stringtranslate.com

Органический азид

Азидная функциональная группа может быть представлена ​​двумя резонансными структурами.

Органический азид — органическое соединение , содержащее азидную (–N 3 ) функциональную группу . [1] Из-за опасностей, связанных с их использованием, лишь немногие азиды используются в коммерческих целях, хотя они проявляют интересную для исследователей реакционную способность. Низкомолекулярные азиды считаются особенно опасными, и их следует избегать. В исследовательской лаборатории азиды являются предшественниками аминов . Они также популярны благодаря участию в « реакции щелчка » между азидом и алкином и в лигировании Штаудингера . Эти две реакции, как правило, вполне надежны и подходят для комбинаторной химии .

История

Фенилазид («диазоамидобензол») был получен в 1864 году Питером Гриссом реакцией аммиака и фенилдиазония . [2] [3] В 1890-х годах Теодор Куртиус , открывший азотистоводородную кислоту ( HN 3 ), описал перегруппировку ацилазидов в изоцианаты, впоследствии названную перегруппировкой Курциуса . [4] Рольф Хейсген описал одноименное 1,3-диполярное циклоприсоединение . [5] [6]

Интерес к азидам среди химиков-органиков был относительно скромным из-за сообщений о нестабильности этих соединений. [7] Ситуация резко изменилась после открытия Шарплесса и др. Cu-катализируемое (3+2)-циклоприсоединение между органическими азидами и концевыми алкинами. [8] [9] Азидо- и алкиновые группы « биортогональны », что означает, что они не взаимодействуют с живыми системами, и в то же время они подвергаются впечатляюще быстрому и избирательному связыванию. Этот тип формального 1,3-диполярного циклоприсоединения стал самым известным примером так называемой « клик-химии » [10] [11] (пожалуй, единственным известным неспециалисту), и область органических азидов резко возросла. .

Подготовка

Выбранные расстояния связей (пикометры) и углы для фенилазида. [12]

Существует множество методов, чаще всего с использованием заранее приготовленного азидсодержащего реагента.

Алкилазиды

За счет смещения галогенидов

Как псевдогалогенид , азид обычно замещает многие уходящие группы, например Br- , I- , Ts O- , сульфонат , [ 13] [ 14 ] и другие , образуя азидосоединение. [15] Источником азида чаще всего является азид натрия ( NaN 3 ), хотя был продемонстрирован азид лития ( LiN 3 ).

От спиртов

Алифатические спирты дают азиды по варианту реакции Мицунобу с использованием азотистоводородной кислоты . [1] Гидразины также могут образовывать азиды в результате реакции с нитритом натрия : [16] Спирты можно превратить в азиды за одну стадию с использованием 2-азидо-1,3-диметилимидазолиний гексафторфосфата (ADMP) [17] или в условиях Мицунобу [18] с дифенилфосфорилазидом (ДФПА).

Из эпоксидов и азиридинов

Использовались триметилсилилазид (CH 3 ) 3 SiN 3 и азид трибутилолова (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 SnN 3 , [7] , включая также известные энантиоселективные [19] модификации реакции. Аминоазиды доступны путем расщепления эпоксидного и азиридинового кольца соответственно. [20] [21]

Из аминов

Соединения азопереносчика, трифторметансульфонилазид и имидазол-1-сульфонилазид, реагируют с аминами с образованием соответствующих азидов. Сообщалось о диазопереносе на амины с использованием трифторметансульфонилазида ( Tf N 3 ) и тозилазида ( Ts N 3 ). [22]

Гидроазидирование

Показано гидроазидирование алкенов [23].

Арилазиды

Арилазиды могут быть получены заменой соответствующей соли диазония азидом натрия или триметилсилилазидом . Возможно также нуклеофильное ароматическое замещение , даже с хлоридами . Диазотированию подвергаются анилины и ароматические гидразины , а также алкиламины и гидразины. [1]

PhNHNH 2 + NaNO 2 → PhN 3 + NaOH + H 2 O

Ацилазиды

Алкил- или арил- ацилхлориды реагируют с азидом натрия в водном растворе с образованием ацилазидов , [24] [25] , которые дают изоцианаты в перегруппировке Курциуса .

