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鄰近雙官能化反應2019-04-11

?? 鄰近雙官能化是指涉及兩個相鄰中心(最常見的是碳)的轉化的化學反應。這種轉化可以在α,β-不飽和羰基化合物中通過親核試劑與β-位的共軛加成,然后在α位用親電試劑捕獲所得的烯醇化物來完成。當親核試劑是烯醇化物而親電試劑是親質子時,反應稱為邁克爾加成。

 

介紹

最常見的是,鄰位雙官能化反應導致兩個相鄰碳原子處的新鍵。這通常以立體控制的方式進行,特別是如果兩個鍵同時形成,如在Diels-Alder反應中。活化雙鍵代表了鄰位雙官能化的有用手段,因為它們可以充當親核試劑和親電子試劑 – 一個碳必然是電子貧乏的,另一個是富含電子的。在親核試劑和親電子試劑的存在下,雙鍵的兩個碳可以作為“中繼”,介導電子從親核試劑流向親電試劑,形成兩個而不是通常的化學鍵。 。

(1)

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大多數情況下,在本文中使用的親核試劑是有機金屬化合物,而親電子試劑是烷基鹵化物。

機制與立體化學

流行機制

該機理分兩個階段進行:向不飽和羰基化合物中共軛加成,然后在所得烯醇化物的α-碳上進行親電取代。

當親核試劑是有機金屬試劑時,第一步的機理可以變化。在某些情況下,是否通過離子或自由基機制發生反應尚不清楚。[2]研究表明,當親電試劑的還原電位低時,第二步甚至可以通過單電子轉移進行。[3]涉及離子中間體的一般方案如下所示。

(2)

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有機銅酸鋰經過氧化加成到烯酮上,在還原消除有機銅(III)物質后,產生β-取代的鋰烯醇化物。[4]

在任何情況下,第二步在所有情況下都被充分描述為烯醇化物與親電子試劑的反應。如果在β-加成后保護最初形成的烯醇化物,則這兩個步驟可以作為不同的實驗操作進行。然而,如果這兩個步驟不明顯,則烯醇化物的抗衡離子由親核原料的抗衡離子決定,并且可以深刻地影響烯醇化物的反應性。

立體化學

空間方法控制在共軛加成反應中是常見的。因此,在環狀底物中,α-和β-碳上的取代基之間的反式關系是常見的。α位的構型不太可預測,特別是在可能發生差向異構化的情況下。上空間的方法控制的基礎上,新的α取代基被預測為反式到新的β取代基,并且這在許多情況下觀察到。[5]

(3)

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范圍和限制

親核試劑和親電子

有機銅試劑是β-加成步驟中最常見的親核試劑。這些試劑可以在格利雅試劑存在下使用銅(I)或銅(II)鹽催化產生。[6]

(4)

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銅試劑也可以化學計量使用,其中有機銅酸鹽是最常見的(它們比相應的中性有機銅(I)化合物更具反應性)。銅酸鹽抗衡離子可以以微妙的方式影響添加和隨后的烯醇化反應。[7]涉及高級銅酸鹽的添加必須在烷基化之前用甲硅烷基鹵化物淬滅。[8](5)

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當使用不對稱的銅酸鹽時,碳 – 銅鍵含有較少s特征的基團幾乎總是轉移到β-位。但是,存在一些例外。[9]在下面的實施例中,在THF中進行反應導致乙烯基部分的轉移,而其他溶劑促進甲基轉移。

(6)

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烯醇化物也可用作鄰位雙官能化反應的親核試劑。為了防止簡單的邁克爾加成(其促進烯醇化物中間體的質子化),親電子試劑的捕獲必須是分子內的。[10]

(7)

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對親電子試劑的考慮應考慮在第一步后產生的共軛烯醇化物的性質。應該使用相對活性的烷基化劑,特別是在涉及添加銅酸鹽的情況下(由于添加銅酸鹽而產生的烯醇化物通常是非反應性的)。如果需要C-烷基化,應避免使用親氧親電子試劑。親電子試劑也應該缺乏足夠的氫,以便被烯醇化物去質子化。

α,β-不飽和羰基化合物

環狀α,β-不飽和酮是最常用的鄰位雙功能化底物。它們往往比非環狀類似物更具反應性,并且比醛類更不直接添加。在直接添加可能具有競爭性的情況下(如添加有機鋰化合物),酰胺和酯可用于促進共軛添加。[11]

(8)

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因為加成步驟對空間效應高度敏感,β-取代基可能會減慢反應。炔屬和丙二烯底物反應產生具有一些保留的不飽和度的產物。[12]?[13]

(9)

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合成應用

文獻中存在大量不飽和羰基化合物的鄰位雙官能化的實例。在一個實例中,不飽和內酯1的雙官能化用于異鐵烷的途中。這種轉變是在一鍋中完成的。[14]

(10)

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因為反應產生兩個具有中等程度立體控制的新鍵,它代表了高度收斂的合成方法。

實驗條件和程序

典型條件

用于綴合物添加的有機金屬親核試劑通常原位制備。必須使用無水設備和惰性氣氛。因為這些因素有時難以控制并且新制備的試劑的強度可能顯著變化,所以需要滴定方法來驗證試劑的純度。存在許多有效的滴定方法。[15]

通常,鄰位雙官能化在一鍋中進行,沒有中性保護的烯醇化物的中間體。但是,在特定情況下,可能需要保護β-添加的中間體。然而,在達到這一點之前,可以進行溶劑和親核試劑篩選,添加調節順序和抗衡離子調節,以優化羰基化合物,親核試劑和烷基化(或酰化)試劑的特定組合的一鍋法。兩步之間的溶劑調整很常見;?如果使用一種溶劑,則四氫呋喃是所選擇的溶劑。對于綴合物添加步驟,應避免使用極性非質子溶劑。關于溫度,共軛添加通常在低溫(-78℃)下進行,而烷基化在稍高的溫度(0至-30℃)下進行。

示例程序[16]

(11)

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在-23°和氬氣下向6.25g(50mmol)的4,4-二甲基-2-環己烯-1-酮和0.5g(5.6mmol)的氰化亞銅在400mL乙醚中的溶液中加入100mL(~0.75)在4小時內,在5-乙基甲硅烷基-4-戊炔基碘化鎂中,在乙醚中的M)。加入氯甲酸甲酯(8mL,100mmol)并在-23°繼續攪拌1小時,在室溫下攪拌0.5小時。然后加入鹽酸(100mL,2.0M),分離有機相并用硫酸鎂干燥。除去溶劑并將殘余物在硅膠上進行色譜分離,用5%乙醚 – 石油醚洗脫,得到3,3-二甲基-6-氧代-2- [5-(三甲基甲硅烷基)-4-戊炔基]環己烷羧酸甲酯,9.66g( 60%)。IR 2000,2140,1755,1715,1660,1615,1440,1280,1250,1225,1205和845cm -1;?1H NMR(CDCl?3)δ0.13(s,9H),0.93(s,3H),1.02(s,3H),1.2-2.3(m,11H),3.74(s,3H)。肛門。計算器。C?18?H?30?O?3?Si的分析計算值:C,67.05;?H,9.4。實測值:C,67.1;?H,9.65。

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