)2уВН2 + СН3—2—С=СН2~“
СН(СН3)2сп3' СН3
10 ■ - ;
Этот триалкилборан дает борогидридный ион (10)' при реакции С трет-бутнллитием. Использование этого борогидрида повышает соот- ношение в пользу нужного спирта до 4,5 : 1.*
СТРАТЕГИЯ СИНТЕЗА
В предыдущих разделах главным образом были описаны методы, которые имеет в своем распоряжении химик-синтетик. Информация об условиях, стереохимии и выходах в конкретной реакции является основой ддя решения вопроса о возможности использования этой реакции для синтеза определенного объекта. Важно также понимание механизма
Получаемые вещества служат исходными для синтеза стероидов, а каталитическое действие пролина авторы считают близким к биохимическим процессам, в которых пролин входит в активный центр ферментов iHaios Z. G- Parrish D, R„ J. Ore. Chem^ 1974, v. 39, № 12, p. 16I5’-1621). - Лр«м. ped, " '
реакции: для решения определенных синтетических проблем часто надо разрабатывать новые методы синтеза, и обычно основанием для предложения нового синтетического метода является разумность предполагаемого механизма реакции. В этой главе уже были рассмотрены некоторые специальные тактические подходы к синтезу, например использование защитных групп и синтетических эквивалентов. Для успешного решения синтетических проблем эти методы должны быть подчинены определенному плану и общей стратегии синтеза..
Основой планирования эффективного синтеза органического соединения является критическая оценка разных последовательностей реакций, использование которых позволит получить нужную структуру из доступных исходных материалов. В общем, и число возможных последовательностей реакций и сложность любого выбранного плана синтеза возрастают с ростом размера молекулы, увеличением числа функциональных групп и хиральных центров. Проблема выбора наиболее эффективного из нескольких путей состоит- в выяснении возможных путей перехода от доступных исходных веществ к намеченной цели. Необходимо выработать подходящую последовательность химических реакций.
Ограничения, налагаемые па выбор этой схемы, зависят от цели синтеза. Если, например, целью- синтеза является биологически активное природное вещество с несколькими хиральными центрами, то необходим жесткий стереохимический контроль. При необходимости синтеза вещества, используемого в значительных количествах, определяющими факторами при выборе схемы синтеза могут стать доступность и стоимость исходного вещества. В промышленном синтезе вводятся жесткие ограничения с точки зрения образующихся побочных продуктов, т. е. возникает проблема, обычно не имеющая значения в лабораторных синтезах.
Разработка удовлетворительного плана решения поставленной синтетической задачи является первостепенной работой химика-синтетика. Это задача для ума и воображения. Не существует единственно правильного ответа, к которому можно прийти раз и навсегда установленным, рутинным путем.
При составлении плана синтеза сначала проводят ретроспективный анализ. Структуру молекулы постепенно рассекают на части, последовательно переходя разумными путями к более простым соединениям, до тех пор пока не дойдут до соединений, доступных в качестве исходных материалов. При этом необходимо учитывать различные тесно связанные друг с другом факторы. Скелет молекулы можно построить через ряд ключевых интермедиатов. Первой стадией ретроспективного анализа является выявление основных фрагментов, из которых можно построить молекулу. Настой стадии анализа следует учесть потенциальные преимущества сходящегося синтеза. Если молекула состоит из двух ориов- ных фрагментов G и Н и боковой цепи I, удобнее синтезировать отдельно G и Ни затем соединить их, а не получать сначала G и наращивать к нему по стадиям Н. Общий выход в схеме синтеза рассчитывается как произведение выходов па отдельных стадиях. Так как выходы почти всегда меньше 100%, общий выход уменьшается с увеличением числа стадий. Линейная последовательность имеет максимальное число стадий, через которые должны пройти исходные вещества. Сходящийся синтез, наоборот, позволяет построить отдельные фрагменты и затем соединить их; число стадий, в которых участвует каждое исходное вещество, таким образом уменьшается.
о
Сходящийся синтез; А 4- В —> С —►. G—г 1 e+f —♦ G-H G-H“I
DE F I
Линейный синтез; A + В —> G —* G —*■ G—E —» G—H —* G—H— 1
После того, как выяснены возможные ключевые интермедиаты, следует рассмотреть влияние стереохимических факторов. Они могут быть различными: цис-транс-изомерия двойных углерод-углеродных связей, стереохимия сочленения колец, относительная конфигурация хиральных центров. Можно использовать только те пути, которые обеспечивают стереоспецифичное или стереоселективное образование желаемого ве-- щества. Например, молекула с одной возможностью для цис-транс-изо- мерии и двумя хиральными центрами может существовать в виде 1/2-(23)=4 диастереомеров. Поскольку диастереомеры обычно имеют близкие физические свойства, вероятность получения одного чистого стереоизомера становится очень низкой, если не направлять соответствующим образом стереохимию реакций.
схема 10.3. Синтез ювабиона по мори и мацуи [цвет
СН3ССН3СосноснА[- Zn, BrCH2COOEtТСА[- Zn, BrCH2COOEtТСО СН3 Г(СНд)2МССН2С1[ "О СН3 Г(СНд)2МССН2С1[ "ОСН3ОСН3Сконa.SOC^3 MeaNHСконa.SOC^3 MeaNHСНзСг115ООССН2СН''СНзСг115ООССН2СН''рсн3рсн3LiAlH(OEt)3^D.8LiAlH(OEt)3^D.8сн3О=СНСН2си'сн3О=СНСН2си'.0 СНз.0 СНз(CHshCHCHsMgBrQp| QJ|(СН3)2СНСНгСНСН8СЙ(CHshCHCHsMgBrQp| QJ|(СН3)2СНСНгСНСН8СЙ
СН3С
СН3С
осн
осн
А
[- Zn, BrCH2COOEt
ТС
А
[- Zn, BrCH2COOEt
ТС
О СН3 Г
(СНд)2МССН2С1[ "
О СН3 Г
(СНд)2МССН2С1[ "
ОСН3
ОСН3
С
кон
a.SOC^
3 MeaNH
С
кон
a.SOC^
3 MeaNH
СНз
Сг115ООССН2СН''
СНз
Сг115ООССН2СН''
рсн3
рсн3
LiAlH(OEt)3^D.
8
LiAlH(OEt)3^D.
8
сн3
О=СНСН2си'
сн3
О=СНСН2си'
.0 СНз
.0 СНз
(CHshCHCHsMgBrQp| QJ|
(СН3)2СНСНгСНСН8СЙ
(CHshCHCHsMgBrQp| QJ|
(СН3)2СНСНгСНСН8СЙ
Li,NH3 lysr-BuOH
OH CH(CH3)2CHCH2CHCH2CHOH CH(CH3)2CHCH2CHCH2CHOH. CH3(CH3)oCHCH2CHCH2CHOH. CH3(CH3)oCHCH2CHCH2CHOCH3OCH3
OH CH
(CH3)2CHCH2CHCH2CH
OH CH
(CH3)2CHCH2CHCH2CH
OH. CH3
(CH3)oCHCH2CHCH2CH
OH. CH3
(CH3)oCHCH2CHCH2CH
OCH3
OCH3
H Н-ЛМH Н-ЛМOH CH (СНЭ)2СНСН2СНСН2^ HOH CH (СНЭ)2СНСН2СНСН2^ H3- POCIS, пиридин3- POCIS, пиридинz ILAcCI, пиридин,,.2. ИСЫz ILAcCI, пиридин,,.2. ИСЫОО^ CH3CO CH(CHS)2CHCH2CHCH2CH^ CH3CO CH(CHS)2CHCH2CHCH2CH
H Н-ЛМ
H Н-ЛМ
OH CH (СНЭ)2СНСН2СНСН2^ H
OH CH (СНЭ)2СНСН2СНСН2^ H
3- POCIS, пиридин
3- POCIS, пиридин
z I
LAcCI, пиридин,,.
2. ИСЫ
z I
LAcCI, пиридин,,.
2. ИСЫ
О
О
^ CH3CO CH
(CHS)2CHCH2CHCH2CH
^ CH3CO CH
(CHS)2CHCH2CHCH2CH
(смесь двух диастереомеров)(смесь двух диастереомеров)KOHCrVIKOHCrVI
(смесь двух диастереомеров)
(смесь двух диастереомеров)
KOH
CrVI
KOH
CrVI
.co он.co он
.co он
.co он
Ювабион лКЮвабион лКн Г Y(СН^СНСНгССНгСнф^ Х“омёроК)
Ювабион л
К
Ювабион л
К
СХЕМА 10.4. СИНТЕЗ ЮВАБИОНА ПО АЯРУ И РАО 145»]
II "ОН+ (CHahCHCHgCCHa !II "ОН+ (CHahCHCHgCCHa !ООCHgMgRr, ICuClCHgMgRr, ICuCl
II "ОН
+ (CHahCHCHgCCHa !
II "ОН
+ (CHahCHCHgCCHa !
О
О
CHgMgRr, ICuCl
CHgMgRr, ICuCl
оо
о
о
Далее как на схеме 19.3 ч— (СНз^СНСНаССНа
f Наконец, функциональность. В разделах о защитных группах и синтетических эквивалентах мы обсудили идею защиты или маскировки функциональных групп. Часто бывает необходимо проводить взаимопревращение родственных функциональных групп. Углеродный атом, у которого в конечном веществе должна находиться гидроксильная группа, может быть проведен через последовательность стадий в виде карбонильного углерода и затем в "конце синтетической схемы превращен в спиртовую группу. Аналогично циано группу можно превратить в слож- ноэфирную группировку, и так далее. Создание функциональных групп в нужных положениях часто менее трудно, чем создание общего скелета молекулы и нужной стереохимии, так как существует много методов для взаимопревращений обычных функциональных групп. I
Эти идея можно проиллюстрировать несколькими примерами успешных многостадийных синтезов. Рассматривая примеры известных уже синтезов, мы будем стремиться четко выделить стадии, на которых создается скелет молекулы, ее стереохимия и функциональность. Рассмотрены примеры синтеза природных продуктов, но такой же подход применим в синтезе любого другого вещества.
Ювабион. Посмотрим сначала на молекулу, которая была получена несколькими различными путями. Ювабион, терпеновый кетоэфир, был выделен из некоторых растений. Он проявляет ювенильную гормональ-,
(сн3)а с нсн£ с снг—с
< /н
1 ювабион
ную активность, т. е. может модифицировать метаморфозы определенных насекомых. Описано по крайней мере 7 синтезов этого вещества. Они приведены на схемах 10.3—10.9. При сравнении некоторых из этих схем можно показать альтернативные подходы к синтезу этого соединения. Синтезы на схемах 10.5, 10.6, 10.9 стереоселективны. Стереохимия синтеза на схеме 10.8 не ясна из реферата патента, в котором ов описан. Два синтеза (схемы 10.3 И 10.4) параллельны ца большей части их схем, из них мы рассмотрим главным образом схему 10.3. .,
Во всех этих синтезах ювабиона ключевым интермедиатом является вещество, с циклогексеновйм кольцом. В схемах 10.3 и 10.4 исходным для синтеза циклогексеновой системы является ароматическое кольцо; восстановление ароматической системы проводят на довольно поздней стадии.В схемах 10,5 и 10.8 в качестве исходного вещества используется
схема «.в. Синтез ювабиона по верчу, Макдональду и поуелу№1
J. Ca.NH;, 2. Сги
Ювабион
F
Н3С
СХЕМА 10.7. СИНТЕЗ ЮВАБИОНА ПО ДРАБКИНОЙ И ЦНЗИЙУ [453]
I. №ВНч'3. ЭтерификацияДС,Н75р2С1АI. №ВНч'3. ЭтерификацияДС,Н75р2С1АC7H7O2S(j> снэснC7H7O2S(j> снэснСООСНзСООСНз+ (СН3)2СНСН2ССН2СООС2Н5.+ (СН3)2СНСН2ССН2СООС2Н5.сН£О, № Ювабион ч%-Н+,Щ0CHeNsсН£О, № Ювабион ч%-Н+,Щ0CHeNsввС2Н3ООС (СН^СНСН^!О СН3 , -С2Н3ООС (СН^СНСН^!О СН3 , -СООСНзСООСНз
I. №ВНч
'3. Этерификация
ДС,Н75р2С1
А
I. №ВНч
'3. Этерификация
ДС,Н75р2С1
А
C7H7O2S(j> снэсн
C7H7O2S(j> снэсн
СООСНз
СООСНз
+ (СН3)2СНСН2ССН2СООС2Н5.
+ (СН3)2СНСН2ССН2СООС2Н5.
с
Н£О, № Ювабион ч%-
Н+,Щ0
CHeNs
с
Н£О, № Ювабион ч%-
Н+,Щ0
CHeNs
в
в
С2Н3ООС (СН^СНСН^!
О СН3 , -
С2Н3ООС (СН^СНСН^!
О СН3 , -
СООСНз
СООСНз
оптически активный природный продукт, лимонен. Это облегчает решение стереохимических проблем, особенно если продукт требуется в оптически активной форме. В схемах 10.3, 10.5, 10.9 боковую цепь наращивают по стадиям к ключевому циклическому интермедиату. В схемах 10.6, 10.7, 10.8 почти построенную боковую цепь присоединяют к циклическому интермедиату.
Стереохимические проблемы в этих синтезах связаны с относительной конфигурацией двух соседних хиральных углеродов. В схемах 10.3 и 10.4 стереохимия продукта устанавливается на стадии восстановления (стадия Н). Образуются оба возможных диастереомера, и их надо разделять после завершения стадии J. В схеме 10.7 стереохимия реакции не контролировалась, продукт .представляет собой смесь двух диастереомеров.
Синтезы 10.5, 10.6 и 10.9 стереоселективны. В синтезе на схеме 10.5 исходным веществом является оптически активный терпен лимонен. Наличие хирального центра приводит к умеренной стереоселективности при гидроборировании (стадия А), преобладание нужного диастереомера составляет 3:2; интермедиат получают стереохимнчески чистым после кристаллизации твердого" производного. Хиральные центры не затрагиваются ни в одном из дальнейших превращений, так что в этом синтезе стереохимия определяется рано, и все дальнейшие реакции не осложняются необходимостью разделения стереоизомеров. На схеме 10.6 сте-
I. Литиирование- 1 -2. (СН3)2СНСНгСН=О ————►АI. Литиирование- 1 -2. (СН3)2СНСНгСН=О ————►АСХЕМА 10.S. СИНТЕЗ ЮВАБИОНА ПО КРОУФОРДУ f4&J
I. Литиирование- 1 -
2. (СН3)2СНСНгСН=О ————►
А
I. Литиирование- 1 -
2. (СН3)2СНСНгСН=О ————►
А
он'НГ
I п 1 и (СН3)2СНСНаСНСН2С'Т^
ЮвабионЮвабионС}, Окисление какв схеме 10.52. ЭтерификацияС}, Окисление какв схеме 10.52. ЭтерификацияввL СелективноевосстановлениеL СелективноевосстановлениеО СН, t II I (СН3)2СНСП2ССНСНО СН, t II I (СН3)2СНСП2ССНСН2. Gr^2. Gr^СНзСНз
Ювабион
Ювабион
С
}, Окисление какв схеме 10.5
2. Этерификация
С
}, Окисление какв схеме 10.5
2. Этерификация
в
в
L Селективноевосстановление
L Селективноевосстановление
О СН
, t II I (СН3)2СНСП2ССНСН
О СН
, t II I (СН3)2СНСП2ССНСН
2. Gr^
2. Gr^
СНз
СНз
СХЕМА 10.9. СИНТЕЗ ЮВАБИОНА ПО ФИЧИНИ С СОТР. 145Ж]
11ААCHaC^CN^HsjB +CHaC^CN^HsjB +СН3СН3OC3H5•OCHCH3OC3H5•OCHCH3ВгСН<3 и2 н HВгСН<3 и2 н HOC^Hs(сн3]2снсн2со6нснэCNOC^Hs(сн3]2снсн2со6нснэCN. рс2н5 CHgGHO-I (СН^СНСНзССН; Д нPN >. рс2н5 CHgGHO-I (СН^СНСНзССН; Д нPN >ЕЕОСгН5IFCHCHs t .(CH3),ОСгН5IFCHCHs t .(CH3),(сца£снсн£ сн£(сца£снсн£ сн£Н3Н3IIн\ Н2Он\ Н2Оо во в0 Н3С0 Н3СК(С2Н5)2К(С2Н5)2DLiAlHiDLiAlHi2.СВг4, PFh32.СВг4, PFh3HOOC' HHOOC' Hсн-сн-ссHOOC'l HHHOOC'l HHООН3Н3ОО!.нг,щ2. CHE=CHOEt!.нг,щ2. CHE=CHOEtононСНСН2ССНг' н иСНСН2ССНг' н иНОСН2СИгОН Н* £CrVIНОСН2СИгОН Н* £CrVIСООСНз’’ (сн5о)рс=о, NaH '.-"«в ■‘«■^т-<(CH3)gCHCH2СООСНз’’ (сн5о)рс=о, NaH '.-"«в ■‘«■^т-<(CH3)gCHCH2NaBlJ4 \C;№SO2C1NaOMe>с6осн3NaBlJ4 \C;№SO2C1NaOMe>с6осн31(CHACHCHg CH/T HvX / H1(CHACHCHg CH/T HvX / HН+, HSO> ЮвабионН+, HSO> Ювабион>з>зGGСН3СН3ch;ch;
1
1
А
А
CHaC^CN^HsjB +
CHaC^CN^HsjB +
СН3
СН3
OC3H5
•OCHCH3
OC3H5
•OCHCH3
ВгСН<3 и
2 н H
ВгСН<3 и
2 н H
OC^Hs(сн3]2снсн2со6нснэCN
OC^Hs(сн3]2снсн2со6нснэCN
. рс2н5 CHgGHO
-I (СН^СНСНзССН; Д н
PN >
. рс2н5 CHgGHO
-I (СН^СНСНзССН; Д н
PN >
Е
Е
ОСгН5
IF
CHCHs t .
(CH3),
ОСгН5
IF
CHCHs t .
(CH3),
(сца£снсн£ сн£
(сца£снсн£ сн£
Н3
Н3
I
I
н\ Н2О
н\ Н2О
о в
о в
0 Н3С
0 Н3С
К(С2Н5)2
К(С2Н5)2
D
LiAlHi
D
LiAlHi
2.СВг4, PFh3
2.СВг4, PFh3
HOOC' H
HOOC' H
сн-
сн-
с
с
HOOC'l HH
HOOC'l HH
О
О
Н3
Н3
О
О
!.нг,щ
2. CHE=CHOEt
!.нг,щ
2. CHE=CHOEt
он
он
СНСН2ССНг' н и
СНСН2ССНг' н и
НОСН2СИгОН Н* £
CrVI
НОСН2СИгОН Н* £
CrVI
СООСНз
’’ (сн5о)рс=о, NaH '.-"«в ■‘«■^т-
<(CH3)gCHCH2
СООСНз
’’ (сн5о)рс=о, NaH '.-"«в ■‘«■^т-
<(CH3)gCHCH2
NaBlJ4 \
C;№SO2C1
NaOMe
>с6осн3
NaBlJ4 \
C;№SO2C1
NaOMe
>с6осн3
1
(CHACHCHg CH/T H
vX / H
1
(CHACHCHg CH/T H
vX / H
Н+, HSO
> Ювабион
Н+, HSO
> Ювабион
>з
>з
G
G
СН3
СН3
ch;
ch;
реохимия определяется бициклическим промежуточным аддуктом Дильса— Альдера. Используемый аддукт имеет требуемую относительную конфигурацию двух хиральных центров, конфигурация которых в дальнейшем не меняется. Стадия С: приводит к смеси диастереомеров, которую далее используют в стадиях D и Е; однако этот хиральный центр отсутствует в конечном веществе, и, таким образом, проблема общей стереохимии синтеза не возникает.
В синтезе на схеме 10.9 стереохимия фиксируется на одной из ранних стадий. Стереоселективпость протонирования фрагмента енамина
при гидролизе на стадии В является результатом предпочтительного протонирования с менее затрудненной стороны молекулы:
Другие превращения не влияют на хиральные центры, и весь синтез стереоселективен. Интересно отметить, что на стадии Е в качестве синтетического эквивалента нуклеофильного ацила используют защищен- ный циангидрин.
Эти серии синтезов показывают, что существует много путей синтеза алифатической цепи ювабиона^ Методы создания необходимой кон-, фигурации в трех синтезах, где это было сделано, также различны. В схеме 10.5 использован метод асимметрического синтеза. Схема 10.6 основана на сбздании определенной конфигурации бициклического интермедиата и использовании нужного изомера для последующих стадий. В схеме 10.9 конфигурация хиральных центров создается в результате стереоселективного протонирования.
! Описано много синтезов полифункциональных природных веществ, некоторые из них рассматриваются в следующих разделах. Выбор примеров обусловлен не каким-то особым значением синтезируемых соединений; они иллюстрируют, как в синтезе довольно сложных молекул переплетаются проблемы создания скелета молекулы, введения функциональных групп и стереохимического контроля.
Фумагилол. Фумагилол— спирт, который входит в состав антибиотика эфирного типа — фумагилина. Хотя размеры его молекулы сравнимы с ювабионом, проблема стереохимии более сложна: имеется шесть хиральных центров. Две эпоксидные группы вносят свою сложность; они
относительно реакционноспособны и поэтому должны быть введены на последних стадиях синтеза. Наиболее общими методами введения эпоксидного кольца являются окисление алкена, реакция карбонильной группы с илидом серы и внутримолекулярная нуклеофильная циклизация. Поскольку в молекуле имеется цикл, одним из возможных подходов к синтезу фумагилола может быть построение кольца с последующим присоединением боковой цепи. Цикл можно получить внутримолекулярным алкилированием или конденсацией, но поскольку это кольцо шестичленноё, то следует рассмотреть и реакцию Дильса —Альдера. Можно ли использовать диенофил с заместителями X и Y, которые можно было бы превратить в экзоциклический эпоксид? Если так, то реакция Дильса—Альдера была бы заманчива тем, что она дала бы 332
Соединение с двойной связью в положении, где в конечном итоге должны стоять гидроксильная и метоксильная группы. Эти группы можно было бы ввести рядом региоселективных и стереоспецифичных реакций по двойной связи. Если все эти превращения считать1 возможными, то про- ;блема сводится к синтезу диена, в котором; R можно было бы превра-. дить в нужную боковую цепь.
Решение синтетической проблемы было достигнуто Кори и Снайдером [46]. Синтез фума.гилола приведен на схеме 10.10.
а-Бромакролёин реагирует кДк синтетический эквивалент неустойчивого и, вероятно, нереакционноспособного диенофила, оксида аллена
О
сн2=с'^'сн2
Эпоксидное кольцо образуется на стадий Н в результате внутримолекулярного алкилирования после восстановления альдегидной группы в первичную спиртовую. На стадии I создается нужная конфигурация гидроксильной и метоксильной групп. Оксид осмия(УШ) обеспечивает сын-присоединение. Конфигурация по отношению к боковой алкильной цепи определяется пространственными факторами: реагент подходит, к двойной связи со стороны, противоположной алкильному заместителю. Селективное метилирование диола на стадии J является, вероятно, результатом большей доступности экваториального гидроксила: селективно метилируется именно экваториальная гидроксильная группа. Селективность этой стадии полностью не выяснена, так как умеренный выход (65%)! желаемого продукта не исключает возможность частичного образования другого изомера: i
На стадии G возникает вопрос как о химической, так и о стереохимической селективности. Необходимо окислить трехзамещенную двойную связь, а не эндоциклическую двойную связь. Это можно сделать благодаря повышенной реакционной способности более замещеннбй алкеновой связи в реакции окисления надкислотой. Окисление может происходить с двух псидентичных (диастереотопных) сторон двойной связи. Наблюдаемое (и желаемое) направление окисления осуществляется благодаря пространственному экранированию, создаваемому с тыльной стороны двойной связи бромом и триметилсилнлыюй группой, как показано ниже (А — предпочтительная атака с фронта, В — подход с тыла затруднен):
о
I]NaOMe
CHSCCH2COOCH3 +: (сНз)2С=СНСН2Вг
.■О=срн3(CH3)2C=CHCH2CHCOOCH3
В NaOEt
H3Q
Sc Os
C=CHCH2CH3COOCHa * I o=hc/ iC
D CH2=CHCH=PPh3
(СН3)2С=СНСН%СНгрОбСН3
JBr
H3C\4 'CHa=CHCH=O
C=CHCH2CH2COOCH3—
сн2=снсн=лс/
Br
- JCH=O
Ал:
'H СН2СН2СООСН3
1. NaBH4
F 2,(CH3)3SiCl
1. nh£f~
2.СН3О'
н
^.CH2OSi(CH3)3
PH3 :
дг-одрнал-беизойная
G
Br4
-Л>СН2О31(СН3)3
T ZCH3
V
H
CH2CH3COOCH3
H CH2CH2COOCH3
Os.
■CH2
ОзОл
"C ^CH2CH2COOCH3/
НО''
/°? .
—CH2
x /СНз
ycx СНгСНдСООСНд
СНаЦ
NaOCR3
•н
НО'
n2
CH3
CHgCH2COOCH3
CHaLi
К
н
-CH2
H0' i fx ^сн2сн2с(сн3)г™,6 oVCsH l,H
CH3O HO H
о
l.(CH3C)2O
2.CH3SO2C1
3. Et4N+Br '
4. KaCOgJIsO
,CH3
с' СН2СН=С(СНз)а
Кариофиллен. Кариофиллен является сесквитерпеном, при синтезе которого возникает проблема построения системы конденсированных колец: малого (четырехчлепного) со средним (девятичленным). Функциональный характер не сложен: имеются только двойные связи. В молекуле два хиральных центра н один алкеновый фрагмент, который должен иметь транс-конфигурацию.
кариофилленкариофиллен
кариофиллен
кариофиллен
Успешный синтез кариофиллена приведен на схеме 10.11 [47].
Некоторые реакции превращения функциональных групп в этой схеме не требуют специального комментария, так как они обсуждены в других разделах. Стадии А (см. разд. 6.2), В, С (см. разд. 1.4 и 2.4), D (см.
СХЕМА 10.11. СИНТЕЗ КАРИОФИЛЛЕНА [4Ц
Н3С СН3Н3С СН3сссн2сн2ООнагревание илиоснование Н3С-нагревание илиоснование Н3С-ввн3с нн3с нI.NaH,(CH3O)2C=O' 2.СНз1I.NaH,(CH3O)2C=O' 2.СНз1
Н3С СН3
Н3С СН3
с
с
сн2
сн2
О
О
нагревание или
основание Н3С-
нагревание или
основание Н3С-
в
в
н3с н
н3с н
I.NaH,(CH3O)2C=O
' 2.СНз1
I.NaH,(CH3O)2C=O
' 2.СНз1
385385]/213 Зак. ад
385
385
разд, 5.1), G, Н (см. разд. 3.1), I и L (см. разд. 2.5) представляют собой довольно известные превращения. Особенностью стадии D является введение потенциальной сложноэфирной группы в виде диметоксиацеталя. После удаления тройной связи ацеталь превращают в карбоксильную группу гидролизом и окислением. Вследствие близости гидроксильной группы происходит лактонизация. Стадия F представляет собой конденсацию Дикмана (см. разд. 2.4) с а-углеродом лактонного кольца, играющим роль нуклеофила. Ключевой стадией является стадия J. Здесь для построения цикла среднего размера используют фрагментацию (см. разд. 8.5). Эта реакция также позволяет создать нужную конфигурацию сочленения колец, так как наличие соседней карбонильной группы обуславливает эпимеризацию в более устойчивое транс-сочленение. Реакция фрагментации стереоспецифична, Из двух диолов, разделенных на стадии Н, только один, с цас-расположением гидроксильной и ангуляр- пой метильной групп, будет фрагментироваться в желаемый транс- алкен:
Сиренин. Сиренин — половой гормон грибка Allomyces
НОН6СХ /Н Н3СХ
сиренин
-СН1ОН
Алкеновую связь надо создать так, чтобы гидроксиметильная группа заняла транс-положение относительно алкильного заместителя. Синтез, приведенный на схеме 10.12, выполнен Греко [48]. Описаны и другие синтезы. В качестве исходного соединения используют доступное природное вещество гераниол.
Интересны все этапы синтеза. На стадии А используется специальный способ Зл^-замещения арилсульфоната ионом хлора. Особые условия необходимы для того, чтобы препятствовать образованию изомерных хлоридов, так как имеется аллильная система. На стадии В происходит взаимодействие с металлорганическим соединением (см. разд. 5.1), которое облегчено из-за аллильного характера реагирующего вещества. На стадии С триен селективно гидроборируют по концевой связи, используя объемистый днзамещенный боран (динзоамилборан) и затем окисляют первичную спиртовую группировку в карбоксильную, не затрагивая двойные углерод-углеродные связи. На стадии Е строят бициклическую систему. После обычного ос-диазокетонного синтеза (см. разд. 8.2) проводят разложение в присутствии медного катализатора. Образование кольца протекает как внутримолекулярное присоединение карбена (см. разд. 8.2). Стадия F кажется шагом назад, но благодаря этому удается стереоселективно ввести функциональную группу с кислородом. На следующей стадии используют фосфонатиую модификацию реакции Виггига, которая, как известно, протекает с требуемой стереохимией (см. разд. 5.2). Стадии от Н до J являются последовательностью реакций, которые могут провести превращение:
и
сн„
и
СИ»
(СНз)2/
с
с
с
н
с
(СН3)2С
(СН2)2 ССН2ОН
СН3
с
н
LMeLl
'2. ArSOzCl,’
ЫС1
(СН2)2 С(СН2)эСОаН
с
r2bh
NaOH,H2Oj
CryI
н
SOCi2
CH2N2
D
н
СНз
с
с
(СНз)зС
(CH2)3CCHN2
медная бронза
E
н
о
нэс
СНЛ-ООС,
;с=с НзС
СИОН
о
NaH, сг НСООСНз
СНзООС./Н НзС
ХС=С^ Н3с/Х(СНЙ)2
(СНз)2(/ ^СН2)ХсН2С1
(CH3)2C
НзС.
н
н
с
В j СН4=СНСН8МеВг
СНз
с
J: ССН2СН2СН^СН2
н
,н НзС c=cz
о
(EtO)2PCCOOCH3^н3
G
НС(СН2)3
НзС
(сндсш
СНзООСч ,H НзС)c^c(НЭС/ Х(СН2)2
СНОСН(СНЭ)2
J
ЫаВН4
HOH2C\
Н3С/
,н НзС
(СН2)2
ЫД1Н4 к
СНгОН
СНэООСх уН ,с=сх
Нгс.
