Какой 5-бром-1-пентен подходит для проектов органического синтеза?

Основной профиль реакционной способности 5-бром-1-пентена

Двухфункциональный реагент: иерархия реакционной способности терминального алкена и аллильного бромида

Соединение 5-бром-1-пентен имеет две основные точки, в которых могут происходить реакции: здесь присутствует терминальная двойная связь и первичный бром, присоединённый к первому атому углерода. Иногда люди ошибочно называют этот атом брома «аллильным», однако на самом деле он находится в положении С1 и соединён с двойной связью С4=С5 через четыре промежуточных атома углерода (С1-С2-С3-С4=С5). Из-за такого расстояния между функциональными группами практически отсутствует электронное взаимодействие, что делает молекулу особенно полезной в синтетической химии. При работе с этим веществом двойная связь может участвовать в различных реакциях, например, присоединении электрофилов, образовании эпоксидов или борировании. В то же время бром легко уходит в реакциях замещения или элиминирования. Опытные химики используют эти различия в поведении функциональных групп, тщательно подбирая условия реакций. Например, мягкие палладиевые катализаторы в сочетании с электронодонорными лигандами избирательно воздействуют на углерод-бромную связь, не затрагивая при этом область двойной связи. И наоборот, гидроборирование или эпоксидирование при низких температурах позволяют сохранить бром в молекуле без изменений. Такой избирательный контроль позволяет исследователям надёжно модифицировать молекулы поэтапно, поэтому 5-бром-1-пентен становится отличной отправной точкой для синтеза сложных структур в лаборатории.

Соображения по стабильности, обращению и хранению для надежного использования 5-бром-1-пентена

Соединение 5-бром-1-пентен совершенно не переносит влагу и свет. Если оставить его надолго без присмотра, оно склонно терять бромистый водород и начинает полимеризоваться. Для хранения держите его герметично упакованным в коричневые стеклянные ёмкости, заполненные аргоном или азотом, при температуре от 2 до 8 градусов Цельсия. Некоторые специалисты настаивают на добавлении молекулярных сит 3А в ёмкости, что помогает предотвратить разложение при попадании воды. При работе с этим веществом всегда начинайте с включения вытяжного шкафа. Обязательны нитриловые перчатки и защитные очки от брызг, которые мы все так не любим надевать. Почему? Потому что это соединение кипит при температуре около 140–142 °C и со временем может вызывать сенсибилизацию кожи. Не обращайте внимания на неудобства — просто соблюдайте протокол. Будьте осторожны при переливании: при контакте с сильными основаниями или нуклеофилами возможны непредвиденные реакции. У нас были случаи, когда побочное дегидрогалогенирование приводило к образованию надоедливых сопряжённых диенов или пентадиенов, портящих всё последующее синтезирование.

Селективные превращения алкенов с 5-бром-1-пентеном

Гидроборирование–окисление для региоселективных первичных спиртов C5

При проведении гидроборирования концевых алкенов с использованием стерически затруднённых соединений борана, таких как 9-ВВN, мы получаем очень хорошие результаты с селективностью более 95% в пользу анти-Марковникова присоединения именно по положению C5. После этого этапа следует обычный процесс окисления, в результате которого мы получаем 5-бром-1-пентанол в качестве конечного продукта. Ценность этого метода заключается в том, что первичный бромид остаётся нетронутым в ходе этих реакций. Реакция протекает в достаточно мягких условиях — от -10 градусов Цельсия до комнатной температуры, около 25 градусов Цельсия. Такая стабильность означает, что химики могут использовать продукт непосредственно на следующих этапах, например, в реакциях замещения SN2 или даже в обмене металлогалогенов, не опасаясь побочных реакций. Мы провели анализы методами ЯМР и ГХ-МС на нескольких разных партиях, и каждый раз наблюдали одну и ту же согласованную картину строения молекул. Для производителей лекарственных препаратов, которым необходимо абсолютная уверенность в том, где окажется гидроксильная группа — именно на пятом атоме углерода, — такой уровень контроля абсолютно необходим в производственных процессах.

Эпоксидирование и раскрытие цикла для получения 1,2-функционализированных каркасов пентана

При проведении реакций эпоксидирования mCPBA отлично работает в большинстве случаев, хотя иногда мы переходим на диметилдиоксиран при работе с субстратами, чувствительными к кислым условиям. Реакция, как правило, затрагивает терминальную алкеновую группу, образуя требуемое эпоксидное соединение C4-C5 с выходами, зачастую превышающими 90%. Что происходит дальше? После начального этапа становится возможным открытие цикла под кислотным катализом с использованием различных нуклеофилов, таких как вода, метанол или даже бензиламин. В большинстве случаев эти реакции протекают по предсказуемой схеме, при которой атака происходит у менее загруженного положения C5, в результате чего образуются производные пентана, содержащие бром у положения C1 и дополнительные функциональные группы в положениях C4 и C5. Любопытно, что селективность этих реакций в значительной степени зависит от типа используемого нуклеофила, а также от других экспериментальных условий. Например, проведение реакций в водных кислых растворах обычно приводит к соотношению эритро- и трео-форм около 3:1. Однако при использовании хиральных катализаторов внезапно появляется возможность получения энантиоселективных версий! В последнее время этот двухстадийный процесс стал весьма ценным, поскольку позволяет быстро получать структуры β-функционализированных спиртов и аминоспиртов, которые часто встречаются в фармацевтических исследованиях, например, при разработке ингибиторов киназ и модуляторов GPCR.

Бромид-индуцированное кросс-сочетание и циклизация с использованием 5-бром-1-пентена

Сочетание Судзуки-Мияуры: хемоселективная активация C–Br по сравнению с координацией алкена

Главная углерод-бромная связь в 5-бром-1-пентене достаточно хорошо реагирует с комплексами палладия нулевой степени окисления, даже если рядом находится терминальная двойная связь. Это происходит потому, что кинетика реакции складывается благоприятно и отсутствуют многочисленные альтернативные пути координации, которые могли бы помешать. При использовании исследователями катализаторов, таких как Pd(PPh3)4 или Pd(dppf)Cl2, совместно с арилбороновыми кислотами в реакциях кросс-сочетания Судзуки-Мияуры, обычно получают выход выше 90 процентов, не сталкиваясь с побочной изомеризацией или проблемами гомосочетания. Особенность 5-бром-1-пентена по сравнению с другими подобными соединениями, такими как аллильные или винильные галогениды, заключается в высокой селективности этих реакций. Другие типы зачастую приводят к побочным реакциям, которые нежелательны. После этапа сочетания учёные могут продолжить модификацию оставшейся двойной связи с помощью таких процессов, как дигидроксилирование или гидрирование. Это означает, что у исследователей есть надёжный путь для построения важных алкенил-арильных структур, которые часто встречаются, например, в линкерах PROTAC и различных конструкциях флуоресцентных зондов.

Внутримолекулярная циклизация Хека с образованием конденсированных 5- и 6-членных карбоциклов

При соединении с внутренними алкенами или алкинами через амидные или эфирные связи 5-бром-1-пентен может вступать во внутримолекулярные реакции Хека, приводящие к образованию конденсированных циклических систем, содержащих либо пять, либо шесть членов. Пятиатомная цепь молекулы (Br-C1-C2-C3-C4=C5) подходит как для 5-exo-trig, так и для 6-endo-trig циклизаций. То, какой продукт образуется, в значительной степени зависит от выбранных химиками лигандов и оснований. Исследователи установили, что при использовании ацетата палладия совместно с трифенилфосфином, карбоната калия в качестве основания и проведении реакции в DMF при температуре около 80 градусов Цельсия обычно достигаются хорошие выходы в диапазоне от 85% до 94%. Самое главное — очень слабо проявляется β-гидридное исключение. Почему этот метод работает так эффективно? Потому что молекула самопроизвольно принимает нужную геометрическую конфигурацию. Не требуется дополнительных направляющих групп или сложных этапов защиты/депroteкции, которые зачастую осложняют синтетические пути. Химики уже успешно применяли этот метод для получения ядер терпенов и различных аналогов простагландинов намного меньшим числом стадий по сравнению с традиционными подходами.

Стратегическое применение в удлинении углеродной цепи и синтезе гетероциклов

5-Бром-1-пентен стал своего рода универсальной молекулой в лабораториях медицинской химии по всему миру. Учёные ценят его за возможность быстро удлинять углеродные цепи и создавать самые разнообразные гетероциклические структуры. Броматом в положении один позволяет проводить несколько этапов сложных реакций сочетания, таких как реакции Судзуки, Стилле или Недзираси. Это даёт возможность присоединять различные фрагменты — арильные группы, гетероароматические кольца или даже простые алкильные цепи, — сохраняя двойную связь до более поздних стадий, когда требуется дальнейшая модификация. То, что действительно выделяет это соединение, — это близкое расположение брома и двойной связи. Такое пространственное соотношение позволяет химикам выполнять изящные реакции, при которых молекулы сворачиваются сами на себя. При обработке азида натрия или цианата калия на молекуле образуются кольца триазола или оксазолина. А если поблизости находится амин или спирт, в щелочных условиях могут запускаться процессы циклизации, приводящие к образованию структур пирролидина или тетрагидропирана, которые часто встречаются в препаратах, направленных на центральную нервную систему или борющихся с вирусами, такими как ВИЧ. Многие исследовательские группы комбинируют присоединение реагента Гриньяра к двойной связи с последующей заменой брома, чтобы создавать разнообразные наборы соединений с интересными трёхмерными формами. Все эти свойства делают 5-бром-1-пентен не просто очередным химическим веществом, а практически незаменимым инструментом для всех, кто сегодня работает над созданием новых лекарств.

Раздел часто задаваемых вопросов

Какие реакции может вступать двойная связь в 5-бром-1-пентене?

Двойная связь в 5-бром-1-пентене может участвовать в реакциях, таких как электрофильное присоединение, образование эпоксидов и гидроборирование.

Как следует хранить 5-бром-1-пентен?

Его следует хранить в герметично закрытых коричневых стеклянных контейнерах под аргоном или азотом, предпочтительно при температуре от 2 до 8 градусов Цельсия.

Какая особенность характерна для 5-бром-1-пентена в процессе гидроборирования?

В ходе гидроборирования первичный бромид остаётся нетронутым, что позволяет проводить дальнейшие реакции без помех со стороны брома.

Каким образом 5-бром-1-пентен способствует синтезу гетероциклов?

5-Бром-1-пентен способствует синтезу гетероциклов, обеспечивая возможность множественных реакций сопряжения и способствуя созданию структур, таких как триазольные и оксазолиновые кольца.