Диссертация (1150389), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом,разница энергий между взаимодействующими орбиталями становится меньше, чтоприводит к ускорению реакции. Аналогично, образование комплекса диполя с кислотойЛьюиса приводит к понижению энергии граничных орбиталей диполя. [7]Кроме того, использование в качестве катализаторов сильных кислот Льюиса можетприводить к смене механизма (3+2)-циклоприсоединения. Вместо согласованного1,3-диполярногоциклоприсоединения,процесспротекаеткакформальноециклоприсоединение, по несогласованному механизму через образование цвиттер-ионныхинтермедиатов.1.1.1Влияние кислот Льюиса на региоселективность (3+2)-циклоприсоединенияПрименение кислот Льюиса в качестве катализаторов позволяет не только повыситьскорость (3+2)-циклоприсоединения и проводить процесс в более мягких условиях, нотакже, дает возможность оказывать влияние на селективность процесса.
[8] Сегодня,катализаторы в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения используются, какправило, для проведения реакции энантиоселективно (хиральные катализаторы), а такжедля повышения диастереоселективности циклоприсоединения. Однако имеется несколькоработ, в которых описаны примеры влияния кислот Льюиса на региоселективностьпроцесса.
[9-10]В работе [9] представлен первый пример высоко регио- и стереоселективного(3+2)-циклоприсоединения к не активированным алкенам с применением в качествекатализаторов кислот Льюиса – реакция С-бензоилнитрона 1 с кротиловым спиртом 2.В условиях (a), в отсутствии катализатора, реакция требовала длительногонагревания и проходила с образованием смеси региоизомерных изоксазолидинов 3 и 4 в8соотношении 18:82 соответственно, с выходом 97%. При добавлении 1 эквивалентаэфирата бромида магния (условия (b)), реакция проходит строго региоселективно собразованием единственного продукта – 3 с выходом 77%. Однако, при использованиикаталитических количеств эфирата бромида магния (условия (с)) единственнымпродуктом было соединение 5 (выход 59%).
Авторы предполагают, что нитрон, являясьсильным основанием Льюиса, образует комплекс с бромидом магния в соотношении 1:1.С данным комплексом может также связываться кислород гидроксильной группы. Такимобразом, процесс протекает через хелатное переходное состояние TS-1 с образованиемаддукта 3. При использовании каталитических количеств бромида магния несколькомолекул нитрона связываются с одной молекулой катализатора, препятствуя, такимобразом, координации спирта. Авторы затрудняются дать объяснение, почему при этомвсе же наблюдается повышение селективности.Таким образом, показано, что соотношение нитрона и бромида магния оказываетзначительное влияние на региоселективность циклоприсоединения.Важно отметить, что существенной проблемой при использовании кислот Льюиса вкачествекатализаторов(3+2)-циклоприсоединениянитроновявляется склонностьнитронов образовывать с кислотами Льюиса малореакционноспособные комплексы.
[8]В работе [10] было исследовано влияние катализатора (трис-(2,6-дифенилфеноксида)алюминия – ATPH) на скорость и региоселективность реакций (3+2)-циклоприсоединенияС,N-дифенилнитрона с α,β-ненасыщенными карбонильными соединениями 6a-d (Таблица1.1).ЭлектронныйконтрольСтерическийконтроль9Таблица 1.1.
Циклоприсоединение C,N-дифенилнитрона к соединениям 6a-d.№12345678Диполярофил6а6а6b6b6c6c6d6dRHHHHHHMeMeR'HHHHMeMeHHYНHMeMeHHHHКатализаторATPHATPHATPHATPHВремя, ч88242422222424Выход, %5Колич.7825Колич.2Колич.3:420:80>99:18:92100:00:10091:9100:0100:0Теоретически, возможна координация с кислотой Льюиса как нитрона, так икарбонильного соединения. Однако объемные заместители при атоме алюминия в данномслучае создают стерические препятствия для координации нитрона.
В данном примереэлектронные и стерические факторы, определяющие региоселективность реакции,действуютнесонаправлено.Электронныефакторыспособствуютобразованию4-карбонилзамещенных изоксазолидинов 7, в то время как стерические факторы –5-карбонилзамещенных изоксазолидинов 8. В случае акрилового альдегида 6а вотсутствие катализатора выход продуктов циклоприсоединения составил лишь 5%. Изреакционной смеси были выделены в основном непрореагировавшие исходныесоединения. Соотношение региоизомеров при этом составило 20:80 с преобладанием 8. Вслучае применения катализатора продукты были получены с количественным выходом,соотношение региоизомеров при этом составило >99:1 с преобладанием 7. Для бутенона6b также отмечено повышение выхода и изменение региоселективности.
Следуетотметить, что каждый региоизомер существует в виде двух диастереомеров, такимобразом, реакция может протекать с образованием 4-х стереоизомеров. Однако в случаесубстрата 6b, при использовании катализатора наблюдалось не только образованиеединственного региоизомера, но и единственного диастереомера.Авторы работы предполагают, что преобладание продукта 7 можно объяснитьсменой механизма процесса.При образовании комплекса объемного катализатора с карбонильной группойсогласованный механизм становится невозможен по стерическим причинам, и процесс10идет по стадийному механизму.
Сначала атом кислорода нитрона атакует β-углеродныйатом связанного в комплекс карбонильного соединения, затем происходит циклизация собразованием аддукта 7.Такимобразом,катализаторовприиспользованиисильных кислотЛьюисавозможна смена механизма протекания процесса–вкачествепереход отсогласованного процесса к многостадийному. [10]Возможность смены механизма для данной реакции была позднее подтвержденаквантово-химическими расчетами (DFT, B3LYP/6-31G(d)).
Однако в данной работерасчеты были выполнены для реакции в присутствии более простой, модельной кислотыЛьюиса – AlCl3, вместо ATPH. [11]Кроме того, возможность смены механизма в присутствие сильной кислоты Льюисаранее была предсказана при теоретическом исследовании ab initio (6-31++G*) механизмамодельной реакции простейшего нитрона CH2=N(O)H 9 с акролеином 10. Рассматриваласькак реакция в отсутствии катализатора, так и при участии кислот Льюиса: слабой BH3 исильной BF3.По данным расчетов, предпочтительным является связывание катализатора с атомомкислорода нитрона, нитроны образуют стабильные комплексы с кислотами Льюиса 12,которые не участвуют в циклоприсоединении. В то же время, циклоприсоединениеакролеина, связанного в комплекс 11 более энергетически выгодно, по сравнению среакцией без участия кислоты Льюиса, и именно оно вызывает ускорение реакции.Процесс, с участием BH3 является согласованным, в то же время, для комплекса с BF3более выгодным является несогласованный процесс с образованием интермедиата –комплекса аддукта присоединения по Михаэлю, с последующей циклизацией.
[12]111.1.2 Влияние кислот Льюиса на диастереоселективность (3+2)циклоприсоединенияКислоты Льюиса также способны оказывать влияние на диастереоселективность(3+2)-циклоприсоединения. Однако существенным препятствием к эффективномуиспользованию кислот Льюиса для повышения стереоселективности циклоприсоединениятакже является их склонность к образованию инертных комплексов с нитронами.Частично избежать этой проблемы позволяет использование кислот Льюиса вреакциях с би- и тридентатными диполярофилами.
Так, первый пример эффективногоиспользования кислот Льюиса в реакции циклоприсоединения нитронов был описан в1992 г. – циклоприсоединение нитронов к α,β-ненасыщенным кетонам 13a-d. [13]Таблица 1.2. Циклоприсоединение N-метил-С-фенил нитрона к карбонильнымсоединениям 13a-d.№1234567891011Олефин13a13а13b13b13b13b13b13с13с13d13dКатализаторZnCl2ZnCl2Ti(OPr-i)3ClTi(OPr-i)2Cl2Ti(OPr-i)2Cl2Ti(OPr-i)2Cl2Ti(OPr-i)3ClРастворительбензолдихлорметанбензолдихлорметандихлорметандихлорметандихлорметанбензолдихлорметантолуолдихлорметанТемп.,°С Время, ч Выход, % Endo:exo80203040:60206 дней3920:808087640:6020527787:2320144590:102053594:603250>99:18096435:652096594:6110217383:7720214583:17Авторы проводили реакцию в различных условиях (Таблица 1.2). Во всех случаяхреакция проходит строго региоселективно с образованием 4-ацетилизоксазолидинов 14.
Вслучае проведения реакции без катализатора преобладает exo-стереоизомер (заисключением субстрата 13d). При добавлении к реакционной смеси кислот Льюиса в рядеслучаев наблюдалось не только ускорение реакции, но изменение стереоселективности,основным становился endo-диастереомер.12В данном случае кислота Льюиса может связываться как с диполем, так и сбидентатным диполярофилом.С помощью исследования реакционной смеси методом ЯМР было установлено, чтопреобладает связывание с нитроном.
Предполагается, что комплекс катализатора снитроном не активен в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. В то же время,комплекссдиполярофилом,(3+2)-циклоприсоединения.напротив,активированПреобладание endo-изомера вданномдляреакциислучае можнообъяснить тем, что при подходе, приводящем к образованию exo-изомера, возникаютзначительные стерические препятствия. [13]ВлияниекислотЛьюисанастереоселективность(3+2)-циклоприсоединенияизучалось на примере реакции аллиловых спиртов с карбонил-сопряженными нитронами[14-17].В работе [14] было изучено присоединение нитрона 1 к аллиловым спиртам схиральным α-углеродным атомом. В данном случае реакция даже в отсутствиикатализатора проходит с высокой регио- и стереоселективностью, однако низкойдиастереоповерхностной селективностью по отношению к α-хиральному центру (дляспирта 16a соотношение продуктов 17a:17a' – 53:47).13В присутствии эквимолярного количества эфирата бромида магния реакцияпроходит более селективно, в частности, соотношение продуктов 17a:17a' составляет84:16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
