Az arinek, más néven dehidroarének vagy benzinekA benzin elnevezés a benzol névből és a hármas kötésre utaló -in végződésből származik, nem azonos az üzemanyagként használt benzinnel, lásd aromás gyűrűből származtatható rendkívül reakcióképes részecskék, melyek két orto-helyzetű szubsztituensnek a gyűrűből történő eltávolításával keletkeznek.Gilchrist T.C.; Rees C.W.; (1969) Carbenes, Nitrenes and Arynes Nelson. London.The Benzyne and Related Intermediates. H. Heaney Chem. Rev., 1962, 62 (2), pp 81–97 Az arinek leginkább feszült hármas kötésükkel jellemezhetőek, de némi kettős gyök karakterrel is rendelkeznek. Az arin kifejezés leginkább az orto-arinekre (1,2-didehidrobenzol) használatos, azonban 1,3- és 1,4-didehidrobenzol köztitermékeket is leírtak már.
Felfedezését követően gyorsan kifejlesztették azokat a módszereket, melyekkel ezt a rendkívül reakcióképes köztiterméket a szintetikus szerves kémia hasznosítani tudta. Számos természetes vegyületet állítottak elő arin köztiterméken keresztül.Tadross, P. M.; Stoltz, B. M. A Comprehensive History of Arynes in Natural Product Total SynthesisChem. Rev. 2012, 112, 3550
Kötésrendszer
A dehidrobenzol (benzin) alkinként történő megjelenítése a legáltalánosabb, azonban a kumulén és kettős gyök szerkezetek is jelentős mezomer szerkezetek.Anslyn, E. V.; Dougherty, D. A.: Modern Physical Organic Chemistry, University Science Books, 2006, p612.
Az orto-dehidrobenzol hármas kötésével járó geometriai korlátok miatt csökken a gyűrű síkjában a p-pályák közötti átfedés, ami csökkenti a hármas kötés erősségét.Gampe, C. M.; Carreira, E. M. Angew Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3766 A dehidrobenzol hármas kötésének rezgési frekvenciáját Rasziszhewski 1846 cm −1 hullámszámhoz asszignálta,Rasziszewski, J. G.; Hess. B. A. J.; Zahradnik, R. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 52 amely a telítetlen alkinekre jellemző körülbelül 2150 cm−1-es értékhez képest jóval gyengébb hármas kötést jelez. Mindazonáltal a feszült alkin szerkezet jobban leírja az orto-dehidrobenzolt (nagyobb különbség a szingulett-triplett energiaszintek között, illetve alkinszerű reakciókészség), mint a kettős gyök modell. A geometriai korlátok miatt az arinek LUMO energiaszintje jelentősen lecsökken (a 2-butinban 6,41 eV, míg a dehidrobenzolban csak 1,33 eV), míg a HOMO energiaszint a számítások szerint lényegében változatlan marad.Rondan, N. G.; Domelsmith, L. N.; Houk, K.N. Tetrahedron Lett. 1979, 20, 3273
Az arinek LUMO pályája jóval alacsonyabb energiájú, mint a feszültség nélküli alkineké, így energetikailag jobban illik a nukleofilek HOMO pályájához. A dehidrobenzol emiatt elektrofil sajátságú és nukleofilekkel reagál.Gilchrist, T. L. Supplement C: The Chemistry of Triple Bonded Functional Groups, Part 1. Patai, S.; Rappaport, Z. Eds., John Wiley & Sons, New York, 1983 A dehidrobenzol részletes MO-elemzését 1968-ban mutatták be.Hoffmann, R.; Imamura, A.;Hehre, W. J. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 1499
Felfedezése
Az arin típusú köztitermék létezésének első jele Stoermer és Kahlert 1902-es munkájából származik: megfigyelték, hogy 3-brómbenzofuránt etanolban bázissal reagáltatva 2-etoxibenzofurán keletkezik. Az észleltek alapján egy arin köztitermék létezését tételezték fel.
