Wikipedie

Curtiův přesmyk

chemická reakce

Curtiův přesmyk[1] (též Curtiova reakce či Curtiova degradace), poprvé definovaný Theodorem Curtiem v roce 1885, je termolýza acylazidu na isokyanát se ztrátou plynného dusíku.[2][3] Isokyanát pak podléhá působení různých nukleofilů, jako je voda, alkoholy a aminy, za vzniku primárního aminu, karbamátu nebo derivátu močoviny.[4] Reakce byla již několikrát přezkoumána.[5][6]

Příprava acylazidů editovat

 
Difenylfosforylazid

Acylazidy se obvykle připravují reakcí acylchloridů nebo anhydridů[7] s azidem sodným nebo trimethylsilylazidem.[8] Také se připravují působením kyseliny dusičné na acylhydraziny.[9] Alternativně se dají připravit přímou reakcí karboxylové kyseliny s difenylfosforylazidem (DPPA).[10]

 

Reakční mechanismus editovat

Předpokládalo se, že Curtiův přesmyk je dvoustupňový proces, při kterém dochází ke ztrátě plynného dusíku za vzniku acylnitrenu a následné migraci R-skupiny za vzniku isokyanátu. Nedávný výzkum však ukázal, že termolýza je koordinovaný proces, přičemž oba kroky probíhají společně, a to vzhledem k tomu, že v reakci nebyly pozorovány nebo izolovány žádné vedlejší produkty nebo adice nitrenu.[11] Termodynamické výpočty rovněž podporují koordinovaný mechanismus.[12]

 
Mechanismus Curtiova přesmyku

K migraci dochází při plném zachování konfigurace na R-skupině. Vzniklý isokyanát může být následně hydrolyzován za vzniku primárního aminu nebo může podléhat nukleofilnímu útoku s alkoholy a aminy za vzniku karbamátů, resp. derivátů močoviny.

Modifikace editovat

Výzkum ukázal, že Curtiův přesmyk je katalyzován jak Brønstedovými,[13] tak Lewisovými kyselinami, a to prostřednictvím protonizace, respektive koordinace s acylovým atomem kyslíku. Například Fahr a Neumann ukázali, že použití fluoridu boritého nebo chloridu boritého jako katalyzátoru snižuje teplotu rozkladu potřebnou pro přesmyk přibližně o 100 °C a výrazně zvyšuje výtěžek isokyanátu.[14]

Fotochemický přesmyk editovat

 
Mechanismus fotochemického Curtiova přesmyku

Je možný také fotochemický rozklad acylazidů.[15] Fotochemický přesmyk však není koordinovaný a místo toho probíhá za pomoci nitrenového meziproduktu, který vzniká štěpením slabé vazby N-N a ztrátou plynného dusíku. Vysoce reaktivní nitren může podléhat řadě nitrenových reakcí, jako je nitrenová inzerce a adice, za vzniku nežádoucích vedlejších produktů.[16] V níže uvedeném příkladu se nitrenový meziprodukt vloží do jedné z C-H vazeb cyklohexanového rozpouštědla za vzniku N-cyklohexylbenzamidu jako vedlejšího produktu.

 

Variace editovat

Darapského degradace editovat

V jedné z variant nazývané Darapského degradace[17] nebo Darapského syntéza probíhá Curtiův přesmyk jako jeden z kroků při přeměně α-kyanoesteru na aminokyselinu. Hydrazin se používá k přeměně esteru na acylhydrazin, který reaguje s kyselinou dusitou za vzniku acylazidu. Zahříváním azidu v ethanolu se získá ethylkarbamát. Kyselou hydrolýzou se z karbamátu získá amin a z nitrilu současně karboxylové kyseliny, čímž vznikne produkt aminokyselina.[18]

 

Hargerova reakce editovat

Fotochemickou Curtiusovou migrací a přesmykem fosfinového azidu vzniká metafosfonimidát[19] v reakci, která je také známá jako Hargerova reakce (pojmenována po Martinu Hargerovi z Univerzity v Leicesteru).[20] Poté následuje hydrolýza, v níže uvedeném příkladu s methanolem, za vzniku fosfonamidátu.

 

Na rozdíl od Curtiova přesmyku je na fosfinovém azidu na výběr z R-skupin, které mohou migrovat. Harger zjistil, že alkylové skupiny migrují přednostně před arylovými skupinami. To je pravděpodobně způsobeno sterickými a konformačními faktory, protože čím objemnější je R-skupina, tím méně příznivá je konformace pro migraci fenylu.[21]

Syntetické použití editovat

Curtiův přesmyk je tolerantní k velkému množství funkčních skupin a má významnou syntetickou využitelnost, protože v závislosti na volbě nukleofilu použitého k útoku na isokyanát lze začlenit mnoho různých skupin.

