1,3-Диполярное циклоприсоединение - такие реакции, в которых одни молекулы, электронную структуру которых можно представить в виде 1,3-диполей, реагируют с ненасыщенным фрагментом других молекул - диполефилами, с образованием 5-членных циклов или гетероциклов, как в случае показанном ниже:
Рисунок 1. 1,3-Диполярное циклоприсоединение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Заметим, что в реальных конфигурация диенофилов полного разделения зарядов в молекулах не происходит. В реальности атомы углерода несут лишь частичноположительные заряды, а гетероатомы лишь частичноотрицательный заряды; поэтому схема таких реакций в случае гетеросоединений может быть записана и по-другому:
Рисунок 2. Схема реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Впервые 1,3-дипольные реакции циклоприсоединения были описаны в конце 19-го века, после открытия 1,3-диполей. Механистические исследования и изучение синтетического применения таких реакций было выполнено в 1960-е годы Рольфом Хьюсгеном. Хьюсген исследовал серию реакции циклоприсоединения между 1,3-диполярными диазосоединениями и различных диполефильными алкенами. Следовательно, такие реакции иногда называют циклоприсоединением Хьюсгена (этот термин часто используется для описания конкретно 1,3-диполярного циклоприсоединения между органическим азидом и алкинами - генерировании 1,2,3-триазола). В настоящее время 1,3-диполярное циклоприсоединение является важным путем к регио- и стереоселективному синтезу пятичленных гетероциклов.
Хелетропные реакции
Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, при которых простые алкены или сопряженные цис-полиены соединяются при помощи двух своих концевых атомов углерода к одному атому молекулы диенофила носят название хелетропных реакций. В реакции этого типа вступают:
- карбены
Рисунок 3. Хелетропные реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
- $SO_2$
Рисунок 4. Хелетропные реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
- соединения, содержащие трехвалентный фосфор:
Рисунок 5. Хелетропные реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Примеры реакций 1,3-циклоприсоединения
Примером циклоприсоединения аллильных анионов к алкенам является следующая реакция:
Рисунок 6. Пример циклоприсоединения аллильных анионов к алкенам . Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Реакции подобного типа встречаются не часто, по-видимому, из-за того, что превращение делокализованных аллильных $\pi$-систем в циклопентановые анионы с локализованными на одном атоме зарядами крайне невыгодно термодинамически.
Однако известны примеры присоединения к алкенам 4$\pi$-электронных трехатомных нейтральных реагентов, являющихся изоэлектронными аллильным анионам. Такие нейтральные реагенты, получили называние1,3-диполей, а их присоединение к алкенам получило название 1,3-диполярного циклоприсоединения (Р. Хьюсген, 1958 г.). 1,3-Диполярное циклоприсоединение представляет собой наиболее общий метод синтеза разнообразных пятичленных гетероциклов, содержащих один или несколько кольцевых гетероатомов.
1,3-диполярное циклоприсоединение азидов диангидрогекситолив к $N$ - арилмалеинимидам
Другим примером реакций 1,3-циклоприсоединения является 1,3-диполярное циклоприсоединение азидов диангидрогекситолив к $N$ - арилмалеинимидам.
Так синтез дигидропироло [1,2,3] триазолилдиангидро-$D$-маннитола 16 осуществляют в результате следующих преобразований:
Рисунок 7. Схема реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В реакции 5-бензоил-2-метансульфонилизосорбиду 14 с азидом натрия в сухом ДМФА наблюдается вращение конфигурации у атома $C$, в результате чего образуется 2-азидо-2-дезокси-5-бензоилизоманид 15, в котором оба заместителя расположены эндо-циклически. Длительное (16-24 ч) кипячение последнего с $N$-арилмалеинимидами в ацетонитриле приводит к диастереомерным триазолилдиангидрогекситолинам 16а-в в соотношении (1: 1) по результатам анализа методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Строение соединений 16 доказано $H$ и $C$ ЯМР спектрами с использованием двухмерных гомо- и гетероядерных корреляций соединения 16.
Стереоизомерные азиды с экзо и эндо конфигурацией заместителей при атомах $C2$ и $C5$ синтезируют различными способами. Замещение мезильной группы в димезилате изосорбида 17 на карбометоксифенильную группу с участием метилового эфира 4-гидроксибензойной кислоты и дальнейшее взаимодействие соединения 20 с $NaN_3$ приводит к 2-карбометоксифенил-5-азидоизосорбиду 21.
Рисунок 8. Схема реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
5-азид-5-дезокси-2О-бензоилизосорбид) 24 с эндо-$N_3$ группой синтезируют из монотозилата изоманида 23 путем последовательного бензоилирования свободной гидроксигруппы и замены тозильного заместителя на аридный с инверсией конфигурации при атоме $C$. Дальнейшее взаимодействие соединения 24 с арилмалеинимидами завершается образованием триазолилдиангидрогекситолов 25а-в с экзо-циклическим пирроло [3,4,7] триазолилдионовым фрагментом в структуре.
Рисунок 9. Схема реакции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
