(4+3) إضافة حلقية

الموسوعة الحرة

تُعرف إضافة (4+3) الحلقية [ 1 ] بأنها إضافة حلقية بين نظام π رباعي الذرات ونظام π ثلاثي الذرات لتكوين حلقة سباعية . تُستخدم كاتيونات الأليل أو الأوكسي أليل (بروبينيليوم-2-أولات) عادةً كنظام π ثلاثي الذرات، بينما يلعب ثنائي الإين (مثل البيوتادين ) دور النظام π رباعي الذرات. وتُعد هذه الطريقة من الطرق التركيبية القليلة المتاحة لتكوين حلقات سباعية الذرات بانتقائية فراغية عالية وبمردود مرتفع. [ 2 ]

مقدمة

يُعد تفاعل الإضافة الحلقية (4+3) المسموح به تناظريًا طريقةً جذابةً لتكوين الحلقات السباعية التي يصعب الوصول إليها تاريخيًا. يمكن أن تتفاعل الديانات المتعادلة وأنظمة الأليل الكاتيونية (وأكثرها شيوعًا كاتيونات الأوكسي أليل) بطريقة متناسقة أو متدرجة لتكوين حلقات سباعية. وقد استُخدم عدد من الديانات في هذا التفاعل، على الرغم من أن الديانات الحلقية الغنية بالإلكترونات، مثل تلك الموجودة في أنظمة حلقات السيكلوبنتاديين والفيوران، تُعد أفضل أنظمة 4π لهذه العملية. كما أن المتغيرات داخل الجزيء فعالة أيضًا. [ 3 ]

(1)

وقد ركزت التطورات الحديثة على توسيع نطاق عمليات الإضافة الحلقية الانتقائية للإنانتوميرات (4+3) ومجموعة الظروف المتاحة لتوليد وسيط كاتيون الأوكسيليل الرئيسي (بروبينيليوم-2-أولات).

الآلية والكيمياء الفراغية

الآلية السائدة

يمكن توليد كاتيونات الأوكسيليل (بروبينيليومولات) في ظروف اختزالية أو قاعدية معتدلة أو ضوئية. يُعد اختزال كيتونات α،α'-ثنائي الهالوجين طريقة شائعة جدًا لتوليد كاتيونات الأوكسيليل المتناظرة. [ 4 ] بعد تكوين إينولات الفلز، يؤدي تفكك الهاليد إلى توليد وسيط أوكسيليل موجب الشحنة. يتفاعل هذا المكون 2π الفقير بالإلكترونات مع ثنائيات غنية بالإلكترونات لإنتاج سيكلوهيبتينونات. تتفوق الثنائيات الحلقية على الثنائيات غير الحلقية المقابلة لها، لأنه لكي تتفاعل، يجب أن يكون الثنائي في هيئة s -cis في وجود كاتيون الأوكسيليل قصير العمر - بينما تبقى الثنائيات الحلقية محصورة في هذه الهيئة التفاعلية.

(2)

عادةً ما تكون البدائل في الموضعين 1 و3 ضرورية لتثبيت كاتيون الأوكسيليل ومنع تحوّله إلى سيكلوبروبانونات وأكاسيد الألين. [ 4 ] في معظم الحالات، يُستخدم فائض من الدايين لمنع تحوّل كاتيون الأوكسيليل الوسيط. كما أن زيادة الطابع التساهمي لرابطة المعدن-الأكسجين (على سبيل المثال، باستخدام عوامل اختزال كربونيل الحديد بدلاً من الصوديوم) تُثبّت كاتيون الأوكسيليل، مما يؤدي إلى تفاعلات أنقى. تميل كاتيونات الأليل ذات الكهرومغناطيسية القوية إلى إعطاء نواتج الاستبدال الكهرومغناطيسي بدلاً من الإضافة الحلقية. [ 5 ]

قد يكون تفاعل الإضافة الحلقية متزامنًا أو متدرجًا، وذلك تبعًا لطبيعة وسيط الأوكسيليل وظروف التفاعل. [ 6 ] عادةً ما تُظهر التفاعلات المتزامنة التي تحدث في ظل ظروف اختزالية انتقائية موضعية منخفضة نظرًا للتحكم غير الانتقائي نوعًا ما في المدارات الحدية؛ ومع ذلك، فإن التفاعلات المتدرجة (أو على الأقل غير المتزامنة) في ظل ظروف قاعدية تُظهر انتقائية موضعية متوسطة (تُعزى إلى التكوين الأولي لرابطة بين الأطراف الأقل إعاقة فراغية لأنظمة باي).

