توسيع حلقة بوخنر

يُعدّ توسيع حلقة بوخنر تفاعلًا عضويًا ثنائي الخطوات لتكوين رابطة كربون -كربون ، ويُستخدم للوصول إلى حلقات سباعية . تتضمن الخطوة الأولى تكوين كاربين من إيثيل ديازواسيتات ، الذي يُجري عملية سيكلوبروبان على حلقة عطرية . يحدث توسيع الحلقة في الخطوة الثانية، من خلال تفاعل إلكتروسيكلي يفتح حلقة السيكلوبروبان لتكوين الحلقة السباعية. ^{[ 1 ]} وعلوم المواد (مشتقات الفوليرين).

تاريخ

استُخدم تفاعل بوخنر لتوسيع الحلقة لأول مرة عام 1885 على يد إدوارد بوخنر وثيودور كورتيوس ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} ، حيث حضّرا كاربينًا من إيثيل ديازواسيتات لإضافته إلى البنزين باستخدام كلٍّ من المسارين الحراري والضوئي في تخليق مشتقات سيكلوهيبتاتريين . وكان الناتج خليطًا من أربعة أحماض كربوكسيلية متماثلة . وتنشأ الاختلافات في التفاعل من طرق تحضير الكاربين. وقد أدت التطورات في الكيمياء العضوية الفلزية إلى زيادة انتقائية مشتقات سيكلوهيبتاتريين. وفي ثمانينيات القرن العشرين، وُجد أن محفزات ثنائي الروديوم تُنتج متصاوغات سيكلوبروبان أحادية بنسبة عالية. ^{[ 4 ]}

استخدم بوخنر في أول عملية تخليق لمشتقات سيكلوهيبتاتريين عام 1885 التحليل الضوئي والظروف الحرارية لتوليد الكاربين. يتوفر في كتاب " التخليق العضوي " ^{[ 5 ]} إجراء لتحضير المادة الأولية الخطرة اللازمة لتوليد الكاربين في تفاعل بوخنر، وهي إيثيل ديازواسيتات . وقد أدرج سيرل في الإجراء المذكور تعليمات تحذيرية نظرًا لطبيعة إسترات الديازواسيتات شديدة الانفجار.

ركزت جهود تصنيع الكاربين في ستينيات القرن الماضي على استخدام محفزات النحاس في تفاعل السيكلوبروبان الانتقائي فراغيًا . ^{[ 6 ]} وفي ثمانينيات القرن الماضي، استُخدمت محفزات ثنائي الروديوم لتوليد الكاربينويد اللازم لتفاعل السيكلوبروبان. وقد ساهم ظهور الكيمياء المعدنية في تحسين انتقائية نسب نواتج مشتقات السيكلوهيكساتريين من خلال اختيار الرابطة المناسبة على محفز الكاربينويد. ^{[ 7 ]}

الآلية

الخطوة 1

تبدأ آلية تفاعل توسيع حلقة بوخنر بتكوين الكاربين من إيثيل ديازواسيتات المتولدة في البداية من خلال التفاعلات الكيميائية الضوئية أو الحرارية مع طرد النيتروجين.

يتحد الكاربين المتولد مع إحدى الروابط المزدوجة للبنزين لتشكيل حلقة السيكلوبروبان.

يُتيح ظهور الكواشف المحفزة بالمعادن الانتقالية طرقًا بديلة انتقائية فراغيًا لتكوين السيكلوبروبان. تشمل المعادن المختارة النحاس والروديوم والروثينيوم مع مجموعة متنوعة من الروابط. ^{[ 6 ]} يقلل استخدام محفزات الروديوم في تفاعل بوخنر لتوليد الكاربين من عدد النواتج عن طريق إنتاج إسترات السيكلوهيبتاتريينيل الحركية بشكل أساسي. ^{[ 7 ]} تُعد مخاليط نواتج تفاعلات بوخنر الناتجة عن محفزات الروديوم الحرارية أقل تعقيدًا. درس وايت وآخرون الانتقائية الموضعية لتفاعل بوخنر الحراري باستخدام Rh2 ₍ O2CCF3 ₎ 4 _، وأثبتوا أن الخاصية المحبة للإلكترونات لكاربين الروديوم تُفضل التفاعل عند روابط π الأكثر _محبةللنواة في الحلقة العطرية. ^[⁸^]

اقترح ييتس ^[¹⁰^] في عام 1952 دورة التحفيز بالكاربين المقبولة ^{[ 9 ].} في البداية، يُضاف مركب الديازو تأكسديًا إلى معقد الرابطة المعدنية. بعد طرد النيتروجين، يتولد كاربين المعدن ويتفاعل مع مادة عطرية غنية بالإلكترونات لإعادة توليد المحفز المعدني اختزاليًا، مُكملاً بذلك دورة التحفيز.

