Новости химической науки > Объяснение селективности реакций индолинов

Две группы, представляющие специалистов по органическому синтезу и по компьютерной химии предлагают взаимодополняющие объяснения необычной селективности реакций индолинов. Результаты исследований позволяют разработать обобщенную модель реакционной способности аринов, основанную на искажении цикла и поляризации связей. Новая модель может оказаться полезной для разработки методов синтеза сложных молекул.

6,7-Индолин реагирует с 2-замещенными фуранами с образованием стерически загруженного продукта. (Рисунок из Org. Lett., 2010, DOI: 10.1021/ol902415s)

Арины представляют собой необычный класс реакционноспособных молекул-интреммедиатов, которые часто изображаются в виде ароматической системы, содержащей тройную связь углерод-углерод или же в виде бирадикалов. Индолины представляют собой подкласс аринов, основой которого является индольная структура. Хотя большинство аринов отличается крайне невысокой реакционной способностью, индолины выбиваются из общей «традиции», особенно в том случае, когда тройная связь находится в положении-6,7 индольной структуры.

Для изучения необычной реакционной способности индолинов Кит Бужек (Keith Buszek) из Университета Миссури и Нейл Гарг (Neil Garg) из Университета Калифорнии изучили реакционную способность индолинов. Бужек изучал реакции циклоприсоединения индолинов с замещенными фуранами, а Гарг – реакции нуклеофильного присоединения к индолинонам. Для более глубокого понимания результатов, полученных экспериментально, оба исследователя сотрудничали со специалистами по квантово-химическим исследованиям.

Более благоприятно такое протекание нуклеофильной атаки, которое способствует меньшему искажению плоскости в переходном состоянии. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja9098643)

В работе Бужека [1] сообщается о циклоприсоединении фуранов к индолинам, приводящему к образованию тетрациклических продуктов. Наблюдавшаяся региоселективность присоединения казалась весьма алогичной – результатом реакции было образование наиболее стерически затрудненного продукта.

Результаты квантово-химических расчетов электронной структуры исходных соединений и интермедиатов реакции показывают на большую поляризацию формально тройной связи углерод-углерод в индолинах по сравнению с аринами, в состав которых не входит гетероатомов. Такая поляризация связи приводит к тому, что циклоприсоединение электроноизбыточных фуранов к индолинам происходит по механизму, отчасти напоминающему процесс электрофильного замещения, приводящему к образованию более стерически загруженных продуктов; электрононедостаточные фураны вступают в реакцию в соответствие со стерически контролируемым механизмом циклоприсоединения, образуя менее загруженный аддукт.

В группе Гарга [2] изучено присоединение нуклеофилов (спиртов и аминов) к тройной связи индолина. Исследователи также наблюдали хорошую селективность присоединения для 6,7-индолина, было найдено, что хорошей селективности реакции можно добиться также и для 4,5-индолина. Квантово-химические расчеты показывают, что хотя селективность реакции часто объясняют полярностью химических связей, в исследованном случае искажение геометрии цикла может оказать сходное влияние на селективность процесса.

Электронодефицитные группы могут искажать строение арина таким образом, что один из атомов углерода тройной связи приобретает положительный, а другой – отрицательный заряд, такая же поляризация может быть вызвана благодаря напряжению цикла. В индолинах оба эти эффекта действуют однонаправленно, приводя к возникновению существенного напряжения цикла в структуре 4,5- и 6,7-индолинов.

При нуклеофильной атаке на искаженный цикл более вероятна атака на более уплощенный карбокатионный атом ариновой системы, нуклеофильная атака по другому атому углерода приводит к существенному искажению переходного состояния и увеличению энергетического барьера.

Источники: [1] Org. Lett., 2010, DOI: 10.1021/ol902415s; [2] J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja9098643

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез