WikiDer > Гидроаминирование

Hydroamination

Гидроаминирование представляет собой добавление связи N-H амин через углерод-углерод несколько связь алкен, алкин, диен, или же аллен.[1] В идеальном случае проводится гидроаминирование. атомный экономичный и зеленый.[2] Амины распространены в тонкой химической, фармацевтической и сельскохозяйственной отраслях.[3][4][5][6]

Примеры внутримолекулярного гидроаминирования

Можно использовать гидроаминирование внутримолекулярно создавать гетероциклы или межмолекулярно с отдельным амином и ненасыщенным соединением. Развитие катализаторы для гидроаминирования остается активная область, особенно для алкенов. Хотя на практике реакции гидроаминирования могут быть осуществлены для диенов и электрофильных алкенов, термин гидроаминирование часто подразумевает процессы, катализируемые металлами.

Прототипические реакции межмолекулярного гидроаминирования

История

Гидроаминирование - это хорошо зарекомендовавшая себя технология создания ароматов из мирцен. В этом превращении диэтиламин присоединяется к диеновому заместителю, причем реакция катализируется диэтиламидом лития.[7]

О внутримолекулярном гидроаминировании сообщили Тобин Дж. Маркс в 1989 году с использованием металлоцен происходит от редкоземельные металлы Такие как лантан, лютеций, и самарий. Каталитические скорости коррелирует обратно с ионный радиус металла, возможно, в результате стерическое вмешательство от лигандов.[8] В 1992 году Маркс разработал первый хиральный катализаторы гидроаминирования с использованием хирального вспомогательного вещества, которые были первыми катализаторами гидроаминирования, благоприятствовавшими только одному конкретному стереоизомер. Хиральные вспомогательные вещества на металлоценовых лигандах использовали для определения стереохимии продукта.[9] Первые неметаллоценовые хиральные катализаторы были описаны в 2003 году, и в них использовались бисариламидные и аминофенолятные лиганды для получения более высоких энантиоселективность.[10]

Известные катализаторы гидроаминирования по году публикации

Объем реакции

Гидроаминирование было исследовано с использованием различных аминов, ненасыщенных субстратов и самых разных катализаторов. Амины, которые были исследованы, охватывают широкий спектр, включая первичные, вторичные, циклические, ациклические и анилины с разнообразными стерический и электронный заместители. Ненасыщенные субстраты, которые были исследованы, включают алкены, диены, алкины и аллены. Для внутримолекулярного гидроаминирования исследованы различные аминоалкены.[11]

Товары

Добавление по ненасыщенной углерод-углеродной связи может быть Марковников или же антимарковский в зависимости от катализатора.[12] При рассмотрении возможной хиральности R / S можно получить четыре продукта: Марковникова с R или S и антимарковниковская добавка с R или S. Хотя было много сообщений о каталитическом гидроаминировании с широким диапазоном металлов, есть далеко меньше описаний энантиоселективный катализ для выборочного производства одного из четырех возможных продуктов. В последнее время появились сообщения об выборочном изготовлении термодинамический или кинетический продукт, которые могут быть связаны с рацемическими марковниковскими или антимарковниковскими структурами (см. термодинамическое и кинетическое произведение ниже).

Возможные региоселективные и стереоселективные продукты

Катализаторы и каталитический цикл

Катализаторы

Сообщалось, что многие комбинации металл-лиганд катализируют гидроаминирование, включая элементы основных групп, включая щелочные металлы, такие как литий,[11] металлы группы 2, такие как кальций,[13] а также металлы 3 группы, такие как алюминий,[14] индий,[15] и висмут.[16] В дополнение к этим примерам основной группы, было проведено обширное исследование переходных металлов с сообщениями о ранних, средних и поздних металлах, а также элементах первого, второго и третьего ряда. Наконец, лантаноиды были тщательно исследованы. Цеолиты также показали полезность при гидроаминировании.[11]

Каталитические циклы

В механизм гидроаминирования, катализируемого металлами, хорошо изучено.[17] Особенно хорошо изучено внутримолекулярное гидроаминирование алкенов, катализируемое лантаноорганическими соединениями.[18] Сначала катализатор активируется путем амидного обмена, образуя активный катализатор (i). Затем алкен вставляется в связь Ln-N (ii).[19] Наконец, протонолиз происходит с образованием циклического продукта, а также с регенерацией активного катализатора (iii). Хотя этот механизм описывает использование катализатора на основе лантаноидов, он является основой для редкоземельных металлов, актинид, и щелочной металл катализаторы на основе.

Предлагаемый каталитический цикл для внутримолекулярного гидроаминирования

Катализаторы гидроаминирования поздних переходных металлов имеют несколько моделей, основанных на стадии региоселективного определения. Четыре основные категории: (1) нуклеофильная атака на алкеновом алкине или аллильном лиганде и (2) вставка алкена в металл-амидную связь.[17] Типовые каталитические циклы представлены ниже. Механизмы поддерживаются рейтинговые исследования, изотопная маркировка, и ловушка предлагаемых промежуточных продуктов.

Общие каталитические циклы для гидроаминирования

Термодинамика и кинетика

Реакция гидроаминирования приблизительно термохимически нейтральна. Однако реакция страдает от высокого активационный барьервозможно, из-за отталкивания богатых электронами субстрат и амин нуклеофил. Межмолекулярная реакция также сопровождается резко отрицательными изменениями энтропия, делая это неблагоприятный при более высоких температурах.[20][21] Следовательно, для протекания этой реакции необходимы катализаторы.[3][17] Как обычно в химии, внутримолекулярные процессы происходят быстрее, чем межмолекулярные версии.

Термодинамический и кинетический продукт

Как правило, для эффективного функционирования большинству катализаторов гидроаминирования требуются повышенные температуры, и поэтому только термодинамический продукт наблюдается. Выделение и характеристика более редких и синтетически ценных кинетический аллил о аминовом продукте сообщалось, когда аллены был использован ненасыщенный субстрат. В одной системе использовалась температура 80 ° C с родий катализатор и анилин производные как амин.[22] Другая зарегистрированная система использовала палладий катализатор при комнатной температуре с широким спектром первичных и вторичных циклических и ациклических аминов.[23] Обе системы дали желаемые аллиламины с высоким выходом, которые содержат алкен, который может быть дополнительно функционализирован посредством традиционных органических реакций.

Возможные термодинамические и кинетические продукты при использовании аллена

Основное катализируемое гидроаминирование

Сильный базы катализировать гидроаминирование, примером чего является этилирование из пиперидин с помощью этен:[24]

Гидроаминирование этена пиперидин протекает без катализатора переходного металла, но требует сильного основания.

Такие реакции, катализируемые основанием, хорошо протекают с этеном, но высшие алкены менее реакционноспособны.

Гидроаминирование, катализируемое комплексами группы (IV)

Определенный титан и цирконий комплексы катализируют межмолекулярное гидроаминирование алкинов и алленов.[3] Обе стехиометрический и каталитические варианты первоначально были исследованы с цирконоцен бис (амидо) комплексы. Амидо- и сульфонамидокомплексы титаноцена катализируют внутримолекулярное гидроаминирование аминоалкенов через [2 + 2] циклоприсоединение который образует соответствующий азаметаллациклобутан, как показано на фиг.1. Последующий протонолиз поступающим субстратом дает продукт α-винилпирролидин (1) или тетрагидропиридин (2). Экспериментальные и теоретические данные подтверждают предложенный имидо-промежуточный и механизм с нейтральными катализаторами IV группы.

Рис. 1. Каталитическое гидроаминирование аминоалленов с образованием хиральных α-винилпирролидиновых (1) и тетрагидропиридиновых (2) продуктов. L2 = Cp2 или бис (амид).

Формальное гидроаминирование

Добавление водорода и аминогруппы (NR2) с использованием реагентов, отличных от амина HNR2 известна как реакция «формального гидроаминирования». Хотя преимущества атомной экономии и / или доступности источника азота уменьшаются в результате, большая термодинамическая движущая сила, а также возможность настраивать аминирующий реагент потенциально полезны. Вместо амина - эфиры гидроксиламина[25] и нитроарены[26] были зарегистрированы как источники азота.

Приложения

Гидроаминирование может найти применение из-за ценных свойств получаемого амина, а также экологичности процесса. Функционализированный аллиламины, которые могут быть получены путем гидроаминирования, имеют широкое фармацевтическое применение, хотя в настоящее время такие соединения не получают гидроаминированием. Гидроаминирование было использовано для синтеза аллиламина. Циннаризин по количественному выходу. Циннаризин лечит оба головокружение и морская болезнь связанные с тошнота.[27]

Синтез циннаризина путем гидроаминирования


Гидроаминирование также перспективно для синтеза алкалоиды. Примером может служить полный синтез (-) - эпимиртина.[28]

Катализируемое золотом гидроаминирование, используемое для полного синтеза (-) - эпимиртина

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Грюцмахер, изд. Антонио Тоньи; Хансйорг (2001). Каталитическая гетерофункционализация: от гидроанимации до гидроцирконирования (1. ред.). Weinheim [u.a.]: Wiley-VCH. ISBN 978-3527302345.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  2. ^ Беллер, под редакцией М .; Больм, К. (2004). Переходные металлы для органического синтеза: строительные блоки и тонкая химия (2-е изд. И доп. Ред.). Вайнхейм; [Чичестер]: Wiley-VCH. ISBN 9783527306138.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  3. ^ а б c Резниченко, А.Л .; Хульч, К. С. (2015). Гидроаминирование алкенов. Орг. Реагировать. 88. п. 1. Дои:10.1002 / 0471264180.or088.01. ISBN 978-0471264187.
  4. ^ Кай К. Хульч (2005). «Каталитическое асимметричное гидроаминирование неактивированных олефинов». Органическая и биомолекулярная химия (Рассмотрение). 3 (10): 1819–1824. Дои:10.1039 / b418521h. PMID 15889160.
  5. ^ Хартвиг, Дж. Ф. (2004). «Разработка катализаторов гидроаминирования олефинов» (PDF). Pure Appl. Chem. 76 (3): 507–516. Дои:10.1351 / pac200476030507.
  6. ^ Pohlki, Ф., Дой, С. (2003). «Каталитическое гидроаминирование алкинов». Обзоры химического общества. 32 (2): 104–114. Дои:10.1039 / b200386b. PMID 12683107.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ Кунихико Такабэ, Такао Катагири, Джунтаро Танака, Цутому Фудзита, Сёдзи Ватанабэ и Кёити Суга (1989). «Добавление диалкиламинов к мирцену: N, н-диэтилгераниламин». Орг. Синтезатор. 67: 44. Дои:10.15227 / orgsyn.067.0044.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  8. ^ Gagné, M. R .; Маркс, Т. Дж. (1989). "Гидроаминирование, катализируемое органолантаноидами. Легкая региоспецифическая циклизация незащищенных аминоолефинов". Варенье. Chem. Soc. 111 (11): 4108. Дои:10.1021 / ja00193a056.
  9. ^ Gagné, M. R .; Brard, L .; Контичелло, В. П .; Джарделло, М. А .; Marks, T. J .; Стерн, К. Л. (1992). «Эффекты стереоселекции в каталитическом гидроаминировании / циклизации аминоолефинов на хиральных органолантанидных центрах». Металлоорганические соединения. 11 (6): 2003. Дои:10.1021 / om00042a012.
  10. ^ O'Shaughnessy, P.N .; Скотт, П. (2003). «Биариламиновые лиганды для энантиоселективного гидроаминирования / циклизации аминоалкенов, катализируемого лантанидами». Тетраэдр: асимметрия. 14 (14): 1979. Дои:10.1016 / s0957-4166 (03) 00429-4.
  11. ^ а б c Мюллер, Томас Э .; Беллер, Матиас (1 апреля 1998 г.). «Металл-инициированное аминирование алкенов и алкинов». Химические обзоры. 98 (2): 675–704. Дои:10.1021 / cr960433d. PMID 11848912.
  12. ^ М. Беллер; Дж. Саяд; А. Тиллак; Х. Цзяо (2004). «Каталитическая марковниковская и антимарковская функционализация алкенов и алкинов: последние события и тенденции». Angewandte Chemie International Edition. 43 (26): 3368–3398. Дои:10.1002 / anie.200300616. PMID 15221826.
