Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

Реакции нуклеофильных радикалов с гетероциклическими соединениями, содержащими иминный фрагмент, в присутствии кислот представляют собой наиболее важные и синтетически полезные процессы с участием гетероциклических соединений [47].

Пиридины, хинолины, диазины, имидазолы, бензотиазолы и пурины способны вступать в реакции со многими нуклеофильными радикалами с замещением атома водорода в α- и γ-положениях относительно атома азота. Присутствие кислоты в таких реакциях весьма существенно, поскольку протонирование сильно увеличивает реакционную способность субстратов по отношению к нуклеофильным радикалам и региоселективность такого взаимодействия. С нейтральными основаниями реакции идут очень трудно. Практическая значимость таких процессов связана с возможность прямого введения ацильных групп в гетероцикл, чем достигается эффект реакции Фриделя — Крафтса, обычно невозможной для таких субстратов (разд. 2.2.2.). Третичные радикалы более стабильны и более нуклеофильны и, следовательно, более активны в реакции Минисци, чем метил-радикалы. Большинство примеров реакции Минисци было проведено в водных средах или, по крайней мере, в средах с высоким содержанием воды, что облегчает выделение органических продуктов реакции.

Для генерирования необходимых радикалов было применено несколько методов, многие из них связаны с первоначальным образованием гидрокси- или метил-радикалов, которые затем отщепляют атом водорода или йода от подходящих субстратов. Ниже приведены оба примера генерирования радикалов [48]. Ароматизация промежуточно образующихся радикал-катионов обычно происходит при их взаимодействии с избытком окислителя, используемого для генерирования изначального радикала.

Рисунок 1. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

Кроме окислительных методов генерирования радикалов, приведённых выше, также возможно образование алкил-радикалов при восстановлении алкил-иодидов трис(триметилсилил)силаном в условиях, подходящих для проведения реакции Минисци [49]. Карбоновые кислоты (α-кетокислоты) могут служить источниками алкил-радикалов [50] (ацил-радикалов [51]) при их окислении пероксидами, катализируемом солями серебра. Радикалы могут быть также генерированы и в неводной среде из производных карбоновых кислот и 1-гидроксипиридин-2-тиона (метод Бартона) [52].

Рисунок 2. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

N,N-Диалкилформамиды можно превратить либо в алкил-, либо в ацил-радикалы в зависимости от условий [53]

Рисунок 3. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

Интересный и полезный в синтетическом плане процесс связан с первоначальным взаимодействием электрофильного радикала с алкеном: сам электрофильный радикал не взаимодействует с протонированным гетероциклическим соединением, однако после присоединения такого радикала к алкену образуется нуклеофильный радикал, который и присоединяется к гетероциклу [54].

Рисунок 4. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

В том случае, когда в субстрате имеется более чем одно положение, способное участвовать в реакции с радикалом, как, например, в случае пиридина, возникает проблема региоселективности замещения и возможности образования продуктов полизамещения, поскольку соединение, образующееся в результате первой реакции замещения, обычно более активно в таких реакциях, чем исходное соединение. Региоселективность процесса радикального замещения в значительной степени зависит от характера радикала и от природы используемого для проведения реакции растворителя, однако иногда контроль региоселективности таких процессов трудно осуществить [55].

Рисунок 5. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

Следует отметить, что радикальное замещение часто не сопровождается полной конверсией субстрата, но, поскольку продукт реакции замещения обычно легко отделить от исходного, сложностей с выделением целевого соединения обычно не возникает. Для того чтобы избежать вторичного замещения, обычно либо контролируют кислотность среды (в том случае, если продукт реакции — основание меньшей силы, чем исходное соединение), либо проводят реакцию в двухфазной системе, тогда более липофильный продукт реакции замещения переходит в органический слой и, тем самым, удаётся избежать повторного замещения.

Селективное монозамещение может быть осуществлено при использовании N+-метоксипроизводных гетероциклических соединений вместо проведения реакций в присутствии кислот. В этом случае ароматизация первоначально образующегося аддукта связана с потерей молекулы метанола, а образующийся при этом нейтральный пиридин гораздо менее склонен к радикальному замещению [56].

Рисунок 6. Раздел 2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

В некоторых случаях с нормальным процессом радикального замещения атома водорода может конкурировать ипсо-замещение нитро-, сульфонильной и ацильной групп [57].


2.4.1. Реакции гетероциклических соединений с нуклеофильными радикалами. Реакция Минисци

Список литературы к главе 2

Глава 2

Дополнительно:


Термодинамические основы механохимии / Монография знакомит с современным состоянием химической термодинамики твёрдых тел и её приложениями к механохимии. Объясняется тензорная природа химического потенциала и химического сродства и их роль в физических и химических процессах, протекающих в условиях сложных, механически анизотропных состоТермодинамические основы механохимии
Монография знакомит с современным состоянием химической термодинамики твёрдых ...
Новые поликонденсационные полимеры: Сборник переводов и обзоров из иностранной периодической литературы / Синтез полимеров методом поликонденсации представляет значительный интерес при получении материалов с заранее заданными свойствами, например термостойких полимеров. За последние годы разработаны и приобретают большое значение новые методы поликонденсации полимеров, в частности низкотемпературная полНовые поликонденсационные полимеры: Сборник переводов и обзоров из иностранной периодической литературы
Синтез полимеров методом поликонденсации представляет значительный интерес при ...
Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений / При написании данного методического руководства авторы имели в виду прежде всего запросы не специализированных физико-химических лабораторий, а широких кругов химиков, работающих по синтезу высокомолекулярных соединений, и студентов старших курсов, специализирующихся в области химии полимеров. ПоэтоМетоды определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений
При написании данного методического руководства авторы имели в виду прежде всего ...
Теория инфракрасных спектров полимеров / В монографии последовательно излагается общая теория инфракрасных спектров полимеров и полимерных кристаллов и методы расчёта кривых спектрального распределения коэффициента поглощения. Предлагаемая теория является естественным распространением теории колебании малых молекул па объекты периодическойТеория инфракрасных спектров полимеров
В монографии последовательно излагается общая теория инфракрасных спектров ...