 |
Регио- и стереоконтроль в нитрилоксидном синтезе изоксазолов и 2-изоксазолинов
|
|
|
|
ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ.
СИНТЕЗ 5-НИТРОБЕНЗИМИДАЗОЛА
Курсовая работа
Выполнил: студент
_________________
(подпись)
Руководитель:
_________________
(подпись)
Работа защищена
“___“ __________ 2007г.
Оценка _______
Зав. кафедрой: доцент, д. х. н.
_________________
(подпись)
Самара, 2007 г.
Содержание
Содержание..................................................................................................... 2
1. Введение..................................................................................................... 3
1.1. Общие сведения........................................................................................ 3
1.2. Применение.............................................................................................. 4
2. Обзор литературы. Производные изоксазола......................................... 5
2.1. Общие сведения.................................................................................. 5
2.2. Регио- и стереоконтроль в нитрилоксидном синтезе изоксазолов и 2-изоксазолинов................................................................................................. 5
2.2. Реакции модификации производных изоксазола................................. 11
2.3. Реакции модификации производных изоксазола................................. 14
2.3.1. Расщепление основаниями.................................................................. 14
2.3.2. Восстановительное расщепление изоксазолов и 2-изоксазолинов... 16
2.3.3.Восстановительное расщепление 2-изоксазолинов в β-оксикетоны 17
2.3.4. Восстановительное расщепление 2-изоксазолинов в γ-аминоспирты. 22
2.3.5. Восстановительное расщепление изоксазолов............................ 25
3. Методы синтеза........................................................................................ 28
4. Выводы..................................................................................................... 29
Список литературы....................................................................................... 30
Введение
Общие сведения
3,5-Диметилизоксазол – прозрачная от бесцветного до слегка желтоватого цвета жидкость. Содержание более 98,0% вода менее 0,5 %. Легко воспламеняемое вещество.
|
|
|
3,5-Диметилизоксазол – производное изоксазола. 1,2-Оксазол – бесцветная жидкость с запахом пиридина, темп. кипения 95,5оС, ограниченно растворимая в воде (1 масс. ч. в 6 масс. ч. воды), хорошо растворима в органических растворителях. Протонируется сильными кислотами по атому азота.
Под действием оснований депротонируется по атомам С-3 и С-5 с разрывом связи N—О и образованием α-кетонитрила. Обладает ароматическими свойствами. Для изоксазола характерно электрофильное замещение (нитрование, сульфирование, галогенирование) по атому С-4, для производных изоксазола – нуклеофильное замещение по атомам С-3 и С-5. Алкилирование изоксазола протекает по атому N. Изоксазол устойчив к действию окислителей, кроме КМnО4; восстановление приводит к разрыву цикла по связи N—О. Под действием света изоксазол и его гомологи изомеризуются сначала в ацилазирины, затем в оксазолы, например:
Изоксазол получают взаимодействием гидроксил амина с пропаргиловым альдегидом 
или его ацеталем. Производные изоксазола синтезируют взаимодействием гидроксиламина с β-дикарбонильными соединениями, а также циклоприсоединением N-оксидов нитрилов к алкинам, напр.:
Применение
Производные изоксазола широко используют в органической химии для получения α,β-ненасыщенных кетонов, α-кетонитрилов, гетероциклических соединений, а также в синтезе лекарственных средств (например, циклосерина, оксациллина, клоксациллина). Так, производные изоксазолы применяются при лечении и профилактике ревматоидного артрита.
Растущий интерес к химии производных изоксазола и к использованию их в синтезе природных соединений и их аналогов, включая простаноиды, антибиотики, противоопухолевые вещества, витамины, нуклеозиды и алкалоиды. Тем не менее прогресс, достигнутый в этой области в последние годы, делает необходимым дальнейшую систематизацию информации о получении и химических превращениях изоксазолов и 2-изоксазолинов. Образование изоксазольного цикла и его расщепление происходят с определенной регио- и стереоселективностью; синтезы через производные изоксазола являются стереоконтролируемыми. Это очень важно в полном синтезе соединений, имеющих несколько хиральных центров.
