Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

..pdf
Скачиваний:
1798
Добавлен:
02.10.2020
Размер:
2.7 Mб
Скачать

22.4. Реакции

151

Поскольку кислотность нитросоединений очень высока, для их реакций рекомендуют только низкоосновные катализаторы.

В случае ароматических альдегидов (как и в их перекрестных конденсациях с различными карбонильными соединениями) промежуточное гидрокси(нитро)соединение выделить не удается, а реакция завершается образованием ненасыщенного нитросоединения:

 

 

 

 

 

O н-C H NH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

NO2 +

 

C

4

9

2

 

 

CH

 

CH

 

NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нитрометан

бензальдегид

 

 

β-нитростирол

Реакцией нитрометиларенов, аналогичной реакции Анри, является конденсация тринитротолуола с бензальдегидом в присутствии вторичного амина как основания:

 

NO2

 

 

 

 

NO2

 

 

CH3

 

CHO

R2NH

 

 

 

 

 

+

 

 

 

O2N

 

NO2

 

 

O2N

 

NO2

 

 

 

 

 

2,4,6-тринитротолуол

бензальдегид

 

2,4,6-тринитростильбен

СН-кислотность метильной группы в тринитротолуоле резко повышена за счет трех нитрогрупп, связанных с бензольным кольцом.

Задача 22.2. Завершите следующую реакцию и предложите ее механизм.

CHO

C4H9NH2 (кат.)

+ CH3CH2NO2

CH3

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ

Нитрометан CH3NO2 получают парофазным нитрованием пропана. Бесцветная жидкость, т. кип. 101,2 °С, мало растворим в воде (9,5% при 20 °С), смешивается с органическими растворителями. Применяют в производстве хлорпикрина CCl3NO2, нитроспиртов; в качестве топлива для ракетных двигателей; в качестве растворителя

и экстрагента. Огне- и взрывоопасен. ПДК 30 мг/м3.

Нитробензол C6H5NO2 получают нитрованием бензола нитрующей смесью. Зелено-жел- тая жидкость, т. кип. 210,8 °С, мало растворим в воде (0,19%), смешивается с органическими растворителями. Применяют в производстве анилина, хинолина; в качестве растворителя; в качестве компонента полировочных составов для металлов. Т. самовоспл. 482 °С.

152

Для углубленного изучения

2,4,6-Тринитротолуол (тротил) CH3C6H2(NO2)3 получают нитрованием толуола. Желтые кристаллы, т. пл. 80,8 °С; почти нерастворим в воде (0,013%), растворяется в бензоле, ацетоне. Применяют в качестве бризантного (вторичного) взрывчатого вещества для снаряжения боеприпасов и для мирных взрывных работ (строительство, разра-

ботка месторождений полезных ископаемых).

Пикриновая кислота (2,4,6-тринитрофенол) C6H2(NO2)3ОН получают нитрованием фенола. Желтые кристаллы, т. пл. 122–122,5 °С, растворима в воде (1,22%), этаноле (4,91%), диэтиловом эфире (1,43%) и других органических растворителях. Применяется в производстве азокрасителей; в качестве бризантного взрывчатого вещества; для выделения и идентификации органических веществ.

Для углубленного изучения!

СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНЫЙ СИНТЕЗ НИТРОСПИРТОВ И НИТРОАМИНОВ

Синтетическая ценность реакции Анри несомненна: сочетание карбонильного соединения с нитроалканом, имеющим α-Н-атом, ведет к образованию СС-связи с одновременным формированием β-нитроспиртового фрагмента. Продукт реакции — β-нитроспирт — может быть подвергнут окислению, восстановлению или дегидратации до нитроалкена, как показано на схеме:

NO2

R4

R1

R3

–H2O (R2 = H)

 

NO2

R4

 

 

 

 

NO2

 

 

NO2

 

+

 

 

 

 

 

 

R4

[O]

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

R3

 

R1

 

 

R3

 

R

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

[H]

NH2

R4

R1 R3

R2

OH

Стереоселективный синтез нитроспиртов и нитроаминов

153

Поскольку реакция Анри проводится в мягких условиях, реакции нитроальдолей получили значительное распространение в синтезе соединений, содержащих лабильные защитные группы и реакционноспособные функции [1].

Обсуждая новые данные о применении этой реакции в органическом синтезе, в первую очередь, следует отметить успешный поиск новых катализаторов, в том числе тех, которые обеспечивают стереоселективность ее протекания. В первых сообщениях о реакции Анри для катализа превращений простейших субстратов упоминалось о применении гидроксид- и алкоксид-ионов в спиртовых и водных растворах. Впоследствии, учитывая высокую СН-кислотность нитроалканов, были предложены и более мягкие основания — триалкиламины, гуанидины, различные неорганические соли (MgSO4, LiAlH4, KF, SiO2, Al2O3 и др.).

NO2

O

O2N

OH

 

+

кат.

 

 

 

 

 

 

R1 R2

R3 R4

R1

R2

R3

 

 

 

R4

В табл. 22.1 представлены данные об эффективности различных катализаторов и условий для синтеза простых нитроальдолей.

Таблица 22.1. Эффективность различных катализаторов в синтезе простых нитроальдолей [1]

Катализатор

Условия

Выход, %

KOH

без растворителя,

60–90

 

 

0–5 °С, 10 мин

 

Mg–Al–гидротальцит

ТГФ, кипение, 6–8 ч

72–95

 

 

 

 

CH3COONH4

без растворителя,

80–92

 

 

микроволновое излучение,

 

 

 

2,5–8 ч

 

(C

H ) N F

без растворителя,

63–100

4

9 4

под давлением

 

 

 

 

Al2O3

без растворителя,

69–86

 

 

0–5 °С, 1 ч

 

KF/Al2O3

без растворителя,

50–78

 

 

0 °С, 5–15 ч

 

Zr(KOPO3)2

без растворителя,

62–89

 

 

25 °С, 6–25 ч

 

SiO2

без растворителя,

56–82

 

 

микроволновое излучение

 

Дендример из триэтаноламина

нитроалкан

75–90

154

Для углубленного изучения

Новейшие достижения в изучении реакции Анри связаны со стереоселективным синтезом нитроальдолей. Поэтому следует назвать и хиральные катализаторы, предложенные для этой реакции, в том числе энантиомерные гуанидины [2, 3]:

H3C

 

N

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H3C

 

 

 

 

 

 

CH3

H3C

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

N

N

Ph

 

 

 

H

Ph

Ph

 

 

 

H Ph

Me

 

 

 

Me

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

H3C

N

 

 

 

CH3

Ph

 

 

 

 

 

 

 

 

Ph

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ph

 

 

 

 

 

 

 

Ph

Ph

 

 

 

H

Ph

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первый пример каталитической асимметрической нитроальдольной реакции был представлен Шибасаки с сотр. Гептагидрат LaCl3 с ди-Li-(S)- бинафтолом в присутствии различных солей и алкоксидов найдены оптимальными для синтеза (R)-нитроальдолей из нитрометана и гексаналя (и циклогексанкарбальдегида) [4, 5]:

 

 

 

 

 

OH

 

 

CHO

NO2

CH3NO2 +

 

 

 

 

 

 

 

 

нитрометан

 

 

 

 

 

 

 

 

гексаналь

 

 

 

нитроальдоль (87% ee)

 

 

1. LaCl3 7H2O

 

 

OLi

2. NaO–t-Bu

 

 

3. ТГФ/H2O

 

 

OLi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S)-бинафтол, ди-Li-соль

Многочисленные примеры стереоселективных нитроальдольных конденсаций относятся, прежде всего, к синтезу хиральных лекарственных препаратов [6–9]. Ниже показаны структуры некоторых таких препаратов и соответствующих нитроальдолей — ключевых интермедиатов.

Стереоселективный синтез нитроспиртов и нитроаминов

155

(S)-Пропанолол — препарат для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Ключевая стадия в его синтезе (как и в последующих примерах) проводится в присутствии энантиомерного комплекса лантана(3+) с дилитиевой солью (R)-(+)-бинафтоксида в качестве катализатора [6]:

OCHO

CH3NO2/кат.

