Главная страница
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
qrcode

Органический синтез наука и искусство. Р. Кейпл органический синтез наука и искусство перевод с английского профессора, д-ра хим наук В. А. Смита и профессора, д-ра хим наук А. Ф. Бочкова Москва Мир 2001


Скачать 11.79 Mb.
НазваниеР. Кейпл органический синтез наука и искусство перевод с английского профессора, д-ра хим наук В. А. Смита и профессора, д-ра хим наук А. Ф. Бочкова Москва Мир 2001
АнкорОрганический синтез наука и искусство.doc
Дата13.01.2017
Размер11.79 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаOrganicheskiy_sintez_nauka_i_iskusstvo.doc
ТипДокументы
#5153
страница14 из 23
КаталогОбразовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   23


2.4. Как управлять селективностью органических реакций
2.4.1. Классификация проблем селективности

Мы уже неоднократно говорили о селективности тех или иных органических реакций. Тем не менее, этот вопрос настолько важен для органического син­теза в целом, что он заслуживает более легального обсуждения как самосто­ятельная проблема.

Надежность синтетического метода не только предполагает, что данный метод может использоваться для эффективного осуществления требуемого превращения, но и подразумевает, что в избранных условиях между данной функциональной группой и реагентом протекает одна и только одна реакция. Тем не менее, этим проблема селективности далеко не исчерпывается. Дело в тем, что реальный субстрат может содержать несколько одинаковых или близких по свойствам функциональных групп, способных реагировать с од­ним и тем же реагентом, а по условиям задачи требуется провести превраще­ние с одной из них, Кроме того, даже при наличии всего лишь одной функци­ональной группы, се превращение с использованием «чистой» (т.е. надежной) реакции может приводить к образованию нескольких изомерных продуктов. Характер проблем, связанных с селективностью, может быть весьма раз­личен. Ниже мы рассмотрим некоторые типичные случаи, с которыми чаще всего приходится иметь дело в рамках решения задач обеспечения селектив­ности тех или иных превращений. Если взглянуть на проблему селективно­сти с точки зрения кинетики, то можно выделить три общих типа случаев, в каждом из которых возможно образование более, чем одного продукта в ус­ловиях данной реакции.

Тип 1. Последовательные реакции. На схеме 2.68 приведен ряд примеров таких последовательностей, в которых продукт, образующийся в результате первой реакции, способен подвергаться дальнейшему превращению в той же реакционной системе. Следовательно, в этом случае для достижения селек­тивности требуемого превращения необходимо иметь возможность остано­вить процесс на какой-либо из стадий.



Схема 2.68


Этого можно добиться разными способами. Например, обе реакции в превращении (1) принадлежат к одному и тому же типу гидрирования в при­сутствии гетерогенного катализатора. Поэтому для обеспечения селективно­го гидрирования ацетиленов в олефины необходимо модифицировать ката­лизатор так, чтобы восстановление двойной связи на этом катализаторе проходило существенно медленнее, чем восстановление тройной. Этому требованию отвечает, например, катализатор Линдлара — палладий, осажден­ный на карбонате кальция и дезактивированный добавками оксида свинца (Pd-СаСОз—РЬО).

Напротив, стадии окисления первичных спиртов в альдегиды, а послед­них в кислоты [последовательноть (2)| резко различаются по своему меха­низму, что позволяет осуществить первую из этих реакций селективно за счет использования специфических реакций и реагентов. Для этой цели, например, очень эффективна система ДМСО — кислота Льюиса (см. схе­му 2.60), не способная окислять альдегиды.

Обеспечение селективности алкилирования енолятов [превращение (3)] — это одна из центральных проблем в синтетической химии карбониль­ных производных, для решения которой разработан комплекс разнообраз­ных приемов, которые рассмотрены в разд 2.4.4.