Реакция Датта – Уормолла

Классическим методом синтеза азидов является реакция Датта-Вормалла [26] , в которой соль диазония реагирует с сульфонамидом сначала с образованием диазоаминосульфината, а затем с гидролизом азида и сульфиновой кислоты . [27]

Реакции

Органические азиды участвуют в полезных органических реакциях . Концевой азот умеренно нуклеофильен. Обычно нуклеофилы атакуют азид по концевому азоту N γ , тогда как электрофилы реагируют по внутреннему атому N α . [28] Азиды легко выдавливают двухатомный азот , и эта тенденция используется во многих реакциях, таких как лигирование Штаудингера или перегруппировка Курциуса . [29]

Азиды могут быть восстановлены до аминов гидрогенолизом [30] или с помощью фосфина (например, трифенилфосфина ) по реакции Штаудингера . Эта реакция позволяет азидам служить защищенными синтонами -NH 2 , что иллюстрируется синтезом 1,1,1-трис(аминометил)этана :

3 H 2 + CH 3 C(CH 2 N 3 ) 3 → CH 3 C(CH 2 NH 2 ) 3 + 3 N 2

В азид-алкиновом циклоприсоединении Хейсгена органические азиды реагируют как 1,3-диполи , реагируя с алкинами с образованием замещенных 1,2,3-триазолов .

Некоторые азидные реакции показаны на следующей схеме. Вероятно, самой известной является реакция с фосфинами , приводящая к иминофосфоранам 22; они могут гидролизоваться до первичных аминов 23 ( реакция Штаудингера ), [31] реагировать с карбонильными соединениями с образованием иминов 24 (реакция аза-Виттига), [32] [33] [34] или подвергаться другим превращениям. Термическое разложение азидов дает нитрены, которые участвуют в различных реакциях; винилазиды 19 разлагаются на 2H-азирины 20. [28] [35] Алкилазиды с низким содержанием азота (( n C + n O) / n N ≥ 3) относительно стабильны и разлагаются только при температуре выше ок. 175 °С. [36]

Прямое фотохимическое разложение алкилазидов приводит почти исключительно к иминам (например, 25 и 26). [28] Предполагается, что азидная группа переходит в синглетное возбужденное состояние, а затем подвергается согласованной перегруппировке без посредничества нитренов. Однако присутствие триплетных сенсибилизаторов может изменить механизм реакции и привести к образованию триплетных нитренов. Последние наблюдались непосредственно с помощью ЭПР-спектроскопии при -269 ° C, а также были выявлены в ходе некоторых фотолизов. [37] [38] Триплетный метилнитрен на 31 кДж/моль более стабилен, чем его синглетная форма, и, таким образом, скорее всего, является основным состоянием. [28] [39]

(3+2)-Циклоприсоединение азидов по двойным или тройным связям является одним из наиболее используемых циклоприсоединения в органической химии и дает триазолины (например, 17) или триазолы соответственно. [40] [41] [42] Некаталитическая реакция представляет собой согласованный перициклический процесс , в котором конфигурация алкенового компонента передается триазолиновому продукту. Номинал Вудворда-Хоффмана равен [π4s+π2s], и реакция разрешена по симметрии. По мнению Сустманна, это циклоприсоединение типа II, что означает, что две ВЗМО и две НСМО имеют сопоставимые энергии, и, таким образом, как электроноакцепторные, так и электронодонорные заместители могут привести к увеличению скорости реакции. [43] [44] Реакция обычно не оказывает существенного влияния растворителя, поскольку как реагенты, так и переходное состояние (TS) неполярны. [45]

Другим регулярным азидом является тозилазид в реакции с норборнадиеном в реакции внедрения азота: [46]

Реакция норборнадиена с тозилазидом

Приложения

Некоторые азиды ценны как биоортогональные химические репортеры , молекулы, по которым можно «щелкнуть», чтобы увидеть метаболический путь, который они прошли внутри живой системы.

