Приказка за двата изомера (химия за напреднали)

“Du hast nicht wirklich etwas verstanden, solange Du nicht in der Lage bist, es Deiner Großmutter zu erklären.“

- Albert Einstein

Имало едно време два конституционни изомера 1 и 2:

Схема 1: Получаване на съединения 1 и 2.

Техният синтез е бил осъществен по-рано и е описан в литературата. Както се вижда от схема 1 съединението 1 е било получено от формамид (4), а съединението 2 – от диметилформамид (5).

В хода на изследванията ни върху нови формилиращи агенти на ароматни субстрати нашето внимание беше насочено към N-формилгуанидина 1, чиято крайна N–формилна група

>N–СНО

по подобие с реакцията на Вилсмайер-Хаак, би могла да бъде използвана за въвеждане в ароматно ядро, т. е. пряко формилиране. Синтезът на 1 изглеждаше лесно постижим от формамид и трис(диметиламино)изопропилоксиметан (3b) (Схема 1). С цел да получим 1 и да проверим неговия формилиращ потенциал ние възпроизведохме известната от литературата [2] синтетична процедура, само че в реакцията с формамида 4 заменихме 3b с неговия по-достъпен етокси-аналог 3а. Беше изолиран масловиден продукт 1, чиято конституция бе недвусмислено потвърдена чрез протонния ЯМР-спектър. ¹Н-ЯМР-Спектърът на съединение 1 е изключително прост – само два синглета! Всичките четири N‑метилови групи са магнитно еквивалентни и при стайна температура дават един единствен остър синглет за 12 протона при δ = 2.97 ppm. Това беше ясна индикация за свободно въртене около връзката C–N и следователно частично цвитер-йонен строеж (Фиг. 1). Другият синглет в спектъра, при δ = 8.54 ppm (за 1Н), трябва да се припише на N-формилния протон (означен с червен цвят).

Фиг. 1: Резонансни структури и цвитер-йонен строеж на съединение 1.

Поради не особено задоволителния добив при използване на изходно съединение 3а си заслужаваше да проверим дали няма резултатът да е по-благоприятен, ако вместо 3а използваме N,N‑диметиламино-метокси-ацетонитрил – съединение 8. Този реактив има свойството частично да се йонизира с отделяне на цианиден йон и да образува електрофилния диметиламино-метокси-формамидиниев катион 13 (по IUPAC: methoxy-N,N‑dimethylmethan­iminium ion), който поради изразения си електрофилен характер присъединява тетраметилгуанидина 7. И точно тук трябва да се приеме едно синхронно прескачане на хидриден йон (Н:^–) към електронно дефицитния съседен въглероден атом, съпроводено с едновременно нуклеофилно заместване при метиловата група и отделяне на ацетонитрил.

Странното тук е, че реактивът 8, който обичайно се използва за N-формилиране, не доведе до очаквания N-формилпродукт 1 (нашето желание), а междинно образуваният нетраен адукт 14 предпочита да се стабилизира чрез 1,3-хидриден пренос и едновременно с това да елиминира О-метиловата група като ацетонитрил! Това беше изненада!

По-нататък следва елиминиране на диметиламин и създаване на двойна връзка C=N. Това е механизмът, който предложих на Вили Кантленер и бе приет за публикуване от Zeitschrift für Naturforschung 2012, 67b, 331 – 336; received January 13, 2012):

 

 Схема 2. Предполагаем механизъм на превръщането на тетраметилгуанидина 7
в крайния продукт диметиламинометиленкарбамид 2
(1,1-Dimethyl-3-dimethylaminomethylene-urea 2).