stringtranslate.com

перегруппировка Клайзена

Перегруппировка Кляйзена — это мощная химическая реакция образования углерод -углеродной связи , открытая Райнером Людвигом Кляйзеном . [1] Нагревание аллилвинилового эфира инициирует [3,3]-сигматропную перегруппировку с образованием γ,δ-ненасыщенного карбонила, обусловленную экзергонически благоприятным образованием карбонильной связи CO (Δ(Δ f H ) = −327 ккал/моль (−1,370 кДж/моль). [2] [3] [4] [5]

Перегруппировка Кляйзена
Перегруппировка Кляйзена

Механизм

Перегруппировка Клайзена является экзотермической , согласованной (разрыв связи и рекомбинация) перициклической реакцией. Правила Вудворда-Хоффмана показывают супрафациальный, стереоспецифический путь реакции. Кинетика имеет первый порядок, и вся трансформация протекает через высокоупорядоченное циклическое переходное состояние и является внутримолекулярной. Эксперименты по кроссоверу исключают возможность перегруппировки, происходящей через механизм межмолекулярной реакции , и согласуются с внутримолекулярным процессом. [6] [7]

В перегруппировке Кляйзена наблюдаются существенные эффекты растворителя , где полярные растворители имеют тенденцию ускорять реакцию в большей степени. Водородные связывающие растворители дали самые высокие константы скорости. Например, смеси растворителей этанол /вода дают константы скорости в 10 раз выше, чем сульфолан . [8] [9] Было показано, что трехвалентные алюминийорганические реагенты, такие как триметилалюминий , ускоряют эту реакцию. [10] [11]

Вариации

Ароматическая перегруппировка Клайзена

Первая описанная перегруппировка Кляйзена представляет собой [3,3]-сигматропную перегруппировку аллилфенилового эфира в промежуточное соединение 1, которое быстро таутомеризуется в 2- аллилфенол .

Перегруппировка Кляйзена

Перегруппировка Кляйзена может происходить по принципу домино с перегруппировкой Копа , в этом случае аллильная группа, по-видимому, атакует пара -положение в кольце: [12]

Ароматический кляйзен с замещенным в орто-положении
Ароматический кляйзен с замещенным в орто-положении

Мета-замещение влияет на региоселективность этой перегруппировки. [13] [14] Например, электроноакцепторные группы (такие как бромид) в мета -положении направляют перегруппировку в орто -положение (71% орто- продукта), в то время как электронодонорные группы (такие как метокси) направляют перегруппировку в пара -положение (69% пара- продукта). Кроме того, присутствие орто- заместителей приводит исключительно к пара-замещенным продуктам перегруппировки. [12] Если альдегид или карбоновая кислота занимают орто- или пара -положения, аллильная боковая цепь вытесняет группу, высвобождая ее в виде оксида углерода или диоксида углерода соответственно. [15] [16]

Перегруппировка Беллюса-Кляйзена

Перегруппировка Беллуса-Кляйзена представляет собой реакцию аллиловых эфиров, аминов и тиоэфиров с кетенами с образованием γ,δ-ненасыщенных эфиров, амидов и тиоэфиров. [17] [18] [19] Это превращение было случайно обнаружено Беллусом в 1979 году при синтезе промежуточного продукта для инсектицида, пиретроида. Галогензамещенные кетены (R 1 , R 2 ) часто используются в этой реакции из-за их высокой электрофильности. Были разработаны многочисленные восстановительные методы удаления полученных α-галогенэфиров, амидов и тиоэфиров. [20] [21] Перегруппировка Беллуса-Кляйзена предлагает химикам-синтетикам уникальную возможность для стратегий расширения кольца.

