Aziridine

Un groupe amine peut déplacer un halogénure adjacent (en β) dans une réaction de substitution nucléophile intramoléculaire pour former une aziridine. Les amino-alcools ont la même réactivité mais il faut tout d'abord convertir les groupes hydroxyde en meilleurs groupes partants, par exemple en tosylate. La cyclisation d'un amino-alcool est appelé synthèse de Wenker (en) (1935) et une d'haloamine, la éthylènimine-méthode de Gabriel (1888)[15]

L'addition d'un nitrène sur un alcène est une méthode bien établie pour la synthèse des aziridines. Photolyses ou thermolyses d'azotures sont une bonne voie pour générer des nitrènes. Ceux-ci peuvent aussi être générés in-situ du diacétate d'iodobenzène et des sulfamidés ou sulfamates, ou de l'éthoxycarbonylnitrène d'un N-sulfonyloxy précurseur[16]:

Sous traitement thermique ou par photolyse d'une triazoline, de l'azote est expulsé et reste une aziridine[17]. La triazoline requise est obtenue d'une réaction de cycloaddition d'un azoture sur un alcène.

Une méthode consiste en une réaction d'ouverture de cycle d'un époxyde avec l'azoture de sodium suivie d'une réduction organique de l'azoture obtenu avec la triphénylphosphine par expulsion d'azote gazeux[18]:

Une autre méthode consiste en la réaction d'ouverture d'un époxyde par une amine suivie de la refermeture du cycle par une réaction de Mitsunobu[19].

L'éthylènimine synthèse de Hoch-Campbell décrit la synthèse d'aziridines par la réaction de certains oximes avec des réactifs de Grignard[20] - [21]:

Les angles des liaisons dans l'aziridine sont autour de 60 ° ce qui considérablement moins que l'angle de 109,5 ° normalement trouvé dans les hydrocarbures ou les amines linéaires et non contraints. Ces angles sont cependant comparables à ceux trouvés dans les cycles cyclopropane ou oxirane et correspondent aux mêmes contraintes angulaires dans le cycle : les liaisons dans ce type de cycle peuvent être expliquées en invoquant un modèle de liaison banane. L'aziridine est moins basique qu'une amine acyclique et aliphatique avec un pKa de 7.9 pour l'acide conjugué ce qui est dû à un accroissement du caractère s dans la paire libre de l'azote. Les contraintes angulaires accrues dans l'aziridine sont aussi responsables de l'accroissement de la barrière d'énergie pour l'inversion de l'azote. Cette barrière est suffisamment haute dans les aziridines pour pouvoir séparer des invertomères comme les invertomères cis et trans de la N-chloro-2-méthylaziridine.

Les aziridines sont des substrats sensibles aux réactions d'ouverture de cycle avec beaucoup de nucléophiles à cause des contraintes moléculaires dans le cycle. Alcoolyses et ammonialyses sont typiquement les réactions inverses des cyclisations. D'autres nucléophiles efficaces sont les carbones nucléophiles comme dans les réactifs organolithiens ou les organocuprates comme le réactif de Gilman.

Une application importante d'une réaction d'ouverture de cycle en synthèse asymétrique est celle avec le triméthylsilylazoture TMSN₃ et un ligand asymétrique[22]:

Le catalyseur est construit sur l'yttrium et trois substituants isopropyloxy, le ligand est une phosphine oxyde. Avec un excès énantiomérique de 91 % ee, cette réaction permet une synthèse totale de l'oseltamivir (Tamiflu).

Les aziridines non N-substituées peuvent être ouvertes par des alcènes en présence d'un acide de Lewis fort comme B(C₆F₅)₃[23] Certaines aziridines N-substituées et avec des groupes attracteurs d'électron sur les deux atomes de carbone forment des azométhine ylures par une réaction électrocyclique (en) d'ouverture de cycle. Ces ylures peuvent être piégés avec un dipolarophile idoine par une cycloaddition 1,3-dipolaire.