stringtranslate.com

Перегруппировка Курциуса

Перегруппировка Курциуса (или реакция Курциуса или деградация Курциуса ), впервые определенная Теодором Курциусом в 1885 году, представляет собой термическое разложение ацилазида до изоцианата с потерей газообразного азота . [1] [2] Затем изоцианат подвергается атаке различных нуклеофилов, таких как вода, спирты и амины , с образованием первичного амина, карбамата или производного мочевины соответственно. [3] Было опубликовано несколько обзоров. [ 4] [5]

Сводная схема перегруппировки Курциуса
Сводная схема перегруппировки Курциуса

Приготовление ацилазида

Дифенилфосфорилазид

Ацилазид обычно получают в результате реакции хлорангидридов или ангидридов кислот [6] с азидом натрия [7] или триметилсилилазидом . [8] Ацилазиды также получают путем обработки ацилгидразинов азотистой кислотой . [9] В качестве альтернативы ацилазид может быть образован путем прямой реакции карбоновой кислоты с дифенилфосфорилазидом (DPPA). [10] [11]

Методы образования ацилазидов из карбоновых кислот
Методы образования ацилазидов из карбоновых кислот

Механизм реакции

Считалось, что перегруппировка Курциуса представляет собой двухэтапный процесс, при котором происходит потеря азотного газа с образованием ацилнитрена , а затем следует миграция R-группы с образованием изоцианата . Однако недавние исследования показали, что термическое разложение является согласованным процессом , [12] причем оба этапа происходят вместе из-за отсутствия каких-либо побочных продуктов вставки или присоединения нитрена, наблюдаемых или выделяемых в ходе реакции. [13] Термодинамические расчеты также подтверждают согласованный механизм. [14]

Механизм перегруппировки Курциуса

Миграция происходит с полным сохранением конфигурации в R-группе. Миграционная способность R-группы примерно третичная > вторичная ~ арил > первичная. Образованный изоцианат затем может быть гидролизован с образованием первичного амина или подвергнут нуклеофильной атаке спиртами и аминами с образованием карбаматов и производных мочевины соответственно .

Модификации

Исследования показали, что перегруппировка Курциуса катализируется как кислотами Бренстеда [15] , так и кислотами Льюиса , посредством протонирования или координации с атомом кислорода ацила соответственно. Например, Фар и Нойманн показали, что использование катализатора трифторида бора или трихлорида бора снижает температуру разложения, необходимую для перегруппировки, примерно на 100 °C и значительно увеличивает выход изоцианата. [16]

Фотохимическая перегруппировка

Механизм фотохимической перегруппировки Курциуса

Фотохимическое разложение ацилазида также возможно. [17] Однако фотохимическая перегруппировка не согласована и вместо этого происходит с помощью промежуточного нитрена , образованного разрывом слабой связи N–N и потерей газообразного азота. Высокореактивный нитрен может подвергаться различным реакциям нитрена, таким как вставка и присоединение нитрена, давая нежелательные побочные продукты. [18] В приведенном ниже примере промежуточный нитрен вставляется в одну из связей C–H циклогексанового растворителя с образованием N-циклогексилбензамида в качестве побочного продукта.

Вставка нитрена, образованного фотохимической перегруппировкой Курциуса
Вставка нитрена, образованного фотохимической перегруппировкой Курциуса

Вариации

Деградация Дарапского

В одном из вариантов , называемом деградацией Дарапски [19] или синтезом Дарапски , перегруппировка Курциуса происходит как один из этапов превращения α-цианоэфира в аминокислоту . Гидразин используется для превращения эфира в ацилгидразин , который реагирует с азотистой кислотой , давая ацилазид. Нагревание азида в этаноле дает этилкарбамат через перегруппировку Курциуса. Кислотный гидролиз дает амин из карбамата и карбоновую кислоту из нитрила одновременно, давая продукт аминокислоту. [20]

Схема синтеза аминокислот по Дарапскому
Схема синтеза аминокислот по Дарапскому

реакция Харгера

Фотохимическая миграция и перегруппировка фосфинового азида по Курциусу приводит к образованию метафосфонимидата [21] в ходе реакции, также известной как реакция Харгера (названной в честь доктора Мартина Харгера из Университета Лестера ). [22] За этим следует гидролиз, в примере ниже с метанолом , в результате которого получается фосфонамидат.

Схема реакции Харгера
Схема реакции Харгера

В отличие от перегруппировки Курциуса, существует выбор R-групп в фосфиновом азиде, которые могут мигрировать. Харгер обнаружил, что алкильные группы мигрируют преимущественно к арильным группам, и это предпочтение увеличивается в порядке метил < первичный < вторичный < третичный. Это, вероятно, связано со стерическими и конформационными факторами, поскольку чем объемнее R-группа, тем менее благоприятна конформация для миграции фенила. [23]

Синтетические приложения

Перегруппировка Курциуса допускает наличие большого количества функциональных групп и имеет значительную синтетическую ценность, поскольку в зависимости от выбора нуклеофила, используемого для атаки на изоцианат, можно включить множество различных групп.

