Лекция 10 Карбены. Ацетилены.

Лекция 10
Карбены. Ацетилены.
Š Карбены – частицы с двухкоординированным атомом
углерода. Методы генерирования карбенов и дигалокарбенов.
Карбеноиды. Реакция Симмонса-Смита. Присоединение
синглетных и триплетных карбенов к алкенам. Метатезис
алкенов, катализаторы Граббса.
Š Гомологический ряд, номенклатура и изомерия. Природа
тройной связи. Тройная связь в малом цикле. Методы синтеза
алкинов с помощью реакций отщепления, алкилирования
терминальных ацетиленов. Получение ацетилена пиролизом
метана.
КАРБЕНЫ И КАРБЕНОИДЫ
пустая р -о рб италь
H
C
s p 2 -гиб рид ная о рб италь
H
с инглетный ме тиле н
нукле о ф ил-э лектро ф ил
H
C
р -о рб италь
р -орб италь
H
трипле тный метиле н
б ирад икал
Синглетные карбены
Угол 100-110 °
Триплетные карбены
Угол 130-150 °
CCl2
CH2
CHCl
CHPh
C(OMe)2
CHR
CPh2
N
N
R
R
C
C
Me O
Cl
Cl
C
Cl
Me O
Cl
C
Cl
C
Cl
МЕТОДЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ КАРБЕНОВ
O
Me
NH2
N
N
O
B
N N
све т
H
O
H
H
H
H
Cu or Rh cat
OEt
O
H
OEt
N2
R1
2
R
O
1
NH2NHTs R
- H2O
2
NNHTs
B
R
R1
2
N N Ts
R
Ts = Me
O
S
O
hv or
R1
2
R
+ N2 + Ts
Cl
O
CO2 +
Cl
O
Cl
CHCl3 + (CH3)2CO
CHCl3 + HO
Cl
Cl
быстро
-
CHCl3 + н-BuLi
Cl
-
Cl
CCl3 + (CH3)2COH
Cl
ме дле нно
:CCl2 + Cl
-
CCl3 + H2O
эф ир
- 100°C
Cl3CLi + BuH
:CCl2 + LiCl + BuH
:CCl2 + Cl
- 70°C
эф ир.
-80 0 С
..
CHCl + LiCl
монохлорка рбен
CH2 Cl2
+
C 4 H9 Li
LiCHCl2 + C 4 H10
0
-120 С
хлористый
н-бутил литий
ме тиле н
н-BuLi, эф ир
..
C 6 H5 CHBr2
C 6 H5 CBr + C 4 H10 + LiBr
α,α-дибромтолуол)
- 78 0 С
ф е нил бромка рбен
тре т -C 4 H9 Li, эф ир
..
C 6 H5 CH + C 4 H10 + LiBr
C 6 H5 CH2 Br
ф енилка рбе н
бе нзилбромид
- 78 0 С
ГЕНЕРИРОВАНИЕ КАРБЕНОВ
В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ
Cl
Cl
Hg
Cl
HgCl +
Cl
Cl
Simmons-Smith
H
H
H
I
H
Zn/Cu
I
I
H
H
I
H
I
Zn
I
ZnI
H
H
H
H
H
ZnI
Карбеноид – реагент, который проявляет
реакционную способность карбена,
но не является карбеном
+ ZnI2
ЦИКЛОПРОПАНИРОВАНИЕ АЛКЕНОВ
Cl
CHCl3/KOtBu
59%
Cl
CH3
CHBr3
H3 C
CH3
80%
KOtBu
H3 C
H3 C
Br
CH3
CHBr3
Br
