Cyklopropanace jsou chemické reakce, při kterých se vytvářejí cyklopropanové kruhy. Jedná se o významnou skupinu reakcí, protože tuto funkční skupinu obsahuje řada důležitých látek, jako jsou pyrethroidy a řada chinolonových antibiotik (například ciprofloxacin a sparfloxacin). Velké úhlové napětí u cyklopropanů ovšem jejich syntézu ztěžuje a způsobuje potřebu použití vysoce reaktivních reaktantů, jako jsou například karbeny, ylidy a karboanionty.
Řada těchto reakcí probíhá cheletropně.
náhled|250px|vpravo|Struktura přírodních insekticidů, pyrethrinu I, R = CH3, a pyrethrinu II, R = CO2CH3
Způsoby provedení
Z alkenů s použitím karbenoidových reaktantů Existuje několik způsobů přeměny alkenů na cyklopropany pomocí karbenů. Protože jsou karbeny velmi reaktivní, tak se obvykle používají ve stabilizované podobě, kde jsou označovány jako karbenoidy.
Simmonsova–Smithova reakce V Simmonsově–Smithově reakci je reaktivním karbenoidem jodmethyljodid zinečnatý, obvykle vytvářený reakcí dijodmethanu se slitinou zinku a mědi (Zn-Cu). K tvorbě karbenoidů lze také použít jiné látky, například dibrommethan nebo diazomethan a jodid zinečnatý. Reaktivitu lze také zvýšit použitím diethylzinku místo Zn-Cu.
Byly popsány i asymetrické cyklopropanace.
Soubor:Simmons Smith Reaktion Mechanismus1b.svg
Z diazosloučenin Některé diazosloučeniny, například diazomethan, mohou ve dvou krocích reagovat s alkeny za vzniku cyklopropanů. První krok spočívá v 1,3-dipolární cykloadici za tvorby pyrazolinů, jež jsou následně fotochemicky nebo tepelně denitrogenovány na cyklopropany. Tepelný rozklad, při kterém se často používají jako katalyzátory hydroxid draselný a platina, bývá rovněž označován jako Kishnerova syntéza cyklopropanů; lze při něm také použít hydrazin a α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny.
Mechanismus rozkladu byl předmětem několika studií a stále není plně prozkoumán, předpokládá se však, že reakce probíhají přes diradikálové meziprodukty.
Tento postup je oproti ostatním karbenovým cyklopropanacím šetrnější k životnímu prostředí, protože se při něm nepoužívají kovy nebo halogenovaná činidla a vedlejším produktem je pouze plynný dusík. Může být ovšem nebezpečný, protože stopová množství nezreagovaných diazosloučenin mohou během tepelného přesmyku pyrazolinu vybouchnout.
500px
Pomocí diazosloučenin a kovových katalyzátorů Methylfenyldiazoacetát a jiné podobné diazosloučeniny mohou sloužit jako prekurzory donor-akceptorových karbenů, které lze použít na cyklopropanace nebo je navazovat na vazby C-H v organických substrátech. Tyto reakce mohou být katalyzovány octanem rhodnatým nebo i chirálními sloučeninami.
Soubor:IntraCPGen.png
Z volných karbenů Volné karbeny lze také použít k cyklopropanacím, jejich využití tímto způsobem je ale omezené, protože jen málo jich lze dobře připravit a téměř všechny jsou nestálé (například u nich dochází k dimerizaci); výjimku tvoři dihalokarbeny, například dichlorkarben nebo difluorkarben, které jsou stabilnější a vytváří geminální dihalocyklopropany.
Tyto sloučeniny lze použít na tvorbu allenů Skattebølovým přesmykem.
Soubor:Dichlorocarbene reaction cyclohexene.svg
Stablizované karbeny též vznikají při Buchnerových reakcích.
Cyclopropanace bývají stereospecifické, protože adice karbenů a karbenoidů na alkeny patří mezi cheletropní syn-adice; například dibromkarben a cis-but-2-en vytváří cis-2,3-dimethyl-1,1-dibromcyklopropan, zatímco trans izomer vede výhradně k trans-produktu.
Soubor:StereospecificCarbeneAddition.svg
Z alkenů pomocí ylidů Cyklopropany lze připravit s využitím sirných ylidů pomocí Johnsonovy–Coreyovy–Čajkovského reakce, tento proces je ovšem omezen pouze na alkeny chudé na elektrony, hlavně na α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny.
400px
Vnitromolekulární cyklizace Cyklopropany je možné získat i řadou vnitromolekulárních cyklizací. Jednu z možností představuje použití primárních halogenalkanů s vhodně umístěnými skupinami odtahujícími elektrony. Působením silné zásady se vytvoří karboanion, jenž se následně cyklizuje za odštěpení halogenidu. Jako příklady lze uvést přípravu cyklopropankarbonitrilu a cyklopropylacetylenu. Tento mechanismus je také základem Favorského přesmyku.
600px
Podobným dějem je cyklizace 1,3-dibrompropanu Wurtzovou reakcí. Takto provedl v roce 1881 August Freund přípravu cyklopropanu. Původně byl použit sodík, ovšem při jeho nahrazení zinkem lze dosáhnout lepšího výtěžku.
BrCH2CH2CH2Br + 2 Na → (CH2)3 + 2 NaBr
Další postupy Při Kulinkovičových reakcích vznikají cyklopropanoly reakcemi esterů s Grignardovými činidly za přítomnosti titaničitých alkoxidů. Bingelova reakce je reakce sloužící k cyklopropanacím fullerenů. Při di-pí methanových přesmycích dochází k fotochemickým přesmykům 1,4-dienů na vinylcyklopropany, které následně mohou projít vinylcyklopropanovými přesmyky
Biosyntéza náhled|350px|Struktura U-106305, derivátu cyklopropanové mastné kyseliny se šesti cyklopropanovými skupinami, izolovaný ze Streptomyces sp
I když se cyklopropany v živých organismech objevují vzácně, tak byla objevena řada biocyklopropanačních metabolických drah; nejčastější je karbokationtové uzavírání kruhů u izoprenoidů. Cyklopropanové mastné kyseliny vznikají ataky S-adenosylmethioninu (SAM) na nenasycené mastné kyseliny. Prekurzor ethenu jako hormonu, kyselina 1-aminocyklopropan-1-karboxylová, vzniká přímo z SMM vnitromolekulární nukleofilní substitucí SMe2 skupiny po kondenzaci s pyridoxalfosfátem.
In vitro biokatalýzou pomocí upraveného cytochromu P450 z Bacillus megaterium bylo dosaženo přímých přesunů karbenů z diazoesterů na alkeny.
Reference
Externí odkazy
Kategorie:Cyklopropany Kategorie:Cykloadiční reakce Kategorie:Cheletropní reakce