ТГФ

 

O

 

NO2

 

 

O

 

NH

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

H2/PtO2

 

H2/PtO2

 

 

 

 

 

 

 

 

ацетон

 

нитроальдоль (80%, 92% ее)

 

(S)-пропанолол

 

По сравнению с (R)-энантиомером и рацематом, (S)-энантиомер пропанолола обнаруживает сильный β-блокирующий эффект при лечении стенокардии, артериальной гипертонии, аритмии.

эритро-3-Амино-2-гидрокси-4-фенилмасляная кислота является фрагментом ингибиторов HIV-протеазы KNI-227 и KNI-272 [7].

 

 

O

 

Me

OH

 

 

S

 

 

 

 

 

H

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

R

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

O

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH—t-Bu

 

 

 

 

Ph

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

KNI-227, R = Me

KNI-272, R = H

Ниже показана стадия нитроальдольной конденсации в ее синтезе:

O

H

NPhth

OH

NO2

CH3NO2/кат.

NH2

(NPhth-фталимидо)

нитроальдоль

 

(выход 95%, 80% ее)

156

Для углубленного изучения

(S)-(–)-Пиндолол является адренергическим антагонистом, блокируя действие адреналина и норадреналина; при этом он относится к симпатомиметикам, т. е. вызывает эффект, сходный с адреналином. В работе [8] разработана схема его синтеза на основе реакции Анри:

O CHO O NO2

 

 

 

 

OH

 

 

CH3NO2/кат.

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

H

 

 

 

 

нитрольдоль

 

 

 

 

 

 

(выход 76%, 92% ее)

 

 

 

 

 

N

O

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

H

 

 

(S)-(–)-пиндолол

L-Акозамин является углеводным фрагментом антрациклиновых антибиотиков. Ключевая стадия — нитроальдольная конденсация — в синтезе L-акозамина проведена в присутствии тетра-N-бутиламмоний фторида (ТБАФ) [9]:

O

OCH3 ТБАФ

OH

 

 

OCH3 HCl H2/Pd

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СH3OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO2

OCH3

OR NO2 OCH3

OR

 

 

нитроальдоль (95%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

L-акозамин

Нитроальдольная стратегия широко применяется и для синтеза природных соединений. Рассмотренные ниже примеры иллюстрируют синтетические

Стереоселективный синтез нитроспиртов и нитроаминов

157

возможности нитронат-ионов. Так, например, синтезирован 4-гидроксигеп- тадекан-7-он — новый гидроксикетон, выделенный из экстракта листьев Chiccoca alba (Rubiaceae) [10]:

 

 

NO2

 

 

NO2

 

 

 

 

 

NaBH4

 

 

 

 

 

 

n-C9H19CHO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Al2O3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

OH

 

 

(выход 80%)

NO2

OH

(выход 48%)

Ra—Ni

 

O

NaH2PO2

 

 

 

 

NaOAc/AcOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

4-гидроксигептадекан-7-он

 

 

(выход 66%)

На стадии альдольной конденсации в качестве катализатора применен оксид алюминия, а на заключительной стадии (реакция Нефа) нитрогруппа превращается в карбонильную группу с промежуточным образованием нит- ронат-иона.

Синтез двух алкалоидов иллюстрирует синтетический потенциал внутримолекулярной реакции Анри:

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

OH

 

 

HO

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

OH

 

O

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

N

H

 

O

OH

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

O

панкратистатин

ликорицидин

158

Для углубленного изучения

Ниже показаны ключевые стадии получения каркаса ликорицидина [11]. В качестве катализатора на стадии получения нитроальдоля применен нейтральный оксид алюминия:

 

O

 

CO2Et

 

(i-Bu)2Al-H

 

 

O

 

 

CHO

Al2O3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

NO2

 

 

 

 

 

 

O

 

NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

H

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

Синтез 8-нитрооктен-3-она, важного интермедиата при получении (R)-(+)-α-липоевой кислоты, — еще один пример генерации нитронатиона — ретро-Анри реакция [12]. Ключевая стадия — раскрытие цикла нитро-циклогексанола проведена в присутствии безводного CuSO4/SiO2 в кипящем бензоле:

