BULET Wydziału armaceutycznego Akademii Medycznej w Warszawie Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 http://biuletynfarmacji.wum.edu.pl/ METD TZMWAA SL DALJDWC JDLAEÓW AZ C ZASTSWAE W STEZE GACZEJ Barbara KrassowskaŚwiebocka, Piotr udzki Katedra i Zakład Chemii rganicznej, Wydział armaceutyczny Akademii Medycznej w Warszawie ul. Banacha 1, 0097 Warszawa tel./fax: 570699; email: dorota.maciejewska@wum.edu.pl trzymany 19.0.004; zaakceptowany 9.0.004; zamieszczony 30.03.004 STESZCZEE rganiczne związki poliwalencyjnego jodu są znane od ponad wieku, jednak dopiero w okresie ostatnich 0 lat znalazły szersze zastosowanie. becnie prowadzone są na szeroką skalę interdyscyplinarne badania dotyczące różnych właściwości poszczególnych klas tych związków (charakter wiązań, właściwości spektroskopowe, fotochemiczne i elektrochemiczne). Z farmaceutycznego punktu widzenia bardzo obiecujące są ich właściwości bakteriobójcze. rganiczne związki jodu(v) są stosowane w syntezach substancji leczniczych jako łagodne i selektywne utleniacze alkoholi. W szeroko rozumianej ochronie zdrowia mieści się propozycja zastosowania pochodnych jodylowych do przyjaznego dla środowiska rozkładu silnie toksycznych, grożących katastrofą ekologiczną, związków fosforoorganicznych stosowanych jako broń chemiczna (np. sarin, soman, tabun, V). W pracy omówiono metody syntezy soli diarylojodoniowych i jodyloarenów oraz przykładowe zastosowania tych związków w syntezie organicznej, a także zestawiono nomenklaturę organicznych pochodnych jodu. SŁWA KLUCZWE: sole diarylojodoniowe, jodyloareny ABSTACT MAT DALDUM SALTS AD DLAEES AD TE USE MDE GAC STESS rganic hypervalent iodine compounds are known for more than a century, but their importance in modern organic synthesis has been noticeably grown during last 0 years. ecently a lot of results on different properties of each class of these compounds were reported (types of bonds, spectroscopy, photochemistry and electrochemistry). rom the pharmaceutical point of view antimicrobial properties seem to be promising. rganic compounds of pentavalent iodine are used in pharmaceutical synthesis as mild and selective oxidants of alcohols. The idea of environmentfriendly deactivation of ecologically dangerous phosphoorganic compounds (e.g. sarin, soman, tabun, V) by iodyloderivates can also be connected with general healthcare problems. Topics presented in the paper are: synthesis of diaryliodonium salts and iodyloarenes, their use in modern organic synthesis and nomenclature of organic iodine derivates. KEWDS: diaryliodonium salts, iodylarenes 1. Wprowadzenie W Katedrze i Zakładzie Chemii rganicznej na Wydziale armaceutycznym Akademii Medycznej w Warszawie prowadzone są badania mające na celu opracowanie nowych metod syntezy aromatycznych pochodnych wielowartościowego jodu oraz oksydatywnych metod jodowania związków aromatycznych. Zapoczątkowane w 1990 roku badania przyniosły plon w postaci publikacji i prac doktorskich [1]. iniejszy artykuł ma na celu zapoznanie Czytelnika z metodami syntezy i przykładowymi zastosowaniami soli diarylojodoniowych i jodyloarenów oraz z nomenklaturą organicznych pochodnych jodu. rganiczne związki poliwalencyjnego jodu są znane od ponad wieku, jednak dopiero w okresie ostatnich 0 lat znalazły one szersze zastosowanie. Podwaliny pod rozwój tej gałęzi chemii położył C. Willgerodt. trzymał on w 1885 r. pierwszy organiczny związek jodu() (dichlorojodo)benzen jako produkt reakcji jodobenzenu z 3, zaś w roku 1886 r. w wyniku przepuszczenia strumienia gazowego chloru przez chloroformowy roztwór Ph []. Prace tego autora [3] doprowadziły do syntezy dużej liczby nowych związków organicznych należących do pochodnych poliwalencyjnego jodu. W latach 80tych liczba publikacji dotyczących omawianych połączeń była większa niż we wszystkich poprzednich latach łącznie [4]. W następnej dekadzie zainteresowanie wśród naukowców tym tematem jeszcze wzrosło. Szybki rozwój dokonał się w dziedzinie praktycznego wykorzystania pochodnych wielowartościowego jodu w syntezie organicznej. becnie prowadzone są na szeroką skalę dalsze interdyscyplinarne badania dotyczące różnych właściwości organicznych pochodnych wielowartościowego jodu. Kon 1
