$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ciągła ewolucja chemii organicznej opiera się na projektowaniu i opracowywaniu nowych reakcji. W szczególności odkrycie nowych reakcji, które umożliwiają niewyobrażalne wcześniej drogi syntezy, ma ogromne znaczenie. W tym celu nasza grupa chciała przekształcić dwa atomy węgla alkinu i azot azydku w cyjanokarben. 1 Ta wcześniej nieznana transformacja pozwoliłaby na znaczny wzrost złożoności molekularnej, ponieważ reaktywny cyjanokarben szybko reagowałby dalej. Początkowo starano się użyć alkinu nukleofilowego i azydku elektrofilowego, ale w tym przypadku triazole zostały skutecznie utworzone, w przeciwieństwie do cyjanokaberenów. 2 Stosując podejście umpolungowe, druga metoda wykorzystuje elektrofilowy alkin i azydek nukleofilowy, a produkty powstające w reakcjach cyjanokarbenu na szczęście powstają w tym przypadku. 3 Istnieje wiele źródeł azydku nukleofilowego, jednak alkiny elektrofilowe są znacznie mniej powszechne. Grupa Klausa Banerta wcześniej zgłosiła dowód słuszności koncepcji tej reakcji przy użyciu chlorku alkinylu, ale nasza grupa i grupa Banerta niezależnie i równocześnie ustaliły, że hiperwalentne triflaty alkinylowe jodonium (HIAT) są znacznie lepszymi elektrofilami ze względu na stabilność i reaktywność. 3,6 Opisujemy tutaj syntezę, izolację i reakcję tych HIAT z azydkami do powstania i reakcji in situ jako cyjanokarbenów.
Przed przystąpieniem do tych eksperymentów należy rozważyć kilka środków ostrożności. Niektóre hiperwalentne triflaty alkinylowe jodonium są niestabilne i rozkładają się, czasami gwałtownie, pod wpływem powietrza i światła. 7 Aby wytworzyć półprodukt cyjanokarbenu, procedura wymaga użycia źródeł azydku. Azydki są wybuchowe i wysoce toksyczne. 8 Podczas pracy z tymi materiałami należy nosić odpowiednie środki ochrony osobistej, zwłaszcza cynoorganiczne, a wszelkie manipulacje odczynnikami powinny odbywać się w odpowiednio wentylowanych okapach. Cyjanokarben jest silnym i niestabilnym reaktywnym produktem pośrednim. Należy uważać, aby początkowo przeprowadzać eksperymenty na małą skalę, aby można było kontrolować wydzielanie się azotu gazowego i nigdy nie przeprowadzać tych reakcji w układach zamkniętych. Jeśli pożądane jest zwiększenie skali reakcji, zdecydowanie zalecamy użycie osłony bezpieczeństwa.
Synteza wielu HIATów została wcześniej opublikowana, w tym użycie odczynnika9,10 Zefirowa i odczynnika Kosera,9,11, jednak ten film będzie używał odczynnika triflatowego cyjanofenyliodoniowego9,12 (Rysunek 1). Triflate cyjanofenyliodonium zsyntetyzowano na podstawie wcześniej opisanego preparatu literaturowego. 13 Odczynnik reaguje z alkinami modyfikowanymi cyną trialkilową14, tworząc pożądany produkt. Po zsyntetyzowaniu i wyizolowaniu HIAT można go reagować z azydkiem, tworząc reaktywny produkt pośredni cyjanokarbenu (ryc. 2). Istnieje kilka innych metod, które można zastosować do syntezy alkinów jodonium, takich jak użycie alkinylosilanów15 i alkinylo-boronów16, ale metoda przedstawiona w filmie została wybrana, ponieważ z naszego doświadczenia wynika, że miała lepszą wydajność i wydajność.
Nasz proponowany mechanizm3,5 (Rysunek 3) dla tej reakcji polega na dodaniu źródła azydku do β-węgla alkinu, tworząc w ten sposób jodo-ylidek, który rozkłada się na jodobenzen i karben winylidenu. Karben winylidenu może następnie ulec przegrupowaniu 1,2 poprzez migrację grupy R lub azydku, aby uzyskać azydek alkinylu. Azydek alkinylu następnie wytłacza diazot, tworząc cyjanokarben, który może reagować z substratem. Należy zauważyć, że w zależności od warunków może dojść do powstania hiperwalentnego gatunku alkenylotriflatu jodonium. Produkt uboczny jest preferowany w niższych temperaturach w rozpuszczalnikach protonowych, gdzie protonowanie jodo-ylidu jest szybsze niż przegrupowanie do azydku alkinylowego. Innym możliwym produktem, który zachodzi podczas reakcji insercji O-H, jest eter winylowy, w którym karben winylidenu jest uwięziony, zanim dojdzie do przegrupowania do azydku alkinylu. Skłonność do tworzenia tego eteru winylowego jest określana przez grupę R.
Jedną z głównych zalet tej reakcji jest to, że po reakcji karbenu, otrzymana grupa nitrylowa jest wygodnym uchwytem do dalszej funkcjonalizacji. Za pomocą tej metody można wyobrazić sobie wiele syntonów i różne produkty mogą być formowane z tych samych substratów. Konieczne jest kontrolowanie mieszaniny produktów za pomocą temperatury, stężenia i grupy R alkinu. 3 Dzięki odpowiedniemu wglądowi w zachowanie cyjanokarbenów, metoda ta okazuje się realnym sposobem na szybkie zwiększenie złożoności chemicznej w celu utworzenia docelowej cząsteczki. Przykłady reakcji cyjanokarbenu obejmują insercję OH, w której nukleofilowy atom tlenu alkoholu atakuje karben, a następnie następuje transfer protonów, kompleksowanie dimetylosulfotlenku, w którym karben łączy się z atomem siarki, oraz cyklopropanację, w której karben reaguje z alkenem.