Перегруппировка Беллюса-Кляйзена
Перегруппировка Беллюса-Кляйзена

Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена

Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена происходит путем нагревания аллильных спиртов в присутствии N , N -диметилацетамида диметилацеталя с образованием γ,δ-ненасыщенного амида. Это было разработано Альбертом Эшенмозером в 1964 году. [22] [23] Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена использовалась в качестве ключевого шага в общем синтезе морфина. [24]

Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена
Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена

Механизм: [12]

Механизм Эшенмозера – Кляйзена
Механизм Эшенмозера – Кляйзена

Перегруппировка Ирландии – Кляйзена

Перегруппировка Айрленда-Кляйзена представляет собой реакцию аллильного карбоксилата с сильным основанием (таким как диизопропиламид лития ) с образованием γ,δ-ненасыщенной карбоновой кислоты . [25] [26] [27] Перегруппировка протекает через ацеталь силилкетена, который образуется путем захвата енолята лития хлортриметилсиланом. Как и перегруппировка Беллюса-Кляйзена (выше), перегруппировка Айрленда-Кляйзена может происходить при комнатной температуре и выше. Ацетали силилкетена с конфигурацией E и Z приводят к анти- и син-перегруппированным продуктам соответственно. [28] В литературе встречаются многочисленные примеры энантиоселективных перегруппировок Айрленда-Кляйзена, включающих хиральные борные реагенты и использование хиральных вспомогательных веществ. [29] [30]

Перегруппировка Айрленда-Клейзена
Перегруппировка Айрленда-Клейзена

Перегруппировка Джонсона – Кляйзена

Перегруппировка Джонсона-Кляйзена представляет собой реакцию аллилового спирта с ортоэфиром с образованием γ,δ-ненасыщенного эфира . [31] Слабые кислоты, такие как пропионовая кислота, использовались для катализа этой реакции. Эта перегруппировка часто требует высоких температур (100–200 °C) и может занять от 10 до 120 часов для завершения. [32] Однако микроволновое нагревание в присутствии KSF-глины или пропионовой кислоты продемонстрировало резкое увеличение скорости реакции и выходов. [33] [34]

Перегруппировка Джонсона – Кляйзена
Перегруппировка Джонсона – Кляйзена

Механизм: [12]

Механизм Джонсона-Кляйзена
Механизм Джонсона-Кляйзена

Перегруппировка Казмайера-Кляйзена

Перегруппировка Казмайера-Кляйзена представляет собой реакцию ненасыщенного эфира аминокислоты с сильным основанием (таким как диизопропиламид лития ) и солью металла при -78 °C с образованием хелатированного енолята в качестве промежуточного продукта. [35] [36] Хотя для образования енолята можно использовать различные соли металлов, использование хлорида цинка приводит к наивысшему выходу и обеспечивает наилучшую стереоспецифичность. [37] Виды енолята перегруппировываются при -20 °C с образованием аминокислоты с аллильной боковой цепью в α-положении. Этот метод был описан Ули Казмайером в 1993 году. [38]

Перегруппировка Казмайера-Кляйзена
Перегруппировка Казмайера-Кляйзена

Фото-перегруппировка Клайзена

Перегруппировка Кляйзена арильных эфиров может также быть выполнена как фотохимическая реакция. В дополнение к традиционному орто- продукту, полученному в термических условиях (продукт перегруппировки [3,3]), фотохимическая вариация также дает пара- продукт (продукт [3,5]), альтернативные изомеры аллильной группы (например, продукты [1,3] и [1,5]) и простую потерю эфирной группы, и даже может перегруппировать алкильные эфиры в дополнение к аллильным эфирам. Фотохимическая реакция происходит посредством ступенчатого процесса расщепления радикалов с последующим образованием связей, а не как согласованная перициклическая реакция , что, следовательно, дает возможность для большего разнообразия возможных субстратов и изомеров продуктов. [39] Результаты [1,3] и [1,5] фотоперегруппировки Кляйзена аналогичны фотоперегруппировке Фриза арильных эфиров и родственных ацильных соединений. [40]

Гетеро-Клейзенс

Аза–Кляйзен

Иминиум может служить одним из пи-связанных фрагментов в перегруппировке. [41]