\СН2)2
сн=о
СХЕМА 10.13. СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ И8а]
А+ ВгСН2ОСНЁСС13 —>А+ ВгСН2ОСНЁСС13 —>СНЯОСН2СС13СНЯОСН2СС1301СНг=ССОС1в01СНг=ССОС1вк н\н2о2. я-хлорнад- бснзомкаякислотаНк н\н2о2. я-хлорнад- бснзомкаякислотаНМеханизм этих стадий приведен ниже:Механизм этих стадий приведен ниже:
А
+ ВгСН2ОСНЁСС13 —>
А
+ ВгСН2ОСНЁСС13 —>
СНЯОСН2СС13
СНЯОСН2СС13
01
СНг=ССОС1
в
01
СНг=ССОС1
в
к н\н2о
2. я-хлорнад- бснзомкая
кислота
Н
к н\н2о
2. я-хлорнад- бснзомкая
кислота
Н
Механизм этих стадий приведен ниже:
Механизм этих стадий приведен ниже:
Финальной стадией К является восстановление альдегидной и слож- ноэфирной групп в первичные спиртовые действием LiAlH4.
Интермедиаты синтеза простагландинов. На схемах 10.13—10.16 приведены некоторые синтетические подходы к структурам (11) и (12):
/НО
A,CHs сн=сн(снЁ)3соон
СН=СНСН(СН2)4СН3 он просудгландин
СХЕМА 10Л4, СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ [48*1СХЕМА 10Л4, СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ [48*1^-хлоризд-кислота.D^-хлоризд-кислота.D
СХЕМА 10Л4, СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ [48*1
СХЕМА 10Л4, СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ [48*1
^-хлоризд-
кислота
.
D
^-хлоризд-
кислота
.
D
Эти стереоизомерные соединения являются интермедиатами в синтезе простагландинов — класса природных соединений, присутствующих в очень небольших количествах в различных органах млекопитающих и других живых организмах. Синтез этих соединений представляет в настоящее время большой интерес, так как они проявляют широкий спектр потенциальной физиологической активности, а выделять из природных источников их нелегко. Альдегидную группу этих интермедиатов используют для введения боковых цепей, обычно с использованием реагентов Виттнга, содержащих дополнительную функциональную группу. Каждый из путей синтеза планируют так, чтобы получить продукт стё- реохимическц чистым. Это имеет большое значение, так как каждый
СХЕМА 10.15, СИНТЕЗ ИНТЕРМЕДИАТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОСТАГЛАНДИНОВ [486T
интермедиат имеет 4 хиральных центра и без стереохимической направленности можно получить восемь диастереомерных рацематов, В каждом синтезе определенная стереохимия продукта создается за Счет бициклического интермедиата, который определяет относительную конфигурацию различных групп.'
По схеме 10.13 относительная конфигурация заместителей в поло- ■ жениях 1 и 3 циклопентанового кольца создается при образовании би- цикло[2.2.1]гептеноВого кольца на стадии В. Геометрия кольца требует, чтобы две новые углерод-углеродные связи, создаваемые на стадии В, имели ц«с-ориентацию относительно друг друга. Следующая стерерхи- мически важная манипуляция с заместителями при С-1 и С-3 происходит на стадии Н, когда проводят окисление по Байеру — Виллигеру. Поскольку зта> реакция протекает с сохранением конфигурации мигрирующей группы (ем. разд. 9.5), цнс* расположение заместителей у С-1 и С-3 сохраняется. Заместители при С-2 и С-5 должны иметь цно расположение относительно друг друга, но занимать транс-положение по ,1
отношению к заместителям при С-1 и С-3. Ключевой реакцией для созданий такого расположения является также стадия В. Атака диено-i
фила происходит с менее затрудненной стороны замещённого цйкло- пентадиена. цыс-Положение заместителя при С-2 по отношению к кислороду при G-5 обеспечивается образованием внутримолекулярной С—О-связи на стадии F.
В схеме 10.14, которая значительно короче, чем 10.13, используют те же общие методы создания стереохимических отношений. На стадии С при протонированин происходит раскрытие циклопропанового кольца. Возникающий карбёниевый ион захватывается внутримолекулярно и поэтому заместители при С-2 и С-5 оказываются в цис-положении. Для создания цис-конфигурации заместителей при С-1 и С-3 используют геометрию бициклической системы и сохранение конфигурации в реакции Байера — Виллигера, как в схеме 10.13. Стадия А представляет собой электрофильное замещение, которое инициируется протонированным формальдегидом. Образующийся катион захватывается муравьиной кислотой, а первичный спирт в условиях реакции формилируется:
носн2-носн2-нсоон HOCHgнсоон HOCHgСН2=О 4- Н*СН2—ОН
носн2-
носн2-
нсоон HOCHg
нсоон HOCHg
Н</ ОН iН</ ОН i
Н</ ОН i
Н</ ОН i
рхемы 10.15 и 10.16 приводят к интермедиатам, в которых заместители при С-1, С-3 и С-5 имеют цис-ориентацию друг относительно друга; В с^еме 1015 цис-положение групп при С-1 и С-3 создается при окислении по Байеру — Вил литеру, которое проводится на первой стадии синтеза. На стадии С создастся цис-ориентация кислородной функции при С-5. Иодлактонизация является стереоспецифичным анти-прй- соединением и образование цис-сочлевенных пятичленных колец проист ходят предпочтительнее, чем транс. Другие стадии представляют собой реакции, которые уже были обсуждены ранее. :
Последний из путей синтеза (схема 10.16) радикально отличается от схем 10.13—10.15. цис-Конфигурация заместителя при С-1 и кислорода при С-5 создается на стадии Е. Эта реакция включает сольволиз первичного алкилсульфоната с участием двойной у гл,ерод-углеродной связи. эндо-Положепие гидроксцметильной группы, созданное на стадии В, обеспечивает необходимую стереохимию. Требуемая эндо-ориентация создана использованием полностью цисИДЗ-тригидроксицикло- гексаиа в качестве исходного соединения для циклизации, проводимой на стадии А,
Интересной особенностью схемы 10.16 является то, что циклопентановое кольцо образуется на конечной стадии сужения цикла по Тиф- фейо — Демьянову (см, разд. 8.6). Стереохимия циклогексанового предшественника такова, что мигрирующая связь занимает нужное онти-по- ложение по отношению к уходящему азотсодержащему заместителю:
. Другой интересной особенностью этой схемы является то, что в молекуле с самого начала имеются гидроксильные группы. Их защищают в виде циклического ацеталя на стадиях А — 1. На предпоследней ста-
дни снимают защиту с одной группы, чтобы получить конформацию, необходимую для последней перегруппировки.
H2NCOCH2QH2 СНз ch2conh^H2NCOCH2QH2 СНз ch2conh^сн5--CH2CH2CONH3сн5--CH2CH2CONH3H2NCOCH2H2NCOCH2СНзСНзСНзСНзнз | СНз ch2ch2conh2нз | СНз ch2ch2conh2ИОСН2 °ИОСН2 °витамин В12витамин В12Рассмотренные только что схемы иллюстрируют синтезы, которые в настоящее время способны осуществлять химики-органики. Были синтезированы и гораздо более сложные молекулы: например, в 1972 г. описан полный синтез витамина Bi2, осуществленный после 10-летних усилий [49]. С точки зрения сложности полученной молекулы и логического подхода этот синтез является наиболее впечатляющим из всех проведенных до настоящего времени.
H2NCOCH2QH2 СНз ch2conh^
H2NCOCH2QH2 СНз ch2conh^
сн5
--CH2CH2CONH3
сн5
--CH2CH2CONH3
H2NCOCH2
H2NCOCH2
СНз
СНз
СНз
СНз
нз | СНз ch2ch2conh2
нз | СНз ch2ch2conh2
ИОСН2 °
ИОСН2 °
витамин В12
витамин В12
Возможность успешной разработки приемлемого плана синтеза с помощью раВозможность успешной разработки приемлемого плана синтеза с помощью ра
Возможность успешной разработки приемлемого плана синтеза с помощью ра
Возможность успешной разработки приемлемого плана синтеза с помощью ра
ционального ретроспективного анализа зависит от ряда факторов, "средн которых опыт химика, его воображение и прозорливость играют главную роль. Имеет значение и набор реакций, которые может применить химик. Это определяется не только реакциями, которые он помнит, но и способностью использовать доступную химическую литературу, чтобы найти реакцию, пригодную для нужного превращения. Наиболее систематическим и обширным источником этого типа сведений является серия «Synthetic Methods^ of Organic Chemistry», выходящая под редакцией Тейльхеймера. Эта серия наряду с* другими сборниками синтетических методов приведена ниже в общем списке литературы. Эти книги являются великолепным источником "информации, особенно о превращениях функциональных групп. Разработка удовлетворительного плана определенного синтеза является проблемой, которую надо решать для. каждой индивидуальной молекулы или родственных молекул. Задачи в конце главы дают возможность читателю попробовать свои способности в этом направлении.
В настоящее время активно исследуется возможность использования ЭВМ для проведения ретроспективного анализа. Это заманчивая альтернатива, так как каталог реакций, который можно заложить в компьютер, много больше, чем имеющийся в памяти химика. Однако сочетание каталога реакций с эффективной программой ретроспективного анализа является сложной задачей. Сообщение об общих концепциях ее решения опубликовано Корн и его коллегами [50]. Усовершенствования метода опубликовываются по мере их достижения [51]. В основном программа формирует «дерево» потенциальных интермедиатов ретроспективным анализом синтетической цепи. Выстраивая в обратном порядке серин найденных предшественников, разрабатывают возможные пути синтеза. Для описания каждой стадии в процессе структурного анализа, приводящего к потенциальному исходному веществу для данного продукта, в английском языке используют термин «antithetic transform» (антитетическое преобразование), в русской литературе не встречающийся.
Существующие программы используют интенсивное взаимодействие между химиком и компьютером. Связь между химиком и машиной осуществляется с помощью графических структурных формул, написанных химиком. Машина может также дать структуры соединений, которые она создает как потенциальные интермедиаты [52]. Мы здесь не обсуждаем детали программ. Система использована Гарэ ар декой группой химиков в синтетическом анализе, и по мере расширения решаемых ею проблем она будет становиться все более полезной. В настоящее время, однако, мало вероятно, что машинный анализ уменьшит необходимость планирования синтезов Человеком. В 197] г. Кори по поводу проблемы создания, общего метода для решения сложных, синтетических’ про-
блем сказал; «непохоже, что эта работа будет завершена в обозримом будущем» [50], Ясно, однако, что систематическая природа этого подхода поможет определить порядок и стратегию ретроспективного анализа и, вероятно, помочь химикам систематизировать их мышление в области синтетической химии.
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
J. У. IF. McOmie, Protective Groups in Organic Chemistry, Plenum Press' New York NY, 1973.
R E, Ireland, Organic Synthesis, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1969,
IF. Theilheimer, Synthetic Methods of Organic Chemistry, V. 1—30, S_ Karger, Basel, 1946—1976.
S. R. Sandler, IF, Karo Organic Functional Group Preparations, V. I—III, Academic Press, New York, NY, 1968—1972
C.A. Buehler, D. E. Pearson, Survey of Organic Syntheses, Wiley—Interscience, New York, NY, 1970.
/. К Harrison, S. Harrison, Compendium of Organic Synthetic Methods, V. 1, 2, Wiley New York, NY, 1971, 1974.
R. B. Wagner, H. D. Zook, Synthetic Organic Chemistry, John Wiley 'and Sons, New York, NY, 1953.
J, ApSimon, The Total Synthesis of Natural Products, V. J, 2, Wiley — Interscience, New York, NY, 1973.
f. Fleming, Selected Organic Syntheses, Wiley, New York, NY, 1973.
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
1 IF. Е Parham, Е. L. Anderson, J. Am. Chern. Soc. 70, 4187 (1948),
A. F. Kluge, K. G. Untch, J. H. Fried, J. Am. Chem. Soc. 94, 7827 (1972).
AL Smith, D, H. Rammler, I. H. Goldberg, H. G. Khorana, J, Am. Chem. Soc. 84, 430 (1962).
IF. H. Hartung, R. Simonoff, Org. React. 7, 263 (1953).
E. J, Reist, V. /. Bartuska, L. Goodman, J. Org. Chem. 29, 3725 (1964),
R, Gigg, C. D. Warren, J Chem. Soc. C, 1903 (1968).
/, F. Rtebe, in: Advances in Organic Chemistry, Methods and Results, V. 8, E. C. Taylor (ed.), Wiley — Interscicnce, New York, NY, 1972) pp. 97—178; A. E. Pierce, Si-: iylation of Organic Compounds, Pierce Chemical Co, Rockford, III, 1968.
E. A Corey, А/ репкакзвейгк, J. Km. Chern. Soc. 94, 6190 (1972).
M. Tanabe, B. Bigley, J. Am, Chem. Soc. 83, 756 (1961).
H. A. Staab, Angew. Chem. 74, 407 (1962),
F. A. Carey, К О- Hodgson, Carbohydr. Res. 12, 463 (1970).
J2. R. C. Parish, L. AL Stock, J. Org. Chem. 30, 927 (1965); J. AI. Tedder, Chem, Rev.
787 (1955). "
12a. H. B. Henbest, E. R. H. Jones, I AI. S. Walls, J. Chem. Soc., 3646 (1950).
AL A. Abdel-Rahman, H. W. Elliott, R. Binks, IF. Kung, H. Rapoport J. Med. Chem. 9, 1 (1965).
A. AI. Michelson, A. Todd, J. Chem. Soc., 3459 (1956).
12c. L. Knof, Justus Liebigs Ann. Chem., 656, 183 (1962).
12d S. D. Sabnis, H. H. Mathur, S. C. Bhattacharyya, J. Chem. Soc., 2477 (1963).
AI. S. Gibson, R. W. Bradshaw, Angew. Chem. [nt. Ed. EngL 7, 919 (1968).
O. Mikmwiiu, M. Wada, T. Sano, J. Am. Chem. Soc. 94, 679 (1972).
F. Weygarid, E. Frauendorfer, Chem. Ber. 103, 2437 (1970).
J. Gutzwille,, AL Uskokovic, J Am. Chem. Soc. 92, 204 (1970).
A.. Tuareg, S. Abraham, I. L. ChaikoH, J. Am, Chem. Soc. 75, 3473 (1953)1
С. A. MacKenzie, J. H. Stocker, J. Org. Chem. 20, 1695 (1955).
E. J, Corey, R. ,4. Roden, J.,Org Chem. 38, 834 (1973).
20 J, L. Isidor, R M. Carlson, J. Org. Chem. 38, 554 (1973V.
G. E. Wilson, Jr., M. G. Huang. IF. IF. Scholman. Jr., J. Org. Chem. 33, 2133 (1968).
C Djerassi, Al Gorman, J. Am, Chem. Soc. 75, 3704 (1953).
C Djerassi E. Batres, I. Romo, G. Rosenbraz, J. Am. Chem. Soc. 74, 3634 (1952).
D IF Emerson, H. Wynberg, Tetrahedron Lett., 3445 (1971).
E. J. Corey, J. E. Rickman, J. Am. Chem. Soc 92, 5276 (1970).
A. 1 Meyers, D L. Temple, Jr.. J. Am; Chem Soc. 92, 6644 (1970); D. Haiduke- wych, A_ ? Ahlers, Tetrahedron Lett., 3031 (1972). 1
R. B. Wood sard. R. Heusler, J. Gosteli. P. Naegeli, IF. Oppolzer, R. Ramage, S. Ran- ganathan, H. Vdrbriiggen, J. Am. Chem. Soc. 88, 852 (1966).
A. A AbodeHn, G, R. Deipierre, J. S. Fruton, J. Am. Chem. Soc. 87, 5469 (1965).
G. Stork, L. Maldonado, J. Am. Chem Soc. 93, 5286 (1971); 96, 5272 (1974).
D. Seebach, Synthesis, 17 (1969); D. Seebach, E. J, Corey, J. Org. Chem., 40, 231 (1975).
J. E. Baldwin, G A. Hoile, O. W. Lever, Jr., J. Am. Chem Soc. 96, 7125‘ (19741 3? G E Nizaik, IF. H Morrsfm. III. H M. Walhorsktg J Org. Chem 39 600 (1974). 32c. G, Stork, L MahtomMo, J Am Chem. Soc. 93, 5286 (1971)’; 96; 5272 (1974).
Д. Seebacft, Synthesis, 17 (1969).
Л E. Richman,J. L. Herrmann, R.H.Schlessinger, TetrahedronLett, 3267 (1973);
J. L. Herrmann, I. E. Richman, R.H.Schlessinger, TetrahedronLett, 3271 (1973).
32г. Л E. BaldwinG. A, Hoile, 0. №.Lever, Jr., J. Am. Chem. Soc.96, 7125 (1974).
K, Oshima, R.Shimoji, H. Takahashi,H. Yamamoto, H. Nozaki.J, Am. Chem. Soc.
2694 (1973).'..
E. J. Corey, N. Al, Weinshenker, T. R. Schaaf, №. Huber, J. Am. Ghem. Soc. 91, 5675 (1969).
S.-G. Levine, J. Am. Chem. Soc. 80, 6150 (1958); G. Wittig, №. Boll, R.-H. Kriick, Chem. Ber. 95, 2514 (1962).
C. A. Henrich, F. Schaub, J. B. Siddall, J. Am. Chem. Soc. 94, 5374 (1972).
36? D. Seebach, D. Enders, Angew. Chem. [nt Ed. Engl. 14, 15 (1975).
36a. G. Stork, Al. E- Jung, J. Am. Chem. Soc. 96, 3682 (1974).
A. I. Meyers, N. Ndzarenko, J. Org. Chem. 38, 175 (1973).
36e.E.;7. Corey, B. №. Erickson, R. Noyori, J. Am. Chem. Soc. 93, 1724 (1971).
36г. D. A. Evans, G. C. Andrews, B. Backwalter, J. Am. Chejn. Soc. 96, 5560 (1974); W. C. Still, T. L. Macdonald, J. Am. Chem. Soc. 96, 5561 (1974).
L. S. Hegedus, R. K. Stiver son, J. Am. Chem. Soc. 96, 3250 (1974).
36e. S. Shatzmiiier, P. Gygax, b. Hall, A. Eschenmoser, Helv. Chim.. Acta, 56, 2961 ■ (1973).
36ж. Л L. Stotter, R. Ё. Hornish, J. Am. Chem. Soc. 95, 4444 (1973),
J. D. Morrison, H. S. Mosher, Asymmetric Organic Reactions, Prentee-Hali, Englewood Cliffs, NJ, 1971.
№. E. Doering, R, №. Young, J. Am. Chem. Soc. 72, 631 (1950).
D. J. Cram, F. A. Abd Elhafez, J. Am. Chem. Soc. 74, 5828 (1952).-
D. J. Cram, R.R. Kopecky, J. Am. Chem. Soc. 81, 2748 (1959).!
G. Zelfel, H. C. Brown, J. Am. Chem. Sot. 86, 393 (1964).
H. C. Brown, N. R. Ayyangar, G- Zweifel, J. Am. Chem. Soc. 86, 397 (1964).
42a. H. C. Brown, N. R, Ayyangar, G Zweifel, J. Am. Chem, Soc. 86, 1071 (1964); G. Zweifel, N. R; Ayyangar, T. Munekata, Hi C. Brown, J. Am. Chem. Soc. 86, 1076 (1964).
K. R. Varma, E. Caspi, Tetrahedron 24, 6365 (1968); A. Streitwieser, Jr., L, Verbit, R. Bittman, J. Org. Chem. 32, 1530 (1967); D. R. Brown, S. F. A. Kettle, J. McKenna, J. M. McKenna, Chem. Commtm., ,667 (1967); D. J. Sandman, K. Mistow, №. p. Giddings, J, Dirlam, G. C. Hanson, J. Am. Chem. Soc. 90, 4877 (1968).
43s. J. Sauer, J. Kredel, Tetrahedron Lett, 6359 (1966).
A. 1. Meyers, G. Knaus, J. Am. Chem. Soc. 96, 6508 (1974).
E, J. Corey, S. Al. Aibonito, U. Koelliker, T. R. Schaaf, R. R. Varma, J. Am. Chem. Soc. 93, 1491 (1971).
45a. R. Mori, M. Matsui, Tetrahedron 24, 3127 (1968).
456; R. S. А у у ar, G. S. R. Rad, Can. j. Chem. 40, 1467 (1968).
45a. B. A. Pawson, H.-C. Cheung, S. Gurbaxani, G, Saucy, J. Am. Chem. Soc. 92, 336 .(1970).
45г. A. J. Birch, P. L. Macdonald, К H. Powell, J. Chem. Soc. C, 1469 (1970);
AaTA. A. Drabkina, F. S. Tstoin, J. Gen. Chem. USSR (Engi, translation) 43, 422, 691 (1973).J
45e. R. J. Crawford, US Patent 3676506; Chem. Abstr-77, 113889e (1972).
45 ж. Л Ficlnl, J. D'Angelo, J. NoiM J. Am. Chem. Soc. 96, 1213 (1974),
E. J. Corey, В. B. Snider J. Am; Chem Soc. 94, 2549 (1972)
E. J. Corey, R. B. Mitra, H. Uda. J. Am. Chem. Soc. 86, 485 (1964).~
P. A. Grieco, J. Am. Chem. Soc. 91, 5660 (1969).
48a- J. S. В Indra, A. Grodski, T. R. Schaaf, E. J. Corey, J. Am. Ghem. Soc. 95, 7622 (1973).
E\ J. Corey, S. M. Aibonito, U. Koelliker, T. R. Schaaf, R. R, Varma J. Am. Chem. Soc. 93. 1491 (1971).
48a. R. B, Woodward, J. Gosteli, I. Ernest, R. J Friary, G. Nestier, H. Raman, R, Sitrin, C. Suier, J. R. Whitesell, J. Am. Chem. Soc. 95, 6853- (1973).
R. B. Woodward, Peter. A. Leermakers Symposium, Wesleyan University, Middletown, CN 1972.
E.J.Corey,Q. Rev. Chem. Soc.25, 455. (1971).
5tE.J.Corey,R.D. Cramer, III. W. J. Howe, J. Am.Chem, Soc. 94,440(1972);
E.J,Carey.№.L Howe, D. A.Pensah, J. Am.Chem.Soc.98, 7724 (1974).
52E.J.Corey,W.T. Wipke, R. D.Cramer, III, W.J. Howe, J.Am. Chem.Soc. 94,421,
431 (1972).
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена на с. 441)
— 10.1. В каждом из приведенных ниже синтетических превращений указаны соответствующие реатеппл. Но реакции в том виде, как они наиисйнь!, практически м выполнимы. Какие изменении необходимы, чтобы можно было провести каждое превращение по указанному пути?
fa)fa)№№COOCI№hCOOCI№h
fa)
fa)
№
№
COOCI№h
COOCI№h
— 10.2. Предложите методы для проведения следующих синтетических превращений;
Ш ;
—10.3. Покажите, как, используя синтетические эквиваленты, такие как в схеме 10.2 и табл. 10.1, и другие нужные реагенты, провести каждое из следующих превращений. (Возможно, что необходимо больше одной стадии.)
(5)(5)
(5)
(5)
— 10.4. Ниже приведены схемы синтезов некоторых природных соединений На каждой стадии, обозначенной буквой, укажите реагенты или ряд реакций, с помощью которых можно провести желаемое превращение.
HO" iX(CH2)4CH(CH3)sHO" iX(CH2)4CH(CH3)s
HO" iX(CH2)4CH(CH3)s
HO" iX(CH2)4CH(CH3)s
^ (CH2)9CH3
^(СН2)4СН(СН3)г
диспалур
аромандренаромандрен
аромандрен
аромандрен
H3C COOCgHi"
О
-A ,в H2C CH3J
(f) J—^(ch3)2ch(ch2)2cch3—>H-
■ nch-chch(ch3)22 ^CHC=CCOOC2H5
(CH3)2CH H ,
^соос2н5^ji<:OOC2H5(ch3)-:hc h^соос2н5^ji<:OOC2H5(ch3)-:hc h
^соос2н5
^ji<:OOC2H5
(ch3)-:hc h
^соос2н5
^ji<:OOC2H5
(ch3)-:hc h
ос-бурбонен
10.5, Предложен новый удобный метод синтеза ацетиленовых кетонов, основанный на том, что фрагментация систем типа (13) проходит в мягких условиях:
ОЛО
RC—(ОНг^pc(gh2)^c=gh + N, + X",
НС — C~^~=N—X
X 13
Предложите практический метод получения нужного интермедиата (13) из а,р-цсна- сыщенного кетона с использованием легко доступных реагентов.
10.6. Предложите методы синтеза полициклических соединений, приведенных ниже;
— 10.7. Укажите реагент или короткую последовательность реакций .для проведения следующих превращений:
(5), СН3ССН2ОН —► СН3ССН2СН»СН—С=СНе ИII I I
СНгСН1 ОН СН3
10,8. Укажите доступные оптически активные исходные вещества, которые можно , было бы использовать для синтеза каждого из следующих соединений;
(а)(а)ННсоонсоонНОНОлюцифериногневкилюцифериногневкист-цнпер онст-цнпер онJ.J.НО ОННО ОНстрептозастрептозагельминтоспораль— 1G.9. Предложите методы синтеза оптически активных форм приведенных ниже соединений из данных реагентов и любых из следующих доступных оптически чистых веществ:гельминтоспораль— 1G.9. Предложите методы синтеза оптически активных форм приведенных ниже соединений из данных реагентов и любых из следующих доступных оптически чистых веществ:пролин лпролин лPhCHgOPCHaCOOCgHs1PhCHgOPCHaCOOCgHs1из 2"Метилциклопентандцона-1,3, и. метйлвииилкетонаОСГ3—С—С—Оиз 2"Метилциклопентандцона-1,3, и. метйлвииилкетонаОСГ3—С—С—О(рацемический^(рацемический^
(а)
(а)
Н
Н
соон
соон
НО
НО
люцифериногневки
люцифериногневки
ст-цнпер он
ст-цнпер он
J.
J.
НО ОН
НО ОН
стрептоза
стрептоза
гельминтоспораль
— 1G.9. Предложите методы синтеза оптически активных форм приведенных ниже соединений из данных реагентов и любых из следующих доступных оптически чистых веществ:
гельминтоспораль
— 1G.9. Предложите методы синтеза оптически активных форм приведенных ниже соединений из данных реагентов и любых из следующих доступных оптически чистых веществ:
пролин л
пролин л
Ph
CHgOPCHaCOOCgHs1
Ph
CHgOPCHaCOOCgHs1
из 2"Метилциклопентандцона-1,3, и. метйлвииилкетона
О
СГ3—С—С—О
из 2"Метилциклопентандцона-1,3, и. метйлвииилкетона
О
СГ3—С—С—О
(рацемический^
(рацемический^
— LCJ0. Укажите, какие функциональные группы надо защитить, чтобы провести'следующие синтетические превращения. Предложите возможные защитны; группы и подходящие синтетические схемы для проведения каждого превращения.
(б) носн,снсн=о —► НОСН2СНСН=ОС1он(б) носн,снсн=о —► НОСН2СНСН=ОС1оноосн=осн=о
(б) носн,снсн=о —► НОСН2СНСН=О
С1он
(б) носн,снсн=о —► НОСН2СНСН=О
С1он
о
о
сн=о
сн=о
Н3Сн3сН3Сн3с+ RCHO+ RCHOI 1MgXI 1MgX—10.11, Соединение (14) изучено в качестве потенциального формилирующего агента для металл органических соединений в соответствий с уравнением:
Н3С
н3с
Н3С
н3с
+ RCHO
+ RCHO
I 1
MgX
I 1
MgX
\< ^—Н + RMgX —>
/ \7•
N
Было найдено, что присоединение металлорганического соединения к (14) неэффективно. Как облегчить проведение этой реакции, так чтобы стадия присоединения была более благоприятной?
— 16.12. Проведите ретроспективный анализ схемы синтеза каждого аз следующих природных веществ. Предложите по крайней мере три схемы. Обсудите относительные преимущества этих схем и опишите тщательно продуманный план синтеза, основанный на наиболее удачном подходе.
—10.13. Предложите методы, с помощью которых можно было бы осуществить асимметрические синтезы следующих соединений;
СООНДсн(=н,):СООНСООНДсн(=н,):СООН/-^СНаОН^^'"СНоОН/-^СНаОН^^'"СНоОН(в) СН3ССИгСООН(в) СН3ССИгСООН
СООН
Дсн(=н,):
СООН
СООН
Дсн(=н,):
СООН
/-^СНаОН
^^'"СНоОН
/-^СНаОН
^^'"СНоОН
(в) СН3ССИгСООН
(в) СН3ССИгСООН
сн3
-СН(СН2)3 с =С(СН2)2 с~сн2н сн^
ГЛАВА 11
АААААААААААА
СИНТЕЗЫ МАКРОМОЛЕКУЛ
Начиная с 1930 г., значительные усилия химиков-органиков, : особенно в промышленных исследовательских лабораториях, были направлены на синтез полимерных материалдв. В этой главе представлены некоторые из реакций, которые использовались для создания нужных полимеров. Показано, что основные механизмы реакций полимеризации аналогичны тем, которые уже встречались в реакциях малых органических молекул.'Вместе с тем определенные особенности реакций полимеризации связаны с высокими молекулярными массами участвующих молекул.
Известно три основных типа процессов полимеризации.
Цепная полимеризация. Характерной чертой цепной полимеризаций является последовательное присоединение к растущей полимерной цепи индивидуальных мономерных единиц. При присоединении каждой последующей мономерной единицы регенерируется реакционноспособный центр, Мл, который, взаимодействуя с другим мономером, продолжает рост цепи:
м
R—Nin—NIq-р ?б --> R-—Nl/i^-i NIq hR—Nl^^a -Мд
Детальный механизм взаимодействия растущей полимерной цепи и мономерной молекулы может включать радикальный, катионный или ■анионный интермедиат; отдельные примеры каждого типа даны позднее.
Ступенчатая полимеризация. При ступенчатой полимеризации мономерные единицы не присоединяются последовательно. Удлинение цепи и рост молекулярной массы происходит за счет теломеров и небольших полимеров:s..
м—м + М—М—М—М —> м—м—М—М—М—N1
М—-м—М—М—-М—М + М —* М—М^М’
М—М5—М + М—ДАм—М —> М—MS7—мМ—М2?—М + М—М10—М —> М—М39—М '« т. д.
Во многих реакциях такого рода в качестве побочных продуктов образуются небольшие молекулы, например вода или спирт. По этой причине' данный класс реакций полимеризации иногда называют конденсационной полимеризацией. Однако образование побочного продукта не является обязательным и поэтому предпочтителен термин ступенчатая полимеризация *.