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 centrują się one zarówno na aspektach związanych z charakterem tworzonych wiązań, jak i na spektroskopii, fotochemii i elektrochemii tych związków. Prowadzone są także badania dotyczące ich właściwości biologicznych (poszukuje się zwłaszcza związków o działaniu przeciwdrobnoustrojowym) [5].. omenklatura organicznych związków poliwalencyjnego jodu Jod w związkach organicznych wchodzi w skład kilkunastu grup funkcyjnych. Wartościowość jodu w tych połączeniach wynosi, lub V (dotychczas nie otrzymano związków organicznych jodu V). W Tabeli 1 wymieniono wybrane grupy, które w nomenklaturze podstawnikowej określa się zawsze w postaci przedrostków [4,6]. Grupa Przedrostek Wzór jodo jodozylo (dawniej jodozo) () dihydroksyjodo a) jest chlorowcem: dichlorowcojodo, itd Przykład C C azwa Tabela 1. Grupy funkcyjne określane tylko w postaci przedrostków. 1chloro4 jodobenzen 1chloro4 jodozylobenzen (dihydroksyjodo)benzen (dichlorojodo)benzen b) jest grupą acylową: analogicznie do diacetoksyjodo (diacetoksyjodo)benzen jodylo (dawniej jodoksy) 1chloro4 jodylobenzen azwy kationów typu 1 tworzy się traktując te kationy jako podstawione pochodne nieistniejącego jonu jodoniowego. Kationy jodoniowe (podobnie jak inne kationy "oniowe") mają pierwszeństwo przy wyborze grupy głównej. Przykłady nazw soli diarylojodoniowych (symetrycznych i niesymetrycznych) podano w Tabeli. 3. Metody otrzymywania jodyloarenów Pierwsza synteza jodyloarenów została przeprowadzona w ostatnich latach wieku, kiedy C. Willgerodt otrzymał jodylobenzen w wyniku destylacji (dichlorojodo)benzenu z parą wodną [3]. becnie znanych jest kilkanaście metod otrzymywania tej klasy związków polegających na utlenianiu jodoarenów lub aromatycznych pochodnych jodu(). ie wszystkie metody są uniwersalne, często ich zastosowanie ograniczone jest przez niewielką liczbę poddających się reakcji substratów. Do najważniejszych i najczęściej stosowanych metod otrzymywania jodyloarenów należą reakcje: utleniania jodoarenów za pomocą KBr 3 lub (lepiej) a 4 oraz utleniania (dichlorojodo)arenów za pomocą a. Tabela. Przykłady nomenklatury soli diarylojodoniowych. 3.1. Utlenianie aromatycznych związków jodu() 3.1.1. Utlenianie (dichlorojodo)arenów za pomocą chloranu() sodu [3] a a C Mimo że ta metoda należy do najstarszych, jest obecnie jedną z dwóch najczęściej stosowanych do otrzymywania jodyloarenów. Dodawany w niewielkiej ilości lodowaty kwas octowy pełni rolę katalizatora. 3.1.. Dysproporcjonowanie jodozyloarenów [,7] C 5 C 5 Wzór S 4 Br C 5 azwa wodorosiarczan 4,4' dichlorodifenylojodoniowy lub wodorosiarczan bis(4 chlorofenylo)jodoniowy bromek 4,4' dietylodifenylojodoniowy lub bromek bis(4 etylofenylo)jodoniowy jodek 4etylofenylo(3 nitrofenylo)jodoniowy lub jodek 4etylo3' nitrodifenylojodoniowy Jodozyloareny miesza się z wodą i destyluje z parą wodną w celu usunięcia powstających lotnych jodopochodnych. eakcja przebiega z wytworzeniem hydratów (yc. 1). () 3 () 4 () 4 yc. 1. Mechanizm reakcji dysproporcjonowania jodozyloarenów.
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 Wady tej metody to długi czas trwania oraz fakt, że tylko połowa substratu jest przekształcana w Ar. a tej samej zasadzie przebiega reakcja utleniania jodoarenów przez układ 3 / (C 3C) do odpowiednich bis(trifluoroacetoksy)jodoarenów, które są następnie hydrolizowane do jodozyloarenów i destylowane z parą wodną [8]. 3.1.3. Utlenianie kwasów jodozylobenzoesowych gazowym chlorem [3] C ac 3 / C W wyniku reakcji otrzymuje się mieszaniny kwasów: jodylobenzoesowego (główny produkt), jodozylobenzoesowego (nieprzereagowany substrat) i jodobenzoesowego (w niewielkiej ilości). Kwas jodobenzoesowy ekstrahuje się eterem, rozdział pozostałych dwóch kwasów oparty jest na różnicy termicznej trwałości ich soli amonowych. Do utleniania kwasów jodozylobenzoesowych można zastosować także KMn 4. 3.. Utlenianie jodoarenów 3..1. Utlenianie bromianem(v) potasu [9] KBr 3 S 4 Jest to, obok utleniania (dichlorojodo)arenów chloranem() sodu, najważniejsza ze stosowanych obecnie metod otrzymywania jodyloarenów. Wadą jej są uboczne reakcje bromowania substratów, dlatego wyższe wydajności uzyskuje się dla arenów zdezaktywowanych (np. kwas o jodylobenzoesowy otrzymano z wydajnością 90%, a jodylobenzen 50%). ależy także zwrócić uwagę na fakt, że KBr 3 jest substancją rakotwórczą, zaś w trakcie trwania reakcji wydziela się obficie gazowy Br. 3... Utlenianie stężonym kwasem chlorowym(v) [10] [11,1] lub mieszaninę chloranu() wapnia i wodorotlenku wapnia 1: (tzw. wapno chlorowane) [3]. 