Alleny i ich zastosowanie w syntezie

Transkrypt

1 3. eakcje allenów Instytut Chemii rganicznej PAN. Zespół II Warszawa, 13 lutego 2013

2 3. eakcje allenów 1 1. Wprowadzenie Krótka historia Struktura i właściwości fizyczne allenów Klasyfikacja allenów 2 Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów 3 3. eakcje allenów reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów 4

3 3. eakcje allenów Krótka historia Struktura i właściwości fizyczne allenów Klasyfikacja allenów Krótka historia 1887: Pierwsza synteza allenu (kwas glutynowy), Burton and Pechmann, Chem. Ber. 1887, 145. Potwierdzenie struktury kwasu glutynowego, Jones et al., J. Chem. Soc. 1954, : Wyizolowanie i scharakteryzowanie pierwszego naturalnego allenu, piretrolonu, Staudinger and uzicka, elv. Chim. Acta 1924, : Pierwsze review nt. allenów, Bouis, Ann. Chim. (Paris) 1928, : synteza pierwszego chiralnego allenu, Maitland and Mills, Nature 1935, 994. statnia dekada ( ): Shengming Ma (148 publikacji); Norbert Krause (42 publikacji), Benito Alcaide i Pedro Almendros (33 publikacji) (na podstawie danych z listopada 2012 ze Scifinder-a). CC CC kwas glutynowy Piretrolon

4 1. Wprowadzenie 3. eakcje allenów Krótka historia Struktura i właściwości ﬁzyczne allenów Klasyﬁkacja allenów orbital LUM orbital M Właściwości spektralne allenów: I: antysymetryczne drgania rozciągające cm 1 (vs. alkene: 1680 cm 1, alkyne 2200 cm 1 ) 1 NM:δ = ppm 13 C NM: δ(c-1, C-3) = ppm; δ(c-2) = ppm.

5 3. eakcje allenów Krótka historia Struktura i właściwości fizyczne allenów Klasyfikacja allenów Klasyfikacja allenów δ δ+ EWG δ EDG M δ δ = alkil, alkenyl, aryl, alkynyl EWG = C 2, CN, S 2,... EDG =, S, N 2, al,... M = Li, Mg, B, Si, Sn, Zn, In, Ti, Cu, Pd - alleny mogą reagować zarówno z nukleofilami jak i elektrofilami - zmiana podstawników może zmienić ich reaktywniość

6 3. eakcje allenów Przegrupowanie prototropowe Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów Me N N K, K2C3 Me, t. wrz. 68% Me N N C K t Bu 84% C Et3N ilosciowo 1. LDA, 2. N4Cl kontr. kinet. MM MM (1)CA 2000, 777;(2)JC 1991, 6264;(3)JCS Perkin T1 1985, 1803;(4)Chem. Eur. J. 1998, 1480.

7 3. eakcje allenów Przegrupowania sigmatropowe Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów X Y Y Y Z [2,3] X X [3,3] X Y Z n-bu SnBu 3 n BuLi 71%, 93% ee przegr. Wittiga n-bu t-bu EtC(Et) 3 EtC 2 Et t-bu E t-bu C 2Et dr = 9:1, 68% ee 1 N 2 C 2Me 2 h 2(S-DSP) 4 1 mol% pentan 2 [h] 1 C 2Me Me 2C 1 2 Ar [Au (I) L]Tf Ar NaB 4 Ar (1)JC 1989, 5854; (2)JACS 2012, 15497; (3)JC 1988, 4736; (4)(a)L 2011, 2618; (b)jacs 2004,

8 3. eakcje allenów Substytucja nukleofilowa Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów 1 1 anti SN2' Nu LG Nu 1 TMS LiCuBr2 S2Ar TMS Br 1 X 1 CuX, MgX, LiX Cu LG LG CuX 1 + X 1 Cu LG X Cu 1 donacja wsteczna: dcu - π C-C dcu - σ C-LG (1)JACS 2001, 1533;

9 3. eakcje allenów Substytucja nukleofilowa c.d. Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów Ac Ac MeMgBr (30 eq) LiBr (30 eq) CuI (30 eq) Ac Ac TF, 0 C, 3.5 h 15 min, 0 C 85% [Cu] n-bu syn : anti: n-bu2culi 60:40 anti n-bu2culi Me2S 6:94 n-bu2cumgbr Me2S 1:99 n-bu syn (1)ACIE 2008, 568; (2)TL 1983, 5587.

10 Addycja do enynów 1. Wprowadzenie 3. eakcje allenów Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów NBn2 N S n-buli (-)-sparteina Me Bn2N N EWG EWG C2Et n Me2CuLi LiI t-buc2 n C2Et Pd(0) (S)-Me-MP (cat)b B PdL* (cat)b PdL* do 63% ee B(cat) C (1)Liebigs Ann. Chem ; (2)TL 1999, 1881; (3)ChemCom 1993, 1468.

