Hispanopedia WikiLa expansión de anillo de Buchner es una reacción orgánica de formación de enlaces C-C en dos pasos que se utiliza para acceder a anillos de 7 miembros. El primer paso implica la formación de un carbeno a partir de diazoacetato de etilo , que ciclopropano un anillo aromático . La expansión del anillo ocurre en el segundo paso, con una reacción electrocíclica que abre el anillo de ciclopropano para formar el anillo de 7 miembros. [ 1 ] y ciencia de los materiales (derivados de fulereno).
Historia
La reacción de expansión de anillo de Buchner fue utilizada por primera vez en 1885 por Eduard Buchner y Theodor Curtius [ 2 ] [ 3 ], quienes prepararon un carbeno a partir de diazoacetato de etilo para su adición al benceno mediante vías térmicas y fotoquímicas en la síntesis de derivados de cicloheptatrieno . El producto resultante fue una mezcla de cuatro ácidos carboxílicos isómeros . Las variaciones en la reacción se deben a los métodos de preparación del carbeno. Los avances en la química organometálica han dado lugar a una mayor selectividad de los derivados de cicloheptatrieno. En la década de 1980 se descubrió que los catalizadores de dirrodio proporcionan isómeros de ciclopropano únicos con altos rendimientos. [ 4 ]
La primera síntesis de derivados de cicloheptatrieno realizada por Buchner en 1885 empleó fotólisis y condiciones térmicas para generar el carbeno. En Organic Syntheses [ 5 ] se encuentra disponible un procedimiento para la preparación del material de partida peligroso necesario para la generación de carbeno en la reacción de Buchner, el diazoacetato de etilo . En el procedimiento proporcionado, Searle incluye instrucciones de precaución debido a la naturaleza altamente explosiva de los ésteres diazoacéticos.
La síntesis del carbeno en la década de 1960 se centró en el uso de catalizadores de cobre para la ciclopropanación estereoselectiva . [ 6 ] En la década de 1980, se utilizaron catalizadores de dirrodio para generar el carbenoide para la ciclopropanación. El advenimiento de la metaloquímica ha mejorado la selectividad de las proporciones de productos de los derivados de ciclohexatrieno mediante la elección del ligando en el catalizador carbenoide. [ 7 ]
Mecanismo
Paso 1
El mecanismo de reacción de la expansión del anillo de Buchner comienza con la formación de un carbeno a partir de diazoacetato de etilo, generado inicialmente mediante reacciones fotoquímicas o térmicas con extrusión de nitrógeno.
El carbeno generado se adiciona a uno de los enlaces dobles del benceno para formar el anillo de ciclopropano.
La aparición de reactivos catalizados por metales de transición proporciona métodos estereoselectivos alternativos para la ciclopropanación. Las opciones de metales incluyen Cu, Rh y Ru con una variedad de ligandos. [ 6 ] El uso de catalizadores de rodio en la reacción de Buchner para la generación de carbenos reduce el número de productos al producir predominantemente ésteres de cicloheptatrienilo cinéticos. [ 7 ] Las mezclas de productos de las reacciones de Buchner resultantes de catalizadores de rodio II térmicos son menos complicadas. Wyatt et al. han estudiado la regioselectividad de la reacción de Buchner térmica utilizando Rh 2 (O 2 CCF 3 ) 4 y demostraron que el carácter electrófilo del carbeno de rodio prefiere la reacción en los enlaces π más nucleofílicos del anillo aromático. [ 8 ]
El ciclo catalítico del carbeno aceptado [ 9 ] fue propuesto por Yates [ 10 ] en 1952. Inicialmente, el compuesto diazo se adiciona oxidativamente al complejo metal-ligando. Tras la extrusión de nitrógeno, se genera el carbeno metálico, que reacciona con una sustancia aromática rica en electrones para regenerar reductivamente el catalizador metálico, completando así el ciclo catalítico.
Paso 2
El segundo paso de la reacción de Buchner implica una expansión de anillo concertada pericíclica . Según las reglas de Woodward-Hoffmann , la apertura electrocíclica de los derivados de norcaradieno es un proceso disrotatorio de 6 electrones (π 4 s + σ 2 s ), térmicamente permitido.
El equilibrio norcaradieno-cicloheptatrieno ha sido estudiado exhaustivamente. [ 11 ] La posición del equilibrio depende de efectos estéricos , electrónicos y conformacionales . Debido a la tensión conformacional en el anillo de ciclopropano del norcaradieno, el equilibrio se desplaza hacia el cicloheptatrieno. El equilibrio puede desplazarse hacia el norcaradieno por la desestabilización del cicloheptatrieno mediante la sustitución con grupos voluminosos (grupos con impedimento estérico grande, como el t -butilo) en C1 y C6.
El equilibrio puede alterarse variando la sustitución en C7. Los grupos donadores de electrones (EDG) favorecen el norcaradieno, mientras que los grupos atractores de electrones (EWG) favorecen el cicloheptatrieno.
La tautomería del norcaradieno y el cicloheptatrieno puede entenderse a partir de los orbitales moleculares de ciclopropano de Walsh del anillo de ciclopropano del norcaradieno. La racionalización electrónica para la estabilización de los orbitales de Walsh [ 11 ] es posible tanto para grupos electroatractores como electrodonadores en el carbono C7. Los orbitales moleculares de los grupos electroatractores en C7 se solapan con los orbitales HOMO de Walsh del anillo de ciclopropano, lo que provoca un acortamiento del enlace C1-C6. En el caso de los grupos electrodonadores, el solapamiento orbital es posible de nuevo, ahora en el LUMO, lo que resulta en un aumento del carácter antienlazante que desestabiliza el tautómero norcaradieno. La posición del equilibrio puede controlarse dependiendo de los sustituyentes del carbeno.
Reacción de Buchner en química medicinal
El método de expansión de anillo de Buchner se ha utilizado para generar derivados espiro de la penicilina. [ 12 ]
La generación intramolecular de carbenoides proporciona azulenos sustituidos mediante una expansión de anillo tipo Buchner. El fármaco antiulceroso Egualen (KT1-32) se sintetizó utilizando esta estrategia de expansión de anillo-anulación con un catalizador de rodio (Rh 2 (OCOt-Bu) 4 ) en éter.
Sustratos de fullereno
El método de expansión de anillo de Buchner se ha utilizado para generar derivados de buckminsterfullereno , que en su momento se creyó que eran relevantes para las células fotovoltaicas. [ 13 ] [ 14 ]
Limitaciones
Las desventajas de la reacción incluyen reacciones secundarias del fragmento carbeno. Es necesario considerar la elección del disolvente para la reacción. Además del potencial para reacciones de inserción de enlaces carbono-hidrógeno , la inserción de carbeno carbono-halógeno es posible cuando se utiliza diclorometano como disolvente. [ 15 ]
Es necesario controlar la regioselectividad durante la adición de carbeno para evitar subproductos derivados de isómeros de cicloheptatrieno conjugados . Noels et al. utilizaron catalizadores de Rh(II) para la generación de carbeno en condiciones de reacción suaves (temperatura ambiente) para obtener regioselectivamente el isómero de cicloheptatrieno no conjugado cinético. [ 4 ] [ 1 ] [ 16 ]
Véase también
Referencias
- 1 2 Reisman, SE; Nani, RR; Levin, S. (2011), "Buchner y más allá: ciclopropanación de arenos aplicada a la síntesis total de productos naturales" (PDF) , Synlett , 7 (17): 2437– 2442, doi : 10.1055/s-0031-1289520
