|
|
|
Главная --> Справочник терминов Синтетические эквиваленты Коротко описанные выше реакции, при всей их широте и значимости, далеко не исчерпывают тот огромный синтетический потенциал, который заложен в химии карбонильной группы. Качественно новые возможности появляются в системах, где карбонильная или аналогичная ей функция находится в сопряжении с двойной связью С —С. 15 таких структурах, типичными представителями которых могут служить системы 77—79, я-электроны кратных связей образуют единое облако, в котором поляризация и другие электронные эффекты легко распространяются из конца в конец этого фрагмента. Поэтому в реакциях с нуклеофилами такие соединения могут вести себя и привычным образом — как карбонильные электрофилы или выступать в роли электрофилов нового типа, в которых электрофильным центром является 3-углерод-ный атом, т.е. как электрофилы 80—82. Однако этими превращениями еще не исчерпан, как оказалось, синтетический потенциал ацетоуксусного эфира. Уместно заметить, что п приведенных превращениях полезно используются не все четыре атома углеродного скелета, поскольку па завершающей стадии синтеза от-щепляются (как более ненужные) группы GOOEt или СН3СО. Соблазнительная идея стопроцентной «утилизации» ацетоуксусного эфира стала реальной лишь недавно в связи с разработкой метода замещения по винилыгому атому углерода с помощью купратных реагентов (вспом- влекли особого внимания химиков. Подлинное открытие этой реакции состоялось лишь в 1928 г. благодаря фундаментальным исследованиям Дильса и Альдера [2а]. В этих работах самым обстоятельным образом были выяснены требования к диену и диенофилу (олефину), показана почти универсальная применимость реакции в рамках соблюдения этих требований, установлены основные закономерности ее структурной и пространственной направленности и найдены оптимальные условия проведения. Примечательным было то обстоятельство, что с самого начала своих исследований авторы .Осознавали огромный синтетический потенциал этой реакции, и все изучение ее особенностей по сути дела было подчинено решению задачи разработки на ее основе общего препаративного метода, В результате интенсивнейших исследований в этой области не только удалось открыть по сути дела но-„ий класс органических реакций — реакции циклоприсоединения, но и со-.здать один из самых эффективных и безотказных методов органического .Синтеза, что во многом предопределило успешное решения целого ряда задач полного синтеза сложнейших соединений. Эта работа по справедливости была увенчана в 1950 г. Нобелевской премией, а сам метод, что, может быть, .еще более почетно, навсегда вошел в золотой фонд органической химии под названием «реакция Дильса—Альдера». На протяжении довольно длительного времени подобные реакции даже в серьезных монографиях рассматривались как «реакции без механизма» (no-mechanism reactions), т.е. как процессы, для которых принципиально невозможно написать единый корректный механизм. Понятно, что подобная необъяснимость хода и непредсказуемость результатов делали почти невоз-иожным использование превращений этого типа для целей направленного рннтеза. Эта ситуация кардинально изменилась в начале 1960-х годов, когда JP; Вудвордом и Р. Хоффманом была создана теория перициклических реак-ШЙ, которая позволила обобщить и интерпретировать с единой точки зре-ИЙЯ многочисленный и разнородный экспериментальный материал [2а]. Не сь основного содержания теории Вудворда—Хоффмана (соответствую-материал можно найти в любом современном учебнике по органиче-с&ЙЙ химии), отметим, что в этой теории выделяется два крайних типа ййсанизмов циклоприсоединения: один для реакций, инициируемых терми-ЧЙСКИ, т. е. не требующих ни катализаторов, ни облучения (такова, напри-1$р, реакция Дильса—Альдера), и другой для реакций, инициируемых облу-чёяием. В превращениях первого типа реагирующие соединения находятся в рсновном состоянии, в то время как реакции второго типа осуществимы возбужденном состоянии. Каждый из этих типов реакций характерен особенностями стереохимии и осуществим лишь для субстратов совершенно определенного типа строения. В применении к циклодимериза-itfrt алкенов, показанной на схеме 2.12, теоретический анализ показал, что фотохимическая реакция относится к категории перициклических реакций Р + 2]-циклоприсоединения, в то время как термическая циклизация проте-taerno совершенно иному, чаще всего ступенчатому механизму. Эти представления позволили с единой точки зрения рассмотреть и обобщить уже накопленный, подчас очень противоречивый экспериментальный материал (так сказать, «навести порядок в хозяйстве») и четко определить особенности 4алравленности, оптимальные условия и области применимости обеих реакций. Именно благодаря достигнутому глубокому пониманию механизма уда-Лось разработать серию методов, превративших циклодимеризацию алкенов в один из наиболее надежных и мощных инструментов современного органического синтеза, уникальный синтетический