Alfa, beta-doymamış karbonil bileşiklerinin karbenoidlerle halkalaşma reaksiyonları
Cyclization reactions of alfa, beta-unsaturated carbonyl compounds with diazo compounds
Yazar: AYŞE DAUT ÖZDEMİR
Danışman: PROF.DR. OLCAY AÇACI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 1999
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Alfa-diazokarbonil = Alpha-diazocarbonyl ; Diazo bileşikleri = Diazo compounds ; Halkalaşma = Cyclization ; Karbenoid = Carbenoid ; Karbonil bileşikler = Carbonyl compounds

Özet:
Et (COCH3) H3COC' "COCrt, (COjEt) 14' Şema 2: Sonuç Ürünler l'-14' MM2 hesaplan, PC- WindowsT platformundaDesktop Molecular Modeller (DTMM) version 3.0 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.'CHa 16* Ph C02CH3 O^OCH, 17' Şema 3: Sonuç Ürünler 15'-17' Tüm reaksiyonları iki aşamada incelemek mümkündür: a) Birinci Basamak Reaksiyonlar: Bütün çıkış bileşiklerimiz (siklopropanlaşabilecek ikinci bir non-konjuge çift bağ içeren a-ionon dahil) öncelikle sadece karbonil ylidi vermişlerdir (ancak mvk'nun reaksiyonu bir istisnadır). Bu karbonil ylidleri 1,5 -halka kapanmaları ile ya dihidrofiıranlan (nükleofil: karbenik karbon, A yolu, enonlar) ya da dioksolleri (nükleofil: karbenik karbonil oksijeni, B yolu, enaller) oluşturmuşlardır. Diğer olası reaksiyonlar Şema 4 'de verilmiştir. O' "-R5 rPİnr3 q cor4 Rt>c R e" V 0 \ -/ COR' R1 0\/-«° R^V O -« » R\©^R ROC R COR4 R3 NX/ + V katalizör ^ J r4 r5 r,4 r,5 R R o^c.© R2 O O I ^J*r3 4^R Q COR4 O' "R5 < ®>L3 R^ Şema 4: Açık Zincirli a,{3-Konjuge Karbonil Bileşiklerinin a-Diazokarbonil Bileşikleri ile Verebilmesi Olası Reaksiyonlar Aldehitlerin dipolar karakteri ketonlara göre daha kuvvetli olduğundan, enaller enonlara kıyasla karbonil ylidleri oluşturmada daha başarılıdırlar. Daha sonra bu enal ylidleri birinci basamak reaksiyonlarında daha elektrofilik olan aldehidik karbona 1,5- halka kapanması reaksiyonu ile dioksol türevlerini (B yolu) verirler. xıEnon ylidleri için baskın olan A yolunda, karbenik karbondan enonun 0- pozisyonuna 1,5-halka kapanması ile dihidrofuran oluşumu gözlenmiştir. Fakat hatırlanacağı üzere en küçük enon türevi mvk ile gerçekleştirilen deneylerde dihidrofuran türevlerine rastlanmamıştır. Bunun nedeni olarak karbonile P- konumlu karbonun (C*, denklem 2) kararlılığı düşünülmelidir: oc-ionon, P-ionon ve benzalasetonun her üçü de üJ-geometridedir. A* ara yapısındaki C*'da karbokatyon kararhhğmı destekleyen mono substituentler bulunmaktadır. Buna ilave olarak P-ionon ve benzalasetondaki bu mono substituentler ekstra konjugasyona sahiptirler. Mesitil oksitin ise C*'da disubstituent taşıması karbokatyon kararlılığı için pozitif bir etki olmasına rağmen, bu karbondaki substituentler daha kalabalık bir çevre oluşturduklarından 1,5-halka kapanması için bir dezavantaj olabilmektedir. H R-C M CH3 COR N£! MLn/( V "Nz e cor4 R-C* O© - H CH3 e cor4 LnM^l_R5 1©,H \ R-C* O d CH3 enolat A* ?MLn ROSc. 1© \< R-CH ' 0 H CH3 -»- A (2) Anlaşıldığı üzere enonlardan dihidrofüranlann oluşumu, ilk aşamada oluşan karbonil ylid ara ürününün sterik ve elektronik özelliklerine bağlıdır. Bu ara ürün aynı zamanda katalizörü de kovalent bağlı halde içerebilir. Neticede, teorik olarak, dihidrofuran ürününün verimi enonlar bakımından şu sırayla azalmaktadır: C*'da mowoalkenil-substitue > wowoalkilsubstitue > disubstitue enon. Verim artışı ise, kar şılık gelen karbenlerin elektrofilik karakterleri göz önüne alınarak diazo/wowoester (eda) < diazodiester (dmdm) < diazoester-keton (eada) sırasıyla olmaktadır. Bu varsayımın ikinci kısmı net olarak çalışmamızda gözlenmiştir: Dmdm birinci basamak reaksiyonlarını yüksek verim ile vermiştir, ancak bu birinci basamak ürünleri önemli oranda ikinci basamak ürünlerine dönüşmüştür. Eada için bu ikinci basamak dönüşümleri görülmemiştir. b) İkinci Basamak Reaksiyonlar: İlk aşamada oluşan A'nın (ve B'nin) olası bütün ileri reaksiyonları Şema 5'de özetlenmiştir. Araştırmacılar ikinci basamak ürünleri oluşumunda genelde iki farklı mekanizma öne sürmektedirler. İlk grup, A ile diazokarbonil bileşiğinin reaksiyonunun güçlü polarize bir ara başlangıç katılma ara ürünü olan Ad üzerinden yürüyerek H, I, J, L ve G yapılarını oluşturduğunu öne sürmektedirler (Şema 6). ikinci grubun savı ise sonraki iyonik aşamalar için gereken yeterli sayıda donor/akseptör gruplarını içeren ve başlangıçta oluşan siklopropan türevi G'nin sonradan kendiliğinden yeni düzenlemelere girmesidir. Öte yandan, başlangıçtaki diazo karbonil