В органической химии арины [ 1] и бензины [2] представляют собой класс высокореакционноспособных химических соединений , полученных из ароматического кольца путем удаления двух заместителей . Арины являются примерами дидегидроаренов (в данном случае 1,2-дидегидроаренов), хотя известны также 1,3- и 1,4-дидегидроарены. [3] [4] [5] Арины являются примерами алкинов при высоком напряжении .
Алкиновое представление бензина встречается наиболее широко. Арины обычно описываются как имеющие напряженную тройную связь. [6]
Геометрические ограничения на тройную связь в бензине приводят к уменьшению перекрытия p-орбиталей в плоскости и, таким образом, к более слабой тройной связи. [7] Частота колебаний тройной связи в бензине была назначена Радзишевским как 1846 см −1 , [8] что указывает на более слабую тройную связь, чем в ненапряженном алкине с частотой колебаний приблизительно 2150 см −1 . Тем не менее, бензин больше похож на напряженный алкин, чем на бирадикал, как видно из большого синглет-триплетного зазора и реакционной способности, подобной алкину. [3]
LUMO арина лежит намного ниже, чем LUMO ненапряженных алкинов, что делает его более энергетически соответствующим HOMO нуклеофилов. Следовательно, бензин обладает электрофильным характером и вступает в реакции с нуклеофилами. [9] Подробный анализ MO бензина был представлен в 1968 году. [ 10]
Из-за своей чрезвычайной реакционной способности арины должны быть получены in situ . Типичный для других реакционноспособных промежуточных продуктов , бензин должен быть захвачен, в противном случае он димеризуется в бифенилен .
Ранние пути получения бензина включали дегидрогалогенирование арилгалогенидов :
Такие реакции требуют сильного основания и высоких температур. 1,2-Дизамещенные арены служат предшественниками бензолов в более мягких условиях. Бензин образуется путем дегалогенирования 1-бром-2-фторбензола магнием. [11] Антраниловая кислота может быть преобразована в 2-диазониобензол-1-карбоксилат путем диазотирования и нейтрализации. Хотя этот цвиттер-ионный вид взрывоопасен, [12] он является удобным и недорогим предшественником бензола. [13]
Другой метод основан на триметилсилиларилтрифлатах . [ 14] Этот метод нашел широкое применение и был пересмотрен в 2021 году. [15] Замещение фторидом триметилсилильной группы вызывает элиминацию трифлата и высвобождение бензола:
Гексадегидрореакция Дильса-Альдера (HDDA) включает циклоприсоединение 1,3-диина и алкина. [16]
N- аминирование 1 H -бензотриазола с гидроксиламин- O -сульфоновой кислотой приводит к образованию промежуточного продукта, который может быть окислен до бензола с почти количественным выходом с помощью ацетата свинца (IV) . [17]
Даже при низких температурах арины чрезвычайно реакционноспособны. Их реакционную способность можно разделить на три основных класса: (1) нуклеофильные присоединения, (2) перициклические реакции и (3) внедрение связей.
При обработке основными нуклеофилами арилгалогениды депротонируют альфа-группу в уходящую группу, что приводит к дегидрогалогенированию . Исследования изотопного обмена показывают, что для арилфторидов и, иногда, арилхлоридов, событие элиминирования протекает в два этапа: депротонирование с последующим вытеснением нуклеофила. Таким образом, процесс формально аналогичен механизму E1cb алифатических соединений. Арилбромиды и иодиды, с другой стороны, как правило, по-видимому, подвергаются элиминированию по согласованному синкопланарному механизму E2. [18] [19] Полученный бензол образует продукты присоединения, обычно путем нуклеофильного присоединения и протонирования. Образование промежуточного бензола является медленной стадией реакции. [20]
Реакции «связывания ариновых соединений» позволяют получать бифенильные соединения, которые представляют ценность в фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве и в качестве лигандов во многих катализируемых металлами превращениях. [21]
Продукт металл-арен может также присоединяться к другому арину, что приводит к полимеризации с ростом цепи . Использование цианида меди (I) в качестве инициатора для присоединения к первому арину дало полимеры, содержащие до 100 единиц арена. [22]
Когда уходящая группа (LG) и заместитель (Y) находятся в взаимном орто- или пара-положении, возможен только один промежуточный бензол. Однако, когда LG находится в мета-положении по отношению к Y, возможны региохимические результаты (A и B). Если Y является оттягивающим электроны, то H B более кислый, чем H A , в результате чего образуется региоизомер B. Аналогично, если Y является отдающим электроны, образуется региоизомер A, поскольку теперь H A является более кислым протоном.
