Реакции расширения и сжатия кольца расширяют или сжимают кольца , обычно в органической химии . Этот термин обычно относится к реакциям, включающим создание и разрыв связей CC . [1] К такого рода реакциям приводят различные механизмы.
Эти реакции влекут за собой диазотирование аминоциклобутанов и аминоциклопропанов. Потеря N 2 из диазокатионов приводит к образованию вторичных карбокатионов, которые имеют тенденцию перегруппировываться и затем подвергаться гидролизу. Реакция превращает аминоциклобутан в смесь гидроксициклобутана и гидроксиметилциклопропана. Эти реакции образуют уравновешивающую смесь двух карбокатионов : [2]
В реакции Арндта-Эйстерта α-диазокетон индуцируется высвобождением N 2 , что приводит к образованию высокореактивного секстетного углеродного центра, примыкающего к карбонилу. Такие виды превращаются в результате перегруппировки Вольфа в сложный эфир в присутствии спиртов. При применении к циклическим α-диазокетонам происходит сжатие кольца. [3] [4] В случае стероидов эта реакция использовалась для превращения циклопентаноновых групп в циклобутанильные производные. [5]
Расширение колец может обеспечить доступ к более крупным системам, которые иначе сложно синтезировать. [6] Кольца могут быть расширены путем атаки кольца на внешнюю группу, уже добавленную к кольцу ( миграция /вставка), открытия велосипеда в одно большее кольцо или соединения закрытия кольца с расширением. [1] Эти расширения могут быть дополнительно разбиты по типу атома, который они включают (углерод или гетероатом) в расширенное кольцо.
Эти реакции имеют общие черты: экзоциклическая уходящая группа на атоме углерода, прилегающем к кольцу, и электронодонорная группа на кольце, способная инициировать миграцию эндоциклической связи.
Обычным миграционным внедрением углерода является перегруппировка пинакола . [1] Хотя эта реакция относится конкретно к вицинальной дигидроксидной перегруппировке, существуют и другие перегруппировки типа пинакола, которые протекают по тому же общему механизму, например, перегруппировка Тиффно-Демьянова . Эти «перегруппировки семипинаколов» происходят в более мягких условиях и поэтому предпочтительнее при сложных синтезах. [7] Эти реакции полезны не только для простого расширения кольца, поскольку атакованная экзоциклическая группа может также иметь другие функциональные группы, добавленные к ней, помимо уходящей группы. Группа, к которой мигрирует эндоциклическая связь, также может быть избирательно добавлена к кольцу на основе уже присутствующей функциональности, например 1,2-присоединение к циклическому кетону.
Обычный метод расширения кольца включает открытие циклопропансодержащего бициклического промежуточного соединения. Стратегия может начаться с циклопропанирования циклического алкена, подобного Симмонсу-Смиту . [8]
Родственное расширение кольца на основе циклопропана - это расширение кольца Бюхнера . Расширение кольца Бюхнера используется для превращения аренов в циклогептатриены . Расширение кольца Бюхнера поощряется к открытию желаемого продукта путем размещения электроноакцепторных групп на добавленном углероде. Чтобы осуществить раскрытие кольца насыщенных бициклических молекул, циклопропан должен быть введен таким образом, чтобы соседняя группа могла способствовать расширению, или кольцо должно быть раскрыто путем атаки на расширение [9] или кольцо должно быть раскрыто путем атаки со стороны внешней группы. . [10]
Открытие кольца как средство расширения кольца также может быть применено к более крупным системам, чтобы обеспечить доступ к еще большей сисциклизации кольца. Фрагментация Гроба может быть применена в качестве примера такого расширения. Как и миграция типа пинакола, фрагментация Гроба опирается на группу, отдающую электроны, которая способствует миграции связей и способствует изгнанию уходящей группы. В этом случае электронодонорная группа может представлять собой псевдоэлектронодонорную группу, которая способна отщеплять и отдавать электронную пару углероду с разрываемой связью. Работа с двумя меньшими кольцами может позволить отдельно разработать две части молекулы, прежде чем работать с расширенным кольцом. Реакция расширения кольца Дауда-Беквита также способна присоединить к кольцу несколько атомов углерода за раз, т.е. присоединить несколько атомов углерода к кольцу одновременно, и является полезным инструментом для создания больших колец. [11] Пока он протекает через промежуточный велосипед, окончательная циклизация и раскрытие кольца происходят в рамках одной и той же радикальной реакции . [12] Это расширение полезно, поскольку оно позволяет расширить бета-кетоэфир до большого циклического кетона, который можно легко получить с использованием либо циклического кетона, либо экзоциклического сложного эфира.
Присоединения гетероатомов к кольцам могут происходить посредством расширения колец, если они не осуществляются посредством синтеза колец de novo. [13] Эти внедрения представляют собой в первую очередь расширение колец, поскольку они часто происходят через пути миграции/вставки, аналогичные упомянутым выше для углерода. Примеры включают в себя высокоэффективное применение перегруппировки Бекмана (для введения азота в кодеин) [14] и окисления Байера-Виллигера (введение кислорода в аннелированные эфиры) [15] в синтезе. Оба процесса происходят с вытеснением уходящей группы при миграции алкильной группы на экзоциклический гетероатом, что поразительно похоже на перегруппировку типа пинакола.
Сжатие колец полезно для создания меньших и более напряженных колец из колец большего размера. Стимулом к созданию этих колец послужила трудность, связанная с созданием полностью разработанного маленького кольца, когда такое кольцо легче было бы сделать из тщательно разработанного большего кольца, из которого можно вырезать атом, или из-за того, что исходный больший каркас более доступен. . [16]
Кольцевые сокращения легко охарактеризовать просто по реактивному промежуточному звену, которое выполняет сокращение. Стандартными промежуточными продуктами являются анионные, катионные и карбеноидные. [17]
Перегруппировка Фаворского представляет собой классическое сжатие анионного кольца. [18] Он протекает через карбанион, который атакует эндоциклический углерод и вытесняет уходящую группу (галогенид), образуя бициклическую молекулу с кольцами меньшего размера, чем исходная. Затем велосипед раскрывается в результате нуклеофильной атаки на кетон с образованием сокращенного продукта. [19] Эта реакция использовалась для превращения циклогексанона в метиловый эфир циклопропанкарбоновой кислоты.
Альтернативой стандартной перегруппировке Фаворского является проведение того, что можно назвать отрицательной перегруппировкой пинакола, когда анионная группа побуждает связь, ориентированную с уходящей группой, мигрировать и вытеснять уходящую группу, что использовалось в нескольких синтезах. [17] Следует также отметить, что так называемая «квази-перегруппировка Фаворского» протекает без дополнительного нуклеофила с образованием конечного сократившегося продукта.
Сокращение катионной перегруппировки происходит за счет потери уходящей группы и миграции эндоциклической связи к карбокатиону. Для этого типа сокращения часто используются перестановки типа пинакола. [20] Как и реакция расширения, эта реакция протекает с группой, отдающей электроны, которая способствует миграции.
Реакции сжатия одного кольца могут сочетаться с расширением другого, образуя неравный велосипед из сплавленного кольца одинакового размера. Эти катионные перегруппировки нашли применение для синтеза ядер сложных молекул. [21]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )