Гидроаминирование - Hydroamination
Гидроаминирование представляет собой добавление связи NH амина через кратную углерод-углеродную связь алкена , алкина , диена или аллена . В идеальном случае гидроаминирование экономично и экологически безопасно . Амины распространены в тонкой химии, фармацевтике и сельском хозяйстве. Гидроаминирование можно использовать внутримолекулярно для создания гетероциклов или межмолекулярно с отдельным амином и ненасыщенным соединением. Разработка катализаторов гидроаминирования остается активной областью, особенно для алкенов. Хотя на практике реакции гидроаминирования могут быть осуществлены для диенов и электрофильных алкенов, термин гидроаминирование часто подразумевает процессы, катализируемые металлами.
.png)
История
Гидроаминирование - это хорошо зарекомендовавшая себя технология создания ароматов из мирцена . В этом превращении диэтиламин присоединяется через диеновый заместитель, причем реакция катализируется диэтиламидом лития. В 1989 г. Тобин Дж. Маркс сообщил о внутримолекулярном гидроаминировании с использованием металлоцена, полученного из редкоземельных металлов, таких как лантан , лютеций и самарий . Каталитические скорости обратно коррелировали с ионным радиусом металла, возможно, как следствие стерического вмешательства со стороны лигандов. В 1992 году компания Marks разработала первые катализаторы хирального гидроаминирования с использованием хирального вспомогательного вещества, которые были первыми катализаторами гидроаминирования, в которых использовался только один конкретный стереоизомер . Хиральные вспомогательные вещества на металлоценовых лигандах использовали для определения стереохимии продукта. Первые неметаллоценовые хиральные катализаторы были зарегистрированы в 2003 году, и в них использовались бисариламидные и аминофенолятные лиганды для повышения энантиоселективности .
Объем реакции
Гидроаминирование было исследовано с использованием различных аминов, ненасыщенных субстратов и самых разных катализаторов. Исследованные амины охватывают широкий спектр, включая первичные, вторичные, циклические, ациклические и анилины с различными стерическими и электронными заместителями. Ненасыщенные субстраты, которые были исследованы, включают алкены, диены, алкины и аллены. Для внутримолекулярного гидроаминирования исследованы различные аминоалкены.
Товары
Добавление по ненасыщенной углерод-углеродной связи может быть марковниковым или антимарковниковым, в зависимости от катализатора. При рассмотрении возможной хиральности R / S можно получить четыре продукта: Марковникова с R или S и антимарковниковская добавка с R или S. меньше описаний энантиоселективного катализа для селективного получения одного из четырех возможных продуктов. Недавно появились сообщения об избирательном создании термодинамического или кинетического продукта , который может быть связан с рацемическими марковниковскими или антимарковниковскими структурами (см. Термодинамический и кинетический продукт ниже).
Катализаторы и каталитический цикл
Реакции гидроаминирования представляют собой атомно-эффективные процессы, в которых обычно используются легкодоступные и дешевые исходные материалы, поэтому общая каталитическая стратегия весьма желательна. Кроме того, стратегии прямого каталитического гидроаминирования имеют в принципе значительные преимущества по сравнению с более классическими способами получения аминосодержащих соединений, включая сокращение количества требуемых стадий синтеза.
Однако реакции гидроаминирования создают некоторые серьезные проблемы для катализа: сильное отталкивание электронов неподеленной пары атомов азота и богатой электронами множественной связи углерод-углерод в сочетании с энтропийно неблагоприятными реакциями гидроаминирования (особенно межмолекулярная версия) приводит к большому реакционному барьеру. . Проблемы региоселективности также препятствуют синтетической полезности полученных продуктов, при этом добавление амина по Марковникову является наиболее распространенным результатом по сравнению с менее предпочтительным добавлением антимарковникова (см. Рисунок). В результате в настоящее время существует множество катализаторов, которые могут быть использованы для гидроаминирования алкеновых, алленовых и алкиновых субстратов, включая гетерогенные катализаторы на основе различных металлов, комплексы металлов с ранними переходами (например, титана и циркония), комплексы металлов с поздними переходами (например, рутений и палладий), комплексы лантанидов и актинидов (например, самарий и лантан), а также кислоты и основания Бренстеда.
Катализаторы
Сообщалось, что многие комбинации металл-лиганд катализируют гидроаминирование, включая элементы основной группы, включая щелочные металлы, такие как литий , металлы группы 2, такие как кальций , а также металлы группы 3, такие как алюминий , индий и висмут . В дополнение к этим примерам основной группы, были проведены обширные исследования переходных металлов с сообщениями о ранних, средних и поздних металлах, а также элементах первого, второго и третьего ряда. Наконец, лантаноиды были тщательно исследованы. Цеолиты также оказались полезными при гидроаминировании.
Каталитические циклы
Механизм металла катализируемой гидроаминировании хорошо изучен. Особенно хорошо изучено внутримолекулярное гидроаминирование алкенов, катализируемое органолантаноидами. Сначала катализатор активируется путем амидного обмена, образуя активный катализатор (i). Затем алкен вставляется в связь Ln-N (ii). Наконец, протонолиз происходит с образованием циклизованного продукта при одновременной регенерации активного катализатора (iii). Хотя этот механизм описывает использование катализатора на основе лантаноидов, он является основой катализаторов на основе редкоземельных элементов, актинидов и щелочных металлов .
Катализаторы гидроаминирования поздних переходных металлов имеют несколько моделей, основанных на стадии региоселективного определения. Четыре основные категории: (1) нуклеофильная атака на алкен-алкин или аллильный лиганд и (2) внедрение алкена в связь металл-амид. Типовые каталитические циклы представлены ниже. Механизмы поддерживаются скоростными исследованиями , изотопным мечением и улавливанием предложенных промежуточных соединений.
Термодинамика и кинетика
Реакция гидроаминирования приблизительно термохимически нейтральна. Однако реакция страдает от высокого активационного барьера , возможно, из-за отталкивания богатого электронами субстрата и аминного нуклеофила . Межмолекулярная реакция также сопровождается сильно отрицательным изменением энтропии , что делает ее неблагоприятной при более высоких температурах.
Следовательно, для протекания этой реакции необходимы катализаторы. Как обычно в химии, внутримолекулярные процессы происходят быстрее, чем межмолекулярные версии.
Термодинамический и кинетический продукт
Как правило, для эффективного функционирования большинству катализаторов гидроаминирования требуются повышенные температуры, и поэтому наблюдается только термодинамический продукт . О выделении и характеристике более редкого и более синтетически ценного кинетического аллиламинного продукта сообщалось при использовании алленов на ненасыщенном субстрате. В одной системе использовалась температура 80 ° C с родиевым катализатором и производными анилина в качестве амина. В другой описанной системе использовался палладиевый катализатор при комнатной температуре с широким диапазоном первичных и вторичных циклических и ациклических аминов. Обе системы давали желаемые аллиламины с высоким выходом, которые содержат алкен, который может быть дополнительно функционализирован посредством традиционных органических реакций.
Гидроаминирование, катализируемое основанием
Сильные основания катализирует гидроаминирование, пример будучи этилирование из пиперидина с помощью этена :
Такие реакции, катализируемые основанием, хорошо протекают с этеном, но высшие алкены менее реакционноспособны.
Гидроаминирование, катализируемое комплексами группы (IV)
Определенные комплексы титана и циркония катализируют межмолекулярное гидроаминирование алкинов и алленов. Как стехиометрический, так и каталитический варианты первоначально были исследованы с бис (амидо) комплексами цирконоцена . Амидо- и сульфонамидокомплексы титаноцена катализируют внутримолекулярное гидроаминирование аминоалкенов посредством [2 + 2] циклоприсоединения, которое образует соответствующий азаметаллациклобутан, как показано на рисунке ниже. Последующий протонолиз поступающим субстратом дает продукт α-винилпирролидин ( 1 ) или тетрагидропиридин ( 2 ). Экспериментальные и теоретические данные подтверждают предложенный имидо-промежуточный и механизм с нейтральными катализаторами IV группы.
Формальное гидроаминирование
Добавление водорода и аминогруппы (NR 2 ) с использованием реагентов, отличных от амина HNR 2 , известно как реакция «формального гидроаминирования». Хотя преимущества атомной экономии и / или доступности источника азота уменьшаются в результате, большая термодинамическая движущая сила, а также возможность настраивать аминирующий реагент потенциально полезны. Сообщается, что вместо амина в качестве источников азота используются сложные эфиры гидроксиламина и нитроарены.
Приложения
Гидроаминирование может найти применение благодаря ценной природе получаемого амина, а также экологичности процесса. Функционализированные аллиламины , которые могут быть получены путем гидроаминирования, имеют широкое фармацевтическое применение, хотя в настоящее время такие разновидности не получают гидроаминированием. Гидроаминирование было использовано для синтеза аллиламина циннаризина с количественным выходом. Циннаризин лечит головокружение и тошноту, связанную с укачиванием .
Гидроаминирование также перспективно для синтеза алкалоидов . Примером может служить стадия гидроаминирования, использованная в полном синтезе (-) - эпимиртина.
Смотрите также
- Аммоксидирование - реакция аммиака с алкенами с образованием нитрилов.
- Гидроборация
- Гидросилилирование
- (Олефин) Гидратация
- Гидрофункционализация
использованная литература
Эта статья включает текст Дэвида Майкла Барбера, доступный по лицензии CC BY 2.5 .