Alfa, beta-doymamış karbonil bileşiklerinin karbenoidlerle halkalaşma reaksiyonları
Cyclization reactions of alfa, beta-unsaturated carbonyl compounds with diazo compounds
- Tez No: 100747
- Danışmanlar: PROF.DR. OLCAY AÇACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Alfa-diazokarbonil, Diazo bileşikleri, Halkalaşma, Karbenoid, Karbonil bileşikler, Alpha-diazocarbonyl, Diazo compounds, Cyclization, Carbenoid, Carbonyl compounds
- Yıl: 1999
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
<x,P-DOYMAMIŞ KARBONİL BİLEŞİKLERİNİN KARBENOİDLERLE HALKALAŞMA REAKSİYONLARI ÖZET a-Diazokarbonil bileşikleri ılımlı koşullarda çok çeşitli dönüşümler verebilirler. Bir çok olefinle kolay ve yüksek verimli bir şekilde siklopropanlan oluştururlar. İnter- ve intramoleküler siklopropanlaşma reaksiyonları detaylı olarak Maaş ve diğer araştırmacılar tarafindan incelenmiştir. Diğer taraftan a-karbonil karben/karbenoidler karbonil fonksiyonlan içeren bileşiklerle etkileşerek, yeni reaksiyonlara olanak sağlarlar. Bu reaksiyonlara örnek olarak mevcut karbenin, reaksiyon ortağının C=0 bağına kapanması ile epoksit oluşumu, karbonil ylid üzerinden enol eterlerin ve 1,3- dioksollerin oluşumları, aldehit C-H bağına ve diğer mevcut C-H, O-H ve C-C bağlarına araya girme reaksiyonları ve yeni olefinlerin oluşması verilebilir. Karbonil ve alken/alkin fonksiyonunu bir arada içeren bir a-diazokarbonil bileşiği başlangıçta oluşan karbonil ylid ara ürünü üzerinden, doymamış fonksiyona intramoleküler kapanarak karmaşık oksijen heterosikliklerini oluştururlar. İntermoleküler reaksiyonlar a,J3-doymamış ketonlar ile gerçekleştirilir. Bu bileşiklerde olefin fonksiyonu elektronca fakir olduğundan siklopropanlaşma görülmemekte, ancak bazı siklik enonlar varlığında keton fonksiyonunun korunması sonucunda siklopropanasyon gerçekleştirilebilmektedir. Spencer ve arkadaşları, birkaç a-metoksimetilen ketonların (karbonil ve olefin fonksiyonlan cis- konumunda sabit) etil diazoasetat ile olan reaksiyonlarında a,p- doymamış karbonil ylid ara ürünü üzerinden yürüyen reaksiyonu ve sonraki metanol eliminasyonu ile birkaç fiıran türevini elde etmişlerdir (Şema 1). 35 Yıldır da bu reaksiyon üzerinde çalışma yapılmamıştır. OMe N2CHC02Et » CuS04 OMe /U^PHC02Et OMe CO,Et -MeOH O Şema 1: cc-Metoksimetilen Ketonların Etil Diazoasetat ile Reaksiyonu Bu çalışmada karbonil ve olefin fonksiyonlarının cis- konumunda sabit olmadığı yedi adet açık zincirli a,P-konjuge karbonil bileşiğinin (oc-ionon, P-ionon, benzalaseton, metilvinilketon (mvk), mesitil oksit, krotonaldehit ve sinnamaldehit) üç ayrı diazo bileşiği ile (dimetil diazomalonat (dmdm), etil asetodiazoasetat (eada), etil diazoasetat (eda)) Cu(acac)2 ve Rh2(Oac)4.2H20 katalizörleri varlığında reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar denklem 1 ve Şema 2-3 'de verilmektedir. ıxR\ /\, /C0R Cu(acac)2 R1' 2/ R3 + ^rS benzen R= R R3 a- ve P-İonon ve benzalasetonun dmdm ve eada ile Cu(acac)2 katalizörlüğündeki reaksiyonlarında yeni 1,5-halka kapanması reaksiyonu ile l'-10' dihidrofuran türevleri elde edilmiştir (Şema 2). Metilvinilketon (mvk) (dihidrofuran oluşumunu asetil fonksiyonu içeren en küçük enon türevi bileşik ile desteklemek amacıyla) ve mesitil oksitin dmdm ve eada ile gerçekleştirilen reaksiyonların sonucunda yapılan tammlanamayan ürünler elde edilmiştir. Bu aşamada iki enal bileşiğinin (krotonaldehit ve sinnamaldehit) dmdm ve eada ile Cu(acac)2 ve Rh2(OAc)4 katalizörlüğündeki reaksiyonları denenmiş ve sonuç ürünler dioksol ve türevleri olmuştur. Stereoisomerlerin yapılarını desteklemek amacıyla spektral datalann yanı sıra, modelleme ve MM2 enerji minimizasyon* hesaplamalarından faydalanılmıştır. l'S,3Randl'R,3R r v 4< I MeOjÇ qqj^ / HiCOC O^ MbOjC OO/fe MaOpGCfeM» v4\ - vT