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Azida orgánica

El grupo funcional azida se puede mostrar mediante dos estructuras de resonancia.

Una azida orgánica es un compuesto orgánico que contiene un grupo funcional azida (– N 3 ) . [1] Debido a los peligros asociados con su uso, pocas azidas se utilizan comercialmente aunque exhiben una reactividad interesante para los investigadores. Las azidas de bajo peso molecular se consideran especialmente peligrosas y se evitan. En el laboratorio de investigación, las azidas son precursoras de las aminas . También son populares por su participación en la " reacción de clic " entre una azida y un alquino y en la ligación de Staudinger . Estas dos reacciones son generalmente bastante confiables, prestándose a la química combinatoria .

Historia

La fenil azida ("diazoamidobenzol") fue preparada en 1864 por Peter Griess mediante la reacción de amoníaco y fenildiazonio . [2] [3] En la década de 1890, Theodor Curtius , que había descubierto el ácido hidrazoico ( HN 3 ), describió la transposición de azidas de acilo a isocianatos posteriormente denominada transposición de Curtius . [4] Rolf Huisgen describió la cicloadición 1,3-dipolar homónima . [5] [6]

El interés por las azidas entre los químicos orgánicos ha sido relativamente modesto debido a la inestabilidad reportada de estos compuestos. [7] La ​​situación ha cambiado drásticamente con el descubrimiento por Sharpless et al. de (3+2)-cicloadiciones catalizadas por Cu entre azidas orgánicas y alquinos terminales. [8] [9] Los grupos azido- y alquino son " bioortogonales ", lo que significa que no interactúan con los sistemas vivos y, al mismo tiempo, experimentan un acoplamiento impresionantemente rápido y selectivo. Este tipo de cicloadición formal 1,3-dipolar se convirtió en el ejemplo más famoso de la llamada " química de clic " [10] [11] (quizás, el único conocido por un no especialista), y el campo de las azidas orgánicas explotó.

Preparación

Distancias de enlace seleccionadas (picómetros) y ángulos para la azida de fenilo. [12]

Existen numerosos métodos, la mayoría de los cuales utilizan reactivos preformados que contienen azida.

Azidas de alquilo

Por desplazamiento de haluro

Como pseudohaluro , la azida generalmente desplaza muchos grupos salientes, por ejemplo, Br − , I − , Ts O − , sulfonato , [13] [14] y otros para dar el compuesto azido. [15] La fuente de azida es con mayor frecuencia la azida de sodio ( NaN 3 ), aunque se ha demostrado la azida de litio ( LiN 3 ).

De alcoholes

Los alcoholes alifáticos dan azidas a través de una variante de la reacción de Mitsunobu , con el uso de ácido hidrazoico . [1] Las hidrazinas también pueden formar azidas por reacción con nitrito de sodio : [16] Los alcoholes se pueden convertir en azidas en un paso usando hexafluorofosfato de 2-azido-1,3-dimetilimidazolinio (ADMP) [17] o en condiciones de Mitsunobu [18] con difenilfosforil azida (DPPA).

A partir de epóxidos y aziridinas

Se han utilizado azida de trimetilsililo (CH 3 ) 3 SiN 3 y azida de tributilestaño (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 SnN 3 , [7] incluso se conocen modificaciones enantioselectivas [19] de la reacción. Las aminoazidas son accesibles por la escisión del anillo de epóxido y aziridina, respectivamente. [20] [21]

De aminas

Los compuestos de transferencia azo, trifluorometanosulfonil azida e imidazol-1-sulfonil azida reaccionan con aminas para dar las azidas correspondientes. Se ha informado de la transferencia diazo sobre aminas utilizando trifluorometanosulfonil azida ( Tf N 3 ) y tosil azida ( Ts N 3 ). [22]

Hidroazidación

Se ha demostrado la hidroazidación de alquenos [23]

Azidas de arilo

Las azidas de arilo pueden prepararse por desplazamiento de la sal de diazonio apropiada con azida de sodio o azida de trimetilsililo . También es posible la sustitución aromática nucleófila , incluso con cloruros . Las anilinas y las hidrazinas aromáticas sufren diazotación , al igual que las alquilaminas y las hidrazinas. [1]

PhNHNH 2 + NaNO 2 → PhN 3 + NaOH + H 2 O

Azidas de acilo

Los cloruros de alquilo o arilo reaccionan con azida de sodio en solución acuosa para dar azidas de acilo , [24] [25] que dan isocianatos en el reordenamiento de Curtius .

