Fenoloxidation med hypervalent jodreagens
Fenoloxidation med hypervalenta jodreagens leder till bildning av kinonliknande produkter eller jodoniumylider, beroende på fenolens struktur. Infångning av båda produkterna är möjlig med ett lämpligt reagens, och denna metod används ofta tillsammans med en andra process.
Introduktion
I närvaro av hypervalent jod(III)-reagens såsom jodbensendiacetat (IBD) eller jodbensendi(trifluoracetat) (IBTA), genomgår fenoler oxidation till endera kinonerna. eller jodoniumylider. Fenoler med en elektronbortdragande grupp i para -positionen bildar den senare, medan de flesta andra fenoler ger den förra (eller derivat därav). Direkt omvandling av kinonprodukter kan ske genom intramolekylära reaktioner av Diels-Alder- eller Michael-typ. Bis(fenol)-substrat genomgår oxidativ koppling under dessa förhållanden.
Jodoniumylider är relativt stabila, mångsidiga föreningar som genomgår substitutions- och cykloadditionsreaktioner. De representeras med hjälp av två resonansformer, en zwitterjonisk ("betain"-formen) och den andra neutral ("ylidformen").
(1)
Mekanism och stereokemi
Rådande mekanism
Mekanismen för fenoloxidation med hypervalenta jodreagens börjar med bildandet av en aryloxijodonium(III)-mellanprodukt. Inter- eller intramolekylär nukleofil attack sker då, antingen i ett steg eller i två via en oxeniumjon. Om substratet innehåller en dien, kan det sålunda framställda kinonet genomgå intramolekylär [4+2] cykloaddition. Alternativt kan närvaron av en andra nukleofil grupp leda till addukter av Michael-typ (se den nedre vägen i ekvation (2) nedan).
(2)
När fenolen innehåller en elektronbortdragande grupp i para- positionen och minst ett ortoväte , uppstår stabila jodoniumylider . De initiala mellanprodukterna är jodoniumsalter, som eliminerar HZ för att bilda yliden. Jodoniumylider genomgår cykloadditionsreaktioner med omättade funktionella grupper och reagerar med nukleofiler och elektrofiler för att ge substitutionsprodukter.
(3)
Oxidativ koppling av bis(fenoler) sker i närvaro av jod(III)-reagens. Mekanismen för denna process är analog med bildningen av para -substituerade kinoner via intramolekylär nukleofil attack. Blandningar av produkter kan bli resultatet av attacker vid olikvärdiga orto- eller parapositioner .
(4)
Omfattning och begränsningar
Fenoliska oxidationer kan ge olika produkter beroende på både reaktionsbetingelserna och strukturen hos substratet. 2-substituerade fenoler bildar ortokinoner vid oxidation. Dessa produkter är instabila och genomgår dimerisering.
(5)
När externa nukleofiler tillsätts till fenoliska oxidationer, kan ytterligare reaktioner av nukleofilen med den resulterande kinonen inträffa. Intramolekylära Diels-Alder-reaktioner har observerats i detta sammanhang.
(6)
I substrat som är lämpligt substituerade med en nukleofil kan Michael-addition förekomma. Michael-addition har åberopats vid oxidationer av fenoliska amider (ekvation (7)).
(7)
Substrat som innehåller två fenoler (eller en anilin och en fenol; se ekvation (8) nedan för ett relaterat exempel), genomgår oxidativ koppling i närvaro av hypervalent jod(III)-reagens. Koppling av både orto- och parapositionerna är möjlig; emellertid ger användningen av skrymmande silylskyddade fenoler fullständig selektivitet för para- koppling. I exemplet nedan tros koordination av jod till kväve föregå CC-bindningsbildning.
(8)
Jodoniumylider genomgår cykloaddition med alkenacceptorer i låga utbyten. I närvaro av nukleofiler sker substitution av jodoniumgruppen.
(9)
Reaktioner med elektrofiler ger jodoniumsalter, som kan släckas in situ av nukleofila motanjoner. I närvaro av icke-nukleofila motanjoner kan de substituerade jodoniumsalterna isoleras.
(10)
Syntetiska applikationer
Oxidativ fenolkoppling har använts för syntes av alkaloider relaterade till morfin. Till exempel har reaktionen använts för att omvandla retikulinderivat till salutaridinderivat i ett enda, förmodligen biomimetiskt, steg. Utbyten av reaktioner av denna typ tenderar dock att vara låga.
(11)
Jämförelse med andra metoder
De flesta alternativen till oxidation med hypervalenta jodreagens kräver användning av miljöovänliga metaller. De kan emellertid ge jämförbara eller bättre utbyten än metoder med hypervalent jod.
(12)
Exponering av fenoler för Fremys salt eller cerium(IV) ammoniumnitrat ger också kinoner.
(13)
Den organiska oxidanten 2,3-diklor-5,6-dicyano-1,4-bensokinon (DDQ) kan åstadkomma många av samma omvandlingar som jod(III)-reagenser kan, ibland med högre selektivitet.
Experimentella villkor och tillvägagångssätt
Typiska förhållanden
Organohypervalenta jodreagens är typiskt fasta ämnen som är ganska stabila vid rumstemperatur och i allmänhet okänsliga för atmosfäriskt syre och fukt. De flesta reagenser har relativt låg toxicitet och kan hanteras enkelt. IBD och IBTA är stabila och kommersiellt tillgängliga, eller kan framställas med standardförfaranden. Jodosbensen kan framställas genom hydrolys av antingen (diklorjod)bensen eller IBD och bör förvaras i kylskåp i mörka behållare.
Exempel tillvägagångssätt
(14)
Till en omrörd lösning av p-(3-hydroxipropyl)fenol (152 mg, 1 mmol) och pyridin (0,3 ml) i acetonitril (10 ml) vid 0° sattes en lösning av IBTA (430 mg, 1 mmol) i acetonitril (2 ml). Blandningen omrördes vid rumstemperatur under 10 minuter, späddes med vatten och extraherades med dietyleter (3 x 10 ml). De kombinerade organiska extrakten tvättades med mättad vattenhaltig natriumkloridlösning, torkades (MgS04) och koncentrerades i vakuum. Återstoden renades genom kolonnkromatografi på silikagel med användning av hexaner-etylacetat för att ge 89 mg (59%) av titelprodukten som en sirap; IR (CHCI3 ) 1630, 1670, 1690 cm -1 ; ^ H NMR (CDCI3 ) 5 2,0–2,4 (m, 4 H), 4,06 (t, J = 6 Hz, 2 H), 6,08 (d, J = 10 Hz, 2 H), 6,76 (d, J = 10 Hz, 2H).