Реакция Симмонса-Смита представляет собой органическую хелетропную реакцию с участием органоцинкового карбеноида , который реагирует с алкеном (или алкином ) с образованием циклопропана . [1] [2] [3] Она названа в честь Говарда Энсайна Симмонса-младшего и Рональда Д. Смита. Она использует промежуточный метиленовый свободный радикал , который доставляется к обоим атомам углерода алкена одновременно, поэтому конфигурация двойной связи сохраняется в продукте, и реакция является стереоспецифической. [4]
Таким образом, циклогексен , дииодометан и пара цинка и меди (в виде иодметилцинка иодида , ICH 2 ZnI) дают норкаран (бицикло[4.1.0]гептан). [5] [6]
Реакция Симмонса-Смита обычно предпочтительнее других методов циклопропанирования, [7] однако она может быть дорогой из-за высокой стоимости дииодометана. Были разработаны модификации с использованием более дешевых альтернатив, таких как дибромметан [8] или диазометан и иодид цинка . [9] Реакционную способность системы также можно повысить, используя модификацию Фурукавы, заменив пару цинк-медь на диэтилцинк . [10]
Реакция Симмонса-Смита обычно подвержена стерическим эффектам , и поэтому циклопропанирование обычно происходит на менее затрудненной поверхности. [11] [12] Однако, когда в субстрате вблизи двойной связи присутствует гидроксизаместитель, цинк координируется с гидроксизаместителем, направляя циклопропанирование цис к гидроксильной группе (что может не соответствовать циклопропанированию стерически наиболее доступной поверхности двойной связи): [13] Интерактивную 3D-модель этой реакции можно увидеть на ChemTube3D.
Хотя методы асимметричного циклопропанирования, основанные на диазосоединениях ( метал-катализируемое циклопропанирование ), существуют с 1966 года, асимметричная реакция Симмонса-Смита была введена в 1992 году [14] с реакцией коричного спирта с диэтилцинком , дииодметаном и хиральным дисульфонамидом в дихлорметане :
Гидроксильная группа является предпосылкой , служащей якорем для цинка. Интерактивную 3D-модель подобной реакции [15] можно увидеть здесь (требуется java). В другой версии этой реакции лиганд основан на салене и добавлена кислота Льюиса DIBAL : [16]
Реакция Симмонса-Смита может быть использована для циклопропанирования простых алкенов без осложнений. Нефункционализированные ахиральные алкены лучше всего циклопропанируются с модификацией Фурукавы (см. ниже), используя Et 2 Zn и CH 2 I 2 в 1,2-дихлорэтане . [17] Циклопропанирование алкенов, активированных электронодонорными группами, протекает быстро и легко. Например, енольные эфиры , такие как триметилсилилоксизамещенные олефины, часто используются из-за высоких получаемых выходов. [18]
Несмотря на электроноакцепторную природу галогенидов , многие винилгалогениды также легко циклопропанируются, давая фтор-, бром- и иодзамещенные циклопропаны. [19] [20]
Циклопропанирование N -замещенных алкенов осложняется N -алкилированием как конкурирующим путем. Это можно обойти, добавив защитную группу к азоту, однако добавление электроноакцепторных групп снижает нуклеофильность алкена, снижая выход. Было показано, что использование высокоэлектрофильных реагентов , таких как CHFI 2 , вместо CH 2 I 2 , увеличивает выход в этих случаях. [21]
Без присутствия направляющей группы на олефине наблюдается очень малая хемоселективность . [22] Однако алкен, который значительно более нуклеофилен, чем любой другой, будет весьма благоприятным. Например, циклопропанирование происходит высокоселективно в енольных эфирах . [23]
Важным аспектом реакции Симмонса-Смита, который способствует ее широкому использованию, является ее способность использоваться в присутствии многих функциональных групп. Среди прочего, реакция, опосредованная галогеналкилцинком, совместима с алкинами , спиртами , эфирами , альдегидами , кетонами , карбоновыми кислотами и производными, карбонатами , сульфонами , сульфонатами , силанами и станнанами . Однако обычно наблюдаются некоторые побочные реакции.
Большинство побочных реакций происходят из-за кислотности Льюиса побочного продукта, ZnI 2 . В реакциях, которые производят чувствительные к кислоте продукты, избыток Et 2 Zn может быть добавлен для удаления образующегося ZnI 2 , образуя менее кислый EtZnI. Реакцию также можно погасить пиридином , который удалит ZnI 2 и избыток реагентов. [24]
Метилирование гетероатомов также наблюдается в реакции Симмонса-Смита из-за электрофильности карбеноидов цинка. Например, использование избыточного реагента при длительном времени реакции почти всегда приводит к метилированию спиртов. [ 25] Кроме того, Et2Zn и CH2I2 реагируют с аллильными тиоэфирами с образованием серных илидов , которые впоследствии могут подвергаться 2,3-сигматропной перегруппировке и не будут циклопропанировать алкен в той же молекуле , если не используется избыточный реагент Симмонса-Смита. [26]
Реакция Симмонса-Смита редко используется в ее первоначальном виде, поэтому были разработаны и чаще используются ряд модификаций как цинкового реагента, так и предшественника карбеноида.
