Hydroaminace

Hydroaminace je proveřená metoda výroby vůní z myrcenu. Při této reakci se diethylamin aduje na dienový substituent a katalyzátorem je diethylamid lithný.[2]

Roku 1989 popsal americký chemik Tobin Jay Marks vnitromolekulární hydroaminační reakce probíhající za přítomnosti odvozených od vnitřně přechodných kovů jako jsou lanthan, lutecium a samarium. Rychlosti reakcí se s rostoucími iontovými poloměry kovů snižovaly, což bylo patrně způsobeno sterickými jevy vytvářenými ligandy.[3] V roce 1992 Marks vyvinul první chirální katalyzátory hydroaminace, což umožnilo provádět stereoselektivní hydroaminační reakce.[4] První katalyzátor, který nebyl metalocenem, se objevil roku 2003; jeho součástí byly bisarylamidové a aminofenolové ligandy, což vedlo ke zvýšení enantioselektivity.[5]

Výzbamné katalyzátory hydroaminace podle roku objevu

Hydroaminace byla vyzkoušena u mnoha různých aminů, primárních, sekundárních, cyklických, acyklických i anilinů, s rozdíknými sterickými a elektronovými vlivy; nenasycených substrátů (alkenů, alkynů a dienů) a také s několika rozdílnými katalyzátory. Také byly zkoumány vnitromolekulární hydroaminace několika různých aminoalkenů.[6]

Adice na nenasycenou vazbu uhlík-uhlík může, v závislosti na použitém katalyzátoru, proběhnout podle Markovnikovova pravidla i v rozporu s ním.[7] S ohledem na R/S chiralitu mohou vzniknout čtyři různé produkty: Markovnikovův produkt s R nebo S a neMarkovnikovův s R nebo S. I když byly popsány hydroaminace katalyzované mnoha různými kovy, tak je k selektivní syntéze jediného z těchto produktů možné použít jen menší část z nich. Byla popsána možnost připravit termodynamický nebo kinetický produkt.

Možné produkty regioselektivních a stereroselektivních hydroaminací

Hydroaminaci může katalyzovat mnoho různých komplexů kovů jako jsou alkalické kovy, například lithium,[6] kovy 2. skupiny, jako je vápník,[8] či kovy 3. skupiny jako hliník,[9] indium[10] a bismut.[11] Byly také podrobně zkoumány možnosti využití katalyzátorů založených na přechodných kovech a lanthanoidech. Potenciální využití v této oblasti mají také zeolity.[6]

Mechanismus hydroaminací katalyzovaných kovy je dobře znám.[12] Obzvlášť podrobně byla zkoumána vnitromolekulární hydroaminace alkenů katalyzovaná organickými sloučeninami lanthanoidů.[13]

Na začátku je katalyzátor aktivován výměnou amidové skupiny, čímž se vytváří aktivní katalyzátor (i). Následně se alken naváže na vazbu La-N (ii).[14] Nakonec dojde k protonolýze a tím ke vzniku cyklického produktu i regeneraci katalyzátoru (iii). I když byl tento mechanismus navržen pro katalyzátory obsahující lanthanoidy, tak velmi podobně funguje i u katalyzátorů založených na aktinoidech nebo alkalických kovech.

Navržený mechanismus vnitromolekulární hydroaminace katalyzované organickými sloučeninami lanthanoidů

U katalyzátorů obsahujících přechodné kovy existuje několik modelů; první z nich spočívá v nukleofilním ataku alkenu nebo alkynu a jeho navázání na vazbu kov-amid.[12] Uvedené mechanismy jsou v souladu se studiemi reakční kinetiky, zkoumáním reakcí pomocí isotopového značkování i zachycováním předpokládaných meziproduktů.

Běžné mechanismy hydroaminačních reakcí

Hydroaminační reakce jsou termodynamicky přibližně neutrální, mají však vysokou aktivační energii, což je pravděpodobně způsobeno vzájemným odpuzováním substrátu bohatého na elektrony a nukleofilního aminu. Vnitromolekulární reakce také mívají výrazně zápornou změnu entropie, a tak za vyšších teplot neprobíhají.[15][16] Z těchto důvodů jsou pro provádění těchto reakcí nutné katalyzátory.[17][12] Vnitromolekulární hydroaminace probíhají rychleji než mezimolekulární.

Termodynamické a kinetické produkty

Většina katalyzátorů hydroaminačních reakcí má dostatečnou účinnost pouze za vyšších teplot, obvykle tak vznikají pouze termodynamické produkty. Kinetické produkty byly izolovány a identifikovány například při tvorbě allylaminů z allenů. Směs allenů a derivátů anilinu byla za teploty 80 °C zahřívána za přítomnosti katalyzátoru obsahujícího rhodium.[18] V jiném případě byl použit katalyzátor obsahující palladium při pokojové teplotě s několika různými primárními i sekundárními, acyklickými i cyklickými aminy.[19] Oba tyto způspby provedení reakce mají vysokou výtěžnost; na násobnou vazbu lze následně připojovat další molekuly a vytvářet tak složitější sloučeniny.

Možné termodynamické a kinetické produkty hydroaminace substituovaného allenu

Hydroaminace může být katalyzována silnými zásadami; příkladem je ethylace piperidinu pomocí ethenu:[20]

Hydroaminace ethenu pomocí piperidinu nevyžaduje organokovový katalyzátor, je ovšem nutná přítomnost silné zásady.

U některých takových reakcí se reaktivita s rostoucím počtem uhlíkových atomů alkenu anižuje.

Některé komplexy titanu a zirkonia mohou katalyzovat mezimolekulární hydroaminace alkenů a alkynů.[17] Poměrně podrobně byly prozkoumány reakce katalyzované zirconocen-bis(amido)komplexy. Titanocenamido- a titanocensulfonamidokomplexy katalyzují vnitromolekulární [2+2] cykloadiční hydroaminace aminoalkenů za vzniku příslušných azametallacyklobutanů. Jejich následnou protonolýzou se vytváří α-vinyl-pyrrolidinové (1) nebo tetrahydropyridinové (2) produkty. Výsledky teoretických a experimentálních studií jsou v souladu s navrhovanou tvorbou iminového meziproduktu.

Adice vodíku a aminové skupiny (NR₂) za použití jiného činidla než aminu (HNR₂) se označuje pojmem „formální hydroaminace“. I když tak nejsou k dispzici výhody například v podobě snadného zdroje dusíku, tak mohou být, díky lepším termodynamickým vlastnostem i možnostem použít velké množství aminačních činidel, také užitečné. Místo aminů se používají estery hydroxylaminu[21] a nitroareny.[22]

Hydroaminační reakce mají řadu využití díky využitelnosti aminů a šetrnosti k životnímu prostředí. Funkcionalizované allylaminy, které lze získat hydroaminací, mají mnoho možných použití ve farmaceutickém průmyslu. Hydroaminace lze použít k syntéze allylaminu cinnarizinu s vysokou výtěžností. Cinnarizinem je možné léčit závratě i kinetózu.[23]

Syntéza cinnarizinu pomocí hydroaminační reakce

Hydroaminaci je též možné použít k přípravě alkaloidů., příkladem je totální syntéza (-)-epimyrtinu.[24]

Hydroaminace katalyzovaná komplexem zlata použitá při totální syntéze (-)-epimyrtinu

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