- ^ Buchner, E.; Curtius, T. (1885), "Ueber die Einwirkung von Diazoessigather auf aromatisch Kohlenwasserstoffe" , Ber. Alemán. Química. Ges. , 18 (2): 2377– 2379, doi : 10.1002/cber.188501802119
- ↑ Buchner, E.; Curtius, T. (1885), "Síntesis de β-cetoésteres a partir de aldehídos y ácido diazoacético." , Ber. Dtsch. Chem. Ges. , 18 (2): 2371–2377 , doi : 10.1002/cber.188501802118
- 1 2 Hubert, AJ; Noels, AF; Anciaux, AJ; Warin, R.; Teyssie, P. (1981), "Reacciones catalizadas por metales de transición de compuestos diazo. 2. Adición a moléculas aromáticas: catálisis de la síntesis de cicloheptatrienos de Buchner" (PDF) , J. Org. Chem. , 46 (5): 873–876 , doi : 10.1021/jo00318a010 , hdl : 2268/237697
- ↑ Searle, NE (1956), "Ethyl Diazoacetate", Organic Syntheses , 36 : 25, doi : 10.15227/orgsyn.036.0025
- 1 2 Lebel, H.; Marcoux, J.; Molinaro, C.; Charette, A. (2003), "Reacciones de ciclopropanación estereoselectiva", Chem. Rev. , 103 (4): 977– 1050, doi : 10.1021/cr010007e , PMID 12683775
- 1 2 McKervey, A.; Ye, T. (1994), "Síntesis orgánica con compuestos alfa-diazocarbonílicos", Chem. Rev. , 94 (4): 1091– 1160, doi : 10.1021/cr00028a010
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- ↑ Pirrung, MC; Liu, H.; Morehead, J.; Andrew T. (2002), "Quimioenzimas de rodio: cinética de Michaelis-Menten en reacciones carbenoides catalizadas por carboxilato de dirrodio(II)", J. Am. Chem. Soc. , 124 (6): 1014– 1023, doi : 10.1021/ja011599l , PMID 11829610
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- ↑ Matlin, SA; Chan, L. (1981), "Nuevos derivados espiro de la penicilina", Tetrahedron Letters , 22 (40): 4025– 4028, doi : 10.1016/S0040-4039(01)82055-4
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- ↑ Lovely, CJ; Browning, RG; Badarinaray, V.; Rasika Dias, HV (2005), "Una reacción de Buchner catalizada por plata", Tetrahedron Letters , 46 (14): 2453– 2455, doi : 10.1016/j.tetlet.2005.02.052
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Lecturas adicionales
- Mander, LN; Frey, B.; Wells, AP; Rogers, DH (1998), "Síntesis de los inusuales diterpenoides tropones hainanolidol y harringtonolide", J. Am. Chem. Soc. , 120 (8): 1914– 1915, Bibcode : 1998JAChS.120.1914F , doi : 10.1021/ja9738081
- Danheiser, RL ; JL Kane, J.; Shea, KM; Crombie, AL (2001), "Una estrategia de expansión de anillo-anulación para la síntesis de azulenos sustituidos. Preparación y reacciones de acoplamiento de Suzuki de triflatos de 1-azulenilo", Org. Lett. , 3 (7): 1081–1084 , doi : 10.1021/ol0156897 , PMID 11277800
- Danheiser, RL; Crombie, AL; Kane, JLJ; Shea, KM (2004), "Estrategia de expansión de anillo-anulación para la síntesis de azulenos y oligoazulenos sustituidos. 2. Síntesis de haluros de azulenilo, sulfonatos y compuestos azulenilmetálicos y su aplicación en reacciones de acoplamiento mediadas por metales de transición", J. Org. Chem. , 69 (25): 8652– 8667, doi : 10.1021/jo048698c , PMID 15575741
- Wudl, F.; Gonzalez, R.; Hummelen, JC (1995), "La isomerización fotoquímica y catalizada por ácido específica de un fullereno robusto a un metanofullereno", J. Org. Chem. , 60 (8): 2618– 2620, doi : 10.1021/jo00113a049
- Wudl, F.; Hummelen, JC; Knight, BW; LePeq, F. (1995), "Preparación y caracterización de derivados de fulleroides y metanofullerenos", J. Org. Chem. , 60 (3): 532– 538, doi : 10.1021/jo00108a012
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- Reacciones de reordenamiento
- Reacciones de nombres