Гетероциклические соединения в реакции Берча

Гетероциклическим называется циклическое соединение, в котором атом углерода замещен на другой гетероатом (чаще азот, кислород, сера). Область их применения чрезвычайно широка: они входят в состав лекарственных препаратов, их производные применяются в сельском хозяйстве, ветеринарии, в качестве антиокидантов, присадок, ингибиторов коррозии. Огромное число таких соединений встречается в природе.

Основной причиной широкого их применения является возможность тонко манипулировать их структурой для достижения желаемых свойств. А набор химических реакций, в которые вступают гетероциклические соединения, очень огромен.

Наибольшую популярность имеют ароматические гетероциклические соединения. Все они являются производными бензола и сходных ему соединений, у которых атом углерода замещен на гетероатом, являются плоскими и, согласно правилу Хюккеля, ароматическими.

Рассмотрим наиболее важные и простейшие из них в реакции Берча, производные которых используются при получении природных веществ.

Восстановление пиридинов по Берчу протекает легко, в зависимости от условий и наличия заместителей в кольце можно получать различные продукты. При восстановлении образуется анион-радикал, который может димеризоваться (в отсутствие протонной среды), и если в положении 4 кольца отсутствует заместитель, то продукт димеризации может окислиться до 4,4-бипиридила. Анион-радикал восстанавливается до аниона, последний присоединяет протон с образованием 1,4-дигидропиридина. Аналогично восстанавливаются и пиридиниевые соли:

В случае тиофенов при обработке натрием в жидком аммиаке самого тиофена возможно раскрытие цикла, однако тиофен-2-карбоновая кислота и 2-ацилтиофены можно превратить в 2,5-дигидропроизводные при использовании лития в аммиаке с последующим протонированием или улавливанием алкилгалогенидов:

Литий в аммиаке восстанавливает бензольное кольцо индола с образованием 4,7-дигидроиндола в качестве основного продукта:

Восстановление хинолинов и изохинолинов литием в жидком аммиаке в определённых условиях приводит к получению 1,4-дигидрохинолинов и 3,4-дигидроизохинолинов. Результат восстановления зависит от природы растворителя:

Большинство фуранов не удаётся восстановить при использовании металла в аммиаке, однако фуранкарбоновые кислоты и третичные амиды в этих условиях дают дигидропроизводные:

Побочные реакции

Поскольку основной реакцией является восстановление ароматического ядра, то к побочным процессам следует отнести восстановление других непредельных функциональных группировок и гидрогенолиз.

Двойные углерод-углеродные связи, не сопряженные с ароматическим ядром, по реакции Берча не восстанавливаются. К немногочисленным исключениям следует отнести восстановление аллильной группировки следующего соединения:

Двойная связь, сопряженная с ароматическим циклом, восстанавливается быстрее последнего, что было использовано в полном и частичном синтезе стероидов:

Сопряженные диены восстанавливаются в условиях реакции Берча в олефиновые соединения. Если диеновая система сопряжена с ароматическим циклом, то при восстановлении затрагивается лишь непосредственно примыкающая к нему двойная связь:

Тройные углерод-углеродные связи, сопряженные с ароматическим циклом или карбоксильной группой полностью или частично восстанавливаются щелочными металлами и спиртами в жидком аммиаке. Степень восстановления зависит от условий реакции:

Карбонильные группы в условиях реакции Берча, как правило, восстанавливаются в оксигруппы, причем преимущественно образуются термодинамически более устойчивые стереоизомеры. Кетогруппы, сопряженные с ароматическим ядром, подвергаются полному гидрогенолизу. При необходимости сохранения не сопряженной с ароматическим циклом кетогруппы ее можно либо предварительно защитить превращением в этиленкеталь либо после проведения реакции регенерировать кетогруппу окислением первоначально образующегося карбинола по Оппенауэру, как это сделано при синтезе 19-норпрогестерона из ароматического предшественника. В некоторых случаях используют енолизацию кетогруппы.

При наличии в соединении кетогруппы, сопряженной с двойной связью, сначала восстанавливается двойная связь, затем кетогруппа и в последнюю очередь — имеющиеся в молекуле ароматические циклы. Это различие в реакционной способности широко используется для селективного восстановления указанных функциональных группировок.

Карбоксильные группы в условиях реакции Берча обычно не изменяются. В то же время сложноэфирные группировки полностью или частично восстанавливаются в первичные спирты, причем эта реакция протекает быстрее, чем восстановление ароматического цикла. В случае замещенных нафталинов карбоксигруппы у ароматического кольца при восстановлении по Берчу сохраняются:

Гидроксильные группы остаются незатронутыми при реакции Берча, если они не находятся в α-положении к ароматическому циклу. В этом случае протекает гидрогенолиз оксигрупп, который, однако, может быть иногда предотвращен введением электронодонорного заместителя в п -положение ароматического кольца.

Непосредственно связанные с ароматическим ядром метоксигруппы также иногда элиминируются при реакции Берча, особенно если они находятся в пара-положении к карбоксилу:

Для нафталинов подобное восстановление наблюдается, если спирт прибавлять в конце реакции.

Винил- и этинилкарбинолы также подвергаются гидрогенолизу при восстановлении щелочными металлами и спиртами в жидком аммиаке:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: