Organoazidy

Azidová funkční skupina má dvě rezonanční struktury.

Organoazidy jsou organické sloučeniny obsahující azidové (N3) funkční skupiny.[1] Vzhledem ke své nebezpečnosti (nejnebezpečnější jsou azidy s nízkými molárními hmotnostmi, které se proto nepoužívají) nemají výrazné využití, i když pro výzkum je jejich reaktivita zajímavá. V laboratořích slouží azidy jako prekurzory aminů. Využití rovněž nacházejí při Staudingerových ligacích. Tyto reakce bývají spolehlivé a jsou používány v kombinační chemii.

Historie

Fenylazid (diazoamidobenzol) poprvé připravil Peter Griess v roce 1864 reakcí amoniaku s fenyldiazoniovou solí.[2][3]

V 90. letech 19. století Theodor Curtius, objevitel kyseliny azidovodíkové (HN3), popsal přesmyk acylazidů na izokyanáty, později nazvaný Curtiusův přesmyk.[4]

Rolf Huisgen popsal 1,3-dipolární cykloadici, která byla také po něm pojmenována.[5][6]

Vzhledem ke zjištěné nestabilitě těchto sloučenin nebyl o jejich výzkum větší zájem.[7] To se změnilo s objevem mědí katalyzovaných [3+2]-cykloadičních reakcí organoazidů s koncovými alkyny.[8][9]

Azidy a alkyny jsou bioortogonální, tedy neinteragují s živými systémy, a zároveň mohou vstupovat do velmi rychlých a selektivních reakcí;[10][11] tato vlastnost vedla k prudkému rozvoji jejich zkoumání.

Příprava

Délky vazeb (v pikometrech) a vazebné úhly fenylazidu[12]

Organoazidy se dají získat mnoha způsoby, nejčastěji z předem připravených činidel obsahujících azidové skupiny.

Příprava alkylazidů

Odštěpením halogenidů

Jako pseudohalogenidy mohou azidy odštěpovat řadu různých odstupujících skupin, jako jsou Br−, I−, OTs− a sulfonáty, za vzniku azidosloučenin.[13][14][15]

Zdrojem azidových iontů je nejčastěji azid sodný (NaN3), lze však použít i azid lithný (LiN3).

Z alkoholů

Alifatické alkoholy mohou vytvářet azidy prostřednictvím Micunobovy reakce s kyselinouazidovodíkovou.[1] Z hydrazinů vznikají azidy reakcemi s dusitanem sodným:[16] Alkoholy lze přeměnit na azidy pomocí 2-azido-1,3-dimethylimidazoliniumhexafluorofosfátu (ADMP)[17] nebo Micunobovou reakcí[18] s difenylfosforylazidem (DPPA).

Z epoxidů a aziridinů

K přípravám organoazidů z epoxidů a aziridinů se dají použít trimethylsilylazid (TMSN3) a tributylcínazid (Bu3SnN3);[7] mohou přitom sloužit i na enantioselektivní syntézy.[19]

Z aminů

Trifluormethansulfonylazid a imidazol-1-sulfonylazid reagují s aminy za tvorby odpovídajících azidů. Diazopřenos na aminy je možné provést prostřednictvím trifluormethansulfonylazidu TfN3 a tosylazidu (TsN3).[20]

Hydroazidace

Hydroazidace alkenů jsou další možností přípravy organoazidů.[21]

Příprava arylazidů

Arylazidy se dají získat štěpením příslušných diazoniových solí azidem sodným nebo trimethylsilylazidem; také je možná nukleofilnní aromatická substituce, a to i s chloridy. Aniliny a aromatické hydraziny vstupují do diazotačních reakcí, podobně jako alkylaminy a alkylhydraziny.[1]

PhNHNH2 + NaNO2 → PhN3

Příprava acylazidů

Podrobnější informace naleznete v článku Acylazidy.

Alkyl- nebo arylacylchloridy reagují s vodným roztokem azidu sodného za vzniku acyl azidů,[22][23] ze kterých lze Curtiusovými přesmyky získat izokyanáty.

Duttovou–Wormallovou reakcí

Azidy je možné vytvořit také Duttovou–Wormallovo reakcí, kdy se nejprve přeměňuje diazoniová sůl působením sulfonamidu na diazoaminosulfinát a ten je poté hydrolyzován na azid a sulfinovou kyselinu.[24][25]

Reakce

Organoazidy mohou být zapojeny do několika druhů reakcí. Koncový dusík je mírně nukleofilní. Nukleofily s azidy reagují na dusíku Nγ,zatímco elektrofily Nα.[26]

Azidy snadno odštěpují molekulární dusík, čehož se využívá například ve Staudingerových ligacích nebo Curtiusových přesmycích.[27]

Azidy lze zredukovat na aminy hydrogenolýzou[28] nebo fosfiny (například trifenylfosfinem) ve Staudingerových reakcích; ty umožňují i využití azidů jako chránicích skupin pro aminy, například v syntéze 1,1,1-tris(aminomethyl)ethanu:

3 H2 + CH3C(CH2N3)3 → CH3C(CH2NH2)3 + 3 N2

V azido-alkynových Huisgenových cykloadicích reagují organoazidy jako 1,3-dipóly, kdy s alkyny vytváří substituované 1,2,3-triazoly.

Na následujícím obrázku je znázorněno několik reakcí azidů. Jednou z nich je reakce s fosfiny vytvářející iminofosforany 22, které mohou být hydrolyzovány na primární aminy 23 ve Staudingerových reakcích,[29] reagovat s karbonylovými sloučeninami na iminy 24 (což jsou aza-Wittigovy reakce),[30][31][32] nebo vstupovat do jiných reakcí. Tepelným rozkladem azidů se tvoří nitreny, využitelné v mnoha reakcích; vinylazidy 19 dávají vzniknout 2H-azirinům 20.[26][33]

Alkylazidy s nízkým obsahem dusíku ([nC + nO]/nN ≥ 3) jsou poměrně stálé a rozkládají se až pi teplotách nad asi 175 °C.[34]

Přímým fotochemickým rozkladem alkylazidů vznikají téměř výhradně iminy.[26] Azidová skupina přejde do singletového excitovaného stavu, který projde přesmykem bez účasti nitrenů. Přítomnost tripletových molekul ovšem může změnit mechanismus reakce a způsobit tvorbu tripletových nitrenů; tento jev byl pozorován přímo pomocí elektronové paramagnetické rezonance při −269 °C a zjištěn i u některých fotolýz.[35][36]

Tripletový methylnitren je o 31 kJ/mol stabilnější než jako singlet a je tak nejpravděpodobnějším základním stavem.[26][37]

(3+2)-cykloadice azidů na dvojné a trojné vazby jsou jedněmi z nejvíce využívaných cykloadicí, u dvojných vazeb vznikají triazoliny (například 17) a u trojných triazoly.[38][39][40]

Nekatalyzovaná reakce probíhá soustředěným pericyklickým mechanismem, při kterém se konfigurace alkenu přenese na triazolinový produkt. Woodwardovo–Hoffmannovo označení je [π4s+π2s] a reakce je symetricky povolená. Jedná se o cykloadici druhého typu, což znamená, že dva HOMO a dva LUMO mají podobné energie, takže rychlost reakce mohou zvyšovat jak substituenty odtahující elektrony, tak ty, které elektrony dodávají.[41][42] Rozpouštědlo na reakci nemá velký vliv, protože jak reaktanty, tak meziprodukt jsou nepolární.[43]

Tosylazid reaguje s norbornadienem:[44]

Použití

Antivirotikum zidovudin obsahuje azidovou skupinu.

Bezpečnost

Některé organoazidy jsou výbušné a/nebo toxické.