Существует два возможных региоизомера бензола с заместителем (Y): тройная связь может быть расположена между C2 и C3 или между C3 и C4. Заместители в орто-положении к уходящей группе приведут к тройной связи между C2 и C3. Пара-Y и LG приведут к региоизомеру с тройной связью между C3 и C4. Мета-заместитель может дать оба региоизомера, как описано выше. Нуклеофильные присоединения могут происходить с региоселективностью. Хотя классические объяснения региоселективности ссылаются на стабильность карбаниона после атаки нуклеофилом, [20] это объяснение было заменено моделью искажения арина Хоука и Гарга . [23] [24] [25] В этой модели заместители вызывают геометрическое искажение структуры основного состояния арина, что приводит к региоселективным реакциям, соответствующим реакциям, протекающим через ранние переходные состояния.
Бензин подвергается быстрой димеризации с образованием бифенилена. Некоторые пути к бензину приводят к особенно быстрому и высокому выходу этой последующей реакции. [13] [17] Тримеризация дает трифенилен . [26]
Бензины могут подвергаться реакциям циклизации [4+2] . При образовании в присутствии антрацена получается триптицен . [11] В этом методе ниже показан согласованный механизм реакции Дильса-Альдера между бензолом и фураном. Предполагается, что другие циклоприсоединения бензола [4+2] протекают по ступенчатому механизму.
Классическим примером является синтез 1,2,3,4-тетрафенилнафталина . [27] Тетрабромбензол может реагировать с бутиллитием и фураном с образованием тетрагидроантрацена [28]
[4+2] циклоприсоединения аринов обычно применяются для полного синтеза природных продуктов. Однако основным ограничением такого подхода является необходимость использования ограниченных диенов, таких как фуран и циклопентадиен. [14] В 2009 году Бушек и его коллеги синтезировали гербиндол А с использованием [4+2]-циклоприсоединения арина. [29] 6,7-индолин подвергается [4+2] циклоприсоединению с циклопентадиеном, давая сложный тетрациклический продукт.
Бензины подвергаются [2+2] циклоприсоединению с широким спектром алкенов. Из-за электрофильной природы бензина алкены, несущие электронодонорные заместители, лучше всего подходят для этой реакции. [30]
Из-за значительного образования побочных продуктов, химия арина [2+2] редко используется в общем синтезе природных продуктов. [14] Тем не менее, существует несколько примеров. В 1982 году Стивенс и его коллеги сообщили о синтезе таксодиона, который использовал [2+2] циклоприсоединение между арином и ацеталем кетена. [31]
Мори и его коллеги осуществили катализируемую палладием [2+2+2]-коциклизацию арина и диина в их общем синтезе тайванинов C. [32]
Первым примером реакции введения σ-связи арин является синтез меллеина в 1973 году. [33]
Если бензол представляет собой 1,2-дидегидробензол, возможны еще два изомера: 1,3-дидегидробензол и 1,4-дидегидробензол. [3] Их энергии in silico составляют соответственно 106, 122 и 138 ккал/моль (444, 510 и 577 кДж/моль). [34] 1,2- и 1,3-изомеры имеют синглетные основные состояния, тогда как для 1,4-дидегидробензола щель меньше.
Было изучено взаимопревращение 1,2-, 1,3- и 1,4-дидегидробензолов. [34] [35] Было высказано предположение, что превращение 1,2- в 1,3-дидегидробензол происходит при пиролизе (900 °C) фенилзамещенных предшественников аринов [34], как показано ниже. Для взаимопревращения бензинов требуются чрезвычайно высокие температуры.
В классических экспериментах с 1,4-дидегидробензолом при нагревании до 300 °C [1,6-D2]-A легко уравновешивается с [3,2-D2] -B , но не уравновешивается с C или D. Одновременная миграция атомов дейтерия в форму B и тот факт, что ни C , ни D не образуются, можно объяснить только присутствием циклического и симметричного промежуточного продукта – 1,4-дидегидробензола. [36]
Для 1,4-дидегидробензола были предложены два состояния: синглетное и триплетное, причем синглетное состояние имеет более низкую энергию. [37] [38] Триплетное состояние представляет собой два невзаимодействующих радикальных центра и, следовательно, должно отщеплять водороды с той же скоростью, что и фенильный радикал. Однако синглетное состояние более стабилизировано, чем триплетное, и, следовательно, часть стабилизирующей энергии будет потеряна для формирования переходного состояния для расщепления водорода, что приведет к более медленному отщеплению водорода. Чэнь предложил использовать аналоги 1,4-дидегидробензола, которые имеют большие синглетно-триплетные энергетические щели, для повышения селективности кандидатов на лекарственные средства ендиина. [39]
Первые доказательства существования ариновых соединений были получены в работе Штёрмера и Калерта. В 1902 году они наблюдали, что при обработке 3-бромбензофурана основанием в этаноле образуется 2-этоксибензофуран. На основании этого наблюдения они постулировали существование промежуточного соединения аринового соединения. [40]
Виттиг и др. привлекли цвиттер-ионный промежуточный продукт в реакции фторбензола и фениллития для получения бифенила. [41] [42] [43] Эта гипотеза была позже подтверждена. [44] [45] [46] [47] [48]
В 1953 году эксперименты по маркировке 14 C предоставили весомые доказательства промежуточного характера бензина. [44] Джон Д. Робертс и др. показали, что реакция хлорбензола-1- 14 C и амида калия дала равные количества анилина с включением 14 C в C-1 и C-2.
Виттиг и Помер обнаружили, что бензол участвует в реакциях циклоприсоединения [4+2]. [49]
Дополнительные доказательства существования бензола были получены в результате спектроскопических исследований. [3] Бензин был обнаружен в «молекулярном контейнере». [50]
В 2015 году с помощью СТМ была получена визуализация одной молекулы арина . [51]
1,3-Дидегидроарены были впервые продемонстрированы в 1990-х годах, когда они были получены из 1,3-дизамещенных производных бензола, таких как пероксиэфир 1,3-C 6 H 4 (O 2 C(O)CH 3 ) 2 . [3]
Прорывы в области 1,4-дидегидробензола произошли в 1960-х годах, последовав за исследованиями циклизации Бергмана . [36] Эта тема стала актуальной с открытием энедииновых «цитостатиков», таких как калихеамицин , который генерирует 1,4-дидегидробензол. [52]
Разнообразные природные продукты были получены с использованием аринов в качестве промежуточных продуктов. [14] Нуклеофильные присоединения к аринам широко использовались в общем синтезе природных продуктов. Действительно, нуклеофильные присоединения аринов являются одними из старейших известных применений химии аринов. [14] Нуклеофильное присоединение к арину использовалось в попытке синтеза криптаустолина (1) и криптоволина (2). [53]
Синтез тетрациклического меротерпеноида (+)-лифага включал промежуточный арин. [54] Их подход использовал ариновую циклизацию для замыкания конечного кольца природного продукта. [14]
Многокомпонентные реакции ариновых соединений являются мощными преобразованиями, которые позволяют быстро образовывать 1,2-дизамещенные арены. Несмотря на их потенциальную полезность, примеры многокомпонентных ариновых реакций в синтезе природных продуктов немногочисленны. [14] Четырехкомпонентная реакция связывания ариновых соединений была использована в синтезе дегидроалтенуена B. [55]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )