Cyklopropanace

Existuje několik způsobů přeměny alkenů na cyklopropany pomocí karbenů. Protože jsou karbeny velmi reaktivní, tak se obvykle používají ve stabilizované podobě, kde jsou označovány jako karbenoidy.[2]

V Simmonsově–Smithově reakci je reaktivním karbenoidem jodmethyljodid zinečnatý, obvykle vytvářený reakcí dijodmethanu se slitinou zinku a mědi (Zn-Cu). K tvorbě karbenoidů lze také použít jiné látky, například dibrommethan[3] nebo diazomethan a jodid zinečnatý.[4] Reaktivitu lze také zvýšit použitím diethylzinku místo Zn-Cu.[5]

Byly popsány i asymetrické cyklopropanace.[6]

Některé diazosloučeniny, například diazomethan, mohou ve dvou krocích reagovat s alkeny za vzniku cyklopropanů. První krok spočívá v 1,3-dipolární cykloadici za tvorby pyrazolinů, jež jsou následně fotochemicky nebo tepelně denitrogenovány na cyklopropany. Tepelný rozklad, při kterém se často používají jako katalyzátory hydroxid draselný a platina, bývá rovněž označován jako Kishnerova syntéza cyklopropanů;[7] lze při něm také použít hydrazin a α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny.[8]

Mechanismus rozkladu byl předmětem několika studií a stále není plně prozkoumán, předpokládá se však, že reakce probíhají přes diradikálové meziprodukty.[9][10]

Tento postup je oproti ostatním karbenovým cyklopropanacím šetrnější k životnímu prostředí, protože se při něm nepoužívají kovy nebo halogenovaná činidla a vedlejším produktem je pouze plynný dusík. Může být ovšem nebezpečný, protože stopová množství nezreagovaných diazosloučenin mohou během tepelného přesmyku pyrazolinu vybouchnout.

Methylfenyldiazoacetát a jiné podobné diazosloučeniny mohou sloužit jako prekurzory donor-akceptorových karbenů, které lze použít na cyklopropanace nebo je navazovat na vazby C-H v organických substrátech. Tyto reakce mohou být katalyzovány octanem rhodnatým nebo i chirálními sloučeninami.[11][12][13]

Volné karbeny lze také použít k cyklopropanacím, jejich využití tímto způsobem je ale omezené, protože jen málo jich lze dobře připravit a téměř všechny jsou nestálé (například u nich dochází k dimerizaci); výjimku tvoři dihalokarbeny, například dichlorkarben nebo difluorkarben, které jsou stabilnější a vytváří geminální dihalocyklopropany.[14]

Tyto sloučeniny lze použít na tvorbu allenů Skattebølovým přesmykem.

Stablizované karbeny též vznikají při Buchnerových reakcích.

Cyclopropanace bývají stereospecifické, protože adice karbenů a karbenoidů na alkeny patří mezi cheletropní syn-adice; například dibromkarben a cis-but-2-en vytváří cis-2,3-dimethyl-1,1-dibromcyklopropan, zatímco trans izomer vede výhradně k trans-produktu.[15]

Cyklopropany lze připravit s využitím sirných ylidů pomocí Johnsonovy–Coreyovy–Čajkovského reakce,[16] tento proces je ovšem omezen pouze na alkeny chudé na elektrony, hlavně na α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny.

Cyklopropany je možné získat i řadou vnitromolekulárních cyklizací. Jednu z možností představuje použití primárních halogenalkanů s vhodně umístěnými skupinami odtahujícími elektrony. Působením silné zásady se vytvoří karboanion, jenž se následně cyklizuje za odštěpení halogenidu. Jako příklady lze uvést přípravu cyklopropankarbonitrilu[17] a cyklopropylacetylenu.[18] Tento mechanismus je také základem Favorského přesmyku.

Podobným dějem je cyklizace 1,3-dibrompropanu Wurtzovou reakcí. Takto provedl v roce 1881 August Freund přípravu cyklopropanu. Původně byl použit sodík,[19] ovšem při jeho nahrazení zinkem lze dosáhnout lepšího výtěžku.[20]

BrCH₂CH₂CH₂Br + 2 Na → (CH₂)₃ + 2 NaBr

• Při Kulinkovičových reakcích vznikají cyklopropanoly reakcemi esterů s Grignardovými činidly za přítomnosti titaničitých alkoxidů.
• Bingelova reakce je reakce sloužící k cyklopropanacím fullerenů.
• Při di-pí methanových přesmycích dochází k fotochemickým přesmykům 1,4-dienů na vinylcyklopropany, které následně mohou projít vinylcyklopropanovými přesmyky