close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Новые реакции окислительного С-О сочетания

код для вставкиСкачать
Институт органической химии
им. Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва;
РХТУ им. Д.И. Менделеева
Профессор
Терентьев Александр Олегович
Новые реакции
окислительного С-О сочетания
(лекция для студентов и аспирантов университетов, обучающихся по специальности «Органическая химия»)
Москва, 2014
Реакции сочетания - надежные инструменты
органического синтеза
2
С-С сочетание
Реакции Сузуки, Стилле, Хияма,
Негиши, Кумада и др.
Реакция Хека
X = Hal, OTf .... ; M = B(OH)2, SnR3, SiR3, ZnHal, MgHal
С-O, C-N, C-P, C-S сочетание
Реакции Ульмана,
Бухвальда-Хартвига и др.
Реакция Чана-Лэма
Нуклеофильное замещение
Направление реакции определяется
специально введенными
функциональными группами
• Дополнительные стадии синтеза
(введение групп)
• Образование отходов
Окислительное кросс-сочетание
О ки сл ите л ь
1
R —H
H— R
3
2
R 1— R 2
• Повышение атомной эффективности
• Минимизация отходов
• Минимизация количества стадий синтеза
• Сложно обеспечить селективность
• Сложно прогнозировать результат реакции
• На данный момент ограничен ряд исходных реагентов
Реакции окислительного сочетания
С-С
(наиболее
изучено)
C-O
С-N
C-P
Окислительное C-O сочетание остается
одним из наименее изученных
R 1— H
+ H— O— R2
4
C-S
60
Число публикаций по
окислительному C-O
сочетанию в год:
R 1— O — R 2
50
40
30
Проблемы:
- один из реагентов в большом избытке
- возможно глубокое окисление С-реагента
20
10
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
0
Принципы C-O сочетания
5
• Нуклеофильное
замещение
• Большинство
реакций
окислительного CO сочетания
Ограничен круг
O-электрофилов:
• Ацилпероксиды
• Нитрозокарбонильные
интермедиаты
R
OH
R1
R
O
+
R2
R3
• Аналоги реакций
Ульмана и
Бухвальда-Хартвига
• Реакция Чана-Лэма
• Окислительное C-O
сочетание с
применением
направляющих
групп
Реакции селективного C-O
сочетания с участием
нестабильных
O-радикалов редки
Обнаружен общий класс реакций окислительного
C-O сочетания с использованием
дикарбонильных соединений и их гетероаналогов
EW G2
EW G1
EW G1
EW G1
H
H
EW G2
EW G2
O
H
H
H
H
O
O
N
N
EWG1, EWG2 =
COOEt, COMe, CN
R -O -O
Обнаружен общий класс реакций окислительного
C-O сочетания с использованием
дикарбонильных соединений и их гетероаналогов
EW G2
EW G1
O
EWG1, EWG2 =
COOEt, COMe, CN
Катализированное переходными металлами
(Cu, Fe, Mn, Co)
пероксидирование β-дикарбонильных соединений
O
O
O
H
H
O
M n+
O
O
O
O
R
R
Terent'ev A.; Borisov D.; Yaremenko I.; Chernyshev V.; Nikishin G.
// J. Org. Chem. 2010, 75, 5065-5071.
A. O. Terent’ev, D. A. Borisov, V. V. Semenov, V. V. Chernyshev, V. M. Dembitsky, G. I. Nikishin
// Synthesis 2011, 2091-2100.
8
Катализированное переходными металлами
(Cu, Fe, Mn, Co) пероксидирование β-дикарбонильных
соединений трет-бутилгидропероксидом
B u t O O -H
O
H
O
O
B u tO O H , M n +
R'
R '''
R'
R ''
O
C H 3C N
R ', R ''' = C H 3 , O E t, O M e
R '' = A rC H 2 , a lk yl
Terent'ev A.; Borisov D.; Yaremenko I.; Chernyshev V.; Nikishin G.
// J. Org. Chem. 2010, 75, 5065-5071.
R '''
R ''
O O B ut
16 примеров
Выход 37-90 %
9
Пероксидирование кетоэфира
10
O
Ph
O
E tO
Êà òà ë è çà òî ð
+
Ph
Ðà ñòâî ð è òå ë ü
O
E tO
1
№
OO
HOO
O
2
Катализатор
Растворитель
Конверсия 1, %
Выход 2, %
1
Cu(OAc)2H2O
CH3CN
71
60
2
Cu(ClO4)26H2O
CH3CN
100
90
3
Cu(ClO4)26H2O
EtOH
следы
0
4
Cu(ClO4)26H2O
CH3COOH
следы
0
5
Cu(BF4)26H2O
CH3CN
100
79
6
Cu(acac)2
CH3CN
60
40
7
CuCl
CH3CN
следы
следы
8
CuCl22H2O
CH3CN
16
следы
9
Mn(OAc)24H2O
CH3CN
33
21
10
FeCl3
CH3CN
50
24
опыта
CH3CN
11
0
0
Co(ClO4)26H2O
2 Моль ButOOH / моль 1, 0.1 моль катализатора / моль 1, время реакции 1 ч
Пероксидирование дикетона
11
O
Ph
O
Êà òà ë èçà òî ð
Ph
OO
+ HOO
C H 3C N
O
O
1
2
№
Моль t-BuOOH
Конверсия 1,
Выход 2,
опыта
/ моль 1
%
%
1
1
87
34
Cu(ClO4)26H2O
0.5
100
64
Cu(ClO4)26H2O
0.5
100
71
Cu(ClO4)26H2O 0.25
100
73
3
Cu(BF4)26H2O
0.5
100
69
6
3
Cu(acac)2
1
38
29
7
3
CoCl26H2O
1
100
34
8
3
Co(acac)2
1
98
24
9
3
45
23
Катализатор
τ, ч
2
Cu(OAc)2H2O
2
2
3
3
4
3
5
Fe(acac)3
1
0.05 моль катализатора / моль 1
Пероксидирование диэфира
OEt
Ph
O
E tO
12
E tO
C u(C lO 4 ) 2 * 6 H 2 O
Ph
OO
+ HOO
C H 3C N
O
E tO
1
№
O
O
2
Моль t-BuOOH /
Моль катализатора
/ моль 1
Время реакции,
Конверсия 1,
ч
%
Выход 2, %
опыта
моль 1
1
2
0.2
2
62
41
2
5
0.3
1
87
65
3
5
0.3
1.5
98
42
4
5
0.4
1
98
67
5
5
0.5
0.5
98
59
Сравнение реакционной способности
дикарбонильных соединений
13
OEt
Ph
O
O
Оптимальный
мольный %
катализатора
(Cu(ClO4)26H2O)
Время
необходимое
для полной
конверсии
>
Ph
E tO
O
O
>
Ph
O
E tO
5%
10 %
40 %
15 мин
1ч
1ч
Реакционная способность снижается
O
Примеры полученных соединений
14
Структура, выход, %
E tO
Bu OO
t
E tO
B u tO O
O
O
O
O
O
O
O
ButOO
EtO
90
53
NO2
O
NC
ButOO
EtO
O
78
O
O
ButOO
EtO
58
OMe
OOBut
O
B u tO O
45
B u tO O
O
O
O
O
O
66
72
46
NO2
O
O
O
O
O
O O But
t
Bu OO
61
E tO
O
O
O
ButOO
EtO
67
37
O
75
O
E tO
Bu OO
O
EtO
Bu OO
O
t
51
t
O
EtO
O
EtO
O
O
ButOO
EtO
51
O
57
EtO
NC
ButOO
O
ButOO
EtO
52
O
Катализированное переходными металлами
(Cu, Fe, Mn, Co)
окисление малононитрилов и циануксусных эфиров
трет-бутилгидропероксидом в α-положение
NC
CN
R
B u tO O H , M
n+
NC
O
CN
C
Bu OOH, M
E tO
OO But
R
S o lv e n t
t
CN
O
n+
C
CN
R
O O B ut
E tO
R
S o lve nt
15
Структура и выход пероксидов,
полученных из производных малононитрила и циануксусного эфира
94%
69%
63%
89%
73%
64%
68%
81%
83%
78%
71%
64%
16
Возможные маршруты пероксидирования
C u II
O
O
R
B u tO O
O
O
R O O But
B u tO O
O
O
R
17
Предполагаемый механизм пероксидирования
B u tO O
C u II
O
.
B
O
R
II
B u tO O .
O
A
O
D
O
O
C uI
t
t
Bu OOH
Bu OOH
R
O O But
III
B u tO
.
R
I
C u II
C
E
B u tO O H
E
Terent'ev A.; Borisov D.; Yaremenko I.; Chernyshev V.; Nikishin G. // J. Org. Chem. 2010, 75, 5065
18
19
Окислительное C-O сочетание алкиларенов,
β-дикарбонильных соединений и их аналогов с оксимами,
N-гидроксиимидами и N-гидроксиамидами
O
H -O
R4
O
R4
N
R5
N
О ки с л и те л ь
R1
R2
R3
R6
H
R6
R5
O
R7
N
O -H
R1
R2
R3
R7
N
O
О ки с л и те л ь
R1
R2
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Timofeev V.P., Starikova Z.A., Merkulova V.M., Ilovaisky A.I., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 2375-2390.
Krylov I.B., Terent’ev A.O., Timofeev V.P., Shelimov B.N., Novikov R.A., Merkulova V.M., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2014, 356, 2266-2280.
R3
Окислительное C-O сочетание
β-дикарбонильных соединений с оксимами
O
H
H
O
O
O
O
О ки с л и те л ь
O
N
N
Krylov I.B., Terent’ev A.O., Timofeev V.P., Shelimov B.N., Novikov R.A., Merkulova
V.M., Nikishin G.I., Adv. Synth. Catal. 2014, 356, 2266-2280.
20
Условия образования продуктов
окислительного C-O сочетания
M n+
M n+1
O
O
M n+1
R3
R1
R
A R
1
R
R3
R1
2
O
O
O
O
21
1
R
3
Сложная
см есь
R2
2
B
Н е о б х о д и м о е ус л о в и е с о ч е та н и я î ä í î â ð åì åí í î å ñó ù åñòâ î â à í è å
ð åà ê ö è î í í î ñï î ñî á í û õ ÷ à ñòè ö
OH
N
R5
R4
2
O
M n+1
N
R5
R4
C
Ox
ке то н ы ,
н и тр о з о -, н и тр о с о е д и н е н и я ,
с л о ж н а я с м е с ь п р о д у к то в
N -N , N -O и O -C с о ч е та н и я
Влияние окислителя и растворителя
O
O
O
O
O
O
О кисл ител ь
O Et
OEt
+
O N
N
1
OH
25 -80 °C ,
5-60 m in
2
№ Окислитель
Р-ль
1
2
3
4
6
7
8
AcOH
AcOH
AcOH
AcOH
MeCN
MeOH
AcOH
MnO2
KMnO4
Mn(OAc)3•2H2O
Mn(OAc)2/KMnO4
Mn(OAc)3•2H2O
Mn(OAc)3•2H2O
Mn(acac)3
22
O
3
Выход
3, %
79
90
92
92
78
85
74
№ Окислитель
14
15
16
17
9
10
13
Cu(ClO4)2•6H2O
Cu(NO3)2•2.5H2O
Cu(OAc)2•H2O
(NH4)2Ce(NO3)6
Fe(ClO4)3•nH2O
Fe(NO3)3•9H2O
Fe(ClO4)3•nH2O
O
Р-ль
MeCN
MeCN
MeCN
AcOH
MeCN
MeCN
CHCl3
Krylov I.B., Terent’ev A.O., Timofeev V.P., Shelimov B.N., Novikov R.A., Merkulova V.M., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2014, 356, 2266-2280.
Выход
3, %
45
49
<5
55
84
25
55
Продукты сочетания с оксимами
23
O
O
O
O
OEt
O N
OEt
O
O
O
N
O
O
OEt
O N
OEt
E tO
OEt
O
N
O
O
O
1,
a
2 (E /Z = 1 0 /1 )
b
90% , 92% , 92%
O
O
O
O
c
a
b
39% , 70% , 71%
O
c
a
b
90% , 91% , 92
OEt
O N
O
OEt
Ph
O
O
6,
N
O
O
O
O
8, 80a
O
O
O N
O
40% a, 67% b
N
1 1 (E /Z = 4 /1 )
a
b
12, 84 , 85 , 84%
O
E tO
O
Окислитель: a) KMnO4
OEt
Ph
O
9 (E /Z = 1 6 /1 )
O
O N
N
OEt
O
O
7, 78% a
5 5% , 7 2% b, 7 1% c
N
O
O
a
O
4, 82%
O
O
O
O
a
O
O
E tO
O
O
O
OEt
N
5, 76% b
c
O O
O
OEt
O N
O
3,
O
c
13, 65b
36% a, 56% b
b) Mn(OAc)3•2H2O
c) Mn(OAc)2•4H2O / KMnO4
Продукты сочетания с оксимами
(с донорными заместителями)
Окислитель: a) KMnO4
b) Mn(OAc)3•2H2O
c) Mn(OAc)2•4H2O/KMnO4
24
Окислительное C-O сочетание β-дикарбонильных
соединений и их гетероаналогов с
N-гидроксиамидами и N-гидроксиимидами
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Timofeev V.P., Starikova Z.A., Merkulova V.M., Ilovaisky A.I., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 2375-2390.
25
Влияние окислителя
26
O
O
O
O
HO
O
N
OEt
О ки сл и те л ь
O
+
A cO H
o
6 0 C , 5-45 м и н.
1
№
O
Окислитель
OEt
N
O
O
2
3
Выход
№ Окислитель
3, %
Выход
3, %
1
KMnO4
39
9
Cu(OAc)2
<5
2
MnO2
46
10 Mn(OAc)2cat. / (NH4)2S2O8
<5
3
Mn(OAc)3
87
11 Co(OAc)2cat. / O2
41
4
Co(OAc)2cat. / KMnO4
80
12 Co(OAc)2cat. / (NH4)2S2O8
37
5
(NH4)2Ce(NO3)6
74
13 Co(OAc)2cat. / H2O2 34%aq.
35
6
Fe(ClO4)3 (MeCN, 80 °C)
73
14 MCPBA
<5
7
Pb(OAc)4
12
15 BzOOBz
<5
8
Co(OAc)2cat. / Pb(OAc)4
61
16 (NH4)2S2O8
<5
Продукты сочетания из β-дикетонов и кетоэфиров
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
O
O
O
N
N
O
N
Ph
O
2, 7 2% a , 6 3% b
O
O
O
Br
O
O
O
N
O
O
O
O
OEt
O
O
O
8, 90 % a
Cl
9 , 90 % b
O
O
OEt
N
O
14 , 87 % a , 8 1 % b
a
O
Ph
N
O
OEt
O
N
O
O
O
15 , 8 3 % b
N
NC
O
O
O
OEt
OEt
O
O
1 1, 9 4 % b
1 0, 7 8% a
O
O
O
O
N
O
O
O
N
O
N
O
OEt
OEt
O
5 , 47 % a
4, 8 5% a
3, 80% a
1 6, 81% a , 7 7% b
O
17 , 90 % b
Окислитель Mn(OAc)3•2H2O; b Окислитель Co(OAc)2cat./KMnO4
O
27
Малоновые эфиры, малононитрилы и циануксусные эфиры
в реакции сочетания
EW G1
EW G2
H
H
O
N
EW G1
M n (O A c) 3 •2 H 2 O (a )
или
K M n O 4 / C o (O A c) 2 (b )
O
EWG2
O
N
O
AcO H
O
E W G 1 , E W G 2 = C O O E t, C N
O
O
O
O
E tO
NC
OEt
O
NC
N
80 C : 30
O
N
O
O
o
COOEt
O
N
1, 60 oC : 0a
NC
O
O
или b
a
3, 60 oC : 60a
O
O
NC
5 , 8 0 oC : 5 1 a
CN
NC
COOEt
O
E tO
OEt
Ph
O
N
Ph
O
N
O
O
Ph
O
N
O
O
o
O
2, 80 C : 67%
a
4,
6,
6 0 oC : 8 0a, 55 b
60 oC : 6 1% a
O
28
Вероятный механизм окислительного C-O сочетания
ЭПР мониторинг:
aN = 4.7 G
g = 2.0073
ЭПР мониторинг:
aN = 28.4 G
g = 2.0047
29
Окислительное сочетание N-гидроксифталимида с
алкиларенами и родственными соединениями
O
O
О кисл ител ь
Ar
H + HO N
O
Ar
O N
O
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Sharipov M.Y., Kazanskaya Z.M., Nikishin G.I. Tetrahedron. 2012, 68, 10263-10271.