Например, при проведении реакции в присутствии трет -бутанола образуются амины , защищенные Boc , полезные промежуточные продукты в органическом синтезе . [24] [25] Аналогично, при проведении реакции Курциуса в присутствии бензилового спирта образуются амины , защищенные Cbz . [26]

Трихинацен

RB Woodward и др. использовали перегруппировку Курциуса в качестве одного из этапов полного синтеза полихинана трихинацена в 1964 году. После гидролиза эфира в промежуточном соединении ( 1 ) была проведена перегруппировка Курциуса для преобразования групп карбоновой кислоты в ( 2 ) в группы метилкарбамата ( 3 ) с выходом 84%. Дальнейшие этапы дали трихинацен ( 4 ). [27]

Реакция Курциуса в полном синтезе трихинацена Вудворда
Реакция Курциуса в полном синтезе трихинацена Вудворда

Осельтамивир

В своем синтезе противовирусного препарата осельтамивир , также известного как Тамифлю, Ишикава и др. использовали перегруппировку Курциуса в одном из ключевых этапов преобразования ацилазида в амидную группу в целевой молекуле. В этом случае изоцианат, образованный перегруппировкой, подвергается атаке карбоновой кислоты с образованием амида. Последующие реакции можно было проводить в одном и том же реакционном сосуде, получая конечный продукт с общим выходом 57%. Важным преимуществом реакции Курциуса, подчеркнутым авторами, было то, что ее можно было проводить при комнатной температуре, что сводило к минимуму опасность нагревания. В целом схема была высокоэффективной, требуя всего трех операций «в одном сосуде» для производства этого важного и ценного препарата, используемого для лечения птичьего гриппа . [28]

Перегруппировка Курциуса в полном синтезе осельтамивира по Исикаве.
Перегруппировка Курциуса в полном синтезе осельтамивира по Исикаве.

Диеводиамин

Диеводиамин — это натуральный продукт из растения Euodia ruticarpa , которое широко используется в традиционной китайской медицине . Полный синтез диеводиамина без защитной группы, проведенный Ансвортом и др., использует перегруппировку Курциуса на первом этапе синтеза, катализируемую трифторидом бора . Затем активированный изоцианат быстро реагирует с индольным кольцом в реакции электрофильного ароматического замещения , давая амид с выходом 94%, а последующие этапы дают диеводамин. [29]

Перегруппировка Курциуса в общем синтезе диеводиамина
Перегруппировка Курциуса в общем синтезе диеводиамина