|
|
|
Обзор литературы. Производные изоксазола
Общие сведения
Гетероциклические соединения, обладающие латентной функциональностью, широко используются в органическом синтезе. Весьма показательны в этом плане изоксазолы и их 1,2-дигидропроизводные — 2-изоксазолины. Благодаря интенсивной разработке «нитрилоксидной» технологии они являются доступным и эффективным средством построения углеродного скелета органических соединений различных классов. При этом реализация латентной функциональности изоксазольного ядра путем расщепления гетероцикла дает выход к таким важным соединениям, как р-дикетоны, енаминокетоны, еноны, р-оксикетоны, еноксимы, Y-аминоспирты и др.
Регио- и стереоконтроль в нитрилоксидном синтезе изоксазолов и 2-изоксазолинов
В синтезе природных соединений и их аналогов производные изоксазола используют для построения и/или удлинения углеродной цепи конструирования полициклической молекулы, а также для функционализации олефиновых фрагментов молекулы. Стратегия изоксазольного (нитрилоксидного) метода синтеза органического соединения (или его фрагмента) состоит из трех этапов: 1) синтез гетероцикла I реакцией 1,3-диполярного циклоприсоединения нитрилоксида II in situ (при дегидратации нитроалкана или дегидрохло-рировании хлорида оксима) к непредельному соединению; 2) модификация молекулы I введением алкильных заместителей или функциональных групп либо в цикл, либо в экзоциклическое положение; 3) раскрытие цикла, приводящее к бифункциональному производному III.
Первый этап – 1,3-диполярное циклоприсоединение – может быть осуществлен внутримолеклярно (ненасыщенная связь С-С – диполярофил и нитрилоксид — диполь являются частями одной молекулы) и межмолекулярно (гетероцикл формируется из двух разных молекул — молекулы-диполя и молекулы-диполярофила). Межмолекулярное циклоприсоединение применяют для конвергентного синтеза природных соединений из готовых блоков, содержащих необходимые функции (или их эквиваленты) в заместителях R1 и R2.
|
|
|
Доступность производных изоксазола различного строения обеспечивается практически неограниченным диапазоном реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, протекающей в мягких условиях с высоким выходом циклоаддуктов из разнообразных непредельных соединений и предшественников нитрилоксидов. Важным преимуществом циклоприсоединения является его цис-стереоспецифичность. Проблемы селективности нитрилоксидного синтеза возникают из-за возможности образования в реакции двух региоизомерных изоксазолов или 2-изокса-золинов. Кроме того, в реакции с алкенами подход диполя (нитрилоксида) к диполярофилу может происходить с обеих сторон от плоскости двойной связи, поэтому можно ожидать образование диастереомерной пары а, б изоксазолинов, а предпочтение какой-либо из сторон для атаки приводит к более или менее заметной диастереоселективности.
Проведение синтеза в стереоконтролируемых условиях уже на первом этапе изоксазольного метода является предпосылкой высокого выхода стереохимически однородных интермедиатов и конечных продуктов синтеза.
Основными факторами, определяющими региоселективность нитрилоксидного синтеза, являются степень поляризации ненасыщенной системы и объем заместителей R2 и R3. При этом кислород нитрилоксида связывается с более положительно заряженным и стерически затрудненным концом двойной или тройной связи С—С. Это правило хорошо выполняется в частном случае монозамещенных, или «терминальных», непредельных соединений; при переходе к неактивированным олефинам и ацетиленам стерические факторы играют решающую роль. Факторы, контролирующие диастереоселективность реакции, установлены при исследовании присоединения различных нитрилоксидов к производным З-бутен-2-ола и 3-бутен-1,2-диола (VI—XVI). В этом случае теоретической предпосылкой возможности контроля диастереоселективности была концепция антиперипланарного присоединения, в соответствии с которой нитрилоксид подходит к связи С—С со стороны, противоположной аллильному заместителю OR; при этом сводятся к минимуму несвязывающие взаимодействия кислорода с R1 нитрилоксида, а атом кислорода в аллильном положении занимает наиболее выгодную ортогональную ориентацию к плоскости связи С—С.