3..4. Utlenianie bromem cząsteczkowym w środowisku zasady sodowej [3] a / Br Właściwym utleniaczem jest powstający in situ bromian() sodu abr. Mieszanina reakcyjna musi być chłodzona, aby uniknąć ubocznych procesów bromowania. Zastosowanie katalizatora przeniesienia międzyfazowego nie jest konieczne. 3..5. Utlenianie gazowym chlorem w pirydynie [13,14] / pirydyna Gazowy chlor jest przepuszczany przez wodnopirydynowy roztwór odpowiedniego jodoarenu. Metoda ta jest modyfikowana w celu syntezy cyklicznych pochodnych kwasów jodylokarboksylowych [15]. Do utleniania kwasów jodo5 metylobenzoesowego i jodo5nitrobenzoesowego jako rozpuszczalnik stosuje się chloroform, a uzyskany produkt miesza się przez 1 dzień z 5% roztworem a. 3 C C C, a, a C 3 3..6. Utlenianie kwasem nadoctowym [3,16] 60% 3 C eakcja jest bardzo wygodna preparatywnie, ale jej wadą jest długi czas trwania. Jodoaren zalewa się stężonym kwasem chlorowym(v) i pozostawia na dni. Uzyskany produkt oczyszcza się przemywając wodą i alkoholem. 3..3. Utlenianie chloranem() sodu w układzie dwufazowym [11] a / kat. eakcja wymaga zastosowania katalizatora przeniesienia międzyfazowego (np. wodorosiarczanu tetranbutyloamoniowego PTC). Proces prowadzi się w temperaturze pokojowej przez 30 minut. W analogicznych reakcjach zamiast chloranu() sodu stosuje się kwas chlorowy() prócz niekwestionowanych zalet (wysokie wydajności, reakcja jednoetapowa), metoda ma także wady: kwas nadoctowy jest niebezpiecznym i drogim odczynnikiem, w czasie ogrzewania mieszaniny po dodaniu substratów może nastąpić niekontrolowane pienienie. nnymi nadtlenkami używanymi w reakcjach utleniania jodoarenów do jodyloarenów są kwas nadbenzoesowy [17] oraz kwas nadtlenosiarkowy S 5 (kwas Caro) [3,18,19]. 3..7. Utlenianie jodanem(v) potasu (metoda opracowana w Katedrze Chemii rganicznej AM w Warszawie) [0,1,] a 4 30% aq. C 3
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 eakcja ma dwustopniowy mechanizm: jodoareny są utleniane do Ar, które następnie, podczas wrzenia, ulegają termicznemu dysproporcjonowaniu do Ar i Ar. Powstające produkty charakteryzują się wysoką czystością (9699%). W czasie reakcji jodan(v) jest redukowany do jodanu(v). Kwas jodobenzoesowy jest utleniany do pochodnej jodu(), do tzw. kwasu jodozylobenzoesowego, którego stabilna cykliczna forma to 1hydroksy1, benzjodoksol3(1)on. Aby otrzymać kwas jodylobenzoesowy, należy tę reakcję prowadzić we wrzącym roztworze wodnym używając jako substratu soli sodowej kwasu jodobenzoesowego. Po zakwaszeniu otrzymuje się bardzo czysty produkt (9899%), którego stabilna cykliczna forma to 1 tlenek 1hydroksy1,benzjodoksol3(1)onu (B). tzw. kwas jodozylobenzoesowy tzw. kwas jodylobenzoesowy (B) 4. Metody otrzymywania soli diarylojodoniowych Symetryczne sole diarylojodoniowe mają dużo szersze zastosowanie w syntezie organicznej [4,3]. ajważniejsze i ogólnie stosowane reakcje syntezy związków z tej klasy, opisane dokładniej w punktach 4.1.1. i 4.1.., zachodzą według mechanizmu substytucji elektrofilowej (S E). Substratami mogą być zarówno areny aktywowane, jak i zawierające podstawniki klasy (np. kwas benzoesowy). ależy jednak zaznaczyć, że otrzymanie soli diarylojodoniowych zawierających grupy hydroksylowe lub aminowe metodami bezpośrednimi przedstawionymi poniżej nie jest dotychczas możliwe. Konieczne jest wcześniejsze zabezpieczenie grup i podstawnikami acylowymi. Przy odpowiednim doborze substratów metody stosowane do otrzymywania soli niesymetrycznych mogą być używane także do syntezy soli symetrycznych. Większość soli jodoniowych jest stabilna jod() nie wchodzi w reakcje ani z elektrofilami, ani ze słabymi nukleofilami. Dzięki temu możliwe jest ich przekształcenie w inne sole za pomocą procesów nitrowania, utleniania itd. prócz metod ogólnych, istnieje także wiele reakcji stosowanych do otrzymywania konkretnych soli, także zawierających jako podstawniki układy heterocykliczne. Aniony mają bardzo duży wpływ na reaktywność zsyntetyzowanych soli diarylojodoniowych, więc ich wymiana jest ważnym zagadnieniem. ajwyższe wydajności reakcji arylowania (najczęstsze zastosowanie soli diarylojodoniowych w syntezie) uzyskano wówczas, gdy anion soli nie posiadał (praktycznie) właściwości nukleofilowych [1]. Konieczność wymiany anionu zachodzi także wówczas, gdy powstała sól jest rozpuszczalna w środowisku reakcji (np. Ar Ar' w wodzie). atomiast zastąpienie jonu S4 przez lub Br ułatwia wydzielenie otrzymanych produktów. Wymiana anionu polega zwykle na rozpuszczeniu w