Shapirova reakce

Shapirova reakce je organická reakce, při níž se keton nebo aldehyd přeměňuje na alken přes hydrazonový meziprodukt za přítomnosti dvou ekvivalentů organolithného činidla.^[1][2][3] Reakci objevil roku 1967 americký chemik Robert Shapiro.^[4] Shapirova reakce byla využita při Nicolaouově totální syntéze taxolu.^[5] Tato reakce je podobná Bamfordově–Stevensově reakci, při níž také dochází k zásaditému rozkladu tosylhydrazonů.

Shapirova reakce

Mechanismus reakce

Před samotnou Shapirovou reakcí reaguje keton či aldehyd (1) s p-toluensulfonylhydrazidem^[6](2) za vzniku p-toluensulfonylhydrazonu (3). Přidáním dvou ekvivalentů silné zásady, jakou je například butyllithium, dojde k deprotonaci hydrazonu (4) za vzniku karboaniontu (5). U tohoto karbaniontu následně proběhne eliminační reakce, při níž dojde k tvorbě dvojné vazba mezi uhlíkovými atomy a odštěpení tosylové skupiny, přičemž se vytvoří diazoniový anion (6). Z tohoto aniontu se následně odštěpí dusík, čímž vznikne vinyllithná sloučenina (7), jež může následně reagovat s různými elektrofily, například s vodou nebo kyselinou. za vzniku konečného produktu (8).

Příklady a vlastnosti

Poloha alkenu u výsledného produktu je ovlivňována místem, kde dochází k deprotonaci organolithné zásady. Obecně je selektivně deprotonováno méně substituované místo rozdílnými skupinami substituovaného tosylhydrazonu, což vede ke vzniku méně substituovaného vinyllithného meziproduktu. I když u vinyllithných skupin dochází k mnoha vedlejším reakcím, tak zde po přidání vody dojde k protonaci alkenu;^[7] Vinyllithné sloučeniny mohou taktéž projít alkylačními reakcemi s alkylhalogenidy.^[8]

Shapirova reakce začínající kafrem (1) a probíhající přes hydrazonový meziprodukt (2) za vzniku vinyllithné sloučeniny (3). Přidání vody (c) vede ke vzniku 2-bornenu (4) a přidáním alkylbromidu (d) vznikne látka 5.

Shapirovu reakci nelze použít k syntéze 1-lithioalkenů (a jejich derivátů), jelikož u sulfonylhydrazonů odvozených od aldehydů dochází k adici organolithné zásady na uhlík vazby C=N.^[9]

Katalytická Shapirova reakce

Při Shapirově reakci v její původní podobě jsou k tvorbě alkenyllithných činidel potřebná stechiometrická (někdy až nadbytečná) množství zásady. Za účelem snížení množství použitých zásad byla vyvinuta efektivní stereoselektivní varianta, při níž se kombinují ketonfenylaziridinylhydrazony s katalytickými množstvími lithných amidů. Potřebný fenylaziridinylhydrazon se získá kondenzací undekan-6-onu s 1-amino-2-fenylaziridinem. Přidáním 0,3 ekvivalentů diisopropylamidu lithného k fenylaziridinylhydrazonu dojde k níže znázorněné tvorbě alkenu, přičemž poměr cis:trans je 99,4:0,6; tento poměr byl určen analýzou pomocí plynové chromatografie po převodu produktů na odpovídající epoxidy působením kyseliny m-chlorperoxybenzoové.

K vysoké stereoselektivitě dochází díky přednostnímu odstranění α-methylenového vodíku v poloze syn vzhledem k fenylaziridinu a též díky vnitřní chelataci lithiovaného meziproduktu^[10]

Shapirovou reakcí za použití N-aziridinylhydrazonů vzniká alkenový produkt; vedlejšími produkty jsou styren a plynný dusík. Znázorněn je taktéž katalytický cyklus Shapirovy reakce.

Využití Shapirovy reakce při totálních syntézách

Shapirova reakce se využívá k přípravě alkenů za účelem syntézy složitých přírodních produktů. Japonský chemik Kendži Mori se svými spolupracovníky vyvinul způsob určení absolutní konfigurace fytokassanové funkční skupiny u skupiny přírodních produktů nazývaných fytoalexiny pomocí přípravy (−)-fytokassanu D z (R)-Wielandova–Miescherova ketonu. V průběhu procesu se tricyklický keton účastní Shapirovy reakce, přičemž vzniká cyklický alken.^[11]