Диссертация (1150389), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Исследования в области асимметрическогоциклоприсоединения азометиниминов в присутствии хиральных кислот Льюиса взначительной мере опираются на предшествующие результаты, полученные для реакций снитронами. [29]20Например, в работе [42] каталитическая система, ранее использованная дляасимметрического(3+2)-циклоприсоединениянитронов[43]былаэффективноиспользована в реакции азометиниминов с бидентатным диполярофилом 36. В даннойработе авторы также пробовали использовать в качестве кислот Льюиса трифлат магния,трифлат цинка и перхлорат никеля (II) в сочетании с хиральным лигандом 38 (Таблица1.4). При этом реакция проходила менее энантиоселективно, с преобладанием эндоаддукта.
Авторы предполагают, что различие в диастереоселективности объясняетсяразличием в геометрии образующихся комплексов.Таблица 1.4. Присоединение азометинимина 35 к диполярофилу 36 в присутствииразличных кислот Льюиса и лиганда 38.№12345Кислота ЛьюисаCu(OTf)2 (30 mol%)Cu(OTf)2 (10 mol%)Mg(OTf)2 (30 mol%)Zn(OTf)2 (30 mol%)Ni(ClO4)2 (30 mol%)Выход, %8190388480Экзо/эндо90:1088:124:9633:677:93Exo ee, %989446 (47 – эндо)60 (-59 – эндо)55 (85 – эндо)Для азометиниминов на основе дигидроизохинолина также известны асимметрические реакции (3+2)-циклоприсоединения.
Первый пример такой реакции представлен вработе [44], в качестве катализатора для такой реакции был использован комплекс титана(IV) с (S)-BINOL.21Реакцияпроходитсвысокимивыходами,высокойдиастерео-иэнантиоселективностью.1.2 Реакции формального (3+3)-циклоприсоединения нитронов и азометиниминовСегодня поиск новых путей синтетического использования 1,3-диполей, в частностинитронов и азометиниминов, вызывает повышенный интерес исследователей.
Одним изнаиболее активно развивающихся направлений в данной области являются реакцииформального (3+3)-циклоприсоединения. Значительные успехи, достигнутые в даннойобласти в последние годы делают реакции данного типа, наряду с [4+2]-циклоприсоединением, удобным методом синтеза широкого круга шестичленных гетероциклов. [4, 45-47]Известно,что(3+3)-циклоприсоединениезапрещенопосимметриикаксогласованный процесс. В современной литературе термины «циклоприсоединение» или«формальное циклоприсоединение» широко используются для обозначения реакцийобразования циклов из двух и более субъединиц безотносительно механизма процесса.
[4,45, 46]Использование катализаторов различных классов делает возможным вовлечение вреакции формального циклоприсоединения широкого спектра субстратов. Для нитронов иазометиниминов известны реакции, катализируемые переходными металлами: тандемныереакции циклоизомеризации и (3+3)- либо (3+4)-циклоприсоединения, катализируемыесолями золота [48], катализируемое комплексами палладия (3+3)-циклоприсоединениепроизводных триметиленметана c азометиниминами и нитронами [49, 50]. Для азометиниминовизвестныорганокаталитическиепроцессы,вчастности:катализируемоефосфинами (3+3)- и (3+4)-циклоприсоединение алленов [51], (3+3)-циклоприсоединениееналей,катализируемоеN-гетероциклическимикарбенами[52],(3+3)-циклоприсоединение 1,4-дитиан-2,5-диолов, катализируемое DABCO [53].Одним из типов катализаторов, наиболее широко применяемых в реакциях(3+n)-циклоприсоединения 1,3-диполей, являются кислоты Льюиса.
К реакциям,катализируемым кислотами Льюиса, относятся: циклоприсоединение малых циклов,винилдиазоацетатов, азометинилидов.221.2.1 (3+3)-Циклоприсоединение 1,1-циклопропандикарбоксилатов и других малыхцикловДонорно-акцепторныециклопропаныспособнывступатьвреакциициклоприсоединения с диполярофилами, 1,3-диполями и диенами с образованием пяти-,шести и семичленных циклов соответственно.
[54-56] Одной из наиболее перспективныхи хорошо изученных реакций (3+3)-циклоприсоединения является циклоприсоединениеактивированных циклопропанов к 1,3-диполям [57, 58]: нитронам, азометиниминам,нитронатам [59, 60], нитрилиминам [61]. В рамках данного обзора будут рассмотреныреакции с нитронами и азометиниминами.Впервые1,3-диполям(3+3)-циклоприсоединение–нитронамивдонорно-акцепторныхприсутствиитрифлатаиттербия,циклопропановскобразованиемтетрагидрооксазинов 39 было представлено в работе [62].Предполагается, что кислота Льюиса связываясь с одной из сложноэфирных группспособствует поляризации циклопропандикарбоксилата.Для данной реакции авторы оригинальной работы предложили три возможныхмеханизма: 1) стадийный механизм при котором сначала атом кислорода нитрона атакует23молекулу циклопропана, затем, на следующей стадии происходит внутримолекулярнаяциклизация.
Интермедиат I при этом имеет конформацию кресло; 2) согласованныймеханизм при котором сначала происходит раскрытие циклопропанового цикла, затемвзаимодействие диполя с диполем; 3) согласованный процесс при котором нитронреагируетснапряженнойпредпочтительнымσ-связьюявляетсяциклопропана.образованиеВоциклоаддуктавсех случаях наиболеесцис-расположениемзаместителей при атомах С3 и С6 тетрагидрооксазинового цикла [62].В работе [63] была предпринята попытка определить согласованный или стадийныймеханизм является наиболее предпочтительным с помощью квантов-химических расчетов(DFT, B3LYP/6-31+G(d,p)). Однако было установлено, что энергетические барьеры дляданных механизмов различаются лишь незначительно (<1 ккал/моль).
В то же время, былопоказано, что координация сложноэфирных групп циклопропана значительно снижаетвеличину барьера (использование BF3 снижает энергетический барьер реакции примернона 20 ккал/моль) для обоих механизмов.Дляответанавопросомеханизмереакциибылаизученареакциясдейтерированными циклопропанами 40 и 41.Инверсия относительной конфигурации в аддуктах 42 и 43 свидетельствует опротекании процесса по двух стадийному механизму [64].При проведении реакции с энантиомерно чистыми циклопропанами наблюдаетсячастичная рацемизация продуктов реакции, что также говорит в пользу цвиттер-ионногомеханизма реакции.
При этом ee для продуктов зависит от температуры и природызаместителя R3. При нагревании выделенных аддуктов в присутствии кислоты Льюисанаблюдалась их дальнейшая рацемизация, что свидетельствует об обратимостипроцесса.[65]Дальнейшие исследования показали, что в качестве катализаторов для даннойреакции подходят, не только соли иттербия, но и более дешевые йодид магния [66] и24трифлат кальция [67]. Однако реакции с применением данных катализаторов проходят, всреднем, менее стереоселективно.Известна также трехкомпонентная модификация данной реакции с генерациейнитрона in situ из соответствующего альдегида и гидроксиламина.
[66, 68]Предполагается также, что реакция донорно-акцепторных циклопропанов сарилнитрозосоединениями с образованием тетрагидрооксазинов 44 в присутствиитрифлата иттербия протекает через промежуточное образование нитронов [69].Примечательно, что образование тетрагидрооксазинов наблюдается при использовании вкачестве катализатора трифлата иттербия. При проведении реакции в присутствиикаталитических количеств MgI2, реакция проходит по пути (3+2)-циклоприсоединения подвойной связи N-O с образованием изоксазолидинов 45 [70].