потенциал которого сделали возможным построение множества полициклических соединений с самым причудливым углеродным скелетом (подробнее об этом см. разд. 2.6.3). Рассмотренные выше реакции карбонильных соединений при всей широте их применения и синтетической значимости достигаемых с их помощью превращений далеко не исчерпывают тот огромный синтетический потенциал, который заложен в химии карбонильной группы. Качественно новые возможности появляются в системах, где карбонильная группа находится в сопряжении с двойной связью углерод—углерод. В таких структурах, типичными представителями которых являются соединения типа 87—89, я-электроны кратных связей образуют единую сопряженную систему, в пределах которой легко передаются эффекты поляризации связей. В силу этого подобные соединения в реакциях с нуклеофилами могут вести себя либо как Однако показанным разнообразием вовсе не исчерпывается синтетический потенциал «старого доброго» ацетоуксусного эфира. Дополнительные и очень интересные возможности представлены последовательностью реак- Эффективным методом синтеза циклопентенонов различного строения является катализируемая кислотами циклизация диен-1,4-онов-3, открытая более полувека назад и известная как реакция Назарова [29g] (см., например, превращение 295 в 296, схема 2.111). Первоначально синтетическая полезность метода ограничивалась необходимостью применения сильных кислот и довольно жестких условий проведения реакции. Однако очевидный синтетический потенциал этого превращения стимулировал разработку более приемлемых методик, благодаря чему к настоящему времени циклизация по Назарову превратилась в почти универсальный метод [29h]. Среди ряда методов получения субстратов для этой циклизации один из наиболее удобных Интересен синтетический потенциал, открываемый при проведении диенового синтеза с диеном 344, Непосредственно образуемые при этом аддук-ты типа 345 содержат группировку аллилсилаш, что позволяет вводить их в реакции с различными электрофилами. Результатом последовательности превращений — диеновый синтез плюс электрофильное присоединение — является образование продуктов типа 346 [3 Н] (схема 2.122), структура которых сама по себе никак не предполагает возможности их синтеза по схеме реакции Дильса-Альдера. Несмотря на сказанное выше, синтетический потенциал гемолитических реакций огромен, и прежде всего потому, что радикальные частицы относятся к числу высокоактивных интермедиатов, а потому их присоединение по кратным связям протекает достаточно легко и, что немаловажно, в нейтральных условиях. К этому следует также добавить, что подобные реакции малочувствительны по отношению к полярным эффектам в молекуле непредельного субстрата и их можно проводить при наличии самых различных функциональных заместителей, в том числе и таких, присутствие которых исключает саму возможность использования нуклеофильных или электрофилъных реагентов. Рассмотренные выше примеры в достаточной мере характеризуют синтетический потенциал разрыва связей С—С и скелетных перегруппировок. Совершенно ясно, что возможности осуществления такого рода превращений полезно иметь в виду при разработке путей синтеза сложных структур. влекли особого внимания химиков. Подлинное открытие этой реакции состоялось лишь в 1928 г. благодаря фундаментальным исследованиям Дильса и Алвдера [2а]. В этих работах самым обстоятельным образом были выяснены требования к диену и диенофилу (олефину), показана почти универсальная применимость реакции в рамках соблюдения этих требований, установлены основные закономерности ее структурной и пространственной направленности и найдены оптимальные условия проведения. Примечательным • было то обстоятельство, что с самого начала своих исследований авторы .осознавали огромный синтетический потенциал этой реакции, и все изучение ее особенностей по сути дела было подчинено решению задачи разработ-, ки на ее основе общего препаративного метода, В результате интенсивней-\ щих исследований в этой области не только удалось открыть по сути дела но-вый класс органических реакций — реакции циклоприсоединения, но и со-.здать один из самых эффективных и безотказных методов органического ;!^штеза, что во многом предопределило успешное решения целого ряда задач полного синтеза сложнейших соединений. Эта работа по справедливости была увенчана в 1950 г. Нобелевской премией, а сам метод, что, может быть, .