В органической химии α -галогенкетоны могут быть восстановлены с потерей атома галогена с образованием енолятов . α-галогенкетоны легко получаются из кетонов с помощью различных реакций галогенирования кетонов , а продукты являются реакционноспособными промежуточными соединениями , которые могут быть использованы для множества других химических реакций .
Восстановление α-галогенкетонов приводит к образованию множества структур продуктов, которые могут демонстрировать уникальные закономерности замещения и реакционную способность. Например, восстановление α,α'-дигалогенкетонов приводит к образованию 2-оксиаллильных металлических комплексов, которые участвуют в реакциях циклоприсоединения [4+3] и [3+2] в качестве 2π-компонента. [1] 2-оксиаллильные металлические промежуточные соединения также могут перехватывать нуклеофилы в процессе, включающем умполунг на α-углероде. [2] Кроме того, поскольку восстановление моногалогенкетонов приводит к образованию енолятов сайт-специфическим образом, реакции, связанные с енолятами ( алкилирование , альдольная реакция , реакция Михаэля ), могут проводиться с использованием субстратов галогенкетонов в восстановительных условиях.
(1)
Многие восстановители, используемые в этом типе реакции, коммерчески доступны. Некоторые требуют подготовки и немедленного использования, включая пары цинка и меди и цинка/серебра. [3] [4] и органокупраты [5]
Моногалогенкетоны восстанавливаются как одноэлектронными, так и двухэлектронными восстановителями, давая исходные кетоны, производные, функционализированные электрофилами, или продукты димеризации . Сам механизм восстановления зависит от природы восстановителя.
Одноэлектронные восстановители, такие как комплексы переходных металлов d 6 или d 1 , изначально отдают один электрон гало-кетону. Фрагментация полученного радикального аниона дает органический радикал и галогенид-анион. Отдача второго электрона от второго эквивалента восстановителя приводит к образованию енолята металла, в котором степень окисления восстановителя увеличилась на единицу. [6]
(2)
Двухэлектронные восстановители, наиболее известным из которых является металлический цинк , подвергаются прямому окислительному присоединению к моногалогенкетонам, давая еноляты металлов, в которых степень окисления металла увеличивается на два. Последующее диспропорционирование с непрореагировавшим галогенкетоном иногда приводит к образованию двух эквивалентов енольного радикала, которые впоследствии могут димеризоваться. [7]
(3)
Обработка енолятов, полученных из одно- или двухэлектронных восстановителей, электрофилом дает в качестве конечного продукта α-функционализированные кетоны.
Подобно моногалогенкетонам, геминальные дигалогенкетоны первоначально образуют еноляты металлов при воздействии одно- или двухэлектронных восстанавливающих агентов. В присутствии протонного растворителя восстановление останавливается на этой стадии, чтобы дать моногалогенкетон (который может быть далее восстановлен до исходного кетона). [8] Однако в отсутствие улавливающего электрофила или протонного растворителя потеря оставшегося галогенида из енолятного промежуточного продукта дает α-кетокарбены или карбеноиды, которые подвергаются реакциям вставки CH. [9]
(4)
Первоначальное восстановление α,α'-дигалогенкетонов приводит к промежуточным енолятам металлов. Потеря оставшегося галогенида приводит к образованию 2-оксиаллильных металлических комплексов, которые подвергаются реакциям [4+3] и [3+2] циклоприсоединения в присутствии диенов или олефинов. [1] Изомеризация 2-оксиаллильных металлических комплексов в формы циклопропанона и оксида аллена происходит быстро и обратимо; увеличение ковалентного характера связи кислород-металл благоприятствует 2-оксиаллильному изомеру. [10]
(5)
Восстановление α-галогенкетонов может дать исходные кетоны, частично восстановленные галогенкетоны или продукты, возникающие в результате перехвата промежуточных продуктов на пути восстановления с нуклеофилами или электрофилами. Полученные продукты зависят как от восстанавливающего агента, так и от характера замещения галогенкетона.
Моногалогенкетоны могут быть восстановлены до соответствующего исходного кетона с помощью металлического лития с последующим протонированием енолята. [11] Другие полезные восстановители для этого преобразования включают диалкилкупраты лития [12] и гексакарбонил-алюминий молибдена. [13]
(6)
Алкилирование енолятов, полученных путем восстановления моногалогенкетонов, ограничивается наиболее реакционноспособными алкилгалогенидами . [14] Однако восстановление в присутствии альдегида приводит к восстановительным альдольным продуктам, аналогичным реакции Реформатского галогенэфиров. Цинковая пыль может использоваться отдельно; или в виде амальгамы , в сочетании с хлоридом диэтилалюминия или с каталитическими количествами бромида меди(I) . [15]
(7)
Восстановительная димеризация может быть результатом комбинации двух промежуточных α-ацильных радикалов или нуклеофильной атаки енолята металла на непрореагировавший галогенкетон. Хотя часто получаются сложные реакционные смеси, [6] в некоторых случаях возможна селективная димеризация. В приведенном ниже примере распределение продукта зависит от растворителя [16]
(8)
В зависимости от используемых условий геминальные дигалогенкетоны могут быть восстановлены до исходного кетона, моногалогенкетона или функционализированного моногалогенкетона с органокупратами . [17] Нагревание функционализированных α-галогенкетонов, полученных в этих условиях, от -40 °C до комнатной температуры приводит к получению соответствующего α,β-ненасыщенного кетона.
(9)
Органокупраты также могут быть использованы для восстановления α,α'-дигалогенкетонов до алкилированных кетонов. При отсутствии электрофила моноалкилкетон выделяется с хорошим выходом; [18] при добавлении алкилиодида выделяется диалкилкетон (геминальное алкилирование является проблемной побочной реакцией). [19]
(10)
2-оксиаллиловые металлические промежуточные соединения, образующиеся при восстановлении α,α'-дигалогенкетонов с комплексами железа (0), участвуют в реакциях циклоприсоединения [4+3] и [3+2] с образованием циклогептенонов и циклопентанонов соответственно. В ходе реакций циклоприсоединения [3+2] заместитель на алкене может отщепляться, обеспечивая получение циклопентенонов из алкенов в одном сосуде. [20]
(11)
Область применения [4+3]-циклоприсоединений широка [1] — реакция может быть использована для образования циклогептенонов, а также мостиковых [21] или конденсированных [22] полициклических продуктов. Восстановление может осуществляться в присутствии 4π-компоненты [23]
(12)
[4+3] циклоприсоединения пирролов могут быть использованы для установления бициклического скелета тропановых алкалоидов . Например, синтез скопина использует [4+3] циклоприсоединение N -метоксикарбонилпиррола и α,α,α',α'-тетрабромацетона в качестве ключевого шага. Диастереоселективное восстановление с диизобутилалюминийгидридом (DIBAL-H) с последующим эпоксидированием трифторперуксусной кислотой [24] дает целевой продукт.
(13)