Una oxaziridina es una molécula orgánica que presenta un heterociclo de tres miembros que contiene oxígeno, nitrógeno y carbono. En su aplicación más grande, las oxaziridinas son productos intermedios en la producción industrial de hidracina.. Los derivados de oxaziridina también se utilizan como reactivos especializados en química orgánica para una variedad de oxidaciones, incluida la alfa hidroxilación de enolatos, epoxidación y aziridinación de olefinas y otras reacciones de transferencia de heteroátomos. Las oxaziridinas también sirven como precursores de las amidas y participan en cicloadiciones [3 + 2] con varios heterocumulenos para formar heterociclos sustituidos de cinco miembros. Los derivados quirales de oxaziridina efectúan una transferencia asimétrica de oxígeno a enolatos proquirales, así como a otros sustratos. Algunas oxaziridinas también tienen la propiedad de una alta barrera a la inversión del nitrógeno, lo que permite la posibilidad de quiralidad en el centro del nitrógeno.
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido Oxaziridina | |
Nombre IUPAC sistemático 1-oxa-2-azaciclopropano | |
Otros nombres Oxaaziridina [1] Oxazaciclopropano | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C H 3 N O | |
Masa molar | 45,041 g · mol −1 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
Historia
Los derivados de oxaziridina fueron reportados por primera vez a mediados de la década de 1950 por Emmons [2] y posteriormente por Krimm [3] y Horner y Jürgens. [4] Mientras que el oxígeno y el nitrógeno normalmente actúan como nucleófilos debido a su alta electronegatividad , las oxaziridinas permiten la transferencia electrofílica de ambos heteroátomos. Esta reactividad inusual se debe a la presencia de un anillo de tres miembros muy tenso y al enlace NO relativamente débil. Los nucleófilos tienden a atacar en el nitrógeno de aziridina cuando el sustituyente de nitrógeno es pequeño (R 1 = H) y en el átomo de oxígeno cuando el sustituyente de nitrógeno tiene un mayor volumen estérico . La electrónica inusual del sistema de oxaziridina puede explotarse para realizar una serie de reacciones de transferencia de oxígeno y nitrógeno que incluyen, entre otras: α-hidroxilación de enolatos , epoxidación de alquenos, oxidación selectiva de sulfuros y seleniuros , aminación de N- nucleófilos y N- acilamidación.
El proceso de peróxido para la producción industrial de hidracina mediante la oxidación de amoníaco con peróxido de hidrógeno en presencia de cetonas se desarrolló a principios de la década de 1970. [5] [6]
Las canforsulfoniloxaziridinas quirales resultaron útiles en la síntesis de productos complejos, como el taxol, que se comercializa como agente de quimioterapia. Tanto la síntesis total Holton Taxol y la síntesis total Wender Taxol característica asimétrica α-hidroxilación con canforsulfoniloxaziridina.
Síntesis
NH, N-alquil, N-ariloxaziridinas
Los dos enfoques principales para la síntesis de NH, N-alquilo y N-ariloxaziridinas son la oxidación de iminas con perácidos (A) y la aminación de carbonilos (B).
Además, la oxidación de iminas quirales y la oxidación de iminas con perácidos quirales pueden producir oxaziridinas enantiopuras. Algunas oxaziridinas tienen la propiedad única de átomos de nitrógeno configuracionalmente estables a temperatura ambiente debido a una barrera de inversión de 100 a 130 kJ / mol. Se informan oxaziridinas enantiopuras en las que la estereoquímica se debe por completo al nitrógeno configuracionalmente estable. [7]
N- sulfoniloxaziridinas
A finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, Franklin A. Davis sintetizó las primeras N- sulfoniloxaziridinas, que actúan exclusivamente como reactivos de transferencia de oxígeno y son la clase de oxaziridinas más utilizada en la actualidad. [8] Aunque originalmente se sintetizó con mCPBA y el catalizador de transferencia de fase cloruro de benciltrimetilamonio, una síntesis mejorada usando oxona como oxidante es ahora más frecuente. [9]
Hoy en día se utilizan muchas N-sulfoniloxaziridinas, cada una con propiedades y reactividad ligeramente diferentes. Estos reactivos se resumen en la siguiente tabla. [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
Oxaziridinas perfluoradas
Con sustituyentes perfluoroalquilo altamente aceptores de electrones , las oxaziridinas exhiben una reactividad más similar a la de los dioxiranos que las oxaziridinas típicas. [19] En particular, las perfluoroalquiloxaziridinas hidroxilan ciertos enlaces CH con alta selectividad. Las oxaziridinas perfluoradas se pueden sintetizar sometiendo una imina perfluorada a peróxido de perfluorometil fluorocarbonilo y un fluoruro metálico para que actúe como eliminador de HF. [19]
Reacciones
Producción de hidracina
Las oxaziridinas son productos intermedios en el proceso de peróxido para la producción de hidracina . Anualmente se producen muchos millones de kilogramos de hidracina mediante este método que implica un paso en el que el amoníaco se oxida en presencia de metiletilcetona para dar oxaziridina: [20]
- Me (Et) C = O + NH 3 + H 2 O 2 → Me (Et) CONH + H 2 O
En los pasos siguientes, la oxaziridina se convierte en hidrazona, que es la forma inmediata de hidracina:
- Me (Et) CONH + NH 3 → Me (Et) C = NNH 2 + H 2 O
Transferencia de oxigeno
α-hidroxilación de enolatos
Las α-hidroxicetonas, o aciloínas , son motivos sintéticos importantes presentes en muchos productos naturales. Las α-hidroxicetonas se han sintetizado de muchas formas, incluida la reducción de α-dicetonas, la sustitución de un grupo saliente por un hidroxilo y la oxidación directa de un enolato. Oxodiperoxymolibdeno (piridina) - (triamida hexametilfosfórica) (MoOPH) y N -sulfoniloxaziridinas son las fuentes electrofílicas de oxígeno más comunes implementadas en este proceso. Una ventaja de usar N -sulfoniloxaziridinas es que casi invariablemente se observa una mayor inducción quiral en relación con MoOPH y otros oxidantes. [21] Se informa un alto rendimiento (77-91%) y dr (95: 5 - 99: 1) para la α-hidroxilación con el auxiliar quiral de Evans con N -sulfoniloxaziridina como electrófilo. [21] Se ha demostrado la inducción quiral con muchas otras cetonas quirales y cetonas con auxiliares quirales , incluidos SAMP y RAMP . [10]
Se ha informado de un trabajo extenso sobre la hidroxilación asimétrica de enolatos proquirales con derivados de canforsulfoniloxaziridina, logrando un exceso enantiomérico de moderado a alto . [13] El estado de transición propuesto comúnmente aceptado que justifica este resultado estereoquímico implica un estado de transición abierto donde el volumen estérico de R 1 determina la cara del enfoque. [10]
La selectividad de algunas hidroxilaciones puede mejorarse drásticamente en algunos casos con la adición de grupos de coordinación alfa al anillo de oxaziridina como oxaziridinas 3b y 3c en la tabla anterior. [16] En estos casos, se propone que la reacción transcurra a través de un estado de transición cerrado donde el oxianión metálico se estabiliza por quelación del sulfato y los grupos coordinadores en el esqueleto de alcanfor. [10]
La α-hidroxilación con oxaziridinas se ha implementado ampliamente en la síntesis total. Es un paso clave tanto en la síntesis total Holton Taxol y la síntesis total Wender Taxol . Además, Forsyth implementó la transformación en su síntesis del sistema C3-C14 (1,7-Dioxaspiro [5.5] undec-3-eno sustituido) del ácido okadaico . [22]
Epoxidación de alquenos
La epoxidación de alquenos es una reacción común porque los epóxidos pueden derivatizarse de varias formas útiles. Clásicamente, la epoxidación de laboratorio se realiza con mCPBA u otros perácidos. Se ha encontrado que las oxaziridinas son útiles para la formación de epóxidos altamente sensibles a los ácidos. [7] (-) - Chaetominine se sintetizó mediante epoxidación de oxaziridina como una transformación de etapa tardía como se ve a continuación. [23]
Otra transformación de gran utilidad sintética es la epoxidación asimétrica . Existen varias epoxidaciones asimétricas: la epoxidación Sharpless , la epoxidación Jacobsen-Katsuki y la epoxidación Juliá-Colonna . Estos métodos requieren una funcionalidad específica para lograr la selectividad. La epoxidación de Sharpless es específica de los alcoholes alílicos, la epoxidación de Jacobsen requiere aril alquenos disustituidos en cis y la epoxidación de Juliá requiere cetonas α-β insaturadas . Las oxaziridinas quirales actúan estereoespecíficamente sobre muchos alquenos no funcionalizados. [7] Incluso es posible efectuar una epoxidación estereoespecífica catalíticamente en la unidad quiral de oxaziridina. Es posible que se requiera una mayor investigación de estas reacciones antes de que los niveles de exceso enantiomético sean prácticos para la síntesis a gran escala. Lusinichi y col. han investigado la epoxidación asimétrica con una sal de oxaziridinio quiral usando oxona como oxidante estequiométrico que se ve a continuación. [24]
