CC BY
12
УДК 547.316.4
Будников А.С., Павельев С.А., Крылов И.Б., Терентьев А.О.
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ АЛКЕНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ N-ОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ
Будников Александр Сергеевич, студент, alsbudnikov@gmail.com, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Павельев Станислав Алексеевич, аспирант; Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991, г. Москва, Ленинский пр., д. 47;
Крылов Игорь Борисович, с.н.с., к.х.н.; Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991, г. Москва, Ленинский пр., д. 47;
Терентьев Александр Олегович, зав.лаб., д.х.н., чл.-корр. РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991, г. Москва, Ленинский пр., д. 47
В настоящей работе предлагается новый подход к радикальной окислительной функционализации алкенов с применением N-оксильных радикалов. Ранее эти радикалы применялись, в основном, для разрыва связей C-H; присоединение к связям С=С считалось для них нехарактерным. Для проведения трехкомпонентой реакции с участием алкена, N-гидроксисоединения и функционализирующего реагента разработаны методы селективной генерации N-оксильных радикалов и присоединения их по кратным связям углерод-углерод.
Ключевые слова: Свободные радикалы, N-оксильные радикалы, окислительная функционализация, функционализация алкенов
OXIDATIVE FUNCTIONAZILATION OF ALKENES WITH THE N-OXYL RADICALS
Budnikov A.S.1, Paveliev S.A.2, Krylov I.B.2, Terent'ev A.O1,2 :Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia 2Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Moscow, Russia
This project proposes new method for the radical oxidative functionalization of alkenes using N-oxyl radicals. Previously, these radicals were used, mainly, to break the C-H bonds; the addition to the C=C bonds was considered uncharacteristic for them. To carry out three-component reactions involving alkene, a N-hydroxycompound and a functionalizing reagent, methods of selective generation of N-oxyl radicals and their addition to double carbon-carbon bonds developed.
Keywords: Free radicals, N-oxyl radicals, oxidative functionalization, alkenes functionalization
Селективная функционализация алкенов является одной из наиболее привлекательных областей исследований в органической химии. Разработанные в последние годы методы несимметричной дифункционализации алкенов с образованием связей С-O, C-N, C-Hal, C-S, C-P позволяют в одну стадию получать широкий спектр ценных полупродуктов органического синтеза. Однако для подавляющего большинства процессов такого рода не существует способов обращения региоселективности метода в зависимости от задач синтеза.
Подходы к функционализации алкенов по ионному механизму хорошо изучены и предсказуемы, в то время как радикальные процессы освоены в малой степени, но они открывают новые возможности и активно развиваются. В последние годы радикальные реакции 1,2-функционализации олефинов привлекают большой интерес как эффективные и надежные подходы к получению многофункциональных, в том числе
оксигенированных соединений[1][2].
Эти превращения протекают по общему маршруту: вначале активная радикальная частица, генерируемая in situ, присоединяется по кратной связи олефина, образующийся при этом С-
центрированный радикал взаимодействует с другим радикальным интермедиатом. Таким образом, два радикала вицинально присоединяются по кратной связи (схема (1)):
У
Схема 1. Радикальная дифункционализация алкенов
Наиболее часто реализуемым является присоединение С-, S- и Р-центрированных
радикалов по связям С=С. Присоединение 0-центрированных радикалов, в том числе N оксильных радикалов, используемых в настоящей работе, представляет фундаментальную проблему из-за их склонности вступать в реакции отщепления атома водорода от субстрата.
Представленная работа развивает новое направление в химии ^оксильных радикалов, они используются как реагенты для присоединения к кратной связи с последующей функционализацией полученного радикального центра. В реакциях радикального оксигенирования стиролов
R
применяются такие предшественники К-оксильных радикалов, как К-гидроксифталимид (КНР1), N гидроксибензотриазол (HOBt), N
гидроксисукцинимид (NHSI) и гидроксамовые кислоты (схема (2)):
о
... ъ Он
МИР!
Oh
NHOBt NHSI
■ 1e"
iP
N-O. И
N *N
N O.
PINO
BtO
N-O.
SINO
0
1 R'' R'^^N'
O.
Схема 2. ^оксильные радикалы, используемые в настоящей работе
В последние годы растет интерес к реакциям стиролов с Ы-оксильными радикалами, в которых последние присоединяются к терминальному положению двойной связи с образованием стабилизированных бензильных радикалов, которые далее удобно функционализируются (схема (3)): ,0-он
Ar
[Olí
fi^-O .
Дг
R R'.
R, = О=, ОН, ООН, ОР3, О3
Схема 3. ^оксильные радикалы в радикальной дифункционазиации алкенов
В присутствии кислорода или трет-бутилгидропероксида протекает окисление с образованием С-0 [3-5] фрагмента. Использование более сложных реагентов и реакционных систем позволяет проводить реакции с образованием связей С-С [6][7] и С-Ы [8][9].
Среди перечисленных методов отсутствуют примеры, включающие введение галогенидного заместителя, не смотря на широкое применение органогалогенидов в органическом синтезе. Среди органогалогенидов наиболее
реакционноспособными и универсальными реагентами являются иодиды. В настоящей работе мы задались целью осуществления
дифункционализации стиролов имид-Ы-оксильными радикалами с введением иодидного заместителя, который может выступать в роли удобной уходящей группы для дальнейших превращений. Введение иода в радикальную реакцию функционализации стиролов затруднено тем, что непредельные соединения легко вступают в электрофильное иодирование с присоединением стороннего нуклеофила [10][11]. Окислители, применяемые для генерации имид-Ы-оксильных радикалов, в частности гипервалентные соединения иода [12-14], также способствуют генерации электрофильных иодирующих интермедиатов.
