CC BY
3УДК 547.541.2.
Гаджиева Г.Э., ст.науч.сотр., Эфендиева К.М., науч.сотр. лаборатории «Исследование антимикробных свойств и биоповреждений» Института Нефтехимических процессов Национальной Академии Наук Азербайджана
(Баку, Азербайджан)
ДИЕНОВАЯ КОНДЕНСАЦИЯ НА С УЧАСТИЕМ ДИЕНОФИЛОВ ВИНИЛОВОГО РЯДА
Аннотация. В представленной статье рассмотрены результаты исследований в области диеновой конденсации на основе диенофилов винилового ряда. Показаны основные закономерности протекания реакции, а также области применения синтезированных аддуктов.
Ключевые слова: диеновая конденсация, виниловые диенофилы, энантиоселективность, регио- и стереоселективность, (4+2)-циклоприсоединение
Одними из ключевых диенофилов в реакциях диеновой конденсации являются диенофилы винилового ряда. Это обусловлено разнообразием таких соединений, а также широким диапазоном синтезируемых аддуктов. В настоящей статье показаны результаты исследований, осуществленные в этой области в течение последних десятилетий.
Так, реакция Дильса-Альдера (Д-А) 10-аллил-1,8-дихлорантрацена с 2-хлоракрилонитрилом и 1 -циановинилацетатом дает исключительно орто-изомер, тогда как его реакция с фенилвинилсульфоном дает смесь двух изомерных аддуктов с приоритетом орто- изомера [1]. Реакции протекали в микроволновом режиме в ксилоле. Конфигурации этих изомеров были установлены с помощью спектров ЯМР. Результаты показали, что стерический эффект преобладает над изомерной региоселективностью в реакции Д-А вышеуказанных соединений.
Обратная гетеро-реакция Д-А сопряженных неплоских (скошенных) оксодиенов с бутилвиниловым эфиром описана в работе [2].
[4+2]-Циклоприсоединение 3-нитрокумаринов к электронно-обогащенным диенофилам (этилвиниловый эфир, 2,3-дигидрофуран и 3,4-дигидро-2#-пиран) . исследованы в воде, в чистом виде и в органических растворителях. Циклоприсоединения не требуют использования катализаторов и обладают высокой эндо-диастереоселективностью, а в воде циклические нитронаты превращаются в производные хромена в результате реакций гидролиза, декарбоксилирования и ацеталирования. Однореакторный метод, основанный на последовательных реакциях в чистом/водном растворе, позволяет получить 3-нитрокумарины для использования в качестве строительных блоков для синтеза хроманолов и тетрагидрофуро- и тетрагидропиранохроменов. Впервые исследован гидролиз циклических нитронатов, имеющих связь С-О 1,2-оксазинового кольца в составе ацеталя.
н
В работе [4] дан обзор асимметричных [4+2]-циклоприсоединений с использованием энантиомерно чистых сульфоксидов в качестве основного регулятора стереоселективности. Реакции Д-А с сульфинилдиенами и сульфинилдиенофилами, 1,3-диполярные реакции с винилсульфоксидами и гетеро-реакции Д-А являются основными задачами данного обзора. Влияние сульфинильной группы на реакционную способность, региоселективность и особенно стереоселективность этих реакций было рассмотрено в основном для того, чтобы понять синтетические возможности и ограничения действия сульфинильной группы в качестве хирального индуктора в этих реакциях. Также были отмечены очевидные недостатки предложенных стереохимических моделей.
Реакция Д-А винилборонатов может быть легко осуществлена с использованием микроволнового излучения, что дает отличные выходы циклоаддуктов [5]. Пинакол винилборонат был предпочтительным реагентом из-за его стабильности по отношению к гидролизу, простоте эксплуатации и выходу продуктов Д-А. Отмечается, что это первый пример реакции Д-А с помощью микроволнового излучения с участием бор-замещенных диенофилов. Последующие in situ окисление циклоаддуктов пероксидом водорода в присутствии щелочей приводили к спиртам с высокой эффективностью.
