Одним из главных отличий между литийдиалкилкупратами и литийалкилами является то, что литийорганические соединения (как и мaгний органические соединения) в условиях реакций Михаэля образуют в основном 1,2- продукты присоединения, а диалкилкупраты в противоположность им почти исключительно 1,4- продукты присоединения. Это значит, что в случае литийдиалкилкупратов присоединение карбанионов происходит не по карбонильным атомам углерода ($C_1$), а почти исключительно по атомам углерода $C_3$.
Особенности электронной структуры при присоединении литийдиалкилкупратных и литийалкилатных карбанионов к $\alpha, \beta$-непридельным соединениям
Так как присоединение карбанионов к $\alpha, \beta$-непридельным соединениям является нуклеофильным процессом, то граничные орбитали в этом случае являются высшая занятая молекулярная орбиталь литийдиалкилкупратов и низшая свободная молекулярная орбиталь енонов. Простейшими енонами в данном случае являются акролеины, четные $p$-орбитали которых охватывают сопряженные атомы: $O$, $C_1$, $C_2$ и $C_3$. Особенностью низшей свободной молекулярной орбитали акролеинов является то, что они имеют максимальную плотность (плотность на пустой орбитали) у атома $C_3$ ($\psi_3{^*}$ ).
Рисунок 1.
Атака литийдиалкилкупратов на $C_3$ означает, что в этих реакциях осуществляется орбитальный контроль, который характерен для взаимодействий мягких кислот Льюиса (акролеины) с мягкими основаниями. Следовательно, процесс селективного 1,4-присоединения характеризует литийдиалкилкупраты как мягкие основания Льюиса. А литийалкилы же являются более жесткими основаниями, и об этом говорит тот факт, что литийалкилы присоединяются по карбонильным атомам углерода $C_1$, на которых суммарные ( $\pi+\sigma$ ) положительные заряды больше, чем на $C_3$ атомах, что объясняется индуктивными и мезомерными эффектами соседних электроотрицательных атомов кислорода. И такой зарядовый контроль типичен для более жестких кислотно-основных взаимодействий.
Обоснование того, что литийдиалкилкупраты становятся более мягкими основаниями, возможно с помощью принципа симбиоза. В алкиллитиевых соединениях карбанион связан с жестким катионом $Li^+$, а в диалкилкупрате - с мягким катионом $Cu^+$. По принципу симбиоза мягкий ион меди должен увеличивать мягкость алкильных анионов, а жесткий ион лития должен, наоборот, уменьшать мягкость алкильных анионов как кислот Льюиса. Именно наличие тяжелого металла - меди - приводит к тому, что карбанион в составе купрата становится более мягким, чем карбанион в составе алкиллития.
Это приводит к важным следствиям. Бренстедовская основность купрата, т.е. сродство к протону (жесткой кислоте Льюиса) становится значительно меньше основности алкиллития. Следовательно, вероятность таких побочных реакций, как отщепление протона от субстрата (металлирование, $\alpha$- и $\beta$- элиминирование в случае галоидных алкилов), становится значительно меньшей, если вместо алкиллития использовать купрат. В этом заключается преимущество применения литийдиалкилкупратов в органическом синтезе.
Особенность реакций литийдиалкилкупратов с органическими хлоридами
Как уже было сказано, литийдиалкилкупраты часто используют для их взаимодействия с органическими хлоридами, бромидами и йодидами с целью замещения групп галогенидов на $R$ группу, что используется для создания более крупных молекул из более мелких.
Особенностью этих реакций является то, что в них образуются промежуточные соединения с трехвалентной медью, что также является отличительной чертой именно литийдиалкилкупратов.
Рисунок 2. Особенность реакций литийдиалкилкупратов с органическими хлоридами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В реакции, показанной ниже, реагент Гилмана является метилирующим реагентом в реакции с сопряженным алкином. Кроме того, отрицательный заряд в ловушке нуклеофильного ацила помогает в замещении эфирной группы и образует циклический енон.
Рисунок 3.
Реагенты Гилмана имеют сложные структуры как в кристаллической форме, так и в растворе.
Образование промежуточных комплексов трехвалетной меди
Во многих реакциях с участием литийдиалкилкупратов, механизм реакции вызывает образование промежуточного продукта меди со степенью окисления +3, что является еще одной отличительной чертой именно этого класса соединений. Например, в процессах восстановительного элиминирования, $Cu$ (III) восстанавливают до $Cu$ (I). Однако соединения $Cu$ (III) редки в химии в целом и до недавнего времени доказательства существования таких медьорганических соединений были неубедительны. И только в 2007 году были получены первые спектроскопические доказательства существования $Cu$ (III) в сопряженном интермедиате при взаимодействии реагента Гилмана с еноном. При так называемой быстрой инъекции ЯМР эксперимента при -100 $^\circ$ C, реагент Гилмана $Me_2CuLi$ (стабилизированный иодидом лития) был введен в циклогексенон (1), что позволило обнаружить медно-алкеновый $\pi$ комплекс (2). И при последующем добавлении триметилсилилцианида наблюдалось формирование именнр трехвалентной меди (комплекс которой неопределенно стабилен при этой температуре) и при повышении температуры до -80 $^\circ$ С образовывался продукт (4)
Рисунок 4.
В соответствии с сопутствующими исследованиями данные промежуточноые $Cu$ (III) комплексы имеют квадратную плоскую молекулярную геометрию с цианогруппой в цис-ориентации по отношению к группе циклогексенилметиновом и анти-параллельны метиновому протону.
Энантиоселективность сопряжения литийдиалкилкупратов
-
Реакции диастереоселективного сопряженного присоединения хиральных литийдиалкилкупратов обеспечивают получение бета-функционализированных кетонов с высоким выходом и диастереоселективностью, что также является отличительной чертой литийдиалкилкупратов. Недостатком этих реакций является требование полного эквивалента энантиомерного исходного материала.
Рисунок 5. -
Другие энантиоселективные методы синтеза на основе литийдиалкилкупратов и енонов были разработаны совсем недавно.
Предлагаемый механизм включает трансметаллизацию реагентов Гриньяра с медью, с последующим восстановительным элиминированием:
Рисунок 6.