lH-cisand llto-ajw 7'“, QH H (CC^Et) COjEt X EtOjC COjEt (H),., 12' (or other isomers) EtQC Cq>Et (COCH3) H3COC' ”COCrt, (COjEt) 14' Şema 2: Sonuç Ürünler l'-14' MM2 hesaplan, PC- WindowsT platformundaDesktop Molecular Modeller (DTMM) version 3.0 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.'CHa 16* Ph C02CH3 O^OCH, 17' Şema 3: Sonuç Ürünler 15'-17' Tüm reaksiyonları iki aşamada incelemek mümkündür: a) Birinci Basamak Reaksiyonlar: Bütün çıkış bileşiklerimiz (siklopropanlaşabilecek ikinci bir non-konjuge çift bağ içeren a-ionon dahil) öncelikle sadece karbonil ylidi vermişlerdir (ancak mvk'nun reaksiyonu bir istisnadır). Bu karbonil ylidleri 1,5 -halka kapanmaları ile ya dihidrofiıranlan (nükleofil: karbenik karbon, A yolu, enonlar) ya da dioksolleri (nükleofil: karbenik karbonil oksijeni, B yolu, enaller) oluşturmuşlardır. Diğer olası reaksiyonlar Şema 4 'de verilmiştir. O'“-R5 rPİnr3 q cor4 Rt>c R e”V 0 \ -/ COR' R1 0\/-«° R^V O -« » R\©^R ROC R COR4 R3 NX/ + V katalizör ^ J r4 r5 r,4 r,5 R R o^c.© R2 O O I ^J*r3 4^R Q COR4 O'“R5 < ®>L3 R^ Şema 4: Açık Zincirli a,{3-Konjuge Karbonil Bileşiklerinin a-Diazokarbonil Bileşikleri ile Verebilmesi Olası Reaksiyonlar Aldehitlerin dipolar karakteri ketonlara göre daha kuvvetli olduğundan, enaller enonlara kıyasla karbonil ylidleri oluşturmada daha başarılıdırlar. Daha sonra bu enal ylidleri birinci basamak reaksiyonlarında daha elektrofilik olan aldehidik karbona 1,5- halka kapanması reaksiyonu ile dioksol türevlerini (B yolu) verirler. xıEnon ylidleri için baskın olan A yolunda, karbenik karbondan enonun 0- pozisyonuna 1,5-halka kapanması ile dihidrofuran oluşumu gözlenmiştir. Fakat hatırlanacağı üzere en küçük enon türevi mvk ile gerçekleştirilen deneylerde dihidrofuran türevlerine rastlanmamıştır. Bunun nedeni olarak karbonile P- konumlu karbonun (C*, denklem 2) kararlılığı düşünülmelidir: oc-ionon, P-ionon ve benzalasetonun her üçü de üJ-geometridedir. A* ara yapısındaki C*'da karbokatyon kararhhğmı destekleyen mono substituentler bulunmaktadır. Buna ilave olarak P-ionon ve benzalasetondaki bu mono substituentler ekstra konjugasyona sahiptirler. Mesitil oksitin ise C*'da disubstituent taşıması karbokatyon kararlılığı için pozitif bir etki olmasına rağmen, bu karbondaki substituentler daha kalabalık bir çevre oluşturduklarından 1,5-halka kapanması için bir dezavantaj olabilmektedir. H R-C M CH3 COR N£! MLn/( V ”Nz e cor4 R-C* O© - H CH3 e cor4 LnM^l_R5 1©,H \ R-C* O d CH3 enolat A* ?MLn ROSc. 1© \< R-CH ' 0 H CH3 -»- A (2) Anlaşıldığı üzere enonlardan dihidrofüranlann oluşumu, ilk aşamada oluşan karbonil ylid ara ürününün sterik ve elektronik özelliklerine bağlıdır. Bu ara ürün aynı zamanda katalizörü de kovalent bağlı halde içerebilir. Neticede, teorik olarak, dihidrofuran ürününün verimi enonlar bakımından şu sırayla azalmaktadır: C*'da mowoalkenil-substitue > wowoalkilsubstitue > disubstitue enon. Verim artışı ise, kar şılık gelen karbenlerin elektrofilik karakterleri göz önüne alınarak diazo/wowoester (eda) < diazodiester (dmdm) < diazoester-keton (eada) sırasıyla olmaktadır. Bu varsayımın ikinci kısmı net olarak çalışmamızda gözlenmiştir: Dmdm birinci basamak reaksiyonlarını yüksek verim ile vermiştir, ancak bu birinci basamak ürünleri önemli oranda ikinci basamak ürünlerine dönüşmüştür. Eada için bu ikinci basamak dönüşümleri görülmemiştir. b) İkinci Basamak Reaksiyonlar: İlk aşamada oluşan A'nın (ve B'nin) olası bütün ileri reaksiyonları Şema 5'de özetlenmiştir. Araştırmacılar ikinci basamak ürünleri oluşumunda genelde iki farklı mekanizma öne sürmektedirler. İlk grup, A ile diazokarbonil bileşiğinin reaksiyonunun güçlü polarize bir ara başlangıç katılma ara ürünü olan Ad üzerinden yürüyerek H, I, J, L ve G yapılarını oluşturduğunu öne