Пример перегруппировки Аза-Кляйзена
Пример перегруппировки Аза-Кляйзена

Реакция Чена-Маппа

Реакция Чена-Маппа, также известная как перегруппировка [3,3]-фосфоримидата или реакция Штаудингера-Кляйзена, устанавливает фосфит на место спирта и использует восстановление Штаудингера для преобразования его в аллильный амин. Последующий Кляйзен обусловлен тем фактом, что двойная связь P=O энергетически более выгодна, чем двойная связь P=N. [42]

Реакция Маппа

Перестановка Овермана

Перегруппировка Овермана (названная в честь Ларри Овермана ) представляет собой перегруппировку Кляйзена аллильных трихлорацетимидатов в аллильные трихлорацетамиды. [43] [44] [45]

Перестановка Овермена
Перестановка Овермена

Перегруппировка Овермана применима для синтеза вицинальных диаминосоединений из 1,2-вицинальных аллильных диолов.

Цвиттерионная перегруппировка Кляйзена

В отличие от типичных перегруппировок Кляйзена, требующих нагревания, цвиттерионные перегруппировки Кляйзена происходят при комнатной температуре или ниже. Ионы ациламмония высокоселективны для Z - енолятов в мягких условиях. [46] [47]

Цвиттер-ионная перегруппировка Кляйзена.
Цвиттер-ионная перегруппировка Кляйзена.

В природе

Фермент хоризматмутаза (EC 5.4.99.5) катализирует перегруппировку Кляйзена хоризмата в префенат , промежуточное вещество в биосинтетическом пути синтеза фенилаланина и тирозина . [48]

Хоризматмутаза катализирует перегруппировку Кляйзена
Хоризматмутаза катализирует перегруппировку Кляйзена