В то же время, прииспользовании двух эквивалентов бромида магния наблюдается (3+3)-аннелирование собразованием 8-бромтетрагидроизохинолинов [71].Следует отметить, что в ходе реакции не наблюдалось образования аддуктовнитронов с 2-метиленмалонатами 46. Авторы предполагают, что в присутствии трифлатаиттербия, такие изоксазолидины могут подвергаться быстрой полимеризации. [69]Помимо реакции с ациклическими нитронами, известен пример генерации in situциклических нитронов – N-оксидов изохинолинов путем электрофильной циклизации25соответствующих 2-алкинилбензальдоксимов 47, катализируемой трифлатом серебра.Аддукты 46 были получены с выходами от умеренных до хороших, однако, сведений одиастереоселективности реакции работа [72] не содержит.Важным фактором, определяющим реакционную способность циклопропанов вреакциях формального циклоприсоединения, является наличие в циклопропановом циклеπ-донорных заместителей способных эффективно стабилизировать положительный заряд.Известно, что циклопропаны, содержащие в цикле фенильный или винильныйзаместитель более реакционноспособны по сравнению с незамещенными.
При введении вреакцию с нитроном этинил-замещенного циклопропана в присутствии трифлата иттербияили скандия наблюдалось образование лишь незначительных количеств аддуктаформального (3+3)-циклоприсоединения. Однако, для данных субстратов возможнаактивация через образование кобальтовых комплексов 49 по аналогии с реакциейНиколаса (SN1 реакции комплексов кобальта с пропаргиловыми эфирами [73]).Реакция с активированными таким образом циклопропанами проходит строго региои стереоселективно с хорошими выходами циклоаддуктов.
При этом тройная связь можетбыть выделена из комплекса при обработке циклоаддуктов йодом в THF. [74]Циклопропаны, содержащие алкильные заместители также значительно менееактивны в реакциях формального (3+3)-циклоприсоединения по сравнению с винилзамещенными. [75]26При этом авторы [75] предлагают использовать для синтеза алкилзамещенныхтетрагидрооксазиновциклоприсоединениевинилциклопропандикарбоксилатовспоследующим восстановлением циклоаддуктов.Использование катализаторов на основе перхлората никеля (II) с хиральными бисоксазолиновыми [76] и трис-оксазолиновыми [77] лигандами позволяет проводитьреакцию (3+3) циклоприсоединения с высокими выходами и энантиоселективностью.В работе [77] была показана возможность кинетического расщепления длярацемических циклопропанов в условиях реакции.27Метиленциклопропаны 52, содержащие акцепторные заместители в трехчленномцикле аналогично способны вступать в реакцию формального (3+3)-циклоприсоединенияс нитронами в присутствии трифлата иттербия с образованием тетрагидрооксазинов 53содержащих экзоциклическую двойную связь [78].
Следует отметить, что реакциясоответствующих метиленциклопропанов с нитронами в отсутствие катализаторовизучалась в нашей исследовательской группе, было показано, что реакция идетрегиоселективно, по двойной связи метиленциклопропана как нормальное 1,3-диполярноециклоприсоединение с образованием 4-спироизоксазолидинов 54 [79].В то же время, реакция с винилиденциклопропандикарбоксилатами 55 протекает кактандемный процесс с образованием продуктов 56. Авторами работы был предложенмеханизм, включающий образование аддукта формального (3+3)-циклоприсоединения.Предполагается, что кислота Льюиса связывается со сложноэфирными группамивинилиденциклопропандикарбоксилата 55, затем атом кислорода нитрона атакуетциклопропановое кольцо, что приводит к его раскрытию и образованию цвиттер-ионного28интермедиата 57, который циклизуется с образованием аддукта 58. Связь кислород-азот ваддукте 58 легко разрывается с образованием конечного продукта 56 по согласованному(a) или ступенчатому механизму c образованием цвиттер-ионного интермедиата 59.
[80]Вышерассмотреныпримеры(3+3)-циклоприсоединенияактивированныхциклопропанов исключительно с альдонитронами, содержащими донорные заместители(C,N-диарилнитроны, С-арил-N-алкилнитроны и т.д.). Однако, возможно вовлечение вреакцию также и кетонитронов. Реакция проходит с выходами циклоаддуктов отумеренных до хороших и высокой региоселективностью (Соотношение 61:62 от 5:1 до1:0).Конверсия нитрона составляет от 70 до 100%. При нагревании аддукта 61 в условияхреакции наблюдалось образование продукта 62 и исходного нитрона, что говорит обобратимости процесса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