11 Eliminacja 1. Wprowadzenie 3. eakcje allenów Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów 1 2 X Y SiMe 3 Br 1. t-buli 1 C 2 Me 3Si Li C Al 3 M 1 2 Al 3 1,2-eliminacja anti Cl 2 Cl Cp 2Ti(P(Et) 3) TiCp Li SiMe' 1. C 2. rozdzial SiMe' Tf2 TASF N 2 C 2Et kat. Fe P 3 P 3 C 2Et 1 2 Et 3N CCl 1 2 C 2Et (1)JACS 1979, 7302; (2)TL 1988, 1355; (3)Synth. 2006, 2577; (4)rg. Biomol. Chem. 2005, 2914; (5)JACS 2007, 1494.

12 Inne metody 1. Wprowadzenie 3. eakcje allenów Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów pochodne metaloorganiczne allenu C n-buli Et 2 : exane 2. C 6 13C 2I 88% 1. n-buli TF 2. Br(C 2) 3Cl Cl karbeny CBr 2 Br Br MeLi SnBu 3 Ti(IV)/(S)-binol 10 mol% + 2 C 2 1 i-prsbet 1 2, DCM Ylidy tytano-fosforowe n C C (ipr)2ticl2 (Me2N)3P=C2 NaMDS n fragmentacja TMS Me Tf TMS TBAF 52% Me (1)(a)TL 1985, 271; (b)t 1979, 353; (2)JACS 1997, 3429; (3)JC 1975, 585; (4)JACS 2012,

13 3. eakcje allenów Wykorzystanie propargilosilanów Przegrupowanie prototropowe Przegrupowania sigmatropowe Substytucja nukleofilowa Addycja do enynów Eliminacja Inne metody Wykorzystanie propargilosilanów SiMe TMSTf Et 2, -78 C 3-6h 2 1 (1)TL 2005, 6861.

14 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów 1 2 M 1 M E E 2 E E 1 2 E S E 2 1 S E 2' 2 E gólna zasada (może ulec zmianie w zależności od podstawników 1, 2 i/lub obecności metali, użytego elektrofila): - allen jest stabilniejszy niż związek propargilowy - reakcja zarówno według mechanizmu: S E 2 (Li, Mg...) jak i: S E 2 (Sn, B, In, Zn...) - synteza: wymiana metal-halogen / deprotonowanie w pozycji propargilowej (Li), oksydatywna addycja w warunkach Barbiera (Mg, Zn, In...), transmetalacja (Li, Mg to Cu, Sn, B, Si, Zn, Ti...) lub uwodornienie katalizowane palladem (B, Si) - niektóre związki alleno- i propargilometaliczne mogą być wydzielone (M = B, Si, Sn) Nie będę omawiał: - alleny jako alkeny (np: reakcja Dielsa-Aldera, sprzęganie) - alleny jako enony, α,β-nienasycone estry...(np. addycja 1,4 w allenach podstawionych grupą akceptorową)

15 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne c.d. związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów Piv Ms + Pd(Ac)2, P3 Et 2Zn, TF NBoc Piv NBoc 78%, dr > 95:5 Piv [Pd] Piv Me MsZn transmetalacja Me Cy NCBz Me In I Cl, AgP* 10 mol% toluen, cpme Bpin NCbz NCbz + Cy Cy 75%, 88% ee 18%, 25% ee (1)L 2005, 1593; (2)ACIE 2011,

16 cykloaddycje 1. Wprowadzenie 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów cykloaddycja [2+2] fotochemiczna cykloaddycja [2+2] termiczna 125 C hν δ- δ- 31.2% 62.5% hν SM(π*) LUM δ- δ+ SM(π*) LUM 6.3% NAc hν NAc - δ- (1)ChemCom 1975, 277; (2)T 1975, 1655.

17 3. eakcje allenów eakcje wolnorodnikowe związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów 1 2 α 1 α β α 2 kontrola termodynamiczna β 2 1 CC 6 4CF 3 i-pr 1. hν / 55 C CD / NMC 2. CD / C65S hν, 46% CD: 1,4-cykloheksadien NMC: N-metylokarbazol 1. Bu 3Sn, Et 3B, 2 Br Br 2. TMS3Si, Et3B, 2 73%, dr = 9:1 (1)JACS 1993, 7926; (2)TA 2003, 3005.