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Курций, Т. (1890). «Ueber Stickstoffwasserstoffsäure (Azoimid) N3H» [О азотистоводородной кислоте (азоимиде) N 3 H]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin . 23 (2): 3023–3033. дои : 10.1002/cber.189002302232.
  2. ^ Курций, Т. (1894). «20. Гидразиды и азиды органических кислот I. Статья». Журнал практической химии . 50 : 275–294. дои : 10.1002/prac.18940500125.
  3. ^ Kaiser, C.; Weinstock, J. (1988). «Амины из смешанных карбоксильно-угольных ангидридов: 1-фенилциклопентиламин». Органические синтезы; Собрание томов , т. 6, стр. 910.
  4. ^ Смит, ПАС (1946). «Реакция Курциуса». Органические реакции . 3 : 337–449.
  5. ^ Скривен, Эрик Ф. В.; Тернбулл, Кеннет (1988). «Азиды: их получение и синтетическое использование». Chemical Reviews . 88 (2): 297–368. doi :10.1021/cr00084a001.
  6. ^ Weinstock, J (1961). «Модифицированная реакция Курциуса». J. Org. Chem . 26 : 3511. doi :10.1021/jo01067a604.
  7. ^ Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. С. 948. ISBN 978-0387683546.
  8. ^ Уоррен, Дж. Д.; Пресс, Дж. Б. (1980). «Образование и перегруппировка Курциуса ацилазидов из нереакционноспособных хлорангидридов кислот». Synth. Commun . 10 : 107–110. doi : 10.1080/00397918008061812.
  9. ^ Pozsgay, V.; Jennings, HJ (1987). «Азидный синтез со стабильными нитрозильными солями». Tetrahedron Lett . 28 (43): 5091–5092. doi :10.1016/s0040-4039(00)95598-9.
  10. ^ Shioiri, T.; Ninomiya, K.; Yamada, S. (1972). «Новый удобный реагент для модифицированной реакции Курциуса и синтеза пептидов». J. Am. Chem. Soc . 94 (17): 6203–6205. doi :10.1021/ja00772a052. PMID  5054412.
  11. ^ Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. С. 948. ISBN 978-0387683546.
  12. ^ Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. С. 948. ISBN 978-0387683546.
  13. ^ Раук, А.; Алевуд, П.Ф. (1977). «Теоретическое исследование перегруппировки Курциуса. Электронные структуры и взаимопревращения видов CHNO». Can. J. Chem . 55 (9): 1498–1510. doi :10.1139/v77-209.
  14. ^ L'Abbe, G. (1969). «Реакции разложения и присоединения органических азидов». Chem. Rev. 69 ( 3): 345–363. doi :10.1021/cr60259a004.
  15. ^ Юкава, Y.; Цуно, Y. (1959). «Разложение замещенных бензазидов в кислых растворителях, кислотный катализ». J. Am. Chem. Soc . 81 : 2007–2012. doi :10.1021/ja01517a055.
  16. ^ Фар, Э.; Нойманн, Л. (1965). «Курциус-реакция с бортригалогенидами». Энджью. Хим . 77 (13): 591. Бибкод : 1965AngCh..77..591F. дои : 10.1002/ange.19650771308.
  17. ^ Вентрап, К.; Борнеманн, Х. (2005). «Перегруппировка Курциуса ацилазидов снова — образование цианата». Eur. J. Org. Chem. : 4521–4524. doi :10.1002/ejoc.200500545.
  18. ^ Эйблер, Э.; Зауэр, Дж. (1974). «Ein Betrag zur Isocyanatbildung bei der Photolyse von Acylaziden». Тетраэдр Летт . 15 (30): 2569–2572. дои : 10.1016/s0040-4039(01)92295-6.
  19. ^ Август Дарапски (1936) «Darstellung von α-Aminosäuren aus Alkyl-cyanessigsäuren» (Получение α-аминокислот из алкилцианоуксусных кислот), Journal für Praktische Chemie , 146  : 250-267.
  20. ^ Ганьон, П.Е.; Бовин, П.А.; Крейг, Х.М. (1951). «Синтез аминокислот из замещенных цианоуксусных эфиров». Can. J. Chem . 29 : 70–75. doi : 10.1139/cjc-29-1-70 .
  21. ^ Бертран, Г.; Мажораль, Дж.; Басейредо, А. (1980). «Фотолитическая перегруппировка азида фосфора: доказательства существования переходного метафосфонимидата». Tetrahedron Lett . 21 (52): 5015–5018. doi :10.1016/s0040-4039(00)71119-1.
  22. ^ Harger, MJP; Westlake, S. (1982). «Фотолиз некоторых несимметричных фосфиновых азидов в метаноле». Tetrahedron . 38 (20): 3073–3078. doi :10.1016/0040-4020(82)80195-6.
  23. ^ Harger, MJP; Westlake, S. (1982). «Фотолиз некоторых несимметричных фосфиновых азидов в метаноле». Tetrahedron . 38 (20): 3073–3078. doi :10.1016/0040-4020(82)80195-6.
  24. ^ Ам Энде, Дэвид Дж.; Деврис, Кит М.; Клиффорд, Памела Дж.; Бренек, Стивен Дж. (1998). «Калориметрическое исследование для безопасного масштабирования перегруппировки Курциуса акрилоил азида». Organic Process Research & Development . 2 (6): 382–392. doi :10.1021/op970115w.
  25. ^ Lebel, H.; Leogane, O. (2005). «Boc-защищенные амины посредством мягкой и эффективной однореакторной перегруппировки Курциуса». Organic Letters . 7 (19): 4107–4110. doi :10.1021/ol051428b. PMID  16146363.
  26. ^ Джессап, П.Дж.; Петти, К.Б.; Рус, Дж.; Оверман, Л.Е. (1988). «1-N-Ациламино-1,3-диены из 2,4-пентадиеновых кислот с помощью перегруппировки Курциуса: бензил-транс-1,3-бутадиен-1-карбамат». Органические синтезы; Собрание томов , т. 6, стр. 95.
  27. ^ Вудворд, Р. Б.; Фукунага, Т.; Келли, Р. К. (1964). «Триквинацен». J. Am. Chem. Soc . 86 (15): 3162–3164. doi :10.1021/ja01069a046.
  28. ^ Ишикава, Х.; Сузуки, Т.; Хаяши, И. (2009). «Высокопродуктивный синтез ингибитора нейрамидазы против гриппа (-)-осельтамивира тремя «однореакторными» операциями». Angew. Chem. Int. Ed . 48 (7): 1304–1307. doi :10.1002/anie.200804883. PMID  19123206.
  29. ^ Ансворт, Уильям П.; Кициу, Кристиана; Тейлор, Ричард Дж. К. (5 июля 2013 г.). «Подходящий полный синтез (±)-диеводиамина без защитных групп». Organic Letters . 15 (13): 3302–3305. doi :10.1021/ol4013469. PMID  23786450.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с перегруппировкой Курциуса .