Схема 2.69

Тип 2. Параллельные реакции. В примерах, показанных на схеме 2.69, сме­си однотипных продуктов образуются благодаря наличию нескольких кон­курирующих каналов для данной реакции, и в этих случаях для достижения селективности превращения требуется обеспечить условия для преимущественного (а лучше исключительного) протекания реакции по требуемому направлению. В случае (4) конечный результат превращения зависит, во-первых, от направления атаки Вг4" на тот или иной атом углерода двойной связи, что определяет соотношение позиционных изомеров в образующей­ся смеси (147 + 148): (149 + 150), а во-вторых, от ориентации подхода нук-леофила НО", определяющей образование продуктов цис- или транс-прн-соединения [соотношение (147 + 149) : (148 + 150)). Если селективность образования продуктов присоединения по правилу Марковникова, 147 и 148, — это легко достижимая цель, то обеспечение эффективного управле­ния стереохимией присоединения уже относится к категории довольно непростых задач. В сходном случае [(реакция (5)] стереохимия продукта восстановления определяется направлением атаки гидридного реагента по карбонильной группе с одного из двух альтернативных направлений — «снизу» или «сверху» плоскости цикла. Принципы решения этой проблемы обсуждены в разд. 2.4.3.

Тип 3. Последовательно-параллельные реакции. Для примеров, приведенных на схеме 2.70, характерны трудности и первого, и второго типов превращений. Поскольку показанные субстраты полифункциональны, то уже пер-вая из стадий может приводить к образованию смесей продуктов реакций. Доплнительное осложнение обусловлено тем, что каждый из образующихся при этом продуктов, в свою очередь, способен реагировать с тем же реагентом.

Очевидно, что задача обеспечения селективности реакции в таких пре­вращениях существенно сложнее, чем в рассмотренных выше случаях. Дей­ствительно, для избирательного получения одного из продуктов первой стадии необходимо не только обеспечить селективное протекание этой реак­ции по одной из имеющихся групп, но и заблокировать следующие стадии, г. е. обеспечить инертность первичного продукта в условиях реакции. Здесь могут использоваться самые различные приемы. Так, например, при ацети-лировании глицерина [превращение (6)] задача селективного получения мо-но- или бисацетилированных производных по первичной гидроксильной группе (группам) сравнительно легко решается при использовании такого мягкого реагента, как уксусный ангидрид, в требуемых стехиометрических количествах. В то же время моноацетилирование вторичного гидроксила до­стижимо лишь при условии, что оба первичных гидроксила защищены ка­кой-либо легко удаляемой впоследствии группой (подробнее о принципах использования защитных групп см. разд. 2.4.5.). Дополнительные трудности возникают в тех нередких случаях, когда продукт, получаемый на первой ста­дии, оказывается более реакционноспособным, чем исходный субстрат. Так, например, при алкилировании толуола по Фриделю—Крафтсу [реакция (7)) присоединение первой алкильной группы резко повышает нуклеофильность ароматического ядра, так что повторное алкилирование протекает быстрее, чем первая стадия. Взаимное влияние функциональных групп является от­нюдь не исключением, а правилом, особенно в тех случаях, когда функцио­нальные группы сближены или разделены системой кратных связей. Однако подобное влияние может иметь результатом не только ускорение, но и замед­ление реакций. Именно этим можно воспользоваться для того, чтобы до­биться моноалкилирования толоула. С этой целью вместо аликлирования используют ацилирование, при котором входящая ацильная группа пассиви­рует ароматическое ядро по отношению к электрофильной атаке. Благодаря этому реакция протекает почти исключительно как монозамещение. После­дующее восстановление




Схема 2.70
кетогруппы в полученном продукте и даст требуемое моноалкилпроиззодное толуола [реакция (8), схема 2.70].

Рассмотренные типы ситуаций ясно показывают, сколь многогранна и сложна проблема селективности в целом. Вообще говоря, любое органиче­ское соединение полифункционально (даже простейшее из них — метан — образует при хлорировании набор продуктов от СН3Сl до ССl4)- Поэтому не­удивительно, что проблема селективности реакций является в действитель­ности ключевой при планировании синтеза.

Из нашего схематического рассмотрения видно, сколь различным может быть характер препятствий на пути к достижению желаемого результата. Со­ответственно, различны и принципы решения синтетических задач на селек­тивность. Возможность решения задач, связанных с возможностью протека­ния параллельных реакций (тип 1), в значительной степени обусловлена такими необходимым характеристиками синтетического метода, как его чи­стота и избирательность. В самом общем виде эти вопросы мы уже обсужда­ли в предыдущих разделах. Поэтому ниже мы сосредоточим внимание глав­ным образом на задачах, относящихся к типу 2 и — в меньшей степени — к типу 3 по нашей классификации. Речь пойдет главным образом о некоторых принципах решения задач, основанных на вариациях в природе реагента, структуры субстрата и химизма основной реакции. Стоит отметить, что эти пути решения, хотя они и относятся к категории основных, отнюдь не явля­ются единственными. Определенную пользу может принести также и чисто физический приемы, такие, как удаление целевого продукта из равновесной смеси или управление ходом реакции, основанное на понимании кинетиче­ских закономерностей конкурирующих процессов [22а].

Теперь несколько терминологических замечаний. Предпочтительное протекание реакций по одной из нескольких родственных, но химически различных функциональных групп сусбетрата, обычно называют хемоселективностью. Если речь идет об избирательности по отношению к определен­ному положению в молекуле, принято говорить о региоселективности. Если же имеется в виду предпочтительное образование одного из пространствен-(ных изомеров, то пользуются термином стереоселективность. Наконец, гели удается добиться полной селективности, то такой результат характеризуют Термином специфичность (соответственно хемо-, регио- или стерео-). Наконец, существует еше один аспект селективности, связанный с воз­можностью образования двух оптических антиподов — энантиомеров. Об­суждению общих подходов к решению этой чрезвычайно важной проблемы, а также методологии разработки частных ее решений посвящено несколько десятков монографий и сотни обзоров (см., например, [22Ь]). Как нам пред­ставляется, вряд ли было целесообразно пытаться дать содержательное изло­жение результатов поисков в этом направлении в контексте обсуждения дан­ной главы. С некоторыми общими принципами, применяемыми для реше­ния проблем энантиоселективности, читатель сможет ознакомиться в гл. 4 (см. разд. 4.2.3.3).
2.4.2 Селективность обеспечивается выбором подходящей реакции

Наиболее простой пример такого подхода мы рассматривали на примере бро-мирования толуола (см. разд. 2.1.3). Действительно, в толуоле имеются две функциональные группы, способные легко реагировать с бромом: метильная группа и ароматическое ядро. Тем не менее, как мы видели, нетрудно напра­вить бромирование селективно в ядро или метальную группу путем правиль­ного выбора типа реакции: при ионном бромировании — в ядро, при радикальном — в боковую цепь. Другим примером является селективное при­соединение водорода по двойным связям ароматической системы толуола: при каталитическом гидрировании — насыщение всех трех двойных связей, при восстановлении по Берчу — селективное восстановление одной из них.

В этих случаях речь шла об обеспечении хсмоселективности превращения субстрата. Разберем несколько примеров иного типа, иллюстрирующих воз­можность управления региоселективностью процесса также за счет выбора надлежащей реакции.

Рассмотрим для начала модельную структуру, диен 151 (схема 2.71), со­держащую два алкеновых фрагмента, которые различаются только тем, что в одном из них имеется ди-, а в другом тризамещенная двойная связь. Каким же образом можно провести региоселекгивное восстановление одной из свя­зей, а или B? Хорошо известно, что скорость каталитического гидрирования зависит от стерической доступности двойной связи, и поэтому в условиях гидрирования такого диена, например, над палладием, восстановлению будет предпочтительно подвергаться менее затрудненная двойная связь а, что и приведет к желаемому продукту 152. Альтернативный результат — се­лективное восстановление связи B с образованием изомерного алкена 153 — достигается с помощью ионного гидрирования (системой трифторуксусная кислота + триэтилсилан) [19k]. Механизм этой реакции принципиально от­личается от механизма каталитического гидрирования. Ключевой стадией этой реакции является образование карбокатионного интермедиага за счет протонирования двойной связи с последующим переносом гидрид-иона с кремния на электрофильный центр. Селективность ионного гидрирования определяется относительной устойчивостью промежуточных карбокатио-нов. В рассматриваемом случае протонирование диенового субстрата 151 происходит почти исключительно как атака по связи B, поскольку при этом образуется более стабильный третичный карбокатион 154.



Схема 2.71


В рассмотренных случаях субстраты содержали две независимые функци­ональные группы, и требовалось провесги селективно реакцию по одной или Другой из этих функций. Нередки и иные ситуации, когда в пределах одной и той же функции возможны два направления атаки реагента, ведущие к аль­тернативным продуктам. Типичный пример показан на схеме 2.72.



Схема 2.72


Как уже говорилось, само по себе превращение алкена в алкан не составляет какой-либо проблемы и может быть легко выполнено тем или другим из упомянутых выше методов. Однако эта задача перестает быть тривиальной, если в результате такого превращения требуется получить монодейтерированный алкан, содержащий метку в заданном положении. Очевидно, что для этой цели нельзя применить каталитическое гидрирова­ние. Казалось бы этот результат может быть достигнут с помощью ионного гидрирования (скажем, с использованием дейтерированного триэтилсилана или дейтеротрифторуксусной кислоты). Однако чисто провести эту реакцию не удастся из-за легкости протонного обмена карбокатионного интермедиата типа 154 с сильной кислотой. Эффективным и практичным способом решения такой проблемы является использование совершенно иного метода превращения алкена в алкан, а именно последовательности стадий гидроборирования и протолиза получающихся алкилборанов. Если при этом используется дейтерированный боран, то на первой стадии обра­зуется алкилборан 155а, протолиз которого чисто приводит к получению алкена, содержащего дейтерий у вторичного атома углерода. Если жг на Первой стадии использован обычный боран, то результатом реакции обра­зующегося интермедиата 155Ь с дейтероуксусной кислотой будет столь же чистое образование алкана, содержащего дейтерий при первичном угле­родном атоме.

В качестве дополнительной иллюстрации возможностей управления се-лективностью превращений, основанного на выборе подходящей реакции, сошлемся на уже рассмотренные выше примеры региоселективной гидрата-ции алкенов с получением продуктов присоединения по правилу Марковни-кова (М-аддукта, схема 2.10) или против правила Марковникова (аМ-аддук-та, схема 2.47). В этих превращениях формально одинаковый результат — присоединение воды — достигается за счет использования различных по хи­мизму реакций, чем и обеспечивается требуемая селективность образования одного или другого из изомерных спиртов.

Однако далеко не во всех случаях целесообразно искать решение задачи селективности путем выбора природы подходящей реакции. Очень многого можно подчас добиться даже в пределах одной и той же по химизму реакции, если грамотно использовать возможности вариаций конкретной природы применимых реагентов.
2.4.3. Варьирование природы реагентов как способ управления селективностью реакции

Хорошо известно, что даже в пределах одной и той же реакции относительная реакционная способность родственных функций может ощутимо зависеть от конкретных особенностей используемого реагента. Поэтому правильный вы­бор реагента из уже имеющегося набора (или рациональный дизайн нового реагента) может оказаться наиболее эффективным путем обеспечения требу­емой селективности данного превращения. Вот характерный пример.

В конце 1940-х годов в практику органической химии был внедрен прин­ципиально новый и мощный восстановитель — алюмогидрид лития. Отвле­каясь от деталей механизма восстановления функциональных групп с по­мощью этого реагента, мы можем принять, что суть реакции состоит в нук-леофильной атаке гидрид-иона Н- на субстрат. Понятно, что субстратом по отношению к такому реагенту должен быть электрофил, и в принципе любые соединения, содержащие электрофильные группы, должны поддаваться вос­становлению алюмогидридом лития. Если обратиться к схематической моде­ли полифункционального субстрата 156 (схема 2.73), то можно ожидать, что все три показанные функциональные группы будут способны восстанавли­ваться этим реагентом. Однако известно, что эти группы достаточно заметно отличаются по реакционной способности и могут быть расположены в сле­дующий ряд по мере уменьшения электрофильности: СНО > СООМе > СН2С1. Это проявляется, в частности, в том, что легко и быстро протекают реакции алюмогидрида лития с альдегидной и сложноэфирной функциями, но не с первичными хлоридами. Поэтому получение хлордиола 157 — триви­альная задача.

