Reformatsky反应

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Reformatsky(瑞佛马茨)反应是由S.N.Reformatsky(也写作S.N.Reformatskii)于年首先发现的,即醛或酮与α-卤代酸酯和金属锌在惰性溶剂中反应,经水解后得到β-羟基酸酯(式1),这是制备β-羟基酸酯的一个重要方法。

Reformatsky反应的过程包括两个阶段:一是有机锌试剂(即Reformatsky试剂)的形成;二是烯醇锌试剂对羰基化合物的亲核加成,即羟醛缩合反应。α-卤代酸酯与锌首先形成具有二聚体结构的有机锌试剂(A),二聚体解聚为单体烯醇锌(B),然后与醛酮形成锌配合物中间体(C),继而发生分子内亲核加成,生成β-羟基羧酸酯的卤化锌盐(D),后者经水解得到β-羟基酯(图1)。如果β-羟基酯的α-碳原子上具有氢原子,则在温度较高或在脱水剂(如酸酐、质子酸)存在下脱水而得α,β-不饱和酸酯。

由于氯代物不活泼,碘代物难制备,Reformatsky反应常用α-溴代酸酯作为锌试剂的原料。常用的溶剂为乙醚、THF、苯、甲苯、二甲苯等。最适宜的反应温度为90~oC或回流条件下进行(如式2)。

Reformatsky反应是一类重要的形成C-C键的反应,可以同时实现碳链的增长和官能团的转变,在有机合成中有重要作用。例如,维生素A的工业化生产路线之一,可用紫罗兰酮(Ⅰ)为原料,先经Reformatsky反应制得十五碳酯(Ⅱ),再将Ⅱ经还原、氧化以及Claisen-Schmidt缩合得十八碳酮(Ⅳ),后者再经一次Reformatsky反应和还原反应得到维生素A(图2)。

Reformatsky反应的底物普适性广泛,除醛和酮外,亚胺(盐)、酯、腈、酰卤、二氧化碳和环氧化合物等都可能发生反应。亚胺(盐)的反应产物为β-氨基酸酯(如式3)。

α-卤代酸酯可换为α-吸电子基团取代的卤代烃,如炔、酰胺、酮、腈的卤素化合物。文献中报道的Reformatsky反应的各类原料和产物见表1。

在Reformatsky反应中不能使用镁,原因是有机镁试剂太活泼,会使酯羰基发生自身缩合的副反应,但是利用反应物的空间阻力可以克服这种副反应,比如采用叔丁酯或其它位阻较高的酯,就可以避免这些副反应。由于镁的活性比锌高,所以往往可以进行一些用锌不能进行或反应速率很慢的反应(如式4)。

除了特定的有机镁试剂可使用之外,Reformatsky反应中还可以用锡、铟、铝、锰、铬、Sm2+、Ti2+等代替有机锌试剂来进行反应(如式5和式6)。

使用手性催化剂或手性底物诱导的不对称Reformatsky反应,可以合成光学活性的β-羟基羧酸酯或β-羟基腈等,并已成为制备许多含有这类手性结构的光学活性化合物的重要方法。如式7中带有手辅助基团的β-溴代酰胺能与醛在三乙基铝存在下发生Reformatsky反应,获得较好的产率和较高的dr值。

左旋薄荷酮衍生的α-溴代代酰胺在锌粉作用下与亚胺反应,经历一个烯醇-亚胺式的六元环过渡态,发生Reformatsky反应,其产物继而发生分子内亲核取代,离去手性辅助基团,以高产率和较好的对映选择性获得专一的反式β-内酰胺(式8)。

从左旋丝氨酸衍生的醛,通过Reformatsky反应,能够以7:1的非对映选择性获得一个氨基酸前体,后者经过3步反应,可以高产率地制备旋光纯的左旋4,4-二氟谷氨酸。这一系列过程已实现了光学纯二氟氨基酸的规模化生产(式9)。

利用手性配体诱导的酮的Reformatsky反应提供了不对称催化Reformatsky反应的一条有效途径。例如,当使用手性降麻黄碱衍生物作配体时,Reformatsky试剂对烷基芳基酮的反应能够以高的非对映选择性和良好的对映选择性(主要产物)得到β-羟基酯产物(式10)。

Reformatsky反应在天然产物合成中也得到广泛应用。在天然产物(+)-10,10-difluorothromboxaneA2的全合成中,其关键中间体的合成就是利用了Reformatsky反应(式11)。

在天然产物紫杉醇的全合成中,曾报道使用二碘化钐促进的Reformatsky反应构建全官能化的B环体系(式12)。

最近,Giannis小组在合成天然青蒿素的对映体(-)-artemisinin时,使用Reformatsky反应合成了其中的一个关键中间体(式13)。

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