الخطوة الثانية

تتضمن الخطوة الثانية من تفاعل بوخنر توسيعًا حلقيًا متناسقًا محيطيًا . وبناءً على قواعد وودوارد-هوفمان ، فإن الفتح الحلقي الكهربائي لمشتقات النوركارادين هو عملية غير دورانية بستة إلكترونات (π 4 _s + σ 2 _s )، ومسموح بها حراريًا.

تمت دراسة توازن النوركارادين-سيكلوهيبتاتريين على نطاق واسع. ^{[ 11 ]} يعتمد موضع التوازن على التأثيرات الفراغية والإلكترونية والتشكيلية . نظرًا للإجهاد التشكيلي في حلقة السيكلوبروبان للنوركارادين، يميل التوازن نحو السيكلوهيبتاتريين. يمكن إزاحة التوازن نحو النوركارادين عن طريق زعزعة استقرار السيكلوهيبتاتريين باستبدال ضخم (مجموعات كبيرة ذات إعاقة فراغية، مثل مجموعة ثالثي بوتيل) عند الموضعين C1 وC6.

يمكن تغيير التوازن عن طريق تغيير الاستبدال في C7. تفضل المجموعات المانحة للإلكترونات (EDG) النوركارادين، بينما تفضل المجموعات الساحبة للإلكترونات (EWG) السيكلوهيبتاتريين.

يمكن فهم التماكب التوتوميري بين النوركاديين والسيكلوهيبتاتريين استنادًا إلى مدارات والش الجزيئية لحلقة السيكلوبروبان في النوركاديين. ويمكن تفسير استقرار مدارات والش إلكترونيًا ^{[ 11 ]} لكل من المجموعات الساحبة والمانحة للإلكترونات عند ذرة الكربون C7. تتداخل المدارات الجزيئية للمجموعات الساحبة للإلكترونات عند C7 مع مدارات والش HOMO لحلقة السيكلوبروبان، مما يؤدي إلى تقصير الرابطة C1-C6. أما في حالة المجموعات المانحة للإلكترونات، فيصبح التداخل المداري ممكنًا مرة أخرى في مدار LUMO، مما ينتج عنه زيادة في خاصية الترابط المضاد ، وبالتالي زعزعة استقرار متماكب النوركاديين. ويمكن التحكم في موضع التوازن اعتمادًا على بدائل الكاربين.

تفاعل بوخنر في الكيمياء الطبية

تم استخدام طريقة توسيع حلقة بوخنر لتوليد مشتقات سبيرو من البنسلين. ^{[ 12 ]}

يُتيح توليد الكاربينويد داخل الجزيء الحصول على أزولينات مُستبدلة من خلال توسيع الحلقة من نوع بوخنر. وقد تم تصنيع دواء إيغوالين (KT1-32) المضاد للقرحة باستخدام استراتيجية توسيع الحلقة وتكوين الحلقة هذه مع محفز الروديوم (Rh2 ₍ OCOt-Bu) ₄ ) في الإيثر.

ركائز الفوليرين

استُخدمت طريقة توسيع حلقة بوخنر لإنتاج مشتقات البكمينستر فوليرين ، التي كان يُعتقد سابقًا أنها ذات صلة بالخلايا الكهروضوئية. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

القيود

تتضمن عيوب هذا التفاعل حدوث تفاعلات جانبية لجزيء الكاربين. لذا، يجب مراعاة اختيار المذيب المناسب للتفاعل. فبالإضافة إلى إمكانية حدوث تفاعلات إدخال رابطة الكربون-الهيدروجين ، يُمكن أيضًا حدوث إدخال رابطة الكربون-الهالوجين في الكاربين عند استخدام ثنائي كلورو الميثان كمذيب. ^{[ 15 ]}

يُعدّ التحكم في الانتقائية الموضعية أثناء إضافة الكاربين ضروريًا لتجنب النواتج الجانبية الناتجة عن متصاوغات سيكلوهيبتاتريين المترافقة . استخدم نويلز وزملاؤه محفزات الروديوم (II) لتوليد الكاربين في ظروف تفاعل معتدلة (درجة حرارة الغرفة) للحصول بشكل انتقائي موضعيًا على متصاوغ سيكلوهيبتاتريين الحركي غير المترافق. ^{[ 4 ]}^{[ 1 ]}^{[ 16 ]}

انظر أيضاً

مراجع

1 2 ريسمان، إس إي؛ ناني، آر آر؛ ليفين، إس. (2011)، "بوخنر وما بعده: تفاعل إضافة البروبان الحلقي إلى الأرينات وتطبيقه على التخليق الكلي للمنتجات الطبيعية" (ملف PDF) ، سينليت ، 7 (17): 2437-2442 ، doi : 10.1055/s-0031-1289520
^ بوخنر، إي. كورتيوس، ت. (1885)، "Ueber die Einwirkung von Diazoessigather auf Aromatisch Kohlenwasserstoffe" ، بير. دتش. الكيمياء. جيز. ، 18 (2): 2377–2379 ، دوى : 10.1002/cber.188501802119
↑ بوخنر، إي.؛ كورتيوس، تي. (1885)، "تخليق إسترات بيتا-كيتو من الألدهيدات وحمض الديازواسيتيك." ، مجلة الجمعية الكيميائية الألمانية ، 18 (2): 2371-2377 ، doi : 10.1002/cber.188501802118
1 2 هوبرت، أ. ج.؛ نويلز، أ. ف.؛ أنسيو، أ. ج.؛ وارين، ر.؛ تيسي، ب. (1981)، "تفاعلات مركبات الديازو المحفزة بالمعادن الانتقالية. 2. الإضافة إلى الجزيئات العطرية: تحفيز تخليق بوخنر للسيكلوهيبتاتريينات" (PDF) ، مجلة الكيمياء العضوية ، 46 (5): 873-876 ، doi : 10.1021/jo00318a010 ، hdl : 2268/237697
↑ سيرل، ن. إي. (1956)، "إيثيل ديازواسيتات"، التخليق العضوي ، 36 : 25، doi : 10.15227/orgsyn.036.0025
1 2 ليبل، هـ؛ ماركو، J .؛ مولينارو، سي. Charette، A. (2003)، “تفاعلات Cyclopropanation الانتقائية المجسمة”، الكيمياء. القس , 103 (4): 977-1050 ، دوى : 10.1021 / cr010007e ، PMID 12683775
1 2 ماكيرفي، أ.؛ يي، ت. (1994)، "التخليق العضوي باستخدام مركبات ألفا-ديازوكربونيل"، مجلة الكيمياء ، 94 (4): 1091-1160 ، doi : 10.1021/cr00028a010
↑ وايت، إي إي؛ غالاوي، دبليو آر جيه دي؛ وسبرينغ، دي آر (2011)، "الانتقائية الموضعية في تفاعلات بوخنر الحرارية المحفزة بالروديوم (II) لهاليدات الأريل المستبدلة: دراسات نحو تخليق سيكلوهيبتاتريينات مستبدلة بالهاليد"، سينليت ، 2011 (10): 1449-1453 ، doi : 10.1055/s-0030-1260562
↑ بيرونغ، إم سي؛ ليو، إتش؛ مورهيد، جيه؛ أندرو تي (2002)، "إنزيمات الروديوم الكيميائية: حركية ميكايليس-مينتين في تفاعلات الكاربينويد المحفزة بكربوكسيلات ثنائي الروديوم (II)"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 124 (6): 1014-1023 ، doi : 10.1021/ja011599l ، PMID 11829610
↑ ييتس، ب. (1952)، "التحلل المحفز بالنحاس للديازوكيتونات"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 74 (21): 5376-5381 ، رمز Bibcode : 1952JAChS..74.5376Y ، doi : 10.1021/ja01141a047
1 2 ماغواير، أ.ر.؛ ماكنمارا، أ.أ. (2011)، "توازن نوركارادين سيكلوهيبتاتريين"، تيتراهيدرون ، 67 : 9-40 ، doi : 10.1016/j.tet.2010.10.030
↑ ماتلين، إس. أ.؛ تشان، ل. (1981)، "مشتقات حلزونية جديدة من البنسلين"، رسائل رباعي السطوح ، 22 (40): 4025-4028 ، doi : 10.1016/S0040-4039(01)82055-4
↑ براتو، م. (1997)، "[60] كيمياء الفوليرين لتطبيقات علم المواد"، مجلة كيمياء المواد ، 7 (7): 1097-1109 ، doi : 10.1039/A700080D
↑ يو، جي.؛ غاو، جيه.؛ هوميلين، جيه سي؛ وودل، إف.؛ هيغر، إيه جيه (1995)، "الخلايا الكهروضوئية البوليمرية: كفاءات محسّنة عبر شبكة من الوصلات غير المتجانسة الداخلية بين المانح والمستقبل"، مجلة ساينس ، 270 (5243): 1789-1791 ، Bibcode : 1995Sci...270.1789Y ، CiteSeerX 10.1.1.320.7494 ، doi : 10.1126/science.270.5243.1789 ، S2CID 135489167 ، ProQuest 213566279
↑ لوفلي، سي جيه؛ براونينغ، آر جي؛ باداريناراي، في؛ راسيكا دياس، إتش في (2005)، "تفاعل بوخنر المحفز بالفضة"، رسائل رباعي السطوح ، 46 (14): 2453-2455 ، doi : 10.1016/j.tetlet.2005.02.052
↑ دورينغ، دبليو. فون إي.؛ لابير، جي.؛ فوندرفال، آر.؛ تشامبرلين، إن إف؛ ويليامز، آر بي (1956)، "بنية أحماض بوخنر"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 78 (20): 5448، رمز Bibcode : 1956JAChS..78.5448V ، doi : 10.1021/ja01601a080

للمزيد من القراءة

ماندر، إل إن؛ فراي، بي؛ ويلز، إيه بي؛ روجرز، دي إتش (1998)، "تخليق مركبي التروبون ثنائي التربين غير العاديين هاينانوليدول وهارينغتونوليد"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 120 (8): 1914-1915 ، رمز Bibcode : 1998JAChS.120.1914F ، doi : 10.1021/ja9738081
دانهايزر، آر إل ؛ كين، جيه إل؛ شيا، كيه إم؛ كرومبي، إيه إل (2001)، "استراتيجية توسيع الحلقة - التكوين الحلقي لتخليق الأزولينات المستبدلة. تحضير وتفاعلات اقتران سوزوكي لـ 1-أزولينيل تريفلات"، رسائل عضوية ، 3 (7): 1081-1084 ، doi : 10.1021/ol0156897 ، PMID 11277800
دانهايزر، آر إل؛ كرومبي، إيه إل؛ كين، جيه إل جيه؛ شيا، كيه إم (2004)، "استراتيجية توسيع الحلقة وتكوين الحلقات لتخليق الأزولينات والأوليغوأزولينات المستبدلة. 2. تخليق هاليدات الأزولينيل، والسلفونات، ومركبات الأزولينيل المعدنية وتطبيقها في تفاعلات الاقتران بوساطة المعادن الانتقالية"، مجلة الكيمياء العضوية ، 69 (25): 8652-8667 ، doi : 10.1021/jo048698c ، PMID 15575741
وودل، ف.؛ غونزاليس، ر.؛ هوميلين، ج. س. (1995)، "التحويل المتماثل المحدد المحفز حمضيًا والكيميائي الضوئي لفوليرويد قوي إلى ميثانوفوليرين"، مجلة الكيمياء العضوية ، 60 (8): 2618-2620 ، doi : 10.1021/jo00113a049
وودل، ف.؛ هوميلين، ج.س.؛ نايت، ب.و.؛ ليبيك، ف. (1995)، "تحضير وتوصيف مشتقات الفوليرويد والميثانوفوليرين"، مجلة الكيمياء العضوية ، 60 (3): 532-538 ، doi : 10.1021/jo00108a012

[Reisman-1] 1 2 ريسمان، إس إي؛ ناني، آر آر؛ ليفين، إس. (2011)، "بوخنر وما بعده: تفاعل إضافة البروبان الحلقي إلى الأرينات وتطبيقه على التخليق الكلي للمنتجات الطبيعية" (ملف PDF) ، سينليت ، 7 (17): 2437-2442 ، doi : 10.1055/s-0031-1289520

[Buchner1-2] بوخنر، إي. كورتيوس، ت. (1885)، "Ueber die Einwirkung von Diazoessigather auf Aromatisch Kohlenwasserstoffe" ، بير. دتش. الكيمياء. جيز. ، 18 (2): 2377–2379 ، دوى : 10.1002/cber.188501802119

[Buchner2-3] بوخنر، إي.؛ كورتيوس، تي. (1885)، "تخليق إسترات بيتا-كيتو من الألدهيدات وحمض الديازواسيتيك." ، مجلة الجمعية الكيميائية الألمانية ، 18 (2): 2371-2377 ، doi : 10.1002/cber.188501802118

