Одни из наиболее существенных достижений в органической химии, в частности в области циклических и гетероциклических соединений за последние двадцать лет связаны с использованием металлоорганических производных и, особенно, с реакциями, катализируемых переходными металлами и литийорганическими производными. В частности, на протяжении последних десяти лет значительные успехи достигнуты в получении бор-, магний- и цинкорганических производных гетероциклических соединений и разработаны новые лиганды для палладиевих катализаторов, что позволило существенно расширить возможности реакций присоединения и замещения, которые катализируются палладием.
Металлированные гетероциклические соединения могут использоваться не только для получения производных определенной гетероциклического системы или синтеза на ее основе других гетероциклов, а также как нуклеофильные синтетические эквиваленты простых синтонов.
Синтез и дальнейшие преобразования металлоорганических гетероциклических соединений привлекают все большее внимание химиков. Это обусловлено несколькими причинами:
- во-первых, совершенствуются методы синтеза металлоорганических соединений. Сегодня удается металлировать новые субстраты, с которыми раньше реакция не реализовывалась, или шла с неудовлетворительным выходом.
- во-вторых, в распоряжении химиков сейчас многочисленный набор реагентов, который позволяет заменять металл практически на любую функциональную группу или ее синтетический эквивалент.
- в-третьих, гетероциклические соединения содержат гетероатом, который благодаря своим електронноакцепторним свойствам часто стабилизирует карбанионы как при соседнем атоме углерода, так даже и в группах, которые связаны с гетероцикпом.
- существующий, постоянно растущий, объем информации позволяет грамотно спланировать эксперимент, а коммерческая доступность многих исходных и вспомогательных веществ - реализовать его в достаточно сжатые сроки.
Классификация методов получения литийорганических соединений
Большинство простых алкиллитиевые реагентов, а также общие амиды лития коммерчески доступны в различных растворителях и концентрациях. Литийорганические реагенты могут быть также получены в лабораторных условиях. Ниже приведены некоторые наиболее часто встречающиеся способы получения литийорганических реагентов.
Для синтеза литийорганических соединений применяют следующие основные методы:
Реакция галогенорганических соединений с металлами.
$R - X + 2 Li \to R- Li + Li -X$
($X = Cl$, $Br$, $I$)
Реакция галогенорганических соединении с металлоорганическими соединениями.
$R - X + R'- Li \to R- Li + R'-X$
($X = Cl$, $Br$, $I$, иногда $OR$, $OAc$, $SAr$)
Металлирование $CH$-кислот металлоорганическими соединениями.
$R - H + R'- Li \to R- Li + R'-H$
Металлирование $CH$-кислот металлами.
$R - X + Li \to R- Li + 1/2 H_2$
Литийорганические производные гетероциклических соединений вступают в реакции с широким кругом электрофильных реагентов, аналогично ариллитиевим соединениям. Литийорганические производные гетероциклических соединений могут быть получены как в результате прямого металлирования (депротонирования атома углерода), так и в результате реакции обмена между галогенпроизводных гетероциклических соединений и алкиллитиевыми соединениями. Важно, что литийорганические соединения удобны предшественниками металлоорганических соединений менее электроположительных элементов, таких как цинк, бор, кремний и олово, которые используются в широко распространенных реакциях соединения.
Рисунок 1.
Металлирование $CH$-кислот литийорганическими соединениями
Вторым распространенным способом получения литийорганических реагентов является металлирование (литиево-водородный обмен). Относительная кислотность атомов водорода регулирует положение литирования.
Это также один из наиболее распространенных способов получения алкиллитиевых реагентов, потому что водород, связанный с атомом углерода часто является кислотным и легко депротонируется. Для получения ароматических соединений, положение литирования также определяется направляющим действием замещенных групп. Так наиболее эффективными направляющими группами заместителей являются алкокси-, амидо-, сульфокси- и сульфонильные группы. Металлирование часто происходит в орто-положении к этим заместителям. В гетероароматических соединениях, как правило, происходит металлирование в орто-положение к гетероатомом.
Рисунок 2. Вещества получаемые металлированием $CH$-кислот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Взаимодействие органических галогенидов с литийорганическими соединениями
Третьим способом получения литийорганических реагентов является обмен лития на галоген при взаимодействии органических галогенидов с литийорганическими соединениями.
Трет-бутиллитий или $н$-бутиллитий являются наиболее часто используемые реагентами для создания новых видов литийорганических веществ путем обмена лития на галоген. Такой литиево-галогеновый обмен в основном используется для преобразования арильных и алкенильных йодидов и бромидов с $sp^2$ атомами углерода в соответствующих соединениях. Реакция происходит очень быстро, и часто протекает при температурах от -60 до -120 $^\circ$ С.
При обработке бутиллитием в диэтиловом эфире при -50 $^\circ$С, бромбензол подвергается перестановочному обмену галогена на металл с замедленной скоростью, которая значительно возрастает при 0 $^\circ$ С. Преобразование завершается через несколько секунд, если реакция проведится в тетрагидрофуране при -75 $^\circ$ С. Йодбензол реагирует мгновенно в любых условиях.
В отличие от бром- и иод- производных, органические соединения хлора являются относительно инертными по отношению к литийорганическим реагентам. Есть только несколько классов хлорированных субстратов, в частности дихлоропропан, 1,1-дихлор-$L$-алканы и дивицинальные олигохлорбензолы, которые способны вступать в реакции обмена хлора на литий.
Насколько хорошо будет проходить данный обмен также напрямую зависит от исходного литийорганического реагента и в первую очередь от его основности. Таким образом, трет-бутиллитий является лучшим реагентьм, чем втор-бутиллитий, который в свою очередь, превосходит бутиллитий. Метиллитий является наименее реактивным алкиллитиевым реагентом, но превосходит фениллитий, по крайней мере при низких концентрациях. Реакционная способность алкиллитиевых компонентов падает в ряду
Рисунок 3.