История

Открытая в 1912 году перегруппировка Кляйзена является первым зарегистрированным примером [3,3]-сигматропной перегруппировки. [1] [49] [50]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ аб Клайзен, Л. (1912). «Über Umlagerung von Phenol-allyläthern в C-аллил-феноле». Химише Берихте . 45 (3): 3157–3166. дои : 10.1002/cber.19120450348.
  2. ^ Hiersemann, M.; Nubbemeyer, U. (2007) Перегруппировка Кляйзена . Wiley-VCH. ISBN 3-527-30825-3 
  3. ^ Rhoads, SJ; Raulins, NR (1975). «Перегруппировки Клейзена и Копа». Org. React . 22 : 1–252. doi :10.1002/0471264180.or022.01. ISBN 978-0471264187.
  4. ^ Циглер, FE (1988). «Термическая алифатическая перегруппировка Кляйзена». Chem. Rev. 88 (8): 1423–1452. doi :10.1021/cr00090a001.
  5. ^ Випф, П. (1991). «Перестановки Кляйзена». Компр. Орг. Синтез . 5 : 827–873. дои : 10.1016/B978-0-08-052349-1.00140-2. ISBN 978-0-08-052349-1.
  6. ^ Hurd, CD; Schmerling, L. (1937). «Наблюдения за перегруппировкой аллиловых арильных эфиров». J. Am. Chem. Soc. 59 : 107. doi :10.1021/ja01280a024.
  7. ^ Фрэнсис А. Кэри; Ричард Дж. Сандберг (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть A: Структура и механизмы. Springer. С. 934–935. ISBN 978-0-387-44897-8.
  8. ^ Клайзен, Л. (1912). «Über Umlagerung von Phenol-allyläthern в C-аллил-феноле». Химише Берихте . 45 (3): 3157–3166. дои : 10.1002/cber.19120450348.
  9. ^ Клайзен, Л.; Титце, Э. (1925). «Über den Mechanismus der Umlagerung der Phenol-allyläther». Химише Берихте . 58 (2): 275. doi :10.1002/cber.19250580207.
  10. ^ Геринг, HL; Якобсон, RR (1958). «Кинетическое исследование орто-Кляйзеновской перегруппировки1». J. Am. Chem. Soc. 80 (13): 3277. doi :10.1021/ja01546a024.
  11. ^ Уайт, Западная Нью-Йорк; Вольфарт, Э.Ф. (1970). «Перегруппировка о-Кляйзена. VIII. Эффекты растворителя». Дж. Орг. хим. 35 (7): 2196. doi :10.1021/jo00832a019.
  12. ^ abcd Ласло Курти; Барбара Чако (2005). Стратегическое применение именованных реакций в органическом синтезе: предыстория и детальная механика: 250 именованных реакций. Academic Press. ISBN 978-0-12-429785-2. Получено 27 марта 2013 г.
  13. ^ Уайт, Уильям Н.; Слейтер, Карл Д. (1961). « Орто -Кляйзеновская перегруппировка. V. Продукты перегруппировки аллил -м -Х-фениловых эфиров». Журнал органической химии . 26 (10): 3631–3638. doi :10.1021/jo01068a004.
  14. ^ Гоццо, Фабио Сезар; Фернандес, Серхио Антонио; Родригес, Дениз Кристина; Эберлин, Маркос Ногейра; Марсайоли, Анита Джоселин (2003). «Региоселективность в ароматических перегруппировках Кляйзена». Журнал органической химии . 68 (14): 5493–5499. дои : 10.1021/jo026385g. ПМИД  12839439.
  15. ^ Адамс, Роджер (1944). Органические реакции, том II. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., стр. 11–12.
  16. ^ Клайзен, Л.; Эйслеб, О. (1913). «Über die Umlagerung von Phenolallyläthern в изомере аллилфенола». Юстус Либигс Аннален дер Хими . 401 (1): 90. doi :10.1002/jlac.19134010103.
  17. ^ Malherbe, R.; Bellus, D. (1978). «Новый тип перегруппировки Кляйзена с участием 1,3-диполярных промежуточных соединений. Предварительное сообщение». Helv. Chim. Acta . 61 (8): 3096–3099. doi :10.1002/hlca.19780610836.
  18. ^ Malherbe, R.; Rist, G.; Bellus, D. (1983). «Реакции галогенокетенов с аллиловыми эфирами и тиоэфирами: новый тип перегруппировки Кляйзена». J. Org. Chem . 48 (6): 860–869. doi :10.1021/jo00154a023.