Hidroxilación de hidrocarburos inactivados
Se sabe que las oxaziridinas perfluoradas hidroxilan hidrocarburos inactivados con regio y diastereoespecificidad notable. [19] Esta es una transformación muy codiciada, y la reactividad y especificidad similares rara vez tiene rival, especialmente considerando la naturaleza no metálica del oxidante. Las oxaziridinas perfluoradas muestran una alta selectividad hacia los hidrógenos terciarios . Nunca se ha observado hidroxilación de carbonos primarios y dihidroxilación de un compuesto con dos sitios oxidables. La retención de la estereoquímica es muy alta, a menudo del 95 al 98%. (La retención de la estereoquímica puede mejorarse aún más mediante la adición de una sal de fluoruro). [25]
Transferencia de nitrógeno
Las oxaziridinas con nitrógenos no sustituidos o acilados son capaces de transferir átomos de nitrógeno, aunque esta reactividad ha recibido una atención considerablemente menor. [26]
Aminación de N- nucleófilos
La aminación de nucleófilos con oxaziridinas no sustituidas en N es bastante versátil en la gama de posibles nucleófilos y productos correspondientes. Las hidrazinas pueden derivarse de la aminación de aminas secundarias o terciarias, la hidroxilamina y las tiohidroxaminas pueden formarse a partir de sus correspondientes alcoholes y tioles , las sulfimidas pueden formarse a partir de tioéteres y las α-aminocetonas pueden formarse mediante el ataque de los correspondientes enolatos. [27]
N- acilamidación
La transferencia de aminas aciladas es más difícil que la de aminas no sustituidas, aunque, a diferencia de la transferencia de amina por oxaziridinas, no existen métodos alternativos que transfieran directamente aminas aciladas. [27] La transferencia de acilamina se ha realizado principalmente utilizando aminas e hidrazinas como nucleófilos. Se han realizado con éxito muy pocas transferencias de nitrógenos acilados a nucleófilos de carbono, aunque existen algunas en la bibliografía. [27]
Reordenamientos
Oxaziridinas se han encontrado para someterse a reacciones de transposición a través de un mecanismo de radicales cuando se irradia con luz UV o en presencia de una transferencia de electrones solo reactivo tal como Cu I . Las oxaziridinas espirocílicas experimentan expansiones de anillo a la lactama correspondiente . [28] El sustituyente migrante se determina mediante un efecto estereoelectrónico en el que el grupo trans del par solitario en el nitrógeno siempre será el producto de migración predominante. [29] A la luz de este efecto, es posible aprovechar el nitrógeno quiral debido a la barrera de alta inversión para dirigir el reordenamiento. Este fenómeno se demuestra por las selectividades observadas en los reordenamientos siguientes. En la transposición de la izquierda se observa exclusivamente el producto termodinámicamente desfavorable, mientras que en la reacción de la derecha se favorece el producto derivado del intermedio radical menos estable. [28]
Aubé aprovecha este reordenamiento como paso clave en su síntesis de (+) - yohimbina , [28] un medicamento natural clasificado por los NIH como posiblemente eficaz en el tratamiento de la disfunción eréctil y los problemas sexuales causados por inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina . [30]
También es notable que las oxaziridinas se reordenarán térmicamente a nitrones . La selectividad cis-trans de la nitrona resultante es baja, sin embargo, los rendimientos son de buenos a excelentes. Se cree que algunas oxaziridinas se racemizan con el tiempo a través de un intermedio de nitrona. [7]
Cicloadiciones con heterocumulenos
Las oxaziridinas experimentan reacciones de cicloadición con heterocumulenos para producir una serie de heterociclos únicos de cinco miembros, como se muestra en la figura siguiente. Esta reactividad se debe al anillo de tres miembros deformado y al enlace NO débil. [7]
Referencias
- ^ "CID 15817734 - Base de datos química pública de PubChem" . El Proyecto PubChem . EE.UU .: Centro Nacional de Información Biotecnológica.
- ^ Emmons, WD (1956). "La síntesis de oxaziranos". Mermelada. Chem. Soc. 78 (23): 6208–6209. doi : 10.1021 / ja01604a072 .