В работе [6] описан обзор недавних исследований асимметричных реакций Д-А хиральных винилсульфоксидов (сульфинилэтенов). Для получения сульфинилэтенов в виде диенофилов Д-А представлен метод Андерсена, а также новый способ диастереоселективного окисления экзо -2-гидрокси-10-борнилвинилсульфидов 3-хлорпероксибензойной кислотой. Последняя методология была успешно применена для легкого синтеза двух типов новых сульфоксидов, т.е., производные а-сульфинилмалеата и а-сульфинилмалеимида. Эти сульфинилдиенофилы участвуют в реакции Д-А с высокой степенью диастереоселективности. В частности, хиральные а-сульфинилмалеимиды легко реагируют с диенами Д-А, имеющими довольно низкую реакционную способность, такими как фуран, с образованием соответствующих циклоаддуктов в обычных условиях. Также описано применение этих асимметричных реакций Д-А для синтеза натуральных продуктов.
Отмечается [7], что легкодоступные 5-винилдигидропиридоны подвергаются циклизации Д-А с различными диенофилами с образованием новых октадрохинолинов. Этот процесс является высокостереоселективным и дает гетероциклические продукты, содержащие синтетически полезную функциональность.
Показано, что некоторые №винил-1,3-оксазолидин-2-тиона (К-винил-О2Т) удобно использовать в качестве новых диенофилов в Eu(fodX3)-катализируемьIх обратных реакциях гетеро-Д-А с участием метилового эфира бензилиденпировиноградной кислоты. Простые хиральные аналоги ^винила OZT гомогенно приводили к умеренной эндо- и фасциальной диастереоселективности по сравнению с таковыми, полученными с соответствующими ^винил-1,3-оксазолидин-2-онами. Напротив, высокие диастереоконтроли наблюдались с полученным из сахара N виниловым OZT [8].
Виниловые алленолы, полученные реакцией альдегидов с винилпропаргилбромидом и индием, региоселективно подвергались реакциям Д-А с
различными симметричными и несимметричными диенофилами в дихлорметане или толуоле с образованием циклогексенилметиловых спиртов, содержащих экзо-метиленовую группу, с выходом от хорошего до превосходного [9].
Реакции Д-А с обратным электронным требованием обедненных электронов 2-пиронов как электрофильных диенов широко изучались в последние пятьдесят лет [10]. Эти реакции обеспечивают эффективный доступ к бициклическим лактонам с мостиковой связью и их производным, таким как 1,3-циклогексадиены с плотной функциональностью после экструзии С02 и полизамещенные ароматические соединения путем отщепления. Эта реакция использовалась для синтеза многих биологически активных природных продуктов и кандидатов в лекарства. В этом обзоре подробно обсуждаются разработки этих реакций, включая некаталитические, катализируемые кислотой Льюиса и органокаталитические реакции, а также их применение в полном синтезе.
Теоретически и экспериментально исследованы реакции Д-А алкилгалогенвинилборанов [11]. Алкилгалогенвинилбораны показали более высокую реакционную способность, чем соответствующие диалкилвинилбораны. Хотя эндо/экзоселективность была высокой для реакций с циклопентадиеном, фациальная селективность для хиральных аналогов была низкой. Результаты показывают, что замена алкильной группы у атома бора на галоген значительно увеличивает диенофильность.
В реакциях Д-А 2Н-пиран-2-оны в качестве диенов могут давать большое разнообразие циклоаддуктов с четырьмя смежными углеродными стереогенными
центрами. Некоторыми из потенциально наиболее полезных, хотя и трудных для получения из-за их низкой термической стабильности, являются первичные С02-содержащие оксабицикло[2.2.2]октены, которые могут образовываться в виде восьми различных изомеров (два набора региоизомеров, каждый из которых состоит из четырех различных стереоизомеров). Синтез таких продуктов под высоким давлением был недавно описан в нескольких случаях, когда диенофилы, содержащие винильную группу, использовались в качестве синтетических эквивалентов ацетилена. Однако структуры первичных продуктов до сих пор подробно исследовались лишь изредка. В работе [12] представлены семь новых монокристаллических структур рентгеновской дифракции таких циклоаддуктов обеих стереоизомерных форм. Дополнительно представлена монокристаллическая структура редкого случая стабильной при комнатной температуре циклогексадиеновой системы, полученной как побочный продукт при ретро-гетеро-Д-А отщеплении СО2 в термических условиях (микроволновое облучение), в ходе этого отщепления симметрия увеличивается и из восьми изначально возможных изомеров реагента это число в продукте уменьшается до четырех. Было обнаружено, что в соединениях оксабицикло[2.2.2]октена центросимметричная водородная связь является преобладающим мотивом, и наблюдаются разнообразные надмолекулярные структуры из-за большого разнообразия взаимодействий С-Н---0 и С-Н---П.