А. О. Терентьев, И. Б. Крылов, А. Д. Липатников. ЖОХ, 2014, Т. 84, Вып. 11, 1786–1789.
30
Окислительное сочетание N-гидроксифталимида с
толуолом под действием различных окислителей
O
O
О ки сл ител ь
+ HO
O
N
O
1
2
N
O
Опыт Окислитель
Растворитель
Температура, °С Выход 2, %
1
(NH4)2Ce(NO3)6
Ацетон, AcOH
20-25
65-80
2
(NH4)2Ce(NO3)6
AcOH
60
40
3
Pb(OAc)4
AcOH или CHCl3
20-60
36-40
4
PhI(OAc)2
MeCN или AcOH
20-60
45-62
5
Mn(OAc)3•2H2O
AcOH
60
45
6
KMnO4
AcOH
60
54
31
O-замещенные производные N-гидроксифталимида из
алкиларенов и родственных соединений
80%
75%
70%
35%
76%
63%
65%
52%
50%
51%
32
Механизм окислительного сочетания алкиларенов с
N-гидроксифталимидом
33
CAN = (NH4)2Ce(NO3)6
O
O
CAN
N
N
O
OH
NHPI
O
O
.
A r-C H 2 -R
O
N
A r-C H -R
R
CH
O
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Sharipov M.Y., Kazanskaya Z.M., Nikishin G.I.
Tetrahedron. 2012, 68, 10263-10271.
O
Ar
Новые реакции окислительного С-О сочетания
C -H р е а ге н ты
O
O
NC
H
CN
H
O
O
O
O
NC
COOEt
O
O
O
N
N
H
H
Ar
NC
NC
O
O
O
CN
N
M n (O A c ) 3 ; K M n O 4 ;
M n (O A c ) 2 /K M n O 4 ;
C o (O A c ) 2 /K M n O 4 ; F e (C lO 4 ) 3 ;
C u (C lO 4 ) 2 ; (N H 4 ) 2 C e (N O 3 ) 6
C -O
сочетани е
O
N
O
COOEt
O
O
O
N
Ar
O -H р е а ге н ты
O
OH
O
N
OH
O
N
O
O
NC
NC
OEt
O
OH
N
OOH
O
O
O
O
O
O
O
CN
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Sharipov M.Y., Kazanskaya Z.M., Nikishin G.I.
Tetrahedron. 2012, 68, 10263-10271.
А. О. Терентьев, И. Б. Крылов, А. Д. Липатников.
ЖОХ, 2014, Т. 84, Вып. 11, 1786–1789.
Krylov I.B., Terent’ev A.O., Timofeev V.P., Shelimov B.N., Novikov R.A., Merkulova V.M., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2014, 356, 2266-2280.
Terent'ev A.; Borisov D.; Yaremenko I.; Chernyshev V.; Nikishin G.
J. Org. Chem. 2010, 75, 5065-5071.
Terent’ev A.O., Krylov I.B., Timofeev V.P., Starikova Z.A., Merkulova V.M., Ilovaisky A.I., Nikishin G.I.,
Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 2375-2390
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
35
Размер файла
2 208 Кб
Теги
сочетании, окислительного, новый, реакций
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа