Oxaziridin

Oxaziridin
Identifikace
Název IUPAC Oxaziridin
N O CAS 6827-26-5
PubChem 15817734
ÚSMĚVY C1NO1
PubChem , 3D pohled
InChI InChI: 3D pohled
InChI = 1S / CH3NO / c1-2-3-1 / h2H, 1H2
InChIKey:
SJGALSBBFTYSBA-UHFFFAOYSA-N
Chemické vlastnosti
Hrubý vzorec C H 3 N O   [izomery]
Molární hmotnost 45,0406 ± 0,0015  g / mol
C 26,67%, H 6,71%, N 31,1%, O 35,52%,
Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak.

Tyto oxaziridiny jsou třída organických látek Heterocyclic na tři uhlík obsahující atom uhlíku , atom dusíku a jeden atom kyslíku . Oxaziridin CH 2 NHOje také mateřskou sloučeninou funkční skupiny .

Obecné vlastnosti

První deriváty oxaziridinu byly syntetizovány v padesátých letech minulého století Emmonsem, Krimmem a Hornerem a Jürgensem. Zatímco atomy kyslíku a dusíku obvykle působí jako nukleofily kvůli své vysoké elektronegativitě , oxaziridiny umožňují elektrofilní přenos dvou heteroatomů . Tato konkrétní reaktivita je způsobena přítomností vysoce omezeného tříatomového kruhu a relativní slabostí vazby NO. Tyto nukleofily mají tendenci k útoku na dusíku oxaziridin, když je substituent na atomu dusíku, je malý (typicky R 1 = H), a kyslík, když substituent na dusíkovém atomu je velmi stericky bráněný . Tyto elektronické účinky mohou být využity k provádění různé reakce přenosu kyslíku nebo atom dusíku, jako je například a-hydroxylace enolátů , na epoxidaci z alkenů nebo selektivní oxidaci sulfidů a selenidů, .

Schéma některých reakcí používajících oxaziridiny.

Chirality

Byly vyvinuty chirální reagencie odvozené od oxaziridinů, které umožňují reakce přenosu stereospecifických heteroatomů . Chiralita oxaziridinů může pocházet ze struktury substituentů kruhu nebo z konformace atomu dusíku ( invertomer ). Oxaziriny jsou ve skutečnosti jedinečné díky velmi vysoké bariéře inverze dusíku, která umožňuje zachování jejich stereochemické konfigurace. Tato bariérová inverze na teplotu místnosti je řádově 24 až 31 kcal · mol -1 a enantiočisté oxaziridiny byly připraveny v 80. letech .  

Deriváty oxaziridinů na bázi derivátů kafru byly syntetizovány v 70. letech a staly se základním kamenem asymetrické syntézy . Z mnoha celkových syntéz využívajících oxaziridiny naznačuje celková syntéza taxolu týmy Holtona a Wendera asymetrickou α-hydroxylaci s kafrsulfonyloxaxiridinem jako klíčový krok v syntéze tohoto protirakovinného činidla.

Syntéza

NH, N-alkyl, N-aryloxaziridiny

Dvě hlavní strategie pro syntézu NH, N-alkyl a N-Aryloxaziridines jsou (a) oxidace z iminů podle perkyselin a (B) aminace z karbonylů .

Syntéza NH, N-alkyl a N-aryloxaziridinů.

Kromě toho může oxidace chirálních iminů a oxidace iminů chirálními perkyselinami vést k přípravě enantiomerně čistých oxaziridinů .

N-Sulfonyloxaziridiny

Na začátku 80. let byl připraven první N-sulfonyloxaziridin. Tyto sulfonylové deriváty se používají výhradně pro reakce přenosu kyslíkových atomů a jsou v současné době nejčastěji používanou třídou oxaziridinů. Původně připravený z m-CPBA a benzyltrimethylamoniumchloridu jako katalyzátoru fázového přenosu , zlepšení syntézy nyní umožňuje použití hydrogensíranu draselného nebo oxonu jako oxidačního činidla.

Používá se řada derivátů N-sulfonyloxaziridinů, z nichž každý má odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti a reaktivitu. Souhrn těchto různých činidel je uveden v následující tabulce.

Činidla třídy N-sulfonyloxaziridinu.

Perfluorované oxaziridiny

Oxaziridiny perfluorované  (in) vykazují silnou reaktivitu ve srovnání s jejich ekvivalentními uhlovodíky . Perfluorované substituenty jsou akceptory elektronů, díky čemuž je reaktivita perfluorovaných oxaziridinů podobná reaktivitě dioxiranů . Perfluoralkyloxaziridiny mohou zejména hydroxylovat určité CH vazby s velmi vysokou selektivitou. Perfluorované oxaziridiny lze syntetizovat reakcí perfluorovaného iminu s perfluormethylfluorokarbonylperoxidem a fluorovaným kovem, aby se zachytil HF propuštěn.

Syntéza perfluorovaných oxaziridinů.

Reakce

Přenosy atomu kyslíku

α-Hydroxylace enolátů

Skupina α-hydroxyketon nebo acyloin je jednotka přítomná v mnoha přírodních produktech. Pro reprodukci tohoto motivu bylo použito mnoho syntetických cest, jako je redukce a-deiketonů, substituce hydroxylových skupin za odstupující skupinu nebo přímá oxidace enolátu . V posledně uvedeném způsobu jsou nejčastěji používanými elektrofilními zdroji kyslíku oxodiperoxymolybden (pyridin) - (hexamethylfosforečný triamid) (MoOPH) a N-sulfonyloxaziridiny . N-sulfonyloxaziridiny mají tu výhodu, že indukují větší chiralitu ve srovnání s použitím MoOPH a jiných oxidantů. Chirální indukce byla prokázána u mnoha dalších chirálních ketonů a ketonů s chirálními pomocnými látkami , jako jsou SAMP a RAMP .

Tvorba Evansova aldolu s oxaziridiny.

Byly provedeny práce na asymetrické hydroxylaci prochirálních enolátů deriváty kafrsulfonyloxaziridinu, což umožňuje dosáhnout dobrých enantiomerních přebytků . Je všeobecně přijímáno, že přechodový stav, který umožňuje získat tuto dobrou stereochemii, zahrnuje otevřený přechodový stav, ve kterém stéricky bráněná skupina určuje stranu, ke které je molekula přiblížena.

Asymetrická oxaziridinová hydroxylace.

Selektivita určitých hydroxylací se může zlepšit přidáním koordinační skupiny v poloze alfa na oxaziridinu kruhu, jako v oxaziridiny 3b a 3c ve výše uvedené tabulce. Navrhuje se, aby reakce prošla uzavřeným přechodovým stavem, ve kterém je oxyaniont kovu stabilizován chelatací díky síranu a koordinačním skupinám kafru .

Asymetrická oxaziridinová hydroxylace s uzavřeným přechodovým stavem.

Při celkové syntéze se velmi často používá a-hydroxylace oxaziridiny . Jedná se o klíčový krok v celkové syntéze taxolu Holtonem  (in) a v celkové syntéze taxolu Wenderem  (en) . Podobně Forsyth používá tuto reakci při syntéze systému C3-C14 (substituovaný 1,7-dioxaspiro [5,5] undec-3-en) kyseliny okadaové.

α-hydroxylace v syntéze kyseliny okadaic. Epoxidace alkenů

Epoxidace z alkenů je široce používán v organické syntéze , protože epoxidy mohou být transformovány do mnoha funkčních skupin . Obvykle epoxidace používá m-CPBA (nebo jiné perkyseliny ), ale ukázalo se, že oxaziridny lze použít k provádění podobných syntéz a jsou velmi užitečné pro přípravu epoxidů citlivých na kyselé podmínky . Níže je popsána syntéza (-) - chaetomininu, která využívá epoxidaci alkenu oxaziridinem v jedné z posledních fází jeho syntézy.

Epoxidace oxaziridinem v celkové syntéze.

Další široce používaná ve třídě zpracování organické syntézy je epoxidační asymetrická , jako je Sharplessova epoxidace , epoxidace Jacobsen nebo epoxidace Julia-Colonna  (en) . Hlavní nevýhodou těchto reakcí je, že vyžadují velmi specifické funkce, aby byly selektivní . Ostrá epoxidace pracuje s allylalkoholy , Jacobsenova epoxidace s cis- disubstituovanými alkeny s aromatickými látkami a Juliá-Colonna epoxidace nenasycených α-β ketonů . Použití asymetrických oxaziridinů umožňuje provádět stereospecifické transformace na nefunkčních alkenech . Níže uvedené schéma ukazuje asymetrickou epoxidaci transstilbenu chirální oxaziridiniovou solí za použití oxonu jako oxidačního činidla.

Asymetrická katalytická epoxidace trans-stilbenu. Deaktivovaná uhlovodíková hydroxylace

Tyto oxaziridiny perfluorované  (en) je známo, že hydroxylovat jsou uhlovodíky deaktivován s vysokou regio- a diastéréospécificité . Tato reakce je velmi důležitá a několik dalších sloučenin vykazuje tento typ reaktivity. Perfluorované oxaziridiny vykazují velmi dobrou selektivitu vůči terciárním uhlíkům . Hydroxylace primárních uhlíků nebo dihydroxylace sloučenin majících dvě oxidovatelná místa nebyla nikdy pozorována. Retence stereochemie je velmi vysoká, řádově 95 až 95%, a může být dále zvýšena přidáním fluoridové soli .

Hydroxylace alkanů perfluorovanými oxaziridiny.

Přenosy atomů dusíku

Méně pozornosti bylo věnováno oxaziridinům jako činidlům pro přenos atomů dusíku. K těmto reakcím lze použít oxaziridiny, které jsou nesubstituované nebo mají na dusíku acylovou skupinu , přičemž první příklad pochází ze šedesátých let .

Aminace N-nukleofilů

Aminace z nukleofilů s oxaziridiny nesubstituované na dusíku je poměrně univerzální, pokud jde o nukleofily, které mohou být použity. Tyto hydraziny mohou tedy být připraveny z z aminů sekundární nebo terciární aminy, hydroxylaminy a thiohydroxylamines na z alkoholů a thiolů , na sulfiliminu z thioethery a a-aminoketony na od enoláty .

Aminační reakce s oxaziridiny. N-acylamidace

Přenos acylovaných aminů je obtížnější než u nesubstituovaných aminů. Tyto přenosové reakce byly nejprve provedeny pomocí nukleofilů, jako jsou aminy a hydraziny . Bylo také popsáno několik vzácných příkladů transferů acylovaných aminů na nukleofilní uhlíky.

Reakce acylového přenosu z oxaziridinů.

Přeskupení

Oxaziridiny mohou podstoupit přeskupování reakce pod ultrafialovým zářením , pomocí a radikální mechanismu , nebo v přítomnosti redukčního činidla , jako je Cul.. Spirocyklické oxaziridiny mohou také prodloužit svůj cyklus a získat odpovídající laktam . Migrace substituentu je řízen stereoelectronic účinky, a trans- skupina o zákazu dusíku vazebné dublet převážně dává migrační produkt. Tento efekt umožňuje použít chiralitu dusíku kvůli bariéře s vysokou inverzí dusíku k usměrnění přesmyku, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Na levé straně diagramu je pozorován výhradně termodynamicky nepříznivý produkt , zatímco na pravé straně diagramu je upřednostňován produkt odvozený od méně stabilního radikálového meziproduktu.

Selektivita přesmyku jako funkce orientace dubletu vázajícího dusík.

Tento typ přesmyku se používá v klíčovém kroku v celkové syntéze (+) - yohimbinu , což je přírodní lék, který může být účinný proti impotenci a sexuálním problémům způsobeným selektivními inhibitory zpětného vychytávání serotoninu podle tohoto léku. National Institutes of Health .

Celková syntéza (+) - yohimbinu

Oxaziridiny mohou také podléhat reakcím tepelného přeskupení za vzniku nitronů . Selektivita cis-trans je nízká, ale výtěžky jsou dobré. Rovněž se předpokládá, že určité oxaziridiny v průběhu času racemizují průchodem nitronovým meziproduktem .

Konverze oxaziridinu na nitron.

Cycloaddions s heterocumulenes

Oxaziridiny mohou reagovat s hetero kumuleny za vzniku různých pěti atomových heterocyklů , jak je znázorněno na obrázku níže. Tato reaktivita je způsobena omezením tříatomového kruhu a slabostí vazby NO.

Reakce mezi oxaziridiny a heterokumuleny.

Poznámky a odkazy

  1. vypočtená molekulová hmotnost od „  atomové hmotnosti prvků 2007  “ na www.chem.qmul.ac.uk .
  2. (in) WD Emmons , „  Syntéza oxaziranů  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  78, n o  23,1956, str.  6208–6209 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja01604a072 ).
  3. (de) H. Krimm , "  Uber Isonitrone  " , Chem. Ber. , sv.  91, n o  5,1958, str.  1057-1068 ( ISSN  0009-2940 , DOI  10,1002 / cber.19580910532 ).
  4. (de) L. Horner a E. Jürgens , „  Notiz Über Darstellung und Eigenschaften Einiger Isonitrone (Oxazirane)  “ , Chem. Ber. , sv.  90, n o  10,1957, str.  2184–2189 ( ISSN  0009-2940 , DOI  10,1002 / cber.19570901010 ).
  5. (en) FA Davis a AC Sheppard , „  Aplikace oxaziridinů v organické syntéze  “ , Tetrahedron , sv.  45, n o  18,1989, str.  5703–5742 ( DOI  10.1016 / S0040-4020 (01) 89102-X ).
  6. (in) FA Davis , R. Jenkins a kol. , "  2 - [(-) - kafr-10-ylsulfonyl] -3- (nitrofenyl) oxaziridinu: nové chirální oxidační činidlo  " , J. Chem. Soc., Chem. Běžný. ,1979, str.  600-601 ( ISSN  0022-4936 , DOI  10.1039 / C39790000600 ).
  7. (in) RA Holton , C. Somoza et al. , „  Celková syntéza První taxolu. 1. Funkcionalizace kruhu B  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  116, n O  4,1994, str.  1597–1598 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00083a066 ).
  8. (in) RA Holton , HB Kim a kol. , „  Celková syntéza První taxolu. 2. Dokončení kruhů C a D  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  116, n O  4,1994, str.  1599–1600 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00083a067 ).
  9. (in) PA Wender , NC Badham et al. , „  Pinen Cesta k taxany. 5. Stereokontrolovaná syntéza univerzálního prekurzoru taxanu  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  119, n o  11,1997, str.  2755–2756 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja9635387 ).
  10. (in) PA Wender , NC Badham et al. , „  Pinen Cesta k taxany. 6. Stručná stereokontrolovaná syntéza taxolu  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  119, n o  11,1997, str.  2757–2758 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja963539z ).
  11. (in) FA Davis a OD Stringer , „  Chemistry of oxaziridines. 2. Vylepšená syntéza 2-sulfonyloxaziridinů  “ , J. Org. Chem. , sv.  47, n o  9,1982, str.  1774–1775 ( ISSN  0022-3263 a 1520-6904 , DOI  10.1021 / jo00348a039 ).
  12. .
  13. (en) FA Davis a BC Chen , „  Asymetrická hydroxylace enolátů N-sulfonyloxaziridiny  “ , Chem. Rev. , sv.  92, n o  5,1992, str.  919–934 ( ISSN  0009-2665 a 1520-6890 , DOI  10.1021 / cr00013a008 ).
  14. (in) FA Davis a RH Jenkins , „  Chemistry of oxaziridines. 3. Asymetrická oxidace organosírových sloučenin za použití chirálních 2-sulfonyloxaziridinů  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  104, n o  20,1982, str.  5412–5418 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00384a028 ).
  15. (en) FA Davis , RT Reddy a kol. , „  Chemistry of oxaziridiny. 15. Asymetrické oxidace za použití 3-substituovaných 1,2-benzisothiazol-1,1-dioxidů  “ , J. Org. Chem. , sv.  56, n O  21991, str.  809-815 ( ISSN  0022-3263 a 1520 - 6904 , DOI  10,1021 / jo00002a056 ).
  16. (in) JC Towson , MC Weismiller et al. , "  (+) - (2R, 8aS) -10- (Camphorylsulfonyl) oxaziridinu  " , Org. Synth. , sv.  69,1990, str.  158 ( ISSN  0078-6209 ).
  17. (in) FA Davis a JC Towson , „  Chemistry of oxaziridines. 11. (Camphorylsulfonyl) oxaziridin: syntéza a vlastnosti  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  110, n o  25,1988, str.  8477–8482 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00233a025 ).
  18. (en) RD Bach , BA Coddens et al. , „  Mechanismus přenosu kyslíku z oxaziridin k sulfidu a sulfoxid: teoretická studie  “ , J. Org. Chem. , sv.  55, n o  10,1990, str.  3325–3330 ( ISSN  0022-3263 a 1520-6904 , DOI  10.1021 / jo00297a062 ).