Координационная полимеризация. Координационная полимеризация представляет собой третий общий-тип полимеризации. Аналогично цепной полимеризации, присоединение мономерных единиц происходят последовательно. Координационная полимеризация — один из видов цепной полимеризации, но в отличие от нее в Присоединении мономера принимает участие помимо мономера и растущей полимерной цели третья молекулярная частица. При координационной полимеризации на ста-
дии присоединения осуществляется координация мономера и полимера с третьей чаСтицей, функция которой состоит в ускорении образования новой связи. Обычно такой частицей является металлический комплекс.
Ш. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
ЦЕПНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
Процессы, в которых реагирующим центром полимера является свободный радикал, относятся к наиболее важным в цепной полимеризации. Этот тип полимеризации обычно называют свободно-радикальной полимеризацией. Основная концепция механизма была представ- лена в гл. 12 кн. 1 при обсуждении химии свободных радикалов.
Обычно полимеризация требует присутствия инициатора, с помощью которого начинаются цепные реакции в полимеризующейся смеси. Типичными инициаторами являются молекулы, имеющие низкую термическую устойчивость и при разложении генерирующие радикалы. Другие системы инициаторов действуют при фотолитическом разложений или в результате окислительно-восстановительных реакций, генерирующих радикальные; интермедиаты. Константы, скоростей индивидуальных стадий развития цепи, следующих за инициированием, обычно очень велики, однако полимеризацию обычно проводят таким образом, чтобы концентрация реагирующих цепей была очень низкой (СЮ*8 М), В результате обитая скорость полимеризации оказывается умеренной.;
Инициирование: In > 21п •
Развитие цепи: 1п- + М —> In—М»
1П—М- + М ^ In—М—М.
Обрыв цепи: 21П"Мд—М • > Продукту
Можно провести кинетический анализ системы этого типа. Основные уравнения кинетики свободнорадикальной полимеризации выводятся при условии низкой концентрации стационарного состояния реагирующих радикалов. При таком условии скорость обрыва равна скорости инициирования:
afejin^s^^pn.M^.js
[InM^M •] = (fc^^'nin]1'2
Скорость полимеризации = k„ [InM^M •] [М] = kp [М] (kjk^ [lh]i/2 = £obs [Mj [In]1'2
В константу kt может входить несколько индивидуальных констант скоростей, соответствующих каждому из нескольких возможных процессов обрыва. Такое кинетическое уравнение вполне аналогично уравнениям кинетики свободнорадикальных реакций присоединения, приведенных в гл. 12 кн. L
Молекулярная масса полимера, полученного с помощью радикальной полимеризации, зависит от относительной скорости развития по сравнению со скоростями стадий, на которых рост полимерной цепи останавливается. Одним из процессов, останавливающих рост Цепи, является обрыв, который может происходить при соединении двух радикальных центров или путем диспропорционирования с образованием одного полимера с насыщенной и другого с винильной концевыми группами:
21пМд—СН3СНХ —► 1пМв— СН3СН2Х + 1пМл—CH=CHXj
Другим процессом, останавливающим рост цепи, является перенос цепи. Перенос цепи не уничтожает реакционный радикальный центр, а останавливает рост полимерной цепи и инициирует новый центр для роста цепи:
InMn—СН2СНХ + R—Н —► rnM„CHsCH2X + R.
Молекулярная масса полимера определяется относительной частотой переноса и обрыва цепи. Общим механизмом, по которому происходит перенос цепи, является отрыв атома водорода от другой молекулы, находящейся в растворе. Такой молекулой может быть растворитель или другие вещества." Введение в реакционную среду соединений, действующих как переносчики цепи, представляет собой метод регулирования конечного распределения молекулярной массы полимера. Наличие агента, способствующего переносу цепи, означает, что рост данной полимерной цепи будет остановлен, но без обрыва цели, который разрушил бы активный радикал. Чем выше концентрация .или реакционная способность вещества-переносчика цепи, тем чаще прерывается рост цепи, а это приведет к более низкой средней молекулярной массе полимера.
По радикально-цепному механизму способны полимеризоваться соединения, легко вступающие в реакции радикального присоединения. Наиболее активными при радикальной полимеризации являются алкены, содержащие арильную, сложноэфарную, нитри^ьную группу или галоген, стабилизующие промежуточно образующиеся радикалы. Обычно в радикальной полимеризации более реакционноспособны алкены с концевой двойной связью, чем более замещенные алкены. Основным способом присоединения при радикальной полимеризации является «голова к хвосту». Такая ориентация обеспечивает при каждом присоединении мономера образование наиболее устойчивого радикального интермедиата. Например, присоединение к стиролу происходит с образованием фёнилзамещенного радикала, к акрилонитрилу — с образованием цианзамещепного радикала:
f
Ph лгРЬч
СНЕСН J fiCH2CHPh + CH2=CHPh—>■ InL CH2CHJ„+1CHsCHPh
[
CN1ГCN4
I .I .
CH2CHJ„CH8CHCN + CHS=CHCN —> Ini CH8CHJ„+|CH2CHCN
* Вследствие этого замещающие группы предпочтительно располагаются вдоль цепи регулярно, а не произвольно.
Технология полимеризации подробно исследована, Существует несколько важных методов проведения полимеризации. В радикальную полимеризацию можно вводить только очень чистый мономер (с добавкой инициатора и агента, регулирующего перенос цепи). Этот процесс называется полимеризацией в блоке. Стирол и метилметакрилат являются примерами мономеров, которые с помощью таких процессов превращаются в полимеры. Другим методом является суспензионная, полимеризация, которая, как следует из названия, происходит в суспензии мономера. Винилхлорид и винилацетат — примеры мономеров, полимеризующихся этим способом. Полимеризация диенов в синтетические каучуки является примером эмульсионной полимеризации, значительно отличающейся от суспензионной. Инициатор эмульсионной полимеризации растворим в воде, однако мономер находится частично в мицеллах, образующихся в присутствии мыл или аналогичных поверхностно-активных веществ. Характерная особенность эмульсионной полимеризации состоит в том, что развитие цепи происходит внутри мицеллы, вблизи ее поверхности. Из-за очень большого числа и малого размера мицеллы редко подвергаются атаке инициирующим радикалом й поэтому маловероятен
обрый, происходящий при столкновении двух радикалов. По мере протекания полимеризации в мицелле растворяется все большее количество мономерных молекул. В результате образуется полимер, содержащий очень длинную цепь. Полимеризацию можно также проводить в таких условиях, когда мономер вначале находится в растворе. Если полимер растворим в растворителе, его выделяют при упаривании растворителя, если не растворим — осаждением из раствора.
Многие практически важные полимеры являются сополимерами, образующимися при сополимеризации, двух (или более) мономеров. Сополимеризация обсуждена несколько позже, после рассмотрения других важных механизмов цепной полимеризации.
Полимеризация алкенов может инициироваться различными протонными кислотами или «кислотами Льюиса. Реакционным центром растущем полимерной цепи является карбениевый ион:
A++CHS=CHR —* АСН2—CHR
ACH2—CHR+ CH2=CHR —*
RR Г R 1
—> ACH2CH—CH2—CHR —> —> ACH2CHL CH2CHjnCH2CHR
Обрыв цепи происходит в результате потери протона, отрыва гидрид- иона от растворителя (SH) или от другой присутствующей в растворе молекулы, или в результате соединения с анионом:
RRAlCH2CH JrCH2CHR —► АAlCH2CH JrCH2CHR —► АГ R 1chsChLgh^chr 4- н+Г R 1chsChLgh^chr 4- н+
R
R
AlCH2CH JrCH2CHR —► А
AlCH2CH JrCH2CHR —► А
Г R 1
chsChLgh^chr 4- н+
Г R 1
chsChLgh^chr 4- н+
Г R 1
nCH2CH2R 4- s*nCH2CH2R 4- s*AL СН3СЧ J„CH2CHR-J-HS —*
nCH2CH2R 4- s*
nCH2CH2R 4- s*
R1Г R 1 R
а[сн2(!:н]ясн2снр4-¥" —> aLch2^hJ„ch2chy
Кинетическое уравнение катионной полимеризации выводится из условия низкой концентрации стационарного состояния активно растущих цепей и равенства скоростей стадий инициирования и обрыва цепей:
£ДаЧ!М] = йДам1 •
^А) ^ Iм! = [дм+3
• Скорость развития = Ар [АМ+] (М] = (fc1.yA() [A+]: [М]2
где [A+j — концентрация каталитически активной кислоты.
Очень легко полимеризуются по катионному механизму такие алкены, из которых образуются относительно устойчивые промежуточные карбениевые ионы. К мономерам, из которых с помощью катионной полимеризации образуются важные в промышленном отношении полимеры, относятся изобутилен, виниловые эфиры и алкены с ароматическими заместителями:
а* +
СНг=--С(СН3)2 > ACH$C(CHS)S - > А[СН2С(СН3)2]г1СН3СН(СН3)2
СП2—CHGRСП2—CHGRACHsCHOR —> Al CH2CH JreCH2CH2ORACHsCHOR —> Al CH2CH JreCH2CH2OR
СП2—CHGR
СП2—CHGR
ACHsCHOR —> Al CH2CH JreCH2CH2OR
ACHsCHOR —> Al CH2CH JreCH2CH2OR
Поскольку при взаимодействии растущей полимерной цепи и мономера образуется наиболее устойчивый из двух возможных карбениевых ионов, катионная полимеризация, аналогично радикально-цепной полимеризации, приводит к регулярному «голова к хвосту» соединению мономерных единиц.
На практике основной механизм катионной полимеризации, конечно, бсложняётся многими факторами. Многие из каталитических систем состоят из двух компонентов. Например, ВР3 часто является эффективным катализатором только в присутствии небольшого количества воды. Активный катализатор может представлять собой аддукт, который действует как донор протонов: ,
ВРз + НгО ^ Е3В—ОН3 ^ ^ВОН+Н*
В качестве инициирующих катализаторов можно использовать комбинацию адкилгалогенидов и кислот Льюиса. В такой системе из ал- килгалогенидов, вероятно, генерируется карбениевый ион. Этот способ генерирования карбениевых ионов был рассмотрен в гл. 5 кп. 1.
- Х +МХ„ —* R++ (MXre+l)"
Так как в катионной полимеризации принимают участие промежуточно образующиеся карбениевые ионы, то существует несколько возможных путей, приводящих к изменению строения полимера. За счет отрыва гидрид-иона из внутреннего положения цепи может происходить разветвление цепи:
aLch2ghaLch2ghCH^GHJ^HCH^GHJ^H" R I R Г R Я .снгсн1псн1сн1сн8сн]„н+ (R')*
aLch2gh
aLch2gh
CH^GHJ^H
CH^GHJ^H
[
RIR г в 1
II I
CH2CHj„CH2—C—LCH2CHjnH+ch8=chr —>-
г f 1 r Г R 1
—> А1сн8сн]пснг—^^chAiJoH
, ch2chr
Для некоторых мономеров перегруппировка и развитие цепи являются конкурирующими процессами. В этих случаях остов полимера состоит из перегруппированных и неперегруппированпых мономерных единиц. Характерным примером является полимеризация грет-бутилэтилена:
СНзСНзСН3 гСН3 г|-130 °C|А1С!3 + СН2=СНС—СНз —"* СН3СН—С—|-130 °C|А1С!3 + СН2=СНС—СНз —"* СН3СН—С—СН3-|СНз— СН— ССН3-|СНз— СН— ССНз „—СНз—сн—с+СНз „—СНз—сн—с+Г3 СН3 ЬГ3 СН3 ЬСНз СНз-1СНз СНз-1СНЭ СНзСНЭ СНз
СНз
СНз
СН3 г
СН3 г
|-130 °C|
А1С!3 + СН2=СНС—СНз —"* СН3СН—С—
|-130 °C|
А1С!3 + СН2=СНС—СНз —"* СН3СН—С—
СН3-|
СНз— СН— С
СН3-|
СНз— СН— С
СНз „
—СНз—сн—с+
СНз „
—СНз—сн—с+
Г3 СН3 Ь
Г3 СН3 Ь
СНз СНз-1
СНз СНз-1
СНЭ СНз
СНЭ СНз
Большая часть повторяющихся звеньев в полимере имеет строение —СНг—СН—С(СН3)2—, La не — СН»— СН— [I].
II
СНзС(СН3)3
1 Возможность осуществления катионной полимеризации и ее скорость оказываются более, чувствительными к природе инициатора, чём в радикальных процессах, так как активные катионные центры взаимодействуют с противоионамй и с растворителем. В зависимости от растворителя и природы противоиона может .в значительной степени изменяться сила связи карбкатиона с противоионом [2]. Эти факторы су- щественнЬ влияют на процессы сополимеризации. В условиях, когда катионный центр является свободным и высоко реакционноспособным,
не должно наблюдаться значительного различия между двумя имеющимися мономерами. Однако, когда. реакционная способность уменьшается вследствие сильного ионного связывания, селективность может возрасти [3]. Например, при сополимеризации изобутилена и. п-хлор- стирола, катализуемой А1Вгэ, селективность,, возрастает с увеличением полярности растворителя. Увеличение селективности связано с более эффективной сольватацией и пониженной реакционной способностью в более полярном растворителе.
Цепная полимеризация алкенов может также каталнзрваться анионными реагентами:
СНа=СНТI
А* + CH2=CHY —> ACHaCHY :*- ACH2CHCH2CHY
Легче всего анионная полимеризация происходит в том случае, когда в алкецах имеются заместители, стабилизующие карбаннрн.: Однако .даже этилен может полимеризоваться по анионному типу, если используют достаточно сильное основание, например алкиллитий. Как и при катионной полимеризации, реакционная способность образующихся полимерных анионов зависит от природы растворителя и противоиона.
Важным классом инициаторов анионной полимеризации являются металлорганические соединения, особенно соединения лития и натрия (см. обзор общих свойств алкнлметаллов в гл. 5). Реагенты Гриньяра можно применять при полимеризации акрилонитрила или акриловых эфиров, но не углеводородов. При инициировании натрнйорганическкмн соединениями образование активных частиц часто происходит in situ из металлического натрия. Металлический натрий каталнзует полимеризацию диенов; в представленном ниже механизме принимает участие дианион, образующийся при димеризации анион-радикала диена;
, Na+CHa=CHCH=CHa —> [СНе=СНСН=СН,Г + Ni*
2Ыа* + 2[СНг=СНСН=С№]* —> Na* CH2CH=CHCH2CH2CH=CHCHS Na*
[СН2=СНСН=СН2Г + Na. —> Na* СН2СН™СНСН2 Na*
В другой системе, инициирующей анионную полимеризацию, происходит предварительное образование анион-радикала, например (см. разд. 12.1.7 кн. 1);
Na*Na*
Na*
Na*
Анион-радикал реагирует далее с мономером с образованием анион- радикала мономера, который затем димеризуется:
Na*:
+ 2P!iCH=CHj —2[PhCH=CHsr —> i?hCHCH2CH2CHPli
С образования этого дианиона начинается развитие цепи полймера. При использовании хорошо очищенного мономера уменьшается вероятность реакций обрыва цепи, так как отсутствует тенденция 'к димеризации или диспропорционированию карбанионных реакционных центров, а про- I тонный обмен регенерирует карбанионный центр [4]. Отсюда вытекают следующие положения.
Все стадии инициирования происходят очень быстро из-за высокой скорости переноса электрона, Затем цепи растут с постоянной скоростью до тех пор, пока не израсходуется весь мономер. Поэтому, все
образующиеся при анионной полимеризации цепи имеют одинаковые молекулярные массы, т. е. полимер характеризуется очень близким распределением молекулярных масс.
Реакционноспособные концы цепей являются долгоживущими. После того как израсходовался мономер, полимеризация начинается снова при добавлении, мономера, поскольку все еще присутствуют активные карбанионные центры. Термин «живущий полимер» используется для передачи этого характерного аспекта анионной полимеризации [5]. Однако активные центры исчезают при добавлении воды, спиртов или любых других доноров протона, оказывающихся достаточно кислыми для нейтрализации карбанионных положений.
Важным классом мономеров, способных полимеризоваться по анионно-цепному механизму являются эпоксиды. Полимеризация ката- лизуется сильными основаниями, например алкоксид-ионами, и приводит к полиэфирам. На каждой стадии присоединения генерируется новый алкоксидный центр, который может реагировать с другой мономерной молекулой за счет нуклеофильного раскрытия цикла:
/ XлНзССН2
RO' + НгС—СН2 —ROCH2CH2O" ^ RO(CH2CH2O)„CH2CH2OH
Особым типом полимеризации является координационная полимеризация. Она представляет собой реакцию между мономером и полимером, которые координированы с каталитическим центром определенного типа. Обычно применяют гетерогенные катализаторы; наиболее известным из них является катализатор Циглера — Натта, который получают взаимодействием триалкилалюминия с четыреххлористым титаном в инертном углеводородном растворителе. Существует множество аналогичных систем. Полагают, что инициирующая группа и, следовательно, растущая полимерная цепь координируются с центрами титана на поверхности катализатора. Титан может также принимать мономер в свою координационную сферу в качестве л-связанного лиганда. Затем две координационно связанные частицы реагируют с образованием удлиненной алкильной цепи и освобождают место, доступное для л-кр- ординации другой мономерной молекулы. Истинная структура активного центра и вопрос, насколько тесно связан с происходящим процессом другой присутствующий металл (алюминий), не установлены.
R'R'
|| Сн2ch2=chr
Ti + CH2=CHR —> Ti—fl—> R'CH2CHR
CHR[
R
’ —> R'CH2CHR—► R'CH2CHCHiCHR и т. д.
I CH21
Ti—IITi
CHR
Одной из характерных особенностей катализатора Циглера — Натта является стереохимия полимеризации. Радикальная и катионная полимеризация моиозамещенных олефинов приводят к продукту с произвольной стереохимической конфигурацией. Такой продукт называется атактическим полимером:
R R Н R Н Н
CH2=CHR —> —СН2—С—СН5—С—СН,—С—СН,—С—СН3—С—СН2---С— I II I
Н Н R Н R R
408
i
ТАБЛИЦА ИЛ. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Полимеры
Мономеры
Основной метод получения
Полиэтилен (высокой плотности)
Полиэтилен (низкой плотности)
Цепная полимеризация
СН2=СН2
СН,=СН2
Координационная полимеризация
Радикально-цепная полимеризация
Полипропилен (изотактический)
Полистирол
Пелиизопрен (цис)
Полиизобутилен
По ливии илыорид
Полихлоропрен
Политетрафторэтилен (тефлон)
Поля(метилмет- акрилат)
CH2=CHCHS
CH2=CHPh
СН,=СН— С=СН2
СНЭ
СН2=С(СНз)2
СН2=СНС1
СН2=СН—С=СН2 Cl
CF2=CF2
CH2=CCOOCH3
Координационная полимеризация
Катализируемая пероксидамирадикально-
цепная полимеризация
Координационная или катализируемая бутил- литием анионная полимеризация
Низкотемпературная катионная полимеризация, катализ р помощью ВР3 или AiCj3
Окислительно-восстановительныйкатализ,
суспензионная полимеризация
Радикально-цепная
Эмульсионная полимеризация, окислительно- восстановительный катализ
Р а дикально - цеиная по ли- меризация в водной суспензии
Радикально-цепная полимеризация
Полиакрилонитрил
По ли (внни л ацет ат)
CHg=CHCN
СНг=СНОССН3
О
Радикально-цепная полимеризация в водной суспензии
Радикально-цепная полимеризация
Поли(этиленокснд)
Полиэфиры
Н2ССН2
V
Поликонденсация
СНзООС—^^СООСНз 4-
НОСН2СН8ОН
(PhO)2C=O +
_ СПз
Катализируемая основанием анионная полимеризация
Поликонденсация аа счет переэтерификации
То же
но—/с—/ V
\/1\/
-он
Найлон 66
Найлон 6 (капрон)
XV1\==/
сн3
"ООС(СН2)4СОО" 4-
H»N(CH2)6NH3
МН ■
Г i /=°
Поликонденсация за счет термического амидирования
Поликонденсация за счет раскрытия цикла
Продолжение табл. 11Д
ПолимерыПолимерыМономерыМономерыОсновной методполученияОсновной методполучения
Полимеры
Полимеры
Мономеры
Мономеры
Основной методполучения
Основной методполучения
№С=О +№С=О +НОСН2СН2ОННОСН2СН2ОНПолиуретаныПолиуретаныПоликонденсация за счет нуклеофильного замещенияПоликонденсация за счет нуклеофильного замещенияПоликонденсация за счет нуклеофильного присоединения
№С=О +
№С=О +
НОСН2СН2ОН
НОСН2СН2ОН
Полиуретаны
Полиуретаны
Поликонденсация за счет нуклеофильного замещения
Поликонденсация за счет нуклеофильного замещения
Возможно существование регулярных стереоизомеров, и катализаторы Циглера — Натта способствуют их образованию. Ниже показано два типа стереорегулярных полимеров. Изотактические полимеры имеют одинаковую конфигурацию всех асимметрических углеродных атомов, тогда как в синдиотактических полимерах конфигурация изменяется регулярно вдоль цепи;
Н н И И И Я
—СН2—С—СН2—С—СН2—L СН2— С—СН2— L СН2—i—
R R RR
изотактический поля мер
R , И R ' 11 R Н R
—сн2—с—сн8—(!:—снг— с—сна— с—сн2—(!:—сн2—L сн8— с— 11 I I I I I Н R И R Н R Н
синдиотактический полимер
Обычно при использовании катализаторов Циглера — Натта образуются изотактические полймеры, однако пропилеи, например, может полимеризоваться с образование^ синдиотактической формы [6]. Кроме того, полимеры, полученные с использованием катализаторов координации, характеризуются минимальным количеством разветвлений. В результате такие полимеры обладают повышенной кристалличностью и плотностью по сравнению с полимерами того же состава, полученными с по^ Мощью радикальной или катионной полимеризации. Высокая степень стереорегул яркости при координационной полимеризации, связана, вероятно, со стерическими взаимодействиями в реакционном центре. Упорядоченная стереохимия связывания и последующей реакции мономер-: ных единиц может привести к изотактическому полимеру.
На схеме 11.1 представлены важнейшие полимеры, в том числе некоторые полимеры, полученные методами цепной (присоединительной) полимеризации.
11.1.2. ПОЛИКОНДЕНСАЦИЯ
Вторым общим типом полимеризации является «ступенчатая», или конденсационная, полимеризация — поликонденсация. В то в^емя как для цепной полимеризации наиболее обычными мономерами являются терминальные алкены, для поликонденсации характерно применение бифункциональных молекул. В качестве примеров поликонденсации при-
ведены реакции, приводящие к полиэфирам, полиамидам и полиуретанам:
НОСНгСНгОН + НООС —СООН —>НОСНгСНгОН + НООС —СООН —>
НОСНгСНгОН + НООС —СООН —>
НОСНгСНгОН + НООС —СООН —>
[
ОО1
—C(CH2)4G№(CH2)cNH—Jn + H2O
НО(СН2)„ОН ч- О—C=N-
оо—O(CHi)„OCNH—O(CHi)„OCNH
о
о
—O(CHi)„OCNH
—O(CHi)„OCNH
Реакции, происходящие при этих тинах полимеризации, качественно не отличаются От реакций соответствующих функциональных групп, ранее рассматривавшихся в этой книге. Особенно часто используются реакции конденсации по карбонильным группам, однако третий из приведенных выше примеров представляет собой нуклеофильное присоединение к электронодефицитной кумуленовой системе.
Поликонденсация отличается от цепной полимеризации характером изменения молекулярной массы полимера от времени. При ценной полимеризации в определенный момент времени растущими являются Лишь немногие цепи, В любой момент времени реакционная смесь содержит в основном полимер, мономер и лить несколько цепей промежуточной длины, находящихся в состоянии роста. Количество полимера^ увеличивается, а количество мономера уменьшается во времени, однако длина цепи полимера остается относительно постоянной, В процессе поликонденсации мономер очень быстро исчезает, превращаясь в димер, тример, тетрамер и т. д., и по мере протекания реакции средняя молекулярная масса постоянно увеличивается за счет соединения первоначально образовавшихся единиц. Ступенчатая полимеризация характеризуется присоединением к полимеру скорее теломеров или олигомеров, чем мономерных единиц.
Реакции, применяемые при поликонденсации, для достижения приемлемых молекулярных масс .должны протекать с высокой степенью превращения без побочных реакций. Если один из бифункциональных реагентов израсходовался раньте времени, в этот момент рост полимерной цепи обрывается из-за отсутствия реакционно-способных функциональных групп. Например, если мономеры А и В присутствуют в экви- мольном количестве и В превращается на 98% в полимер и на ”2%— в нереакционноспособный побочный продукт, полимер будет иметь состав (А)5о(В)49. Необходимая молекулярная масса обычно гораздо выше. Таким образом, для поликонденсации пригодны только очень эффективные реакции,
С помощью ступенчатого процесса поликонденсации в полимеры превращено множество бифункциональных молекул. Полимеры также можно получить из одной бифункциональной молекулы, в которой функциональные группы могут реагировать друг с другом. Превосходным примером такого случая является образование найлона 6 при раскрытии цикла капролактама и последующей линейной полимеризации образующейся аминокислоты:
Г 0 1
/,—М1 НгО | |1
| \=О ^=^ Нз\'(СН2)5СОО" —> L—№i(CHzkC—ln
I / "ОН
В табл. 11.1 представлены некоторые из полимеров, полученных с помощью процесса поликонденсации. Стремление к созданию полимеров с лучшими характеристиками привело к разработке методов модификации свойств полимеров. Одним из таких методов является процесс сополимеризации. Он осуществляется при полимеризации смеси мономеров, каждый из которых чувствителен к действующему механизму полимеризации. Степень включения в полимер каждого мономера в этих условиях является функцией их концентрации и относительной реакционной способности по отношению к реакционным центрам полимерной цепи. Некоторые пары мономеров сополимеризуются с образованием чередующейся структуры;
ЬА 4- пВ ——> А—В—А™В—А—В
Такое Чередование наблюдается в том случае, когда возникающий t из А реакционный центр А более реакционноспособен по отношению к мономеру В, чем к А, и наоборот. В противоположном случае, когда А* более реакционноспособен по отношению к А, чем к В, образуется полимер обогащенный А:
лА 4- «В —> А—А—А—А—В—А—-А—А—А—В—А—А—А 4- В
Способность мономера взаимодействовать при сополимеризации предпочтительнее со вторым мономером, нежели с самим собой, обычно выражается * величиной г:
Скорость однородной реакции■
Скорость перекрестной реакции
Чередующееся введение мономеров происходит в том случае, когда значения г для обоих мономеров близки к нулю. При г ^ 1 сополимеризация происходит произвольно, а при г э> 1 осуществляется гомополимеризация.
Анионная полимеризация, приводящая к .«живущему полимеру», дает возможность иного подхода к получению сополимеров. После окон-, чания полимеризации, по перед воздействием агента, гасящего активные центры, можно продолжить полимеризацию, добавляя второй мономер;
-Г R 1
X" 4- CH2=CHR —> xLch2ch]„ch2chr
Г R 1Г R 1 Г ^ 1"
-,1 I
xLcH2CнJ„CH2CHR4-mCH2=CHR, —ь XLCH2CHJ„+iLCH8CHJm
Такой путь приводит к «блок-сополимеру», так как два мономера образуют в полимере блоки, а не распределены произвольно. Блок-сополимеры можно также получить при смешивании полимера и мономера,
имеющих реакционноспособные по отношению Друг к другу концевые
На свойства полимера оказывает большое влияние степень поперечного связывания. Рассмотренные до сих пор механизмы должны приводить к неразветвленным макромолекулам. Упоминались и механизмы, вызывающие разветвление цепи, однако мы пока не обсуждали про-
цессы, приводящие к сшиванию цепей, т. е. к поперечному связыванию. Наличие поперечных связей оказывает очень большое влияние на физические свойства полимеров. В частности, способствует возрастанию прочности, твердости и понижению растворимости полимеров.
Для осуществления поперечного связывания часто необходима отдельная стадия. Например, как природный, так и синтетический каучуки при нагревании с серой подвергаются поперечному сшиванию. Для протекания реакций необходимо присутствие в полимерной цепи ненасыщенных групп. Это способствует возникновению реакций с серой с образованием химической связи между соседними цепями.
Часто в полимер вводят небольшое количество мономера, способного к поперечному связыванию для того, чтобы впоследствии осуществить такой процесс. Примером является сополимеризация алкенов с концевой двойной связью с малеиновым ангидридом. Реакция с участием ангидрида или образованных из него групп может протекать по тем положениям цепи, куда был введен малеиновый ангидрид:
НОСНаIНОСНг
R 1
I
ch2chJ„-
соосн2
R 1 СООСН2 Г I
ch2chJ„—сн-сн—L^оон
В реакциях поликонденсации, приводящих к полиэфирам или полиуретанам, поперечное связывание осуществляют, используя, кроме двухатомных спиртов, трехатомные спирты, например глицерил.
В этом разделе дач краткий обзор некоторых основных концепций, лежащих в основе синтеза полимеров. В основе механизмов, управляющих полимеризацией, лежат те же принципы, что и при реакциях малых молекул, Дополнительные проблемы, возникающие при получении полимеров, связаны с управлением степенью полимеризации и с модификацией свойств полимеров для улучшения их функциональных качеств, Постоянно меняющиеся потребности в материалах с определенными свойствами (например, огнестойки^ и способные к биологическому разложению) могут быть удовлетворены с помощью модификации молекулярной структуры или введением соответствующих добавок,
СИНТЕЗ ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ
Синтез пептидов и белков включает образование амидной связи между амино- и карбоксильной группами «-аминокислот. Синтез полипеп-1 тида, образующегося из одной аминокислоты, по существу аналогичен синтезу полиамида, например найлона 6:
RR О R О R ОR
II III III !'!
НгУСНССОП — > HA’CHCNllCHCN'llCHC—NHCHCOOH
Однако полипептиды, в состав которых входят остатки только одного мономера, не представляют значительного интереса для 'изучения биологических функций пептидов и белков. Для биологических целей имеет значение определенная последовательность мономерных единиц, возникающих из приблизительно двадцати аминокислот, обнаруженных в природных белках. Синтез Пептидов или белков поэтому обычно является постадийным процессом: каждая мономерная единица должна присоединяться в соответствующей последовательности.
Стратегия, разработанная для реализации таких синтезов, основана на применении активирующих и защитных групп. Так, обычно нужно начинать с аминокислоты, защищенной по карбоксильной группе. Вторая аминокислота должна быть защищена по аминогруппе. Реакция осуществляется с помощью реагента, который превращает свободную карбоксильную группу в активный ацилирующий агент. После образования первой амидной связи удаляется защита по аминогруппе второй единицы и присоединяется третий остаток. Такая последовательность повторяется до построения необходимой цени.
В синтезе полипептидов возникают серьезные стереохимические проблемы. Природные белки состоят из L-аминокнслот, рацемизация хиральных центров оказывает глубокое влияние па структуру и биологическую активность. Различия в стереохимии вносят значительные изменения в пространственную структуру полипептидной цепи, которая необходима для реализации биологической функции полипептида.
Методы синтеза пептидов к середине 60-х годов были доведены до такого совершенства, что несколько групп,ученых смогли сообщить о полном синтезе инсулина [7]. Ниже представлена последовательность из 51 аминокислоты инсулина:
HSN . S—:—SNH2 NHt NH2
Gly-ne-Var-Glu-Glu-Cy-Cy-Ala-Ser-Val-Cy-Ser-Leti-Tyr-GIu-Leu-Glu-lsp-Tyr-Cy-Jlsp
Si
H2N NH, S .S
I I1
Plie- Val-Asp-GIu-His-Leu-Cy-Gly -Ser -His-Leu - VabGIu- Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cy
A!a-Lys-Pro-Thr-Tyr-Phe-Phe-G!y-Arg-Glu-G[y
Впоследствии были синтезированы еще более длинные полипептиды.
Большая химическая чувствительность определенных аминокислот, а также более общая проблема рацемизации требуют, чтобы все стадйи в пол и пептидном синтезе проводились в мягких условиях. Поэтому основным условием успешного полипептидиого синтеза является использование. таких защитных групп, крторые могут быть удалены в мягких условиях (обсуждение защитных групп см. в гл, 10), На схеме 11.1 показана необходимость защиты как амино-, sthk и карбоксильной групп. Наиболее широко для защиты аминогрупп применяют беизилоксикарбо- пильиую группу, называемую также карбобеизокеигруппой [8]:
I?'ОО R'
I|]:II|.h2nchcoox
H2NCHCOOR ч- ClCOCH2Ph —> PhCH2OCNHCHCOOR *•
О R' О R", R' О R"
HILIн=I II I .
—► PliCHgOCNHGHCNHCHCOOX ^ HgNCHCNHCHCOOX
катализатор
Эту защитную группу вводят путем N-ацилирования, используя бензил-., хлорформиат. Мы уже рассматривали удаление бензильных групп с помощью гидрогенолиза (см, разд. 10,2). В случае бензилкарбаматов гид- 414
СХЕМА 11.1. ОБЫЧНАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРИ ПЕПТИДНОМ СИНТЕЗЕXr Y —ЗАЩИТНЫЕ ГРУППЫ, Z— РЕАКЦИОННОСПОСОБНАЯ УХОДЯЩАЯ ГРУППА
RRо
IIII .
Н2МСНСООНH2NCHCX(защита терминальной COOH-rpynnU)
R'R' О
I JI II
YNHCHCOOH —*> YNHGHCZ (активация СООН-группы)
OR OR'OR OR'
II I И। I 1 I
XCCHNH2 4- ZCCHNHY —> XCCHNHGCHNHY (конденсация)
OR OR'OR OR'
III . II III I II I .
XCCHNHGCHNHY —> XCCHNHCCHNHS (снятие аминной защиты)
OR OR' OR"О R О R' О R"
■ 11 I III 111. Ill Bl - 111
XCCHNHCCHNHs + ZCCHNHY —> XCCHNHCCHNHCCHNHY (конденсация)
рогенрлиз сопровождается декарбоксилированием образующейся карбаминовой кислоты;_.:v
ORRR
II I 'II
PhCHiOCNHCHCOOX —> PhCH3 4-HOOCNHCHCOOX ► H2NCHCOOX
—*CO2
Нашли применение в полипептидном синтезе и другие методы эффективного удаления карбобензоксигруппы, например восстановление на^ трием в жидком аммиаке [9] или обработка концентрированной НВг [10].
Для. защиты аминогруппы используют также трет-бутЬксикарбо- нильпую группу. N-Ацилирование обычно проводят действием трет-бут- оксикарбонилазида. Удаление ее основано на относительной устойчивости трет-бутйЛкатиона. В кислой среде (часто применяют безводную трифторуксусную кислоту) происходит расщепление С—О-связи и последующее декарбоксилирование [11]:
О R О+ОН R О, R о
П I II н* . И I III II♦
(СНз)1СОСКНСНСХ > (CH3)3COCNHGHCX —> HOOCNHCHCX 4-(СН3),С
R ОГ IIH2NCHCX 4- СО2
Трифторацетильная группа также применяется для защиты амино- * группы. Трифторацетильные производные из-за индуктивного эффекта фторсодержащих заместителей гидролизуются в щелочной среде гораздо легче, чем обычные амиды [12]. При использовании борогидрида натрия можно также осуществить восстановительное расщепление [13]. Вследствие уникальных условий снятия три фтор а цетильную группу можно использовать для защиты таких аминогрупп, которые должны оставаться закрытыми при снятии трет-бутоксикарбонильной или бен- зилоксикарбонильной групп.
Карбоксильные группы можно защитить, превратив их в сложно- эфнрные группировки. Метиловый и этиловый эфиры гидролизуют разбавленной щелочью; бензиловые эфиры расщепляют гидрогенолизом. Однако чаще всего для защиты карбоксильных груПп применяют трет- бутильпую группу. Из-за устойчивости тдст-бутил катион а смятие защиты происходит легко; действием НВг в уксусной кислоте или действием
трнфторуксусной кислоты. Сложные трет-бут иловые эфиры образуются при катализуемом кислотой присоединении карбоксильной группу к изобутилену. Эта реакция также определяется стабильностью трет-бутил - катиона. Как видно из схемы 11.1, для защиты терминальной карбоксильной группы обычно необходима такая группа, которая сохраняется при последующем снятии защиты с аминогрупп. Подобную функцию может выполнять трет-бутильная группа, если снятие амипозащитной группы осуществляют с помощью гидрогенолиза.
Синтез полипептидных фрагментов проводят последовательным соединением единиц, в которых аминогруппа защищена, а карбоксильная группа активирована. В пептидной цепи защиту аминогруппы снимают перед каждым последующим присоединением активированной аминокислоты. Активацию карбоксильной группы проводят в мягких условиях, чтобы избежать рацемизации и других побочных реакций. Ниже рассмотрены некоторые из способов активации карбоксильных групп при ацилировании.
В некоторых Первых синтезах пептидов применяли защищенные хлор ангидриды аминокислот [14], однако в более современных работах они не нашли широкого применения. Эти соединения ограниченно устойчивы и трудно очищаются, поэтому их вытеснили другие активированные карбонильные системы. Смешанные ангидриды аналогичны хлор- аргидридам, однако они гораздо более полезны в практическом отношении. Получают смешанные 'ангидриды взаимодействием защищенной аминокислоты с ацилирующими агентами, обычно с этилхлорформи- атом [15]:
ORО 1-О R О О
IRsN fl I II II
XCNHCHCOOH 4-CICOG2H5 > XCNHCHCOCOC2H5
Аналогичным путем является использование циклических N-карбок- сиангидрндов аминокислот:
КО
\ / К' ОR О R' О
АЛ । ЛМ М.
+ H2NCHC—пептид —> HNCHC—NHCHC—пептид
О=СQ^C—ОН
Особенность этого метода заключается в том, что при взаимодействии с пептидной цепью аминогруппа освобождается от внутренней защитной группы. Последующее Декарбоксилирование, приводящее к образованию готовой к следующей реакции нуклеофилыю'й аминогруппы, протекает в очень мягких условиях. Необходима большая осторожность, чтобы декарбоксилирование не произошло преждевременно [16]. Если декарбоксилирование происходит в присутствии еще пепрореагнровав- шего ангидрида, то возможно введение двух или более одинаковых единиц, приводящее к негомогеппостц пептида. Часто разделение смесей пептидов, которые образуются в результате таких нежелательных побочных реакций, оказывается очень трудным из-за близких свойств нужного пептида и примеей
В одном "из наиболее общих методов активации карбоксильной группы используется образование п-пптрофенилового эфира [17]:
КК
YNHCHCOOH —> YNHCHCOO —NO2
Эти соединения устойчивы к длительному хранению; п-нитрофенолят- ный анион является достаточно хорошей уходящей группой, ито облегчает реакцию со свободными аминогруппами. Аналогичным образом используют иногда 2,4}5 трщлорфениловые зф;А [V8J-
XCNHCHCNHCHGY 4- НО—N:XCNHCHCNHCHGY 4- НО—N:XCNHCHCO—N:XCNHCHCO—N:h2nchcyh2nchcyВ другом, несколько отличном методе используют соединение защищенной аминокислоты и N-гидрокснсукцинимида [19], Подобна н-ни- трофениловым эфирам, ацилированные N-гидроксисукцинимнды можно выделить и очистить; они быстро вступают в реакцию со свободными аминогруппами. Выделяющийся N-гидроксисукцинимпд легко удаляется, так как он растворим в разбавленных основаниях:
XCNHCHCNHCHGY 4- НО—N:
XCNHCHCNHCHGY 4- НО—N:
XCNHCHCO—N:
XCNHCHCO—N:
h2nchcy
h2nchcy
О R7 О ROО R7 О ROсвязывающийII' I II—>■ XCNHCHCNHCHGYсвязывающийII' I II—>■ XCNHCHCNHCHGYXCNHCHCOOH 4- CGHuN=C^NC6HltXCNHCHCOOH 4- CGHuN=C^NC6HltО R ОО R ОNHC6HU V V !JHsNCHCY"NHC6HU V V !JHsNCHCY"
О R7 О RO
О R7 О RO
связывающийII' I II
—>■ XCNHCHCNHCHGY
связывающийII' I II
—>■ XCNHCHCNHCHGY
XCNHCHCOOH 4- CGHuN=C^NC6Hlt
XCNHCHCOOH 4- CGHuN=C^NC6Hlt
О R О
О R О
NHC6HU V V !
JHsNCHCY"
NHC6HU V V !
JHsNCHCY"
Относительная устойчивость аниона N-гидрокси сукцинимида также оказывает благоприятное влияние на способность его эфиров ацилировать аминогруппы.
В каждом из рассмотренных выше методов активацию карбоксильной группы осуществляют до введения карбоксильного компонента в контакт с аминным компонентом. Существуют и другие методы, основанные на активации карбоксильной группы в присутствии аминогруппы. Реагент, ответственный за активацию карбоксильной группы и последующее образование пептидной связи, называют «связывающим (конденсирующим) реагентом». Наиболее широко применяемым в пептидном синтезе связывающим реагентом является дициклогексил карбодиимид.
OR7RO
II d। 11
XCNHCHCOOH+ h2nchcy
Механизм, по которому дициклогексилкарбодиимид активирует карбоксильную группу, рассмотрен в разд. 8.6 кн, 1.
О R' о R G'О
11 ’Л 1и
► XCNHCHCNHCHGY 4- C6HnNHCNHC6Hu
Дициклогексилкарбодиимид, ставший известным с 1955 г., имеет большое значение для образования пептидной связи [20] и широко применяется в полйпептидном синтезе.
- В качестве связывающих реагентов был исследован и ряд других веществ. Довольно часто используется в полипептидном синтезе сульфонат М-этил-б-фенилизоксазолия [21]. Этот реагент по довольно сложному механизму, который мы здесь рассматривать не будем, превращает защищенную аминокислоту в активированное производное (1), реагирующее с аминным компонентом;
SO3H SO3H
XCNHCHCOOH
CH—CONHCjHs
Реакционная способность соединения (1) по отношению к нуклеофильной атаке является следствием того, что оно представляет собой сложный эфир енола. Такие эфиры значительно реакционносйособнее по отношению к нуклеофильной атаке, чем алкильные сложные эфиры.
Синтез полипептидов значительного размера обычно осуществляют соединением меньших фрагментов. Для этого снимают защиту с концевой карбоксильной группы одного фрагмента, проводят ее активацию и взаимодействие с концевой аминогруппой второго фрагмента. Важный метод такого связывания фрагментов основан на диазотировании С-тер- минального гидразида. В этом методе гидразидная группа может за- щшцать карбоксильную группу во время синтеза фрагментов, а затем участвует в связывании. Ацйлгпдразйды можно получить взаимодействием- сложного эфира с гидразином, Гидразидную функцию можно сохранять до конца в многостадийных методах, в которых аминная группа защищена с помощью карбобензилокси-, трег-бутоксикарбониль- ной групп или другого способного к удалений) ацильного заместителя;
R О R/ Оrono R ® Rf ®
I III |' или I III II'
XNHCHC— ■ ■■—NHCHGNHNH2 —XNHCHCNHCHCN,
R ОR'O R" ОR"'O
I L I II ■ I II ■ L II.
XNHCHC-NHCHCN3 + H2NCHC—NHCHCY —*
ROR' О R" ОR'" О
Ml M I II IL
—► XNHCHCNHCHC—NHCHC -—NHCHCY
Ацилазнды, полученные диазотированием, действуют как активированная карбонильная система.
В синтезе небольших пептидов ацилазиды можно использовать почти так же, как н смешанные ангидриды. В этом случае азидогруппу можно ввести взаимодействием N-защищенного хлор ангидрида кислоты с азидом натрия, а также гидразинолизом. Существует также реагент, дифеинлфосфорплазнд, который непосредственно превращает карбоксильные группы в азидные [22]:
о оII ‘.11RCN3 + (Р11О)2РОНо оII ‘.11RCN3 + (Р11О)2РОНО
о о
II ‘.11
RCN3 + (Р11О)2РОН
о о
II ‘.11
RCN3 + (Р11О)2РОН
II .
RCOOH+(PhO)2PN3 —>
Отличительным свойством азидного метода является минимальная тенденций к рацемизации. В некоторых системах обнаруживается небольшая степень рацемизации, однако при сравнимых условиях другие способы связывания обычно приводят к более значительной рацемизации [23].
В большинстве синтезов полипептидов, содержащих достаточно много аминокислотных единиц, используют и такие аминокислоты, как серим, лизин и цистеин, в которых в процессе, пёптндпого синтеза надо защищать гидроксильную, амино- и сульфгидрильную группы. Мы не будем вдаваться в детали этих отдельных операций: основные принципы н требования те же, что при аминной и карбоксильной защитах. Груйпз должна Легко вводиться, быть устойчивой в условиях связывания и легко удаляться па последней стадии синтеза.
Примеры пептидных синтезов различной сложности приведены в табл. 11.2,
В 1962 г. Р. Б. Меррифилдом предложен новый подход к синтезу пептидов [24]. Основная идея заключается в том, что первый амино- 418
ТАБЛИЦА I1.S. ЗАЩИТНЫЕ ГРУППА И МЕТОДЫ АКТИВАЦИИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ
В СИНТЕЗАХ НЕКОТОРЫХ ПЕНТ1ГДОВ
Cbz (или 2)—карбобеязоксигруппа (бе<13йлойсикарбоийлыгая); Вос ^трат-бутоксинарбонильная группа; МА—смешанный ангидрид; DCC — дициклогексилкарбоднимид; NP — нитрофе^нловый эфир; HUSO — ^гндроксисукцинймйд; EPfO ^К-этил-^фсниЛИЗоксазодня сульфонат [23а]
Полипептид
Чн^ЛО остатков аминокислот у коде ч дом полипептиде:
Зайийны^ труппы
Методы' активации
ЛЦТ5-' ратнра
Рибонуклеаза Tt (остатки 81—104)
24
Gbz, Вос
Азидный, NP, HOSO
[236]
Рибонуклеаза Ti (остатки
33
То же
То же
[23е]
48- 80)
Рибонуклеаза Т [(остатки
47
3>
[23г]
1-47)
Инсулин, цепь В (остатки 1—26)
26
3
NP, ЕРЮ, HOSO
[235]
Инсулин человека, цепь В
30
»
Азидный, NP, DCC, ЕРЮ
[23е[
Адренокортикотропин (АСТН) *1й
39
Вос
DCC
[23ж]
Рибонуклеаза А *
124 **
>
ь1
[23й]
Рибонуклеаза AS'
1 104**
>
Н-Карббкспаигидриды; Н-тиокарбойсиангид- риды, HOSO
[23и]
Брадикинин*
19
DCC
[23л:]
Окситоцин
9 (циклический)
Хлорантидрид, DCC,
МА, NP
[23л]
АСТН (остатки 1—23)
* Твердофазны Я синтез,
23
Cbz
МА, азидный, DCC
[23.и]
” Для ятях продуктов синтеза яе подтверждена по диад гокагеяйосгь;- пока да йс л дель, обладают частью биологической активности цативдого белка.
чгд они
кислотный остаток должен быть связан с нерастворимым полимером. На практике присоединение проводят введением в полистирол длорме- сильных групп, которые используются для алкилирования карбоксильного конца первого остатка аминокислоты:
Каждый из следующих остатков может вводиться с помощью повторения последовательности: 1) снятие аминной защиты, 2) связывание со следующим защищенным по аминогруппе остатком с помощью цикло гексилкарбодиимида. Во всех операциях реакционная система остается гетерогенной и растущий пептид связан с нерастворимым полимером. Очевидно, что при этом методе должны значительно уменьшиться потери на стадиях выделения я очистки, которые имеются в обычном пептидном синтезе. Метод также1 создает возможность механизации и автоматизации подачи реагентов, чтобы пептидный синтез мог протекать быстро, со значительной экономией сил, обычно затрачиваемых на очистку интермедиатоз. После того, как создана необходимая последовательность аминокислот, пептид снимается с полимера с помощью восстановительного расщепления и затем очищается хроматографическими
методами. Этот метод называется твердофазным пептидным синтезом, поскольку построение пептида происходит на нерастворимой основе [25].
Поскольку синтез осуществляется без очистки интермедиатов, выходы на каждой стадии должны быть очень высоки. Если на какой-либо из стадий нужный остаток не введен, то синтез приведет к пептиду с нарушенной последовательностью. Простое статистическое рассмотрение показывает, что при синтезе пептида, содержащего 25 остатков, с достоверностью введения каждой единицы, равной 99%, только 75% конечных цепей имели бы требуемую последовательность. Остальной продукт представляет очень похожие пентилы, в которых недостает одного или иногда двух остатков. Можно полагать, что при 100 остатках каждая цепь, в среднем, имеет один дефект, а выход «совершенного» пептида должен быть очень низким. Прэтрму современные исследования направлены на выявление стадий, не удовлетворяющих этим очень высоким требованиям к выходу, и на улучшение условий проведения этих стадий, чтобы можно было надежно получать чрезвычайно хорошие результаты на стадии связывания.
Твердофазный метод успешно используют для последовательного построения промежуточных фрагментов. Затем эти фрагменты до связывания можно очистить и довести до индивидуального состояния с помощью обычных методов. Поскольку производится очистка индивидуальных фрагментов, такой способ в меньшей степени ведет к образованию смесей близких по строению, но неидентичных пептидов.
Некоторые характерные полипептидные синтезы с помощью твердофазного метода даны в табл. 11.2; там же приведены сокращенные названия защитных групп и методов активации, которые находят широкое применение в этой области исследований.
СИНТЕЗ НУКЛЕОЗИДОВ, НУКЛЕОТИДОВИ ПОЛИНУКЛЕОТИДОВ
Важной самостоятельной областью исследований в органической химии является также синтез отдельных компонентов и, в конечном счете, полимерных структур, которые встречаются в ДНК и РНК. Малые молекулы этого типа, представляют интерес как из-за их биологической активности, так и из-за того, что они являются составными частями макромолекул.
носн2носн2НОРОСН2 о Во VНОРОСН2 о Во V, Нуклеозиды, входящие в состав РНК, являются производными рибозы, связанной с одним из четырех гетероциклических оснований — аденином, цитозином, гуанином или урацилом (далее обозначены буквой В). Фосфорилированные нуклеозиды называют нуклеотидами.
носн2
носн2
НОРОСН2 о Во V
НОРОСН2 о Во V
но оннуклеозидно оннуклеозид
но оннуклеозид
но оннуклеозид
НО ОНнуклеотид
Полимеры образуются с помощью фосфатных связей между З'-гидрок- сильной группой и гидроксиметильной группой соседнего нуклеозида. В сахаре, входящем в ДНК, отсутствует 2-гидроксигруппа (дезоксирибоза) и вместо урацила в качестве основания входит тимин:
I оI оооЬ ?Ь ?"О—Р—о"О—Р—о"О—р—Оо"О—р—Оопол я нук ле от иди а я структура РНКпол я нук ле от иди а я структура РНКдол и нуклеот ид н ая структура ДНКдол и нуклеот ид н ая структура ДНК
I о
I о
о
о
Ь ?
Ь ?
"О—Р—о
"О—Р—о
"О—р—О
о
"О—р—О
о
пол я нук ле от иди а я структура РНК
пол я нук ле от иди а я структура РНК
дол и нуклеот ид н ая структура ДНК
дол и нуклеот ид н ая структура ДНК
Существует большое число нуклеозидов, содержащих другие сахара, однако они не входят в состав ДНК или РНК- Имеются также
некоторые вариации в структурах азотистых гетероциклов. Однако преобладающими в ДНК и РНК являются следующие основания;
NH2МН2ОООNH2МН2ОООздешни цитозин гуанин урацил тимаиздешни цитозин гуанин урацил тимаи
NH2МН2ООО
NH2МН2ООО
здешни цитозин гуанин урацил тимаи
здешни цитозин гуанин урацил тимаи
В синтезе полинуклеотидов используют те же основные принципы, что и в синтезе полипептидов. Цепи строят последовательным соединением нуклеозидных единиц или небольших олигонуклеотидов. На практике проблемы, возникающие при таких операциях, очень сложны; методы нуклеотидного синтеза и полимеризация не столь совершенны, как в химии пептидов. Тем не менее, эта область является важной в синтезе макромолекул, и поэтому некоторые из основных реакций рассмотрены ниже.
Фундаментальной реакцией в синтезе нуклеозидов является взаимодействие галогенпроизводного фуранозы с основанием, действующим в качестве нуклеофила. Гидроксильные группы сахара во время этих операций обычно защищены бензильными, ацетильными или бензоильными группами. Простые эфирные группы можно удалить гидрогенолизом, а сложноэфирные группы — взаимодействием с водным основанием или водным аммиаком. Большая часть приведенных в данном разделе примеров является производными рибозы или дезоксирибозы. Однако реакции обычно одинаково применимы также к другим сахарам.
Поскольку у большинства указанных оснований имеется более одного потенциального нуклеофильного положения, важную роль играет региоселективность проводимых реакций. Создать такого рода селективность можно с помощью защиты одного или более конкурирующих положений или воспользовавшись имеющейся в данных основаниях се-
лективностью. Например, необходимой селективности в аденине можно достичь при использовании N-меркурированного производного бензоили- рованного аденина:
PhCONHPhCONH№№N NHg-ClN NHg-ClRO ORRO ORRO OR-RO OR-NHCOPhNHCOPh
PhCONH
PhCONH
№
№
N NHg-Cl
N NHg-Cl
RO OR
RO OR
RO OR-
RO OR-
NHCOPh
NHCOPh
Прямое взаимодействие аденина с галогенпроизводным сахара приводит к связыванию рибозы как с N-3, так и с N-9-положениями аденина [26]:
Другим методом формирования связи между основанием и сахаром является так называемый «метод сплавления». Смесь тетраацетилри- бозы и основания нагревают в отсутствие растворителя. Ацетильная группа является более плохой уходящей группой, чем галоген, однако при 130—150 °C реакция происходит [27]:Другим методом формирования связи между основанием и сахаром является так называемый «метод сплавления». Смесь тетраацетилри- бозы и основания нагревают в отсутствие растворителя. Ацетильная группа является более плохой уходящей группой, чем галоген, однако при 130—150 °C реакция происходит [27]:(21% а-аномера, 6% р-ано- мера) [28](21% а-аномера, 6% р-ано- мера) [28]
Другим методом формирования связи между основанием и сахаром является так называемый «метод сплавления». Смесь тетраацетилри- бозы и основания нагревают в отсутствие растворителя. Ацетильная группа является более плохой уходящей группой, чем галоген, однако при 130—150 °C реакция происходит [27]:
Другим методом формирования связи между основанием и сахаром является так называемый «метод сплавления». Смесь тетраацетилри- бозы и основания нагревают в отсутствие растворителя. Ацетильная группа является более плохой уходящей группой, чем галоген, однако при 130—150 °C реакция происходит [27]:
(21% а-аномера, 6% р-ано- мера) [28]
(21% а-аномера, 6% р-ано- мера) [28]
Пиримидиновые основания — цитозин, урацил и тимин — непосредственно не могут алкилироваться галогенсахарами. Нуклеофильность атомов азота, входящих в цикл пиридонового типа, значительно уменьшена по сравнению с нуклеофильностью атомов азота пиридинового типа, присутствующих в пуриновых основаниях. Реакционноспособными являются дналкоксипиримидииы, при их N-алкилировании одновременно происходит дезалкилирование у соседнего атома кислорода. Эта реакция известна как метод Гильберта — Джонсона [29]:
В современной модификации используют триметилсилиловые эфиры пиримидиновых оснований. В присутствии этой более чувствительной группы в процессе алкилирования и последующей обработки оба кислорода освобождаются от защитных групп [30, 31]:
R = n-нитробензонл, Ас = СОСНз
Из пиримидиновых оснований можно также получить ртутные производные, которые при взаимодействии с галогенсахарами образуют нуклеозиды [32].
Стереохимия введения основания в фуранозный цикл при синтезе нуклеозидов может определяться внутримолекулярным влиянием заместителей в молекуле углевода. Когда в положении 2 фуранозного цикла имеется а-ацилоксизаместитель, основание обычно входит в р-положе- ние [33]:
СХЕМА П^. СИНТЕЗ НЕКОТОРЫХ НУКЛЕОЗИДОВ
(1.3%)(1.3%)(51%)(51%)
(1.3%)
(1.3%)
(51%)
(51%)
В отсутствие этой структурной особенности может образоваться смесь стереоизомеров.
т С помощью описанных выше общих методов можно получить ряд нуклеозидов, как это представлено на схеме 11.2.
Мононуклеозиды, используемые для синтеза полинуклеотидов, сходных с РНК, легко доступны; их называют по составляющему основанию:
гл™гл™Для образования олигонуклеотидов из нуклеозидов необходимы такие методы, в которых обеспечивается фосфорилирование н связывание только 5'- и З'-гидроксильных групп. Поэтому 2'-гидроксильная группа в олигорибонуклеотидах должна быть защищена. Этого осложнения нет при синтезе дезоксирибонуклеотидов. В этом случае связывание можно осуществить с помощью фосфорилирования З'-гидроксильной группы и последующего соединения с З'-гидроксильиой группой другой молекулы. Для проведения реакции следующий нуклеотид Должен быть защищен по {/-гидроксильной группе. Возможен и другой вариант — сначала может быть фосфорилировано З'-положение. Желательный тип
гл™
гл™
защитной группы—замаскированное фосфорильное звено, в этом слу- чае снятие защиты и фосфорилирование можно осуществить при мини-1 мальном числе стадий: :
Фосфорилирование гидроксильной группы в нуклеозиде проводят при действии производного фосфорной кислоты. Применяемое фосфор- ное соединение должно быть активным фосфорилирующим реагентом; можно также использовать моноанион алкнлфосфата и связывающий агент. Распространенным методом фосфорилирования является реакция с цианоэтилфосфатом [34]. Цнаноэтильная группа удаляется действием разбавленного основания: это превращение представляет собой реакцию р-элиминировання, катализуемую основанием: , , .
Модификация фосфатной группы в виде N-арйлфосфамидата иллюстрирует превращение замаскированного фосфата в активный фосфорилирующий агент. Фосфатная группа освобождается путём нитрозирова- нця; для фосфорилирования следующей нуклеотидной единицы можно затем использовать такой конденсирующий агент, как дицйклогексил- карбодиимид [35].
В некоторых случаях удобно Применять большие ароматические группы, улучшающие растворимость в органических растворителях; для этой цели используют л-(трифенилметил)феиилфосфамндаты [36].
К гидроксильным защитным группам, используемым в олигонуклео- тидном синтезе, относятся все те, которые рассматривались в гл. 10, и здесь нет необходимости подробно описывать их введение или удаление. Часто применяют бензоильные, ацетильные, тритильные, п-метркситри- тильные и тетр а гидропир ацильные группы.
В качестве конденсирующего агента часто используют дициклогек- силкарбодиимид. Считают, что механизм активации включает образование фосфат-аигИдридов. Сульфонилхлориды также используют как конденсирующие агенты. Чаще всего имеют дело с метансульфонилхло- ридрм (MS), мезитнлсульфонилхлоридом и триизопроиилбецзолсульфо- нилхлоридом (TPS). Эти реагенты применяются для образования смешанных сульфонофрсфорных ангидридов, взаимодействие которых со
свободной нуклеофильной гидроксильной группой приводит к фосфорилированному продукту:
В синтезе полинуклеотида осуществляется постадийное присоединение индивидуальных нуклеотидных единиц. При введении каждой нуклеотидной единицы используют повторяющуюся последовательность реакций, которая включает фосфорилирование, снятие защиты и кон- денсацикь
Химический синтез гомополинуклеотидов осуществляется легче, чем синтез полимера из разных нуклеотидов с определенной последовательностью. При контакте с конденсирующим агентом, таким как DCC, рибонуклеотид, не защищенный по положению С-5' фосфата и по З'-гидроксильной Группе, полимеризуется с образованием высокомолекулярного продукта, состоящего из одного типа нуклеотидных звеньев ,[37]:
Сделаны попытки применения твердофазных методов, разработанных в химии белка, для синтеза олигонуклеотидов [38]. Однако обеспечить высокие выходы на каждой стадии соединения нуклеотидов труднее, чем при соединении пептидов,, поэтому длина цепи, которую^ можно надежно синтезировать с помощью твердофййцых методов, очень ограничена.
В табл. 11.3 представлен краткий обзор работ, которые могут служить иллюстрацией методов, применяющихся в синтезе олигонуклеотидов. (В таблице использованы "также^применяющиеся в этой области сокращения.]