Противовирусный препарат зидовудин (АЗТ) содержит азидогруппу.

Безопасность

Некоторые органические азиды относятся к категории взрывоопасных и токсичных. [47]

Рекомендации

  1. ^ abc С. Брезе; К. Гил; К. Кнеппер; В. Циммерманн (2005). «Органические азиды: взрывное разнообразие уникального класса соединений». Angewandte Chemie, международное издание . 44 (33): 5188–5240. дои : 10.1002/anie.200400657. ПМИД  16100733.
  2. ^ Грисс, Джон Питер; Хофманн, Август Вильгельм фон (1 января 1864 г.). «XX. О новом классе соединений, в которых водород заменен азотом». Труды Лондонского королевского общества . 13 : 375–384. дои : 10.1098/rspl.1863.0082 . S2CID  94746575.
  3. ^ Грисс, Питер (1866). «Ueber eine neue Klasse Organischer Verbindungen, in denen Wasserstoff durch Stickstoff vertreten ist». Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком языке). 137 (1): 39–91. дои : 10.1002/jlac.18661370105.
  4. ^ Джей, Р.; Курциус, Т. (январь 1894 г.). «Zur Reduction des Diazoessigesters». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 27 (1): 775–778. дои : 10.1002/cber.189402701151.
  5. ^ Хейсген, Рольф (октябрь 1963 г.). «1,3-Диполярные циклоприсоединения. Прошлое и будущее». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 2 (10): 565–598. дои : 10.1002/anie.196305651. ISSN  0570-0833.
  6. ^ Хейсген, Р. (ноябрь 1963 г.). «Кинетика и механизм 1,3-диполь-циклоприсоединения». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 2 (11): 633–645. дои : 10.1002/anie.196306331. ISSN  0570-0833.
  7. ^ ab Органические азиды: синтез и применение . Стефан Брезе, Клаус Банерт. Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания: Джон Уайли. 2010. ISBN 978-0-470-68252-4. ОСЛК  587390490.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  8. ^ Демко, Закари П.; Шарплесс, К. Барри (ноябрь 2001 г.). «Получение 5-замещенных 1 H-тетразолов из нитрилов в воде †». Журнал органической химии . 66 (24): 7945–7950. дои : 10.1021/jo010635w. ISSN  0022-3263. ПМИД  11722189.
  9. ^ Колб, Хартмут К.; Финн, МГ; Шарплесс, К. Барри (2001). «Клик-химия: разнообразные химические функции из нескольких хороших реакций». Angewandte Chemie, международное издание . 40 (11): 2004–2021. doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5 . ISSN  1521-3773. ПМИД  11433435.
  10. ^ Биндер, Вольфганг; Клюгер, Кристиан (1 сентября 2006 г.). «Реакции азида/алкина-«щелчка»: приложения в материаловедении и органическом синтезе». Современная органическая химия . 10 (14): 1791–1815. дои : 10.2174/138527206778249838.
  11. ^ Ростовцев, Всеволод В.; Грин, Люк Г.; Фокин Валерий Владимирович; Шарплесс, К. Барри (2002). «Пошаговый процесс циклоприсоединения Хейсгена: катализируемое медью (I) региоселективное «связывание» азидов и терминальных алкинов». Angewandte Chemie, международное издание . 41 (14): 2596–2599. doi :10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2596::AID-ANIE2596>3.0.CO;2-4. ISSN  1521-3773. ПМИД  12203546.
