Тиффо-Демьяновты қайта құру - Tiffeneau–Demjanov rearrangement

Тиффо-Демьяновты қайта құру
Есімімен аталды Марк Тиффено
Николай Демьянов
Реакция түрі Қайта құру реакциясы
Идентификаторлар
RSC онтологиялық идентификатор RXNO: 0000381

The Тиффо-Демьяновты қайта құру (TDR) болып табылады химиялық реакция 1-аминометил-циклоалканолмен азот қышқылы ұлғайтылған циклокетон қалыптастыру үшін.

Тиффено-Демьянов қайта құру

Tiffeneau-Demjanov сақинасының кеңеюі, Tiffeneau-Demjanov қайта құрылуы немесе TDR амино-алмастырылған циклоалкандар мен циклоалканолдарды бір көміртекке ұлғайтудың оңай әдісін ұсынады. Циклопропаннан циклооктанға дейінгі сақина өлшемдері белгілі дәрежеде Тиффено-Демьянов сақиналарының кеңеюінен өтуі мүмкін. Сақинаның бастапқы мөлшері өскен сайын өнімділік азаяды, ал TDR-ді қолдану бес, алты және жеті сақиналарды синтездеуге арналған. Тиффо-Демьянов сақинасының кеңеюінің негізгі синтетикалық қолданылуы бициклді немесе полициклдік жүйелерге қолданылады. Бұл реакция туралы бірнеше шолулар жарияланған.[1][2][3]

Ашу

Қазір Тиффо-Демьяновты қайта құру (TDR) деп аталатын реакция екі сатыда анықталды. Бірінші қадам 1901 жылы орыс химигі болған кезде болды Николай Демьянов деп тапты аминометилциклоалкандар азот қышқылымен өңдеу кезінде жаңа өнімдер шығару. Бұл өнім 1903 жылы кеңейтілген алкоголь ретінде анықталған кезде, Демжановты қайта құру ойдан шығарылды.

Демьяновтың қайта құрылымдауының өзі содан бері өнеркәсіпте және синтетикалық органикалық химияда сәтті қолданылып келеді. Алайда оның қолдану аясы шектеулі. Демьяновты қайта құрылымдау аминометилциклоалкандардың төрт, бес және алты мүшелерін кеңейту үшін өте қолайлы. Сонымен қатар, алкендер және кеңейтілген емес цикло-алкогольдер қосымша өнім ретінде қалыптасады. Бастапқы циклоалкан үлкейген сайын өнімділік азаяды.

Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін бірнеше жыл бұрын француз ғалымдарының ашқан жаңалығы қазіргі заманғы ТДР реакциясына әкеледі. 1937 жылы, Тиффено, Вейл және Тчоубар жылы жарияланған Comptes Rendus 1-аминометилциклоахексанолдың азот қышқылымен өңдегенде циклогептанонға тез ауысатындығын анықтады.[4] Мүмкін осындай үлкен сақинаның кеңеюіне байланысты, авторлар оны бірден Демьяновты қайта құрумен байланыстырмады. Керісінше, олар олардың реакциясы 1906 жылы Уоллак ашқан реакцияға ұқсас деп ойлады перманганат, циклогликолдар сусызданып, альдегидті эпоксидті аралық арқылы береді. Авторлар дезаминдену нәтижесінде эпоксидтің аралық құрамы пайда болды, содан кейін циклокетон сақинасын үлкейтеді деп жорамалдаған. Алайда, кейінгі уақыттарда ғалымдар бұл реакциялардың өзара байланысты екенін түсіне бастады. 1940 жылдардың басында TDR органикалық халық тілінде болды. Тиффеноның ашылуы Демьяновтың синтетикалық ауқымын кеңейтті, өйткені жеті және сегіз көміртекті сақинаны үлкейтуге болады. Алынған циклокетонды қайтадан циклоаминоалкогольге оңай айналдыруға болатындықтан, бұл жаңа әдіс органикалық химиктер арасында тез танымал болды.

Негізгі механизм

Негізгі реакция механизмі Бұл диазотация туралы амин топ азот қышқылы содан кейін азоттың шығарылуы және бастапқы түзілу көміртегі. A қайта құру реакциясы бірге сақинаның кеңеюі неғұрлым тұрақты құрайды оконий ионы қайсысы депротацияланған.[5]

Tiffeneau-Demjanov rearrangement.png

Механизмнің ерте дамуы

Сол кездегі химиктер азот қышқылына ұшыраған кезде симметриялы 1-аминометилциклоалкоголь өнімі қандай болатынын жақсы білгенімен, реакция механизмі туралы 1980 жылдарға дейін созылған айтарлықтай пікірталастар болды. Ғалымдар реакция симметриясыз 1-аминометилциклоалкогольдер мен көпірлі цикло-жүйелерде жүргізілген кезде алатын көптеген өнімдерге таңқалды. Қазіргі кезде де осы реакцияның неғұрлым нәзік механикалық ерекшеліктерін анықтауға және қажетті кеңейтілген өнімдердің өнімділігін арттыруға арналған тәжірибелер жалғасуда.

1960 жылы Питер А.С. Смит және Дональд Р.Бер, екеуі де Мичиган университеті, TDR туралы трактат шығарды. Олардың ұсынылған механизмі ғалымның сол кездегі ТДР туралы түсінігінің тамаша перспективасын ұсынады.

Баер мен Смит ұсынған механизм бірнеше ақпарат көздерін жинақтау болды. 1950 жылдардың басынан бастап, көптеген адамдар TDR механизміне карбоний ионын қосады деп тұжырымдады. Алайда, TDR механизмін дамытудағы үлкен жетістік азот қышқылымен әрекеттесетін амин топтарының құбылысын жақсарту арқылы болды. 1950 жылдардың аяғында жүргізілген мұқият кинетикалық зерттеулер ғалымдарды азот қышқылы аминмен әрекеттеседі, біріншіден азот қышқылының туындысын, потенциалды N2O3 түзеді деп сендірді. Бұл туынды TDR-ге қатысты болғандықтан қате болып шығады, ал сол кездегі ғалымдар туынды аминмен әрекеттесіп, диазоний ионын шығарады деген қорытындыға келді. Осы диазоний ионының болжамды тұрақсыздығы TDR механизмінде карбокацияның болуына нақты дәлелдер келтірді.

ТДР механизміне әсер еткен тағы бір ақпарат - бұл реакция Тиффеноның ашқан жағдайларымен оңай жүретіндігі. Алкогольді реагенттегі көміртекке қою арқылы реакция жылдамдығы мен өнімділік қарапайым Демьяновтық қайта құруға қарағанда едәуір жақсарады. Сонымен қатар, олефиндер сияқты қажетсіз өнімдер аз мөлшерде қалыптасады. Жоғарыда аталған бақылаулар айналасында Смит пен Баердің тетігі салынған орталық болды. Сутектің болуы гидридтің ығысуы реакция барысында көміртектің ығысуымен бәсекеде жүретіндігін білдіретінін байқау қиын емес. Оның үстіне, бұл ауысым оң зарядты 1 ° көміртектен 3 ° көміртекке ауыстыруы мүмкін. Су сияқты жұмсақ негізді еріткіште бұл жаңа аралық оңай E1 тәрізді реакция арқылы олефин шығаруы мүмкін.

Мұндай олефиндер әдетте Демжановтың қарапайым қайта құрылуында байқалады, бірақ ТДР-да байқалмайды. Алкогольдің болуы бұл E1 реакциясы қалай жүрмейтінін түсіндіреді. Сонымен қатар, алкогольдің болуы сақинаның дамып келе жатқан оң зарядын оттектің қасына қояды. Бұл сутегіден гөрі тиімді болар еді, өйткені оттегі резонанс арқылы көміртегі ионына электрон тығыздығын бере алады.

Бұл тағы да сақинаның кеңеюін қолдайды және оның Демджановты қайта құру кезінде ТДР-дің жоғары өнімділігін қалай қосатынын көрсететін тағы бір ескерту.

Смит пен Баердің тетігі сол кездегі басқа бақылауларды да ескере алды. Тиффено-Демьяновтың бүйірлік аминометил тізбегіндегі алкилді алмастырумен 1-аминометилциклоалканолдарды қайта құруы көптеген ғалымдармен 1960 жылға дейін жүзеге асырылды. Смит пен Баер мұндай алмастырудың ТДР-ге қалай әсер ететіндігін әртүрлі 1-гидроксиксилогексилбензил-аминдерді синтездеу және оларды ТДР жағдайларына әсер ету арқылы зерттеді.

TDR-мен алты мүше сақинаны үнемі үлкейтіп отырғандықтан, реакция болады деп күтуге болады. Алайда күтілетін сақиналық үлкейтудің орнына тек диолдар өнім ретінде көрінеді. Жоғарыда аталған алмастырылған реагенттердің бес аналогы TDR жағдайында үлкейеді. Арилді алмастырудан айырмашылығы алкилді алмастыру ТДР-дің азаюына әкеледі. Смит пен Баер бұл бақылаулар олардың механизмін қолдайды деп сендіреді. Ауыстыру карбоний ионын лақтырудан кейін тұрақтандыратындықтан, нәтижесінде пайда болған карбоний ионы нуклеофилмен реакцияға түсуі ықтимал (бұл жағдайда су) және қайта құруға ұшырамайды. Бес сақина маневрді ынталандыратын сақина штаммына байланысты қайта құрылады. Бұл штамм көміртектің жылжуын тудыруы үшін карбокацияны тұрақсыз етеді.

Ерте механизммен проблемалар

Смит пен Баердің алғашқы механизмі қаншалықты айқын болғанымен, ол ескермеген бірнеше құбылыс бар. Олардың механизміндегі проблема негізінен сақинада алкил алмастырғыштары бар TDR прекурсорларының айналасында болды. Молекуланы әлі де симметриялы ету үшін сақинаға аталған алмастырғышты қойғанда, бір өнім ТДР жағдайында пайда болады. Алайда, егер алкил молекуланы симметриялы емес етіп сақинаға қойса, бірнеше өнім түзілуі мүмкін.

Бастапқы амин спирттерін синтездеудің негізгі әдісі циклді кетонға цианидті анион қосу арқылы жүзеге асырылады. Алынған гидроксинитрил қалпына келтіріліп, қажетті амин спиртін түзеді. Бұл әдіс диастереомерлерді қалыптастырады, мүмкін оларға әсер етеді региоселективтілік реакция. Барлық дерлік асимметриялық прекурсорлар үшін бір өнімнің изомері екіншісіне қарағанда түзіледі. TDR үнемі әр түрлі стероидтар мен бициклді қосылыстарды синтездеу үшін қолданылғандықтан, олардың прекурсорлары сирек симметриялы болды. Нәтижесінде өнімді анықтау мен бөлуге көп уақыт кетті. Сол кезде бұл құбылыс химиктерді абдыратып тастады. Спектроскопиялық және сепарациялық шектеулерге байланысты ғалымдарға ТДР-дің бұл ескертуін күрделі түрде зерттеу өте қиын болды. Алайда, көпшілігі преференциалды өнімді қалыптастыруды реттейтін көміртектердің көші-қон бейімділігіне және / немесе стерикалық бақылауға қатысты деп санайды. Көші-қон бейімділігі реакцияның артықшылықты өнімі бір көміртектің екіншісіне қарағанда көші-қонының бастапқы тұрақтылығының нәтижесі болуы мүмкіндігіне сілтеме жасады. Бұл мүмкіндік бұрынғы ғалымдардың сенімі мен зерттеу тақырыбы болды, соның ішінде Марк Тиффено өзі. Алайда, 1960 жылдардың басында ғалымдар көбірек стерикалық факторлар осы реакцияның селективтілігінің қозғаушы күші болды деп ойлай бастады.

Механизмдегі стерика және стереохимия

Химиктер бұл реакцияны барған сайын жетілдірілген технологиялармен және әдістермен зерттей бергенде, симметриялы емес амин спирттерінің түзілуін бақылайтын мүмкіндіктер ретінде басқа факторлар да қарастырыла бастады. 1963 жылы Джонс пен Прайс бағасы Торонто университеті стероидтардағы алыстағы алмастырғыштар өнімді таратуда қаншалықты рөл атқаратынын көрсетті. 1968 жылы Карлсон мен Бен Канзас университеті эксперименттік жағдайлар да өз рөлін атқаратынын анықтады. Осы соңғы ғалымдар TDR арқылы сақинаны кеңейту кезінде бастапқы температура мен реактивтердің концентрациясы түпкілікті өнімді таратуда маңызды рөл атқарғанын анықтады. Шынында да, ТДР-дің басқа даңғылдары зерттеліп, кестеге енгізілді.

Алайда, Карлсон мен Бен ТДР-ге қатысты стерика және көші-қон бейімділігі саласындағы айтарлықтай жетістік туралы хабарлады. Электронды пайымдау негізінде күткендей, неғұрлым жоғары алмастырылған көміртек артықшылықты аз алмастырылған көміртекке көшуі керек. Алайда, бұл әрдайым байқала бермейді және көбінесе көші-қон бейімділігі туралы есептер өзгермелі артықшылықтарды көрсетеді. Осылайша, авторлар мұндай бейімділіктің маңыздылығы шамалы деп санайды. Стериклли, негізінен жақсартылған спектроскопиялық әдістердің арқасында алкандар сақинасына экваторлық амин тобының болуы өнімнің күрт әр түрлі өнімділігіне сәйкес келетіндігін растай алды.

Авторлардың пікірінше, D-дің А-дан артықшылықты түзілуі А-ның қолайлы конформациясын көрсетпейді. Олардың модельдеуі А мен В-дің бастапқыда С-ға айналу ықтималдығын көрсетеді. Ол стерикалық өзара әрекеттесу болуы керек деп тұжырымдайды. көші-қон кезіндегі өтпелі жағдай, бұл А-ны TDR жағдайларына ұшыраған кезде D формуласын жасайды. Стериктер көші-қон кезінде әсер етті және реакцияның басында фактор болмады деген идея жаңа болды. Карлсон мен Бен фактор көші-қон жолындағы сутектік трансакулярлық өзара әрекеттесуде болуы мүмкін деп болжайды. Олардың модельдеуі бұл өзара әрекеттесу А түзілімі үшін едәуір қатал болуы мүмкін деген болжам жасады, бірақ олар мұны нақты түсініктеме ретінде ұсынуға жеткілікті сенімді емес, өйткені олар конкраттық және / немесе неғұрлым нәзік және / немесе электрондық эффекттер жұмыста болуы мүмкін.

Осы кезде Смит пен Баер ұсынған тетік өз жолына түскендей болды. Егер реакцияның өтпелі күйіндегі көміртегі миграциясына қатысты стерикалық өзара әрекеттесу маңызды болса, бұл Смит пен Баер ойлаған карбокацияны қолдамады. 1970-ші жылдардағы екі циклді зерттеу TDR механизміне одан да көп жарық түсірер еді. 1973 жылы МакКинни мен Пател оф Маркетт университеті кеңейту үшін TDR қолданған мақала жариялады норкамфор және дегидроноркамфор. Олардың екі бақылауы маңызды. Экзо және эндо-2-норборнилкарбинилді жүйелерді кеңейтудің бір орталығы.

(I) -де А-дан В-ға қарағанда көші-қон болады деп күтуге болады, өйткені мұндай көші-қон дамушы зарядты 2 ° көміртегіге орналастырады және түрді кресло тәрізді неғұрлым қолайлы аралықтан өткізеді. Бұл көрінбейді. Өнімнің тек 38% -ы A көші-қонын көрсетеді. Көтеру I кеңейтуде неге басым емес екенін ескеру үшін, авторлар ең аз қозғалыс аргументін алға тартады. Қарапайым тілмен айтқанда, плацдармды емес көміртектің миграциясы реакцияның энергетикасына әсер ететін жалпы атом қозғалысының ең аз мөлшерін қамтамасыз етеді. Бұл ең аз қозғалыс қарастыру TDR механизмінде маңызды болуы мүмкін, өйткені ол қолайсыз конформациялардан өтетін аралық өнімдермен есептеледі.

Сонымен қатар, МакКинни мен Пател сонымен қатар зарядтың тұрақтылығын дамыту сияқты дәстүрлі факторлар экспансия бағытында шешуші рөл атқаратындығын растайды. Олар мұны 2-норборненилкарбинилді жүйені кеңейту арқылы жүзеге асырады.

Осы жүйелерге қарапайым қос байланыс қосу арқылы авторлар плацдармдық А көміртегінің көші-қонының едәуір өсуін көреді (бұл жағдайда 50%.) Авторлар көші-қондағы секірісті осы қалыңдықтың көміртегі миграциясы дамуға мүмкіндік беретіндігімен байланыстырады. қос байланыстың әсерінен болатын резонанс арқылы тұрақталатын оң заряд .Сондықтан өнімнің таралуына әсер ететін факторларды талқылау кезінде карбокация / оң заряд әсерлерін ескермеуге болмайды.

Кейінірек механикалық зерттеулер

1960 жылы Смит пен Баер жариялағаннан кейінгі жылдары дәлелдемелер өсе бергендіктен, TDR механизмін қайта қарау қажет болатыны анық болды. Бұл жаңа механизм карбокацияны стресстен шығаруы керек, өйткені сақинаның кеңеюіне әсер ететін басқа факторлар бар. Дамып жатқан диазоний ионының бағыты, реакция кезіндегі стерикалық өзара әрекеттесу мүмкіндігі және атомдық қозғалыс бәрін қамтуы керек еді. 1982 жылы Купер мен Дженнер осындай механизмді жариялады.[дәйексөз қажет ] Олардың механизмі бүгінгі күнге дейін TDR-дің қазіргі түсінігі ретінде қалыптасқан.

Смит пен Баердің механизмінен ең айқын кету - бұл Купер мен Дженнер диазонийдің кетуін және одан кейінгі алкилдің ауысуын келісілген қадам ретінде көрсетеді. Мұндай функция стерикаға, бағдарлауға және атом қозғалысына фактор бола алады. Алайда, оң зарядты бөлу осы механизмде маңызды, өйткені ол ТДР-нің байқалатын мінез-құлқының көп бөлігін түсіндіреді. Тағы бір ескертетін жайт, механизмде жоғарыда аталған факторларға артықшылық берілмейді. Яғни, қазірдің өзінде қай көміртектің басымдықпен қоныс аударатынын болжау өте қиын. Шынында да, TDR спектроскопиялық және бөлу әдістері дамыған сайын пайдалы бола бастады. Мұндай жетістіктер қажетті өнімдерді тез анықтауға және оқшаулауға мүмкіндік береді.

80-ші жылдардың ортасынан бастап органикалық химиктердің көпшілігі ТДР-ді маңыздылығы өзгермелі болып көрінетін бірнеше факторлар басқаратындығын мойындаудан бас тартты. Нәтижесінде қазір көптеген зерттеулер нақты көміртектің көші-қонын арттыру техникасын жасауға бағытталған. Мұндай күш-жігердің бір мысалы жақында пайда болды Мельбурн университеті.

4 топтағы металл алмастырғыштар оң зарядты тұрақтандыруға болатындығын ескере отырып, Чоу, Макклюр және Уайт мұны 2004 жылы TDR-ді бағыттау үшін қолдануға тырысты. {[6]} Олар кремний триметил тобын β көші-қонға қабілетті көміртекке орналастыру мұндай көші-қонды көбейтеді деген болжам жасады.

Олардың нәтижелері көрсеткендей, бұл аз мөлшерде болады. Авторлар көміртегі миграциясының шамалы ғана жоғарылауының себебі оң заряд диазоний ионын ығыстыруда үлкен фактор емес деп санайды. Бұл ион өте жақсы кететін топ болғандықтан, дамып жатқан көміртек-көміртек байланысынан өте аз «итеруді» қажет етеді. Олардың нәтижелері бірнеше факторлардың көміртегі миграциясының бағытын анықтайтындығын тағы бір рет көрсетеді.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Смит, P. A. S .; Баер, Д.Р. Org. Реакция 1960, 11, 157–188. (Шолу)
  2. ^ Ковини, Дж. Дж. Комп. Org. Синт. 1991, 3, 781-782. (Шолу)
  3. ^ Фаттори, Д. т.б. Тетраэдр 1993, 49, 1649. (шолу)
  4. ^ Марк Тиффено; Пол Уэйл; Бианка Ччоубар (1937). «Изомеризация de l'oxyde de méthylène cyclohexane en hexahydrobenzaldéhyde et désamination de l'aminoalcool» корреспонденті және циклогептанон «. Comptes Rendus. 205: 54–56.
  5. ^ Джек Ли, Джи. (2006). Реакциялардың атауы (Үшінші басылым). Берлин: Шпрингер.CS1 maint: авторлар параметрін қолданады (сілтеме)
  6. ^ 157 Л.Чоу, М.МакКлюр, Дж.М.Уайт, Кремний және қалайы бағытталған Тиффо Демьянов реакциясы, органикалық және биомолек. Хим., 2004, 648–651