ТАБЛИЦА И.З. СИНТЕЗ НЕКОТОРЫХ ОЛИГОНУКЛЕОТИДОВ*
С и птезиро ванная последовательность
Защитные группы
Хоидея сирую щий агент
Литература-
dTpTpTpApG
Монометокситригил-, наф-
TPS
138п]
Все возможные динуклеотиды
тилизоцианато-
я -Т ри феи игл м етил ф снял -
IPS
[386]
pTpTpApApTpCpCpApTpApTpGpC
амино-, ацетил Тритил-, ацетил- Фен идти о этил-, ацетил-
MS
[38в]
Различные тринуклеотиды
MS
[38а[
рАрСрС (рибонуклеотид)
п-МетОкснфениламино-,
DCC
[385]
CpGplJpCpCpApCpCpA (рибо-
моно метокс итри тил -
TPS, DCC
[38е]
нуклеотид)
ApTpGpCpApCpTpCpTpTpApG
монометокснТритил-, бен: зонл-
Цианоэтил-, моИ о мето Кси-
Мезитил-
[38мг]
* О сокращениях см [38?],
тригпл-
сульфонил- хлорид
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
*СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
IF. Billmeyer Jr., Textbook of Polymer Science, Wiley — Interscience, New York, NY, 1971.
R. B. Seymour, Introduction to Polymer Chemistry, McGraw-Hill, New York, NY, 1971.
Odian, Principles of Polymerization. McGraw-HilJ, New York, NY, 1970.
S. R. Sandler, W. Karo, Polymer Syntheses, V. I, Academic Press, New York, NY, 1974. И. П. Лосев и 8p. Химия синтетических полимеров. М., Химия, 1971- 615 с.
полипептиды; '
М. Bodanszky, АТ A Ordetti, Peptide Synliresis, Inlcrseience, New York, NY, 1966.
*3. Шредер, А. Любке. Пептиды. Пер. е англ./Под ред. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова. М., Мир, г. 1, 1967. 496 с.; т. 2, 1969, 723 с.
Дж. Стюарт и др. Твердофазный синтез пептидов., М., Мир, 197]. 176 с, нуклеозиды, ‘нуклеотиды И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ
IF. IF. Zorbach, R. S. Tipson, Synthetic Procedures in Nucleic Acid Chemistry, Interscience, New York. NY, 1968.
T. L. F. Ulbricht, Purines, Pyrimidines and Nucleotides, Macmillan, New York, NY, 1964.
e3. А. Шайарона, А А. Богданов. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М., Химия, 1978. 584 с.
^Органическая химия нуклеиновых кислот. М., Химия, 1970. 718 с.
ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В ТЕКСТЕ
I. /. Р. Kennedy, J, I, Elliott, В. Е. Hudson, Jr., Makromol. Chem. 79, 109 (1964).
N. Kanoh, K. Jkeda, A, Gotoh, T. Higashimura, S. Okamura, Makromol. Chem. 86, 200 (1965).
A. V. Tobolsktj, R. J. Boudreau, J. Polym. Sci. 51, S53 (1961); C. G. Overberger, F. С. Kamath. J. Am Chem. Soc. 85, 446 (1963).
4; M, Szmarc, M- Leyy, R. Milkooich, J. Am. Chem. Soc. 78, 2656 (1956); G. E. Frank, IF. E. Foster, 3. Org. Chem. 26, 303 (1961).
M. Szwarc Carbanions, Living Polymers and Electron Transfer Processes, Inter- science, New York, NY/1968, Chap. 2.
J. Boor, Jr., MacnfmoL Rev. 2, 115 (1967).
P, G. Kaisoyannis A. Tometsko, C. Zalut, J, Am. Chem, Soc. 88, 166 (1966);
Y.-T. Kung et al., Ko Hsueh Tung Pao, 941 (1966); Chetn. Abstr, 66, l8850z (1367);
H. Zahn, J, Meienhofer, E. Schnabel, Acta Chim. Acad. Sci. Hung. 44, 109 (1965); - Chem. Abstr. 63, 13405 (1965).
M. Bergmann, L. Zenas Chem. Ber. 65, 1192 (1932).
R. H. SUUrd, V du Vigneaud, J. Blot Chem. 108 753 (19351.
D, Ben-lskal, A. Berger, J. Org. Chem. 17, 1564 (1952); G. IF. Anderson. J. Blodin- ger, A. D. Welcher, J. Am. Chem. Soc. 74, 5309 (1952).
" Дополнение редактора.
IL L. A. Carpi.no, J. Am. Chem. Soc 79, 98 (1957).
E. E, Schallenberg, M. Calvin, J Am. Chem. Soc. 77, 3779 (1955).
F. Weygand, T. E Frauendorfer, Chem. Ber. 103, 2437 (1970).
E. Fischer, Chem. Ber. 39, 453 (1906); E. Abderhglden, .4, Fodor, Chem. Ber. 49, 561 (1916).
AL F. Albertson, Org. Reati. 12, 157 (1962) [OP, 12, 174 (1965)].
R. Hirschmann, R, G. Strachan, H. Schwam, E. F. Sdioenewaldt, H- Joshua, B. Barkemeyer, D. F. 1/Sber, №. 7. Paleveda, Jr., T. A. Jacob, T. E. Beesley, R. G. Denke- walt er, J. Org. Chem. 32, 3415 (1967),
M. Bodanszky, V. du Vigneaud, J. Am. Chem. Soc. St, 5688 (1959).
J. Pless, R. A. Boissonnas, Helv. Chim. Acta 46, 1609 (1963).
G, №, Anderson, J. E. Zimmerman e. a., J. Am. Chem. Soc. 86, 1839 (1964).
J, G. Sheehan, G. P. Hess, J. Am. Chem. Soc. 77, 1067 (1955); J. C. Sheehan, M. Goodman, G. P. Hess, J. Am. Chem. Soc. 78, 1367 (1956),
2L R. B. Woodward, R. A. Olof son, J. Am. Chem. Soc, 83, 1007 (1961); R B. Woodward, R, A. Olof son, H. Mayer, Tetrahedron Suppl. 8, 321 (1966).
T, Shioiri, K. Ninomiya, S. Yamada, J, Am. Chem. Soc. 94, 6203 (1972).
У. S. Klausner, M. Bodanszky, Synthesis, 549 (1974).
23a. J. Biol. Chem. 247, 977 (1972); M. Bodanszky, M, A. Ondetti, Peptide Synthesis, Wiley — Interscience, New York, NY, 1966, pp. 255—256.
K. Kawasaki, R. Gamble, G. Dupuis, H. Romovacek, H- T. Storey, C. Yanaihara, K- Hofmann, J. Am. Chem. Soc. 95, 6815 (1973).
23a. R, Gamble, G. Dupuis, K. Kawasaki, H, Romovacek, ,N. Yanaihara, K. Hofmann, J. Am. Chem. Sot. 94, 2091 (1972/
23г. FL T; Storey, J., Beacham, S. F. Cernosek, F. M. Finn, C. Yanihara, K. Hofmann, J. Am. Chem. Soc. 94, 6170 (1972).
P. G, Katsoyannis, J. Ginos, A. Cosmaios, G. Schwartz, J. Am. Chem, Soc. 95, 6427 (1973).
23e, P. G. Katsoyannis, M. Tilak, J. Ginos, K. Suzuki, J. Am. Chem. So/ 93, 5862 (1971); P. G. Katsoyannis, J. Ginos, M. Tilak, J. Am. Chem. Soc. 93, 5866 (1971); P. G. Katsoyannis J. Ginos, C. Zalui, AI. Tilak, S. Johnson, A. C. Trakatellis, J. Am. Chem. Soc. 93, 5877 (1971).
23ж. D. Yamashiro, С. H. Lt, J. Am Chem. Soc. 95, 1310 (1973).
23a. B. Quite, R. B, Merrifield J, Am. Chem, Soc. 91, 501 (1969).
23u, R. Hirschmann, R F, Nut’t, D. F. Veber, R. A. Vitali, S. L. Varga, T. A, Jacob, F. №. Holly, R C. DenkewaUer, J. Am. Chem. Soc. 91, 507 (1970).
23k. R, B. Merrifield, Biochemistry 3, 1385 (1964); At. Fridkin, A, Patchanuk, E. Kat- chalskl, J. Am. Chem. Sue. 90/2953 (1968).
23л. V. da Vigneaud, C. Ressler, J. M. Swan, C. №. Roberts, P. G, Katsoyannis, J. Am. Chem. Soc. 76, ЗП5 (1954); M. Bodanszky, V. du Vigneaud, J Am, Chem. Soc, 81, 2504, 5688 (1959).
23 л. К- Hofmann, H. ,Yajima, T. Liu, N. Ynaihara, J. Am. Chem, Soc. 84, 4475 (1962).
R. B. Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 85, 2149 (1963),
J. M, Stewart, J. D. Young, Solid Phase Peptide Synthesis, №. H, Freeman, San Francisco, СЛ. 1969.
N. J. Leonard, R. A. Laursen, J. Am. Chem. Soc. 85, 2026 (1963).
J/A. Montgomery, K. Hewson, J. Heterocycl. Chem. 1, 213 (1964).
M. J. Robins, R. K, Robins, J. Am. Chem. Soc 87, 4934 (1965).
G. E, Hilbert, T. B. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 52, 4489 (1930).
K. J. Ryan, E. M. Acton, L. Goodman, J, Org. Chem. 31, 1181 (1966).
M №. Winkley, R. K- Robins, J. Org. Chem. 33, 2822 (1968).
I. J. Fox, I, Wempen, Adv. Carbohydr. Chern. 14, 283 ^1959).
T, L. V, Utbricht, Purines, Pyrimidines and Nucleotides, Macmillan, New Ydrk, NY, 1964, pp. 48—50.
33a. N. C. Yung, J. H. Burchehal, R- Fecher, R, Duschinsky, J. J- Fox, J. Am. Chem. Soc. 83, 4060 (1961),
E. Walton, F. №. Holly, G. E. Boxer,R. F. Natt,J. Org, Chem. 31. 1163(1966).
T. Sato, in:Synthetic Procedures inNucleic Acid Chemistry, W. W.Zorbaclr,
R. S. Tipson(eds.), Interscience, NewYork, NY,1968, pp. 264—268,
33г. R. K. Nes§,in: Synthetic Proceduresin NucleicAcid Chemistry, W. W.Gorbach,
R. S. Tipson (eds), In terscience, blew York, NY, 1968, pp. 183—192.
G. M. Tener, J Am. Chem. Soc, 83, 159 (1961); G. Weimann, H, G, Khorana, J. Am. Chem. Soc. 84, 419 (1962).
E. Ohtsuka, K. Murao, M. Ubasawa, Ai. Ikehara, 5, Am. Chem. Soc. 92, 3441 (1970.
К. E Agarwal, .4 Yamazoki, H. G. Khorana, J. Am Chem. Soc. 93, 2754 (1971).
У. Lapidot. H. G Khorana, J. Am. Chem. Soc. 85, 3857 (1963); C. Coutsogeorgopou- los. H. G. Khorana, J. Am, Chem. Soc. 86, 2926 (1964); D. B. Straus, J. R. Fresco, J. Am. Chem Soc. 95, 5025 (1973).
R. L. Letsinger, V, Mahadevan, J, Am. Chem. Soc. 88, 5319 (1966); E. Ohtsuka, S. Morioka, M. Ikehara, J Am. Chem. Soc 94, 3229 (1972); K. F. Yip, К. C. Tsou J.,Am. Chem, Soc. 93, 3272 (1971); L. R. Melby, D. R. Strobach, J. Org. Chem 34, 421 (1969),
38а. К- L Agarwal, Н, G. Khorana, J. Am. Chem. Soc. 94, 3578 (1972).
K. L. Agarwal, A. Yamazaki, H. G, Khorana, J. Am. Chem. Soc. 93, 2754 (1971).
38e. A, F. Cook E. P, Helmer, m, J. Holman, D. T, Maichuk, A. L. Nussbaum, J. Am. Chem. Soc. 94 1334 (1972).
38г. S. A. Narang, 0, 3. Bhanot, J. Goodchild, P, H. Wightman, S. K. Dheer, J. Am. Chem. Soc. 94, 6183 (1972).
E. Ohtsuka, К. Murao, Л1. Ubasawa, M. Ikehara, J. Am. Chem- Soc. 92, 3441 (1970) . 38e. E. Ohtsuka, M. Ubasawa, 3, Morioka, Л1. Ikehara, J. Am. Chem. Soc. 95, 4725 (1973) . 38ж A, Kumar, H. G, Khorana, J, Am. Chem. Soc. 91, 2743 (1969) .
ЗАДАЧИ
(Литература к задачам приведена па с. 442)
— 11.1. Перечислите пять методов активации карбоксильной группы аминокислоты, дающих возможность провести ацилирование аминогруппы другой молекулы- аминокислоты.
— 11.2. Отберите из следующего ряда каталитических систем такие, которые могут катализировать полимеризацию каждого из перечисленных ниже винильных соединений. Катализаторы; А1С13+Н2О; HF; (CH3)2CN = NC(CH3)2; PliLi; (СН,)3СО- К+;
||Рё» + Н2О2.
NC CN
PhCH=CH»(в)СНг=СНг(5)СН5=СНСЫ
СН2=СНС=СН2(г)СНг= С COOCHs(е)С1СН=СНС1
Ан3СН3- ~
— 11.3. Укажите условия реакции, которые необходимо применить в. каждом случае для удаления защитной группы;
О О О II. II .
(a) CHsOCCHiNHCCHNHCOCHiPlr
CH2Ph
ООООI'D fl fl
(5) (CH3)3COCNHCH2CNHCHCNHCHCNHCH2COOH
CH2Ph CH3
— 11.4. При синтезе пеПтида, содержащего лизин, необходимо защищать в-амипогруппу. Какого типа примеси образуются, если это не было сделано? Каким специальным требованиям должна удовлетворять защитная группа, подходящая для защиты 6-аминогруппы лизина при твердофазном синтезе? Современный удачный подход К этой проблеме предусматривает применение для «-аминогрупп во время синтеза трет-бутокси- карЙонильной защиты, а для е-амнногруппы лизина —- 2,4-днхлорбепзилокеикарбониль- нон защитит Какие свойств а.по еле дней группы оказываются особенно подходящими для такого применения?
—11.5. Предположим, что Вы хотите придать полиэфиру огнеупорные свойства, и счи
таете, что можно, применить сополимеризацию с использованием мономера с высоким содержанием хлора. Можно ли ожидать произвольного введения хлорированного мономера в полиэфирную цепь? Объясните.
С1С1С1
С1
С1
ИООООтношение: : 95ИООООтношение: : 95СООН + НООС—<СООН + НООС—<нагреваниеСООН 4- НОСН2СН2ОН 1нагреваниеСООН 4- НОСН2СН2ОН 1С/ ; ХС15С/ ; ХС15100100
ИООО
Отношение: : 95
ИООО
Отношение: : 95
СООН + НООС—<
СООН + НООС—<
нагревание
СООН 4- НОСН2СН2ОН 1
нагревание
СООН 4- НОСН2СН2ОН 1
С/ ; ХС1
5
С/ ; ХС1
5
100
100
— 11.6. Полиуретановые пенопласты образуются с помощью процесса, при котором полимеризация и поперечное сгнивание сопровождаются выделением газа, что приводит к включению в полимер газовых пузырьков. Исходными материалами при этом являются низкомолекулярные полиэфиры с пйроксильнымй концевыми группами и ароматические диизоцианаты. При добавлении катализатора, главным образом третичного амина, происходит быстрая полимеризация и выделение газа:
НО(СН2СНаО)пСП2СН2ОН 4- О=С=М—? \—N=C=O ^-—►
—>- Полиуретановый пенопласт
_Укажите конечную структуру полимера и возможности для образования поперечных связей в нем. Каковы источник и природа газа, вызывающего денообразование?
— П.7. Радикальная полимеризация может сопровождаться внутримолекулярным переносом водородного атома. Каково влияние этого процесса на структуру и среднюю молекулярную массу полимера?'.-
RRRRRR ),R
—СН5^СЙгССН3ССН2С- —> —CH2CCH2CCH2icH2CH2R
нннни н
— IL8. Следующие производные хорошо известных защитных групп используются в тех случаях, когда необходимы особенно мягкие условия для их-удаления. Укажите стандартную защитную группу, с которой сходно' каждое производное. Определите свойства замешенной защитной группы, придающие ей особенную лабильность. Укажите Условия реакций, при которых можно осуществить удаление защитной труппы.
СН3СН3(в)(в)
СН3
СН3
(в)
(в)
— 11.9. Константа переноса пени растворителя полимеризация (С5) определяется как соотношение реакционной способности растворителя но отношению к растущей поли- ifepiroti цени и реакционной способности полимерной цепи по отношению к мономеру. Эти константы для полимеризации стирола в некоторых ароматических растворителях приведены ниже:
Бензол 0,0018тлсг-Зутилбснзол. 0,04Толуол0,125Бензол 0,0018тлсг-Зутилбснзол. 0,04Толуол0,125Этилбензол 0,67Изопропилбензол ......0,82Этилбензол 0,67Изопропилбензол ......0,82
Бензол 0,0018
тлсг-Зутилбснзол. 0,04
Толуол0,125
Бензол 0,0018
тлсг-Зутилбснзол. 0,04
Толуол0,125
Этилбензол 0,67
Изопропилбензол ......0,82
Этилбензол 0,67
Изопропилбензол ......0,82
Можете ля Вы объяснить положение каждого растворителя в этой серии?
—-11.10. Предложите не менее двух путей, по которым к полистиролу можно присоединить гидр а чинные группы, так чтобы полипептидная цепь могла строиться от гйдразйн- ной части в затем при расщеплении образовывать гидразид. Какое преимущество имеет синтез пептида в виде гидразида?
— 11.11. В процессе синтеза с Использованием твердофазного метода было обнаружено, что в присутствии карбоновых кислот, дицептид валилпролин отшеПляется от полйсти- рольной смолы Показано, что продуктом расщепления является приведенное ниже со-
единение Напишите механизм, объясняющий отрыв днпоптида От смолы.
СН(СН3)2
— 11.12. Ранее для получения синтетического каучука смешивали при 50 °C следующие материалы в указанных ниже соотношениях (по массе):
Бутадиен 75Стирол 25Вода . .. . 180Бутадиен 75Стирол 25Вода . .. . 180Мыло.. . .5Додещмтиол 0,5Персульфат калия 0,3Мыло.. . .5Додещмтиол 0,5Персульфат калия 0,3
Бутадиен 75
Стирол 25
Вода . .. . 180
Бутадиен 75
Стирол 25
Вода . .. . 180
Мыло.. . .5
Додещмтиол 0,5
Персульфат калия 0,3
Мыло.. . .5
Додещмтиол 0,5
Персульфат калия 0,3
Какова роль каждого компонента в реакционной смеси?
— ПЛЗ. В олигонуклеотида ом синтезе в качестве О-защитной группы фосфатных связей используют 2-фенилтиоэсильную группу. Эта группа устойчива в различных условиях конденсации, однако легко удаляется при обработке сначала раствором перйодата, а затем 2 н. NaOH. Каков механизм легкого снятия этой группы?‘
— 11.14. Предложите механизм, который объясняет освобождение фосфатных групп из фосф оран илидов при действии а мил нитрита;’
— 11.15. Предложен метод твердофазного синтеза пептида, в котором остаток гистидина связан со смолой таким образом, что полипептилная иеиь может наращиваться и по амино-, и по карбоксильной труппам гистидина, прячем ни одна из этих групп со смолой непосредственно не связана. Последовательность реакций изображена ниже; Приведите уравнения, показывающие, какие реакции происходят на каждой стадии.
Вос-глицин ф- Xлорметилполистирол —► I
Et3N
1ф- 1,5-Ди фтор-2,4-ди нитробензо л —-—*■ П
II ф- Вос-гистидин —> Ш
III ф- н-Нитрофенилтрифторацетат —> IV
IV + Пролинамид —> V
V + Трифторуксусная кислота —> VI
VI ф- ПентахлорфенилпиррЬлидинон-2-карбокснлат-5 —► VII
VII ф- N-Метилморфолин —> VIII
VIII + НЗСН^ОН —> IX
— 11.16. Приведенные ниже ацетали при взаимодействии с протонными кислотами или кислотами Лыбиса образуют полимеры. Предложите структуры образующихся полимеров и механизм, по которому может происходить полимеризация.
' —11.17. Приведите структуры полимеров, которые могут образоваться из следующих ' мономеров. Напишите механизм, по которому можно ожидать протекания полимерн-
; задки.
— 11.18. Попытка использования ДМСО вместо пиридина в качестве растворителя для полимеризации тимидин-5'-фосфат а (3) под действием дициклогексил карбодиимида приводит к расщеплению нуклеотида с количественным выходом тимина. Объясните.
ЛИТЕРАТУРА К ЗАДАЧАМ
ГЛАВА 1
Е. D. Bergmann, D, Ginsburg, R. Рарро, Org React. 10, 179 (1959) [OP, 10, 181— 553 (1963)].
(а) Е, J. Corey, D. S. Watt, J Am. Chem. Soc. 95, 2302 (1973).
A. Wissner, J. Meinwdd, J. Org- Chem. 38, 1697 (1973),
(a) №. /. Gensler, P. H. Solomon, J. Org. Chern. 38, 1726 (1973).
(г) H- W. Whitlock, Jr., J. Am. Chem. Soc. 84, 3412 (1962).
J. A. .Martoa, J. D. Gettler, Can. J. Chem. 47, 1965 (1969).
C. R. Hauser, T. M, Harris, T. G. Ledford, J. Am. Chem. Soc. 81, 4099 (1959).
J. Fried, Heterocyclic Cmpounds, R. C Elderfield (ed.), V. 1, Wiley, New York, NY, 1950, pp. 358.. ,
R. C 1m par lai, ). Huet, J. Dreux, Bull, Soc. Chim. Fr., 2446, 2450 (1967).
fa) K. Wiesner, K. к. Chan, C. Demerson, Tetrahedron Lett., 2893 (1965)
С H Heathcock, R. A. Badger, J, №. Patterson, Jr^ 3. Airi. Chem. Soc. 89, 4133 (1967).
C. R. Hauser, №. R. Dunnacant, Org. Synth. 40. 38 (I960).
G. Cpits. H- Milderberger, H, Suhr, Justus Liebigs Ann, Chem. 649, 47 (1961).
VH A. S^iUio. A №oAamafsu, T. inode, J. Org. Chem. 26, 4868 (1961).
■i (<?) T 4 Speat er, R. R, Schmieget, R. L. Williamson, J, Am. Chem. Soc. 85, 3785 (19t>3)
(a) H. Fetter, A, Hirschfeld, E. D, Bergmann, Tetrahedron 24, Ц87 (1968).
A. Baradei, R. Longeray, J. Dreux, J, Doris. Bull. Soc, Ch‘m. Fr., 255 (1970).
H. H. Baer, K- S. Ong, Can, J. Chem. 46, 2511 (1068),
(a) A. Weifstein, K. Heusler, H. Ueberwasser; P. Wieland, Helv Chim. Acta 40, 323 (1957).
1.10. H. 0. House, M. 3. Umen, J. Org. Chem. 38, 1000 (1973).
. S. Masamune, J. Am. Chem. Soc. 86, 288 (1964).
E, J. Corey, M, Ohno, R. B, Mitra, P. 14. Vaiakencherry, J. Am. Chem. SoC. 86, 478 (1964).
(a) E. Wenkert, D. P. Strike J Org Chern. 27, 1883 (1962).
S. L Etheredge, J. Org- Chem. 31, 1990 (1966).
R. Deghenghi, R. Gaudry, Tetrahedron Lett-, 489 (1962).
P. A. Grieco, С, C. Pogonowski J Am. Chem. Soc. 95. 3071 (1973).
E, M. Kaiser, IF. G, Kenyon, C. R. Hauser, Org SyntTW, 559 (1973).
IF. G. Kofron, L. G. Wtdeman, J Org. Chem. 37, 555 (1972).
M. S. Newman, V. DeVries, R. Darlak, J. Org, Chem. 31, 2171 (i960)
H D. Zook, IF. L. Kelly, I. Y. Posey, J. Org, Chem.- 33, 3477 (1968).
M. E. Kuehne, J. Org. Chem. 35, 171 (1970).
ГЛАВА 2
A. J. Spcziale, D, E. Bissing, J. Am. Chem. Soc. 85, 3878 (1963).
Д. B. Woodward F. Sondheimer, D. Taub, K. Heusler, W. M. McLemore, J. Am.; Shem. Soc. 74, 4223 (19512).
(a) IF. A. Mosher, R. IF. Boeder, J. Org. Chem. 36, 1561 (1971). ,
T. Nozoe K. Takase, T: Nakazawa, S. Fukuda, Tetrahedron 27, 3357 (1971).
7. E. McMurry, T. E. Glass, Tetrahedron Lett., 2575 (1971).
D. J, Cram, A Langemann, F. Hauck, J. Am. Chem. Soc. 81, 5750 (1959). 25. T. T. Howarth, G. P. Murphy, T. M. Harris, J. Am. Chem, Soc 91, 517 (1969).
(a) M. IF. Rathke. D. F. Sullivan. J. Am. Chem. Soc. 95, 3050 (|973).
E. A Corey, H, Yamamoto, D: K. Herron, K- Achiwa, J. Am. Chem. Soc. 92, 6635 (1970).
E, L Corey, D. E. Cane, J. Org Chem 36, 3070 (1971).
E. IF. Yankee, D. J. Cram, J/Am Chem. Soc. 92, 6328 (1970),
IF. G; Dauben, C. D. Poulter, C. Suter, J. Am Chem. Soc. 92, 7408 (1970),
P. A. Grieco, K. Hiroi, J Chem. Soc. Chem. Commun., 1317 (19721.
T. Mukaiyama, M. Higo, H. Takei, Bull Chem. Soc. Jpn. 43, 2566 (1970).
L Vlattas, J. T. Harrison, L. T6kes, /. H. Fried, A. D. Cross, J. Org. Chem 33, 4176 (1068).
A. T. Nielsen, IF R. Carpenter, OTg Synth V, 288 (1973).
M.*L. Miles, T. M. Harris, C. R. Hauser, Org. Synth. V, 718 (1973).
G. Stork, S. D, Darling, I, T. Harrison, P. S. Wharton, J. Am. Chem. Soc. 84, 2018 (1962).
Cm. cc. [45—47], гл. 2. t
(e) IF, G. Dauben, J. Ipaktschi, J. Am Chem. Soc. 95, 5088 (1973).
T, J, Curphey, H. L. Kim, Telhrahedrotr Lett, 1441 (1968).
10. E. Vedefs, К A. J, Snoble, P, L. Fuchs, J. Org. Chem. 38, 1178 (1973).
К. P. Singh, L. Mandell,'Chem. Ber. 96, 2485 (1963).
(a) IF, S. Wadsworth, Jr., IF. D ErnmPns J. Am. Chem. Soc. 83, 1733 (I960).
D. Seyferth, S.,0. Gritn, T. 0. Read, J Am. Chem. Soc. 83, 1617 (1961).
M. Engelhardt, H Plieninger, P. Schreiber, Chem. Ber. 97, 1713 (1964).
K. IF. Rails, R, D. Partos, J, Am. Chem. Soc. 91, 6112 (1969).
2.13- £ E Schweizer, G. J. O’Neil. J Org. Chem. 30, 2082 (1965); E. E. Schweizer, J.
j Am Chem. Soc' 86, 2744 (1964).
2 14. 7. Adams, L. Hoffman. Jr., В M Trost, J Org. Chem. 35, 1600 (1970).
2.15, (a) G. Wittig, H.-D. Frommeld, Chem Ber 97, 3548 (Ю64).
R. J, Sundberg, P. A. Bukowick. F 0. Holcombe, j. Org. Chem. 32, 2938 (1967).
D. R. Howton. J. Org. Chem 10. 277 (1945).
(г) R. N. McDonald, T, W. Campbell, J Org Chem 24, 1969 (1959).
(df У. Chan, IF. IF. Epstein, Org Synth. 53, 48 (1973).
16. Al. P. Cooke, Jr., R. Goswami, J. Am. Chem Soc 95, 7891 (1973).
. P M. McCurry, Jr.. R. K- Singh, J Org. Chem 39, 2316 (1974).
К D Sears f). L Casebier, H. L. Hergert, G. H. Stout; L, 'E, McCandlish J. Org.
1 Chem. 39, 3244 (1974);
. t«) R. M. Coates, J. E. Shaw. J Am Chem Soc. 92. 5657 (I97Q).
K. Mitsuhashi, S. Shiatoni Chem. pharm Bull 18, 75 (1970).
220, G. Buchi, H.,Wiiest, Helv. Chim: Acta 54, 1767 (1971).
ГЛАВА 3
G. V. Smith,, R. ,L.-Burwell Jr, 3 Am. Chem. Soc-. 84, 925 (1962).
(a) H. IF. Thpmpson, J Org Chim. 36, 2577 (1971).
E. Piers, IF. de Waal, R, W. Britton, J. Am. Chem; Soc. 93, 5113 (1971).
G. V. Smith R. L. Burwell, Jr., J. Am. Chern. Soc. 84, 925 (1962).
D. J. Pasto J. A. Gontarz, J. Am. Chem. Soc. 93, 6902 (1971).
J. Fried, E. F. Sabo, J. Am. Chern. Soc. 79, 1130 (1957).
(a). H., C, Brown, M. Л7 Rogic, H. Nambu, M. IF, Rathke, J. Am. Chem. Soc., 91, 2147 (1969)^ H.C. Brown, H, Nambu, M. M. Regie, J. Am. Chem. Soc. 91, 6852 (1969).
H. C. Brown R. A. Coleman, J. Am. Chem. Soc. 91, 4606 (1969).
H. C. Brown, G. Г. Kabalka, 1 Am. Chem. Soc. 92, 714 (1970).
(a) G. Zweifel, R. P, Fisher, /. T. Snow, С, C. Whitney, J. Am- Chem. Soc. 93, 6309 (1971).
(5) H. C. Brown, Al. W. Rathke, J. Am. Chem. Soc. 89, 2738 (|967).
(e) H. C. Brown, M. M, Rogic, J. Ain, Chem- Soc. 91, 2146 (1969).
A. Petter, M. G.' Hutchings, K. Smith, Chem, Commun., 1048 (1971); H. C. Brown, B. A. Carlsort, R, H. Prager, J. Am. Chem. Stic. 93, 2070 (1971),
D. J, Pasto, С. C. Gumbo, J. Am. Chem. Soc.. 86, 4343 (1964).
10. D. L Pasto, I. A. Gontarz, J. Am. Chem. Soc. 93, 6902 (1971).
H. C. Brown, P. J. Geoghegan, Jr,, G. J. Lynch, J. T. Kurek, 1 Org. Chem. 37,
1941 (1972).
(a) E Kloster-Jensen; E. Kovats, A, Eschenmoser, E. Hellbronner, Helv, Chim. Acta, 39, 1051 '(1956).
P. N. Rao, J.Org. Chem. 36,2426 (1971).
IP. I, Fanta,IP. F. Erman, J.Org, Chem. 33, 1656 (1968).
W. E. Billups, J. H. Cross, С. V: Smith, J. Am. Chem. Soc. 95, 3438 (1973).
(a)J. Meinwald,J. К Crandall,J, Am. Chem’. Soc.88,1292 (1966).
H. Stetter, J,Gartner, ChemBer. 99, 925 (1966).
(s) IP. Barbieri, A, Gonsonni, R. Sctaky, J. Org. Chem, 33, 3544 (1968).
(а) P. E. Peterson, J. E. Duddey, J. Am. Chem. Soc. 85, 2865 (1963),
(d) L. A. Paquette, G. R. Krow, Tetrahedron Lett., 2139 (1968).
(a) K, Izawa T, Okuyama, T, Sakagami, T. Fueno, j. Am. Chem. Soc, 95 6752 (1973).
G. Stork, R. Borch, J. Am, Chern. Soc. 86, 935 (1964).
3-15. R. L. Burwell, Jr. Acc. Chem. Res. 2, 289 (.1969).
J, Hoot. D. M. Gunn, J. Am. Ch8m Soc. 91, 6195 (1969).
. (a) G. Zweifel, E T Snow. С. C Whitney, J. Am. Chem. Soc. 90, 7139 (1968).■
H. C. Brown, Al. M. Rogic, Л1, IP, Rathke, G. IP. Kabalka, J. Am. Chem. Soc 89, 5709 (1967).
A. Hassner, R. P, Hoblift, C. Heathcock, J. E, Kropp, AI. Lorber J. Am: Chem. Soc. 92, 1326 (1970),
G, Zweifel, а C. Whitney, J. Am. Chem Soc, 89, 2753 (1967).
G. Zweifel, R. P. Fisher, J. T. Snow, С. C. Whitney, J. Am. Chem. Soc. 93, 6309 (1971).
R. E. Ireland. P. Bey, Org Synth. 53, 63 0973).
G, Zweifel, R. P. Fisher, I. t. Sriow, С. C, Whitney.- J Am. Chem. Soc, 93, 6309 (1971).।,
6?) G, Zweifel, с. C. Whitney, J. Am. Chem. Soc. 89, 2753 (1967).
J. M. Jerkunica, T. G, Traylor, Org Synth 53, 94 (1973)., ,
(rc) G. Zweifel, H. C. Brown, Org. Synth. 52, 59 (1972),'
3.18 D, G. Garratt, A. Modro, К Oyama, G. H. Schmid, T. T. Tidwell K. Yates J Am. Chem. Soc. 96, 5295 (1974).,
ГЛАВА 4
№ W Parker, R. Ramage. R A. Raphael, J. Chem Soc., 1558 (1962), j (a) S. Yamamura, M. Toda, У. Hirata., Org. Synth, 53, 85 (1973).
4 2. В. C. Wigfield, D. J. Phelps, J Am Chem. Soc. 96, 543- (1974).
(a) E. J. Corey, T. К Schaaf, IP, Huber, U. Koelliker, N. M. Weinshenker, J Am. Chem. Soc. 92, 397 (1970),
(б) E. J. Coreu, R. Nоyori, Tetrahedron Lett. 311 (1970).
(e) R. F. Borch, Org. Synth, 52, 124 (1972).’
: (a) D. Scyferth, V. A. Mai, J. Am Chem. Soc.'92, 7412 (1970).’
(a) J. E Siggins, A. A, Larsen, I. H, Ackerman, C. D. Carabateas, Org. Synth 53 52 (1973).
W. Sucrow, Tetrahedron Lett . 4725 (1970).
P A. Grieco, J. Am, Cliem. Soc gi,'5660 (1969).
(a)RS Lenox, J A. Katzenellenbogen, J. Am. Chem, Soc. 95, 957 (1973).
V,BaFant, Al. Capka, M. Cerny, C. Chvalovsky, K. Kochtoefl, M.KrausIAfd-
lek, Tetrahedron Lett., 3303 (1968).
.(e)L.1. Zakharkin, I. M. Knorlina, Tetrahedron Lett., 619 (1962).
(a)5.Krishnamurthy, R. 'AL Schubert, H. C. Brown, J. Am. Chem.Soc. 95,8486
(1973).„.’'
(б) C. IP. Jefford, D Kirkpatrick, F. Delay, J Am. Chem. Soc. 94, 8905 (1972)
(s) J. San Filippo, Jr^ G. Af. Anderson, J, Org, Chem, 39, 47^ 11974^
(г) G, R. Wenzinger, Л A- Ors, J. Org Chem. 39, 3060 (1974).
(d) С, H. Heathcock R. A, Badger, J, IP. Patterson, Jr., J. Am. Chem, Soc. 89, 4133 (1967).
E, C. Ashby, J. P. Sevenair, F. R, Dobbs, J Org. Chem. 36, 197 (1971).
(a) G. Stork, IP. N. White, J. Am. Chem. Soc. 78, 4604 (1956).
(б) H. C. Brown, IP, C. Dickason, J, Am. Chem. Soc. 92, 709 (1970).
(e) D. Seyferth, H. Yamazaki, D. L. Aileston" J.^.Org. Chem. 28, 703 (1963).
(s) G. Stork, S. D. Darling, J. Am, Chem. Soc. 82," 1512 (1960).
R. 0. Hutchins, C. A. Milewski, В, E. Maryanoff, J. Am. Chem. Soc. 95, 3662
(1973).
fl. M Coates J. E. Shaw, J. Org. Chem. 35. 2597 (1970).
to) IP. C. Agosta, W. L. Schreiber, J. Am. Chem. Soc. 93, 3947 (1971).
(o) D. Taub, R.-D. Hoffsommer, С. H. Kuo, H. L. Slates, 2. S. Zelawski, N. L, Wendle? Chem. Commun., 1258 (1970).
(e) G. BUchi J. A. Carlson, J. E, Powell, jr., L.-F. Tietze, J. Am^Chem. Sqc, 92, 2165 (1970).
fl. Y. Johnson, M. A Priest, J. Am. Chem. Soc. 96, 5619 (1974).
(a) N. M. Yoon C. S, Рак, H. C. Brown, S. Krishnamurthy, T. P. Stocky, J. Org, Chem 38, 2786 (1973).
D. I. Dawson, R. E. Ireland, Tetrahedron Lett., 1899 (1968).
S
E. J. Corey H. Yaniumoto, J. Am- Chem. Soc. 92, 6636 (1970).
H. Kwart/R. A. Conley, J. Org. Chem. 38, 2011 (1973).
P. Kohn, R. H. Samaritano, L, M. Lerner, J. Am. Chem. Soc. 87, 5475 (1965).
D. J, Marshall, R, Deghenghi, Cao. J. Chem. 47, 3127 (1969),
G. R. Pettit, J. R. Dias, J. Org. Chem. 36, 3207 (1971),
N. M. Yoon C. S. Рак, И. C, Brown, S. Krishnamurthy, T. P. Stocky J. Org. Chem. 38, 2786 (1973).
№ IP. F. Johns, J. Org. Chem. 29, 1490 (1964).
fl. 0. Hutchins C, A. Mitewski, B. A. Maryanoff, J, Am. Chem. Soc. 95, 3662 (1973).
Af. J. Kernel, P. A. Thio, S, L Tan J. Org. Chem, 33, 3637 (1968),
) С. T, West, S. J. Donnelly, D. A. Kooistra, M. P. Doyle, j. Org. Chem. 38, 2675 (1973).
(н) M, R. Johnson, B. Rickborn, J. Org. Chem. 35, 104| (|970).
4 13. (a) 5. Iwaki S Manmo, T, Saito, M. Yamada, K. Katagiri, J. Am, Chem. Soc. 96, 7842'(1974).
R. E, Ireland, S. C. Welch, J. Am. Chem. Soc. 92, 7232 (19/0).
M. D, Soffer, M. A. Jevnik, J, Am. Chem. Soc. 77, 1003 (1955).
(г) E. J, Corey, D. S. Wait, J. Am. Chem. Soc. 95, 2303 (1973).
E. j. Corey, G. Moinet, J. Am Chem. Soc. 95, 6831 (1973).
С. T. West, S. J. Donnelly, D, A. Kooistra, M.-P. Doyle, J. Org. Chem. 38, 2675 (1973).
(a) U. T, Bhalerao, J. J. Plattner, H. Rapoport, J. Am. Chem. Soc. 92, 3429 (1970).
S. Takahashi, L. A. Cohen, J. Org. Chem. 35, 1505 (1970).
(a) F. A. Carey, D. H. Ball, E. Long, Jr., Qarbohydr. Res. 3, 205 (1966).
D. J, Cram, F. A, Abd Elhafez, J, Am. Chem. Soc. 74, 5828 (1952).
H. O. House, H. С. МйИег, C. G. Pitt, P. P. Wickham, J. Org, Chem. 28, 2407 (1963),
(z) J. Klein, E. Dnnkelhlnm, E. Eliel, У. Senda, Tetrahedron Lett., 6127 (1968)
G. R. Pettit, J. R. Dias, J. Org. Chem. 36, 3207 (1971).
(«) jV. J, Leonard S. Gelfand, J. Am. Chem. Soc. 77, 3272 (1955).
P. S. Wharton, D, H. Bohlen, J. Org. Chem. 26, 3615 (1961), IP, fl. Benn, R. M. Dodson J. Org, Chem. 29, 1142 (1964).
(a) G. Lardelli, O. Jeger, Helv. Chim. Acta 32, 1817 (1949).
(г) R. J. Petersen, P. S. Shell, Org. Snylh. V, 929 (1973).
4,18, (й) E. J. Corey, J. A. Katzenellenbogen, N. IP. Gilman, S. A. Roman, B, F. Erickson, J. Am. Cherii. Soc. 90, 5618 (1968).
A. IP. Burgstahler, L. R. Worden, J. Am. Chem. Soc. 83, 2587 (1961).
ГЛАВА 5
. (a) К Hafner, H; Kaiser, Org Synth. V, 1088 (|973).
D. Seyferth, J. Fogel, J. K. Heeren, J. Am. Chem. Soc, 88, 2207 (1966).
fl. A. Benkeser, F. J. Riel, J. Am. Chern. Soc. 73, 3472 (1951).
Г. E. Baldwin, G. A. Hofle, 0. W. Lever, Jr., J. Am. Chem. Soc. 96, 7125 (1974).
G, H. Posner, С. E Whitten, J. J. Sterling, J. Am. Chem. Soc. 95, 7788 (1973)'
D. J. Peterson, J. Am. Chem. Soc. 93, 4027 (1971).
R. S. Bly, R. L. Veazey, J. Am. Chem. Soc. 91, 4221 (1969).
(a) B. Af. Graybill, D. A. Shirley, J. Org. Chern 31, 1221 (1966).
S. Akiyama, I. Hooz, Tetrahedron Lett, 4115 (1973).
C. D. Broaddus, J. Org. Chem. 35, 10 .(1970).
_(c) D. A, Shirley, P. A. Roussel, J. Am, Chem. Soc. 75, 375 (1953).
К. Р. Klein, С. R. Hauser, 3. Org Chem. 32, 1479 (1967),
(ej D. Л Peterson, H. R. Hays, J. Org. Chern. 30, 1939 (1965).
5.3. (a) M, P, Dreyfuss, J. Org. Chern. 28, 3269 (1963).
P, J. Pearce, D. H! Rickards N. F Stilly, Org. Synth. 52, 19 (1972).
(e) U. Schdilkopf, H. Rappers, H.-/. Traenckner, IP, Pitteroff, Justus Liebigs Ann. Chem. 704, 120 (1967).
(г) J. V. Hay, T, M. Harris, Org. Syrith. 53, 56 (1973).
(dj E. L. Eitel, R. 0. Hutchins, M. Knoeber, Org. Snyth. 50, 38 (1970).
L С. H Hwa, H Sims, Org. Synth V, 608 (1973).
54. (aj C. R. Johnson, R. IP. Herr, D. M; Wieland, J. Org. Chem. 38, 4263 (1973).
E. J, Corey, P. L. Fuchs, J. Am. Chem. Soc. 94, 4014 (1972).
IP. G. Dauben, A. J. Kieibania, Jr., J. Am, Chem. Soc. 93, 7345 (1971).
(?) C. R. Johnson, G. A. Dutra J. Am. Chem. Soc. 95, 7777 (1973).
R. A. J. Smith, I. A. Spencer, J. Org. Cliem. 35, 3320 (1970).
H. 0. Housd, Af. J. Umen, J. Org. Chem, 38 3893 (1973).
P S. Shell, G. P, Bean, J. Am. Chem. Soc, 84, 4660 (1962).
E. C. Ashby, ), Laemntle, H, M. Neumann, J. Am. Chem. Soc. 93, 4601 (1971).
M. Newcomb, IP. I, Ford J. Am. Chem. Soc. 95, 7186 (1973).
R. IP. Herr, C. R. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 92, 4979 (1970).
G. Zon, L, A. Paquette, J. Am. Chem, Soc. 96, 215 (1974).
P. G, Gassman, G. R, Meyer, F. J. Williams, J. Am. Chem. Soc. 94, 7741 (1972) ;
P. G. Gassman, F. I. Williams, J./Am. Chem, Soc. 94, 7733 (1972).
R. K. Russell, R. E. Wingard, Jr., L. A. Paquette, J. Am. Chem. Soc. 96, 7483 (1974).
(a) E. O. Ficher, К Ofele, H. Essler, IP. Frohlich, J. P. Mortensen, W. Semmlinger, Chem. Ber. 91, 2763 (1958).
(5) R. Pettit, J, Am. Chem. Soc. 81, 1266 (1959).
(a) Af. Dubeck, A. H. Fitbey, J. Am. Chem. Soc. 83, 1257 (1961).
(г) АГ. P. Cooke, Jr. J. Am; Chem. Soc. 92, 6080 (1970).
(d) С. H. Wei, L. F. Dahl, J Am. Chen), Soc. 88, 1821 (1966).
(e) Af. F. Semmelhack, H. T. Hall, J. Am. Chem. Soc. 96, 7091 (1974).
Af. L. H. Green, P, L. Z Nagy, J. Organometat Chem. J, 58 (1963).
(а) Ё.J. Corey R. L.Carney, J. Am. Chem. Soc. 93,7318 (1971).
(6) IP.G. Dauben,G.Ahlgren, T. J. Leitereg, IP. C,Schwarzel, Af. Yoshioko, J Am.
Chem. Soc. 94, 8593 (1972).
(a) S.IP. Pelletier,5.Prabhakar, J. Am. Chem. Soc.90, 5318 (1988).
(г) E.J. Corey, D,E,Cane, L, Libit, J. Am. Chem.Soc. 93, 7016 (1971),
(d) R. D. Clark, H. C. Heathcock Tetrahedron Lett, 1713 (1974); F, 6, Dauben., J. IP. McFarland, I. B. Rogan: J. Org. Chem, 26, 297 (1961).
(a) E, J. Corey, C. U. Kim, R. H. K. Chen, M. Takeda, 3. Am. Chem. Soc. 84 4395 (1972).
J. A. Marchall, W. F. Huffman, J. A, Ruth, J. Am. Chem. Soc. 94, 4691 (1972), (e) L. Watts, J. D. Fitzpatrick, R. Pettit, J. Am. Chem. Soc. 88, 623 (1966).
(e) H. A, Whaley, J. Am. Chem. Soc. 93, 3767 (1971).
J. A. Marshall, IF. F. Huffman, J, A. Ruth, J. Am. Chem. Soc, 94, 4691 (1972).
Af. F. Semmelhack, P. Af. Helquist, Org. Snyth, 52, 115 (1972).
L, S. Hegedus, R. К Stioerson, J. Am. Chern. Soc.. 96, 3250 (1974),
G. D. Prestwick, J. N. Labooitz, J. Am. Chem. Soc. 96, 7103 (1974).
ГЛАВА 6
J, E. Baldwin, R. К Pinschmldt, Jr., J Am. Chem. Soc. 92, 5247 (1970).
H, E, Zimmerman. G. L Grunewald, R. M, Paufler Af. A. Sherwin J. Am Chem. Soc. 91, 2330 (1969).
(a, 6) J. A. Berson, M. Jones, Jr., J. Am. Chem. Soc, 86, 50)9 (1964).
G. Bilchi, J. E. Powell, Jr, J. Am. Chem. Soc. 89, 4559 (1967).
C. Сира-s, W, E. Walts, P. von R. Schleyer, Tetrahedron Lett., 2503 (1964).
,(д) T. C, Jain, S, P. Banks, J. E. McCloskey, Tetrahedron Lett, 841 (1970),
R. K. Hill, H- W. Gilman, Chem. Common.. 619 (1967).
3. J. Rhoads, J. M. Watson, J. Am. Chem. Soc. 93, 5813 (1971); S. J. Rhoads, C, F. Brandenburg, J, Am. Chem. Soc. 93, 5805 (1971),
D. A. Evans, C. A, Bryan, C. L. Sims, J. Am. Chem. Soc. 94, 2891 (1972).
С. H. Heathcock, R. A. Badger, J. Org. Chem. 37, 234 (1972),
(а) В В. Snider, J, Org. Chem. 38, 3961 (1973),
P. K. Freeman, D. M. Balls, D. J, Brown, J. Org, Chem. 33, 2211 (1968).
(e) 5 Danishefsky, T. Kitahara, J. Am. Chem. Soc. 96, 7807 (1974),
(?) IP. Dilthy, IP. Schommer, W. Haschen, IJ. Dierichs, Chem. Ber, 68, 1159 (1935)-.
B. D. Challand, H, Hikino, G. Komis, G. Lange, P, De Mayo J Org Chem 34.
794 (1969).'
H IP' Gsrhieetid, ,1. О Lee, H P. Meier, J. Org. Chem. 38, 2169 (1973),
H,-S. Ryang, K. Shima, H. Sakurai, J. Org Chem. 38, 2860 (|973).
IF. 7. Brady, F; H. Parry, HI, /. D.f Stockton, J. Org. Chem. 36, I486 (1971); IF. T. Brady, R. Roe, Jr., J. Am. Chern. Soc. 93, 1662 (1971).
J. A. Berson, S. S. Olin, J. Am. Chem. Soc. 91, 777 (1969).i
B. J. Arnold, S. M. Mellows, P. G. Sammes, T. W. Wallace. J. Chem, Soc. Perkin Trans. I, 401 (1974); S. /. Arnold, P. G. Sammes, T, W. Wallace, J. Chem. Soc. Perkin Trans, I, 409 (1974).
I. Wolinsky, p. B, Login; J. Org. Chem, 35, 3205 (1970).
Ы5. H. Gotthardi, P Huis gen, H 0. Bayer, J. Arn. Cheat. Soc. 92, 4340 (1970).
/?. J. McClure G. A. Sim, P. Coggon, А. T. McPhail. Chem. Commun., 128 (1970);
(a) R. A, Carboni, R. V. Lindsey, Jr,, J. Am. Chem. Soc. 81, 4342 (1959),
L. A. Carpino, J. Am. Chem. Soc. 84, 2196 (1962); 85,2144 (1963).
R. J. Crawlord, G, L. Erickson, J. Am. Chem. Soc. 89, 3907 (1967),
(a) T. J. Barton, £. Kline, J. Orga nometal. Chem, 42, C21 (1972).
С. H. Clapp, F. H. Westheimer, J. Am. Chem. S6c. 96, 6710 (1974).
D. Bichan, M. Winnik, Tetrahedron Lett., 3857 (1974).
(a) P. G. Gass man К. T. Mansfield, Org. Synth. V, 96 (1973).
E. L. Allred, J. C. Hinshaw, J. Am. Chem. Soc. 90, 6885 (1968).
C. D; Smith, Org. Snyth. 51, 133 (1971).
J. S. McKennis, L. Brener, L S. Ward, R. Pettit, J. Am. Chem. Soc, 93, 4957 (1971).
W- G. Dauben, F. G. Willey, Tetrahedron Lett., 893 (1962).
К. B. Wiberg, G. J. Burgmaier, P, Warner, L Am. Chem. Soc. 93, 246 (1971), 6.22. (a) D. J. Faulkner, M. R. Peterson, J. Am. Chem. Soc. 95, 553 (1973).
H. A. Le Bel, N. D. Gjha, J. R. Menke,'R. Z. N extend, J, Org. Chem. 37, 2896 (1972).
G. Buehl 'H. Wuest J. Am. Chem. Soc. 96, 7573 (1974).
C. A. Henrich, t. Schaub, J. B. Siddall, J. Am. Chem. Soc, 94, 5374 (1972), (df R, E. Ireland, R. H. Mueller, J, Am; Chem. So?. 94, 5897 (1972).
E. J. Corey, R, B„ Mitra; H. Uda, J. Am. Chem. Soc. 86, 485 (1964),
Z. E. McMurry, L. C. Blaszczak, J. Org. Chem. 39, 2217 (1974).
IF. Sucrose, Angew. Chem. InL Ed. Engl. 7, 629 (1968).
О. P. Vig, K- L Matta, I. Raj, J. Ind. Ghent. Soc. 41, 752 (1964).
IF. Nagato, S. Hirai, T. Okumura, K. Kawata, J, Am. Chem. Soc. 90, 1650 (1968).
И. C. House, J. Lubinkowski, J. J. Good, J. Org. Chem. 40, 86 (1975).
N. Shimizu, M. Ishjkawa, K- Ishikura, S. Nishida, J. Am. Chem. Soc. 96, 6456 (1974)’,
)?. Shag, R. Huisgen, Chem. Commun., 60 (1975).
IF. L. Howad N. B; Lorettc Org. Synth. V, 25 (1973),
(a) L F. Fieser, Org- Synth. V, 604 (1973).
(6) D. H. Miles, P. Loew, IF. S. Johnson, A. F. Kluge, J. Meinwald, Tetrahedron ‘ Lett, 3019 (1972).
(e) J. P. Marino, T. Kaneko, J. Org. Chem. 39, 3715 (1974),
L N. Mander, J, V, Turner, J, Org, Chem. 37, 2915 (1972).
ГЛАЗА 7
7.T, (бу E. C. Taylor, F. Kiehzle, R. L. Robey, A. McKUldp, J. Am. Chefti, Soc. 92, 2175 (1970).,.
(e) G. F. Hennion, S. F. de C. McLeese, J. Am. Chem; Stic, 64, 2421 (1942), '
(г) I. Koo, J. Am. Chem. Soc. 75, 1889 (1953).
(a) E, C. Taylor, F. Kienhle, R. L. Robey, А. МсКШор, J. D. Hunt, J, Дт. Chem, Soc. 93, 4845 (1971).
(e) G. A. Ropp, E. C. Coyner, Org. Synth. IV, 727 (1963) [СОП 4, 380 (1953)1.
G. P. Eiling, R. C. Hahn, G. Schwab, J. Am. Chem. Soc. 95,- 5659 (1973).
(a) R. J. Sundberg, D. E. Blackburn, J. Org. Chem. 34, 2799 (1969),
M. Rosenblum, J. Am. Chem. Soc. 82, 3796 (I960).
H. A- Bruson H. L. Plant J, Org. Chem. 32. 3356 (1967).
C. F. BemascotU, J. Am. Chem. Soc, 93,'6975 (1971).
R. Foster, C. A. Fyfe, J. Chem. Soc. B, 53 (1966).
J. C. Sheehan, G. D. Daves, Jr., J. Org. Chem. 30, 3247 (1965),
Ё. J. Corey, S. Barcza, G. Kloimann, J. Am. Chem, Soc. 91, 4782 (I96b);.
E. C. Taylor, F. K^nzls, R. L. Robey, A. McKillop, J. Am, Chem. Soc. 92, 2175 (1970).!
P. B. D, de la Mare О. M. H. el Dusouqui, I. G. Tillett, M. .Zellner, J. Chem. Soc 5306 (1964).
A. A. Khalaf, R. M; Roberts, J. Org. Chem. 36, 1040 (1971).
(a) I. H. Boyer, R. S. Buriks, Org. Synth. V, 1067 (1973).
(о) H. P. Schultz, Org. Synth. IV, 364 (1963); F. D. Gunstone, S H. Tucker ibid., p. 160 [СОП 4, 203, 532 (1953)].
(s) D. H. Hey, A). J, Perkins, Org. Synth. V, 51 (1973).
(г) K, Rorig, J. D. Johnston, R. W. Hamilton, T. J, TeUnski, Org, Synth IV, 576 (1963),
К- G. Rutherford, №. Redmond, Org. Snyth. V, 133 (1973).
M. M. Robison, B. L. Robison, Org, Synth, [V, 947 (1963).
A- Adams, W. Reifschneider, A. Ferretti, Org. Synth. V, 107 (1973).
3. (a) C. L. Perrtn/G. A. Skinner, J. Am. Chern, Soc. 93, 3389 (1971). "
A, A. Rosbi, J. F. Bonnett, J. Am. Chem. Soc. 94, 683 (1972).
(а) M. Jones, Jr., R. H. Levin, J. Am. Chern. Soc. 91, 6411 (1969).
(a) G. H. Cleland, Org. Synth. 51, J (1971).
(6) G. Smolins fey, J. Am. Chem; Soc. 82, 4717 (1960).
(aj J. T. Koo, Org. Synth. V, 550 (1973).
(г) A. В. Galun, A. Kaiir, Org; Synth. 48, 27 (1968).
(a) R. E. Ireland, C. A. Lipinski, C. J, Kowalski, J. IF. Tilley, P. M. Walba, J. Am. Chem. Soc. 96, 3333 (1974).
J. I. Korst, J. P, Johnston, K; Butler, E. J, Bianco, L. H. Conover, R. B. Woodward, J, Am. Chem, Soc. 90, 439 (1968) .
ГЛАВА 8
, (б) E. Schmitz, D. Habisch, A. Stark,, Angew. Chem. Ini. Ed, Engl. 2, 548 (1963). (ж) A- Breslo&, H.W. Chang, J. Am. Chem. Soc. 83, 2367 (1961).
to) P. A. Bartlett, TP. S, Johnson, J. Am. Chem. Soc. 95, 7501 (1973).
№. j. Baron, M. E. Hendrick, M. Jones, Jr. J. Am. Chem. Soc. 95, >6286 (1973).
C. D, Poulter, E. C. Friedrich, S. Winstein, J, Am. Chem. Soc. 91, 6892 (1969). *
D. M. Lemal. E. H. Banitt, Tetrahedron Lett,, 245 (1964).
(a) R. K- Hill P. A. Cullison, J. Am. Chem. Soc. 95, 2923 (1973).
(ft) R. Oda, C Ho, Mi Okano, Tetrahedron Lett,, 7 (1964).
R, A. Carboni, I. C. Kauer I. E. Castle, H. E. Simmons, J. Am. Chem. Soc. 89, 2618 (1967).
M. E. Peek, C. №. Rees, R. C. Storr, J. Chem. Soc. Perkin Trans. I, 1260 (1974). (d) K. Biemann, G. Buchi, В, H. Walker, J, Ain. Chem. Soc, 79, 5558 (1957).
J. A. Marshall, J. L, Bellellre, Tetrahedron Lett., 871 (1971).
L. A. Paquette, R. №. Houser, J. Am. Chem. Soc. 91, 3870 (1969).
D. C. Richardson, M. E. Hendrick, M. Jones, Jr., J. Am. Chem. Soc. 93, 3790 (1971).
J. C, Sheehan, U. Zoller, J. Org. Chem. 39, 3415 (1974).
J. E, McMurry, A, P. Coppolino, J. Org, Chem. 38, 2821 (1973). ■
L. A. Paquette, R. H. Meisinger, R, E. Wingard, Jr., J. Am. Chem. Soc. 95, 2230 (1973).
P. O. Shell, R. R, Engel, J. Am. Chem. Soc. 88, 3749 (1966).
P. L, Barldi, G. Berti, B. Macchia, L. Monti, J. Chem. Soc. C, 1168 (1970). ;
H. O. House, G. A. Frank, J. Org. Chem. 3ft 2948 (№65).
№. M. Jones, R. C. Joines, J. A. Myers, I. Mitsuhashi, К- E. Krajca, E, E. Waali, T. L. Davis, A, V. Turner, J. Am. Chem. Soc. 95, 826 (1973); G. G; Vander Stouw, A. R. Kraska, H. Schechter, j. Am. Chem. Soc. 94, 1655 (1972); P. Schissel, M, E. Kent, D. J. McAdoo, E. Hedaya, J. Am. Chem, Soc. 92, 2147 (1970); №. J. Baron M. Iones', Jr., P, P, Gaspar, J, Am. Chem. Soc. 92, 4739 (1970); Er Hedaya M. E. Kent, J. Am. Chem. Soc. 93, 3283 (1971).
О, M. Lemal К S'. Shim, Tetrahedron Lett., 3231 (1964).
G, Bachi, I. D. White, J. Am. Chem. Soc. 86, 2884 (1964).
(a) F. Fischer, D. E. Applequist, J. Org. Chem, 30, 2089 (1965),
(ft) B. Boyer, P. Pubreuii, G. Lamaty, J. P. Rogue, P. Genesie, Tetrahedron Lett., 2919 (1974).
(e) 5. Wlnstein, J. Sonnenberg, J. Am. Chem. Soc. 83, 3235 (1973).
(г) В. M, Trost, R. M. Cory, P. H. Scudder H. В. Ncuboid J. Am. Chem. Soc 95, 7813 (1973).
(a) E. J. Gorey, J; F. Arnett, G. M. Widlger, J. Am. Chem. Soc. 97, 430 (1975)
W. H. Staas, L. A. Spurlock, J. Org. Chem. 39, 3822 (1974).
P. G. Gassman, T. j. Atkins, J. Am. Chem. Soc. 94, 7748 (1972).
J. A. Marshall, Ji A. Ruth, J. Org. Chem, 39, 1971 (1974).
(S) К- P. Dastar, J. Am. Chem. Soc. 96, 2605 (1974).
A Hoffman, Org. Synth. V, 818 (1973).
(a) E. Ciganpk, J. Am. Chem. Soc. 93, 2207 (1971).
A4. Miyashita, A. Yoshikoshi, J. Am. Chem. Soc, 96, 1917 (1974).
M. J. Leonard, J. C. Coll, J, Am, Chem. Soc. 92, 6685 (1970).
С. P. Gutsche, H. R. Zandstra, J. Org. Chem.; 39, 324 (1974),
17. S let han, U. v. Gizycki, H. Musso, Tetrahedron Lett, 1477 (1965),
A. C. Cope, A. 5. Mehta, J. Am. Chem. Soc. 86, 1268 (1964).
E. I. Corey, Z. Arnold, J. Hutton, Tetrahedron Lett, 307 (1970).
E. J, Corey, M. Ohno, R. B. Mitra, P. A. Vatakencherry, J. Am, Chem, Soc 86, 478 (1964).
M. Ohno, M. Mar use, I. Terasawa, Org. Snyth. V, 266 (1973).
(к В. M. Jacobson, J. Am. Chem, Soc. 95, 2579 (1971).