Reacción de Dutt-Wormall

Un método clásico para la síntesis de azidas es la reacción de Dutt-Wormall [26] en la que una sal de diazonio reacciona con una sulfonamida primero para formar un diazoaminosulfinato y luego, por hidrólisis, la azida y un ácido sulfínico . [27]

Reacciones

Las azidas orgánicas participan en reacciones orgánicas útiles . El nitrógeno terminal es ligeramente nucleofílico. Generalmente, los nucleófilos atacan a la azida en el nitrógeno terminal N γ , mientras que los electrófilos reaccionan en el átomo interno N α . [28] Las azidas extruyen fácilmente nitrógeno diatómico , una tendencia que se explota en muchas reacciones como la ligación de Staudinger o el reordenamiento de Curtius . [29]

Las azidas se pueden reducir a aminas mediante hidrogenólisis [30] o con una fosfina (por ejemplo, trifenilfosfina ) en la reacción de Staudinger . Esta reacción permite que las azidas actúen como sintones -NH2 protegidos , como lo ilustra la síntesis de 1,1,1-tris(aminometil)etano :

3H2 + CH3C ( CH2N3 ) 3 → CH3C ( CH2NH2 ) 3 + 3N2​​​​​

En la cicloadición de Huisgen de alquinos y azidas , las azidas orgánicas reaccionan como 1,3-dipolos , reaccionando con alquinos para dar 1,2,3-triazoles sustituidos .

Algunas reacciones de azidas se muestran en el siguiente esquema. Probablemente la más famosa es la reacción con fosfinas , que conduce a iminofosforanos 22; estos pueden hidrolizarse en aminas primarias 23 (la reacción de Staudinger ), [31] reaccionar con compuestos carbonílicos para dar iminas 24 (la reacción de aza-Wittig), [32] [33] [34] o sufrir otras transformaciones. La descomposición térmica de las azidas da nitrenos, que participan en una variedad de reacciones; las azidas vinílicas 19 se descomponen en 2H-azirinas 20. [28] [35] Las azidas de alquilo con bajo contenido de nitrógeno (( n C + n O) / n N ≥ 3) son relativamente estables y se descomponen solo por encima de ca. 175 °C. [36]

La descomposición fotoquímica directa de las azidas de alquilo conduce casi exclusivamente a iminas (por ejemplo, 25 y 26). [28] Se propone que el grupo azida se promueve al estado excitado singlete y luego sufre una reorganización concertada sin la intermediación de nitrenos. Sin embargo, la presencia de sensibilizadores triplete puede cambiar el mecanismo de reacción y dar como resultado la formación de nitrenos triplete. Estos últimos se observaron directamente mediante espectroscopia ESR a −269 °C y también se infirieron en algunas fotólisis. [37] [38] El metilnitreno triplete es 31 kJ/mol más estable que su forma singlete y, por lo tanto, es muy probable que sea el estado fundamental. [28] [39]

La (3+2)-cicloadición de azidas a enlaces dobles o triples es una de las cicloadiciones más utilizadas en química orgánica y produce triazolinas (p. ej., 17) o triazoles , respectivamente. [40] [41] [42] La reacción no catalizada es un proceso pericíclico concertado , en el que la configuración del componente alqueno se transfiere al producto triazolina. La denominación de Woodward-Hoffmann es [π4s+π2s] y la reacción está permitida por la simetría. Según Sustmann, esta es una cicloadición de tipo II, lo que significa que los dos HOMO y los dos LUMO tienen energías comparables y, por lo tanto, tanto los sustituyentes que atraen electrones como los que donan electrones pueden conducir a un aumento en la velocidad de reacción. [43] [44] La reacción generalmente está libre de efectos significativos del solvente porque tanto los reactivos como el estado de transición (TS) son no polares. [45]