odpowiednim rozpuszczalniku (np. w, C 5, 90% C), a następnie wytrąceniu gorzej rozpuszczalnej soli stosownym odczynnikiem nieorganicznym (np. K, abr). nną możliwością jest reakcja soli jodoniowej z zasadą (dotychczasowy anion zostaje zamieniony na ), dodatek kwasu o pożądanym anionie daje w rezultacie oczekiwaną sól. W Katedrze i Zakładzie Chemii rganicznej AM w Warszawie opracowano metodę polegającą na oksydatywnej wymianie anionów [1,4] (yc. ). eakcja umożliwia zastąpienie jonu Br przez inne aniony (np. tosylany i wodorosiarczany). Do soli rozpuszczonej we wrzącym metanolu dodawano silny kwas zawierający docelowy anion (= B 4, Ts, C 3C, S 4, 3, ). Po dodaniu perhydrolu Br jest utleniany do wolnego bromu, który jest wychwytywany przez cykloheksen. Podobne reakcje można także przeprowadzić dla chlorków i jodków diarylojodoniowych. Mimo, że sole diarylo i heteroarylojodoniowe należą do lepiej poznanych klas organicznych pochodnych wielowartościowego jodu, nadal publikowane są nowatorskie metody ich syntezy [5]. Z najnowszych osiągnięć należałoby wymienić: elektrochemiczne utlenianie Ar na anodzie węglowej [6], reakcję soli winylojodoniowych ze związkami litoorganicznymi [7] oraz syntezę tetraaryloboranów diarylojodoniowych z (diacetoksyjodo)arenów i tetraaryloboranów sodu (lub potasu) w środowisku kwasu octowego [8]. 4.1. Metody otrzymywania soli symetrycznych 4.1.1. Utlenianie arenów jodanem(v) potasu w środowisku S 4/Ac/Ac [9] K 3 S 4 /Ac/Ac S 4 [] eakcja jest prowadzona w temperaturze pokojowej. Mechanizm jest prawdopodobnie następujący: wodorosiarczan jodylu, S 4, wytworzony w reakcji jodanu(v) potasu i kwasu siarkowego reaguje z substratem aromatycznym dając pochodną jodylową. Protonowana grupa jodylowa w powstałym jodyloarenie reaguje z kolejnym arenem tworząc sól jodoniową. Potwierdzeniem takiej hipotezy jest wynik reakcji Ar i Ar w środowisku S 4 produktem jest odpowiedni wodorosiarczan diarylojodoniowy. W czasie reakcji nie zaobserwowano wydzielania tlenu, które wynika ze stechiometrii. Masson i ace postulują, że 15% wyjściowego arenu jest utleniane do nienasyconych kwasów alifatycznych [30]. Br cykloheksan Br yc.. Metoda otrzymywania soli diarylojodoniowych opracowana W Katedrze i Zakładzie Chemii rganicznej AM w Warszawie. 4
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 (CC 3 ) 3 (CC 3 ) C 3 C yc. 3 eakcja utleniania arenów trifluorooctanem jodu(). g K g 5 yc. 4 eakcja soli arenodiazoniowych z jodkiem rtęci() i jodkiem potasu. 4.1.. Utlenianie arenów jodanem(v) potasu lub tlenkiem jodu(v) w środowisku jodu cząsteczkowego i S 4 [9,30,31] K 3 S 4 S 4 eakcja jodanu(v) potasu i jodu cząsteczkowego w kwasie siarkowym prowadzi do powstania siarczanu jodozylu, () S 4. Tworzy on z substratem aromatycznym protonowany jodozyloaren, który kondensuje z nadmiarem arenu formując odpowiednią sól diarylojodoniową. Do wytworzenia siarczanu jodozylu z jodu cząsteczkowego mogą być stosowane zamiast K 3 lub 5 także inne utleniacze, np. 3/ S 4. 4.1.3. Utlenianie arenów trifluorooctanem jodu() [9] (yc. 3) eakcja biegnie z dobrą wydajnością zwłaszcza dla substratów wielokrotnie podstawionych. Powstającym w tej reakcji związkiem przejściowym, możliwym do izolacji, są bis[(trifluoroacetoksy)jodo]areny. Podobną reakcję przeprowadzono zastępując trifluorooctanu jodu() przez trichlorooctan jodu() [3]. 4.1.4. eakcja związków litu z trans1chloro (dichlorojodo)etylenem [33,34,35] Li C C C Li Ta metoda jest użyteczna do otrzymywania bisheteroaromatycznych soli jodoniowych. Mechanizm jest odmienny niż w poprzednich punktach, ponieważ jest to reakcja nukleofilowego podstawienia do atomu (). Dobre wydajności uzyskano dla =, S i Se. Dzięki powyższej reakcji można także otrzymać sole bis(naftylo) i bis(9 antranylo)jodoniowe. 4.1.5. eakcja związków krzemu z fluorkiem jodu() [36] B 3 Si 3 3 B 4 Si 4 Wiązania pomiędzy pierścieniem aromatycznym i krzemem mogą być rozszczepiane przez związki jodu(), m.in. przez fluorek jodu(). Produktami przejściowymi tej reakcji są (difluorojodo)areny, a końcowymi odpowiednie symetryczne sole diarylojodoniowe. 4.1.6. eakcja soli arenodiazoniowych z jodkiem rtęci() i jodkiem potasu [37] (yc. 4) W wyniku reakcji pomiędzy chlorkami arenodiazoniowymi, jodkiem rtęci() i jodkiem potasu powstają jodortęciany arenodiazoniowe. Podczas przechowywania w roztworze wodnym rozkładają się one do pentajododirtęcianów() diarylojodoniowych, jodopochodnych i pochodnych bifenylu. Powyższa metoda jest stosowana także do syntezy cyklicznych soli jodoniowych. Powstawanie pochodnych bifenylu świadczy o rodnikowym mechanizmie tej reakcji. 4.. Metody otrzymywania soli niesymetrycznych 4..1. eakcja aromatycznych pochodnych () z arenami w środowisku S 4 lub Ac [38] S 4 S 4 Kondensacja dwóch cząsteczek jodozylobenzenu w kwasie siarkowym prowadzi do powstania wodorosiarczanu 4 jododifenylojodoniowego. W 1894 r. artmann i Meyer przeprowadzili powyższą reakcję otrzymując jako pierwsi na świecie niesymetryczną sól diarylojodoniową. Kondensacja związków aromatycznych z arylowymi pochodnymi (), Ar lub Ar(Ac), jest generalnie najdogodniejszym sposobem syntezy soli niesymetrycznych. Jodozyloareny posiadające podstawniki odciągające elektrony z pierścienia aromatycznego reagują z arenami w obecności kwasu siarkowego, natomiast podstawione grupami elektronodonorowymi łatwiej tworzą sole jodoniowe w obecności bezwodnika octowego lub C 3C. 4... Kondensacja jodozylo i jodyloarenów w zasadowym środowisku wodnym [39] (yc. 5) Kondensacja jodozylo i jodyloarenów zachodzi w środowisku wodnym w obecności a lub (lepiej) Ag. eakcję zapoczątkowuje atak anionu wodorotlenowego na (V): 5
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 yc. 5 Kondensacja jodozylo i jodyloarenów w zasadowym środowisku wodnym. Li C C C C S C Li yc. 6 eakcja związków litu z trans1chloro(dichlorojodo)etylenem. Li S 1. g. K yc. 7 eakcja (dichlorojodo)arenów ze związkami merkuroorganicznymi w środowisku wodnym (metoda Willgerodta). Cr 1. 3 (S 3 ) S 4 /Ac /Ac. KBr Br yc. 8 Utlenianie jodoarenów i sprzęganie ze związkami aromatycznymi (metoda opracowana w Katedrze Chemii rganicznej AM w Warszawie). Powstały jon, który reaguje formalnie jak arylowy karboanion, atakuje (). Produktami końcowymi są sole diarylojodoniowe w postaci jodanów(v) lub wodorotlenków. rakcję rozpuszczalną w wodzie wytrąca się dodając abr lub K. 4..3. eakcja związków metaloorganicznych z (dichlorojodo)arenami [36] Li eakcja związków metaloorganicznych z (dichlorojodo) arenami zachodzi według mechanizmu substytucji nukleofilowej. Substratem mogą być organiczne związki litu lub kadmu. W pewnych przypadkach reakcja może przebiegać dalej, prowadząc do powstania Ar 3 (nadmiar ArLi reaguje z powstałymi solami diarylojodoniowymi). 4..4. eakcja związków litu z trans1chloro(dichlorojodo)etylenem [34] (yc. 6) iewielka modyfikacja metody stosowanej do otrzymywania soli symetrycznych (pkt. 4.1.4.) umożliwia syntezę soli niesymetrycznych. Po reakcji z pierwszym substratem litoorganicznym wydziela się chlorek trans( chlorowinylo)fenylojodoniowy, który poddaje się reakcji z drugim związkiem litoorganicznym. 4..5. eakcja (dichlorojodo)arenów ze związkami merkuroorganicznymi w środowisku wodnym (metoda Willgerodta) [3,40] (yc. 7) W pierwszym etapie reakcja jest prowadzona w temperaturze pokojowej w środowisku wodnym, drugi etap polega na wytrąceniu soli jodoniowych za pomocą K. Skulski i Wroczyński znacznie udoskonalili powyższą metodę, dzięki czemu stało się możliwe otrzymanie, po raz pierwszy, chlorku 4dimetyloaminodifenylojodoniowego [41]. 4..6. eakcja (diacetoksyjodo)arenów ze związkami aromatycznymi [4] C C C 3 C C 3 C Bezpośrednia reakcja sprzęgania pomiędzy (diacetoksyjodo)arenami i arenami zachodzi w środowisku kwasu trifluorooctowego lub trifluorometanosulfonowego. 4..7. eakcja kwasów aryloborowych z (diacetoksyjodo)benzenem [43] B (Ac) C Ts Ts eakcja kwasów aryloborowych z (diacetoksyjodo)benzenem umożliwia regioselektywne otrzymywanie soli diarylojodoniowych. Substratami boroorganicznymi mogą być zarówno podstawione grupą B() aromatyczne węglowodory, jak i heterocykliczne związki aromatyczne. Produkty uzyskano z wydajnościami 7497%. 4..8. Utlenianie jodoarenów i sprzęganie ze związkami aromatycznymi (metoda opracowana w Katedrze Chemii rganicznej AM w Warszawie) [4] (yc. 8) Jodoareny mogą być utleniane in situ za pomocą Cr 3 lub K Cr 7 do pochodnych jodu(), a następnie sprzęgane ze związkami aromatycznymi. Przejściowy produkt reakcji nie jest izolowany. Wprowadzanym po utlenieniu arenem 6