O

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NO2

 

 

NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MgBr

 

 

 

 

 

CuSO4/SiO2

 

 

 

 

кетон

1-винил-

 

 

 

 

 

 

 

 

Баллини

1-циклогексанол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HOOC

 

 

 

 

 

 

O2N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8-нитрооктен-3-он

(R)-(+)-α-липоевая кислота

Хиральные катализаторы разработаны и для стереоселективного проведения аза-Анри реакций [13–15], поскольку фрагмент 1,2-диамина, формируемый с помощью этой реакции, входит в состав многих биологически

Стереоселективный синтез нитроспиртов и нитроаминов

159

активных природных соединений и лекарств, а также является ключевой структурной единицей хиральных лигандов в асимметрическом катализе. Пример стереоселективной аза-Анри реакции показан на этой схеме [13]:

NO2 1. н-C4H9Li, ТГФ

Bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–78 °C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. BnN=CH—C6H5

 

 

 

 

Et

 

SmI2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C6H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ТГФ, CH3COOH

 

ТГФ/MeOH

 

 

 

 

 

 

 

–78 °

 

0 °C

 

 

 

 

NO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

транс : цис = 10 : 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(90%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COCl2

 

 

 

N

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

C6H5

N(C2H5)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH2

Cu2Cl2

 

Ph

 

 

 

 

 

Et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ионизация нитропропана действием н-бутиллития, последующее присоединение образующегося нитронат-иона к N-бензилиденбензиламину и обработка конечной реакционной смеси уксусной кислотой дают практически количественный выход β-нитроамина с диастереоселективностью выше 95%. Ниже показаны переходные состояния (ПС), соответствующие процессам анти- и син-присоединения.

 

 

H

 

 

 

O

 

 

 

H

 

O

 

 

H

 

 

N

 

 

 

H

 

 

 

N

 

Bn

O

 

 

H

Bn

 

 

 

O

 

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C6H5

 

C2H5

 

C6H5

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПС транс-аддукта

 

 

ПС цис-аддукта

 

 

Одним из последних достижений в развитии аза-Анри реакции оказался ряд хиральных катализаторов – производных бис-оксазолинов [14].

O

O

N

N

 

Cu

Ph

ОTf2 Ph

(A)

160 Для углубленного изучения

Эти катализаторы обеспечивают высокую стереоселективность присоединения нитронат-ионов к иминам при комнатной температуре [15]:

 

 

 

 

CH2C6H4OMe

NO2

 

 

 

 

 

 

N

 

A

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NEt3, 20 °C

 

H

 

 

 

COOEt

Et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH2C6H4OMe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HN

 

 

 

 

H2N

COOEt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2N

 

Ni Ренея

 

 

 

 

 

 

COOEt

 

 

 

Et

NH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Et

Определенным условием успешного протекания реакции является наличие электронодонорного бензильного фрагмента у атома азота имина. Высокая стереоселективность присоединения объясняется циклическим переходным состоянием, в котором оба компонента координированы с атомом меди хирального катализатора. Необходимо отметить, что катализаторы из группы комплексов меди с бисоксазолинами с успехом применены для энантиоселективного проведения классической реакции Анри [16]:

O O

NN

 

 

 

 

 

Cu

 

OH

O

 

t-Bu

Tf2

t-Bu

 

20%(мол.)

CO2Et

 

 

 

 

 

 

Me

CO2Et

MeNO2, CH2Cl2, 20 °C

O2N

 

 

 

 

Me

OH

CO2Et

H2N

Me

Этилпируват присоединяет нитронат-ион, генерированный из нитрометана, и с высоким выходом превращается в этиловый эфир (S)-2-гидрокси- 2-метил-3-нитропропановой кислоты. Новый стереоцентр генерируется при этом с высокой селективностью (92% ее). Реакция Анри дает, таким образом, надежный путь к получению α-гидрокси-β-аминокарбоновых кислот.

Соседние файлы в предмете Органическая химия