Otra azida regular es la azida de tosilo aquí en reacción con norbornadieno en una reacción de inserción de nitrógeno: [46]

Reacción de norbornadieno con azida de tosil

Aplicaciones

Algunas azidas son valiosas como reporteros químicos bioortogonales , moléculas en las que se puede hacer clic para ver el camino metabólico que han tomado dentro de un sistema vivo.

El medicamento antiviral zidovudina (AZT) contiene un grupo azido.

Seguridad

Algunas azidas orgánicas están clasificadas como altamente explosivas y tóxicas. [47]

Referencias

  1. ^ abc S. Bräse; C. Gil; K. Knepper; V. Zimmermann (2005). "Azidas orgánicas: una diversidad explosiva de una clase única de compuestos". Angewandte Chemie International Edition . 44 (33): 5188–5240. doi :10.1002/anie.200400657. PMID  16100733.
  2. ^ Griess, John Peter; Hofmann, August Wilhelm Von (1864-01-01). "XX. Sobre una nueva clase de compuestos en los que el nitrógeno se sustituye por hidrógeno". Actas de la Royal Society de Londres . 13 : 375–384. doi : 10.1098/rspl.1863.0082 . S2CID  94746575.
  3. ^ Griess, Peter (1866). "Ueber eine neue Klasse organischer Verbindungen, in denen Wasserstoff durch Stickstoff vertreten ist". Annalen der Chemie und Pharmacie (en alemán). 137 (1): 39–91. doi :10.1002/jlac.18661370105.
  4. ^ Jay, R.; Curtius, Th. (Enero de 1894). "Zur Reduction des Diazoessigesters". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 27 (1): 775–778. doi :10.1002/cber.189402701151.
  5. ^ Huisgen, Rolf (octubre de 1963). "1,3-Dipolar Cycloadditions. Past and Future". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 2 (10): 565–598. doi :10.1002/anie.196305651. ISSN  0570-0833.
  6. ^ Huisgen, R. (noviembre de 1963). "Cinética y mecanismo de las cicloadiciones de 1,3-dipol". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 2 (11): 633–645. doi :10.1002/anie.196306331. ISSN  0570-0833.
  7. ^ ab Azidas orgánicas: síntesis y aplicaciones . Stefan Bräse, Klaus Banert. Chichester, West Sussex, Reino Unido: John Wiley. 2010. ISBN 978-0-470-68252-4.OCLC 587390490  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  8. ^ Demko, Zachary P.; Sharpless, K. Barry (noviembre de 2001). "Preparación de 1 H -Tetrazoles 5-Sustituidos a partir de Nitrilos en Agua †". The Journal of Organic Chemistry . 66 (24): 7945–7950. doi :10.1021/jo010635w. ISSN  0022-3263. PMID  11722189.
  9. ^ Kolb, Hartmuth C.; Finn, MG; Sharpless, K. Barry (2001). "Química del clic: función química diversa a partir de unas pocas reacciones buenas". Angewandte Chemie International Edition . 40 (11): 2004–2021. doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-5 . ISSN  1521-3773. PMID  11433435.
  10. ^ Binder, Wolfgang; Kluger, Christian (1 de septiembre de 2006). "Reacciones de "clic" entre azida y alquino: aplicaciones en la ciencia de los materiales y la síntesis orgánica". Química orgánica actual . 10 (14): 1791–1815. doi :10.2174/138527206778249838.
  11. ^ Rostovtsev, Vsevolod V.; Green, Luke G.; Fokin, Valery V.; Sharpless, K. Barry (2002). "Un proceso de cicloadición de Huisgen por pasos: "ligadura" regioselectiva catalizada por cobre (I) de azidas y alquinos terminales". Angewandte Chemie International Edition . 41 (14): 2596–2599. doi :10.1002/1521-3773(20020715)41:14<2596::AID-ANIE2596>3.0.CO;2-4. ISSN  1521-3773. PMID  12203546.
  12. ^ Wagner, Gerald; Arion, Vladimir B.; Brecker, Lothar; Krantz, Carsten; Mieusset, Jean-Luc; Brinker, Udo H. (2009). "Funcionalización selectiva controlable de un cavitando mediante fotólisis en estado sólido de una fenil azida encapsulada". Organic Letters . 11 (14): 3056–3058. doi :10.1021/ol901122h. PMID  19537769.
  13. ^ Baran, Phil S.; Zografos, Alexandros L.; O'Malley, Daniel P. (marzo de 2004). "Síntesis total breve de (±)-esceptrina". Revista de la Sociedad Química Americana . 126 (12): 3726–3727. doi :10.1021/ja049648s. ISSN  0002-7863. PMID  15038721.
  14. ^ Shaffer, Karl J.; Taylor, Carol M. (1 de agosto de 2006). "β-Glicósidos de hidroxiprolina mediante un enfoque Umpolung". Organic Letters . 8 (18): 3959–3962. doi :10.1021/ol061424m. ISSN  1523-7060. PMID  16928048.
  15. ^ Righi, Giuliana; D'Achille, Claudia; Pescatore, Giovanna; Bonini, Carlo (septiembre de 2003). "Nueva síntesis estereoselectiva de los inhibidores de la aminopeptidasa peptídica bestatina, febestina y probestina". Tetrahedron Letters . 44 (37): 6999–7002. doi :10.1016/S0040-4039(03)01799-4.
  16. ^ RO Lindsay y CFH Allen (1942). "Azida de fenilo". Organic Syntheses . 22 : 96. doi :10.15227/orgsyn.022.0096.
  17. ^ Kitamura, Mitsuru; Koga, Tatsuya; Yano, Masakazu; Okauchi, Tatsuo (junio de 2012). "Síntesis directa de azidas orgánicas a partir de alcoholes utilizando hexafluorofosfato de 2-azido-1,3-dimetilimidazolinio". Synlett . 23 (9): 1335–1338. doi :10.1055/s-0031-1290958. ISSN  0936-5214.
  18. ^ Lee, Sang-Hyeup; Yoon, Juyoung; Chung, Seung-Hwan; Lee, Yoon-Sik (marzo de 2001). "Síntesis asimétrica eficiente de derivados del ácido 2,3-diamino-3-fenilpropanoico". Tetrahedron . 57 (11): 2139–2145. doi :10.1016/S0040-4020(01)00090-4.
  19. ^ Martínez, Luis E.; Leighton, James L.; Carsten, Douglas H.; Jacobsen, Eric N. (mayo de 1995). "Apertura de anillo altamente enantioselectiva de epóxidos catalizada por complejos (salen)Cr(III)". Revista de la Sociedad Química Americana . 117 (21): 5897–5898. doi :10.1021/ja00126a048. ISSN  0002-7863.
  20. ^ Sabitha, Gowravaram; Babu, R. Satheesh; Rajkumar, M.; Yadav, JS (febrero de 2002). "El cloruro de cerio (III) promovió la apertura de anillo altamente regioselectiva de epóxidos y aziridinas utilizando NaN 3 en acetonitrilo: una síntesis fácil de 1,2-azidoalcoholes y 1,2-azidoaminas †". Cartas orgánicas . 4 (3): 343–345. doi :10.1021/ol016979q. ISSN  1523-7060. PMID  11820875.
  21. ^ Saito, Seiki; Bunya, Norio; Inaba, Masami; Moriwake, Toshio; Torii, Sigeru (enero de 1985). "Una escisión fácil de oxirano con ácido hidrazoico en dmf. Una nueva ruta para los β-hidroxi-α-aminoácidos quirales". Tetrahedron Letters . 26 (43): 5309–5312. doi :10.1016/S0040-4039(00)95024-X.
  22. ^ Titz, Alexander; Radic, Zorana; Schwardt, Oliver; Ernst, Beat (abril de 2006). "Un método seguro y conveniente para la preparación de triflil azida y su uso en reacciones de transferencia diazo a aminas primarias". Tetrahedron Letters . 47 (14): 2383–2385. doi :10.1016/j.tetlet.2006.01.157.
  23. ^ Waser, Jérôme; Gaspar, Boris; Nambu, Hisanori; Carreira, Erick M. (1 de septiembre de 2006). "Hidrazinas y azidas mediante la hidrohidrazinación e hidroazidación de olefinas catalizadas por metales". Revista de la Sociedad Química Americana . 128 (35): 11693–11712. doi :10.1021/ja062355+. ISSN  0002-7863. PMID  16939295.
  24. ^ CFH Allen; Alan Bell. "Isocianato de undecilo". Síntesis orgánicas; Volúmenes recopilados , vol. 3, pág. 846.
  25. ^ Jon Munch-Petersen (1963). "m-Nitrobenzazida". Síntesis orgánicas; Volúmenes recopilados , vol. 4, pág. 715.
  26. ^ Pavitra Kumar Dutt; Hugh Robinson Whitehead y Arthur Wormall (1921). "CCXLI.—La acción de las diazo-sales sobre las sulfonamidas aromáticas. Parte I". J. Chem. Soc., Trans. 119 : 2088–2094. doi :10.1039/CT9211902088.
  27. ^ Nombre Reacciones: Una colección de mecanismos de reacción detallados por Jie Jack Li Publicado 2003 Springer ISBN 3-540-40203-9 
  28. ^ abcd Azidas orgánicas: síntesis y aplicaciones. Stefan Bräse, Klaus Banert. Chichester, West Sussex, Reino Unido: John Wiley. 2010. pág. 507. ISBN 978-0-470-68252-4.OCLC 587390490  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  29. ^ Saul Patai, ed. (1971). El grupo Azido . Química de grupos funcionales de PATAI. doi :10.1002/9780470771266. ISBN 9780470771266.
  30. ^ "Síntesis de aminas por reducción de azida".
  31. ^ Gololobov, Yuri G.; Kasukhin, Leonid F. (febrero de 1992). "Avances recientes en la reacción de Staudinger". Tetrahedron . 48 (8): 1353–1406. doi :10.1016/S0040-4020(01)92229-X.
  32. ^ Molina, Pedro; Vilaplana, Maria Jesús (1994). "Iminofosforanos: Bloques de construcción útiles para la preparación de heterociclos que contienen nitrógeno". Síntesis . 1994 (12): 1197–1218. doi :10.1055/s-1994-25672. ISSN  0039-7881. S2CID  196726458.
  33. ^ Fresneda, Pilar M.; Molina, Pedro (2004). "Aplicación de metodologías basadas en iminofosforanos para la síntesis de productos naturales". Synlett . 2004 (1): 1–17. doi :10.1055/s-2003-43338. ISSN  0936-5214.
  34. ^ Palacios, Francisco; Alonso, Concepción; Aparicio, Domitila; Rubiales, Gloria; de los Santos, Jesús M. (enero 2007). "La reacción aza-Wittig: una herramienta eficaz para la construcción de dobles enlaces carbono-nitrógeno". Tetraedro . 63 (3): 523–575. doi :10.1016/j.tet.2006.09.048.
  35. ^ Álvares, Yolanda SP; Alves, M. José; Azoia, Nuno G.; Bickley, Jamie F.; Gilchrist, Thomas L. (2002). "Síntesis diastereoselectiva de aziridinas a partir de (1R)-10-(N,N-dialquilsulfamoil)isobornil 2H-azirina-3-carboxilatos". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (16): 1911–1919. doi :10.1039/B202321K. ISSN  1472-7781.
  36. ^ La química del grupo azido. Saul Patai. Londres: Interscience Publishers. 1971. pág. 626. ISBN 978-0-470-77126-6.OCLC 501315944  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  37. ^ Wasserman, E.; Smolinsky, G.; Yager, WA (agosto de 1964). "Resonancia de espín electrónico de nitrenos de alquilo". Revista de la Sociedad Química Americana . 86 (15): 3166–3167. doi :10.1021/ja01069a049. ISSN  0002-7863.
  38. ^ Klima, Rodney F; Gudmundsdóttir, Anna D (marzo de 2004). "Fotólisis intermolecular sensibilizada por tripletes de azidas de alquilo". Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry . 162 (2–3): 239–247. doi :10.1016/S1010-6030(03)00368-X.
  39. ^ Travers, Michael J.; Cowles, Daniel C.; Clifford, Eileen P.; Ellison, G. Barney; Engelking, Paul C. (22 de septiembre de 1999). "Espectroscopia fotoelectrónica del ion CH3N−". The Journal of Chemical Physics . 111 (12): 5349–5360. Bibcode :1999JChPh.111.5349T. doi :10.1063/1.479795. ISSN  0021-9606.
  40. ^ Aplicaciones sintéticas de la química de cicloadición 1,3-dipolar hacia heterociclos y productos naturales. Albert Padwa, William H. Pearson. Hoboken, NJ: Wiley. 2003. p. 940. ISBN 0-471-28061-5.OCLC 51312904  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )
  41. ^ Bräse, Stefan (octubre de 2004). "La virtud de los enlaces triazénicos multifuncionales en la síntesis eficiente en fase sólida de bibliotecas de heterociclos". Accounts of Chemical Research . 37 (10): 805–816. doi :10.1021/ar0200145. ISSN  0001-4842. PMID  15491127.
  42. ^ Tarabara, IN; Kas'yan, AO; Yarovoi, M. Yu.; Shishkina, SV; Shishkin, OV; Kas'yan, LI (julio de 2004). "Reacciones de biciclo[2.2.1]hept-5-eno-2,3-dicarboximidas con azidas aromáticas". Revista rusa de química orgánica . 40 (7): 992–998. doi :10.1023/B:RUJO.0000045191.12939.47. ISSN  1070-4280. S2CID  97421265.
  43. ^ Sustmann, Reiner (enero de 1971). "Un modelo simple para los efectos de los sustituyentes en reacciones de cicloadición. I. Cicloadiciones 1,3-dipolares". Tetrahedron Letters . 12 (29): 2717–2720. doi :10.1016/S0040-4039(01)96961-8.
  44. ^ Sustmann, R. (1974-01-01). "Control de energía orbital de la reactividad de cicloadición". Química pura y aplicada . 40 (4): 569–593. doi : 10.1351/pac197440040569 . ISSN  1365-3075. S2CID  28715256.
  45. ^ Huisgen, Rolf; Geittner, Jochen; Reissig, Hans-Ulrich (1978). "Dependencia del disolvente de las tasas de cicloadición de fenildiazometano y parámetros de activación". Heterocycles . 11 (1): 109. doi : 10.3987/S(N)-1978-01-0109 . ISSN  0385-5414.
  46. ^ Damon D. Reed y Stephen C. Bergmeier (2007). "Una síntesis sencilla de un 2-azabiciclo[3.2.1]octano polihidroxilado". J. Org. Chem. 72 (3): 1024–6. doi :10.1021/jo0619231. PMID  17253828.
  47. ^ Treitler, Daniel S.; Leung, Simon (2 de septiembre de 2022). "¿Qué tan peligroso es demasiado peligroso? Una perspectiva sobre la química de las azidas". The Journal of Organic Chemistry . 87 (17): 11293–11295. doi :10.1021/acs.joc.2c01402. ISSN  0022-3263. PMID  36052475. S2CID  252009657 . Consultado el 18 de septiembre de 2022 .

 Este artículo incorpora texto de Oleksandr Zhurakovskyi disponible bajo la licencia CC BY 2.5.

Fuentes adicionales

Enlaces externos

Busque azida  o azido- en Wikcionario, el diccionario libre.
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