bileşiğinin çeşidine göre enol eter/karbenoid reaksiyonlarında ele geçen ürünlere dair literatür verileri aşağıdaki şekilde özetlenebilir: eda esas olarak siklopropan, nadiren çevrilme ürünleri; dmdm AEP, çevrilmeler ve -sadece Wenkert'in bildirdiği bir örnekte görülen- siklopropan; eada daha çok dihidrofuran, bazen de çevrilme ürünleri vermektedir. İkinci basamak reaksiyonlarımızda, dmdm ile reaksiyonlarda literatürde gözlenmeyen dihidrofuran türevi bileşikler H/H' 207, 212 ve 218 elde edilmiştir. Eada karbenoidi ise, çok iyi dipol olduğundan, ikinci basamak ürünlerini vermemiştir. Çünkü birinci basamak reaksiyonlanndaki yüksek reaktivitesinden dolayı bu aşamada tamamen tükenmiştir. xııÇalışmamızdaki deneysel veriler yeterli olmadığından ikinci basamak reaksiyonlarında Ad ve G üzerinden yürüyen hangi mekanizmanın baskın/geçerli olduğu ortaya çıkarılamamıştır. H h. ^s^h COR" CHjCR3' K V HcfTVlHR 4.7 V ROC Şema 5: İlk Aşamada Oluşan A'nın İleri Reaksiyonlarında Olası Reaksiyonlar RO A/B + N^COzCH3)2 + N2CR1, " v 2 COR ©c/r1 RO^O^ katılma araürünü, Ad \ RO _yenid \dı CORz.düzenlenme yeniden \~H ^ RwCOr2q 'düzenlenme \^ R1 RO_PV^ r^Y ^cor2 " COR' XT ^^ RO^ xO- katılma-aynlma [UJ-sigmatropik. RO ürünü (AEP) Hgöçfl R1 CH' jCC Şema 6: Alonso ve Grubuna Göre Bir Dihidropiranın Olası Reaksiyonlan xııı

Abstract:
CYCLIZATION REACTIONS of a,P-UNSATURATED CARBONYL COMPOUNDS WITH DIAZO COMPOUNDS SUMMARY a-Diazocarbonyl compounds can be induced to undergo a wide variety of chemical transformations under very mild conditions. Their reactions with various olefins provide a facile and powerful means of constructing cyclopropanes. The literature on inter- and intramolecular cyclopropanation with these compounds has been reviewed in detail by Maas and other workers as well. On the other hand, the reaction of a-carbonyl carbenes/carbenoids with other carbonyl compounds proceed in various ways such as addition to the C=0 bond to yield epoxides, formation of 1,3- dioxoles and enol ethers via carbonyl ylids, insertions to aldehydic C-H, enolic O-H and C-C bonds, and formation of new olefins. The largest contribution to this field is that of Padwa and co-workers. An a-diazocarbonyl compound accommodating an oxo and an alkene/alkyne function in the same molecule may react through an initially formed carbonyl ylid, which then intramolecularly adds to the unsaturated site to construct complex polycyclic oxygen heterocycles. The intermolecular reactions can be performed with a,P-unsaturated ketones. Cyclopropanations are rare due to the electron-poor character of the olefinic site, although they are accessible via temporary protection of the ketone function in the case of cyclic enones. Spencer and co-workers showed that a few a-methoxymethylene ketones, where the carbonyl and olefin sites are fixed cisoid to each other, react with ethyl diazoacetate to furnish furan carboxylic acid esters via carbonyl ylids (Scheme 1). This very interesting reaction has been left aside for almost 35 years. OMe OMe N2CHC02Et \^f*~~\Q CuS04 ' f >*>?«** OMe IYV C02Et s ", -MeOH \^~-~0 COzEt Scheme 1: Reaction of a-Methoxymethylene Ketones with Ethyl Diazoacetate In this study we describe the reactions of several oc,p-enones and enals, which do not contain any methanol-like leaving groups, with dimethyl diazomalonate (dmdm), ethyl acetodiazoacetate (eada) and ethyl diazoacetate (eda) under Cu(acac)2 and Rli2(OAc)4 catalysis. The results are summarized in eq. 1 and the products are given in Scheme 2-3. xivR3 + Np: (e*« The reaction of dmdm and eada with a- and P-ionones and benzalacetone under Cu(acac)2 catalysis furnished dihydrofuran derivatives l'-10' (Scheme 2) via a new intramolecular 1,5-ring closure reaction of a,(3-conjugated carbonyl ylid intermediates. Methylvinylketone (mvK) and mesityl oxide were tried to react with dmdm and eada. Unfortunately, the reactions gave the products in it couldn't be identified. At this point, we examined the similar reactions of two enals (crotonaldehyde, cinnamaldehyde) with dmdm and eada and the products were dioxole derivatives (Scheme 3). In order to identify the structures of the stereomers, Dreiding model studies and MM2 energy minimization studies* were also used along with spectral data. ayvie l'S,3Randl'R,3R 1' -OH Ph- T "O V *\3 MeOjC OMe HsCOC COaCzHs MeOfcC Oy\fe MeCfcC CQzMe ^ "~ wowoalkyl substituted>disubstituted enone at C* and increase in the range: diazomowoester (eöfa)