E, IP, Warnhofi, С, M, Wong, W. T, Tai, J. Am, Chem. Soc, 90, 514 (1968).
ГЛАЗА 9
(a) F. Т. Smith, G. L. McLeod Org. Synth. IV, 345 (1963) (СОП, 4, 172 (1953).
L. F. Fieser, J. Szmuszkovicz, J. Am. Chern. Soc. 70, 3352 (1948).
F. Freeman, K- F! Arledge, J. Org. Chem. 37, 2656 (1972).
E. J, Corey, R. S. Glass, J. Am Chern. Soc. 89, 2600 (1967).
J, K. Crandall, L C. Crawley, Org. Synth. 53, 17 (1973).
T. Uematsu, R. J. Suhadotnik, J. Org. Chem. 33) 726 (1968).
C. S. Foote, R, TV. benny, J. Am, Chem. Soc. 93, 5162 (1971).
i?. Rickborn, S.-Y. Lwo, J. Org, Chem, 30, 2212 (1965).
(a) J. /. Platlner, R. D, Gless, .H, Rapoport, J; Am. Chem. Soc. 94,’8613 (1972).
R. N. Mir rington, K. 3 Schmalzl, J. Org, Chem. 37, 2877 (1972).
T. G. Clarke, N. A. Hampson, L. B. Lee, J. R. Morley B, Scanlon, Tetrahedron Lett, 5685 (1968).
(г) К. B. Sharpless,R. F. Lnuer, J Org. Chem. 39, 429 (1974); J. Am. Chem. Soc. 95, 2697 (1973),
(A) 7. F. Burnham, W. P. Duncan, E. J. Eisenbraun, G. F, Keen, M. C. Hamming, ■ J. Org. Chem. 39, 1416 (1974).
(a) A. Me Killop, A D. Hunt, F. Kienzie. E, Bigham, E. C, Taylor, J. Am. Chem. Soc. 95, 3635 (1973).
A. McKUtop В. P. Swann, E, C. Taylor, J. Am. Chem. Soc. 95, 3340 (1973).
I. E. Byrd, J. Halpern, J. Am. Chem. Soc. 95, 2586 (1973).
9 6. (a) H. C. Brown, 3. H. Kawakami, S, Ikegami, J. Am. Chem. Soc. 92, 6914 (1970). (бу T. Sakan, K. Abe, Tetrahedron Lett,, 2471 (1968).
K. J. Clark, G. L Fray, R. H. Jaeger, R. Robinson, Tetrahedron 6, 217 (1959).
(?) C. S. Foote, Acc. Chem. Res. 1, 104 (1968).
(t?) S. Moon, H. Bohm, J. Org. Chem. 37, 4338 (1972).
F. G, Dauben, D, A, Cox, J. Am. Chem. Soe. 85, 2130 (1963).
(a) R. B. Miller, R, D. Nash, J. Org. Chern. 38, 4424 (1973).
R, Grewe, J. Hinrichs, Chem, Ber. 97, 443 (1964).
F. Nagata, S. Hirai, K. Kuwata, T. Okumura, J. Am. Chem. Soc. 89, 5046
(a) ^. G. Dauben, M. Lorber, D. S. Fullerton, J, Org. Chem. 34, 3587 (1969).1
E. E. van Tamelen, M. Shamma. A. F Burgstahler, J. Wolinsky, R. Tamm, P. E. Aldrich, J. Am. Chem. Soc, 80, 5006 (1958),/
E. L EVrt. S. H Schroeter, T. J. Brttt, F; J. Biros, L-C. Richer, J. Am, Chem. Soc. 88, 3327 (1966).'.
(a) F. G. Bardwell, A, C. Knipe, J. Ant Chem. Soc. 93, 3416 (1971).
(5) C. S. Foote, S. Mazur. H. ,4. Burns, D. Lerdal, J.'Am, Chem. Soc. 95, 586 (1973).
(e) J, P, Marino, K. E.Pfi’tzner, R. A. Olafson, Tetrahedron 27, 4181 (1971).
H. Hart, L. R. Lerner, 3. Org. Chem. 32, 2669 (1967),
) F. H. Dennis, Jr., L. A. Hull, D. H. Rosenblatt, J. Org Chem. 32, 3783 (1967).' 9.10. E J. Corey, N. F. Gilman, B. F. Ganem, J Am. Chem. Soc. 90, 5616 (1968).
9 IL F. S. Trahanocsky, L R. Gilmore, P. G Heaton, J. Org, Chem. 38, iuO (1973).
12, (й) Г. A. Marshall, R. A. Ruden, J. Org. Chem. 36. 594 (1971),
(6f L A. Marshall, "О, M. Cohen, J. Org. Chem. 36, 877, (19711.
(S) A. C. Cope, S. Moon, С. H. Park. J. Am. Chem. Soc. M, 4H43 (1962).
(?) L. A. Paquette, J. H. Barrett, Org. Synth, V, 467 (1973).
(df /. V, Pauksielis, B. F Macharia, J. Org, Chem. 38, 646 (1973).
(it) F. S. Johnson, T. Li, C. A. Harbert, F. R. Bartlett, T. R. Herrin, B. Staskun D. H. Rich, J Am. Chem, Soc. 92, 4461 (1970); F. S. Johnson, M. F, Semmel- hack, M, V. S. Sultanbawa, L. A. Doiak. J. Ain Chem. Soc. 90, 2994 (1968)1.
E. J. Corey, J. A. Kaizenellenbogen, N. F. Gilman, S. A, Roman, B. F. Erickson, J Am. Chem. Soc. 99, 56)8 (1968).
D. 'Taub, R. D. Hoffsommer, С. H. Kuo, H. L, Slates, Z. S. Zelawski, N. L. Wendler, Chem. Common., 1258 (1970).
(cl /. F. Bagll, T. Bogri, R. Degherighi, Tetrahedron Lett, 465 (1966).
(A) D. Taub, R. D. Joffsommer, С. H. Kuo, H. L. Slates, Z. S. Zewlawski N. L. Wendler, Chem. Commun., 1258 (1970).(
(?) D P Strike, H. Smith, Tetrahedron Lett., 4393 (1970).
(ж) E, J. Corey, N. H. Andersen, R. M. Carlson, J. Paust, E. Vedefs, I Vtafias R. E. K. Winter, J. Am Chem. Soc, 90, 3245 (1968).
L. M, Stephenson, D. E. McClure, P. Sysak, J Am. Chem. Soc. 95, 7588 71973), 9.15. N. M. Hasty, D. R. Kearns, J. Am, Chem. Soc. 95, 3380 (1973).
К- B. Sharpless. R. F, Lauer, А У. Teranishi, J Am. Chem, Soc. 95, 6137 (1973)
D. P. Higley, R. F. Murray. J. Am. Chem, Soc 96, 3330 (1974).
R. Criegee, P. Gunther. Chem. Ber. 96, 1564 (1963),
A. P. Schaap, G. R. Paler, J Am. Chem. Soc. 95. 3,381 (1973).
J. D Albright, L. Goldman. J. Am, Chem. Soc. 89. 2416 (1967).
A. I. Whitworth, R. Ayoub, Y. Rousseau. S. FUszar, J Am, Chem Soc 91 7128 (1969),’
F, P. Keaueney, M. G. Berger, Jt J. Pappas^J Org. Chem. 32, 1537 (1967).
К- GoRnick, G. Schade, Tetrahedron Lett, 2335 (1966).
№. V. McConnell, №. H. Moore, J, Org. Chem. 28, 822 (1963).
E. E. Royals, J. C. Leffingwell, J. Org. Chem. 31, 1937 (1966).
M. Doyle,. R. L Swedo, 1. Rocek, J. Am. Chem. Soc. 95, 8352 (1973).
ГЛАВА 10
(a) D M. Simonovic, A, S. Rao, S. C. Bhattacharyya, Tetrahedron 19, 1061 (1963),
R. E, Ireland. L, N. Mander, J. Org. Chem. 32, 689 (1967).
G. Bilchi, №. D. MacLeod, Jr., J. Padilla O., J. Am. Chem, Soc. 86, 4438
(1964). 1
P. Doyle, I. /?- Maclean, №. Parker, R: A. Raphael, Proc. Chem. Soc., 239 (1963),
J. C, Sheehan, K- R. Henery-Logan, J. Am. Chem. Soc. 84, 2983 (1962).
E, J. Corey, M. Ohno, R. B. Mitra, P. A. Vatakencherry, J. Am. Chem. Soc. 86, (478 (1964).
(a) A. B. Smith, III, №. C. Agosta, J. Am. Chem. Soc. 96, 3289 (1974).
R. S. Cooke, U. H. Andrews, J. Am. Chem. Soc. 96, 2974 (1974).
i (a) L. A. Hulshof, H. Wynberg,'3. Am. Chem. Soc. 96, 2191 (1974),
(a) A P. Marino, T. Kaneko, J. Org. Chem. 39, 3175 (1974).
\a\ T. Hylton, V. Boekelheide, J. Am. Chem. Soc. 90, 6987 (1968).
B, №. Erickson, Org. Synth. 53, 189 (1973).
(a) H. Paulsen, V. Sinnwell, P. Stadler, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 11, 149 (1972).
S. Torii, K. Uneyama, M. Isihara, J. Org. Chem. 39, 3645 (1974).
(d) R. Noyorl, S. Makino T. Okita У. Hayakawa J. Org. Chem. 40, 806 (1975). 10.4. '(a) R. B. Miller, E. 5. Behare. J. Am. Chem. Soc. 96, 8102 (1974).
S. Iwaki S, Marumo, T. Saito, M. Yamada, K- Katagiri, J. Am. Chem. Soc. 96, 7842 (1974).
G. Bilchi, №. Hotheinz, U. К Paukstells J, Am, Chem. Soc. 91, 6473 (1969).
AL Brown, J. Org. Chem, 33, 162 (1968).
A. Eschenmoser, D. Felix, G. Ohloff, Helv. Chim, Acta, 50, 708 (1967).
(a) J. M. Harless, S. A. Monti, J. Am. Chem. Soc. 96, 4714 (1974).
P. E. Eaton, G. H. Temme, III, J. Am. Chem. Soc. 95, 7508 (1973).
(a) D. M. Lemal, J. P. Lokensgard, J. Am. Chem. Soc. 88, 5934 (1966).
(г) №. von E. Doering, В. M. Ferrier, E. T. fossel, J. H. Hartenstein, M. Jones, Jr., G, Klumpp, R. M. Rubin, M. Saunders, Tetrahedron 23, 3943 (1967).
(5) E. Voget, №. Klug, A Breuer, Org. Snyth; 54, 11 (1974).
(e) L. A. Paquette, J. S. Ward, J. Org. Chem. 37, 3569 (1972).
10.7. (a) L A. Marshall, A E Greene, J. 0rg_Chem. 36, 2035 (1971).
P. S. Wharton, C. • E. Sundin, D. №. Johnson, H. C, Kluender J, Org. Chem. 37, 34 (1972).
E J. Corey, B, №. Erickson, R. Noyorl, J. Am. Chem. Soc. 93, 1724,(1971).
(a) R, E Ireland, I A, Marshall, J. Org. Chem. 27, 1615 (1962).
’ (d) №. S. Johnson, I. / Brocksom, P. Loew, D. H. Rich, L, Werthemann, R. A, Arnold, T. Li, D J. Faulkner, 3. Ara. Chem. Soc. 92, 4463 (1970).
L. Birladeanu, T. Hanafusa, S, Winsfein, J. Am. Chem. Soc. 88, 2315 (1966);
T. Hanafusa, L. Birladeanu, S. Winsiein, J. Am. Chem. Soc. 87, 3510 (1965).
10 8. (a) E. H. White, F, McCapra, G. F. Field, J. Am. Chem. Soc, 85, 337 (1963).
E. J, Corey, S Nozoe, J. Am. Chem. Soc. 85, 3527 (1963).
(a) I?. Howe, F. J. McQuillin, J. Chem. Soc., 2423 (1955).
(г) J. R. Dyer, №. E. McGonigal, К- C. Rice, J. Am. Chem. Soc. 87, 654 (1965). 10.9. (a) Z. G. Hafos, D. R. Parrish, J. Org. Chem. 39, 1615 (1974).
L. Hub, H. S. Mosher, J. Org. Chem. 35, 3691 (1970).
S. Musierowicz, A. Wroblewski, H. Krawczyk, Tetrahedron Lett. 437 (1975). 10.10. (y S.phki, T. Nagasaka. Chem. Pharm. Bull. 19, 545 (1967).
A. Guyer, A. Bieler, E. Pedrazzetti, Helv. Chim. Acta 39, 423 (1956)
(fl) s F. Thames, H- C. Odom, Jr., J. Heterocycl. Chem, 3, 490 (1966).
(г) H. C. Beyerman, G. J. Heiszwolf, Red. Trav, Chim. Pays-Bas 84, 203 (1965).
(d) S. №. Pelletier. R. L. Chappell, S. Prabhakar, J. Am. Chem. Soc, 9,0, 2889 (1968); S. №. Pelletier. S. Prabhakar, J. Am. Chem. Soc. 90, 53)8 (1968).
(a), P. Doyle, /. R. MacLean, №. Parker, R, A. Raphael, Proc. Chem Soc ‘ 239 (1963).x
(як) M. Kato, H Kosugi, A. Yoshikoshi, Chem. Commun- 185 (1970).
A. I. Meyers, E. W Collington, J. Am. Chem. Soc. 92, 6676 (1970),
(a) I Fleming, Selected Organic Syntheses, Wilev, London,' 1973 p. 3—6- J E. McMurry, J Melton, J. Am. Chem. Soc. 93, Й309 (1971)’’’
R M Coates, J. E Shaw, J. Дт. Chem. Soc. 92^ 5657 (1970L
(a) W. S Johnson, T. I. Brocksom, p. Loew, D. H. Rich, L. Werthemann R. A. Arnold, T, Li, D. J. Faulkner, J. Am. Chem. Soc. 92, 4463 (1970)' E. E. van Tamelen, J. P. McCormick. J. Am. Chem Soc. 92, 737 (1970) > 5 Tanaka, H. Yamamoto, H. Nozaki, К. B. Sharpless, R. C. Michaelson J D Cut-
ting, J. Am. Chem.. Soc. 96, 5254 (1974)'; K. Imai, S. Marumo, K. Mori, J. Am. Chem. Soc. 96, 5925 (1974); D. Л Faulkner, M. R. Petersen, J. Am. Chem. Soc, 95, 553 (1973); J. A. Findlay, IF. D. MacKay, Chem. Commun., 733 (1969); H. Schulz, I, Sprung, Angew. Chem. Ini Ed. Engl. 8, 271 (1969); Д. Mori, B. Staila-Bourdillon, M. Ohki, M. Matsui, IF. S. Bowers, Tetrahedron 25, 1667 (1969); IF. S. Johnson, T. Li D. I. Faulkner, S. F. Campbell, J. Am. Chem. Soc, 90, 6225 (1968); R, ZurHuh, E. N. Wall, J. B. Siddall, A. Edwards, J. Am. Chem. Soc. 90, 6224 (1968); E. J. Corey, J. A. Katzenellenbogen, N. IF. Gilman, S. A. Roman, B. IF. Erickson,’J. Am. Chpm. Soc. 90, 5618 (1968); E. J. Corey, H. Yamamoto, D. K. Herron, K. Achiwa, J. Am. Chem. Soc. 92, 6635 (1970); Д. H. Dahm, В. M. Trost, H, Roller, J. Am. Chem. Soc, 89, 5292 (1967); P. Loew, (F. S. Johnson, J, Am. Cheri. Soc. 93, 3765 (1971).
J. H. Babler, D. 0. Olsen, IF. IL Arnold, J. Org. Chem. 39, 1656 (1974); R. J. Crawford, W. F. Erman, C. D. Broaddus, J. Am. Chem. Soc. 94, 4298 (1972).
E. J. Corey,<R, D. Balanson, J.,Am, Chem. Soc. 96, 6516 (1974).
J. L. Herrmann, M. H. Berger, R. H. Schlessinger, J. Am. Chem. Soc. 95, 7923 (1973).
R. F. Romanet R. H. Schlessinger J. Am. Chem. Soc. 96, 3701 (1974); Д. A. LeMahiea, M. Carson, R. IF. Rierstead, J. Org. Chem. 33, 3660 (1968); G. Buehl, D. Minster, I. C. F. Young, J. Am. Chem. Soc, 93, 4319 (1971).
E. J. Corey, M. Ohno, R. B. " Mitra, P; A. Vaiakencherry, J. Am. Chem.. Soc.
478 (1964).:
(a) H. M. Walborsky, T. Sugita, M. Ohno, T. Inouye, J. Am, Chem. Soc. 82, 5255 (1960).
H. M. Walborsky, L. Barash, T. C. Davis, J. Org. Chem. 26, 4778 (1961); Tetrahedron 19, 2333 (1963).
IF. S. Johnson C. A. Harbert R. D. Stipanovic, J. Am, Chem, Soc. 90, 5279 (1968).
Al. Mousseron, M. Motlsseron, J. Neyrolles, У. Beziat, Bull. Soc Chim. Fr., 1483 (1963); У, Beziat, M. Mousseron-Canei, Bull Soc, Chim, Fr., 1187 (1968),
MABA 11
B. IF. Erickson, R. B. Merrifield. J. Am. Chem. Soc. 95, 3757 (1973).
(a) P. Sieber, B. Iselin. Helv. Chim. Acta 51, 614 (1968).
M. Smith, D. H. Rammler, I. H. Goldberg, H. G. Rhorana, J. Am. Chem. Soc, 84,430 (1962).
P. G. Pietta P. Cavallo G. R. Marshall, J, Org. Chem. 36, 3966 (1971).
S. Wang R, ’B. Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 91, 6488 (1969); S.-S. Wang, J. Am. Chem. Soc. 95, 1328 (1973).
B.F.Gisin, R.B. Mbrrifield,J. Am. Chem. Soc. 94, 3102 (1972).
S.A.Narang,O. S. Bhanot, J. Goodchild, R. H. Wightman, S. Д. Dheer, J. Am.
Chem. Soc. 94, 6183 (1972).
E.OhtsUka, MUbasatea, M.Ikehara, J. Am. Chem. S'oc. 92, 5507 (1970).
J.D.Glass, I.L. Schwartz,R. Walter, J. Am. Chem. Soc. 94, 6209 (1972).
H. K. Hall,Jr., M. J. Steak, J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1J, 1035 (1973);
H. K. Hall, Jr,, L. J, Carr, R. Rellman, F. De Blauwe, j. Am. Chem. Soc. 96, 7265 — (1974), ।
(a) T. Saegusa, У. Kimura, K- Sanp, S. Kobayashi, Macromolecules 7, 546 (1974).
P. M. Hergenrother, Macromolecules, 7, 575 (1974).
K. Teranishi, M, Iida, T, Araki, S, Yamashita, H, Tani, Macromolecules 7, 421 (1974).
J. K- Stille, G. K. Koren, Macromolecules 5, 49 (1972).
К, E. Pfitzner, J, G. Moffatt, J. Aiji. Chem, Soc. 87, 5661 (1965).
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Систематические названия соединений даны в инвертированной форме по типу,применяемому в указателях Chemical Abstracts
Адамантанол-2 2-грет-бутил- 161 Адама нт а нон-2 161 адамантипнден- 354
Аденин 420, 421
Аденозин 425
Адипиновая кислота, диэтиловый диэфир 50, 70
Адренокортикотропин 4]9
Азиридин, 2,3-диметил- 208
Азометин-илнды 191
Азометины 25
Акриловая кислота
«-метил-, эфир 404, 409 нитрил 29, 404, 407, 409 « хлор-, нитрил 367 эфиры 373
метиловый 29, 190, 193, 221
этиловый 193
Акролеин 30; 161, 190
«-бром- 222
Активирующие группы 416—418
Алкены, получение, через и лиды 55—59
Алкилирование
борпроизводных 101—103
енолятов 15 с,
по С-атому 15 мл., 21 сл.
по О-атому 21 сл., 356, 365, 415, 416, 428
Фриделя — Крафтса 232—234
Аллен 104, 105
Аллилбромид 168
1,1-диметил- 105
1-фенил- 105
Аллил-катион
Аллиллитий 151
Аллиловый спирт 78
Аллилхлорид 155
Аллильная перегруппировка 167 л-Аллильиые комплексы. Альдегиды, получение
из карбоксипроизводных 121, 122 — нитросоединений 25 — олефинов 316, 327, 328
Альдегиды, получение
— спиртов 308—311, 313 конденсацией 38 с л.
через бор произ водные 101
— имиды 58
— магний произ водные 156, 157
— эпоксиды 62, 63
Альдоли 38 сл.
Альдольная конденсация 38 сл.
Алюминий органические соединения 176
Алюмогндриды 109, 110, 119 сл., 320, 321, 363
Амиды, получение, оксимеркурированием 85
Амины, получение
\ из амидов 120, 288, 289
— карбонильных соединений 123
— спиртов 362
через борпроизводные 98, 99
— магнийпроивводные 158
Анизол 138
4-иод-2-метокси- 231
2-метокси- 231
З-нитро-5-циано- 246
6-три цитр о- 260
Анилин 241, 244
N-ацетил- 237
2-бром- 244, 245
2-бром-4-метил- 244
ди -трет-бутал- 289
N.N-димети.ч- 229, 239
2,6-динитро- 244
2-метил- 245
4-нитро- 245
2,6-дииитро- 244 2-хлор- 244
Анионная полимеризация 407, 408
Антрацен 189, 249, 254, 255
дифенил-, пероксид 339
Ари.чдиазоиия соли 241—245, 252
Аромандрен 397
Арндта-Эйстерта метод 281
Асимметрические синтезы 370 сл.
Атактические полимеры 408
Ацетальдегид 70 а-фенил- 164
Ацетилацетон см. Пентандион-2,4
Ацетилен 106, 150
дифенил- 227
дициано- 189, 191
Ацетилендикарбоновая кислота, диметиловый диэфир 189, 190, 194, 224
Ацетильная защита 359, 422, 428 трифтор- 363, 413 трихлор- 363
Ацетон восстановление 133, 135 енолят 253 конденсации 39, 40, 48, 52 рК 10
Ацетон (производные)
,1-бром- 103 1-литро- 10 1-фенил- 34, 45, 252, 253 1-циклопропил- 20*1
Ацетоуксусная кислота эфир метиловый 18 — этиловый 9—11, 15, 47, 51
Ацетоуксусный эфир см. Ацетоуксусная Кислота, этиловый эфир
Ацетофенон 198 галогенирование 93 восстановление 146 конденсации 4.8, 63 окисление 335 синтез! 106
Ацетофенон (производные)' а-бром- 103 4-иод- 171 4-диметиламнно- 246 а,а-дифенил- 22 а-фенил- 331, 332 4-фтор- 246 4-циано- 146
Ацилирование по С-атому 49 ел. по М-атому 414, 415, 428 по О-атому 358—360, 422, 426—428 Фриделя — Крафтса 232, 235—237
Ацилоиновая конденсация 135
Байера-Виллигера окисление 333, 334
Бекмана перегруппировка 285, 285 Белки 413 сл.
Бензальдегид
конденсации 40, 44, 47, 56, 60, 63, 66, 70, 161
металлирование 261 циклоприсоединение 201
Бензальдегид (производные)
Бензальдегид (производные) 3-гидр окси- 244 4-гидроксн-З-метокси- 136 4-диметиламино- 47, 56 2-метил- 223 4-мети)1- 239 : 3-нитро- 47 4-нитро- 60 2,4,6-триметил- 239 3-хлор- 66, 244
Бензидин 245 3,3-димстил- 244
Бензил- 227
Бензиллитий 155
Бензилцатрий 153
Бензилоксикар бон ильная защита 76, 361 414, 419 2,4-дихлор- 351
Бензильная защита 358 Бензин см. Дегидробевзол Бензоильная защита; 359, 422, 428 Бензоин 332 дезокси- 331, 332
Бензойная кислота 229, 251, 261 2-амино- 248, 250 3-амицо-2,4,6-трибром- 244 3,5-ди-трет-бутил- 289 2-иод-, эфир 171, 251 2,4,6-трибром- 244 2-хлор- 342 этиловый эфир 50
Бензол алкилирование 232, 234, 238 ацилирование 235, 236 галогенирование 230 металлирование 240 реакции Дильса —Альдера 191 — с диазосоединениями 275, 276 хлорметилирование 237
Бензол (производные) амино- см. Анилин бром- 236, 250, 253, 254 1-бром-2-иод- 244 1-бром-2-ннтро- 171 Ьбром-4-ннтро- 246 1-бром-З-трихлорметил- 132 1-бром-2-фтор- 245, 249, 250 1-бром-2-хлор- 244 1-бром-4-циаио- 169 трег-бутокси- 250 гскеафенйл- 227 гидрокси- см. Фенол 1,3-дибутил- 170 дилитий- 151, 154 диметил- см. Ксилолы 1,4 -ди нитро- 245 1,3-динитро-4-хлор- 246 1,3-динитро-5-циано- 246
Бензол (производные) 1,3-дихлор- 170 изопропил- см. Кумол изоциаио- 261 иод- 167 1-иод-3,5-ДИтрифторметил- 171 1-иод-4-нитро- 246 1-иод-2,3.5,6-тетраметил- 231 магнийбромид- 149, 150 метил- см. Толуол
1 -метил-4-(пропил-2) - см. я-Цимол метокси- см. Анизол натрий- 153, 154 нитро- 232
1-нитро-4-фтор- 246
I-нитро-2- хлор- 171, 246 l-HHTpo-4-хлор- 246
,пропил-2- см. Кумол 1,2,4,5-тстраметИл- 261 2,4,6-трибром- 244 триметил- см. Мезитиле и. 1,3,5-тринитро- 260 трифторметил- 132 фтор- 231 1-фтор-2-хлор- 231 1-фтор-3-хлор- 231 хлор- 134, 154, 238, 247 Бензофенон 40, 56, 67, 70, 198, 201 гидразон 136 2-метил- 182 ■
Бензохинон 189, 314 Бифенил 251—253 2-амино- 245 4-бром- 253 4,4/-диамипо- см. Бензидин 3,3'-диметил- 244 4,4'-диметил- 170 2,2'-двнитро- 171 4,4'-дифтор- 245 4,4'-дидиа но- 169 2-иод- 171 3-нитрО- 253 2-нитро-3-,5'-днтрифторметил- 171 октафенил- 222 трифторметил- 253 4-хлор- 253
Би фенилен 259
Бициклобутап, триметил- 182 Бицнкло[3.1.0]гексеп-2 81 Бицикло [2.2.1] гепта диенрн-7 208, 209 Бидикло [2.2,1] гептанон-2 1^4, 125 1,7,7-три мети л- 125
Бицикло[2.2Л]гептен-2 он-7 209 Бицикло [2.2.2] октец-2 372 Бицикло[2.1.0]пентен-2 221 Блок-полимеризация 404, 412 Борабицшмо [3.3.1] нонан 96, 101
Борогидриды 94 сл., 108, 109, 116, 119, 122 сл., 242, 320, 321, 363, 372 сл.
Борорганические соединения 176
Брадикинин 419
Буво-Блана восстановление 134
а-Бурбонен 398
Бутадиен-1,2, 1-фенил- 117
Бу та диен-1,3
галогенирование 90 полимеризация 407, 452 циклоприсоединение 186, 188, 190 Бутадиец-1,3 (производные)
2-трет-бутил- 188
2,3-ди-трег-бутил- 188
2,3-диметил- 188, 190
1,4-дифе1ШЛ- 169
2-метйл см. Изопрен
2-метил-3-метокси- 203, 225
1-фенил- 117
Бутан
1 бром-151
1,2-длбрОм-2,3-диметил- 260
2,3-дибром-2,3-диметйл- 260
литий- 152, 154
2-метил- 280
натрий- 153
Бутаналь 45, 46, 48, 70
2-фенил- 361
Бутандиол-2,3, 2,3-диметил- 291
Б у тандион-1,3, 1-фенил 10
Бутандион-2,3 198, 223, 329
Бутановая кислота, 3-метял- см. Изова- лериановая кислота
Бута нол-1
3,3-диметил- 85
4-фенил- 234
Бутанол-2 98
1-бром-2,3,3-трнметил- 89
3,3-диметил- 85
Бутаноц-2 34, 44, 47
3,3-диметил- 291, 338
4-диметнламИнО^ 42
3-метил- 28, 40
-фенил- 11
4-пиклбпецтил- 101
Бутен-1
галогенирование 86, 108
гидроборирование 95 оксимсркурированне 84 Бутец-1 (производные)
2,3-диметил- 101, 273, 323, 372
3,3-диметил- 80, 83, 85, 406
1,2-дихлор- 108
З-магнинбррмид- 162
4-магнийбромид- 162
2-мстил- 55, '96, 266, 372
2,3,3-триметйл- 89
-фецил-3-хлор- 117.
генирование 86
оборирование 372 1огалогеинрование 80, 81 тонизация 303 (меркурирозаппе 83, 84
<ция с ди азосо единения ми 273
(производные)
-диметц л- 87, 341
ишибромид- 162
-2-аль 224
,-1-ои-З 399
дроборировавие 101
1нденсации 34, 41, 42
(МОприсоединение 70, 190 двнмлозый эфир 193
Бутильная защита 358; 415, 416 ш-1 108
т-2, гексафтор- 189, 191
Бутокси карбонильная защита 415, 419, 431
перилловая кислота, эфир 50 лилпролин 452
льсмейера-Хаака реакция 238 тилаиетат 404, 409 1ННЛЛИТНЙ 151 тилметиловый эфир 366 ннилметилсульфон 189 инилхлорид 404, 409 ниилэтиловый эфир 357 штанин Вц 392 Зиттига реакция 54 с л.
внедрения реакции 255—257
Зольфа-Кижнера реакция 137
Зальфа перегруппировка 281, 282
Восстановлен не
злюмогидридами 109, ПО, И9 сл., 320, 321, 363
борогидридами 94 сл,, 108, 109, 116, 119, 122 сл., 242, 320, 321, 363, 372- сл.