  12. ^ Вагнер, Джеральд; Арион Владимир Борисович; Брекер, Лотар; Кранц, Карстен; Мьессе, Жан-Люк; Бринкер, Удо Х. (2009). «Управляемая селективная функционализация кавитанда посредством твердофазного фотолиза инкапсулированного фенилазида». Органические письма . 11 (14): 3056–3058. дои : 10.1021/ol901122h. ПМИД  19537769.
  13. ^ Баран, Фил С.; Зографос, Александрос Л.; О'Мэлли, Дэниел П. (март 2004 г.). «Краткий общий синтез (±)-скептрина». Журнал Американского химического общества . 126 (12): 3726–3727. дои : 10.1021/ja049648s. ISSN  0002-7863. ПМИД  15038721.
  14. ^ Шаффер, Карл Дж.; Тейлор, Кэрол М. (1 августа 2006 г.). «β-гликозиды гидроксипролина с помощью подхода Умполунга». Органические письма . 8 (18): 3959–3962. дои : 10.1021/ol061424m. ISSN  1523-7060. ПМИД  16928048.
  15. ^ Риги, Джулиана; Д'Ашиль, Клаудия; Пескаторе, Джованна; Бонини, Карло (сентябрь 2003 г.). «Новый стереоселективный синтез пептидных ингибиторов аминопептидаз бесстатина, фебестина и пробестина». Буквы тетраэдра . 44 (37): 6999–7002. дои : 10.1016/S0040-4039(03)01799-4.
  16. ^ РО Линдси и CFH Аллен (1942). «Фенилазид». Органические синтезы . 22 : 96. дои : 10.15227/orgsyn.022.0096.
  17. ^ Китамура, Мицуру; Кога, Тацуя; Яно, Масакадзу; Окаучи, Тацуо (июнь 2012 г.). «Прямой синтез органических азидов из спиртов с использованием гексафторфосфата 2-азидо-1,3-диметилимидазолиния». Синлетт . 23 (9): 1335–1338. дои : 10.1055/s-0031-1290958. ISSN  0936-5214.
  18. ^ Ли, Сан-Хёп; Юн, Джуён; Чунг, Сын Хван; Ли, Юн Сик (март 2001 г.). «Эффективный асимметричный синтез производных 2,3-диамино-3-фенилпропановой кислоты». Тетраэдр . 57 (11): 2139–2145. дои : 10.1016/S0040-4020(01)00090-4.
  19. ^ Мартинес, Луис Э.; Лейтон, Джеймс Л.; Карстен, Дуглас Х.; Якобсен, Эрик Н. (май 1995 г.). «Высокоэнантиоселективное раскрытие кольца эпоксидов, катализируемое комплексами (сален) Cr (III)». Журнал Американского химического общества . 117 (21): 5897–5898. дои : 10.1021/ja00126a048. ISSN  0002-7863.
  20. ^ Сабита, Гораварам; Бабу, Р. Сатиш; Раджкумар, М.; Ядав, Дж. С. (февраль 2002 г.). «Хлорид церия (III) способствует высокорегиоселективному раскрытию кольца эпоксидов и азиридинов с использованием NaN 3 в ацетонитриле: простой синтез 1,2-азидоспиртов и 1,2-азидоаминов †». Органические письма . 4 (3): 343–345. дои : 10.1021/ol016979q. ISSN  1523-7060. ПМИД  11820875.
  21. ^ Сайто, Сэйки; Бунья, Норио; Инаба, Масами; Мориваке, Тошио; Тории, Сигеру (январь 1985 г.). «Легкое расщепление оксирана азотистоводородной кислотой в ДМФ. Новый путь к хиральным β-гидрокси-α-аминокислотам». Буквы тетраэдра . 26 (43): 5309–5312. doi : 10.1016/S0040-4039(00)95024-X.
  22. ^ Титц, Александр; Радич, Зорана; Швардт, Оливер; Эрнст, Бит (апрель 2006 г.). «Безопасный и удобный метод получения трифлилазида и его использование в реакциях диазопереноса на первичные амины». Буквы тетраэдра . 47 (14): 2383–2385. doi :10.1016/j.tetlet.2006.01.157.