Модификация Фурукавы включает замену пары цинк-медь на диалкилцинк, наиболее активным из которых оказался Et 2 Zn . Модификация была предложена в 1968 году как способ превращения катионно полимеризуемых олефинов, таких как виниловые эфиры, в соответствующие им циклопропаны. [27] Также было обнаружено, что она особенно полезна для циклопропанирования углеводов, будучи гораздо более воспроизводимой, чем другие методы. [28] Как и немодифицированная реакция, модифицированная Фурукавой реакция является стереоспецифической и часто намного быстрее немодифицированной реакции. Однако реагент Et 2 Zn является пирофорным , и поэтому с ним следует обращаться осторожно. [29]
Модификация Шаретта заменяет CH 2 I 2 , обычно встречающийся в реакции Симмонса-Смита, на арилдиазосоединения, такие как фенилдиазометан , в Пути A. [30] При обработке стехиометрическими количествами галогенида цинка образуется цинкорганическое соединение , похожее на карбеноид, обсуждаемый выше. Оно может реагировать почти со всеми алкенами и алкинами, включая стиролы и спирты. Это особенно полезно, поскольку известно, что немодифицированный Симмонс-Смит депротонирует спирты. К сожалению, как показано в Пути B, промежуточное соединение также может реагировать с исходным диазосоединением, давая цис- или транс- 1,2-дифенилэтен. Кроме того, промежуточное соединение может реагировать со спиртами с образованием иодфенилметана, который далее может подвергаться реакции S N 2 с образованием ROCHPh, как в Пути C.
Высокоэлектрофильная природа цинкового карбеноида снижает полезный объем циклопропанирования Симмонса-Смита до электронно-богатых алкенов и тех, которые несут боковые координирующие группы, чаще всего спиртов. В 1998 году группа Ши идентифицировала новый цинковый карбеноид, образованный из диэтилцинка , трифторуксусной кислоты и дииодметана в форме CF 3 CO 2 ZnCH 2 I . [31] Этот цинковый карбеноид гораздо более нуклеофилен и позволяет реагировать с нефункционализированными и электронно-дефицитными алкенами, такими как винилборонаты . [32] Ряд кислотных модификаторов имеют аналогичный эффект, но трифторуксусная кислота является наиболее часто используемой. Модификация циклопропанирования Ши также является стереоспецифической . Дальнейшее исследование аминокислот привело к разработке асимметричного варианта этого циклопропанирования. [33]
Хотя они и не используются обычно, реагенты Симмонса-Смита, которые демонстрируют схожие реактивные свойства с цинком, были получены из соединений алюминия и самария в присутствии CH 2 IX. [34] С использованием этих реагентов аллиловые спирты и изолированные олефины могут быть селективно циклопропанированы в присутствии друг друга. Йодо- или хлорметилсамариййодид в ТГФ является превосходным реагентом для селективного циклопропанирования аллилового спирта, предположительно направленного путем хелатирования гидроксильной группы. [35] Напротив, использование реагентов диалкил(йодометил)алюминия в CH 2 Cl 2 будет селективно циклопропанировать изолированный олефин. [36] Специфичность этих реагентов позволяет помещать циклопропаны в полиненасыщенные системы, которые реагенты на основе цинка будут циклопропанировать полностью и неселективно. Например, i -Bu 3 Al будет циклопропанировать гераниол в положении 6, тогда как Sm/Hg будет циклопропанировать в положении 2, как показано ниже.
Однако обе реакции требуют почти стехиометрических количеств исходного металлического соединения, а Sm/Hg необходимо активировать с помощью высокотоксичного HgCl2 .
Большинство современных приложений реакции Симмонса–Смита используют модификацию Фурукавы. Ниже перечислены особенно актуальные и надежные приложения.
Модифицированный Фурукавой Симмонс-Смит генерированный циклопропановый промежуточный продукт образуется в синтезе γ-кетоэфиров из β-кетоэфиров. Реагент Симмонса-Смита связывается сначала с карбонильной группой , а затем с α- углеродом псевдоенола , который образуется в первой реакции. Этот второй реагент образует циклопропиловый промежуточный продукт, который быстро фрагментируется в продукт. [37] [38]
Реакция Симмонса-Смита, модифицированная Фурукавой, циклопропанирует обе двойные связи в алленамиде с образованием амидо-спиро [2.2] циклопентанов , имеющих два циклопропильных кольца , которые делят один углерод. Также образуется продукт моноциклопропанирования. [39] [40]
Были рассмотрены реакции циклопропанирования в синтезе природных продуктов . [41] Ингибитор β-лактамазы Циластатин представляет собой поучительный пример реакционной способности Симмонса-Смита в синтезе природных продуктов. Аллильный заместитель в исходном материале подвергается циклопропанированию Симмонсом-Смитом, а затем с карбоновой кислоты снимается защита посредством озонолиза с образованием предшественника .
Реакция Симмонса-Смита используется в синтезах GSK1360707F , [42] ропаниканта [43] и Онглизы (Саксаглиптана). [44]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Собрание томов , т. 5, стр. 855.{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Собрание томов , т. 6, стр. 327.{{cite journal}}
: Отсутствует или пусто |title=
( помощь ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )