การขยายวงแหวนบุชเนอร์
การขยาย วงแหวนBuchner เป็น ปฏิกิริยาการสร้างพันธะ CCอินทรีย์แบบสองขั้นตอน ที่ใช้ในการสร้าง วงแหวน 7 สมาชิกขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการสร้างคาร์บีนจากเอทิลไดอะโซอะซิเตตซึ่ง จะสร้าง ไซโคลโพร เพ น ให้กับ วงแหวนอะ โรมาติก การขยายวงแหวนเกิดขึ้นในขั้นตอนที่สอง ด้วยปฏิกิริยาอิเล็กโทรไซคลิกเพื่อเปิด วงแหวน ไซโคลโพรเพนเพื่อสร้างวงแหวน 7 สมาชิก[ 1 ]และวิทยาศาสตร์วัสดุ (อนุพันธ์ฟูลเลอรีน)
ประวัติศาสตร์
ปฏิกิริยาการขยายวงแหวนของ Buchner ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2428 โดยEduard BuchnerและTheodor Curtius [ 2 ] [ 3 ]ซึ่งเตรียมคาร์บีนจากเอทิลไดอะโซอะซิเตตเพื่อเติมลงในเบนซีนโดยใช้ทั้งเส้นทางความร้อนและแสงในการสังเคราะห์ อนุพันธ์ ไซโคลเฮปตาไตรอีน ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือส่วนผสมของกรดคาร์บอกซิลิกไอโซเมอร์ สี่ ชนิด การเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากวิธีการเตรียมคาร์บีน ความก้าวหน้าในเคมีโลหะอินทรีย์ส่งผลให้การเลือกสรรอนุพันธ์ไซโคลเฮปตาไตรอีนเพิ่มขึ้น ในช่วงปี พ.ศ. 2523 พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไดโรเดียมให้ไอโซเมอร์ไซโคลโพรเพนเดี่ยวในปริมาณสูง[ 4 ]
การสังเคราะห์อนุพันธ์ไซโคลเฮปตาไตรอีนครั้งแรกของ Buchner ในปี พ.ศ. 2428 ใช้การสลายตัวด้วยแสงและสภาวะความร้อนเพื่อสร้างคาร์บีน ขั้นตอนการเตรียมสารตั้งต้นที่เป็นอันตรายซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างคาร์บีนในปฏิกิริยา Buchner คือ เอทิลไดอะโซอะซิเตต มีอยู่ในOrganic Syntheses [ 5 ] ในขั้นตอนที่ให้มา Searle ได้รวมคำแนะนำเตือนไว้ด้วยเนื่องจากเอสเทอร์ไดอะโซอะซิติกนั้นระเบิดได้ง่ายมาก
การสังเคราะห์คาร์บีนในช่วงทศวรรษ 1960 มุ่งเน้นไปที่การใช้ ตัวเร่ง ปฏิกิริยาทองแดงสำหรับ การสร้างไซโคลโพรพาเนชัน แบบเลือก สเตอริโอ [ 6 ]ในช่วงทศวรรษ 1980 ได้มีการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไดโรเดียมเพื่อสร้างคาร์เบนอยด์สำหรับการสร้างไซโคลโพรพาเนชัน การเกิดขึ้น ของ เคมีโลหะได้ปรับปรุงการเลือกอัตราส่วนผลิตภัณฑ์ของอนุพันธ์ไซโคลเฮกซาไตรอีนผ่านการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์เบนอยด์[ 7 ]
กลไก
ขั้นตอนที่ 1
กลไกปฏิกิริยาของการขยายวงแหวน Buchner เริ่มต้นด้วยการก่อตัวของคาร์บีนจากเอทิลไดอะโซอะซิเตต ซึ่งเกิดขึ้นครั้งแรกผ่านปฏิกิริยาทางเคมีแสงหรือความร้อน พร้อมกับการขับไนโตรเจนออกมา
คาร์บีนที่เกิดขึ้นจะเข้าทำปฏิกิริยากับพันธะคู่หนึ่งในเบนซีนเพื่อสร้างวงแหวนไซโคลโพรเพน
การเกิดขึ้นของรีเอเจนต์ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยโลหะทรานซิชันทำให้มีวิธีการเฉพาะสเตอริโอทางเลือกสำหรับการสร้างไซโคลโพรพาเนชัน โลหะที่เลือกใช้ได้แก่ Cu, Rh และ Ru พร้อมด้วยลิแกนด์ที่หลากหลาย[ 6 ]การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียมในปฏิกิริยา Buchner สำหรับการสร้างคาร์บีนช่วยลดจำนวนผลิตภัณฑ์โดยการผลิตเอสเทอร์ไซโคลเฮปตาไตรอีนิลจลน์เป็นหลัก[ 7 ]ส่วนผสมของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา Buchner ที่เกิดจากตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียม II ความร้อนมีความซับซ้อนน้อยกว่า Wyatt และคณะได้ศึกษาการเลือกตำแหน่งของปฏิกิริยา Buchner ความร้อนโดยใช้ Rh (O CCF ) และแสดงให้เห็นว่า ลักษณะ อิเล็กโทรฟิลิก ของคาร์บีนโรเดียมชอบทำปฏิกิริยาที่ พันธะ π ที่เป็นนิวคลีโอฟิลิก มากกว่าของวงแหวนอะโรมาติก[ 8 ]
วัฏจักรเร่งปฏิกิริยาคาร์บีนที่ยอมรับ[ 9 ]ได้รับการเสนอโดย Yates [ 10 ]ในปี พ.ศ. 2495 ในขั้นต้น สารประกอบไดอะโซจะเพิ่มออกซิเดชันให้กับสารเชิงซ้อนโลหะลิแกนด์ หลังจากการขับไนโตรเจนออกไป คาร์บีนโลหะจะถูกสร้างขึ้นและทำปฏิกิริยากับสารอะโรมาติกที่มีอิเล็กตรอนมากเพื่อสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะขึ้นใหม่โดยการรีดิวซ์ ทำให้วัฏจักรเร่งปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์
ขั้นตอนที่ 2
ขั้นตอนที่สองของปฏิกิริยา Buchner เกี่ยวข้องกับ การขยายวงแหวนแบบประสาน รอบเพอริไซคลิกตามกฎของ Woodward–Hoffmannการเปิดวงแหวนด้วยไฟฟ้าของ อนุพันธ์ นอร์คาราไดอีนเป็นกระบวนการที่อนุญาตให้เกิดขึ้นได้ด้วยความร้อน โดยมีอิเล็กตรอน 6 ตัวที่หมุนผิด ปกติ (π 4 + σ 2 )
สมดุลของนอร์คาราไดอีน-ไซโคลเฮปตาไตรอีนได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง[ 11 ]ตำแหน่งของสมดุลขึ้นอยู่กับ ผลกระทบทาง ส เตอริก อิเล็กทรอนิกส์ และคอนฟอร์เมชันเนื่องจากความเครียดทางคอนฟอร์เมชันในวงแหวนไซโคลโพรเพนของนอร์คาราไดอีน สมดุลจึงอยู่ทางด้านไซโคลเฮปตาไตรอีน สมดุลอาจเลื่อนไปทางด้านนอร์คาราไดอีนได้โดยการทำให้ไซโคลเฮปตาไตรอีนไม่เสถียรโดยการแทนที่ขนาดใหญ่ (กลุ่มที่มีการกีดขวางทางสเตอริกขนาดใหญ่ เช่นt-บิวทิล) ที่ C1 และ C6
สมดุลอาจเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนหมู่ แทนที่ ที่ตำแหน่ง C7 หมู่ที่ให้电子(EDG) จะทำให้เกิดนอร์คาราไดอีน ในขณะที่หมู่ที่ดึง电子(EWG) จะทำให้เกิดไซโคลเฮปตาไตรอีน
การเกิดทอโทเมอร์ของนอร์คาราดีนและไซโคลเฮปตาไตรอีนสามารถเข้าใจได้จาก โมเลกุลออร์บิทัลของ วอลช์ไซโคลโพรเพนของวงแหวนไซโคลโพรเพนของนอร์คาราดีน การให้เหตุผลทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อความเสถียรของออร์บิทัลของวอลช์[ 11 ]เป็นไปได้สำหรับทั้งกลุ่มที่ดึงอิเล็กตรอนและกลุ่มที่ให้อิเล็กตรอนที่คาร์บอน C7 โมเลกุลออร์บิทัลของกลุ่มที่ดึงอิเล็กตรอนที่ C7 จะซ้อนทับกับออร์บิทัลของวอลช์ HOMO ของวงแหวนไซโคลโพรเพน ทำให้พันธะ C1-C6 สั้นลง ในกรณีของกลุ่มที่ให้อิเล็กตรอน การซ้อนทับของออร์บิทัลจะเกิดขึ้นได้อีกครั้งใน LUMO ส่งผลให้ ลักษณะ แอนติบอนดิง เพิ่มขึ้น ทำให้ ทอโทเมอร์ของนอร์คาราดีนไม่เสถียร ตำแหน่งของสมดุลอาจถูกควบคุมโดยขึ้นอยู่กับหมู่แทนที่ของคาร์บีน
ปฏิกิริยาบุชเนอร์ในเคมีทางการแพทย์
วิธีการขยายวงแหวน Buchner ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้าง อนุพันธ์ สไปโรของเพนิซิลลิน[ 12 ]