440px|center|A dehidrobenzol létezésének első jele
Georg Wittig és munkatársai azt feltételezték, hogy a bifenil fluorbenzolból és fenillítiumból ikerionos köztiterméken át keletkezik.Wittig, G., Pieper, G. and Fuhrmann, G. (1940), Über die Bildung von Diphenyl aus Fluorbenzol und Phenyl-lithium (IV. Mitteil. über Austauschreaktionen mit Phenyl-lithium). Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series), 73: 1193–1197. Phenyl-lithium, der Schlüssel zu einer neuen Chemie metallorganischer Verbindungen Georg Wittig Naturwissenschaften, 1942, Volume 30, Numbers 46-47, Pages 696-703 Wittig, G. (1954), Fortschritte auf dem Gebiet der organischen Aniono-Chemie. Angewandte Chemie, 66: 10–17. Ezt kísérletileg John D. Roberts igazolta 1953-ban.rearrangement in the reaction of chlorobenzene-1-C14 with potassium amid John D. Roberts, Howard E. Simmons Jr., L. A. Carlsmith, C. Wheaton Vaughan J. Am. Chem. Soc., 1953, 75 (13), pp 3290–3291 The Mechanism of Aminations of Halobenzenes John D. Roberts, Dorothy A. Semenow, Howard E. Simmons Jr., L. A. Carlsmith J. Am. Chem. Soc., 1956, 78 (3), pp 601–611 Orientation in Aminations of Substituted Halobenzenes John D. Roberts, C. Wheaton Vaughan, L. A. Carlsmith, Dorothy A. Semenow J. Am. Chem. Soc., 1956, 78 (3), pp 611–614 Modern Arylation Methods. Edited by Lutz Ackermann 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim The Benzyne and Related Intermediates. H. Heaney Chem. Rev., 1962, 62 (2), pp 81–97
536px|center
1953-ban John D. Roberts elvégezte klasszikussá vált 14C nyomjelzős kísérletét, melynek eredménye erősen alátámasztotta a dehidrobenzol létezését. Roberts és tanítványai klórbenzol-1-14C-et reagáltattak kálium-amiddal, és azt vizsgálták, hogy a termékként kapott anilinbe a 14C-nyomjelző hova épült be. Megfigyeléseik szerint ugyanakkora mennyiségben keletkezett a C-1 és C-2 helyzetű 14C-et tartalmazó termék. Ilyen eredményhez szimmetrikus köztitermék szükséges – ezt ma dehidrobenzolként ismerjük.
460px|center|A 14C nyomjelzős kísérlet a termékben egyforma eloszlást mutat
Nem sokkal Roberték felfedezése után Wittig és Pohmer felfedezte, hogy a dehidrobenzol részt tud venni [4+2] cikloaddíciós reakciókban.Wittig, G.; Pohmer, L. Angew. Chem. 1955, 67(13), 348.
300px|center|Dehidrobenzol kimutatása dienofilként Diels-Alder-reakcióban
A dehidrobenzol létezését spektroszkópiai vizsgálatok – IR,Radziszewski, J. G.; Hess, Jr. B. A.; Zahradnik, R. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 52. UV/látható,Wenthold, P. G.; Squires, R. R.; Lineberger, W. C. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5279 mikrohullámúKukolich, S. G.; Tanjaroon,C.; McCarthy, M. C.; Thaddeus, P. J. Chem. Phys. 2003, 119, 4353 és NMROrendt, A. M.; Facelli, J. C.; Radziszewski, J. G.; Horton, W. J.; Grant, D. M.; Michl, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 846Warmuth,R. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1347 – is megerősítették.
A dehidrobenzolt „molekuláris konténerben” vizsgálták.Warmuth, R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1347Warmuth, R.; Yoon, Acc. Chem. Res. 2001, 34, 96
Arinek előállítása Az arineket – rendkívüli reakciókészségük miatt – in situ kell előállítani. Az arinkémia kezdetén nagyon erélyes reakciókörülményeket kellett alkalmazni – számos módszer erős bázisokat vagy magas hőmérsékletet igényel. Aril-halogenideket erős bázissal kezelve az aromás gyűrűről el lehet távolítani egy protont, így eliminációval dehidrobenzol állítható elő.
Aréndiazónium-2-karboxilát vegyületek is használhatók kiindulási anyagaként. E módszer fő hátránya a diazóniumvegyületek robbanásra való hajlama.
A dehidrobenzol előállítására enyhébb módszereket is kifejlesztettek. Ilyen szintézisre elterjedten használják az aril-triflátokat. A trimetilszililcsoport fluoriddal történő – alább bemutatott – lecserélésével enyhe körülmények között állítható elő dehidrobenzol.
A hexadehidro-Diels–Alder-reakció (HDDA) 1,3-diin és alkin cikloaddíciós reakciója, ezzel szintén elő lehet állítani dehidrobenzolt.Hoye, T. R.; Baire, B.; Niu, D.; Willoughby, P. H.; Woods, B. P. Nature, 2012, 490, 208
Az arinek reakciói Az arinek még alacsony hőmérsékleten is rendkívül reakcióképesek. Reakcióik négy fő csoportba sorolhatók: (1) nukleofil addíció, (2) periciklusos reakció, (3) beékelődéses (bond-insertion) reakció és (4) fémkatalizált reakció.