В то же время селективное восстановление альдегидной группы в 156 осу­ществить с помощью того же реагента не удастся, так как будет протекать также восстановление сложноэфирной группы, ибо скорости этих двух реак­ций, хотя и различимы, но вполне сопоставимы. Если бы алюмогидрид был единственным доступным источником гидрид-иона, то эффективное общее решение этой задачи найти было бы трудно. Однако существует широкий на­бор гидридных восстановителей, аналогичных по типу алюмогидриду, но значительно отличающихся от него как по активности, так и по другим ха­рактеристикам [23а]. Один из них — это боргидрид натрия. Связь В-Н в этом соединении несколько прочнее связи Аl-Н, и этот реагент является более слабым нуклеофилом по сравнению с алюмогидридом. Благодаря этому раз­личия в скоростях реакций боргидрида с альдегидной и сложноэфирной группами являются препаративно значимыми, и поэтому с помощью бор-гидрида восстановление альдегидной группы в полифункциональной систе­ме типа 156 вполне может быть осуществлено хемоспецифично с исключи­тельным образованием продукта 158.




Схема 2.73
Наконец, если задача состоит в исчерпывающем восстановлении субстра-татипа 156, то можно воспользоваться еще одним, на этот раз более мощным донором гидрид-иона. Речь идет диборане В2Н6, о котором мы уже упомина­ли в связи с гидроборированием. Диборан успешно атакует (в несколько бо­лее жестких условиях) даже относительно слабые электрофилы типа хлорме-тепьной группы в 156, и с его помощью этот субстрат может быть превращен в диол 159. Еще более эффективно подобное исчерпывающее восстановле­ние- может быть проведено с помощью так называемого супергидрида LiEt3BH, являющегося одним из самых мощных нуклеофилов [191]. Пара­доксально, но и обратная задача селективности, а именно восстановление самой слабой по электрофильности хлорметильной группы в присутствии альдегидной или сложноэфирной, также может быть решена за счет выбора Подходящего гидридного восстановителя, которым на этот раз оказался цианоборгидрид натрия NaBH3CN [23b].

Методы восстановления комплексными гидридами с использованием самых разнообразных (но в принципе однотипных!) реагентов разработаны сейчас настолько хорошо, что задачу хемоселективного восстановления жить одной из групп возможно решить при почти любой комбинации вос­станавливаемых функций в субстрате. Так, например, хорошо известна способность а,Р-непредельных альдегидов и кетонов в реакциях с восста­новителями самых различных типов (например, боргидридом натрия) об­разовывать смеси продуктов как 1,2-, так и 1,4-присоединения. Однако мо­дификацией природы гидридного восстановителя можно обеспечить лю­бую хемоселективность при проведении этой реакции. Так, чистое 1,2-вос-СТановление может быть проведено с использованием системы NaBRj/CeCb [23c| или Zn(BH4)2 [23d] (схема 2.74). Интересно, что с по­мощью последнего реагента удается также провести селективное восста­новление изолированной кетогруппы в присутствии сопряженной еноновой системы [23е].

Сравнительно недавно арсенал сингетиков обогатился за счет появления нового семейства гидридных восстановителей, литийаминоборанов LiABH3 (А — циклический амин) [23f]- Эти реагенты оказались исключительно ак­тивными и селективными в 1,2-восстановлении сопряженных альдегидов и кетонов, а их дополнительным преимуществом, выгодно отличающим их от самого алюмогидрида лития, является малая чувствительность к влаге.




Схема 2.74
Если же синтетическая задача требует, напротив, селективного 1,4-воста-новления еноновой системы, то в качестве реагента для проведения этого превращения может использоваться алюмогидрид лития в присутствии ком­плексов меди [23g] или такой кчассический восстановитель, как литий в жидком аммиаке [23h]. Наконец, исчерпывающее восстановление еноново-го фрагмента может быть осуществлено с помощью мощного гидридного восстановителя КВН(втoр-Вu)3 или, в некоторых случаях, в условиях ионно­го гидрирования [23j].

На примере восстановления комплексными гидридами удобно показать также возможности управления и другим важнейшим параметром селективно­сти, а именно стереоселекгивностью восстановления. Как мы уже упоминали в начале этой главы, восстановление 4-трет-бутилциклогексанона (160) мо­жет приводить к образованию смеси двух изомерных спиртов, 161 и 162 (схе­ма 2.69). Если в качестве реагента для восстановления использовать NaBH4, то основным продуктом является термодинамически более стабильный транс-изомер 161 (схема 2.75). Если, однако, проводить восстановление с помощью гидридного реагента, содержащего объемистые группы, как, например, 1лВН(«яор-Ви)з, то селективность реакции меняется на обратную и основным продуктом оказывается г<мс-изомер 162 [23i]. Наблюдаемая зависимость, как полагают, обусловлена тем, что наличие в субстрате 160 двух аксиальных водородов при С-3 и С-5 эффективно блокирует подход объемистого реагента LiBH(втор-Ви)3к карбонильной группе «сверху» от плоскости цикла, но в существенно меньшей степени препятствует такому направлению атаки для реагента меньшего размера, каким является NaBH4- Парадоксально, но уже упоминавшавшиеся выше литийаминобораны ведут себя как стерически незатрудненные реагенты и независимо от размера аминной группы дают практически индивидуальный (99%) транс-изомер 161 [23f].

Подобный описанному принцип «дозированного воздействия» — применения однотипных, но различных по определенным характеристикам реа-гентов для обеспечения требуемого характера селективности — широко ис­пользуется в современном органическом синтезе. Более того, можно утверж­дать, что без наличия подобного многообразия синтетических инструментов, искусно настроенных на решение той или иной из конкретных задач селек­тивности, вообще невозможно было бы осуществление очень многих из со­временных полных синтезов.

Не менее важно наличие широкого набора реагентов для тех или иных гетеролитических реакций образования связи С-С. В этой области, пожа­луй, наибольшее разнообразие характерно для нуклеофильных реагентов. Так, известны десятки типов металлоорганических реагентов, которые со­держат один и тот же органический остаток и различаются лишь природой металла и связанных с ним лигандов [4]. Подобные, в сущности очень сход­ные реагенты, разработанные для сочетания одного и того же нуклеофиль-Иого остатка с электрофильными реагентами, на самом деле могут значи­тельно различаться по своей нуклеофильности, основности, способности к комплексообразованию и т. д. Благодаря этому можно решительным обра­зом влиять на селективность реакций образования связи С-С в применении к взаимодействию как с электрофильными субстратами разных типов, так и с полидентатными электрофилами. Так, взаимодействие классических реа­гентов Гриньяра со сложными эфирами или хлорангидридами не может быть остановлено на стадии образования кетона, и продуктами такой реак­ции неизменно являются третичные спирты. В то же время замена магниевых производных на производные кадмия [24а] или марганца [24Ь] делает реакцию с хлорангидридами удобным методом синтеза несимметричных кстонов. На основе последовательности реакций хлорангидридов, первона­чально с марганецорганическими производными, а затем с магнийорганическими реагентами, удалось разработать простой способ получения несим­метричных третичных спиртов по схеме сборки из трех предшественников в одном реакционном сосуде [24с].




Схема 2.75


Особое место среди всего многообразия классов и типов металлооргани­ческих реагентов принадлежит медьорганическим производным. Хотя мы уже неоднократна упоминали об их использовании в роли синтетических эквивалентов карбанионов в таких реакциях образования связи С—С, как со­четание по Вюрцу или присоединение по Михаэлю, здесь уместно несколь­ко более подробно рассмотреть специфику использования этих реагентов, но на этот раз с точки зрения селективности превращений, обеспечиваемых их участием в некоторых реакциях образования связи С-С.

Медьорганические соединения типа RCu, как таковые, не очень часто применяются в синтетически значимых превращениях за исключением не­которых специфических случаев синтеза ацетиленовых соединений. Напро­тив, смешанные купраты переменного состава от R2CuLi до R3Cu2Li [24d|, a также их всевозможные комплексы с лигандами, такими, как Me:S, Ph3P, RS

, CN и т. д. [15с,d], находят самое разнообразное применение. К этому же типу реагентов относятся и магаийорганические реагенты, модифициро­ванные добавками солей меди и лигандов, например, RMgBr/CuBr/Me2S.

Интересно хотя бы гасратце познакомиться с историей разработки куп-ратных реагентов. Первое медьорганическое производное, димегилмедь (Ме2Си), было получено Гилманом в 1936 г. [24е]. Целью этой работы явля­лось просто расширение круга известных в то время металлоорганических соединений и изучение их свойств вне какой-либо связи с общими пробле­мами органического синтеза. Несколько позднее (в 1941 г.) довольно случай­но было обнаружено, что реакционная способность классических реагентов Гриньяра может изменяться в присутствии неорганических солей, в частно­сти солей меди. Долгое время эти результаты казались частностями и поэто­му не привлекали особого внимания. Однако ситуация изменилась реши­тельным образом в 1960-х годах, когда в связи с задачей синтеза феромонов и простаноидов возникла острая необходимость в разработке общих и препа­ративно приемлемых методов управления селективностью реакций карбани-онных нуклеофилов с полифункциональными электрофилами. В связи с эгим вновь возник интерес к медьорганическим соединениям, и вскоре бы­ла показана перспективность использования реагентов на их основе для ре­шение многих проблем селективности.

Так, в работах Хауса было найдено, что диметиллитийкупрат (Me2LiCu), реагент, полученный впервые еще в 1952 г. в лаборатории Гилмана, проявля­ет уникальную способность реагировать с а,р-непредельными альдегидами и кетонами с исключительным образованием продуктов сопряженного 1,4-присоединения [24f,g]. Аналогичным образом реагировали и другие алхил-литийкупраты [24h]. Эти результаты послужили мощным стимулом для по­следующих интенсивных исследований ряда групп, результатом которых явилась создание обширного нового класса нуклеофилов — купратных реа­гентов, эквивалентов карбанионов различной структуры. Уместно отметить, что все эти реагенты легко могут быть получены из обычных литий- или магнийорганических соединений путем добавления требуемого количества со­лей меди и модифицирующих добавок.

Благодаря этим разработкам впервые удалось создать надежный и общий метод 1,4-присоединения С-нуклеофилов по двойной связи о,(3-непредель-ных карбонильных соединений (о стратегической важности этого метода, см. выше разд. 2.2.3.3, а также разд. 3.2.7) [15с]. К эгому следует добавить, что если модифицировать те же самые реагенты Гриньяра, но не солями меди, а солями церия (церийорганические реагенты), то с этими же субстратами можно столь же чисто провести исключительное 1,2-присоединение. Таким образом, за счет модификации исходного металлоорганичееского реагента тем или иным из упомянутых способов удается эффективно управлять селек­тивностью присоединения С-нуклеофилов по одному из двух электрофиль-ных центров, имеющихся в молекуле исходного сопряженного карбониль­ного соединения [4, 15b-d] (схема 2.76).



Схема 2.76


О том, как с помощью все тех же купратных реагентов стало возможным проводить селективное сочетание по схеме реакции Вюрца, мы уже говори­ли выше (см. разд. 2.2.3.1). В этой связи необходимо также сказать еще о таких синтетически значимых особенностях свойств купратов, как их сравни­тельная инертность по отношению к карбонильным электрофилам и, напро­тив, необычно высокая активность по отношению к таким слабым электро­филам, как винил- или арилгалогениды [24ij]. Эти особенности купратов позволяют использовать эти нуклеофилы как реагенты для селективного ал-килирования полифункциональных электрофилов различных типов, как это показано на модельных примерах на схеме 2.77.



