Tổng hợp hữu cơ ứng dụng đianion

Đianion oxi-cacbon

Bằng tương tác giữa axit cacboxylic với bazơ để tạo thành đianion oxi-cacbon, có thể đi từ các axit no mạch hở, axit thơm hoặc axit vòng no, tùy vào cấu tạo của axit mà cacbanion được tạo ra ở vị trí enolat, benzylic hoặc ở vị trí xa hơn, từ đó có được những lựa chọn thích hợp cho quá trình tổng hợp hữu cơ [33]. Trong những năm gần đây việc dùng đianion oxi-cacbon được tạo ra từ một ancol có một trung tâm bất đối được các nhà hóa học quan tâm rất đặc biệt nó cho phép tạo ra những con đường mới trong tổng hợp bất đối.

Đianion nitơ-cacbon

Những phân tử chất hữu cơ đơn giản như các xeton mang một nhóm -cacbonyl, thí dụ nhóm- CHO, -COO-, hoặc nhóm xeton thứ hai, những phân tử này có thể tách một proton tại vị trí giữa hai nhóm cacbonyl, sau đó tách một proton bên ngoài để tạo thành 1,3-(C,C)-đianion, Các đianion được tạo thành do quá trình tách hai proton của hợp chất -đicarbonyl đang được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ, do chúng có thể được tạo ra dễ dàng, hướng phản ứng của chúng có thể dự đoán được và làm nền tảng để mở rộng phạm vi nghiên cứu các phản ứng của đianion[38]. Harwood và các đồng nghiệp nhận thấy xyclohexanđion sau khi tạo đianion với LDA thì sự ankyl hóa xảy ra tốt, sản phẩm có thể phân lập được, với các hợp chất -đicacbonyl chứa dị tố cũng được nghiên cứu, Wacher và Harris đã dùng phản ứng của triaxetic lacton với KNH2 để tạo đianion cộng hưởng, đianion này xảy ra sự ankyl hóa ở vị trí 5 và 6, theo sơ đồ 2.18.

Phản ứng ngƣng tụ của -đicacbonyl đianion

Schlessing và Mori [26], [31] đã tìm ra phản ứng giữa epoxit với axetoaxetat đianion, oxit xyclohexen có thể mở vòng chọn lọc với đianion được tạo ra từ t-butyleste của axetoaxetat đạt hiệu suất tới 90%. Lygo và các đồng nghiệp[39] đã dùng đianion của -xetoeste phản ứng với epoxit để tổng hợp tetrahyđrofuran, metylnonactat, homononactat, những quá trình này được mô tả theo sơ đồ 2.23. Qua bảng 2.5 một lần nữa khẳng định có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng bazơ là các imiđua kim loại và có dùng cả hỗn hợp NaH/BuLi để tạo ra đianion[11].

Honda và các đồng nghiệp cũng nghiên cứu một biến đổi vòng thông qua phản ứng ngưng tụ của -đicacbonyl đianion và nhận thấy axit tetronic tồn tại như một -xetoeste, nó bị khử proton bởi LDA tạo đianion sau đó phản ứng với các xeton khác, ưu tiên tạo sản phẩm dạng erytho.

Phản ứng axyl hóa của  -đicacbonyl đianion

Axit tetronic tạo ra đianion và có cấu trúc cộng hưởng furan thơm ở dạng enolat theo sơ đồ 2.27 [11]. Các tác giả nhận thấy việc sử dụng các bazơ trong quá trình đianion hóa có ảnh hưởng đến hiệu suất của các quá trình tổng hợp. Yamaguchi và các đồng nghiệp đã phát triển việc dùng phản ứng axyl hóa của các -đicacbonyl đianion trong tổng hợp Polyketit(sơ đồ 2.28), phenol(sơ đồ 2.29), C-glycozit (sơ đồ 2.30) dưới đây.

Những nghiên cứu tiếp trong lĩnh vực này là của Hanomoto và Hiyama với phản ứng của N-metoxy-N-metyl amin với các đianion của axetoaxetat để tổng hợp các hợp chất không vòng như stegobinon và santhon [11].

Các 1,3-(C,C)-đianion từ xeton không phải từ -đicacbonyl

Họ nhận thấy các đianion này phản ứng với các chất ankyl halogenua, anđehit, xeton, este tạo thành sản phẩm chứa nhóm chức ở vị trí  với hiệu suất 47-92%, cao hơn rất nhiều so với dùng enolat monoanion [9]. Hợp chất - xianua xeton tạo thành 1,3-đianion và phản ứng với lactim ete tạo -xeton imin trung gian, hợp chất trung gian này đóng vòng tạo thành pyridinon, theo sơ đố 2.34. Vinick và Gschwend đã phát hiện con đường rất hay để tạo  -xianua xeton đianion đó là dùng metyl isozazol tác dụng với 2LDA hợp chất này mở vòng tạo 1,3-đianion, sau đó tham gia phản ứng ankyl hóa.

Denmark và các đồng nghiệp tạo nên cách sử dụng tiện lợi của hệ đianion dựa vào imin bằng cách gắn một trung tâm bất đối vào nguyên tử N có ngồn gốc từ -nitroxeton, theo sơ đồ 2.36 [18].

Đianion của axit cacboxylic

Những đianion của axit benzoic và các đồng đẳng của nó được coi là các đianion xa, sự khử proton thứ hai xảy ra ở những vị trí có ảnh hưởng của nhân thơm. Tuy nhiên các nhà hóa học thường dùng bazơ mạnh, có hiệu ứng không gian là LDA để tách proton thứ hai theo sơ đồ 3.1[15]. Trước đây các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào loại  ,,- đianion hay là 1,3-đianion, tức là chỉ quan tâm đến sự tách proton ở vị trí enolat.

Gần đây những đianion xa được quan tâm nhiều, sự tách proton thứ hai để tạo thành đianion không còn ở vị trí enolat, tuy nhiên sự cạnh tranh giữa vị trí enolat với các vị trí xa hơn vẫn tồn tại.[21], [33].

Một số phản ứng của các đianion của axit caboxylic

Những đianion axit không mang nhóm ổn định

Những đianion không mang nhóm ổn định hay còn gọi là những đianion ổn định bởi cộng hưởng, được hình thành từ những axit no hoặc thơm trải qua hai quá trình tách hai proton, chúng tham gia phản ứng ankyl hóa với các ankyl halogenua để tạo nhóm chức mới ở vi trí  theo sơ đồ 3.2. Các đianion -cacboxylat cũng có khả năng tham gia phản ứng cộng với vai trò là tác nhân nucleophin tấn công vào các liên kết đôi hoạt hóa của các hợp chất anđehit , - không no, este , - không no, xeton , - không no. Phản ứng ngưng tụ giữa các đianion -cacboxylat với các anđehit cho ta hợp chất -hyđroxyaxit, hay nói cách khác là trong trường hợp này đianion tham gia phản ứng Reformasky theo sơ đồ 3.6.

Cũng nghiên cứu về phản ứng ngưng tụ, Black và Coworkers đã khám phá ra con đường cho đianion của axit phản ứng với anđehit hoặc xeton, sau đó ngưng tụ để tạo lacton vòng và có thể mở rộng vòng khi xử lý với MgBr2, sự mở rộng vòng này có đặc thù lập thể (sơ đồ 3.10).

Những đianion axit đƣợc ổn định bởi  - cacbonyl

Những fomat este hoặc fomamit được dùng với vai trò tác nhân eletrofin trong phản ứng với đianion, sản phẩm tạo ra sau khi loại bỏ nhóm cacboxyl cho ta một anđehit theo sơ đồ 3.14. Những este mang gốc ankyl có trung tâm bất đối xứng được cho tác dụng với 2LDA để hình thành đianion và tiến hành phản ứng ankyl hóa theo sơ đồ 3.16 [16]. Những đianion bất đối xứng được hình thành do phản ứng với 2LDA và kết hợp với ankyl halogenua tạo ra hỗn hợp đồng phân đối quang theo tỷ lệ từ 14:1 đến 16:1.

Hợp chất 8-phenylmentol khi thực hiện phản ứng trên cho tỷ lệ đồng phân đối quang cao nhất đã được dùng để nghiên cứu phản ứng ankyl hóa.

Những đianion axit đƣợc ổn định bởi các nhóm khác

Những đianion này có ưu điểm là khả năng phản ứng cao và sự thay thế nguyên tử dị tố bởi các nhóm chức khác là tương đối dễ. Trong các đianion thuộc loại này thì đianion axit được ổn định bởi lưu huỳnh (-S-đianion) được sử dụng nhiều hơn cả. Các hợp chất axit chứa dị tố lưu huỳnh ở vị trí  dễ dàng tạo đianion khi tác dụng với 2LDA, các đianion này tham gia phản ứng ankyl hóa với ankyl halogenua hoặc epoxit để tạo axit ankyl -thioaxetic theo sơ đồ 3.17.

Các đianion loại này cũng tham gia phản ứng ankyl hóa với epoxit được dùng để tổng hợp xeton vòng theo sơ đồ 3.18.

Phổ 13 C-NMR của axit p-hyđroxymanđelic

Axit p-hyđroxyphenylaxetic

Axit p-hyđroxyphenylaxetic là chất rắn màu trắng, tinh thể hình kim, nóng chảy ở 1500C, tan tốt trong nước và dung môi etylaxetat. Cấu trúc này được khẳng định bởi các dữ kiện phổ hồng ngoại, phổ khối, cộng hưởng từ hạt nhân.