- ^ Krimm, Heinrich (1958). "Über Isonitrone". Chemische Berichte (en alemán). 91 (5): 1057–1068. doi : 10.1002 / cber.19580910532 . ISSN 0009-2940 .
- ^ Horner, L .; Jürgens, E. (1957). "Notiz Über Darstellung und Eigenschaften Einiger Isonitrone (Oxazirane)". Chemische Berichte . 90 (10): 2184. doi : 10.1002 / cber.19570901010 .
- ↑ US 3972878 , Schirmann, Jean-Pierre; Jean Combroux & Serge Yvon Delavarenne, "Método de preparación de azinas e hidrazonas", expedido el 03 de agosto de 1976, asignado a Produits Chimiques Ugine Kuhlmann. US 3978049 , Schirmann, Jean-Pierre; Pierre Tellier & Henri Mathais et al., "Proceso para la preparación de compuestos de hidracina", expedido el 31 de agosto de 1976, asignado a Produits Chimiques Ugine Kuhlmann.
- ↑ US 4724133 , Schirmann, Jean-Pierre; Jean Combroux & Serge Y. Delavarenne, "Preparación de una solución acuosa concentrada de hidrato de hidracina", expedida el 09/02/1988, asignada a Atochem.
- ^ a b c d e Davis, FA; Sheppard, AC (1989). "Aplicaciones de las oxaziridinas en síntesis orgánica". Tetraedro . 45 (18): 5703. doi : 10.1016 / s0040-4020 (01) 89102-x .
- ^ Davis, FA; Stringer, OD (1982). "Química de las oxaziridinas. 2. Mejora de la síntesis de 2-sulfoniloxaziridinas". La Revista de Química Orgánica . 47 (9): 1774. doi : 10.1021 / jo00348a039 .
- ^ Davis, FA; Chattopadhyay, S .; Towson, JC; Lal, S .; Reddy, T. (1988). "Química de las oxaziridinas. 9. Síntesis de 2-sulfonil- y 2-sulfamiloxaziridinas usando peroximonosulfato de potasio (oxona)". La Revista de Química Orgánica . 53 (9): 2087. doi : 10.1021 / jo00244a043 .
- ^ a b c d Davis, FA; Chen, BC (1992). "Hidroxilación asimétrica de enolatos con N-sulfoniloxaziridinas". Chem. Rev. 92 (5): 919. doi : 10.1021 / cr00013a008 .
- ^ Davis, FA; Jenkins, RH; Awad, SB; Stringer, OD; Watson, WH; Galloy, J. (1982). "Química de las oxaziridinas. 3. Oxidación asimétrica de compuestos orgánicos de azufre utilizando 2-sulfoniloxaziridinas quirales". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 104 (20): 5412. doi : 10.1021 / ja00384a028 .
- ^ Davis, FA; Reddy, RT; McCauley, JP; Przeslawski, RM; Harakal, YO; Carroll, PJ (1991). "Química de las oxaziridinas. 15. Oxidaciones asimétricas utilizando óxidos de 1,2-bencisotiazol 1,1-dióxido 3-sustituidos". La Revista de Química Orgánica . 56 (2): 809. doi : 10.1021 / jo00002a056 .
- ^ a b Towson, JC; Weismiller, MC; Lal, SG; Sheppard, AC; Davis, FA (1990). "(+) - (2R, 8aS) -10- (CAMFORILSULFONIL) OXAZIRIDINA". Org. Synth. 69 : 158. doi : 10.15227 / orgsyn.069.0158 .
- ^ Davis, FA; Towson, JC; Weismiller, MC; Lal, S .; Carroll, PJ (1988). "Química de las oxaziridinas. 11. (Camphorylsulfonyl) oxaziridine: síntesis y propiedades". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 110 (25): 8477. doi : 10.1021 / ja00233a025 .
- ^ Bach, RD; Coddens, BA; McDouall, JJW; Schlegel, HB; Davis, FA (1990). "El mecanismo de transferencia de oxígeno de una oxaziridina a un sulfuro y un sulfóxido: un estudio teórico". La Revista de Química Orgánica . 55 (10): 3325. doi : 10.1021 / jo00297a062 .
- ^ a b Davis, FA; Kumar, A .; Chen, BC (1991). "Química de las oxaziridinas. 16. Una síntesis corta, altamente enantioselectiva de los segmentos del anillo AB de .gamma.-rhodomycionone y .alpha.-citromycinone usando (+) - [(8,8-dimetoxicamphoryl) sulfonil] oxaziridine". La Revista de Química Orgánica . 56 (3): 1143. doi : 10.1021 / jo00003a042 .
- ^ Davis, FA; Weismiller, MC; Lal, GS; Chen, BC; Przeslawski, RM (1989). "Dianión de (canforilsulfonil) imina en la síntesis de nuevos derivados de (canforilsulfonil) oxaziridina ópticamente puros". Letras de tetraedro . 30 (13): 1613. doi : 10.1016 / s0040-4039 (00) 99534-0 .
- ^ Chen, BC; Weismiller, MC; Davis, FA; Boschelli, D .; Empfield, JR; Smith, AB (1991). "Síntesis enantioselectiva de (+) - kjellmanianone". Tetraedro . 47 (2): 173–82. doi : 10.1016 / S0040-4020 (01) 80914-5 .
- ^ a b c Petrov VA, Resnati, G (1996). "Oxaziridinas polifluoradas: síntesis y reactividad". Revisiones químicas . 96 (5): 1809–1824. doi : 10.1021 / cr941146h . PMID 11848812 .
- ^ Jean-Pierre Schirmann, Paul Bourdauducq "Hidrazina" en la Enciclopedia de Química Industrial de Ullmann, Wiley-VCH, Weinheim, 2002. ‹Ver Tfd› doi : 10.1002 / 14356007.a13_177 .
- ^ a b Evans, DA; Morrissey, MM; Dorow, RL (1985). "Oxigenación asimétrica de enolatos de imida quirales. Un enfoque general para la síntesis de sintones de ácido α-hidroxicarboxílico enantioméricamente puros". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 107 (14): 4346. doi : 10.1021 / ja00300a054 .
- ^ Dounay, Amy B .; Forsyth, Craig J. (1999). "Síntesis abreviada del sistema C3-C14 (sustituido 1,7-dioxaspiro [5.5] undec-3-eno) de ácido okadaico". Org. Letón. 1 (3): 451–3. doi : 10.1021 / ol9906615 . PMID 10822585 .
- ^ Malgesini, Beatrice; Forte, Barbara; Borghi, Daniela; Quartieri, Francesca; Gennari, Cesare; Papeo, Gianluca (2009). "Una síntesis total sencilla de (-) - Chaetominine". Chem. EUR. J. 15 (32): 7922. doi : 10.1002 / chem.200900793 . PMID 19562787 .
- ^ Bohé, Luis; Hanquet, Gilles; Lusinchi, Marie; Lusinchi, Xavier (1993). "La síntesis estereoespecífica de una nueva sal de oxaziridinio quiral". Letras de tetraedro . 34 (45): 7271. doi : 10.1016 / S0040-4039 (00) 79306-3 .
- ^ Arnone, Alberto; Foletto, Stefania; Metrangolo, Pierangelo; Pregnolato, Massimo; Resnati, Giuseppe (1999). "Oxifuncionalización altamente enantioespecífica de sitios de hidrocarburos no activados por perfluoro-cis-2-n-butil-3-n-propiloxaziridina". Org. Letón. 1 (2): 281. doi : 10.1021 / ol990594e .
- ^ Schmitz, E .; Ohme, R. (1964). "Isómero oxima mit Dreiringstruktur". Chem. Ber. 97 (9): 2521. doi : 10.1002 / cber.19640970916 .
- ^ a b c Andreae, S .; Schmitz, E. (1991). "Resumen de ChemInform: Aminaciones electrofílicas con oxaziridinas". ChemInform . 22 (46): 327. doi : 10.1002 / chin.199146339 .
- ^ a b c Aubé, Jeffrey (1997). "Reordenamientos de oxiziridina en síntesis asimétrica". Reseñas de la Sociedad Química . 26 (4): 269–277. doi : 10.1039 / CS9972600269 .
- ^ Lattes, Armand; Oliveros, Esther; Riviere, Monique; Belzeck, Czeslaw; Mostowicz, Danuta; Abramskj, Wojciech; Piccinni-Leopardi, Carla; Germain, Gabriel; Van Meerssche, Maurice (1982). "Reordenamiento fotoquímico y térmico de oxaziridinas. Evidencia experimental en apoyo de la teoría del control estereoelectrónico". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 104 (14): 3929. doi : 10.1021 / ja00378a024 .
- ^ "Yohimbe: Suplementos de MedlinePlus" . nlm.nih.gov . 19 de noviembre de 2010 . Consultado el 13 de diciembre de 2010 .