Автор: Козлов Кирилл Сергеевич

Дополнительные синтетические возможности диенового синтеза

Примечательной особенностью реакции Дильса-Альдера является общность при широком спектре вариаций в природе 4π- и 2π-компонентов. В этой части рассмотрены некоторые примеры тех синтетических возможностей, которые отрываются благодаря реакции [4+2]-циклоприсоединения. Вариации диенового компонента:

3.1 Производные 2-силоксибутадиена

Многие полизамещенные циклогексаны с заданным расположением заместителей могут быть получены реакцией Дильса-Альдера из 2-силоксибутадиена в качестве диенового компонента. Так, 4-замещенные циклогексаны удобно получать гидролизом продуктов диенового синтеза с данным бутадиеном. Производные циклогексанона с 1,3-расположением кето- и карбоксильной групп могут быть получены на основе того же диена, если в качестве диенофила использовать β-нитроакрилат. Региоселективность синтеза определяется наличием нитрогруппы, благодаря чему с количественным выходом образуется аддукт с пара-расположением заместителей. Последующий гидролиз и элиминирование азотистой кислоты приводят к желаемому производному циклогексенона. (DBU – основание).

Перициклические реакции Часть III, изображение №1

Использование метоксизамещенных силоксибутадиенов открывает еще большие синтетические возможности. Так, диеновый синтез с 1-метокси-3-силоксибутадиеном (диен Данишевского), который легко может быть получен силилированием доступного кетона, позволяет получать различные производные. Взаимодействие этого диена с широким кругом диенофилов протекает с высокой региоселективностью. Полученные аддукты при обработке разбавленной кислотой претерпевают гидролиз триметилсилоксифрагмента и элиминирование метоксигруппы, что приводит к 4-замещенным циклогексенонам.

Перициклические реакции Часть III, изображение №2

Необычные подходы к получению полизамещенных гидроароматических и ароматических производных удалось реализовать при использовании 1,1-диметокси-3-силоксибутадиена в реакциях [4+2]-циклоприсоединения. Благодаря наличию дополнительных донорных групп этот диен оказался более реакционноспособным, чем диен Данишевского.

В случае алкеновых диенофилов конечными продуктами реакции, выделяемыми после обработки реакционной смеси в слабокислых условиях, оказывались 4-замещенные производные 3-метоксициклогексенона. Для циклоаддуктов, получаемых в реакциях с ацетиленовыми диенофилами, стадия элиминирования силильной и метокси групп протекала самопроизвольно, и конечным результатом диенового синтеза образование полизамещенных ароматических соединений.

Перициклические реакции Часть III, изображение №3

3.2 Производные 2-пирона

Особое место среди полифункциональных бутадиенов, способных участвовать в реакции Дильса-Альдера, занимают производные 2-пирона. Первичными продуктами в этих реакциях являются бициклические лактоны, которые при термическом разложении способны легко претерпевать элиминирование CO2. При реакции с ацетиленовыми диенофилами та же реакция приводит к ароматическим производным.

Перициклические реакции Часть III, изображение №4

3.3 Орто-хинодиметаны

К совершенно иному типу систем, содержащих 1,3-диеновые фрагменты, относятся о-хинодиметаны. Наличие в структуре о-ХДМ фрагмента с закрепленной цисоидной конформацией 1,3-диена и склонность к ароматизации обуславливают высокую активность этих производных по отношению к широкому кругу диенофилов. К настоящему моменту существует насколько методов генерации о-хинодиметанов.

Перициклические реакции Часть III, изображение №5

Некоторые реакции применения о-хинодиметанов в диеновом синтезе представлены на схеме.

Перициклические реакции Часть III, изображение №6

3.4 Гетеродиены

В реакцию диенового синтеза могут вступать не только соединения, содержащие систему сопряженных двойных углерод-углеродных связей, но и соединения, в которые диеновая система содержит наряду с атомами углерода гетероатомы. Такого рода соединения называют гетеродиенами, а реакции с участием гетероатомов – гетерореакцией Дильса-Альдера.

Часто используемыми субстратами для данной реакции являются кротоновый и коричный альдегиды, реагирующие с очень донорными диенофилами с образованием замещенных 3,4-дигидропиранов. Главная особенность этого типа диеновой конденсации состоит в том, что во всех случаях реакция проходит структурно избирательно, независимо от природы заместителей образуются только 2-замещенные 3,4-дигидропираны.

Перициклические реакции Часть III, изображение №7

Сопряженные гетеродиены, содержащие систему связей с азотом, в некоторых случаях способны вступать в реакцию диеновой конденсации. Однако такие реакции используются редко. Одним из применений данного превращения является синтез фиолетового красителя N, N’-фенилэтилениндиго из дегидроиндиго.

Перициклические реакции Часть III, изображение №8

3.5 Вариации диенофилов

Вариаций диенофилов, активно используемых в органическом синтезе, существует гораздо меньше, чем различных диенов. Синтетически важными превращениями являются реакции с гетеродиенофилами и эквивалентами кетена. Так, диен Данишевского реагирует с ароматическими альдегидами в присутствии кислоты Льюиса. После кислотного гидролиза получают различные 2,3-дигидропираноны.

Перициклические реакции Часть III, изображение №9

Другим примером гетерореакции Дильса-Альдера является синтез азотсодержащих циклов из иминов. Замещенные дигидропиридоны удобно получать из готовых иминов, а аза-норборнены из генерируемых in situ («на месте», т.е. прямо в реакционной смеси) иминов, образующихся при реакции аминов и формальдегида.

Перициклические реакции Часть III, изображение №10

Очень важными являются продукты реакции Дильса-Альдера между «кетеном» и различными диенами, но сам кетен и его производные не вступают в [4+2]-циклоприсоединение, так как идет реакция [2+2]- циклоприсоединения.

Перициклические реакции Часть III, изображение №11

Поэтому для получения соответствующих продуктов используют эквиваленты кетена – алкены, содержащие группы, которые после можно превратить в кетогруппу. Главные примеры – нитроалкены и производные 1-циановинил ацетата. Реакция Нефа позволяет с хорошим выходом превратить нитрогруппу в кетогруппу. Продукт реакции с циановинил ацетатом обрабатывают щелочью, при этом сложный эфир гидролизуется с образованием циангидрина, неустойчивого в щелочной среде.

Перициклические реакции Часть III, изображение №12

3.6 Заключение

Реакция Дильса-Альдера позволяет получить множество различных продуктов, гетеромодификации открывают путь получения шестичленных гетероциклов, сложно синтезируемых другими методами. В лабораторной практике [4+2]-циклоприсоединение используют для построения производных циклогексенов, ароматических соединений, бициклов и гетеробициклов.

Список литературы

  1. Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren Organic Chemistry.

2. В.А. Смит, А.Д. Дильман Основы современного органического синтеза.

3. А.С. Онищенко Диеновый синтез.