الكيمياء الفراغية

لا يُعدّ التحكم الفراغي في تفاعل الإضافة الحلقية (4+3) دقيقًا كما هو الحال في تفاعل ديلز-ألدر ، لأن الأول غالبًا ما يسير عبر مسارات قطبية متدرجة. حتى عندما يكون التفاعل متزامنًا، قد تنشأ تعقيدات بسبب الديناميكيات التشكيلية في مكون الأوكسيليل، الذي يمكن أن يوجد في أشكال "W" أو "U" أو "المنجل". ومع ذلك، فإن الشكل "W" هو السائد عمومًا. ومع ذلك، توجد حالتان انتقاليتان مختلفتان فراغيًا: حالة انتقالية "ممتدة" تشبه الكرسي تؤدي إلى علاقة سيس بين ذرة الجسر ومجموعات الأوكسيليل البديلة، وحالة انتقالية "مضغوطة" تشبه القارب تؤدي إلى علاقة ترانس.

(3)

يعتمد اختيار الحالة الانتقالية المفضلة على كلٍّ من المتفاعلين 4π و2π. تميل تفاعلات الديانات الحلقية إلى تفضيل الحالة الانتقالية المدمجة على الحالة الانتقالية الممتدة (وهذا ينطبق بشكل خاص على الفيوران ). إضافةً إلى ذلك، ترتبط قوة جذب الإلكترونات لأيون الأوكسيليل بتفضيل الحالة الانتقالية الممتدة؛ فالكاتيونات الأكثر جاذبية للإلكترونات (التي تمتلك روابط تساهمية أكثر بين المعدن والأكسجين) تميل إلى تفضيل الحالة الانتقالية الممتدة، بينما تُفضِّل الكاتيونات الأقل جاذبية للإلكترونات الحالة الانتقالية المدمجة. [ 7 ]

النطاق والقيود

يُعد اختزال كيتونات α،α'-ثنائي الهالوجين طريقة فعالة لتوليد كاتيونات الأوكسيليل لتفاعلات الإضافة الحلقية. تشمل عوامل الاختزال المستخدمة برونز النحاس، [ 8 ] ومركبات كربونيل الحديد، [ 7 ] والنحاس/الزنك . [ 9 ] وكما ذُكر سابقًا، تُفضّل عمومًا النواتج التي تُظهر كيمياء فراغية متقابلة بين ذرة الربط ومجموعات الأوكسيليل البديلة (الناتجة عن حالة الانتقال المدمجة).

(4)

يمكن أيضًا تحويل كيتونات ألفا-هالو التي تحتوي على ذرات هيدروجين في الموضع ألفا' إلى كاتيونات أوكسيليل في ظل ظروف قاعدية. يتطلب هذا عادةً وسطًا شديد القطبية، وقد يكون استخدام حمض لويس محب للملوحة (مثل أيون الفضة Ag + ) ضروريًا في بعض الأحيان. [ 10 ]

(5)

تؤدي الطرق الكيميائية الضوئية لتكوين كاتيونات الأوكسيليل عمومًا إلى تكوين رابطة تساهمية جديدة قبل حدوث تفاعل الإضافة الحلقية نفسه. وبالتالي، قد تؤدي هذه التفاعلات إلى تكوين ثلاث روابط كربون-كربون جديدة في عملية واحدة. [ 11 ]

(6)

تُعدّ تفاعلات الإضافة الحلقية داخل الجزيء (4+3) ممكنة أيضاً، وغالباً ما تؤدي إلى بنى جسرية مثيرة للاهتمام يصعب الوصول إليها بطرق أخرى. على سبيل المثال، يحتوي المنتج أدناه على كيتون جسري نادر من نوع ترانس . [ 12 ]

(7)

تطبيقات اصطناعية

يوضح تركيب لاكتون بريلوغ-دييراسي كيف يمكن استخدام المراكز الفراغية التي تتشكل أثناء عملية التكوير الحلقي (4+3) لاحقًا للتحكم في الكيمياء الفراغية. [ 13 ] يمكن فتح نواتج أوكسابيسيكلو[3.2.1]أوكتان الناتجة عن تفاعلات الإضافة الحلقية التي تتضمن الفيوران باستخدام طرق متنوعة. [ 14 ]

(8)

مقارنة مع طرق أخرى

بالمقارنة مع تفاعلات الإضافة الحلقية التي تُشكّل حلقات خماسية وسداسية، فإن تفاعلات الإضافة الحلقية التي تُشكّل حلقات سباعية نادرة نسبيًا. تُشكّل الطرق التقليدية لتكوين الحلقات من المركبات الخطية الأولية عبر تكوين رابطة كربون-كربون واحدة (مثل تفاعل برينس ، [ 15 ] الموضح أدناه) حلقات سباعية بكفاءة في بعض الحالات.

تُعد تفاعلات الإضافة الحلقية (5+2) المحفزة بالمعادن الانتقالية لمركبات فينيل سيكلوبروبان مع وحدات 2π مفيدة أيضًا لتكوين حلقات سباعية الأعضاء. [ 16 ]

الظروف والإجراءات التجريبية

الظروف النموذجية

يمكن عمومًا إجراء تفاعلات الإضافة الحلقية في ظل ظروف اختزالية باستخدام عوامل اختزال متوفرة تجاريًا، مع أن بعض عوامل الاختزال تتطلب تحضيرًا خاصًا. ينبغي إجراء التفاعلات الاختزالية التي تستخدم معقدات كربونيل الحديد في خزانة تهوية جيدة، نظرًا لاحتمالية انطلاق أول أكسيد الكربون الحر . تختلف الظروف المثلى لتفاعلات الإضافة الحلقية المحفزة بالقواعد نوعًا ما، مع أن الأوساط القطبية تميل إلى إعطاء نواتج أعلى - فالمذيبات المفلورة أكثر فعالية من نظيراتها غير المفلورة، وقواعد الألكوكسيد أو الأمين تعمل بشكل أفضل من غيرها.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الصفحة الرئيسية لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، https://www.qmul.ac.uk/sbcs/iupac/gtpoc/CoCy.html#39 .
  2. ↑ ريغبي، جيه إتش؛ بيج، إف سي . التفاعلات العضوية. 1997 ، 51 ، 351. doi : 10.1002/0471264180.or051.03
  3. ↑ هارماتا، م.؛ إلاماد، س.؛ بارنز، سي إل . رسائل رباعي السطوح 1995 ، 36 ، 1397.
  4. 1 2 بينغهام، آر سي؛ ديوار، MJS. لو، DH J. صباحا. الكيمياء. شركة نفط الجنوب. 1975 ، 97 ، 1302.
  5. ↑ هينينغ، ر.؛ هوفمان، إتش إم آر تيتراهيدرون ليت. 1982 ، 23 ، 2305.
  6. ↑ هيل، إيه إي؛ هوفمان، إتش إم آر جيه. أم. كيم. سوس. 1974 ، 96 ، 4597.
  7. 1 2 هوفمان، إتش إم آر أنجيو. كيم. إنت. إد. إنجل. 1984 ، 23 ، 1.
  8. ^ تاكايا، هـ. ماكينو، س.؛ هاياكاوا، Y.؛ نويوري، آر جي آم. الكيمياء. شركة نفط الجنوب. 1978 ، 100 ، 1765.
  9. ↑ Giguere, RJ; Rawson, DI; Hoffmann, HMR Synthesis 1978 , 902.
  10. ↑ مان، ج.؛ وايلد، ب.د.؛ فينش، م.و. ج. كيم. سوس.، كيم. كومون. 1985 ، 1543.
  11. ^ الغرب، FG. هارتك كارجر، C .؛ كوخ، دي جي؛ كوهن، CE؛ عارف، AM J. Org. الكيمياء. 1993 , 58 , 6795.
  12. ^ هارماتا، م. العمري، س.؛ بارنز، CL J. صباحا. الكيمياء. شركة نفط الجنوب. 1996 , 118 , 2860.
  13. ↑ وايت، جيه دي؛ فوكوياما، واي. جيه. أم. كيم. سوس. 1979 ، 101 ، 226.
  14. ↑ ساتو، تي.؛ واتانابي، إم.؛ نويوري، آر. رسائل رباعي السطوح 1978 ، 4403.
  15. ↑ ميهتا، جوفردان؛ كريشنامورثي، ناتشاراجو؛ كارا، سرينيفاس راو (1991). "من التربينويدات إلى التربينويدات: بناء انتقائي فراغي لأنظمة ثنائية الحلقة مندمجة 5،6، و5،7، و5،8. تطبيق على التخليق الكلي لسيسكويتربينات إيزوداوكين ودايتربينات دولاستان". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 113 (15): 5765-5775 . Bibcode : 1991JAChS.113.5765M . doi : 10.1021/ja00015a034 .
  16. ↑ ويندر، بول أ.؛ تاكاهاشي، هيساشي؛ ويتولسكي، برنارد (1995). "تفاعلات الإضافة الحلقية [5 + 2] المحفزة بالمعادن الانتقالية للفينيل سيكلوبروبان والألكاينات: نظير لتفاعل ديلز-ألدر لتخليق الحلقات السباعية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 117 (16): 4720-4721 . Bibcode : 1995JAChS.117.4720W . doi : 10.1021/ja00121a036 .