Manganmedierade kopplingsreaktioner

Manganmedierade kopplingsreaktioner är radikalkopplingsreaktioner mellan enoliserbara karbonylföreningar och omättade föreningar initierade av ett mangan(III)salt, typiskt mangan(III)acetat. Koppar(II)acetat används ibland som en co-oxidant för att hjälpa till vid oxidationen av intermediära radikaler till karbokater.

Introduktion

Mangan(III)acetat är ett enelektronoxidationsmedel som är särskilt effektivt för oxidation av enoliserbara karbonylföreningar till α-oxoalkyl- eller α,α'-dioxoalkylradikaler. Radikaler som genereras på detta sätt kan sedan genomgå inter- eller intramolekylär addition till kol-kol-multipelbindningar. Tillgängliga vägar för adduktradikalen inkluderar ytterligare oxidation till en karbokatjon (och efterföljande β-eliminering eller infångning med en nukleofil) och väteabstraktion för att generera en mättad karbonylförening innehållande en ny kol-kolbindning. Koppar(II)acetat behövs ibland för att underlätta oxidationen av adduktradikaler till karbokatjoner. Utbytena av dessa reaktioner är i allmänhet måttliga, särskilt i det intermolekylära fallet, men tandem-intramolekylära radikalcykliseringar initierade av Mn(III)-oxidation kan generera komplexa karbocykliska ramverk. På grund av den begränsade funktionella gruppkompatibiliteten för Mn(OAc) ₃ har radikalkopplingar som använder detta reagens huvudsakligen använts för syntes av naturliga kolväteprodukter, såsom feromoner.

(1)

Mekanism och stereokemi

Rådande mekanism

Mekanismen för mangan(III)-medierade radikalreaktioner börjar med enkelelektronoxidation av en karbonylförening till en a-oxoalkylradikal. Tillsats till en olefin sker sedan, vilket genererar adduktradikal 2 . Ödet för 2 bestäms primärt av reaktionsförhållandena - i närvaro av koppar(II)acetat genomgår denna intermediär ytterligare oxidation till en karbokatjon och kan elimineras för att bilda β,γ-omättad keton 4 . Manganacetat i sig kan åstadkomma den andra oxidationen av resonansstabiliserade adduktradikaler till karbokatjoner 5 ; ostabiliserade radikaler genomgår ytterligare transformationer innan de reagerar med Mn(OAc) ₃ . Atomöverföring från en annan substratmolekyl kan generera mättad förening 3 . Adduktradikaler eller karbokatjoner kan genomgå ligandöverföringsreaktioner, vilket ger y-funktionaliserade karbonylföreningar. När litiumklorid används som tillsats sker klorering. Alternativt kan karbokatjoner fångas intramolekylärt av karbonylsyren för att bilda dihydrofuraner efter p-eliminering.

(2)

Omfattning och begränsningar

Resultaten av manganförmedlade kopplingsreaktioner beror på både strukturen hos substratet/substraten och reaktionsbetingelserna. Det här avsnittet beskriver omfattningen och begränsningarna för inter- och intramolekylära mangan-medierade radikalkopplingsreaktioner och är organiserad enligt den karbonylförening som används som substrat.

Intermolekylära reaktioner mellan ketoner/aldehyder och alkener tenderar att resultera i låga utbyten. I frånvaro av koppar(II)acetat sker väteatomabstraktion , vilket ger mättade ketoner eller aldehyder.

(3)

När Cu(OAc) ₂ är närvarande sker ytterligare oxidation till karbokater följt av eliminering, vilket leder till bildning av β,γ-omättade karbonylföreningar i måttliga utbyten.

(4)

Aromatiska föreningar är också användbara radikalacceptorer i mangan(III)-medierade kopplingsreaktioner. Furan reagerar selektivt vid a-positionen för att ge substituerade produkter med högt utbyte.

(5)

Laktonisering av alkener i närvaro av ättiksyra och acetatsalter är en syntetiskt användbar metod för syntes av y-laktoner. Selektiviteten är hög för radikaltillsatsen som leder till den mer stabila adduktradikalen, och translaktoner bildas selektivt från antingen cis- eller transacykliska alkener.

(6)

P-dikarbonylföreningar är användbara substrat för bildning av dihydrofuraner. Koppar(II)acetat är inte nödvändigt i detta fall på grund av den höga resonansstabiliseringen av den intermediära difenylmetylradikalen.

(7)

När alkener eller karbonylföreningar som innehåller vidhängande omättad del behandlas med mangan(III)acetat , kan tandem intramolekylära cykliseringsreaktioner inträffa. I allmänhet exocyklisering av terminala dubbelbindningar, som visas i ekvation (10). En mängd olika substitutionsmönster kan användas för denna transformation, och utbytena är i allmänhet högre än intermolekylära kopplingsreaktioner.

(8)

Det stereokemiska förloppet av tandemreaktioner kan i vissa fall förstås genom att anropa ett stolliknande övergångstillstånd med så många substituenter som möjligt i pseudoekvatorialpositioner; emellertid är ett antal exempel som uppvisar oförutsägbar stereokemi kända.

(9)

Nitriler är användbara som radikalacceptorer i tandemcykliseringar. Hydrolys av den resulterande iminen leder till polycykliska ketoner i måttliga utbyten med god stereoselektivitet.

(10)

Syntetiska applikationer

Syntetiska tillämpningar av manganmedierad koppling har främst fokuserat på syntesen av naturliga kolväteprodukter, såsom feromoner . En syntes av drottningsferomoner använder den intermolekylära kopplingen av aceton och ett ω-alkenylacetat på vägen till målet.

(11)

Laktonisering är ett nyckelsteg i syntesen av könsferomon från tomatnålmask. Efterföljande Lindlar-hydrering, reduktion och acetylering gav målföreningen.

(12)

Experimentella villkor och tillvägagångssätt

Typiska förhållanden

Mangan(III)acetat kan användas antingen som dess dihydrat eller i vattenfri form. Alternativt kan det genereras elektrokemiskt från mangan(II)acetat . Stökiometri är viktigt att överväga för dessa reaktioner, eftersom två ekvivalenter oxidationsmedel krävs om karbokatationsmedel önskas (eftersom Mn(OAc) ₃ är en enelektronoxidant). En andra ekvivalent av mangan(III)acetat krävs också om koppar(II)acetat används som samkatalysator, eftersom Mn(OAc) ₃ återoxiderar Cu(I) till Cu(II). Isättika är det vanligaste lösningsmedlet som används, och även om det resulterar i heterogena reaktionsblandningar vid rumstemperatur , kan kort uppvärmning appliceras innan substratet tillsätts för att lösa upp Mn(OAc ) ₃ . Eftersom en mängd olika vägar med olika molekyläritet är öppna för reaktionens mellanprodukter, är koncentrationen en viktig variabel att överväga. Förhöjda temperaturer krävs typiskt för att åstadkomma oxidationen av mindre sura karbonylföreningar.

Exempel tillvägagångssätt

(13)

AcOH (25 ml ), sattes Mn(OAc)3.2H2O (4 mmol _{) .} Blandningen omrördes vid 80° under 12 minuter. Reaktionen avbröts genom tillsats av H2O ₍ 60 ml), och blandningen extraherades sedan med bensen. Efter avlägsnande av bensenen separerades produkten som en blekgul olja, antingen på TLC (Wacogel B10) under eluering med CHCI3 _eller på en silikagelkolonn under eluering med bensen. IR (CHCI3 ₎ 1642, 1018 cm ^-1 ; ^{^} H NMR (60 MHz, CDCI3 ₎ 5 2,38 (t, J = 1,6 Hz, 3 H), 2,86 (dq, J = 1,6, 14,4 Hz, IH), 3,72 (dq, J = 1,6, 14,4 Hz iH), 7,07-7,73 (m, 15H); högupplöst MS m/ e _Beräknat för _{C23H20O2S 360,1184} . Funnet 360,1273.