[dirhodium-4] 1 2 هوبرت، أ. ج.؛ نويلز، أ. ف.؛ أنسيو، أ. ج.؛ وارين، ر.؛ تيسي، ب. (1981)، "تفاعلات مركبات الديازو المحفزة بالمعادن الانتقالية. 2. الإضافة إلى الجزيئات العطرية: تحفيز تخليق بوخنر للسيكلوهيبتاتريينات" (PDF) ، مجلة الكيمياء العضوية ، 46 (5): 873-876 ، doi : 10.1021/jo00318a010 ، hdl : 2268/237697

[Searle-5] سيرل، ن. إي. (1956)، "إيثيل ديازواسيتات"، التخليق العضوي ، 36 : 25، doi : 10.15227/orgsyn.036.0025

[Lebel-6] 1 2 ليبل، هـ؛ ماركو، J .؛ مولينارو، سي. Charette، A. (2003)، “تفاعلات Cyclopropanation الانتقائية المجسمة”، الكيمياء. القس , 103 (4): 977-1050 ، دوى : 10.1021 / cr010007e ، PMID 12683775

[McKervey-7] 1 2 ماكيرفي، أ.؛ يي، ت. (1994)، "التخليق العضوي باستخدام مركبات ألفا-ديازوكربونيل"، مجلة الكيمياء ، 94 (4): 1091-1160 ، doi : 10.1021/cr00028a010

[Wyatt-8] وايت، إي إي؛ غالاوي، دبليو آر جيه دي؛ وسبرينغ، دي آر (2011)، "الانتقائية الموضعية في تفاعلات بوخنر الحرارية المحفزة بالروديوم (II) لهاليدات الأريل المستبدلة: دراسات نحو تخليق سيكلوهيبتاتريينات مستبدلة بالهاليد"، سينليت ، 2011 (10): 1449-1453 ، doi : 10.1055/s-0030-1260562

[Yates-9] بيرونغ، إم سي؛ ليو، إتش؛ مورهيد، جيه؛ أندرو تي (2002)، "إنزيمات الروديوم الكيميائية: حركية ميكايليس-مينتين في تفاعلات الكاربينويد المحفزة بكربوكسيلات ثنائي الروديوم (II)"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 124 (6): 1014-1023 ، doi : 10.1021/ja011599l ، PMID 11829610

[NAME_HERE-10] ييتس، ب. (1952)، "التحلل المحفز بالنحاس للديازوكيتونات"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 74 (21): 5376-5381 ، رمز Bibcode : 1952JAChS..74.5376Y ، doi : 10.1021/ja01141a047

[Maguire-11] 1 2 ماغواير، أ.ر.؛ ماكنمارا، أ.أ. (2011)، "توازن نوركارادين سيكلوهيبتاتريين"، تيتراهيدرون ، 67 : 9-40 ، doi : 10.1016/j.tet.2010.10.030

[Matlin-12] ماتلين، إس. أ.؛ تشان، ل. (1981)، "مشتقات حلزونية جديدة من البنسلين"، رسائل رباعي السطوح ، 22 (40): 4025-4028 ، doi : 10.1016/S0040-4039(01)82055-4

[Prato-13] براتو، م. (1997)، "[60] كيمياء الفوليرين لتطبيقات علم المواد"، مجلة كيمياء المواد ، 7 (7): 1097-1109 ، doi : 10.1039/A700080D

[Yu-14] يو، جي.؛ غاو، جيه.؛ هوميلين، جيه سي؛ وودل، إف.؛ هيغر، إيه جيه (1995)، "الخلايا الكهروضوئية البوليمرية: كفاءات محسّنة عبر شبكة من الوصلات غير المتجانسة الداخلية بين المانح والمستقبل"، مجلة ساينس ، 270 (5243): 1789-1791 ، Bibcode : 1995Sci...270.1789Y ، CiteSeerX 10.1.1.320.7494 ، doi : 10.1126/science.270.5243.1789 ، S2CID 135489167 ، ProQuest 213566279

[Lovely-15] لوفلي، سي جيه؛ براونينغ، آر جي؛ باداريناراي، في؛ راسيكا دياس، إتش في (2005)، "تفاعل بوخنر المحفز بالفضة"، رسائل رباعي السطوح ، 46 (14): 2453-2455 ، doi : 10.1016/j.tetlet.2005.02.052

[Doering-16] دورينغ، دبليو. فون إي.؛ لابير، جي.؛ فوندرفال، آر.؛ تشامبرلين، إن إف؛ ويليامز، آر بي (1956)، "بنية أحماض بوخنر"، مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 78 (20): 5448، رمز Bibcode : 1956JAChS..78.5448V ، doi : 10.1021/ja01601a080

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[

[

[ 9 ].

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