|
|
|
Однако из экспериментальных данных следует, что это предположение выполняется только для цис-замещенных олефинов, например соединения XVI. Для терминальных и гранс-дизамещенных олефинов нужно рассматривать не только переходное состояние (А) с ортогональным атомом кислорода в аллильном положении, но и кон-формацию (В) с наклоном заместителя к плоскости связи С=С, с помощью которой можно объяснить заметную селективность присоединения в этих случаях (XIV, XV). Ориентирующее влияние «аллильного» кислорода проявляется в совокупности с другими факторами строения аллильного заместителя. Так, необходимо учитывать объем заместителя при связи С==С (ср. VI, IX, XI, XIV) и наличие аллильного хирального центра, вызывающего асимметрическую индукцию. При присоединении бензонитрилоксида к хиральным олефинам соотношение диастерео-изомерных изоксазолинов меняется в зависимости от строения олефина, достигая значительной величины при наличии пятичленного цикла в аллильном положении (ср. VI, IX, XIV). По данным расчетов моделей переходного состояния конформация с антиперипланарным расположением группы СН2Х предпочтительна для любого — эритро- или трео-диастереомера, поскольку в этом случае не сказывается стерический эффект заместителя X. Вопрос, однако, состоит в том, как расположен заместитель Y — «внутри», как в эритроизомере, или «снаружи», как в тpeoизомере. При увеличении объема заместителя Y резко меняется стереохимический результат (ср. XII и XIII, табл. 1): возрастает количество более выгодного эритроизомера, поскольку стерический фактор Y в тpeoконформации должен сказываться больше.
Стереохимический результат внутримолекулярного циклоприсоединения определяется совокупностью многих факторов строения субстрата. Для монозамещенных терминальных алкенов стереоселективность контролируется напряжением формирующейся бициклической системы..
Отмеченный для межмолекулярного циклоприсоединения амты-ориен-тирующий эффект аллильного асимметрического центра с объемнымзаместителем вблизи него при внутримолекулярном циклоприсоединении не проявляется в заметной степени. Согласно данным расчетов моделей переходного состояния реакции для Z-алкенов предпочтительна конформация Х1Ха с расположенным «внутри» по отношению к образующейся связи С—О наименьшим по объему заместителемаллильного хирального центра; диастереоселективностью управляют главным образом стерические факторы. Для имеющей меньше стерических ограничений двойной связи Е-алкенов предполагают, что «внутри» находится средняя по объему группа Y, поскольку наблюдается зависимость стереоселективности от электронных факторов заместителей Y и X.
|
|
|
При этом, если одним из заместителей аллильного стереоцентра является гетероатом, стереоселективность внутримолекулярного циклоприсоединения резко возрастает. Так, высокую стереоселективность, показанную аллиловыми эфирами на основе глицеринового альдегида, связывают именно с электронными факторами обоих — аллильного и гомоаллильного атома кислорода. Таким образом, влияние алкоксильной группировки Y у аллильного стереоцентра («inside alkoxy effect») на стереоселективность как меж-, так и внутримолекулярного циклоприсоединения, очевидно, обусловлено как электронным фактором гетероатома, так и объемом всей группы RO.
В заключение следует отметить, что в стерерконтроле нитрилоксидного синтеза решающую роль играет строение олефина. Описан ряд случаев; когда присоединение нитрилоксидов весьма сложного строения к простым олефинам протекает без заметной селективности и лишь при использовании оптически активных нитрилоксидов наблюдается некоторый перенос хиральности. Поэтому нитрилоксиды рассматривают как относительно малые циклоадденды, и только для объемного и. оптически активного нитрилоксида можно предположить, что циклоприсоединение будет происходить с тем большей стереоизбирательностью, чем больше будет условий для осуществления стереоизбирательности в конкретном олефине.
Использование информации о факторах стереоконтроля нитрилоксидного синтеза дало возможность; успешно осуществить стереоселективные синтезы изоксазолиновых предшественников 2-дезокси-Б-рибозы, ключевого интермедиата в синтезе углеводов — «компактинлактона», метаболита антибиотика антимицина — бластмицинона и других природных соединений.
|
|
|
