Металл-катализируемое циклопропанирование представляет собой химическую реакцию , которая приводит к образованию циклопропанового кольца из металлокарбеноидных видов и алкена . [1] В реакции Симмонса-Смита металлом, участвующим в реакции, является цинк. Металлокарбеноидные виды могут быть получены посредством реакции диазосоединения с переходным металлом. Внутримолекулярный вариант этой реакции был впервые описан в 1961 году. [2] Родийкарбоксилатные комплексы, такие как диродийтетраацетат , являются распространенными катализаторами. Были разработаны энантиоселективные циклопропанирования. [3]
Определенные механистические исследования катализируемого родием циклопропанирования отсутствуют. Однако механизм был рационализирован на основе распределения продуктов и стереоселективности. [4] Атака диазосоединения на металлический центр генерирует цвиттер-ионный металлалкильный комплекс, который вытесняет газообразный азот, образуя промежуточный металлкарбен. Согласованное добавление металлкарбена к олефину (без прямой координации олефина с металлом) генерирует наблюдаемый циклопропановый продукт. [5] Конфигурация олефина сохраняется на протяжении всего процесса; [6] однако, металлкарбены с гетеротопными гранями могут генерировать смесь диастереомеров, как показано в правой части уравнения (2).
(2)
Конфигурация продукта определяется траекторией подхода олефина к металлическому карбену. В реакциях монозамещенных металлокарбенов с терминальными олефинами олефин, вероятно, приближается «концом» (с двойной связью углерод-углерод олефина, почти параллельной двойной связи металл-углерод карбена), при этом группа R олефина направлена от заместителя карбена. [7] Для реакций винилзамещенных карбенов была предложена вторая модель переходного состояния. В этой модели олефин приближается «боком» (с двойной связью углерод-углерод олефина, перпендикулярной двойной связи металл-углерод карбена), при этом группа R олефина находится далеко от винильной группы. [8]
Методы стереоселективного синтеза циклопропанов из диазокарбонильных соединений и олефинов основывались либо на использовании предварительно сформированных хиральных родиевых катализаторов, либо на хиральных вспомогательных веществах на диазокарбонильном соединении. Например, Rh 2 [ S -DOSP] 4 является высокоэффективным катализатором для энантиоселективного циклопропанирования алкенов. [9]
(3)
Хиральные вспомогательные вещества, полученные из легкодоступных хиральных спиртов (таких как пантолактон), могут быть использованы для диастереоселективного циклопропанирования с диазоэфирами. [10]
(4)
Циклопропанирование олефинов с диазокарбонильными соединениями обычно осуществляется с использованием родийкарбоксилатных комплексов, хотя изначально использовалась медь. [11] Область применения олефинов, как правило, довольно широка — богатые электронами, [12] нейтральные [13] и бедные электронами [14] олефины были эффективно циклопропанированы с использованием каталитических систем на основе родия. В этом разделе описываются различные классы диазокарбонильных соединений, которые реагируют с олефинами при катализе родием, давая циклопропаны.
Диазоацетаты, которые обладают одним карбонильным заместителем, присоединенным к диазоуглероду, использовались для циклопропанирования широкого спектра олефинов. Диастереоселективность для ( E ) циклопропана увеличивается с увеличением размера эфирной группы. Кроме того, добавление электронной плотности к катализатору (например, путем замены ацетатных лигандов на ацетамид, акам) увеличивает диастереоселективность реакции. [15]
(5)
Диазокарбонильные соединения, замещенные двумя электроноакцепторными группами, такие как диазомалонаты, склонны к побочным реакциям в условиях циклопропанирования. Наблюдались побочные продукты [3+2] циклоприсоединения [16] и вставки CH [17] .
(6)
Диазоацетаты, замещенные винильной или арильной группой на диазоуглероде, не реагируют с транс -алкенами. Этот результат был объяснен путем привлечения модели переходного состояния в уравнении (2). Реакции этих субстратов являются высокоселективными для изомера циклопропана ( E ). [18]
(7)
Винилдиазоацетаты реагируют с диенами, образуя дивинилциклопропаны, которые подвергаются перегруппировке Копа, образуя циклогептадиены. [19] Более замещенная двойная связь диена реагирует предпочтительно. [20]
(8)
(9)
Фураны реагируют аналогичным образом с винилдиазоацетатами, хотя промежуточный циклопропан может трансформироваться либо в продукт перегруппировки Коупа, либо в открытое ненасыщенное карбонильное соединение. Распределение этих продуктов сильно зависит от характера замещения фурана. [21]
(10)
Пирролы реагируют с винилдиазоацетатами с образованием циклогептадиенов с азотным мостиком. Использование метиллактата в качестве хирального вспомогательного вещества на винилдиазоацетате привело к умеренной диастереоселективности в тандемной циклопропанации/перегруппировке Копе защищенного Boc пиррола. [22]
(11)
Энантиоселективность асимметричных циклопропанирований может существенно зависеть от растворителя. [23]
Энантиоселективное межмолекулярное циклопропанирование было применено для синтеза хиральных циклопропановых антибиотиков циластатина. [24](12)Тандемное циклопропанирование/фрагментация является ключевым этапом в синтезе 12-гидроксиэйкозатетраеновой кислоты. [25]
(12)
Циклопропанирование Симмонса-Смита , в котором используются карбены, полученные из дииодометана, является популярной альтернативой катализируемому родием циклопропанированию. В присутствии хирального диамина циклопропанирование Симмонса-Смита является энантиоселективным; однако селективность не так высока, как у соответствующих катализируемых родием реакций. [26]
(13)
Замещенные карбеноиды цинка могут быть получены из соответствующих кетонов или альдегидов через последовательность, аналогичную механизму восстановления Клемменсена . Циклопропанирование олефинов с этими промежуточными продуктами происходит с умеренной диастереоселективностью и выходом. [27]
(14)
Другие диазосоединения, помимо диазокарбонильных соединений, использовались для катализируемых родием циклопропанирований; [28] однако, эти субстраты гораздо сложнее в обращении и нестабильны, чем диазокарбонильные соединения. Таким образом, они не были широко приняты для органического синтеза.
(15)