sürmektedirler (Şema 6). ikinci grubun savı ise sonraki iyonik aşamalar için gereken yeterli sayıda donor/akseptör gruplarını içeren ve başlangıçta oluşan siklopropan türevi G'nin sonradan kendiliğinden yeni düzenlemelere girmesidir. Öte yandan, başlangıçtaki diazo karbonil bileşiğinin çeşidine göre enol eter/karbenoid reaksiyonlarında ele geçen ürünlere dair literatür verileri aşağıdaki şekilde özetlenebilir: eda esas olarak siklopropan, nadiren çevrilme ürünleri; dmdm AEP, çevrilmeler ve -sadece Wenkert'in bildirdiği bir örnekte görülen- siklopropan; eada daha çok dihidrofuran, bazen de çevrilme ürünleri vermektedir. İkinci basamak reaksiyonlarımızda, dmdm ile reaksiyonlarda literatürde gözlenmeyen dihidrofuran türevi bileşikler H/H' 207, 212 ve 218 elde edilmiştir. Eada karbenoidi ise, çok iyi dipol olduğundan, ikinci basamak ürünlerini vermemiştir. Çünkü birinci basamak reaksiyonlanndaki yüksek reaktivitesinden dolayı bu aşamada tamamen tükenmiştir. xııÇalışmamızdaki deneysel veriler yeterli olmadığından ikinci basamak reaksiyonlarında Ad ve G üzerinden yürüyen hangi mekanizmanın baskın/geçerli olduğu ortaya çıkarılamamıştır. H h. ^s^h COR“ CHjCR3' K V HcfTVlHR 4.7 V ROC Şema 5: İlk Aşamada Oluşan A'nın İleri Reaksiyonlarında Olası Reaksiyonlar RO A/B + N^COzCH3)2 + N2CR1, ”v 2 COR ©c/r1 RO^O^ katılma araürünü, Ad \ RO _yenid \dı CORz.düzenlenme yeniden \~H ^ RwCOr2q 'düzenlenme \^ R1 RO_PV^ r^Y ^cor2 " COR' XT ^^ RO^ xO- katılma-aynlma [UJ-sigmatropik. RO ürünü (AEP) Hgöçfl R1 CH' jCC Şema 6: Alonso ve Grubuna Göre Bir Dihidropiranın Olası Reaksiyonlan xııı
Özet (Çeviri)
CYCLIZATION REACTIONS of a,P-UNSATURATED CARBONYL COMPOUNDS WITH DIAZO COMPOUNDS SUMMARY a-Diazocarbonyl compounds can be induced to undergo a wide variety of chemical transformations under very mild conditions. Their reactions with various olefins provide a facile and powerful means of constructing cyclopropanes. The literature on inter- and intramolecular cyclopropanation with these compounds has been reviewed in detail by Maas and other workers as well. On the other hand, the reaction of a-carbonyl carbenes/carbenoids with other carbonyl compounds proceed in various ways such as addition to the C=0 bond to yield epoxides, formation of 1,3- dioxoles and enol ethers via carbonyl ylids, insertions to aldehydic C-H, enolic O-H and C-C bonds, and formation of new olefins. The largest contribution to this field is that of Padwa and co-workers. An a-diazocarbonyl compound accommodating an oxo and an alkene/alkyne function in the same molecule may react through an initially formed carbonyl ylid, which then intramolecularly adds to the unsaturated site to construct complex polycyclic oxygen heterocycles. The intermolecular reactions can be performed with a,P-unsaturated ketones. Cyclopropanations are rare due to the electron-poor character of the olefinic site, although they are accessible via temporary protection of the ketone function in the case of cyclic enones. Spencer and co-workers showed that a few a-methoxymethylene ketones, where the carbonyl and olefin sites are fixed cisoid to each other, react with ethyl diazoacetate to furnish furan carboxylic acid esters via carbonyl ylids (Scheme 1). This very interesting reaction has been left aside for almost 35 years. OMe OMe N2CHC02Et \^f*~~\Q CuS04 ' f >*>?«** OMe IYV C02Et s“, -MeOH \^~-~0 COzEt Scheme 1: Reaction of a-Methoxymethylene Ketones with Ethyl Diazoacetate In this study we describe the reactions of several oc,p-enones and enals, which do not contain any methanol-like leaving groups, with dimethyl diazomalonate (dmdm), ethyl acetodiazoacetate (eada) and ethyl diazoacetate (eda) under Cu(acac)2 and Rli2(OAc)4 catalysis. The results are summarized in eq. 1 and the products are given in Scheme 2-3. xivR3 + Np: (e*« The reaction of dmdm and eada with a- and P-ionones and benzalacetone under Cu(acac)2 catalysis furnished dihydrofuran derivatives l'-10' (Scheme 2) via a new intramolecular 1,5-ring closure reaction of a,(3-conjugated carbonyl ylid intermediates. Methylvinylketone (mvK) and mesityl oxide were tried to react with dmdm and eada. Unfortunately, the reactions gave the products in it couldn't be identified. At this point, we examined the similar reactions of two enals (crotonaldehyde, cinnamaldehyde) with dmdm and eada and the products were dioxole derivatives (Scheme 3). In order to identify the structures of the stereomers, Dreiding model studies and MM2 energy minimization studies* were also used along with spectral data. ayvie l'S,3Randl'R,3R 1' -OH Ph- T ”O V *\3 MeOjC OMe HsCOC COaCzHs MeOfcC Oy\fe MeCfcC CQzMe ^“~<X OH lR-cfeand VRtram 6' as- 8' CH3OC MeQzl H H (COaB) COjEt,C=Ç EtOjC CQzEt (H) (or other isomers) COCH3 IV 12' EtOzC _ ^COzEt (COCH3) H3COC' ”COCHs (CQzEt) 14' Scheme 2: Products l'-14' MM2 calculations were performed using the PC- WindowsT platform program Desktop Molecular Modeller. xv_r& 16* ~CHa Ph 0 ^C02CH3 O^OCH, 17' Scheme 3: Products 15'-17' The whole reactions can be overviewed in two steps: a) First Step Reactions:. All the investigated enones/enals gave the related conjugated carbonyl ylids, occurring remarkably free of the other possible competing transformation reactions, at the beginning of the reactions studied. These carbonyl ylids then ring-closed either to dihydrofiirans (carbenic carbon as nucleophile, Route A, enones) or to dioxoles (carbenic carbonyl oxygene as nucleophile, Route B, enals). Reaction of mvk was an exception. Some other possible reactions of these ylids also were represented in Scheme 4. Since the dipolar nature of the an aldehyde is stronger than of a ketone, an enal is expected to react more easily with a carbenoid to yield carbonyl ylids as compared to an enone. This enal-ylid prefers 1,5 -ring closure reaction to the more electrophilic aldehydic carbon via its carbenic-carbonyl-oxygen, yielding dioxole derivatives (Route E) in the first step reactions. u !\ /~-f^ N,C COR4 V catalyst t q^COR“ tf0C R5 ^J1 Rf r5 R^J,1 ©6, ”* - - ?W*. * a-'“ *”- '0 COR Q COR' (/“R= R^ V R R &=X* r4 c R5,U^^R3 Scheme 4: Portray for the Postulated Reaction Mechanisms of a,(3-Conjugated Carbonyl Ylids from Enones/Enals XVIIn Route A, which is suppressive in enone-ylids, a different 1,5-ring closure from carbenic-carbon to the (3-position of enone to yield dihydrofurans is observed (eq.2). Remembering that mvk couldn't yield any remarkable amounts of dihydrofuran derivatives, the need of stabilization at C* might be questioned: a- and P-ionone and benzalacetone are all mono-substituted at C* and possess E- geometries. Additionally, P-ionone and benzalacetone have extra conjugations. In the case of mesityl oxide, even though the disubstituted C* causes a positive effect for carbocation stabilization, the increased crowding may be a disadvantage for the 1,5- closure. 1 */ R-C & COR N£ V © COR4 1 H V R-Ö* o© - H CH3 e cor4 LnM~4_R5 K-C* O HCH3 enolate A* -MLn R OC^ yK 1© \e R-CH O H Ob (eq.2) Obviously, formation of dihydrofurans from enones depends on both steric and electronic properties of the initially formed conjugated carbonyl-ylid intermediate, which may also contain catalyst covalently bound. Consequently, the yield of the product should theoretically decrease in the range: /wowoalkenyl substituted>wowoalkyl substituted>disubstituted enone at C* and increase in the range: diazomowoester (eöfa)<diazodiester (û&wû&w)<diazoester-ketone (eada) with respect to electrophilic character of the related carbenes. The second part of this assumption is clearly observed in this study: dmdm gave high yields of first step reactions but with remarkable follow-up of the second step transformations while these follow-ups were not observed for eada. b) Second Step Reactions: All the possible reaction routes for the subsequent reactions of the initially formed A (of course also of the B) were summarized in Scheme 5. Researchers have been proposing mainly two different reaction mechanisms for the formation of the second step products. The first group postulates the reaction of A with diazocarbonyl compound to yield H, I, J, L and G via a highly polarizable initial addition intermediate species Ad (Scheme 6). The claim of the second group is based on the spontaneous rearrangement of the initially formed cyclopropane derivative G which has to have sufficient number of donor/acceptor groups that are necessary for the subsequent ionic stages. On the other hand, reinvestigation of the present literature about the reactions of enol ethers with respect to product distribution versus the kind of starting diazocarbonyl compound gives the data represented below: eda yields mainly cyclopropanes and rarely rearrangements; dmdm gives AEP, rearrangements and -in only a very exclusive pattern of Wenkert- cyclopropanes; eada gives mainly dihydrofurans and sometimes rearrangements. In our second step reactions, we also obtained the unexpected dihyrofuranated compounds H/H' 2', 4% 9', 16' and 18' from dmdm. Although the carbenoid from eada is a very excellent dipole, it didn't give any bis-adducts and it was totally consumed in the first-step reaction because of its high reactivity in the first-step reaction. The absence of any supportive experimental data in our study didn't let us clarify which mechanism was suppressive between Ad and G in the second step reaction. xvnRtoc. R'/V ”COR4 R*OC R5 / COR4 'CHjCRS' K V.4^NRS faP Scheme 5: Possible Reaction Routes for the Subsequent Reactions of the Initially Formed A. + N^COjCHgk vr1 RO^O"\ + N£R1 » xCOR hexafluoro- RO-' benzene addition intermediate a/b AA © Ad RO- ^rearrangement R1 RCr^-o^p0' H ^R2 ro^ o**^ R1 COR2 R1 RO- f^S - t.ch: 2 ^ v_y x r^y- -C0R2 addition-elimination [1,3 -sigmatropic Rtr^C/^ product (AEP) H rearrangement ^ j R1 Scheme 6: Possible Subsequent Routes for the Initially Formed Dihydrofuran A to Follow xvni
Benzer Tezler
- Olefinlerden fatolotik yolla tek aşamalı alfa, beta- doymamış karbonil bileşikleri sentezi
One-pot conversion of olefinsto alfa, beta-unsaturated carbonyl conpounds
EBRU BAŞARIR
- Alfa-diazo-beta-oksoaldehit bileşiklerinin alfa, beta-enonlar ile halkalaşma reaksiyonları
The Ring closure reaction of the alfa-diazo-beta-oxoaldehydes with alfa, beta-enones
AHMET TARIK BAYKAL
- Adana yöresinde doğan bebeklerde kord kanında alfa beta thalassemia ve hemoglobin S spektrumu
Başlık çevirisi yok
NAZMİYE AKMANLAR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1990
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıÇukurova ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
- Tane sınırı fazı azaltılmış alfa-beta sialon seramikleri
Alfa-beta sialon ceramics with reduced amount of grain boundry phase
EMRAH DÖLEKÇEKİÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Seramik MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiSeramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN MANDAL
- Synthesis and catalytical activity of new chiral 2-substituted pynolle derivatives of alpho amino acids and beta amino alcohols
Alfa amino asit ve beta amino alkollerinden yeni kiral 2-substute pirol türevlerinin sentezi ve katalitik aktiviteleri
ZUHAL ARKIN
Doktora
İngilizce
2000
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN SITKI DEMİR
PROF. DR. İDRİS MECİDOĞLU AKHMEDOV