  19. ^ Гонда, Дж. (2004). «Перегруппировка Беллюша – Кляйзена». Энджью. хим. Межд. Эд. 43 (27): 3516–3524. дои : 10.1002/anie.200301718. ПМИД  15293240.
  20. ^ Эдстром, Э. (1991). «Неожиданный поворот в стереохимии трансаннулярных циклизаций. Стереоселективный синтез (±)-эпилупинина». Tetrahedron Letters . 32 (41): 5709–5712. doi :10.1016/S0040-4039(00)93536-6.
  21. ^ Bellus (1983). «Реакции галогенокетенов с аллиловыми эфирами и тиоэфирами: новый тип перегруппировки Кляйзена». Журнал органической химии . 48 (6): 860–869. doi :10.1021/jo00154a023.
  22. ^ Вик, А.Э.; Феликс, Д.; Стин, К.; Эшенмозер, А. (1964). «CLAISEN'sche Umlagerungen bei Allyl- und Benzylalkoholen mit Hilfe von Acetalen des N,N-диметилацетамиды. Vorläufige Mitteilung». Хелв. Хим. Акта . 47 (8): 2425–2429. дои : 10.1002/hlca.19640470835.
  23. ^ Вик, А.Э.; Феликс, Д.; Гшвенд-Стин, К.; Эшенмозер, А. (1969). «CLAISEN'sche Umlagerungen bei Allyl- und Benzylalkoholen mit 1-Dimethylamino-1-methoxy-äthen». Хелв. Хим. Акта . 52 (4): 1030–1042. дои : 10.1002/hlca.19690520418.
  24. ^ Guillou, C (2008). «Диастереоселективный полный синтез (±)-кодеина». Chem. Eur. J . 14 (22): 6606–6608. doi :10.1002/chem.200800744. PMID  18561354.
  25. ^ Айрленд, RE; Мюллер, RH (1972). «Перегруппировка Клайзена аллиловых эфиров». Журнал Американского химического общества . 94 (16): 5897. doi :10.1021/ja00771a062.
  26. ^ Айрленд, RE; Уиллард, AK (1975). «Стереоселективное образование эфирных енолятов». Tetrahedron Lett. 16 (46): 3975–3978. doi :10.1016/S0040-4039(00)91213-9.
  27. ^ Айрленд, RE; Мюллер, RH; Уиллард, AK (1976). «Эфирная енолятная перегруппировка Кляйзена. Стереохимический контроль посредством стереоселективного образования енолята». Журнал Американского химического общества . 98 (10): 2868. doi :10.1021/ja00426a033.
  28. ^ Ireland, RE; Wipf, Peter; Armstrong III, Joseph D. (1991). «Стереохимический контроль в перегруппировке Кляйзена енолята эфира. 1. Стереоселективность в образовании ацеталя силилкетена». J. Org. Chem . 56 (2): 650–657. doi :10.1021/jo00002a030.
  29. ^ Эндерс, Э. (1996). «Асимметричные [3,3]-сигматропные перегруппировки в органическом синтезе». Тетраэдр: Асимметрия . 7 (7): 1847–1882. doi :10.1016/0957-4166(96)00220-0.
  30. ^ Corey, E (1991). «Высокоэнантиоселективная и диастереоселективная перегруппировка Айрленда-Кляйзена ахиральных аллиловых эфиров». Журнал Американского химического общества . 113 (10): 4026–4028. doi :10.1021/ja00010a074.
  31. ^ Джонсон, Уильям Саммер; Вертеманн, Люциус; Бартлетт, Уильям Р.; Броксом, Тимоти Дж.; Ли, Цунг-Ти; Фолкнер, Д. Джон; Петерсен, Майкл Р. (1 февраля 1970 г.). «Простая стереоселективная версия перегруппировки Кляйзена, приводящая к транс -тризамещенным олефиновым связям. Синтез сквалена». Журнал Американского химического общества . 92 (3): 741–743. дои : 10.1021/ja00706a074. ISSN  0002-7863.
  32. ^ Fernandes, RA (2013). «Ортоэфирная перегруппировка Джонсона–Кляйзена в синтезе биоактивных молекул, природных продуктов и синтетических промежуточных продуктов – последние достижения». Европейский журнал органической химии . 2014 (14): 2833–2871. doi :10.1002/ejoc.201301033.
  33. ^ Хубер, RS (1992). «Ускорение перегруппировки ортоэфира Кляйзена с помощью микроволнового термолиза, катализируемого глиной: ускоренный путь к бициклическим лактонам». Журнал органической химии . 57 (21): 5778–5780. doi :10.1021/jo00047a041.
  34. ^ Шрикришна, А (1995). «Применение техники микроволнового нагрева для быстрого синтеза γ,δ-ненасыщенных эфиров». Тетраэдр . 51 (6): 1809–1816. doi :10.1016/0040-4020(94)01058-8.
  35. ^ Varghese, V; Hudlicky, T (2013). «Полный синтез дигидрокодеина и гидрокодона с помощью двойной перегруппировки Кляйзена и стратегии закрытия C-10/C-11». Synlett . 24 (3): 369–374. doi :10.1055/s-0032-1318114.
  36. ^ Ндунгу, Дж; X Гу; Д. Гросс; Дж. Кейн; М. Кардуччи; В. Хруби (2004). «Синтез бициклических дипептидных миметиков для холецистокинина и опиоидных рецепторов». Tetrahedron Letters . 45 (21): 4139–4142. doi :10.1016/j.tetlet.2004.03.146.
  37. ^ Kazmaier, U (1993). «Стереоселективный синтез 2-(2'-циклоалкенил)глицинатов посредством [3,3] сигматропной перегруппировки хелатных эфир-енолятов». Tetrahedron . 50 : 12895–12902. doi :10.1016/S0040-4020(01)81208-4.
  38. ^ Kazmaier, U (1993). «Синтез ненасыщенных аминокислот с помощью [3,3]-сигматропной перегруппировки енолятов хелатных мостиковых эфиров глицина». Angewandte Chemie International Edition . 104 (9): 1046–1047. doi :10.1002/anie.199409981.
  39. ^ Галиндо, Франциско (2005). «Фотохимическая перегруппировка ароматических эфиров: обзор реакции Фото-Кляйзена». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 6 : 123–138. doi :10.1016/j.jphotochemrev.2005.08.001.
  40. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «перегруппировка фото-Фрайса». doi :10.1351/goldbook.P04614
  41. ^ Курт, М. Дж.; Деккер, О. Х. У. (1985). «Энантиоселективное получение 3-замещенных 4-пентеновых кислот с помощью перегруппировки Кляйзена». J. Org. Chem. 50 (26): 5769–5775. doi :10.1021/jo00350a067.
  42. ^ Чен, Б.; Мапп, А. (2005). «Термические и катализируемые [3,3]-фосфоримидатные перегруппировки». Журнал Американского химического общества . 127 (18): 6712–6718. doi :10.1021/ja050759g. PMID  15869293.
  43. ^ Overman, LE (1974). «Термическая и катализируемая ионами ртути [3,3]-сигматропная перегруппировка аллильных трихлорацетимидатов. 1,3-Транспозиция спиртовых и аминных функций». Журнал Американского химического общества . 96 (2): 597–599. doi :10.1021/ja00809a054.
  44. ^ Оверман, Л. Э. (1976). «Общий метод синтеза аминов путем перегруппировки аллильных трихлорацетимидатов. 1,3-Транспозиция спиртовых и аминовых функций». Журнал Американского химического общества . 98 (10): 2901–2910. doi :10.1021/ja00426a038.
  45. ^ Clizbe, LA; Overman, LE (1978). "Аллильно транспонированные амины из аллильных спиртов: 3,7-диметил-1,6-октадиен-3-амин". Organic Syntheses . 58 : 4. doi :10.15227/orgsyn.058.0004.
  46. ^ Ю, К.-М.; Цой, Х.-С.; Ли, Дж.; Юнг, В.-Х.; Ким, Х.-Дж. (1996). «Саморегулируемая молекулярная перегруппировка: диастереоселективный цвиттерионный протокол аза-Кляйзена». Дж. Хим. Soc., Перкин Транс. 1 (2): 115–116. дои : 10.1039/p19960000115.
  47. ^ Нуббемейер, У. (1995). «1,2-Асимметричная индукция в цвиттерионной перегруппировке Клайзена аллиламинов». J. Org. Chem. 60 (12): 3773–3780. doi :10.1021/jo00117a032.
  48. ^ Ганем, Б. (1996). «Механизм перегруппировки Клайзена: дежавю снова и снова». Энджью. хим. Межд. Эд. англ. 35 (9): 936–945. дои : 10.1002/anie.199609361.
  49. ^ Клайзен, Л.; Титце, Э. (1925). «Über den Mechanismus der Umlagerung der Phenol-allyläther». Химише Берихте . 58 (2): 275. doi :10.1002/cber.19250580207.
  50. ^ Клайзен, Л.; Титце, Э. (1926). «Über den Mechanismus der Umlagerung der Phenol-allyläther. (2. Mitteilung)». Химише Берихте . 59 (9): 2344. doi :10.1002/cber.19260590927.