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 mogą być heterocykle (np. tiofen), co jest dodatkowym atutem tej metody. Bardzo dobre rezultaty uzyskuje się nawet wówczas, gdy jodoaren zawiera podstawniki elektronoakceptorowe dezaktywujące układ aromatyczny (podstawniki klasy). Jako utleniacze w analogicznych reakcjach były stosowane nadsiarczan potasu lub nadtlenek baru [9]. W 001 r. w Katedrze Chemii rganicznej AM w Warszawie zaproponowano przyjazną dla środowiska reakcję, utleniając jodoareny w analogicznych warunkach za pomocą ab 3. [44]. 5. Właściwości fizykochemiczne jodyloarenów i soli diarylojodoniowych Jodyloareny są bezwonnymi, bezbarwnymi ciałami stałymi nierozpuszczalnymi w większości znanych odczynników (z wyjątkiem wody). Ta ostatnia właściwość wynika z ich polimerycznej budowy. ozpuszczanie następuje w wyniku zachodzących reakcji: w wodzie powstają hydraty, natomiast w DMS i w gorącym nitrobenzenie (w temperaturze ok. 170 o C) zachodzi redukcja do odpowiednich jodopochodnych. Związki te nie są stabilne termicznie i wybuchają podczas ogrzewania w nieobecności rozpuszczalnika (podawane w literaturze temperatury topnienia są temperaturami wybuchu). Jodyloareny są związkami amfoterycznymi, tworzą sole z mocnymi kwasami i z mocnymi zasadami. ajważniejszą cechą z punktu widzenia zastosowań w syntezie są ich właściwości utleniające. Ze względu na gorszą rozpuszczalność aktywność utleniająca jodyloarenów jest niższa niż związków jodu(), mimo niższych potencjałów półogniw tych ostatnich. Dzięki temu jednak Ar znalazły zastosowanie jako selektywne utleniacze. Sole diarylojodoniowe, oprócz nielicznych wyjątków, są związkami bardzo stabilnymi (wymagają jednak przechowywania w ciemności). Duży wpływ na ich trwałość mają aniony, rozkładowi sprzyjają zwłaszcza: B 4 (sole stabilne w próżni, wybuchają pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze pokojowej), S, S oraz C. Sole jodoniowe rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach (alkohole, DM, C, niektóre także w wodzie). Mogą być oczyszczane za pomocą krystalizacji. Temperatura topnienia soli diarylojodoniowych jest temperaturą ich rozkładu. 6. Zastosowanie jodyloarenów i soli diarylojodoniowych w syntezie związków o znaczeniu biologicznym Wraz z dynamicznym rozwojem chemii organicznych pochodnych poliwalencyjnego jodu rośnie liczba związków z tej grupy stosowanych w syntezie organicznej. Ze względu na obszerność tematu, którego pełne omówienie przekraczałoby ramy niniejszej pracy, opisano tylko wybrane reakcje dotyczące związków o znaczeniu biologicznym. Przykłady reakcji zaczerpnięto z książki Anastasiosa Varvoglisa "ypervalent odine in rganic Synthesis" [3]. 6.1. eakcje jodyloarenów Kilka związków z tej grupy związków znalazło zastosowanie jako odczynniki w syntezie. ajczęściej używane są: jodylobenzen, cykliczna forma kwasu jodylobenzoesowego (B) i jej pochodna triacetoksylowa (odczynnik DessaMartina). Ten ostatni związek jest otrzymywany przez acetylowanie cyklicznej formy kwasu jodylobenzoesowego (w obecności kwasu ptoluenosulfonowego jako katalizatora) [45]. azwa systematyczna odczynnika DessaMartina to 1,1,1triacetoksy1,benzjodoksol3(1)on. Ac / (Ac) temp. Ac Ac Ac Jest on coraz powszechniej używany w syntezie organicznej w reakcjach utleniania alkoholi, w tym także biologicznie czynnych, do odpowiednich związków karbonylowych. Jego zaletą, w porównaniu do innych jodyloarenów, jest dużo lepsza rozpuszczalność, np. w C,, C. Jest on także bardziej bezpieczny w stosowaniu od B. statnio firmy Merck i luka zaoferowały stabilizowaną formę B (zawiera ona dodatki kwasów benzoesowego i izoftalowego), co jest konkurencyjne cenowo z bardzo drogim odczynnikiem DessaMartina. Przykładem utleniania alkoholi do aldehydów jest przedstawiona poniżej reakcja, w której geraniol jest przekształcany do geranialu. C Ac Ac Ac C Proces prowadzi się w temperaturze pokojowej z niewielkim nadmiarem utleniacza. Grupy hydroksylowe są selektywnie przekształcane odpowiednio w aldehydy i ketony, nawet w obecności innych grup wrażliwych na utlenianie (sulfidów, eterów, enoli, furanu, itd.). Dlatego odczynnik DessaMartina jest jedynym utleniaczem możliwym do zastosowania w wielu reakcjach. Dodanie niewielkiej ilości wody powoduje zwiększenie wydajności (alkohole i rzędowe są utleniane w 7094%). Kwas 3jodylobenzoesowy jest wykorzystywany w syntezie steroidów. Pozwala on w obecności,,',' tetrametylo"tbutyloguanidyny na selektywne utlenianie rzędowych nitrozwiązków do odpowiednich ketonów. Ac kat. C Ac eakcja ta ma duże znaczenie w syntezie steroidów, ponieważ powyższy utleniacz nie reaguje z grupami hydroksylowymi, ani z wiązaniami podwójnymi. itrozwiązki rzędowe są utleniane w analogicznej reakcji do aldehydów, ale wydajności są dużo niższe. Kwas 3jodylobenzoesowy umożliwia także jednoetapowe przekształcenie steroidów z 3ketonów do 1,4dien3 onów. Katalizatorem jest,'difenylodiselenek. kat. C 7
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 Dla różnych substratów wydajności wahają się w granicach 7590%. Zastosowanie kwasu 3jodylobenzoesowego ułatwia izolację otrzymanego steroidu z mieszaniny poreakcyjnej. Jodylobenzen w gorącym nitrobenzenie utlenia związki aromatyczne do odpowiednich chinonów. Zastosowanie katalitycznych ilości acetylooctanu wanadu umożliwia syntezę chinonoimin z fenotiazyny lub z innych zbliżonych do niej budową związków heterocyklicznych. S Ph V(acac) Bardzo ciekawa jest reakcja jodylobenzenu i jego pochodnych zawierających różne podstawniki w pierścieniu benzenowym z tlenkiem węgla prowadząca do otrzymywania pochodnych kwasu benzoesowego, na przykład kwasu p aminobenzoesowego (PABA). a C 3 / C kat. S C Zachodzi ona z dobrymi wydajnościami, w łagodnych warunkach (ciśnienie atmosferyczne, 4050 o C). Katalizatorem są związki palladu, np. a Pd 4. Pod wpływem odczynnika DessaMartina liczne diolowe pochodne cyklopropyloetylenu ulegają, w wyniku utleniania, przegrupowaniu do formylodihydrooksepin. C C DessMartin C eakcja zachodzi także dla związków zawierających jedną grupę hydroksymetylową zastąpioną przez C. 6.. eakcje soli diarylojodoniowych Sole te należą do najlepiej zbadanych klas organicznych związków wielowartościowego jodu. ch głównym zastosowaniem syntetycznym są reakcje arylowania związków zawierających heteroatomy. Wykorzystując je można przeprowadzić C,, i Sarylowanie. Si( ) 3 PhPh eakcja ma charakter rodnikowy, przebiega z homolitycznym rozpadem wiązania między nukleofilem i solą diarylojodoniową. Synteza fenyloksyftalimidu jest jednym z przykładów arylowania związków zawierających w cząsteczce atom azotu. PhPh Ph Ph Jednak w syntezie związków o potencjalnej czynności biologicznej najważniejsze są reakcje arylowania fenoli. Łagodne warunki i wysokie wydajności tych reakcji umożliwiają otrzymywanie eterowych pochodnych tyrozyny. Stosując sole diarylojodoniowe można uzyskać takie pochodne kwasu antranilowego, których synteza jest utrudniona przez przeszkody steryczne. Ph C C 3 C Substratami reakcji arylowania mogą także być sole heteroarylojodoniowe. Jonowe związki zawierające nukleofilowy atom siarki są bez trudności arylowane za pomocą soli diarylojodoniowych. W przypadku związków o budowie niejonowej, np. sulfidów, Sarylowanie zachodzi wolniej. Uzyskiwane w reakcji tiofenolu z solami diarylowymi sole sulfoniowe, PhS Ar, są użytecznymi fotochemicznymi inicjatorami reakcji kationowej polimeryzacji. S a PhPh B 4 S Ph Sole diarylojodoniowe mogą być również stosowane jako substraty do otrzymywania niektórych związków hetero i karbocyklicznych. p. podstawione w pozycji 3 pochodne indolu można syntezować w reakcji trifluorooctanu 3indolilofenylojodoniowego z organicznymi związkami litu. Ph C 3 C W powyższej reakcji można uzyskać indol podstawiony zarówno resztami alkilowymi, jak i aromatycznymi z wydajnościami w granicach 6171%. becnie jedną z najlepszych metod otrzymywania bifenylenu jest reakcja z wykorzystaniem soli jodoniowych. Produktem przejściowym powstającym w czasie stapiania jest,'dijodobifenyl. W wyniku analogicznych reakcji otrzymano także kilka podstawionych pochodnych bifenylenu. Cu Sole diarylojodoniowe zawierające grupę hydroksylową lub karboksylową w położeniu orto w stosunku do jodu() mogą być przekształcane w sole wewnątrzcząsteczkowe. Przykładem takiego związku jest cykliczny (fenylojodoniowy)benzoesan. Ph 1600 C Podczas ogrzewania cząsteczka cyklicznego benzoesanu rozkłada się z wydzieleniem C i jodobenzenu. Produktem przejściowym jest benzyn, który może być cennym substratem umożliwiającym przeprowadzenie reakcji DielsaAldera (cykloaddycja 4). Li 8