  13. ^ Crimmin, Mark R .; Кейсли, Ян Дж .; Хилл, Майкл С. (1 февраля 2005 г.). «Опосредованный кальцием катализ внутримолекулярного гидроаминирования». Журнал Американского химического общества. 127 (7): 2042–2043. Дои:10.1021 / ja043576n. PMID 15713071.
  14. ^ Коллер, Юрген; Бергман, Роберт Г. (22 ноября 2010 г.). «Высокоэффективное гидроаминирование / гидразинирование карбодиимидов, катализируемое алюминием». Металлоорганические соединения. 29 (22): 5946–5952. Дои:10.1021 / om100735q.
  15. ^ Шарма, Рупам; Праджапати, Дипак (1 января 2011 г.). «Катализируемое индием тандемное гидроаминирование / гидроалкилирование концевых алкинов» (PDF). Химические коммуникации. 47 (33): 9525–7. Дои:10.1039 / c1cc13486h. PMID 21776504.
  16. ^ Комеяма, Кимихиро; Коя, Юсуке; Охама, Юки; Такаки, ​​Кен (1 января 2011 г.). «Тандемная ен-реакция / гидроаминирование аминоолефиновых и -алленовых соединений, катализируемая Bi (OTf) 3». Химические коммуникации. 47 (17): 5031–3. Дои:10.1039 / c0cc05258b. PMID 21423974.
  17. ^ а б c Мюллер, Т.Э. Беллер, М. (1998). «Металл-инициированное аминирование алкенов и алкинов». Химические обзоры. 98 (2): 675–704. Дои:10.1021 / cr960433d. PMID 11848912.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  18. ^ Хонг, Суквон; Маркс, Тобин Дж. (1 сентября 2004 г.). "Гидроаминирование, катализируемое органолантаноидами". Отчеты о химических исследованиях. 37 (9): 673–686. Дои:10.1021 / ar040051r. PMID 15379583.
  19. ^ Крэбтри, Роберт Х. (2005). Металлоорганическая химия переходных металлов (4-е изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси: Джон Вили. ISBN 978-0-471-66256-3.
  20. ^ Брюне, Жан-Жак; Neibecker, Денис; Нидеркорн, Франсин (1 февраля 1989 г.). «Функционализация алкенов: каталитическое аминирование моноолефинов». Журнал молекулярного катализа. 49 (3): 235–259. Дои:10.1016/0304-5102(89)85015-1.
  21. ^ Johns, Adam M .; Сакаи, Норио; Риддер, Андре; Хартвиг, Джон Ф. (1 июля 2006 г.). «Прямое измерение термодинамики гидроаминирования виниларена». Журнал Американского химического общества. 128 (29): 9306–9307. Дои:10.1021 / ja062773e. PMID 16848446.
  22. ^ Кук, Майкл Л .; Сюй, Кунь; Брейт, Бернхард (22 октября 2012 г.). "Энантиоселективный катализируемый родием синтез разветвленных аллильных аминов межмолекулярным гидроаминированием концевых алленов". Angewandte Chemie International Edition. 51 (43): 10876–10879. Дои:10.1002 / anie.201206594. PMID 23011801.
  23. ^ Бек, Джон Ф .; Samblanet, Danielle C .; Шмидт, Джозеф А. Р. (1 января 2013 г.). «Катализируемое палладием межмолекулярное гидроаминирование 1-замещенных алленов: атомно-экономичный метод синтеза N-аллиламинов». RSC Advances. 3 (43): 20708–20718. Дои:10.1039 / c3ra43870h.
  24. ^ Дж. Волленсак и Р. Д. Клоссон (1973). «N-метилпиперидин». Органический синтез. 43: 45.; Коллективный объем, 5, п. 575
  25. ^ Мики, Юя; Хирано, Кодзи; Сато, Тэцуя; Миура, Масахиро (04.10.2013). "Катализируемое медью межмолекулярное региоселективное гидроаминирование стиролов полиметилгидросилоксаном и гидроксиламинами". Angewandte Chemie International Edition. 52 (41): 10830–10834. Дои:10.1002 / anie.201304365. ISSN 1521-3773. PMID 24038866.
  26. ^ Гуй, Цзинхань; Пан, Чун-Мао; Цзинь, Инь; Цинь, Тянь; Lo, Julian C .; Ли, Брайан Дж .; Spergel, Steven H .; Мертцман, Майкл Э .; Питтс, Уильям Дж. (22 мая 2015 г.). «Практическое гидроаминирование олефинов нитроаренами». Наука. 348 (6237): 886–891. Bibcode:2015Научный ... 348..886G. Дои:10.1126 / science.aab0245. ISSN 0036-8075. PMID 25999503.
  27. ^ Бек, Джон Ф .; Samblanet, Danielle C .; Шмидт, Джозеф А. Р. (1 января 2013 г.). «Катализируемое палладием межмолекулярное гидроаминирование 1-замещенных алленов: атомно-экономичный метод синтеза N-аллиламинов». RSC Advances. 3 (43): 20708. Дои:10.1039 / c3ra43870h.
  28. ^ Beilstein J. Org. Chem. 2013, 9, 2042–2047