奎寧環酮

奎寧環酮(Quinuclidone)是一類橋環化合物,分子式C7H11NO,有兩種位置異構體,2-奎寧環酮及3-奎寧環酮。

結構


 


2-奎寧環酮,2-奎寧環酮氟硼酸鹽,3-奎寧環酮,3-奎寧環酮鹽酸鹽


合成

3-奎寧環酮(1-氮雜雙環[2.2.2]辛-3-酮)鹽酸鹽很容易利用如下Dieckmann縮合反應製得:[1]


 
3-奎寧環酮鹽酸鹽合成


此化合物經還原得奎寧環,即一個橋頭原子為氮的雙環[2.2.2]辛烷。

相比之下,2-奎寧環酮的製備卻沒有那麼容易。2006年時才有人報道了這一化合物的製備方法。[2] [3] [4] 造成這一現象的原因主要是2-奎寧環酮不穩定,它具酰胺結構,但受Bredt規則預測的立體位阻影響,氮的孤對電子和羰基卻不能像在普通酰胺中很好地形成共振結構。實際上2-奎寧環酮中的氮更像胺,很易與酸成鹽,也說明了這一點。

2-奎寧環酮氟硼酸鹽的合成以降樟腦為原料,歷經六步,最後一步為疊氮-酮Schmidt反應(38%產率)。[5]


 
從降樟腦起始的2-奎寧環酮鹽合成


該化合物遇水分解產生相應的氨基酸,半衰期15秒。X射線衍射分析顯示氮原子為三角錐結構(59°;對比二甲基甲醯胺 0°),C-N鍵也有扭轉達91°。試圖製取游離鹼時不可避免地發生(無控制的)聚合反應。

不過,2-奎寧環酮的鹼性仍然可以很巧妙地藉助質譜儀測定。具體方法是將2-奎寧環酮鹽與參照胺如二乙胺吲哚啉共置於質譜儀中,通過測定碰撞誘導的異二聚體的解離,得出兩種胺之間的相對鹼性。進一步用動力學方法分析,還可得出2-奎寧環酮的質子親和性和氣相鹼性。從此得出,2-奎寧環酮對質子的親和性介於仲胺與叔胺之間。[6]

參考文獻

  1. ^ Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.989 (1973); Vol. 44, p.86 (1964) Article頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  2. ^ Synthesis and structural analysis of 2-quinuclidonium tetrafluoroborate Kousuke Tani and Brian M. Stoltz Nature 441, 731-734 (8 June 2006) | doi:10.1038/nature04842
  3. ^ Blogged on www.totallysynthetic.com Link頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) June 11
  4. ^ Bethany Halford Amide With A Twist Chemical and Engineering News June 12, 2006 Volume 84, Number 24 p. Article頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  5. ^ 反應過程:降樟腦(1)與mCPBABaeyer-Villiger氧化反應生成雙環內酯(2);在乙醚中被氫化鋁鋰還原為二醇(3);伯羥基在TsCl和三乙胺作用下轉化為對甲苯磺酸酯(4)並在二甲基甲酰胺中被疊氮化鈉中的疊氮根取代;醇在二氯甲烷中被Dess-Martin高碘烷氧化為酮(6);最後一步是在乙醚中進行的Schmidt反應,經中間體(7),產生2-奎寧環酮的氟硼酸鹽。
  6. ^ Synthesis of 2-Quinuclidonium by Eliminating Water: Experimental Quantification of the High Basicity of Extremely Twisted Amides Tony Ly, Michael Krout, Don K. Pham, Kousuke Tani, Brian M. Stoltz, and Ryan R. Julian J. Am. Chem. Soc.; 2007; 129(7) pp 1864 - 1865; (Communication) doi:10.1021/ja067703m