  19. (in) FA Davis , A. Kumar a kol. , „  Chemistry of oxaziridiny. 16. Krátká, vysoce enantioselektivní syntéza segmentů AB-kruhu y-rhodomyciononu a a-citromycinonu za použití (+) - [(8,8-dimethoxykamforyl) sulfonyl] oxaziridinu  “ , J. Org. Chem. , sv.  53, n o  3,1991, str.  1143–1145 ( ISSN  0022-3263 a 1520-6904 , DOI  10.1021 / jo00003a042 ).
  20. (en) FA Davis , MC Weismiller et al. , „  (Camphorylsulfonyl) imin dianion při syntéze nových opticky čistých (camphorylsulfonyl) oxaziridinových derivátů  “ , Tetrahedron Lett. , sv.  30, n o  13,1989, str.  1613-1616 ( ISSN  0040-4039 , DOI  10.1016 / S0040-4039 (00) 99534-0 ).
  21. (in) BC Chen , MC Weismiller et al. , „  Enantioselektivní syntéza (+) - kjellmanianone  “ , Tetrahedron , sv.  47, n O  21991, str.  173–182 ( ISSN  0040-4020 , DOI  10.1016 / S0040-4020 (01) 80914-5 ).
  22. (en) VA Petrov a G. Resnati , „  Polyfluorované oxaziridiny: syntéza a reaktivita  “ , Chem. Rev. , sv.  96, n o  5,1996, str.  1809–1824 ( ISSN  0009-2665 a 1520-6890 , DOI  10.1021 / cr941146h ).
  23. (in) DA Evans , pan Morrissey a kol. , „  Asymmetric okysličování chirálních imidové enoláty. Obecný přístup k syntéze enantiomerně čistých synthonů a-hydroxykarboxylové kyseliny  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  107, n o  14,1985, str.  4346–4348 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00300a054 ).
  24. (in) RA Holton , HB Kim a kol. , „  Celková syntéza První taxolu. 2. Dokončení kruhů C a D  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  116, n O  4,1994, str.  1599–1600 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00083a067 ).
  25. (in) PA Wender , NC Badham et al. , „  Pinen Cesta k taxany. 5. Stereokontrolovaná syntéza univerzálního prekurzoru taxanu  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  119, n o  11,1997, str.  2755–2756 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja9635387 ).
  26. (in) AB Dounay a CJ Forsyth , „  Zkrácená syntéza systému kyseliny Okadaic C3-C14 (substituovaný 1,7-dioxaspiro [5,5] undec-3-en  “) , Org. Lett. , sv.  1, n o  3,1999, str.  451-454 ( ISSN  1523 až 7060 a 1523 až 7052 , DOI  10,1021 / ol9906615 ).
  27. (en) B. Malgesini , B. Forte et al. , „  Přímou celkovou syntézu (-) - chaetominin  “ , Chem. Eur. J. , sv.  15, n o  32,2009, str.  7922–7929 ( ISSN  0947-6539 a 1521-3765 , DOI  10.1002 / chem.200900793 ).
  28. (in) L. Bohé G. Hanquet a kol. , „  Stereospecifickou syntézou nové chirální oxaziridiniové soli  “ , Tetrahedron Lett. , sv.  34, n o  45,1993, str.  7271–7274 ( ISSN  0040-4039 , DOI  10.1016 / S0040-4039 (00) 79306-3 ).
  29. (in) A. Arnone , S. Foletto a kol. , „  Vysoce enantiospecifickou oxyfunctionalization z neaktivovaných uhlovodíkových míst plynným perfluor-cis-2-n-butyl-3-n-propyloxaziridine  “ , Org. Lett. , sv.  1, n O  21999, str.  281–284 ( ISSN  1523-7060 a 1523-7052 , DOI  10.1021 / ol990594e ).
  30. (de) E. Schmitz , R. Ohme a kol. , „  Isomere Oxim mit Dreiringstruktur  “ , Chem. Ber. , sv.  97, n o  9,1964, str.  2521–2526 ( ISSN  0009-2940 , DOI  10,1002 / cber.19640970916 ).
  31. (en) S. Andeae a E. Schmitz , „  Elektrofilní aminace s oxaziridiny  “ , Synthesis , n o  5,1991, str.  327-341 ( ISSN  0039-7881 a 1437-210X , DOI  10.1055 / s-1991-26459 ).
  32. (en) J. Aubé , „  Oxiziridinové přesmyky v asymetrické syntéze  “ , Chem. Soc. Rev. , sv.  26, n O  4,1997, str.  269-277 ( ISSN  0306 až 0012 a 1460 až 4744 , DOI  10,1039 / CS9972600269 ).
  33. (en) A. Lattes , E. Oliveros et al. , „  Fotochemické a termální přesmyk oxaziridiny. Experimentální důkazy na podporu teorie stereoelektronického řízení  “ , J. Am. Chem. Soc. , sv.  104, n o  14,1982, str.  3929–3934 ( ISSN  0002-7863 a 1520-5126 , DOI  10.1021 / ja00378a024 ).
  34. „  Yohimbe,  “ z nlm.nih.gov (přístup 27. srpna 2012 ) .

Podívejte se také

Související články