Nukleofil addíció arinekre Bázikus nukleofilekkel kezelve az aril-halogenidek a távozó csoporthoz képest alfa-helyzetben deprotonálódnak, ami összességében egy dehidrohalogénezési reakciónak felel meg. A keletkező dehidrobenzol – jellemzően kezdeti protonálódást követően – addíciós termékekké alakul. A folyamatban a dehidrobenzol köztitermék keletkezése a lassú lépés.Anslyn, E. V.; Dougherty, D. A. Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books, 2006.
Az „arin kapcsolási” reakciókkal bifenil származékokat lehet előállítani, melyeket a gyógyszeriparban, a mezőgazdaságban és számos fémkatalizált reakcióban ligandumként hasznosítanak.Diemer, V.; Begaut, M.; Leroux, F. R.; Colobert, F. Eur. J. Org. Chem. 2011, 341
Szubsztituens hatása
A hármas kötés keletkezésének regiokémiája Ha az (LG) távozó csoport és az (Y) szubsztituens egymáshoz képest orto vagy para helyzetű, akkor csak egyetlen dehidrobenzol köztitermék keletkezhet. Meta helyzet esetén azonban két regiokémiai kimenetel is lehetséges (A és B). Ha Y elektronszívó csoport, akkor HB savasabb, mint HA, így a B regioizomer keletkezik. Hasonló módon, ha Y elektronküldő csoport, akkor az A regioizomer képződik, mivel ekkor HA a savasabb proton.
A hármas kötésre történő nukleofil addíció regiokémiája Az (Y) szubsztituenst tartalmazó dehidrobenzolnak két lehetséges regioizomerje van: a hármas kötés vagy a C2 és a C3, vagy a C3 és a C4 atomok között helyezkedhet el. A távozó csoporthoz képest orto helyzetű szubsztituens esetén a hármas kötés a C2 és C3 között fog kialakulni. Para helyzetű Y és távozó csoport esetén a C3 és C4 közötti hármas kötést tartalmazó regioizomer keletkezik. Meta helyzetű szubsztituensek esetén a fent írtaknak megfelelően mindkét regioizomer keletkezhet. Amennyiben a hármas kötés C2 és C3 között található, akkor az elektronszívó szubsztituensek úgy irányítják a nukleofil addíciót, hogy az elektronszívó csoporthoz a lehető legközelebb alakuljon ki a karbanion. Az elektronküldő csoportok szelektivitása a termékképződésre ugyanakkor nagyon kicsi. Azon regioizomer esetében, amelynél a hármas kötés C3 és C4 között helyezkedik el, a szubsztituens hatása a nukleofil addícióra kisebb, gyakran a para és meta helyzetű termékek keveréke keletkezik.
Példák totálszintézisben történő felhasználásra Az arinekre történő nukleofil addíciót kiterjedten használják a természetes anyagok totálszintézisében. Az arinek nukleofil addíciói igazából az arinkémia legrégebb óta ismert alkalmazásai közé tartoznak. Az arinre történő nukleofil addíciót használták volna a kriptasztolin (1) és a kriptovolin (2) totálszintézisének próbálkozásában is.Kametani, T.; Ogasawara, K. J. J. Chem. Soc., C 1967, 2208
A tetraciklusos (+)-liphagal meroterpenoid szintézisében is szerepelt arin köztitermék,Day, J. J.; McFadden, R. M.; Virgil, S. C.; Kolding, H.; Alleva, J. L.; Stoltz, B. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6814. a természetes vegyület utolsó gyűrűjét arin ciklizációs reakcióval alakították ki.
Az arinek többkomponensű reakciói hatékony átalakítási módok, melyekkel gyorsan 1,2-diszubsztituált arének képezhetők. Potenciális hasznosságuk ellenére a természetes anyagok szintézisében kevés példa van az arinek többkomponensű reakciójára. A dehydroaltenuene B szintézise során egy négykomponensű arinkapcsolási reakciót használtak.Soorukram, D.; Qu, T.; Barrett, A. G. M. Org. Lett. 2008, 10, 3833
Arinek periciklusos reakciói
[4+2] cikloaddíció Az arinek részt vehetnek [4+2] ciklizációs reakcióban. Az alábbi ábrán a dehidrobenzol és furán közötti Diels–Alder-reakció koncentráló mechanizmusa látható. Az arinek számos [4+2] cikloaddíciós reakciója ugyanakkor feltehetően lépcsőzetes mechanizmus szerint megy végbe.
Klasszikus példa az 1,2,3,4-tetrafenilnaftalin szintézise.Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.1037 (1973); Vol. 46, p.107 (1966). Link A tetrabrómbenzolból butillítiummal és furánnal történő reakcióval tetrahidroantacén állítható elő.Organic Syntheses, Coll. Vol. 10, p.678; Vol. 75, p.201 ArticleA szin és anti sztereoizomerek keveréke metanolbeli eltérő oldhatóságuk alapján választható el.