водородом 72 ел., 107 карбонильных соединений 119 сл. растворяющим йен металлами 133 сл. Вюрца реакция 154
Галогенирование алкинов 108 ароматических соединений 230—232 - кетонов 92, 93 олефинов 79 сл, 86 сл., 266
Галогенпронэводные, получение г из алкенов 164 — алкинов 108
—' ароматических соединений 230— 232
Галоген производные, получен нс*
из карбоновых кислот 330
— олефинов79 ел., 86 сл , 104,105,266
через борнроизводные 99
— диаз осоедино пи я 242, 243
— магнийпррпзводвые 164
' Гексадяен-1,3, 5,5-днметвд- 187
Гскеаднен-1,5 206
Гексадиен-2,4 186, 209
диметил- 353
Гексаналь 164
4-метил- 101
2-этил- 164
Гексановая кислота см. КапронЬвая кис* лота
Гексанод-1 96
Гекса иол-2 85, 96 *
Гексанон-Й 106-
4-метил- 101
Гексен-i 1
галогенирование 106, 116, 118
гидратация 106
гидрирование 115
гидроборирование 96
оксимеркурировайне 85
Гексен,-2 115
Гексен-3 106, 372
5,5-тетра метил- 88
3-циано- ПО
Гексин-1 106, 108,
Гексин-3 106, ПО
Гельмиктоспораль 399-г
Гептадиен-2,5 223
Гептан 276
Гептаналь 310
Гептанол-1 310
Гептанол-4, 4-(бутил-2) -Дб-диметил- 100
Гептанон-2 133 ,
Гевтафульвален 304
Гептен 193
Гидразидная защита 418
Гидратация 82, 83
Гидрирование 72 ел., 107
гомогенное 77
Гидроборирование 94 сл., 1Q8, 109, 116, 119 сл., 242, 320, 321, 363, -372 сл.
Гидрегалогенпропав не 79—82, 104
Гидрогенолиз 74
Гидроксиметилепироизводные 53
Гильберта-Джонсона метод 423
Гистидин 432
Глицерин 413
Глутаровая кислота, 2,3-днфенил-, эфир
34
Гофман а перегруппировка 288
Гриньяра реактивы 149 сл., 170, 371, 467
Гуанин 420, 421
Гуанозин 425}
Дарзана реакция 62
ДДТ 238
Дегидробензол 247—250, 261
Дезокси бензоин 331, 332
Дезоксирибоза 420
Декалин 342
Декалиндиол-2,3, 2,3-диметил- 319
Декалинди о л-9,10 329
Декалон 13, 303, 304, 332
Декан, 1-иод- 128
Джонса реактив 309
Диазипины 268, 269
Дназб^-гтан 267, 275, 276, 365
Диазосоедннення 103, 267—269, 271, 273—275
Диазоуксусная кислота, эфир 103
Диенофилы 189
Диимнд 78
'Дикмана конденсация 51
Дильса-Альдера реакция 186 сл., 373, 374
Диметилмагний 161
Диметилоксосульфония мети лид 59—61
Диметилсульфоксид -53
Диметилсульфон 54
Диметилсульфоння метилид 59—61
Диметилформамцд 19, 20
Диоксетаны 338
ДнОксоланы 363, 364
Днполярофилы 191
Диспалур 397
1,3-Дитианы 366
Дифенилфосфорнлазид 418
Днциклогексилкарбодиимнд 359, 417, 419, 426
Дициклогексилкетон 100
ДНК 420, 421
Енамины 66 сл.
Еноляты 9 сл., 49 сл.
Железоорганические соединения 174— 176
«Живучесть» полимеров 408, 412
Замещение
ароматическое 228 сл.
нуклеофильное 241 сл.
радикальное 251—255
электрофильное 92—94, 228 сл.
З^ндмейера реакция 243
Защитные группы (Защиты) 356 сл., 422 сл.
Золотоорганические соединения 176
Изобутен (Изобутилен) см. Пропен, 2- метил-
Изовалериановая кислота, эфир 50
Изоксазолы 417, 419
Изомасляная кислота 41
эфир 66
Изо масляный альдегид см. Пр опа наль, 2-метил-
Изопрен 89, 409
3-метокси- 203, 225
Изонропили деиовая защита 358, 359
Изотактические полимеры 410
Изотелекин 396
Ицидазолидная защита 359
Имины 25 ,
Инданон, 2,2,3,3-тетраметил- 260
Инициирование 403
Инсулин 414, 419
Иоцича реакция 150
Кадмийорганические соединения 162
Канниццаро реакция 130
Капролактам 411
Капроновая кислота, эфир 24, 52
Карбазол 280
Карбанионы 9
Карбен 265, 275
дибром- 265, 266
диметокси- 266
дифтор- 265
дихлор- 265, 266, 270, 271
карбэтокси- 276
фенил- 278
хлор- 270
Карбениевые ионЫ 264
Карбеноиды 264, 269
Карбены 264 сл.
Карбо бенз окси-защита 76, 361, 414, 419
2,4-дихлор- 351
Карбониевые ионы 264
Карбонилирование борпроизводных 100,
101
Карбоновые кислоты, получение из карбонильных соединений 333, 336 — олефинов 328
—спиртов 308
— углеводородов 342
через алюмопроизводные 109
— магний произ водные Г57, 158
Кариофиллен 385, 386
Катионная полимеризация 404—406, 410
Кетены 195-197, 367
КеТоны, получение
алкилированием 15—18, 27—30
из алкинов 106
— олефинов 316, 323, 327
— спиртов 308—314
конденсацией 40 сл,
через борпроизводиые 100, 101, 109
Кетоны, получение * через диазопроизводиые 292—294 — кадмийпроизводиые 162 — литийпроизводные 161, 366 — магвийнроизводдые 158 — медьпроизводные 166
Кинетический контроль И, 13 Клемменсена восстановление 136 Кляйзена перегруппировка 202—206 Кляйзена-Шмид га конденсация 43 Кневенагеля конденсация 45—47 Конденсирующие агенты 417, 419, 426— 428
Конессип 68
Координационная полимеризация 402, 408, 410
Коричная кислота а-Дензил-, нитрил 182 4-нитро- 78
Коричный альдегид 311
Коупа перегруппировка 206, 207‘
-Крама правило 371
Кротоновая кислота, эфиры 159, 193 1,2-Ксилол, бром- 231 1,3-Ксилол 241
Ксилол 229, 233, 236
иод- 2^2 нитро- 229 Кумол 152, 232 Курциуса перегруппировка 286 Кучерова реакция 106
Ланостерин (Ланостерол) 296
Лизин 49, 418, 431
Лимонен 355, 380
Линдлара катализатор 107
Линейные синтезы 376
Лиги Пор панические соединения -151— 155, 161, 162, 181, 270, 271, 366, 407
Магнийорганнческие соединения 149 сл., 170, 371, 407
Макромолекул синтезы 402 сл.
Малеиновая кислота 86
диэфир 193
Малеиновый ангидрид 187—189, 209, 223, 413 •
Малоновая кислота 46, 47 бензоил-, диэфир 51, 52 бутил-, диэфир 19 диэтиловый диэфир алкилирование 15, 16, 29 анион 9 конденсации 47, 51, 52 рк 10
Малоновый эфир см. Малоновая кислота, диэтиловый лиэфнр
Манниха реакция 47—49
Марганец органа легкие соединения 175
Марковникова правило 79
Масляная кислота
2-бром-, эфир 63
2-мети л- 182
4-фенил- 237
эфир 34, 50
Масляный альдегид см. Бутаналь
Медьорганические соединения 160, 165 сл,
Меервейна ацилирование 25
Меервейна - Понндорфа - Вер леяреакция
370
Мезитилен 239
МеЗитшсульфонилхлорид 426
Мейзенгеймера комплексы 245
Ментол 399
Меррифилда метод 418—420, 432
Метакриловая кислота, эфир 404, 409
Металлирование электрофильное 240, 241
Металлорганические соединения 149 сл., 240, 241
- с к-связями 173—17?
Металлы растворяющиеся, как восстановители 133 сл.
Метан
трет-бутилфенил- диазо- 267, 275, 276, 365 диазодифеннл- 302
диазодициано- 275
диазо (толил) - 304
диазо (циклопентен-3-ил)- 304
динитро- 10
ди(фенил)циано- 15
дициано- 10
лнтий- 161
литийтри фенил- 12 магнийбромид- 149, 161
нитро- 10, 45, 47
три фенил- 10
трнфеннлхлор- 358
фенилциано- 25, 229
хлорциано- 103, 122
циано- 10
Метанол
фенил- 311
циклопропил- 311
Метансульфонилхлорид 426
Метилаинилкетон см. Бутен-1-он-З
Метилен см. Карбен
Метилмагнийбромид 149, 161
Метилпропен-2-иловый эфир 357
Михаэля реакция 30, 34, 47, 48
Муравьиная кислота, эфир 52
Найлон 409, 411, 43
Натрийорганические соединения 153, 154, 407
Нафталин 134, 189, 239, ,254
2-ацетил-б-метокси- 237
1-бром- 128
2-бром- 251 декагидро- см. Декалин 2,3-диметил- 342 1-литий-8-метокси- 152 2-литий-1-метокси- 152 1-метокси-' 152 2-метокси-" 237 натрий- 407
окта гидр о- см. О ста л ин сульфо- 254
тетрагидро- см. Тетралин
1,2,3,4-тетр а мсти л- 189
1-хЯорметил- 239
2-циацо- 251
2-этокси- 134, 239
Нафталин-2,3-дикарбоновая кислота 342 Нафтил изоцианатная защита 428 Нафтол-1 1341 Нафтол-2 23
Неопентиловый спирт 306 1
Никельоргапические соединения 168- 170, 175
Нитреноиды 264
Нитрены 264, 279, 280
Нитрил-имиды 191 Нитрил-оксйды 191 Нитрилы, лол уч сине, алкилированием 15, 16, 25
Нитрование ароматических соединений 228 сл.
Нитроновы^ кислоты 25 НиТроцы 181
Нопапон-2 13
Нопапон-5 100
Норбориан 168,,
2-гидроксиметил- 100 2,2-диметл-З-метилсН- 97 магнийбромид- 153 2-метилен- 85
Норборнен
гидроборирование 97, 372 гидрогалогенирование 81 окисление 3J5, 317, 340 циклоприсоединение 193, 194,201,273
Норборпеи (производные), 2,3-Д|1метил-73 Нуклеозиды 420—425 Нуклеотиды 426—428
Нуклеофильное замещение 241 с л.
Нуклеофилы
амбидентные 21 углеродные 9 с л.
Обрыв цепи 403
Озонолиз 312, 325—328, 354
Окисление 308 ел.
с использованием гипогалитов 336
— — кислорода 334, 335, 339, 340, 351,353,354
— озона 312, 325—328, 354
— — перйодатов 324, 328, 329
пероксидов 316 ел., 331, 333—
335
—' — производных
Ag 333
Се 351
Cv(Vl) 313, 336, 324, 331, 333, 338, 342, 350, 355
Мп 314, 324, 331, 333, 341
Мо 332, 333, 351
Ss 315
Pb(lV) 329—331, 333, 342, 343
S 312, 313, 354
Se 335, 339, 340
Оксазины, дигидро- 28
Оксазолины 364, 373, 374
1,3-Оксатноланы 363, 364
Оксетавы 198, 201 .
Оксимеркурирование 83 сл.
Оксиран 72, 408, 409
производные 69—63, 316 с., 410
Оксирены 281
Окситоцин 419
Окталин 73, 115
Октаи
2-бром- 128
2,2-диметил- 170
Октаналь, 6-метйл- 310
Октен-4 342
Олефины, получение
' из кетонов 277, 278
— спиртов 158
при циклореверсии 214—218
через ймиды55 сл.
— магнийпроизводньте 158
— S-производные 93, 94
Оловоорганические соединения 132, 133
Оппенауера окисление 313
Орселиновая кислота 67
ПалладийорганическИе соединения 240
Патерно-Бюхи реакция 201
Пента диен-1,3 116, 187, 188
4-мстил- 188
Пептадиен-1,4 168
2,4-диметил- 102
Пентен 76
2-магниЙбрбмид- 17с
Пен тан аль, 2-этнл- 47
Пснтандион-2,4 10, 15, 18
Пентановая кислота см. Валериановая
кислота.
Пентанол-2 85
3-фенил- 371, Пентанол-3 85, 182 Пентанон-2
4,4 -дим отв л-5- нитро- 34
З-метил- 13
Пецтанон-3, 2,4-диметнл- 159
Пентен-1 74, 84
2,4,4-трнметял- 306
5-хлор- 83
Пещен-2 74, 84, 85, 372
2,4 -диметил- 95
4,4-диметил- 85
2-метил- 84, 342
4-метил- 95, 96■,
Пентен-2-он-4 101, 166
Пентин-1 108, 110
Пептидный синтез 413—420
Перегруппировки см. по Именам исследователей или по Предмету перегруппировки
Переключение связей 171—173'
Перенос цепи 404
Пнцако л оно вая перегруппировка 291— 293
Пипа коли мы 291
Пинаколоиы 291
Пипаколы 135, 291
Пинаконы 135, 291 1
Пинен 372, 399
Пиперидин, 4-хлор- 291
Пиразолины 213, 2(4, 224
Пиран, Ди гидр о- 257
Пиранильная защита, теграгндро- 357
Пиридин
гексагидро- см. Пиперидин
2-метил- 152, 342
Пиридин-З-карбоновая кислота, эфиры 50
Пиропы 34, 221
Пиррол 182
производные 120, 121, 182, 208 (
Пла тина органические соединения 174 Полиакрилонитрил 409 ■ Полиамиды 411
По ли винилацетат 409
Поливинилхлорид 409
Полиизобутилен 409
Полиизопрен 409
Поликонденсация 402, 410 сл.
Пол и мер из анионные процессы 402 сл.
Полв (мети лметакри л ат) 409 Полинуклеотиды 420 сл.
Полипептиды 413 сл.
Полипропилен 409
Полистирол 409, 419, 432
Политетрафторэтилен 409
Полиуретаны 410, 411, 431
Полихлоропрен 409
Полиэтилен 4(19
По ли этилен оке ид 409
Полиэфиры 409, 411
Присоединения реакции 38 сл., 72 сл., 185 сл.
Пролин 365, 399
гидрокси- 78
Пропан
2-бром- 225
ди метоксн- 359
1-хлор-З-циано- 15
Пропаналь 310
2-мётил- 70
Пропановая кислота см. Пропионовая кислота :
Пропанол-1
2-бром-1 -фенил- 89
3-фенил- 234
Пропен 82, 409 }
2-ацетоксн- 224
2-метил- 82, 87, 114, 266, 405, 409, 416
3,3,3-трифенил- 88 З-цнклогексил- 168
Пропеноксид см. Оксиран
Пропан, 1-фенил- 108
Пропионовая кислота 106
фенил-, эфиры 34
Пропионитрил, 2,3,3-трйфеиил- 34
Пропионовая кислота 310
2-метил- 41
эфир 50 ■
Пропионовый альдегид см, Прона на ль Простагландины 127, 165, 374, 388, 389
Радикальное замещение 251—255
Развитие цени при полимеризации 403 сл., 410
Растворяющиеся металлы как восстановители 133 сл.
реакции 1
внедрения 275—277
замещения 92—94, 228 сл., 241 сл., 251—255
окисления 308 ‘сл.
переключения связей 171—173 полимеризации 402 сл.
присоединения 38 сл., 72 сл.
региоселективные 79
рсгиослепи фи иные 79 циклоприсоединения 185 сл. элиминирования 207 сл.
Региоселективные реакции 79 Региоспецифичные реакции 79 Ретроспективный анализ 376 сл. Реформатского реакция 164
Рибоза 420
дезокси- 420
Рибонуклеазы 419
РНК. 420, 421
Робинсона анелирование 42
Родийорганические соединения 174
Ртутьорганические соединения 83—85,
163, 240, 268, 271, 272
Связывающие реагенты 417, 419, 42&— 428
Селектрид 136
Селенорганнвеские соединения 92, 94
Семибензильная перегруппировка 283
Сереброорганические соединения 170
Серин 418
Сигм атропные перегруппировки 201—207
Силильная защита
тдаг-бутилдиметал- 358
триметил- 358, 423
Симмонса—Смита реактив 275
Синдиотактические полимеры 410
Синтоны 368—410 ,
Сиревин 386—388
Сквален 225
оксид 296
Сополимеризация 405, 412
Спиро[2.2]пентаны 62
Спирты, получение
из кетонов 124, 126, 127, 133, 135, 156, 167, 159
— олефинов 314, 315, 317, 321
сложных эфиров 133
через алюминийнроизводные 119, 128, 129
— гидроборирование 96, 98, 100, 119, 126—128
— магнийпроизводные 156, 157, 159
— мёдьпроизводные 165, 166
оксимеркурирование 82 сл.
Стереохимия
восстановления 109, 110, 123, 126
галогенирования 86 сл.
гидрирования 72 сл., 107
гидроборирования 95, 96
;гидрогалогенирования 80, 81
металлирования 153, 161
миграций к азоту 285—288
нуклеозидного синтеза 423
озонолиза 325, 326
окисления 317, 325, 326, 329
оксимеркурирования 83, 84
полимеризации 408
реакции Виттига 55 сл.
Дильса — Альдера 187
синтезов 370 сл.
электрофильного присоединения 91
Стерический контроль подхода 123
Стильбен 86, -192, 317, 326
Стирол
галогенирование 87—89, 106, 266
гидратация 106
гидроборирование 96
гидрогалоген и ров анис 79, 80
окисление 318
полимеризация' 404, 407, 431, 432
реакции с карбенами 266
— присоединения 193
Стратегия синтезов 375 сл.
Стрептоза 3994
Ступенчатая полимеризация 402, 410 сл.
Сукцинимид, N-гндрокси- 417, 419
Сульфолен 209
Суспензионная полимеризация 404
Сходящиеся синтезы 376
Тактичность полимеров 408, 410
Таллийорганические соединения 241
Твердофазный синтез 418—420, 432
Текеильная группа 101
Термодинамический контроль 12—14
1,2,4,5-Тетразол, 3,6 дифенил- 224
Тетралин 234
Тетралон, 7-этнл- 27, 237
Тетрауксусная кислота 67
Тиадиазол, бензо-, 1,1-диоксид 249
Тиирап■
диметнл-, 1,1-диоксид 209
дифениЛ", 1,1-диоксид 210
Тимидин 425
Тимидин-5'-фосф ат 433
Тимин 420, 421, 423
Тиофен 152
2-литий- 152
Титанорганические соединения 175, 408
Тиф фено-Демьянова реакция 292
Толилдиазометан 304
Толуол
алкилирование 233
карбонилирование 239
металлирование 152
нитрование 229
реакция Дильса — Альдера 191
Толуол (производные)
2-бром- 251
2-бром-4-нитро- 231
а,а-дибром- 271
динитро- 133
2-иод- 251
натрий- 153
4-яитро- 231, 342
2-хлор- 344
2-циано- 251
N-n-Толуолсульфиннлсульфоксимины 61 .
Триазол, 1-аминобецзо- 248
Трнизопр on и лбепзолсульфони лхлориД 426
Триоксоланы 325, 326, 354
Триптнцен 249
Тритильная защита 358, 428
п-метокси- 358, 428
Трифенилметиллитин 12
п -Тр и фс ни лмети лфени ла м и и о -з а щи та 428 n- (Три фен и л метил) феннл фосфор а ми да ты 426
Трифенилфосфоиия мети лид 56 производные 56
Тропинок 49
Углеводороды, получение
из галогеипроиаводных 129—131, 138, 154
— карбонильных соединений 136, 137, 146
—' карбоновых кислот 330, 331
через магнийпронзводные 170
Уксусная кислота
ct-бром-, эфир 102, 103
диазо-, эфир 103
дибром-, эфир 103
нитрил- 10
трихлор- =271
трихлор-, эфир 103
a-фецил- 283
сс-фенил-, нитрил 25, 229
а-фенил-, эфир 15, 36, 261 а-!фенил-ащиано-, эфир 29 а-хлор-, нитрил 103, 122 а-циано- 47
а-циано-, эфир 16, 47
этиловый эфир 25, 40, 41, 45, 51
Ульмана реакция 171
Ундека иди он-2,5 117
Ундецин-5-он 117
Урацил 420, 423
Уридин 425
Фаворского реакция 282—285
Фенантрей-231, 251, 254, 255
9-хлор- 231
2-циано- 251
Фениленртуть 151
Фей илиагнни бром ид 149, 150
Фенйлтиоэтильная защита 428, 432
Фенол 241
4-бром-2,6-ди-трет-бутил- 261
2-бром-4-метил- 244
ди-трет-б у тил- 261
4-нйтро- 416, 419
трихлорфенил- 416
4-мор- 82
Фенолы, получение, через соли диазония 242, 243
Фенолят-анион 23
Ферроцен 175, 176
Флуорен 10
9-фенил- 152
Флуоренон 314
Формальдегид 48, 66
Фрагментации реакции 290
Фритцля-Крафтса алкилирование и аци- , дарование 232 сл.
Фталевая кислота, диэфир 67
Фталевый диальдегид 40
Фталоильная защита 362
Фумагилол 382—384
Фумаровая кислота 86
диэфир 193
Фуран 190, 196, .249, 255
2-формил- 40, .66
Фурфурол 40, 66
Хинолин
N-метилоктагидро- 134
N-метилтетр а гидр о- 13%
Хлорамин Т 364
Хлоропрен 409
Холестерин 66
Хунсдиккера реакция 330■
Цепная полимеризация 402 ел.
Цианоэтилфосфат 426
Цианоэтильная защита 426, 429
Циануксусная кислота см. Уксусная кислота, а-циано-
Циглера-Натта катализаторы 408
Циклоазосоединения 310—213, 223, 224
Циклобутадиен 174, 179
Циклобутан 330
производные 195—200, 206, 207, 212
Циклобутаддикарбоновая кислота, эфиры 15, 16
Цикло бутанкарбоновая кислота 16, 330
Циклобутен 304
2,3,3-трифтор-1-хлор- 324
Циклогекса диен-1,3 190, 340
Цикло тек саднен-1,4, 1,2-диметил- 318
Циклогексан ацетокси- 80 1-ацетокси-1^2-диметил- 217 бром- 80, 132
1 -трет-бутил ^-метилен- 317
иод- 168
метилен- 114, Г96
1 -метил-2-метилен- 73
Циклогександиол-1,2 318, 329
Циклогександнон-1,3
5,5-диметнл- 223 2-метнл- 41
Циклогексанол 310
1-ацетил- 366 /
4-трег-бутил- 116, 131, 350
2-грег-бутал-5-метцл- 310
4-трег-бутил-1 -метил- 116
, ЗД5-триметил- 350
1-ЭГЦЦИ/1-' 106
Циклогексанон ЗЮ, 366
алкилирование 27
конденсации 40—42, 47, 48, 52, 56,
60, 63, 67
окисление 332, 334, 335
реакции с нитрилами 293
— с нитрометаном 293
Циклогексанон (производные)
2-аллял- 227
3-ацетил-6-метил- 365
3-трет-бутнл- 101
4-трет-бутил- 18, 22, 61, 68, 101, 125,
136, 162
2-трет-бутил-5-метил- 310
3-трет-бутил-6-метил- 35
4 -трет-бутил -2-метил- 18
5-трет-бутил-2-метил- 35
2,2-диметил- 114
диметил- 93
2-метил- 14, 17, 26, 66, 93, 125
2-метилеи- 101
2-метил-4-метоксв- 4!
4-метокси- 27
5-гр им ети л- 125
2-фенил- 53
2-хлор- 283
никлолеятялметил- 101
Циклогексен 193, 223
восстановление 78
гидрогаЛогенйрование 80
НИтрозирование 92
окисление 318, 324, 325, 338
оксимеркурирование 84, 85
реакции с галоген алканами 274
— со спиртами 82
Циклогексен (производные)
4-трет-бутил- 83, 115, 116
4-грет-бутил-1-метил- Н6
4-трег-бутил-1-фенИл- 81
4-винил- 85
днметцл- 73, 80, 81
1,4-диметнл-342
2,3-дииетил- 73
диметил- 345
1-метил- 97, 277, 372
3-метил- 273, 277, 338
4-метил- 348
1-фенил- 98
Циклогексенол 274, 318
Цикло гексен-2-он 36, 60, 101, 138, 200
2,6-диметил- 94
Циклогексен-2-он
2-метил- 17
3-метил- 36, 166
6-метил- 365
3-метокси- 128
2,4,4-Приметил- 134
З-да ано- 200
Циклогептадиен-1,3 206
Цикло гепт а ноц 52, 93
2-бутил- 28,
2-мети л г 40
Циклогепт а гр иен 275, 276
Циклогептат риенилиден 266, 267, 276
Циклогептен 92
Циклогептен-4-оп-1, 4-метил- 222
Циклодекаднен-1,5 79
Цнклодеканон 93
Цнклододекатриен-1,3,5 78
Цйклододецен 78^
Циклоокта диен-1,4 207
Циклооктадиен-1,5 96, 199
Циклооктанол 310
Циклооктанон 31Р
2-бром- 164
Циклооктатетраен-1,3,5,7, 1,4-дибром-166
Циклооктен 69, 196, 273
Циклооктен-З-ол 302
Циклооктенон 69
Циклопецта диен. 10, 223, 319
гексахлор- 187
Циклопентадненоп, тетрафенил- 222
Циклопентан
1,2-дивинил- 206, 207
1-метил-1-хлор- 80
ЦикЛопентандион-1,3, (2-метил- 399
Циклопентанон 164
2-метил- 13, 17, 29
Цикло пент анон-2 -к ар б оноваякислота,
эфир 16
Циклопентен 193
1,2-диметил- 81
1-метил- 80, 81
Цикл опей тен-3-илди азометан 304
Диклопентенон, производные 200
Циклоприсоединение 185 сл.
Циклопропан (производные) 266, 272 сл.
ацетил- 40
винил- 118
1,1 -дибром-2,2,3-трпметил- 132
1 ^дивинил- 206
1,2-диметил- 213
1,2-дифенил-З-цйано- 182 циано- 15
Циклопропанкарбоновая кислота, 2-фе
нил-, хлорангидрид 260
Циклопропанон 195
Циклопрoneнилиден 266
дифенил- 267
Циклореверсия 207 с л.
я-Цимол 236
Цинкорганрческие соединения 164
а-Циперон 399
Цистеин 419
Цитидин 425
Цитозин 420, 423
Шимана реакция 243
Шмидта реакция 285, 288, 289
Щавелевая кислота, ди.эфир 50, 52, 53
Эквиваленты групп 365—370
Электрофильное
замещение 92—94, 228 с л.
металлирование 210, 241
Элиминирования реакции 207 с л.
Эмульсионная полимеризация 404
Эпоксидные смолы 410
Эпоксиды см. Оксираны
Этан
дибром-150
литий- 161
магнийбромнд- 149^ 161
меркапто- 363
нитро- 10, 66
Этанол
фенил- 321
Этанол
1,2-дифенил- 321
1-фенил- 96 , 2-фенил- 96 Этанон-1, 1-ццклогексил- 370 ЭгИлен 84, 407, 409
натрий- 154
нитро- 190
тетра фтор- 409
тетрациано- 188—190, 197, 227, 318, 354
хлор- 154
Этиленгликоль 363
Этилмагнийбромид 149, 161
Эфирные защиты 365, 415
Эфиры простые, получение алкилированием 22, 23 из кетОиов 22, 23 через магнийпроизводные 160, 161 — ойсимеркурирование 82 сл.
Эфиры сложные, получение алкилированием 15, 16, 19, 24
; конденсацией 49 сл, через борпроизводные 102—104 — медьвроизводные 160, 161
Ювабион 377-382
Янтарная кислота, диэфир 50
Янтарный ангидрид 225
Ф.КЕРИ,р. САНДБЕРГ
УГЛУШУГЛУШШИПШИП
УГЛУШ
УГЛУШ
ШИП
ШИП
КУРСОРГАНИЧЕСКОЙХИМИИ
Книга 2.
Реакц ии ж синтезы
Редакторы
М. Н. ПАСТУШЕНКО,О. И. СЛУЦКИЙ
ХудожникН. В. НОСОВ
Технический редактор
В. В. ЛЕБЕДЕВА
КорректорГ. М. ГОЛЬБИНДЕР
ИБ № 975
Сдано в наб. 18.11.80. Поди, в вен. 15.04.81. Формат бумаги 70X106'6^ Бумага тип. № 2. Гари. литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 39,9. Усл. кр-отт. 39,9. Уч.-над. л. 42,84. Тираж 16 000 эка. Зака» 910. Цена 3 р. 60 к. Изд. М 1941 а
Ордена «Знак Почета* издательство «Химия*107076, Москва, Стромынка, 13
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объедннеякя «Техническая книга* нм. Евгении Соколовой Союполнграфпроыа при Государственном комитете СССР ио делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 198052, г Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 28.
*/ \=о
2. CHicoofi|
СН3(СН2)2СН—СН(СН2)2СН3 --у-—> СН3СН2СН=СНСНСН2СН2СН3 (8э%)
Ф.КЕРИ, Р. САНДБЕРГ
УГЛУБЛЕННЫЙ
КУРСОРГАНИЧЕСКОЙХИМИИ
КНИГА 2.
РЕАКЦИИ И СИНТЕЗЫ
ПЕРЕВОД С АНГЛИЙСКОГО
канд. хйм. наук Г. В. ГРИШИНОЙ,канд. хим. наук, доц. В. М. ДЕМЬЯНОВИЧ,канд. хим. наук В. В. ДУНИНОЙ
Под редакцией проф. В. М. ПОТАПОВА
МОСКВА «ХИМИЯ» 1981
Advanced Organic Chemistry
PartB: Reactionsand Synthesis
Francis A. Carey and Richard J. Sundberg titi**y ej yinlnH OwrtautoiUt. ye*»
PIENUM PRESS • NEW YORK AND LONDON
УДК 54/
Кери Ф., Сандберг Р.
Углубленный курс органической химии: Пер. с англ. В двух книгах/Под ред. В. М. Потапова. Книга вторая. Реакции и синтезы.— М.: Химия, 1981. — 456 с., ил.
Книга вторая посвящена важнейшим органическим реакциям, применяемым в синтезе. Приведены многочисленные схемы конкретных реакций с указанием выходов продуктов и ссылками на оригинальную литературу. В копне каждой главы даны задачи, помогающие контролировать степень усвоения материала,
Предназначена для'Хнмнков-органиков, а также преподавателей, аспирантов и студентов университетов и химических вузов.
456 с,, 19 табл., 5 рис., 2043 литературных ссылок
20504-026К 050(01)-8120504-026К 050(01)-8126-81. 1S03C0000026-81. 1S03C00000
20504-026
К 050(01)-81
20504-026
К 050(01)-81
26-81. 1S03C00000
26-81. 1S03C00000
© 1977 Plenum Press, New York
© Перевод на русский язык. Издательство «Химия», 1981 г.
СОДЕРЖАНИЕ