Intramolekylära reaktioner av diazokarbonylföreningar

Intramolekylära reaktioner av diazokarbonylföreningar inkluderar tillägg till kol-kol-dubbelbindningar för att bilda fuserade cyklopropaner och införande i kol-vätebindningar eller kol-kolbindningar .

Introduktion

I närvaro av en lämplig övergångsmetall (typiskt koppar eller rodium ) omvandlas a-diazokarbonylföreningar till övergångsmetallkarbener, som genomgår additionsreaktioner i närvaro av kol-kol-dubbelbindningar för att bilda cyklopropaner. Insättning i kol-kol- eller kol-vätebindningar är möjlig i substrat som saknar en dubbelbindning. Den intramolekylära versionen av denna reaktion bildar sammansmälta karbocykler, även om utbyten av reaktioner medierade av koppar vanligtvis är måttliga. För enantioselektiva cyklopropaneringar och insättningar används både koppar- och rodiumbaserade katalysatorer, även om de senare har studerats mer under senare år.

(1)

Mekanism och stereokemi

Rådande mekanism

Reaktionsmekanismen för nedbrytning av diazokarbonylföreningar med koppar börjar med bildandet av ett kopparkarbenkomplex . Bevis för bildandet av kopparkarbener tillhandahålls genom jämförelse med beteendet hos fotolytiskt genererade fria karbener och observationen av avsevärd enantioselektivitet i cyklopropanationer med kirala kopparkomplex. Vid bildning av kopparkarbenen sker antingen insättning eller tillsats för att ge karbocykler respektive cyklopropaner. Både tillägg och infogning fortsätter med bibehållande av konfigurationen . Sålunda diastereoselektivitet ofta dikteras av utgångsmaterialets konfiguration.

(2)

Omfattning och begränsningar

Antingen kopparpulver eller kopparsalter kan användas mycket allmänt för intramolekylära reaktioner av diazokarbonylföreningar. Detta avsnitt beskriver de olika typerna av diazokarbonylföreningar som kan genomgå intramolekylära reaktioner i närvaro av koppar. Observera att för intermolekylära reaktioner av diazokarbonylföreningar är användningen av rodiumkatalysatorer att föredra.

Diazoketoner som innehåller vidhängande dubbelbindningar genomgår cyklopropanering i närvaro av koppar. Nyckelsteget i en syntes av barbaralon är den selektiva intramolekylära cyklopropaneringen av en cykloheptatrien .

(3)

α,β-cyklopropylketoner kan fungera som maskerade α,β-omättade ketoner. I ett exempel leder intramolekylär deltagande av en arylgrupp till bildandet av ett polycykliskt ringsystem med fullständig diastereoselektivitet.

(4)

α-Diazoestrar är inte lika effektiva som diazoketoner vid intramolekylära cykliseringar i vissa fall på grund av benägenheten hos estrar att existera i transkonformationen kring kol-syre-enkelbindningen. Emellertid sker intramolekylära reaktioner av diazoestrar - i exemplet i ekvation (5) koppar(II)sulfat för att åstadkomma bildningen av den visade cyklopropylestern.

(5)

I närvaro av en katalytisk mängd syra genomgår diazometylketonsubstrat innehållande en vidhängande dubbelbindning eller arylgrupp cyklisering. Mekanismen för denna process involverar sannolikt protonering av diazokarbonylgruppen för att bilda ett diazoniumsalt , följt av undanträngning av kväve genom den omättade funktionaliteten och deprotonering. I exemplet nedan ger demetylering en kinon .

(6)

När ingen omättad funktionalitet finns i substratet, kan CH-insättning inträffa. CH-insättning är särskilt lätt i konformationellt begränsade substrat där en CH-bindning hålls nära diazogruppen.

(7)

Transannulära insättningar, som bildar fusionerade karbocykliska produkter, har också observerats. Utbytena är dock ofta låga för dessa reaktioner.

(8)

Införande i kol-kolbindningar har observerats. I exemplet i ekvation (9) hålls metylgruppen i omedelbar närhet av diazogruppen, vilket underlättar CC-insättning.

(9)

Syntetiska applikationer

Intramolekylär cyklopropanering av en diazoketon tillämpas i en racemisk syntes av sirenin. En enda cyklopropan-diastereomer isolerades i 55 % utbyte efter diazoketonbildning och cyklisering.

(10)

Experimentella förhållanden och procedur

Typiska förhållanden

Diazoföreningar kan vara explosiva och bör hanteras med försiktighet. Mycket ofta framställs diazokarbonylföreningen och används omedelbart genom behandling av motsvarande syraklorid med ett överskott av diazometan (se ekv. (18) nedan för ett exempel). Reaktioner medierade av koppar är typiskt i storleksordningen timmar, och i vissa fall är långsam tillsats av diazokarbonylföreningen nödvändig. Reaktioner bör utföras under en inert atmosfär under vattenfria förhållanden.

Exempel förfarande

(11)

En lösning av olefinsyran (0,499 g, 2,25 mmol) löst i bensen (20 ml, nydestillerad från kalciumhydrid) omrördes vid 0 °C (isbad) under kväve medan oxalylklorid (1,35 ml, 2,0 g, 15,75 mmol ) ) tillsattes droppvis. Isbadet avlägsnades och lösningen omrördes vid rumstemperatur under 2 timmar. Lösningsmedlet och överskott av reagens avlägsnades i vakuum . Den resulterande orangefärgade oljan löstes i bensen (2 x 5,0 ml, nydestillerad från kalciumhydrid ) under kväve.

Denna lösning sattes droppvis vid 0°C (isbad) till en vattenfri eterlösning av diazometan (50 ml, -20 mmol, förtorkad över natriummetall) under kraftig omrörning under kväve. Den resulterande lösningen omrördes vid 0°C under 1 timme och sedan vid rumstemperatur under 1,5 timmar. Lösningsmedlen och överskott av reagens avlägsnades i vakuum .

Tetrahydrofuran (40 ml, nydestillerad från litiumaluminiumhydrid) och finfördelat metalliskt kopparpulver (0,67 g) sattes till den råa diazoketonen i följd. Denna suspension omrördes kraftigt vid återflöde under kväve i 2 timmar. Den resulterande suspensionen omrördes vid rumstemperatur under ytterligare 14 timmar. Lösningen filtrerades i vatten (100 ml). Blandningen skakades kraftigt under 5 min och extraherades sedan med eter (3 x 50 ml). De kombinerade eterextrakten tvättades med mättad natriumbikarbonatlösning (4 x 40 ml), vatten (40 ml) och mättad natriumkloridlösning (40 ml), torkades (Na2S04) _och koncentrerades i vakuum för att ge 0,673 _g av en rå brun olja. Denna råa olja kromatograferades på silikagel (67 g) i en kolonn med 2 cm diameter med användning av 10% eter-90% petroleumeter för att utveckla kolonnen, varvid fraktioner av storleken 37 ml togs. Fraktionerna 11-16 gav 0,164 g (33%) ren ketonprodukt: smp 64-64,5° (från pentan); IR (CC14 ₎ 3095 (cyklopropyl CH) och 1755 cm- ¹ (CO); NMR (CC14 ₎ 5 1,18 (s, 3H, CH3 ₎ 1,03 (9, 3H, CH3 ₎ , 0,97 (s, 3H, CH3 ₎ och 0,90 ppm (s, 3H, CH3 ₎ . Anal. Beräknat för _C15H22O : C, _82,52 ; H, 10,16. Funnet: C, 82,61; H, 10,01.