Odkazy

Reference

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

  1. ↑ a b c S. Bräse; C. Gil; K. Knepper; V. Zimmermann. Organic Azides: An Exploding Diversity of a Unique Class of Compounds. Angewandte Chemie International Edition. 2005, s. 5188–5240. DOI 10.1002/anie.200400657. 
  2. ↑ Peter Griess; August Wilhelm von Hofmann. XX. On a new class of compounds in which nitrogen is substituted for hydrogen. Proceedings of the Royal Society of London. 1864, s. 375–384. DOI 10.1098/rspl.1863.0082. 
  3. ↑ Peter Griess. Ueber eine neue Klasse organischer Verbindungen, in denen Wasserstoff durch Stickstoff vertreten ist. Annalen der Chemie und Pharmacie. 1866, s. 39–91. Dostupné online. DOI 10.1002/jlac.18661370105. 
  4. ↑ R. Jay; T. Curtius. Zur Reduction des Diazoessigesters. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1894, s. 775–787. Dostupné online. DOI 10.1002/cber.189402701151. 
  5. ↑ Rolf Huisgen. 1,3-Dipolar Cycloadditions. Past and Future. Angewandte Chemie International Edition in English. 1963, s. 565–598. Dostupné online. ISSN 0570-0833. DOI 10.1002/anie.196305651. 
  6. ↑ R. Huisgen. Kinetics and Mechanism of 1,3-Dipolar Cycloadditions. Angewandte Chemie International Edition in English. 1963, s. 633–645. Dostupné online. ISSN 0570-0833. DOI 10.1002/anie.196306331. 
  7. ↑ a b Stefan Bräse; Klaus Banert. Organic azides: syntheses and applications. Chichester: John Wiley, 2010. ISBN 978-0-470-68252-4. 
  8. ↑ Zachary P. Demko; K. Barry Sharpless. Preparation of 5-Substituted 1 H -Tetrazoles from Nitriles in Water. The Journal of Organic Chemistry. 2001, s. 7945–7950. Dostupné online. ISSN 0022-3263. DOI 10.1021/jo010635w. PMID 11722189. 
  9. ↑ Hartmuth C. Kolb; M. G. Finn; K. Barry Sharpless. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angewandte Chemie International Edition. 2001, s. 2004–2021. ISSN 1521-3773. DOI 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5. 
  10. ↑ Wolfgang Binder; Christian Kluger. Azide/Alkyne-"Click" Reactions: Applications in Material Science and Organic Synthesis. Current Organic Chemistry. 2006, s. 1791–1815. Dostupné online. DOI 10.2174/138527206778249838. 
  11. ↑ Vsevolod V. Rostovtsev; Luke G. Green; Valery V. Fokin; K. Barry Sharpless. A Stepwise Huisgen Cycloaddition Process: Copper(I)-Catalyzed Regioselective "Ligation" of Azides and Terminal Alkynes. Angewandte Chemie International Edition. 2002, s. 2596–2599. Dostupné online. ISSN 1521-3773. DOI 10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2596::AID-ANIE2596>3.0.CO;2-4. PMID 12203546. 
  12. ↑ Gerald Wagner; Vladimir B. Arion; Lothar Brecker; Carsten Krantz; Jean-Luc Mieusset; Udo H. Brinker. Controllable Selective Functionalization of a Cavitand via Solid State Photolysis of an Encapsulated Phenyl Azide. Organic Letters. 2009, s. 3056–3058. DOI 10.1021/ol901122h. PMID 19537769. 
  13. ↑ Giuliana Righi; Claudia D'Achille; Giovanna Pescatore; Carlo Bonini. New stereoselective synthesis of the peptidic aminopeptidase inhibitors bestatin, phebestin and probestin. Tetrahedron Letters. 2003, s. 6999–7002. Dostupné online. DOI 10.1016/S0040-4039(03)01799-4. 
  14. ↑ Phil S. Baran; Alexandros L. Zografos; Daniel P. O'Malley. Short Total Synthesis of (±)-Sceptrin. Journal of the American Chemical Society. 2004, s. 3726–3727. Dostupné online. ISSN 0002-7863. DOI 10.1021/ja049648s. PMID 15038721. 