H3 C
CH3
KOtBu
70%
Br
Br
Me
N2
hν
Me
Me
Me
CX2
трипле тный ка рбе н
Me
Me
+
Me
Z-а лке н
диа зоа лка н
Me
Me
Me
CX2
трипле тный инте рме диа т
65 % цис
инве рсия спина
ме дле нно
35 % тра нс
Me
Me
обра зова ние С-С
CX2
Me
Me
быстро
X
X
сингле тный инте рме диа т
Синглетный карбен – стереоспецифичное присоединение
Триплетный карбен - нестереоспецифичное присоединение
М. Макоша 1969 (M. Makosza)
Межфазный катализ = phase transfer catalysis
ТЭБА = Bn NEt3 Cl = TEBA = TEBAC
500 g = 56 euro
Q CCl3
CHCl3
CCl2
Cl
Cl
Q Cl
Q
OH
Q
OH
Q Cl
NaOH
Реакция Симмонса-Смитта
Реагент Симмонса-Смитта
I
I
Zn / Cu
I
CH2I2
ZnI
Zn / Cu
H H
H H
(86 - 92 %)
I
H
C
Zn
H
X
I
Zn
X
(X = I or CH2I)
CH2I2
(63 %)
ee > 99 %
Zn / Cu
I
OH
H
H
CH 2
CH2I2
Zn / Cu
ZnX
H
OH
H
OH
H
H
CO 2 Et
+
CO 2 Et
N2
Cu (металл
)
этил хризантемат
H
H
Me
Me
CuI
H
CO 2 Me
N2
CO 2 Me
1. SeO2
2. LiAlH4, AlCl3
HO
EtO 2 C
∆, - N2
N
H
N
H
OEt
O
супер-электрофильный карбен
CO 2 Et
H
OH
sirenin
CO 2 Et
Br
O
O
Br
O
O
pyrethrin I
O
O
CN
decamethin
O
HN
O
FR-900848 or `jawsamycin`
N
H
N
O
O
OH
OH
Внедрение по связи С-Н,
для синглетных карбенов
Li
H H
n-BuLi
RO
Cl
Me
Me
O
RO
N
RO
t-BuOK
hν
N
циклогексан
как растворитель
Cl
Me
Me
RO
H
RO
Me
(59 %)
O
O
C-H insertion
RO
CH H
CH
O
O
OMe
OMe
N2
C
H H
O
O
O
C-H insertion
Me
O
RO
CH
RO
α-эл иминиро вание
CO 2 Me
H
Rh2(OAc)4
C-H insertion
(60 %)
Внедрение по связи Х-Н
CH2
R
O
CH 2
H
R
O
O
R
H
CH 3
ylid intermediate
O
+
NH
O
CO 2 Bn
O
HO 2 C
NH
SO 2 N3
тозил азид
переносчик диазо-группы
O
N2
(75 %)
CO 2 Bn
Rh2(OAc)4, CuI, CuII
Rh2(OAc)4 1g = 220 euro
Rh2(OAc)4
N
O
O
CO 2 Bn
Метатезис, катализаторы Граббса (Grubbs)
R
1
R2
R1
R
1
+
+
R2
R2
R
1
R
2
N
N
HC
Ph
ф е нилдиа зоме та н
(Ph3P)nRuCl2
Ph
Cl
ка рбе н
N
Cl
P P h3 P h
Ru
P P h3
'Grubb's ' comple x
N
Cl
Ru
Ph
Cl
P Cy3
2 g = 523 euro
Ring closing methathesis RCM
+
N
Cl
Cl
Ts
P P h3 P h
Ru
P P h3
P P h 3 Ts
Ru Cl
Ph
P h3P
Cl P P h 3
Cl Ru
P h 3P
Ru P P h 3 Ts
P h 3 P Cl Cl
ме та лла циклобута н
стирол
N
P h 3 P Cl
N
Ph
Cl
Ru
CH2
(98 %)
[2 + 2] циклоприсое дине ние
Ph
Ph
H2 C
Ts
'Grubb's ' comple x
N
+
N
P P hTs
3
Cl
внутримоле кулярное
[2 + 2] циклоприсое дине ние
Cl P P h 3
Cl Ru
P h3P
N
Ts
новый ка рбе новый компле кс
Cl P P h 3
Cl Ru
P h3P
обра тное [2 + 2]
циклоприсое дине ние
N
N
Ts
Ts
+
Cl
Cl
P P h3
Ru CH2
P P h3
OMe O
OMe O
O
MeO
OMe O
O
2 mole %
Ru catalist
O
+
MeO
MeO
1
:
2.3
E-алкен
Z-алкен
(94 %)
НИТРЕНЫ
O
N
N
N
OEt
O
O
hv
N
OEt
N
OEt
1.20 °A
H
C
C
H
1.06 °A
180 °
sp-1s σ-связь
2p орбита ли
H
2p орбита ли
H
sp-sp σ-связь
Тпл 201 °С
Тпл 249 °С
Тпл 173 °С
Тпл 189 °С
R R
R
Si
R Si
R Si
Si
R
R R
S
O2S
Si Si
Si
Si Si
1.200
146.8
150.5
33.2
29.5
1.209
145.5
34.5
1.194
146.0
148.5
34.0
31.5
1.22
159.6
162.2
20.4
17.8
1.19
154
26
1.232
158.5
21.5
R = isopropyl
18
Br
Ph
Ph
Br2
+ Br2
Ph
CCl4
2 KOH
Br
P h + 2KBr + 2H2O
Ph
триэтиле нгликоль, 290 °C
Ph
(88%)
Br
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
2 NaNH3
жидкий NH3, - 33°C
CH3 CH2 CH2 C
Br2
CCl4
H3 C(CH2 )7
Br
(CH2 )7 COOH (сте а ролова я кислота )
H3 C(CH2 )7
CH
(CH2 )7 COOH
KOH
спирт, 175 °С
CH3 CH2 C
C CH3
C 8 H17
Br
Br
R
Br
Br
NaNH2
NH3
KOH, QCl
OH
OH
C 8 H17
CH
72 %
R
CH
72 %
O
R
1
R2
Cl
PCl5; C6H5N
C6H5
R
1
Cl
R
2
2 NH3
жидкий NH3
- эф ир
R 2 + 2NaCl + 2NH3
R1
(50 - 75 %)
C
H
C
+ B
+
B H
карбанион
sp орбиталь
sp 3 орбиталь
H3 C
C
H
sp 2 орбиталь
C
CH 3
CH 3
H
тип углеводорода
примерное p Ka
R3C
H
H
алкан
>= 55
C
H3 C C C
C
H
ацетиленовый С-Н
(548 кДж/моль
131 кка л/моль)
H
алкен
42
>
C
H
H
винильный С-Н
(460 кДж/моль
110 кка л/моль)
алкин
25
>
C H
алкильный С-Н
(402-418 кДж/моль
96-100 кка л/моль)
МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЛКИНОВ
NH3(liq)
R C
C
NH2 Na
H
H
+ NH3
+
MgBr
H
C
C Na
ТГФ
+
H C
R C
+
MgBr
MgBr
ТГФ
H C
C MgBr +
EtH
EtH
H3C(H2C)3C
CH + i-C4H9Li
ГМФТА - ТГФ
-25 °С
ГМФТА - ТГФ
-25 °С
H3C(H2C)3C
C
(90 %)
H3C(H2C)3C
CLi
(CH2 )4 CH3 + LiBr
R
1
+ R CH2Br
C
Li
+
Br
R1
ГМФТА или ДМСО
2
R2
+ Br
+
+
ГМФТА - ТГФ
25 °C
(94 %)
(6 %)
Li
H
H3 C
CH
+
2н-C 4 H9 Li
CH3
I
C
CH3
ТГФ, -25°C
C(H3 C)2
ТГФ, -78°С
H
C C C
CH3
H2 O
Li
H3 C
CH3
(H3 C)2 C
C
CH3
CH
(78 %)