Синтез 5-замещенных 6,6а-дигидроизоиндоло[2,1-а]хинолин-11(5Н)-онов путем циклизации [4+2]имино-Д-А из №арил-3-гидроксиизоиндолинонов и ^винила лактамов в безводных условиях, катализируемых кислотой Льюиса осуществлен в работе [13].. Взаимодействие №(2-замещенных-арил)-3-гидроксиизоиндолинонов с N винилпирролидоном в идентичных условиях приводит к образованию 2-(2-замещенных-арил)-3-(2-(2-оксопирролидин-1-ил )винил)изоиндолин-1-оновые аналоги, указывающие на стерические затруднения как на причину отклонения. Обсуждается вероятный механизм реакции, основанный на результатах рентгеноструктурного анализа и молекулярного моделирования.
Исследование реакционной способности, регио- и стереоселективности реакций Д-А между 3-бром-, 5-бром- и 3,5-дибром-2Н-пиран-2-онами и некоторыми слабоактивированными и неактивированными алкенами методом DFT проводили с использованием теория функционала плотности [14]. Исследованы и охарактеризованы четыре возможных канала реакций, связанных с образованием мета- и пара-, эндо- и экзо-циклоаддуктов. Энергия и анализ орбиталей естественных связей показали, что мета-региоселективность на экзо-пути была предпочтительной и соответствовала асинхронному согласованному механизму с полярной природой во всех циклоприсоединениях Д-А . Более того, свободные энергии активации циклоприсоединений Д-А 3,5-дибром-2Н-пиран-2-она были ниже, чем у 3-бром-2Н-пиран-2-она и 5-бром-2Н-пирана, что соответствует экспериментальным наблюдениям.
Исследованы катализируемые кислотой Льюиса реакции Д-А диенилфосфатных эфиров. Было обнаружено, что 2-диэтилфосфорилокси-1,3-бутадиен реагирует с различными а,Р-ненасыщенными карбонильными соединениями при катализе кислотой Льюиса с превосходной региоселективностью с образованием синтетически полезных производных циклогексена. Аддукты были получены в соответствии с обычными правилами реакции Д-А. В присутствии хлорида олова ациклические а,Р-ненасыщенные кетоны, такие как этилвинилкетон и метилвинилкетон, быстро реагируют с диенфосфатом с образованием исключительно продуктов пара-присоединения с превосходными выходами. Когда диен обрабатывали сложным циклическим еноновым эфиром в присутствии хлорида железа, с хорошим выходом получали единственный пара-аддукт. Исследованы также катализируемые хлоридом олова реакции Д-А транс-2-диэтилфосфорилокси-1,3-пентадиена. Диенфосфат эффективно реагировал с рядом ациклических а,Р-ненасыщенных кетонов, таких как метилвинилкетон, этилвинилкетон
и транс-3-пентен-2-он, с полной регио- и стереоселективностью с образованием новых производных циклогексена [15].
Влияние замещения бора в реакциях Д-А винилборанов было исследовано с помощью компьютерного методая, выполненного с использованием программы B3LYP/6-31G*. Для изучения реакционной способности и закономерностей регио- и стереоселективности были выбраны четыре винилборана с различными электронными и стерическими свойствами. В целом расчеты для реакций с циклопентадиеном, транс-пипериленом и изопреном хорошо согласуются с экспериментальными результатами [16].
Реакции Д-А простых ненасыщенных боранов были исследованы с использованием вычислительных методов, и результаты были сопоставлены с результатами для аналогов дигалоген- и диалкилборанов. Результаты авторов работы [17] показывают, что активирующий эффект боронатного фрагмента невелик. Все исследованные реакции представляют собой согласованные нормальные реакции Д-А с электронно-потребностной структурой с асинхронными переходными структурами и слабыми [4+3] C-B вторичными орбитальными взаимодействиями, что объясняет низкую экспериментальную реакционную способность. Как электронные, так и стерические эффекты способствуют наблюдаемой низкой стерео- и региоселективности.
/V .
Проведены диеновые конденсации 2-нафтилвинилового эфира и т-бутилфенилвинилового эфира с циклопентадиеном и с гексахлорциклопентадиеном. С хорошими выходами получены ароматические эфиры 2-норборнена, октагидродиметанонафталина, гексахлор-2-норборнена и дигидроальдрина. Аддукты, образующиеся с циклопентадиеном, гидрируют до соответствующих производных норборнана и декагидродиметанонафталина и получают кристаллические производные, образующиеся с фенилазидом [18].
Из соответствующих ^)-сульфинилакрилонитрилов с помощью HBF и метанола был получен новый тип хиральных диенофилов - циклические винил-п-толилсульфилимины. Асимметричная реакция Д-А оптически чистого соединения с циклопентадиеном в мягких термических или катализируемых условиях дает только аддукт-эндо- с полной эндо- и пи-фациальной селективностью. Способность сульфилиминового фрагмента усиливать диенофильную реакционную способность двойной связи аналогична способности сульфинильной группы [19].
Показано [20], что №(П)-2-винил-5,10,15,20-тетрафенилпорфирин реагирует с 1,4-нафтохиноном и 1,4-бензохиноном с образованием смесей жестких производных
порфирин-хинона с удлиненными п-системами. Структуры этих новых соединений были выведены из подробных экспериментов ЯМР.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mujeeb S. Substituent Effects on Regioselectivity of the Diels-Alder Reactions: Reactions of 10-Allyl-1,8-dichloroanthracene with 2-Chloroacrylonitrile, 1-Cyanovinyl Acetate and [10]Phenyl Vinyl Sulfone / S. Mujeeb, U. Karama // Journal of Chemistry. - 2016. - Vol. 34, N 1. - pp. 1-5.
2. Khramtsova E.E. [4+2]-Cycloaddition of butyl vinyl ether to 3-aroylpyrrolo[1,2-a ]quinoxaline-1,2,4(5H )-triones / E.E. Khramtsova, A. Maslivets // Russian Journal of Organic Chemistry. - 2015. - Vol. 51, N 7. - pp. 1052-1053.
3. Amantini D. Uncatalyzed [4+2]-Cycloadditions of 3-Nitrocoumarins with Vinyl Ethers in Solventless Conditions. A New Entry to Chromene Derivatives / D. Amantini, F. Fringuelli, F. Pizzo // J. Org. Chem. - 2002. - Vol. 67, N 21. - pp. 7238-7243.
4. Garcia J. Asymmetric [4+2]-Cycloadditions Mediated by Sulfoxides / J. Garcia, Cid de-la-Plata B. / Topics in Current Chemistry. - 2000. - Vol. 31, N 1. - pp. 121-126.
5. Sarotti A. A facile microwave-assisted Diels-Alder reaction of vinylboronates / A. Sarotti, P. Pisano, S. Pellegrinet // Organic and Biomolecular chemistry. - 2010. - Vol. 8, N 22. - pp. 50695073.
6. Arai Y. Chiral Sulfinylethenes as Efficient Dienophiles for Asymmetric Diels-Alder Reactions / Y. Arai, T. Koizumi // Sulfur Reports. - 1993. - Vol. 15, N 1. - pp. 41-65.
7. Kuethe J. Diels-Alder reactions of 5-vinyl-1-acyl-2-aryl-2,3-dihydro-4-pyridones: regio- and stereoselective synthesis of octahydroquinolines / J. Kuethe, C. Brooks, D. Comins // Org. Letters. - 2003. - Vol. 5, N 3. - pp. 321-323.
8. Tardy S. N Vinyl1,3-oxazolidine-2-thiones as Dienophiles in Inverse Hetero-Diels-Alder Reactions: New Prospects for Asymmetric Induction / S. Tardy, A. Tatibouet, P. Rollin, G. Dujardin // Synlett. - 2006. - Vol. 9. - pp. 1425-1427.
9. Choi S. An Effective Diels-Alder Reaction of Vinyl Allenols with Dienophiles / S. Choi, H. Hwang, P-H. Lee // European Journal of Organic Chemistry. - 2011. - Vol. 7. - pp. 2011-2014.
10. Huang G. Inverse-Electron-Demand Diels-Alder Reactions of 2-Pyrones: Bridged Lactones and Beyond / G. Huang, C. Kouklovsky, A. Torre // Chemistry. A European Journal. - 2020. - Vol. 27, N 15. - pp. 342-349.
11. Pisano P. Alkylhalovinylboranes: a new class of Diels-Alder dienophiles / P. Pisano, S. Pellegrinnet // RSC Advances. - 2018. - Vol. 8, N 59. - pp. 33864-33871.
12. Kranjc K. Supramolecular Diversity of Oxabicyclo[2.2.2]octenes Formed between Substituted 2H-Pyran-2-ones and Vinyl-Moiety-Containing Dienophiles / K. Kranjc, A. Juranovic, M. Kocevar, F. Perdih // Symmetry. - 2020. - Vol. 12, N 10. - pp. 1714-1719.
13. Jha A. Aza-Diels-Alder reaction between N-aryl-1-oxo-1H-isoindolium ions and tert-enamides: Steric effects on reaction outcome / A. Jha, T-Y. Chou, Z. Aljaroudi, B. Ellis // Beilstein J. Org. Chem. - 2014. - Vol. 10. - pp. 848-857.
14. Haglidadi M. Theoretical study on the Diels-Alder reaction of bromo-substituted 2(H)-pyrane-2-ones and some substituent vinyls / M. Haglidadi, H. Amani, N. Nab // Journal of the Serbian Chemical Society. - 2015. - Vol. 80, N 10. - pp. 14-17.
15. Liu H-J. Lewis acid catalyzed Diels-Alder reactions of two useful dienyl phosphate esters / H-J. Liu, W-M. Fenh, J-B. Kim, E-N. Browne // Canadian Journal of Chemistry. -2011. - Vol. 72, N 10. - pp. 2163-2175.
16. Silva M. Diels-Alder reactions of vinylboranes: A computational study on the boron substituent effects / M. Silva, S. Pellegrinnet, J. M, Goodman // Archive for Organic Chemistry. - 2003. - Vol. 10. - pp. 556-565.
17. Grimbiat N. Theoretical investigation of the Diels-Alder reactions of unsaturated boronates / N. Grimbiat, S. Pellegrinnet // Organic and Biomolecular Chemistry. - 2013. - Vol. 11, N 22. - pp. 3733-3741.
18. Shostakovskii M.F. Vinyl compounds in diene synthesis / M.F. Shostakovskii, A.V. Bogdanova, T.M. Ushakova // Bulletin of the Academy Sciences of the USSR, Division of chemical sciences. - 1960. - Vol. 9. - pp. 1191-1195.
19. Ruano J-G. Synthesis and Diels-Alder Reactions of a New Kind of Chiral Dienophiles: Cyclic Vinyl-p-tolylsulfilimines / J-G. Ruano, A. Gamboa, L. Gutienez, A-M. Castro // ORG. Letters. - 2000. - Vol. 2, N 6. - pp. 733-736.
20. Faustino M. Diels-Alder reactions of beta-vinyl-meso-tetraphenylporphyrin with quinines / M. Faustino, M-S. Neves, A. Tome, A. Silva // Archive for Organic Chemistry. -2005. - Vol. 9. - pp. 332-343.
