Nitron-Olefin (3 + 2) -Cycloaddition – Wikipedia

Posted on by

Das Nitron-Olefin (3 + 2) -Cycloaddition Reaktion ist die Kombination eines Nitrons mit einem Alken oder Alkin, um ein Isoxazolin oder Isoxazolidin über a zu erzeugen [3+2] Cycloadditionsprozess.[1] Diese Reaktion ist eine 1,3-dipolare Cycloaddition, bei der das Nitron als 1,3-Dipol und das Alken oder Alkin als Dipolarophil fungiert.

Mechanismus und Stereochemie[edit]

Wenn Nitrone entweder mit Alkenen oder Alkinen kombiniert werden, [3+2] Die Cycloaddition führt zur Bildung einer neuen CC-Bindung und einer neuen CO-Bindung. Die Cycloadditionen sind hinsichtlich der Konfiguration des Alkens stereospezifisch; Die Diastereoselektivität bei Reaktionen von C-substituierten Nitronen ist jedoch häufig gering.[2] Die Regioselektivität wird durch die dominanten Grenzorbitale gesteuert, die während der Reaktion interagieren, und Substrate mit elektronisch unterschiedlichen Substituenten neigen dazu, mit hoher Regioselektivität zu reagieren. Intramolekulare Versionen der Reaktion wurden verwendet, um komplexe polyklische Kohlenstoffgerüste zu synthetisieren. Die Reduktion der NO-Bindung führt zu 1,3-Aminoalkoholen.

Das [3+2] Die Cycloaddition selbst ist ein konzertierter pericyclischer Prozess, dessen Regiochemie durch die Grenzmolekularorbitale auf dem Nitron (dem Dipol) und dem Dipolarophil gesteuert wird.[3]

Wenn R ‘eine elektronenspendende Gruppe, Alkyl oder Aryl, ist, sind die dominanten FMOs das HOMO des Dipolarophilen und das LUMO des Nitrons. Wenn man die Atome verbindet, deren Koeffizienten in diesen Orbitalen am größten sind, wird vorausgesagt, dass das 5-substituierte Isoxazolidin überwiegt. Wenn andererseits das Dipolarophil elektronenarm ist, ist das HOMONitron-LUMODipolarophil
Wechselwirkung ist am wichtigsten, und das 4-substituierte Produkt wird bevorzugt.

Umfang und Einschränkungen[edit]

Alkyl- und Aryl-terminale Alkene reagieren mit hoher Regioselektivität zu 5-substituierten Isoxazolidinen. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit der Kontrolle der Verteilung der Isomere durch das molekulare Orbital an der Grenze: Der Nitron-Sauerstoff, der den größten Orbital-Koeffizienten im HOMO des Nitrons besitzt, bildet eine Bindung mit dem inneren Kohlenstoff des Alkens, der den größten besitzt Orbitalkoeffizient im LUMO des Alkens.[4]

Die Konfiguration von 1,2-disubstituierten Alkenen bleibt in den Cycloadditionsprodukten erhalten. In Übereinstimmung mit der FMO-Kontrolle der Reaktion landet der stärker elektronenziehende Substituent auf diesen Substraten in der 4-Position des Produkts. Anders ausgedrückt, der Kohlenstoff mit dem größten LUMO-Koeffizienten im Dipolarophil (entfernt von der elektronenziehenden Gruppe) bildet eine Bindung mit dem Nitron-Sauerstoff, der den größten HOMO-Koeffizienten im Nitron besitzt.[5]

Alkine können bei dieser Reaktion auch als Dipolarophile dienen. Die Regeln zur Vorhersage von Alkencycloadditionsprodukten basierend auf den relevanten FMOs gelten auch für substituierte Alkine – elektronenarme Alkine neigen dazu, 4-substituierte Produkte zu ergeben, während elektronenreiche Alkyl- und Arylalkine 5-substituierte Produkte ergeben.[6]

Intramolekulare Varianten der Reaktion sind sehr nützlich für die Synthese komplexer polycyclischer Gerüste. Diese Reaktionen finden im Allgemeinen bei viel niedrigeren Temperaturen statt als intermolekulare Cycloadditionen. Regiochemie ist für intramolekulare Reaktionen schwieriger vorherzusagen: Es können entweder verbrückte oder fusionierte Produkte entstehen, und beides cis– und trans-geschmolzene Ringe sind möglich.[7]

Ein vorhandenes Stereozentrum in der Verbindung zwischen Alken und Nitron führt häufig zur Erzeugung eines einzelnen Diastereomers des Produkts. In diesem Beispiel landet der sperrigere Phenylsubstituent auf dem exo Gesicht des bicyclischen Ringsystems.[8]

Synthetische Anwendungen[edit]

Synthese von (±) -Lupinin[edit]

2,3,4,5-Tetrahydropyridin-1-oxid kann zum Aufbau von kondensierten Heterocyclen in Alkaloiden und anderen Naturstoffen verwendet werden. Eine Synthese von (±) -Lupinin verwendet eine ringexpandierende Umlagerung eines Mesylats, die einen schnellen Zugang zum Ziel ermöglicht.[9]

Synthese von Hydroxycotinin[edit]

Die Struktur von Hydroxycotinin, einem menschlichen Metaboliten von Nikotin, wurde durch eine unabhängige Synthese unter Verwendung der Nitron-Olefin-Cycloaddition bestätigt.[10]

Synthese von (+) – Porantheridin[edit]

Umlagerung von a [3+2] Cycloaddukt liefert (+) – Porantheridin.[11] Das Cycloaddukt wird einer Hydrierung, Säurehydrolyse, Oxidation, basischen Hydrolyse und Cyclisierung unterzogen, um das Ziel zu ergeben.

Kinugasa-Reaktion zur Bildung von β-Lactamen[edit]

In dem Kinugasa-Reaktion, ein Nitron und ein Kupferacetylid reagieren, um schließlich ein β-Lactam zu bilden.[12][13] Im ersten Schritt dieser Reaktion wird durch Reaktion des terminalen Alkins mit dem Kupfersalz ein Metallacetylid gebildet. Die 1,3-dipolare Cycloaddition des Nitrons mit dem Metallacetylid liefert einen 5-gliedrigen Ring, der sich unter Bildung eines β-Lactams umlagert.

Andere Reaktionen[edit]

Ein weiteres Beispiel für eine [3+2] Die Cycloaddition ist diejenige, bei der ein Baylis-Hillman-Addukt das Dipolarophil ist. Dieses reagiert mit C-Phenyl-N-methylnitron unter Bildung eines Isoxazolidins.[14]

Verweise[edit]

  1. ^ Confalone, PN; Huie, EM Org. Reagieren. 1988, 36, 1. doi:10.1002 / 0471264180.or036.01
  2. ^ Tufariello, JJ; Ali, SA; Klingele. HO J. Org. Chem. 1979, 444213.
  3. ^ Houk, KN Marmelade. Chem. Soc. 1972, 948953.
  4. ^ Huisgen, R.; Hauck, H.; Grashey, R.; Seidl, H. Chem. Ber. 1968, 1012568.
  5. ^ Joucla, M. Tetraeder 1973, 292315.
  6. ^ Winterfeldt, E.; Krohn, W.; Stracke, H. Chem. Ber. 1969, 1022346.
  7. ^ LeBel, NA; Poste mich; Whang, JJ Marmelade. Chem. Soc. 1964, 863759–3767. doi:10.1021 / ja01072a031
  8. ^ Vinick, FJ; Fengler, IE; Gschwend, HW J. Org. Chem. 1977, 422936.
  9. ^ Tufariello, JJ; Tegeler, JJ Tetrahedron Lett., 19764037–4040. doi:10.1016 / S0040-4039 (00) 92569-3
  10. ^ Dagne, E.; Castagnoli, Jr., N. J. Med. Chem. 1972, 15356–360. doi:10.1021 / jm00274a005
  11. ^ Gossinger, E. Tetrahedron Lett. 1980, 212229.
  12. ^ Die Reaktionen von Kupfer (I) phenylacetylid mit Nitronen Manabu Kinugasa und Shizunobu Hashimoto J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1972466-467, doi:10.1039 / C39720000466
  13. ^ Eine neuartige Synthese von β-Lactam-kondensierten cyclischen Enediinen durch intramolekulare Kinugasa-Reaktion Runa Pal und Amit Basak Chem. Commun., 20062992 – 2994, doi:10.1039 / b605743h
  14. ^ Diastereoselektivität der 1,3-dipolaren Nitroncycloaddition an Baylis-Hillman-Addukte Branislav Dugovič, Lubor Fišera, Christian Hametner und Nada Prónayovác. Arkivoc 2004 BS-834A Artikel