  23. ^ Васер, Жером; Гаспар, Борис; Намбу, Хисанори; Каррейра, Эрик М. (1 сентября 2006 г.). «Гидразины и азиды посредством катализируемого металлами гидрогидразинирования и гидроазидирования олефинов». Журнал Американского химического общества . 128 (35): 11693–11712. дои : 10.1021/ja062355+. ISSN  0002-7863. ПМИД  16939295.
  24. ^ CFH Аллен; Алан Белл. «Ундецилизоцианат». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 3, с. 846
  25. ^ Джон Мунк-Петерсен (1963). «м-Нитробензазид». Органические синтезы .; Коллективный том , том. 4, с. 715
  26. ^ Павитра Кумар Датт; Хью Робинсон Уайтхед и Артур Уормолл (1921). «CCXLI.—Действие диазосолей на ароматические сульфонамиды. Часть I». Дж. Хим. Соц., Пер. 119 : 2088–2094. дои : 10.1039/CT9211902088.
  27. ^ Реакции имени: сборник подробных механизмов реакций, автор: Цзе Джек Ли, опубликовано в 2003 г. Springer ISBN 3-540-40203-9 
  28. ^ abcd Органические азиды: синтез и применение. Стефан Брезе, Клаус Банерт. Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания: Джон Уайли. 2010. с. 507. ИСБН 978-0-470-68252-4. ОСЛК  587390490.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  29. ^ Сол Патай, изд. (1971). Группа компаний Азидо . Химия функциональных групп ПАТАИ. дои : 10.1002/9780470771266. ISBN 9780470771266.
  30. ^ «Синтез амина путем восстановления азида».
  31. ^ Гололобов, Юрий Г.; Касухин Леонид Федорович (февраль 1992 г.). «Последние достижения реакции Штаудингера». Тетраэдр . 48 (8): 1353–1406. doi : 10.1016/S0040-4020(01)92229-X.
  32. ^ Молина, Педро; Вилаплана, Мария Хесус (1994). «Иминофосфораны: полезные строительные блоки для получения азотсодержащих гетероциклов». Синтез . 1994 (12): 1197–1218. дои : 10.1055/с-1994-25672. ISSN  0039-7881. S2CID  196726458.
  33. ^ Фреснеда, Пилар М.; Молина, Педро (2004). «Применение методологий на основе иминофосфорана для синтеза натуральных продуктов». Синлетт . 2004 (1): 1–17. дои : 10.1055/с-2003-43338. ISSN  0936-5214.
  34. ^ Паласиос, Франциско; Алонсо, Консепсьон; Апарисио, Домитила; Рубиалес, Глория; де лос Сантос, Хесус М. (январь 2007 г.). «Реакция аза-Виттига: эффективный инструмент для образования двойных связей углерод-азот». Тетраэдр . 63 (3): 523–575. дои : 10.1016/j.tet.2006.09.048.
  35. ^ Альварес, Иоланда СП; Алвес, М. Хосе; Азоя, Нуно Г.; Бикли, Джейми Ф.; Гилкрист, Томас Л. (2002). «Диастереоселективный синтез азиридинов из (1R)-10-(N,N-диалкилсульфамоил)изоборнил-2H-азирин-3-карбоксилатов». Дж. Хим. Soc., Перкин Транс. 1 (16): 1911–1919. дои : 10.1039/B202321K. ISSN  1472-7781.
  36. ^ Химия азидогруппы. Саул Патай. Лондон: Издательство Interscience. 1971. с. 626. ИСБН 978-0-470-77126-6. ОСЛК  501315944.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  37. ^ Вассерман, Э.; Смолинский Г.; Ягер, Вашингтон (август 1964 г.). «Электронный спиновый резонанс алкилнитренов». Журнал Американского химического общества . 86 (15): 3166–3167. дои : 10.1021/ja01069a049. ISSN  0002-7863.
  38. ^ Клима, Родни Ф; Гудмундсдоттир, Анна Д. (март 2004 г.). «Межмолекулярный триплет-сенсибилизированный фотолиз алкилазидов». Журнал фотохимии и фотобиологии A: Химия . 162 (2–3): 239–247. дои : 10.1016/S1010-6030(03)00368-X.
  39. ^ Трэверс, Майкл Дж.; Коулз, Дэниел К.; Клиффорд, Эйлин П.; Эллисон, Дж. Барни; Энгелькинг, Пол К. (22 сентября 1999 г.). «Фотоэлектронная спектроскопия иона CH3N-». Журнал химической физики . 111 (12): 5349–5360. Бибкод : 1999JChPh.111.5349T. дои : 10.1063/1.479795. ISSN  0021-9606.
  40. ^ Синтетическое применение химии 1,3-диполярного циклоприсоединения к гетероциклам и природным продуктам. Альберт Падва, Уильям Х. Пирсон. Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. 2003. с. 940. ИСБН 0-471-28061-5. ОСЛК  51312904.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  41. ^ Брезе, Стефан (октябрь 2004 г.). «Польза многофункциональных триазеновых линкеров в эффективном твердофазном синтезе гетероциклических библиотек». Отчеты о химических исследованиях . 37 (10): 805–816. дои : 10.1021/ar0200145. ISSN  0001-4842. ПМИД  15491127.
  42. ^ Тарабара, Индиана; Касьян, АО; Яровой, М. Ю.; Шишкина С.В.; Шишкин О.В.; Касьян Л.И. (июль 2004 г.). «Реакции бицикло[2.2.1]гепт-5-ен-2,3-дикарбоксимидов с ароматическими азидами». Российский журнал органической химии . 40 (7): 992–998. дои :10.1023/B:RUJO.0000045191.12939.47. ISSN  1070-4280. S2CID  97421265.
  43. ^ Сустманн, Райнер (январь 1971 г.). «Простая модель эффектов заместителей в реакциях циклоприсоединения. I. 1,3-диполярное циклоприсоединение». Буквы тетраэдра . 12 (29): 2717–2720. дои : 10.1016/S0040-4039(01)96961-8.
  44. ^ Сустманн, Р. (1 января 1974 г.). «Орбитальный энергетический контроль реакционной способности циклоприсоединения». Чистая и прикладная химия . 40 (4): 569–593. дои : 10.1351/pac197440040569 . ISSN  1365-3075. S2CID  28715256.
  45. ^ Хейсген, Рольф; Гайттнер, Йохен; Рейссиг, Ганс-Ульрих (1978). «Зависимость скорости циклоприсоединения фенилдиазометана от растворителя и параметров активации». Гетероциклы . 11 (1): 109. doi :10.3987/S(N)-1978-01-0109. ISSN  0385-5414.
  46. ^ Дэймон Д. Рид и Стивен К. Бергмайер (2007). «Простой синтез полигидроксилированного 2-азабицикло[3.2.1]октана». Дж. Орг. хим. 72 (3): 1024–6. дои : 10.1021/jo0619231. ПМИД  17253828.
  47. ^ Трейтлер, Дэниел С.; Люнг, Саймон (2 сентября 2022 г.). «Насколько опасно или слишком опасно? Взгляд на азидохимию». Журнал органической химии . 87 (17): 11293–11295. doi : 10.1021/acs.joc.2c01402. ISSN  0022-3263. PMID  36052475. S2CID  252009657 . Проверено 18 сентября 2022 г.

 В эту статью включен текст Александра Жураковского, доступный по лицензии CC BY 2.5.

Дополнительные источники

Внешние ссылки

Найдите азид  или азидо- в Викисловаре, бесплатном словаре.
Викискладе есть медиафайлы по теме Органоазидов .