การสร้างคาร์เบนอยด์ ภายในโมเลกุลทำให้เกิดอะซูลีน ที่ถูกแทนที่ ผ่านการขยายวงแหวนแบบบุชเนอร์ ยาต้านแผลในกระเพาะอาหาร Egualen (KT1-32) ถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยใช้กลยุทธ์การขยายวงแหวนและการสร้างวงแหวนนี้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียม (Rh (OCOt-Bu) ) ในอีเทอร์
สารตั้งต้นฟูลเลอรีน
วิธีการขยายวงแหวน Buchner ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้าง อนุพันธ์ บัคมินส เตอร์ฟูลเลอรีน ซึ่งครั้งหนึ่งเคยคิดว่ามีความเกี่ยวข้องกับเซลล์แสงอาทิตย์[ 13 ] [ 14 ]
ข้อจำกัด
ข้อเสียของปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาข้างเคียงของหมู่คาร์บีน จำเป็นต้องพิจารณาการเลือกตัวทำละลายสำหรับปฏิกิริยา นอกเหนือจากศักยภาพของปฏิกิริยาการแทรก พันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจน แล้ว การแทรกคาร์บีนคาร์บอน-ฮาโลเจนยังเป็นไปได้เมื่อใช้ไดคลอโรมีเทน เป็นตัวทำละลาย [ 15 ]
การควบคุมการเลือกตำแหน่งระหว่างการเติมคาร์บีนเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดจาก ไอโซเมอร์ไซโคลเฮปตาไตรอีน แบบคอนจูเกต Noels และคณะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Rh(II) สำหรับการสร้างคาร์บีนภายใต้สภาวะปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรง (อุณหภูมิห้อง) เพื่อให้ได้ไอโซเมอร์ไซโคลเฮปตาไตรอีนแบบไม่คอนจูเกตทางจลนศาสตร์แบบเลือกตำแหน่ง[ 4 ] [ 1 ] [ 16 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Mander, LN; Frey, B.; Wells, AP; Rogers, DH (1998), "การสังเคราะห์ไดเทอร์พีนอยด์โทรโพนที่ผิดปกติ Hainanolidol และ Harringtonolide", J. Am. Chem. Soc. , 120 (8): 1914– 1915, Bibcode : 1998JAChS.120.1914F , doi : 10.1021/ja9738081
- Danheiser, RL ; JL Kane, J.; Shea, KM; Crombie, AL (2001), "กลยุทธ์การขยายวงแหวน−การสร้างวงแหวนสำหรับการสังเคราะห์อะซูลีนที่ถูกแทนที่ การเตรียมและปฏิกิริยา Suzuki Coupling ของ 1-Azulenyl Triflates", Org. Lett. , 3 (7): 1081– 1084, doi : 10.1021/ol0156897 , PMID 11277800
- Danheiser, RL; Crombie, AL; Kane, JLJ; Shea, KM (2004), "กลยุทธ์การขยายวงแหวน-การสร้างวงแหวนสำหรับการสังเคราะห์อะซูลีนและโอลิโกอะซูลีนที่ถูกแทนที่ 2. การสังเคราะห์อะซูลีนิลเฮไลด์ ซัลโฟเนต และสารประกอบอะซูลีนิลโลหะ และการประยุกต์ใช้ในปฏิกิริยาการเชื่อมต่อที่เร่งด้วยโลหะทรานซิชัน", J. Org. Chem. , 69 (25): 8652– 8667, doi : 10.1021/jo048698c , PMID 15575741
- Wudl, F.; Gonzalez, R.; Hummelen, JC (1995), "การไอโซเมอไรเซชันด้วยกรดและแสงเฉพาะของฟูลเลอรอยด์ที่แข็งแรงไปเป็นเมทาโนฟูลเลอรีน", J. Org. Chem. , 60 (8): 2618– 2620, doi : 10.1021/jo00113a049
- Wudl, F.; Hummelen, JC; Knight, BW; LePeq, F. (1995), "การเตรียมและลักษณะเฉพาะของอนุพันธ์ฟูลเลอรอยด์และเมทาโนฟูลเลอรีน", J. Org. Chem. , 60 (3): 532– 538, doi : 10.1021/jo00108a012