18 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów Addycja do allenów katalizowana Palladem 1 2 Pd (II) X karbopalladowanie 1 PdX π-kompleks Nu - 1 Nu TsN Pd(Ac)2, P3 TsN + I In, DMF, 80 C [In] addycja kwasów aryloborowych do allenów TsN 93% I N Ts + N Pd(Ac)2, P3 N K2C3, Me 110 C N Ts PdX 1 1 Pd (0) /Pd (II) PdX ArB()2 1 Ar I + Pd(0) C, K2C3 N C2Me Me 45 C PdX 60%, 1:1 N C 2Me + ()2B Me Me Pd (II) 5 mol% Et3N dioksan : 2 80 C 68% Me Me (1)ChemCom 2001, 964; (2)TL 2000, 7129; (3)JC 2002, 4376; (4)L 2009, 1441.

19 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów dane obliczeniowe (CuI, AgI, AuI): To znaczy, że: - ligandy etylenowe są nieznacznie silniej wiązane przez metal przejściowy - na siłę wiązania składa się: oddziaływanie σ (55-70%) oraz wiązanie π-zwrotne (20-33% energii wiązania kowalencyjnego) - reakcje z udziałem alkinów (allenów) w porównaniu do olefin mają charakter procesów kinetycznych - wiązania podwójne oddziałujące z metalem przejściowym stają się bardziej elektrofilowe Furstner and Davies, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, alleny w przeciwieństwie do alkenów (i alkinów): - alkiny i alkeny przykoordynowywują do metalu przejściowego η 2, - alleny mogą η 2 ale mają też kilka sposobów koordynacji η 1

20 3. eakcje allenów Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa c.d. związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów Me Me' L Au Br Me L Au [TM] + α γ β Me' Nu - TM = Au, Pt, Ag, Pd [Au] (I) Br PEt3Au (I) Cl Me, t. pok. Me L Au 1 [Au] (I) Br Me' Me' L Au Me Me' 2 2 Pd (II) X 1 PdX kompleks π Br Au (III) Cl 3 Me, t. pok. Br [Au] (III) Me L Au Br Br [Au] (III) AgA* dppm(aucl)2 () 3PAuCl / AgTf (5 mol%) DCM, t. pok. A*- [Au] + oddzialywanie z chiralnym przeciwjonem 91%, 97% ee AgTf [Ag] AuCl3 [Au] 55% P = 2,4,6-i-PrC63 (1)M 2010, 4207; (2)JACS 2008, 6940; (3)JACS 2006, 9066; (4)Science 2007, 496; (5)ASC 2008, 547; (6)(a)JACS 2009, 6348; (b)jacs 2009,

21 3. eakcje allenów Cykloaddycje katalizowane fosfinami związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów Et2C + Piv P3 (10 mol% Me, 110 C 63% Et2C Piv P23 P 2 3 Piv

22 3. eakcje allenów związki allenylometaliczne reakcje cykloaddycji eakcje wolnorodnikowe Addycja do allenów katalizowana Palladem Aktywacja miękkimi kwasami Lewisa Cykloaddycje katalizowane fosfinami Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów Karbonylowanie i rakcja Pausona-Khanda allenów NTs u(c)4 C TsN u(c) 4 TsN M TsN u(c)3 3 C M 1 2 M TsN 3 (C)3 u (1)L 2003, 3491.

23 3. eakcje allenów Literatura przegrupowania prototropowe: CA 2000, 777 JC 1991, 6264 JCS Perkin T1 1985, 1803 Chem. Eur. J. 1998, 1480 przegrupowania sigmatropowe: JC 1989, 5854; JACS 2012, 15497; JC 1988, 4736; L 2011, 2618; JACS 2004, 15978; L 2002, Substytucja nukleofilowa: ACIE 2008, 568; JACS 2001, 1533; TL 1983, 5587; Chem. Lett. 2000, 1360; JC 1995, 796. Addycja do enynów: Liebigs Ann. Chem ; TL 1999, 1881; ChemCom 1993, 1468; JACS 1979, eliminacje: TL 1988, 1355; Synth. 2006, 2577; rg. Biomol. Chem. 2005, 2914; JACS 2007, Inne metody: TL 1985, 271; T 1979, 353; JACS 1997, 3429; JC 1975, 585; JACS 2012, związki allenylometaliczne: L 2005, 1593; ACIE 2011, cykloaddycje: ChemCom 1975, 277; T 1975, reakcje wolnorodnikowe: JACS 1993, 7926; TA 2003, Karbopalladowanie: ChemCom 2001, 964; TL 2000, 7129; JC 2002, addycja ArB()2: L 2009, kwasy Lewisa: M 2010, 4207; JACS 2008, 6940; JACS 2006, 9066; Science 2007, 496; ASC 2008, 547; JACS 2009, 6348; JACS 2009, Pauson-Khand: L 2003, 3491.

24 3. eakcje allenów Dziękuję za uwagę!