Například při reakci v přítomnosti terc-butylalkoholu vznikají aminy chráněné Boc, užitečné meziprodukty v organické syntéze.[22][23] Podobně při Curtiově reakci v přítomnosti benzylalkoholu vznikají aminy chráněné Cbz.[24]

Oseltamivir editovat

Při syntéze antivirotika Oseltamiviru, známého také jako Tamiflu, použili Išikawa a spol. v jednom z klíčových kroků při přeměně acylazidu na amidovou skupinu v cílové molekule Curtiův přesmyk. V tomto případě je isokyanát vzniklý přeskupením atakován karboxylovou kyselinou za vzniku amidu. Všechny následné reakce lze provést ve stejné reakční nádobě a získat tak konečný produkt s celkovým výtěžkem 57 %. Důležitou výhodou Curtiovy reakce, kterou autoři zdůraznili, bylo, že ji bylo možné provádět při pokojové teplotě, čímž se minimalizovalo nebezpečí způsobené zahříváním. Celkově bylo schéma vysoce účinné. Oseltamavirem se léči ptačí chřipka.[25]

 

Dievodiamin editovat

Dievodiamin je přírodní produkt z rostliny Evodia rutaecarpa, která se hojně využívá v tradiční čínské medicíně. Celková syntéza Dievodiaminu bez chránících skupin, kterou provedli Unsworth a spol., využívá v prvním kroku syntézy Curtiův přesmyk katalyzovaný fluoridem boritým. Aktivovaný isokyanát pak rychle reaguje s indolovým kruhem v elektrofilní aromatické substituci za vzniku amidu ve výtěžku 94 % a v dalších krocích vzniká Dievodamin.[26]

 

Odkazy editovat

Reference editovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Curtius rearrangement na anglické Wikipedii.

  1. ↑ DAŇOVÁ, Veronika. Posudek bakalářské práce [online]. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2007-06-14 [cit. 2022-06-30]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2022-06-30. 
  2. ↑ CURTIUS, Theodor. Ueber Stickstoffwasserstoffsäure (Azoimid) N3H. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin. Roč. 23, čís. 2, s. 3023–3033. Dostupné online. DOI 10.1002/cber.189002302232. (německy) 
  3. ↑ CURTIUS, Theodor. 20. Hydrazide und Azide organischer Säuren I. Abhandlung. Journal für Praktische Chemie. Roč. 50, s. 275–29. Dostupné online. DOI 10.1002/prac.18940500125. (německy) 
  4. ↑ KAISER, C.; WEINSTOCK, J. Amines from mixed carboxylic-carbonic anhydrides: 1-phenylcyclopentylamine. Organic Syntheses. S. 910. Dostupné online. DOI 10.15227/orgsyn.051.0048. 
  5. ↑ SMITH, P. A. S. The Curtius reaction. Organic Reactions. Roč. 3, s. 337–449. 
  6. ↑ SCRIVEN, Eric F. V.; TURNBUL, Kenneth. Azides: their preparation and synthetic uses. Chemical Reviews. Roč. 88, čís. 2, s. 297–368. DOI 10.1021/cr00084a001. 
  7. ↑ WEINSTOCK, J. Modified Curtius reaction. Org. Chem.. Roč. 26, s. 3511. DOI 10.1021/jo01067a604. 
  8. ↑ WARREN, J. D.; PRESS, J. B. Formation and Curtius rearrangement of acyl azides from unreactive acid chlorides. Synth. Commun.. Roč. 10, s. 107–110. DOI 10.1080/00397918008061812. 
  9. ↑ POZSGAY, V.; JENNINGS, H. J. Azide synthesis with stable nitrosyl salts. Tetrahedron Lett. Roč. 28, čís. 43, s. 5091–5092. DOI 10.1016/s0040-4039(00)95598-9. 
  10. ↑ SHIORI, T.; NINOMIYA, K.; YAMADA, S. New convenient reagent for a modified Curtius reaction and for peptide synthesis. J. Am. Chem. Soc. Roč. 94, čís. 17, s. 6203–620. DOI 10.1021/ja00772a052. PMID 5054412. 
  11. ↑ RAUK, A.; ALEWOOD, P. F. A theoretical study of the Curtius rearrangement. The electronic structures and interconversion of the CHNO species. Can. J. Chem.. Roč. 55, čís. 9, s. 1498–1510. DOI 10.1139/v77-209. 
  12. ↑ L'ABBE, G. Decomposition and addition reactions of organic azides. Chem. Rev.. Roč. 69, čís. 3, s. 345–363. DOI 10.1021/cr60259a004. 
  13. ↑ YUKAWA, Y.; TSUNO, Y. The decomposition of substituted benzazides in acidic solvents, the acid catalysi. J. Am. Chem. Soc.. Roč. 81, s. 2007–2012. DOI 10.1021/ja01517a055. 
  14. ↑ FAHR, E.; NEUMANN, L. Curtius-Reaktion mit Bortrihalogeniden. Angew. Chem.. Roč. 77, čís. 13, s. 591. DOI 10.1002/ange.19650771308. 
  15. ↑ WENTRUP, C.; BORNEMANN, H. Curtius rearrangment of acyl azides revisited - formation of cyanate. Eur. J. Org. Chem. S. 4521–4524. DOI 10.1002/ejoc.200500545. 
  16. ↑ EIBLER, E.; SAUER, J. Ein Betrag zur Isocyanatbildung bei der Photolyse von Acylaziden. Tetrahedron Lett. Roč. 15, čís. 30, s. 2569–2572. DOI 10.1016/s0040-4039(01)92295-6. 
  17. ↑ DARAPSKY, August. Darstellung von α-Aminosäuren aus Alkyl-cyanessigsäuren. Journal für Praktische Chemie. Roč. 146, s. 250–267. 
  18. ↑ GAGNON, P. E.; BOVIN, P. A.; CRAIG, H. M. Synthesis of amino acids from substituted cyanoacetic esters. Can. J. Chem.. Roč. 29, s. 70–75. DOI 10.1139/cjc-29-1-70. 
  19. ↑ BERTRAND, G.; MAJORAL, J.; BACEIREDO, A. Photolytic rearrangement of phosphorus azide: evidence for a transient metaphosphonimidate. Tetrahedron Lett. Roč. 21, čís. 52, s. 5015–5018. DOI 10.1016/s0040-4039(00)71119-1. 
  20. ↑ HARGER, M. J. P.; WESTLAKE, S. Photolysis of some unsymmetrical phosphinic azides in methanol. Tetrahedron. Roč. 38, čís. 20, s. 3073–3078. DOI 10.1016/0040-4020(82)80195-6. 
  21. ↑ HARGER, M. J. P.; WESTLAKE, S. Photolysis of some unsymmetrical phosphinic azides in methanol. Tetrahedron. Roč. 38, čís. 20. DOI 10.1016/0040-4020(82)80195-6. 
  22. ↑ AM ENDE, David J.; DEVRIES, Keith M.; CLIFFORD, Pamela J., Steven J. Brenek. A Calorimetric Investigation to Safely Scale-Up a Curtius Rearrangement of Acryloyl Azide. Organic Process Research & Development. Roč. 2, čís. 6, s. 382–392. DOI 10.1021/op970115w. 
  23. ↑ LEBEL, H.; LEOGANE, O. Boc-protected amines via a mild and efficient one-pot Curtius rearrangement. Organic Letters. Roč. 7, čís. 19, s. 4107–4110. DOI 10.1021/ol051428b. PMID 16146363. 
  24. ↑ JESSUP, P. J.; PETTY, C. B.; ROOS, J., L. E. Overman. 1-N-ACYLAMINO-1,3-DIENES FROM 2,4-PENTADIENOIC ACIDS BY THE CURTIUS REARRANGEMENT: BENZYL trans-1,3-BUTADIENE-1-CARBAMATE. Organic Syntheses. Dostupné online. DOI 10.15227/orgsyn.059.0001. 
  25. ↑ H., Ishikawa; SUZUKI, T.; HAYASHI, H. High-yielding synthesis of the anti-influenza neuramidase inhibitor (-)-oseltamivir by three "one-pot" operations. Angew. Chem. Int. Ed. Roč. 48, čís. 7, s. 1304–1307. DOI 10.1002/anie.200804883. PMID 19123206. 
  26. ↑ UNSWORTH, William P.; KITSIOU, Christiana; TAYLOR, Richard J. K. An Expedient Protecting-Group-Free Total Synthesis of (±)-Dievodiamine. Organic Letters. Roč. 15, čís. 13, s. 3302–3305. DOI 10.1021/ol4013469. PMID 23786450. 

Literatura editovat

Související články editovat

Externí odkazy editovat

Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Curtiův_přesmyk&oldid=23151728“