Известные методы оксигалогенирования алкенов носят ионный характер и основаны на реакциях нуклеофильного и электрофильного присоединения. Несмотря на широкую распространенность, данный подход имеет ряд недостатков, а именно строгая региоселективность процессов, подчиняющаяся правилу Марковникова, и невозможность ее изменения, узкий круг пригодных для реакции нуклеофилов и электрофилов, и, как следствие, ограниченная применимость в практике органического синтеза (схема (4)).
Направление настоящей работы -радикальный процесс'
X
X2 O-NR'
R
X Обращение
региоселективности X Не нужны избытки
реагентов
R'N-OH
jP
X = Hal
X- или X2 Стандартные реакции
O] оксигалогенирования алкенов °] по ионному механизму'
X+
X+
X
0 Необходим избыток
нуклеофила 0 Подход малопригоден для слабых нуклеофилов
Схема 4. Ионный и радикальный подход к оксигалогенированию алкенов
O
O
В настоящей работе оксигалогенирование алкенов проходит по радикальному механизму. Новизна этого подхода обусловлена тем, что для оксигалогенирования алкенов радикальные реакции практически не применяются. Это связано с тем, что проведение селективного радикального
оксигалогенирования осложнено легко
протекающими побочными процессами
присоединения галогенов по двойной связи углерод-углерод, а также сложности генерации О-центрированных радикалов и обеспечении селективного присоединения их к связи С=С.
Установлено, что реакции оксигалогенирования ряда алкенов с помощью N-оксильных радикалов проходят в антимарковниковском варианте, то есть с региоселективностью, противоположной
направлению протекания ионных процессов дифункционализации алкенов. Этим
обуславливается не только научная новизна исследования, но и его практическая значимость, поскольку изменение региоселективности в известных процессах оксигалогенирования является нерешенной задачей.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-33-00613.
Список литературы
1 Lan X.-W, Wang N.-X., Xing Y. Recent Advances in Radical Difunctionalization of Simple Alkenes // Eur. J. Org. Chem. 2017. Vol. 2017. Iss. 39. P. 5821-5851.
2 Studer A., Curran D. P. Catalysis of Radical Reactions: A Radical Chemistry Perspective // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. Vol. 55. Iss. 1. P. 58-102.
3 Xia X.-F., Zhu S.-L., Hu, Q.-T. Selective C-O bond formation: highly efficient radical dioxygenation of alkenes initiated by catalytic amount of tert-butyl hydroperoxide // Tetrahedron. 2016. Vol. 72. Iss. 49. P. 8000-8003.
4 Bag R., Sar D., Punniyamurthy T. Iron(III)-catalyzed aerobic dioxygenation of styrenes using N-hydroxyphthalimide and N-hydroxybenzotriazole. // Org. Biomol. Chem. 2016. Vol. 14. P. 3246-3255.
5 Yamamoto D., Soga M., Ansai H. Manganese-catalysed hydroperoxidation of carbon-carbon double bonds using molecular oxygen present in air and hydroxylamine under ambient conditions // Org. Chem. Front. 2016. Vol. 3. P 1420-1424.
6 Huang L., Zheng S. C., Tan B. Metal-Free Direct 1,6-and 1,2-Difunctionalization Triggered by Radical Trifluoromethylation of Alkenes // Org. Lett. 2015. Vol. 17. Iss. 6. P. 1589-1592.
7 Li Y. X., Wang Q. Q., Yang, L. Metal-free decarbonylative alkylation-aminoxidation of styrene derivatives with aliphatic aldehydes and N-hydroxyphthalimide // Org. Biomol. Chem. 2017. Vol. 15. P. 1338-1342.
8 Li Y., Zhou X., Zheng G. Copper-catalyzed aminooxygenation of styrenes with N-fluorobenzenesulfonimide and N-hydroxyphthalimide derivatives // Beilstein J. Org. Chem. 2015. Vol. 11. P. 2721-2726.
9 Xia X. F., Gu Z., Liu W. Metal-Free Three-Component Oxyazidation of Alkenes with Trimethylsilyl Azide and N-Hydroxyphthalimide // J. Org. Chem. 2015. Vol. 80. Iss. 1. P. 290-295.
10 Myint Y. Y., Pasha M. A. Regioselective Synthesis of a-Iodoacetates from Alkenes/Ammonium Acetate/I2 by Woodward's Reaction // Synth. Commun. 2004. Vol. 34. P. 4477-4482.
11 Sanseverino A. M., de Mattos M. C. S. An Improved Synthesis of P-Iodo Ethers and Iodohydrins from Alkenes // Synthesis. 1998. Vol. 1998. Iss. 11. P. 15841586.
12 Achar T. K., Maiti S. PIDA-I2 mediated direct vicinal difunctionalization of olefins: iodoazidation, iodoetherification and iodoacyloxylation // Org. Biomol. Chem. 2016. Vol. 14. P. 4654-4663.
13 Gottam H., Vinod T. K. Versatile and Iodine Atom-Economic Co-Iodination of Alkenes // J. Org. Chem. 2011. Vol. 76. Iss. 3. P. 974-977.
14 Moorthy J. N., Senapati K. IBX-I2 Redox Couple for Facile Generation of IOH and I+: Expedient Protocol for Iodohydroxylation of Olefins and Iodination of Aromatics // J. Org. Chem. 2009. Vol. 74. Iss. 16. P. 6287-6290.
