Chichibabin(齐齐巴宾)吡啶合成反应!

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摩熵化学 03/18

Chichibabin(齐齐巴宾)氨基化反应是吡啶或其衍生物等含氮杂环碱类化合物与碱金属的氨基化合物共热时,发生胺化生成相应氨基衍生物的反应。此反应由前苏联化学家齐齐巴宾(A.E.Chichibabin,1871一1944)于1914年发现。

胺化反应一般发生在2位或6位,如果2、6位均被取代,则发生在4位,但产率很低。由于吡啶类化合物不易进行硝化,用硝基还原的方法制备氨基吡啶甚为困难。因此,该反应是在杂环上引入氨基的一种简便有效方法,广泛应用于许多吖嗪类和唑类的缺电子位置的氨基化,如喹啉的2位&4位,异喹啉1位,吖啶的9位, 菲啶的6位,喹唑啉的4位氨基化。分子间和分子内都可以进行此反应,但研究主要集中在分子间反应。

反应定义

Formation of disubstituted alkynes from the Cross-coupling reaction between a copper(I) acetylide and aryl or vinyl halides

图片来源:摩熵化学(MolAid)

反应机理

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 Chichibabin反应是氨基负离子取代氢负离子(Hydride ion)的芳环亲核取代反应。

一般认为反应为加成-消除机理,首先吡啶与氨基钠发生亲核加成,生成负离子σ络合物,转移一个负氢给一个质子的给予体,产生一分子氢气和形成小量的2-氨基吡啶,此小量的2-氨基吡啶又可以作为质子的给予体,接受络合物的负氢,放出氢气,最后的产物是2-氨基吡啶的钠盐,用水分解得到2-氨基吡啶。中间体负离子 σ 络合物的存在已被核磁共振谱证明。

该反应有两种过程:A)反应在有助于 NaNH2 的惰性溶剂(如 N,N-二烃基胺、芳烃、煤油等)或无溶剂条件下高温下进行。B)反应在液态含 KNH2(溶解度比 NaNH2 大)的氨水中低温下进行。A 过程发生在多相体系中,并且反应条件受取代基的碱性影响很大;而 B 过程在均相中进行,不受取代基的影响。因此,在 B 过程中加入氧化剂如 KNO3 或 KMn04 可以氧化氢化物离子(难离去基团)为σ-化合物中间体,从而促使胺化反就进行。这样就可以在低温条件下胺化那些在高温下易破坏的被取代物如二氮苯、三氮苯、四氮苯,但是吡啶自身不能液相中发生胺化反应,因为它并不十分缺电子。

合成应用

J.S Felton 实验室,合成了一种从熟牛肉中分离出来的诱导有机物变质的化合物(PHIP)及其 3-甲基异构体。先由廉价可用的 3-苯并吡啶在 6位与氨基钠氨化通过齐齐巴宾胺基化反应 58%的产率,进而合成 PHIP。

图片来源:人名反应的战略性应用

M.Palucki和同伴们通过两次 Suzuki 一锅法反应,再经过高选择性的分子内齐齐巴宾环化反应为研究合成了大量 2-[3-aminopropyl]-5,6,7,8-tetrahydronaphthhyridine。这种进步可以扩大那些传统的含有碳碳成键的反应如斯克劳普(Skraup)反应、弗里德伦德(Friedlander)反应。相对于文献记载的先例,齐齐巴宾胺基化反应是最优化的,而且提供高产率所需产物,特别是在极好的特定选择性和有意义地缩短反应时间两方面。

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T.R Kelly 等在前体的准备中综合双底物运用了齐齐巴宾胺基化反应模板。这个反应模板用氢键把两个底物同时连接起来,形成促进反应进行的定向地位于底物上的三元化合物。

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A.N.Vedernikov 和同伴们设计并合成了三齿面形一类螯合物。在这些嘧啶大环的合成中,关键的步骤是一个由 1,2-双(4-吡啶基)乙烷和 2,6-二甲基吡啶氧化锂发生齐齐巴宾胺基化反应。

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反应实例

Chemistry of Heterocyclic Compounds,2002, vol. 38, # 12, p. 1484 - 1490

 图片来源:摩熵化学(MolAid)

US2010/280013 A1, 2010: Page/Page column 23

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Journal of Heterocyclic Chemistry,1996, vol. 33, # 4, p. 1195 - 1200

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Journal of the American Chemical Society, 1956 , vol. 78, p. 5842

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Journal of Heterocyclic Chemistry, 1996 , vol. 33, # 4 p. 1195 - 1200

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化学家介绍

Alexei E. Chichibabin (1871-1945)生于俄国Kuzemino。他是Markovnikov最得意的弟子。Markovnikov的继任者Zelinsky(Hell–Volhard–Zelinsky反应以其名字命名)不愿意和学生一起工作,所以给Chichibabin的Ph.D.工作做了很消极的评价。也因此Chichibabin也得到了一个“自学成才”的绰号。

图1 Alexei E. Chichibabin

当时,Markovnikov教授的研究主要集中在饱和烃的反应和封管中浓氢碘酸作用下芳香化合物的还原。Markovnikov教授的另一学生Kizhner研究芳香化合物的还原时发现产物是甲基环戊烷而非环己烷,齐齐巴宾在相同条件下研究正丙基苯的还原得到了正丙基环己烷而不是异构体壬烷(图2)。除此之外,齐齐巴宾的另一个研究是烷基苯的溴化反应,最终也得到了与前人(Gustavson)不同的实验结果(图3)。

齐齐巴宾最著名的两个反应是“齐齐巴宾吡啶合成法”和“齐齐巴宾(胺化)反应”。第一个以他名字命名的反应是在农业研究所期间发现的(图4),论文于1905年在俄国发表[3]。此反应通常产率不高。尽管如此,由于其操作很简单,利用乙醛和其他醛的混合物进行反应得到3-烷基吡啶衍生物,使得该反应在医药工业具有广泛的用途。

图4齐齐巴宾吡啶合成法

另一个最为著名的齐齐巴宾(胺化)反应是他在1914年发现的(图5)。此反应一经发现,就被广泛应用到吡啶化学领域,成为一个重要的合成方法。尽管早在上个世纪初期就被发现,直到现在该反应也没有被淘汰,仍然不时地在合成化学领域被应用。

图5 齐齐巴宾胺化反应及其应用

除了在吡啶化学研究方面取得卓越成就,齐齐巴宾还对有机化学学科的发展贡献了力量。他根据自己的学识与研究经历撰写了有机化学教材《Fundamentals of Organic Chemistry》,这本著作一经面世就成为当时俄国的主流教材,俄语版本先后再版四次;之后更是被翻译成了包括英语、法语、西班牙语、中文等在内的多种语言。1922年至1927年,苏俄内战结束之后,齐齐巴宾作为总主编完成了《国家药典》的编撰,1926年因他在化学领域的卓越贡献,齐齐巴宾成为首位荣获“列宁化学奖”的科学家。

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