  15. ↑ Karl J. Shaffer; Carol M. Taylor. β-Glycosides of Hydroxyproline via an Umpolung Approach. Organic Letters. 2006-08-01, s. 3959–3962. Dostupné online. ISSN 1523-7060. DOI 10.1021/ol061424m. PMID 16928048. 
  16. ↑ R. O. LINDSAY AND C. F. H. ALLEN. Phenyl azide. Org. Synth.. 1942, s. 96. DOI 10.15227/orgsyn.022.0096. 
  17. ↑ Mitsuru Kitamura; Tatsuya Koga; Masakazu Yano; Tatsuo Okauchi. Direct Synthesis of Organic Azides from Alcohols Using 2-Azido-1,3-dimethylimidazolinium Hexafluorophosphate. Synlett. 2012, s. 1335–1338. Dostupné online. ISSN 0936-5214. DOI 10.1055/s-0031-1290958.  Archivováno 7. 6. 2018 na Wayback Machine.
  18. ↑ Sang-Hyeup Lee; Juyoung Yoon; Seung-Hwan Chung; Yoon-Sik Lee. Efficient asymmetric synthesis of 2,3-diamino-3-phenylpropanoic acid derivatives. Tetrahedron. 2001, s. 2139–2145. Dostupné online. ISSN 0936-5214. DOI 10.1016/S0040-4020(01)00090-4. 
  19. ↑ Luis E. Martinez; James L. Leighton; Douglas H. Carsten; Eric N. Jacobsen. Highly Enantioselective Ring Opening of Epoxides Catalyzed by (salen)Cr(III) Complexes. Journal of the American Chemical Society. 1995, s. 5897–5898. Dostupné online. ISSN 0002-7863. DOI 10.1021/ja00126a048. 
  20. ↑ Alexander Titz; Zorana Radic; Oliver Schwardt; Beat Ernst. A safe and convenient method for the preparation of triflyl azide, and its use in diazo transfer reactions to primary amines. Tetrahedron Letters. 2006, s. 2383–2385. Dostupné online. DOI 10.1016/j.tetlet.2006.01.157. 
  21. ↑ Jérôme Waser; Boris Gaspar; Hisanori Nambu; Erick M. Carreira. Hydrazines and Azides via the Metal-Catalyzed Hydrohydrazination and Hydroazidation of Olefins. Journal of the American Chemical Society. 2006, s. 11693–11712. Dostupné online. ISSN 0002-7863. DOI 10.1021/ja062355+. PMID 16939295. 
  22. ↑ C. F. H. ALLEN; ALAN BELL. Undecyl isocyanate. Org. Synth.. Dostupné online. ; Coll. Vol.. S. 846. 
  23. ↑ JON MUNCH-PETERSEN. m-Nitrobenzazide. Org. Synth.. 1963. Dostupné online. ; Coll. Vol.. S. 715. 
  24. ↑ Pavitra Kumar Dutt; Hugh Robinson Whitehead; Arthur Wormall. CCXLI.—The action of diazo-salts on aromatic sulphonamides. Part I. Journal of the Chemical Society. 1921, s. 2088–2094. Dostupné online. DOI 10.1039/CT9211902088. 
  25. ↑ Name Reactions: A Collection of Detailed Reaction Mechanisms by Jie Jack Li Published 2003 Springer ISBN 3-540-40203-9
  26. ↑ a b c d Stefan Bräse; Klaus Banert. Organic azides : syntheses and applications. Chichester: John Wiley, 2010. Dostupné online. ISBN 978-0-470-68252-4. S. 507. 
  27. ↑ Saul Patai. The Azido Group. [s.l.]: [s.n.], 1971. ISBN 9780470771266. DOI 10.1002/9780470771266. 
  28. ↑ Amine synthesis by azide reduction [online]. Dostupné online. 
  29. ↑ Yuri G. Gololobov; Leonid F. Kasukhin. Recent advances in the Staudinger reaction. Tetrahedron. 1992, s. 1353–1406. Dostupné online. DOI 10.1016/S0040-4020(01)92229-X. 
  30. ↑ Pedro Molina; Maria Jesús Vilaplana. Iminophosphoranes: Useful Building Blocks for the Preparation of Nitrogen-Containing Heterocycles. Synthesis. 1994, s. 1197–1218. Dostupné online. ISSN 0039-7881. DOI 10.1055/s-1994-25672.  Archivováno 3. 6. 2018 na Wayback Machine.
  31. ↑ Pilar M. Fresneda; Pedro Molina. Application of Iminophosphorane-Based Methodologies for the Synthesis of Natural Products. Synlett. 2004, s. 1–17. Dostupné online. ISSN 0936-5214. DOI 10.1055/s-2003-43338.  Archivováno 3. 6. 2018 na Wayback Machine.
  32. ↑ Francisco Palacios; Concepción Alonso; Domitila Aparicio; Gloria Rubiales; Jesús M. de los Santos. The aza-Wittig reaction: an efficient tool for the construction of carbon–nitrogen double bonds. Tetrahedron. 2008, s. 523–575. Dostupné online. DOI 10.1016/j.tet.2006.09.048. 
  33. ↑ Yolanda S. P. Álvares; M. José Alves; Nuno G. Azoia; Jamie F. Bickley; Thomas L. Gilchrist. Diastereoselective synthesis of aziridines from (1R)-10-(N,N-dialkylsulfamoyl)isobornyl 2H-azirine-3-carboxylates. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1. 2002, s. 1911–1919. Dostupné online. ISSN 1472-7781. DOI 10.1039/B202321K. 
  34. ↑ Saul Patai. The chemistry of the azido group. [s.l.]: Interscience Publishers, 1971. Dostupné online. ISBN 978-0-470-77126-6. S. 626. 
  35. ↑ E. Wasserman; G. Smolinsky; W. A. Yager. Electron Spin Resonance of Alkyl Nitrenes. Journal of the American Chemical Society. 1964, s. 3166–3167. Dostupné online. ISSN 0002-7863. DOI 10.1021/ja01069a049. 
  36. ↑ Rodney F. Klima; Anna D. Gudmundsdóttir. Intermolecular triplet-sensitized photolysis of alkyl azides. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2004, s. 239–247. Dostupné online. DOI 10.1016/S1010-6030(03)00368-X. 
  37. ↑ Michael J. Travers; Daniel C. Cowles; Eileen P. Clifford; G. Barney Ellison; Paul C. Engelking. Photoelectron spectroscopy of the CH3N− ion. The Journal of Chemical Physics. 1999-09-22, s. 5349–5360. Dostupné online. ISSN 0021-9606. DOI 10.1063/1.479795. 
  38. ↑ Albert Padwa; William H. Pearson. Synthetic applications of 1,3-dipolar cycloaddition chemistry toward heterocycles and natural products. Hoboken: Wiley, 2003. Dostupné online. ISBN 0-471-28061-5. S. 940. 
  39. ↑ Stefan Bräse. The Virtue of the Multifunctional Triazene Linkers in the Efficient Solid-Phase Synthesis of Heterocycle Libraries. Accounts of Chemical Research. 2004, s. 805–816. Dostupné online. ISSN 0001-4842. DOI 10.1021/ar0200145. PMID 15491127. 
  40. ↑ I. N. Tarabara; A. O. Kas'yan; M. Y. Yarovoi; S. V. Shishkina; O. V. Shishkin; L. I. Kas'yan. Reactions of Bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboximides with Aromatic Azides. Russian Journal of Organic Chemistry. 2004, s. 992–998. Dostupné online. ISSN 1070-4280. DOI 10.1023/B:RUJO.0000045191.12939.47. PMID 15491127. 
  41. ↑ Reiner Sustmann. A simple model for substituent effects in cycloaddition reactions. I. 1,3-dipolar cycloadditions. Tetrahedron Letters. 1971, s. 2717–2720. Dostupné online. DOI 10.1016/S0040-4039(01)96961-8. 
  42. ↑ R. Sustmann. Orbital energy control of cycloaddition reactivity. Pure and Applied Chemistry. 1974, s. 569–593. Dostupné online. ISSN 1365-3075. DOI 10.1351/pac197440040569. 
  43. ↑ Rolf Huisgen; Jochen Geittner; Hans-Ulrich Reissig. Solvent Dependence of Cycloaddition Rates of Phenyldiazomethane and Activation Parameters. Heterocycles. 1978, s. 109. Dostupné online. ISSN 0385-5414. DOI 10.3987/S(N)-1978-01-0109. 
  44. ↑ Damon D. Reed; Stephen C. Bergmeier. A Facile Synthesis of a Polyhydroxylated 2-Azabicyclo[3.2.1]octane. The Journal of Organic Chemistry. 2007, s. 1024–1026. DOI 10.1021/jo0619231. PMID 17253828. 

Literatura

  • The Azido Group (1971). Redakce Patai Saul. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd., 1971-01-01. Dostupné online. ISBN 978-0-470-77126-6. DOI 10.1002/9780470771266. S. 626. (anglicky) 
  • SCRIVEN, Eric F. Azides and Nitrenes: Reactivity and Utility. [s.l.]: Academic Press ISBN 9780124143074. S. 542. 
  • Synthetic Applications of 1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry Toward Heterocycles and Natural Products: Padwa/Dipolar Cycloaddition E-Bk. Redakce Padwa Albert. New York, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2002-04-05. (Chemistry of Heterocyclic Compounds: A Series Of Monographs). Dostupné online. ISBN 978-0-471-38726-8. DOI 10.1002/0471221902. 
  • Wolff, H. Org. React. 1946, 3, 337–349.
  • BOYER, J. H.; CANTER, F. C. Alkyl and Aryl Azides.. Chemical Reviews. 1954-02-01, s. 1–57. Dostupné online. ISSN 0009-2665. DOI 10.1021/cr60167a001. (anglicky) 
  • SCRIVEN, Eric F. V.; TURNBULL, Kenneth. Azides: Their Preparation and synthetic uses. Chemical Reviews. March 1988, s. 297–368. Dostupné online. ISSN 0009-2665. DOI 10.1021/cr00084a001. (anglicky) 
  • BRÄSE, Stefan; GIL, Carmen; KNEPPER, Kerstin; ZIMMERMANN, Viktor. Organic Azides: An Exploding Diversity of a Unique Class of Compounds. Angewandte Chemie International Edition. 2005-08-19, s. 5188–5240. Dostupné online. ISSN 1433-7851. DOI 10.1002/anie.200400657. PMID 16100733. (anglicky) 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Dutt–Wormall reaction.svg
Dutt–Wormall reaction scheme
Overview alkyl azide synthesis Zhurakovskyi.svg
Autor: Oleksandr Zhurakovskyi, Licence: CC BY 2.5
Brief overview of alkyl azide synthesis. "Pericyclic and related rearrangements for the synthesis of nitrogen heterocyclic ring systems" (PhD Thesis).
Preparation of acyl azides from acyl chlorides.png
Preparation of acyl azides from acyl chlorides
PhN3bondDis&ang.svg
phenyl azide structure from doi 10.1021/ol901122h
Organic azide resonance.svg
Chemical diagram showing the two main resonance structures of an organic azide
Overview azide reactivity Zhurakovskyi.svg
Autor: Oleksandr Zhurakovskyi, Licence: CC BY 2.5
Brief overview of azide reactivity. "Pericyclic and related rearrangements for the synthesis of nitrogen heterocyclic ring systems" (PhD Thesis).