Эпоксидная изомеризация, стимулируемая основанием, представляет собой превращение алкилэпоксидов в продукты с раскрытым кольцом под действием сильного основания . Изомеризации этого типа чаще всего используются для синтеза аллиловых спиртов , хотя возможны и другие продукты. [1]
В присутствии литиевых или алюминиевых амидных оснований эпоксиды могут раскрываться с образованием соответствующих аллильных спиртов . Удаление протона, соседнего с эпоксидом, элиминирование и нейтрализация полученного алкоксида приводит к синтетически полезным продуктам аллильных спиртов. В реакциях хиральных нерацемических эпоксидов конфигурация продукта аллильного спирта совпадает с конфигурацией эпоксидного субстрата на углероде, связь C–O которого не разрывается (отмеченный звездочкой углерод ниже). Помимо β-элиминирования возможны некоторые другие реакции [2] [3] , поскольку металлирование эпоксидного кольца может происходить конкурентно. Винилогичные элиминирования возможны, когда эпоксидный субстрат заменяется винильными или диенильными группами. [4] Неограниченные системы имеют тенденцию образовывать транс- двойные связи , поскольку в переходном состоянии избегаются значительные несвязывающие взаимодействия для образования транс -продуктов (см. уравнение (2) ниже). Основным недостатком реакции являются сильные основные условия, необходимые для большинства изомеризаций этого типа.
(1)
Изомеризация эпоксидов в аллильные спирты в сильнощелочных условиях протекает по процессу β-элиминирования. Была выдвинута модель, которая вызывает начальный комплекс между основанием амида лития и эпоксидом. [5] Согласованное расщепление связи C–O и депротонирование протекает через син- переходное состояние с образованием аллильного алкоксида, который протонируется при обработке. Депротонирование обычно происходит при существовании в переходном состоянии для образования цис- двойной связи.
(2)
Другие процессы могут происходить конкурентно в основных условиях, особенно когда β-элиминирование медленное или невозможное. [6] Эти пути, вероятно, начинаются с литиирования углерода в эпоксидном кольце, за которым следует α-элиминирование с получением карбенового промежуточного соединения. Миграция 1,2-водорода приводит к кетонам , [2] тогда как внутримолекулярная вставка C–H дает циклические спирты с образованием новой связи углерод-углерод. [3](3)
Во многих случаях, когда гексаметилфосфорамид (ГМФА) используется в качестве добавки к основаниям амида лития, селективность образования аллиловых спиртов увеличивается. Считается, что эти реакции протекают через элиминирование E2 . [7]
Хиральные амидные основания могут быть использованы в каталитических количествах для изомеризации мезоэпоксидов в хиральные аллиловые спирты с высокой энантиоселективностью. [8]
(4)
Терминальные эпоксиды страдают от ограничения, что конкурентное нуклеофильное присоединение основания к незамещенному эпоксидному углероду может иметь место. Однако ненуклеофильные, стерически затрудненные основания были использованы для успешной изомеризации терминальных эпоксидов. [9](5)
Ациклические дизамещенные эпоксиды подвергаются депротонированию в наименее замещенном месте (если только не может быть образована сопряженная двойная связь; см. уравнение (9) ниже) с высокой селективностью для транс- двойных связей. [10]
(6)
Пяти- и шестичленные кольца, содержащие эпоксиды, дают аллиловые спирты при обработке амидными основаниями; однако реакции эпоксидов со средним кольцом могут быть осложнены конкурентным трансаннулярным встраиванием C–H или образованием кетонов. [11]
(7)
Тризамещенные эпоксиды нелегко подвергаются металлированию в кольце. В результате из этих субстратов образуются аллильные спирты без конкурентных карбеноидных превращений. Использование объемных алюминиевых амидных оснований облегчает элиминирование в заместителе цис к водороду, что происходит из менее стерически затрудненного комплекса эпоксид-основание.
(8)
Подходящим образом замещенные ненасыщенные эпоксиды могут подвергаться винилогическому элиминированию, что приводит к конъюгированным аллильным спиртам. Замещенные виниловые эпоксиды подвергаются 1,4-элиминированию в некоторых, но не во всех случаях; однако, эпоксиды с β-ненасыщенностью элиминируют чисто, давая конъюгированные аллильные спирты. [4]
(9)
Амиды лития обычно готовятся в лаборатории путем добавления титрованного раствора н -бутиллития в гексанах к раствору амина в эфире. Для этих реакций требуются сухая стеклянная посуда и инертная атмосфера. В качестве альтернативы амиды лития могут быть получены путем прямого воздействия лития на соответствующий амин. Типичные температуры для реакций изомеризации с использованием амидов лития находятся в диапазоне от 0 °C до температуры кипения (смеси растворителей эфир/гексан, полученные в результате синтеза амида лития, обычно используются непосредственно для реакций изомеризации). Избыток основания используется для учета примесей, которые потребляют основание, и реакции основания с растворителем эфира . Следует соблюдать осторожность при добавлении HMPA к реакциям с амидом лития, так как он является известным канцерогеном для животных .
Литийорганические реагенты также могут быть использованы; однако требуются более низкие температуры, чтобы избежать разложения основания. Эти реакции чаще всего проводятся в гексанах.
Амиды алюминия, которые более объемны и иногда более селективны, чем амиды лития, получают из соответствующих амидов лития и диэтилалюминийхлорида . Реакции обычно проводят при 0 °C в инертной атмосфере, используя бензол в качестве растворителя.
(10)
Раствор 1 экв диэтилалюминийхлорида в бензоле добавляли по каплям при 0° к раствору 1 экв лития 2,2,6,6-тетраметилпиперидида, приготовленному обычным способом в бензоле. Полученную суспензию перемешивали в течение 30 минут и использовали немедленно. К перемешиваемой смеси 0,004 моль диэтилалюминий 2,2,6,6-тетраметилпиперидида в 10 мл бензола при 0 °C добавляли по каплям в течение 5 минут раствор 0,18 г (0,001 моль) эпоксида в 3 мл бензола. Смесь перемешивали при 0 °C до тех пор, пока анализ не показывал отсутствие исходного материала. Реакцию гасили добавлением ледяной 1 N соляной кислоты . Органический слой отделяли, а водный слой экстрагировали эфиром. Органические слои объединяли, промывали рассолом, сушили и концентрировали. Остаток очищали с помощью препаративной ТСХ (R f 0,22 в 1:2 эфире–гексане) с получением 99% ( E )-2-циклододеценола: ИК (чистый) 3330–3370, 1465, 1450, 970 см −1 ; ЯМР (CCl 4 ) δ 3,73–4,20 (1, м), 4,97–5,82 (2, м); масс-спектр (m/z) 182 (16), 164 (13), 139 (32), 125 (46) и 98 (100). [12]