B. KrassowskaŚwiebocka, P. udzki /Biul. Wydz. arm. AMW, 004, 1, 19 7. Podsumowanie W ostatnich latach zwiększyło się zainteresowanie związkami organicznymi zawierającymi jod(v). Wiąże się to z coraz szerszym zastosowaniem w syntezie organicznej odczynnika DessaMartina (triacetoksylowa pochodna kwasu ojodylobenzoesowego). Jest on jednym z najbardziej łagodnych i wygodnych w użyciu odczynników służących do utleniania alkoholi [46], także tych o istotnym znaczeniu biologicznym, np. steroidów. Bardzo interesująca jest również propozycja zastosowania pochodnych jodylowych do przyjaznego dla środowiska rozkładu silnie toksycznych związków fosforoorganicznych (np. sarin, soman, tabun, V) składowanych w wielu krajach świata i grożących katastrofą ekologiczną [47]. WKAZ SKÓTÓW Ac acetyl acac acetylooctan AM Akademia Medyczna Ar jodoaren Ar jodozoaren Ar jodyloaren DMS ang. dimethylsulphoxide, dimetylosulfotlenek DM dimetyloformamid B 1hydroksy1,benzjodoksol3(1)on, tzw. kwas jodozylobenzoesowy Ph jodobenzen BBLGAA 1. L. Skulski, rganic odine (, and V) Chemistry: 10 ears of Development at the Medical University of Warsaw, Poland, Molecules 000, 5, 1331. nternet: http://www.mdpi.org/ molecules/papers/5101331.pdf. C. Willgerodt, J. Prakt. Chem. 1886, 33, 154. 3. C. Willgerodt, Die organischen Verbindungen mit mehrwertigem Jod, Enke Verlag, Stuttgart, 1914. 4. A. Varvoglis, The rganic Chemistry of Policoordinated odine, VC,, 199. 5. P.J. Stang, V.V. Zhdankin, Chem. ev. 1996, 96, 113. 6. PTChem, omenklatura związków organicznych, PW, Warszawa, 199. 7..J. Lucas, E.. Kennedy, rg. Synth. 194,, 7. 8. D... Barton, W.B. Motherwell, S.Z. Zard, Tetrahedron Lett. 1983, 4, 57. 9. A. Banerjee, G.C. Banerjee, S. Bhattacharya, S. Banerjee,. Sammadar, J. ndian Chem. Soc. 1981, 58, 605607. 10..L. Datta, J.K. Chourny, J. Am. Chem. Soc. 1916, 38, 1079. 11. T.. Bayraktaroglou, M.A. Gooding, S.. Khatib, M. Lee, M. Kourouma,.G. Landot, J. rg. Chem. 1993, 58, 164. 1. J. Goliński, P. Kaźmierczak, L. Skulski, komunikat na Zjeździe PTChem, Kraków, 47..1991. 13. G. rtoleva, Gazz. Chim. tal. 1900, 30, 1. 14. Z. Gakovic, K.J. Morgan, J. Chem. Soc. B. 1967, 416. 15. A.. Katritzky, G.P. Savage, J.K. Gallos,.D. Durst, rg. Prep. Proced. nt. 1989, 1, 157. 16. J.G. Sharefkin,. Saltzman, rg. Synth. 1963, 43, 65. 17. J. Baeseken, Ch. Schneider, Proc. Acad. Science 193, Amsterdam, 35, 1140; Chem Abstr. 1933, 7, 1331. 18..J. Kennedy, A.M. Stock, J. rg. Chem. 1960, 5, 1901. 19. M. rigerio, M. Sanragostino, S. Sputore, J. rg. Chem. 1999, 64, 4537. 0. Ł. Kraszkiewicz, praca magisterska: owa metoda otrzymywania jodyloarenów przy użyciu nadjodanu sodowego jako utleniacza, Wydz. arm., A.M. Warszawa 1999/000. 1. P. Kaźmierczak, L. Skulski, Ł. Kraszkiewicz, Molecules 001, 6, 881. nternet: http://www.mdpi.org/molecules/papers/61100881.pdf. Ł. Kraszkiewicz, L. Skulski, AKVC 003 (vi), 10. nternet: http://www.arkatusa.org/ark/journal/003/varvoglis/av 657A/AV657A.htm 3. A. Varvoglis, ypervalent iodine in organic synthesis, Academic Press, San Diego, 1997. 4. a) P. Kaźmierczak, L. Skulski, Synthesis 1995, 107. b) P. Kaźmierczak, L. Skulski, Bull. Chem. Soc. Jpn. 1997, 70, 19. 5. V.V. Zhdankin, P.J. Stang, ecent Developments in the Chemistry of Polyvalent odine Compounds, Chem. ev. 00, 10, 53. 6. M.J. Peacocok, D. Pletcher, Tetrahedron Lett. 000, 41, 8995. 7. T. Kitamura, M. Kotani,. ujiwara, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 371. 8. M. chiai, M. Toyonari, T. Sueda,. Kitagawa, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 841. 9. M.. Beringer,.A. alk, M. Karniol,. Lillien, G. Masullo, M. Mausner, E. Sommer, J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 34. 30.. Masson, E. ace, J. Chem. Soc. 1937, 1718. 31. M.. Beringer, M. Drexler, E.M. Gindler, C.C. Lumpkin, J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 705. 3. A. Dibbo, L. Stephenson, T. Walker, W.K. Warburton, J. Chem. Soc. B. 1961, 645. 33. S. Gronowitz, B. olm, Synth. Commun. 1974, 4, 63. 34..M. Beringer,.A. athan, J. rg. Chem. 1970, 35, 095. 35..M. Beringer,.A. athan, J. rg. Chem. 1969, 34, 685. 36..J. rohn, wyniki niepublikowane (na podstawie [4]). 37. J. Cornforth, D.D. idley, A.. Sierakowski, D. Uguen, T.W. Wallace, P.B. itchcock, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 198, 317. 38. C. artmann, V. Meyer, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1894, 7, 46. 39..A. Wiley, M.A. Salter, J. Med. Chem. 1966, 9, 8. 40. C. Willgerodt, Ber. Dtsch. Chem. Ges. (a) 1897, 30, 56; (b) 1898, 31, 915. 41. L. Skulski, P. Wroczyński, Bull. Polish Acad. Sci., Chem. 1999, 47, 31. 4. A. Shah, V.W. Pike, D.A. Widdowson, J. Chem. Soc, Perkin Trans. 1 1997, 463. 43. M.A. Carroll, V.W. Pike, D.A. Widdowson, Tetrahedron Lett. 000, 41, 5393. 44. A. Kryska, L. Skulski, Molecules 001, 6, 875. nternet: http://www.mdpi.org/molecules/papers/61100875.pdf 45. D.B. Dess, J.C. Martin, J. rg. Chem. 1983, 48, 4155. 46. S.D. Meyer, S.. Schreiber, J. rg. Chem. 1993, 59, 7549. 47.. Moralesijas,.A. Moss, Chem. ev. 00, 10, 497. 9