еще более почетно, навсегда вошел в золотой фонд органической химии под названием «реакция Дильса—Альдсра». J5 схемах, которые мы только что разбирали, фигурируют очень типичные синтетические эквиваленты органических ионон — это реактивы Гриньяра и ацетилениды как эквиваленты карбанионов и бензилыше и пропар-гильные галогениды как эквиваленты карбкатионов. Общей чертой последних является наличие системы я-элек-тронов кратных углерод-углеродных связей рядом с потенциальным карбкатиоппым центром (60 и 61). Оба этих типа производных — электрофилы, т. е. синтетические эквиваленты карбкатионов R+. В качестве таковых они широко используются в реакциях с С-нуклео-филами для образования С—С-сиязей (например, при ал-килировании енолятов). В рамках чисто трансформационных превращений эти производные позволяют изогип-сически получать почти любые производные уровня окисления 1 по реакциям пуклеофильного замещения в соответствии с общей схемой: Примечательной особенностью алкилгалогенидов является та легкость, с которой их можно превратить в синтетические эквиваленты карбанионов, либо непосредственно путем реакции с активными металлами (литий, магний), либо через стадию получения фосфониевых солей с последующим превращением в фосфораны по схеме Пожалуй, наиболее значимым типом изогипсических трансформаций этих соединений янляется их превращение в синтетические эквиваленты карбанионов по схемам Галогенашидриды — типичные олектрофильт, синтетические эквиваленты ацил-катионов (НСО+). В таком качестве они широко используются для синтеза многочисленных производных кислот типа эфиров, амидов, тиоэфиров и т. п., а также и реакциях образопания С—С-связей типа реакций Фриделя—Крафтса. В зависимости от метода проведения реакции реальная природа интермедиатов С, может быть различна, но в любом случае они могут рассматриваться как синтетические эквиваленты карбена 281 — крайне реакцнопноспособной частицы, производного двухвалентного углерода. В реакциях, которые мы только что разбирали, фигурируют очень типичные синтетические эквиваленты органических ионов — это нуклеофилы (реагенты Гринъяра и ацетилениды) и электрофилы (бензил- и пропаргилгало-гениды). Общей чертой этих электрофилов является наличие системы п-электронов по соседству с потенциальным карбокатионным центром. Это обеспечивает повышенную легкость замещения по этому центру и, поэтому реагенты, содержащие бензильную (61), пропаргильную (63) или аллильную (62) группировки, особенно эффективны как эквиваленты карбокатионов. Разборка, показанная на схеме 2.40, соответствует ретрореакции Михаэля, приводящая к двум ионам, синтетические эквиваленты которых довольно очевидны. Это карбонильное соединение как предшественник енолят-иона (нуклеофила) и а,[3-непредельное карбонильное соединение (акцептор Михаэля), выступающий в роли электрофила. С синтетической точки зрения важнейшими изогипсическими трансформациями спиртов являются образование алкилгалогенидов и сложных эфиров, включая эфиры сульфокислот. Это обусловлено тем, что производные этих типов широко используются как синтетические эквиваленты карбокатионов R+ для построения связи С—С (например, при алкилирова-нии енолятов). Реакции, приводящие к получению из спиртов простыл или сложных эфиров или алкилгалогенидов, вообще говоря, относятся к числу тривиальнейших превращений. Поэтому может показаться довольно странным, что не прекращается поток публикаций, в которых описываются «новые и эффективные» методы осуществления этих превращений. Представление об интенсивности подобных поисков дает хотя бы тот факт, что в монографии Ларока [19с], целиком посвященной рассмотрению методов проведения разнообразных органических реакций, приводится более 40 методов для такого частного случая, как превращение спирта в соответствующий хлорид. Список используемых для этой цели реагентов включает как вполне тривиальные вещества, например НС1 или SOCh, так и более экзотические переносчики аниона СГтипа РЬзР/ССЦ, Me3SiCl, (PhO)3P/PhCH2Cl и т.п. Столь же разнообразны и многочисленны процедуры, предлагаемые для других изогипсических превращений спиртов. Необходимость наличия столь обширного арсенала методов обусловлено прежде всего тем, что в ходе полного синтеза может понадобиться решение задачи проведения одного из этих простых превращений спиртовой функции в применении к субстрату, структура которого по каким-либо причинам не допускает использования обычных методов. Именно благодаря постоянно ведущейся интенсивной разработке как всевозможных вариантов старых методов, так и принципиально новых процедур, можно утверждать, что практически для любого случая удастся подобрать надежный способ осуществления превращений типа ROH -» ROAc (RHal, ROS02R') независимо от особенностей общего структурного контекста. Пожалуй, наиболее значимым типом изогипсических трансформаций этих соединений являются их превращения в синтетические эквиваленты карбанионов, как показано на схеме 2.48. Первоначально интерес к соединениям этого типа, особенно винилгало-генидам, был и основном связан с их использованием в качестве мономеров в производстве различных пластических материалов. В настоящее время они также находят разнообразное применение в лабораторном синтезе и как синтетические эквиваленты винил-катионов (в реакциях с купратными произ-  Совместном присутствии Современные исследования Современных представлений Современными представлениями Современной литературе Самопроизвольно разогревается Современного состояния Создается возможность Спаренные электроны |
- |
Навигация