Схема 2.77


Тема вариабильности свойств нуклеофилов карбанионного типа в зави­симости от природы металла получила интересное развитие в работах Кнохеля [24k]. Хорошо известно, что цинкорганические реагенты относятся к ка­тегории довольно малоактивных нуклеофилов. Исследованиями группы Кнохеля было показано, что активность этих реагентов существенно возра­стает, если их модифицировать добавлением цианида меди. Авторы разрабо­тали метод, позволяющий превращать дииодалканы типа 163 (схема 2.78) в гетеробиметаллические производные типа 163а. Наличие в последних двух достаточно различных по активности нуклеофильных центров позволило провести с высокой селективностью два последовательных сочетания с раз­личными электрофильными реагентами, как это представлено на схеме 2.78. Синтетический интерес подобного тандема реакций представляется несом­ненным.




Схема 2.78


До сих пор мы рассматривали способы регулирования селективности об­разования связей С—С, основанные на изменениях в свойствах нуклеофиль-ной компоненты. Очевидно, что не менее эффективными средствами такого контроля могут быть вариации в природе реагентов, эквивалентных одному и тому же электрофилу. Например, столь различные по свойствам соедине­ния, как RCO+BF4-, RCOCl, (RCO)2O, RCOOR1, в реакциях с нуклеофила-ми выступают в роли переносчиков одного и того же ацил-катиона. Точно также такие непохожие соединения, как соли триалкилоксония R3O+BF4-, алкилтозилаты, алкилгалогениды или алкилацетаты, могут использоваться в качестве эквивалентов одного и того же алкил-катиона. Понятно, что при наличии столь богатого арсенала электрофильных реагентов, различающих­ся по своей активности, стабильности, чувствительности к стерическим пре-пятствиям, эффектам растворителя и т. п., почти всегда можно выбрать такой реагент, который обеспечит нужную хемо- или региоселективность реакции с субстратом, имеющим несколько нуклеофильных центров.

Весьма поучительным примером того, насколько может быть эффектив­ной регулировка селективности за счет казалось бы не очень значительных вариаций в природе электрофильной и/или нуклеофильной компонент, мо-жет служить результаты исследований группы Котсуки [241], направленных наразработку общей методологии синтеза ряда структурно различных энан-тиомерно чистых феромонов (см. схему 2.79).




Схема 2.79
Замысел работы заключался в разработке способа использования легко доступного в энантиомерно чистом виде 2,3-О-изопропилиден-D-трент 164 в качестве предшественника бифункционального электрофила, который да-лее предполагалось вводить в реакции последовательного контролируемого сочетания с набором нуклеофилов. Для достижения этой цели 164 был пре­вращен в смешанный тозилат-трифлат 165, что обеспечило создание двух электрофильных центров, различающихся по своей активности. Далее требовалось найти нуклеофилъные реагенты, способные селективно реагиро­вать по одному из этих элсктрофильных центров. Оказалось, что стандарт­ные диалкиллитийкупратные реагенты «не чувствуют» различия в активно­сти тозилатной и трифлатной групп, и оба этих центра подвергались нуклео-фильнай атаке примерно с одинаковой легкостью. Напротив, менее актив­ные реагенты алкилмагнийкупратного типа не реагировали с тозилатной функцией и замещению подвергалась исключительно трифлатная группа. Получающийся на первой стадии продукты далее повторно алкилировали, на этот раз по оставшейся тозилатной группе, с помощью диалкиллитий-купратных реагентов. Примечательно, что обе стадии алкилирования про­водятся как последовательность реакций в одном реакционном сосуде и приводят к образованию целевых продуктов с высоким выходом. Разрабо­танная схема несимметричного бис-алкилирования допускает возможность независимого варьирования строения нуклеофильного остатка в реагентах, используемых на первой и второй стадиях последовательности (см., напри­мер, получение аддуктов 166 и 167, схема 2.79). Таким образом, на основе общего хирального бифункционального субстрата 165 можно получать ши­рокий набор разнообразных продуктов, которые далее могут использовать­ся как субстраты в синтезе энантимерно чистых целевых соединений, в том числе и ряда феромонов. Отметим еще раз, что успешное решение подобно­го рода непростых задач стало достижимым только благодаря наличию ши­роких возможностей тонко дозируемых изменений свойств применяемых реагентов.
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   23

перейти в каталог файлов

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей