Бензильная группа

Chemical group (–CH₂–C₆H₅)

Бензильная группа и производные : бензильная группа, бензильный радикал , бензиламин , бензилбромид , бензилхлорформиат и бензилметиловый эфир. R = гетероатом, алкил , арил , аллил и т.д. или другие заместители.

В органической химии бензил — заместитель или фрагмент молекулы, имеющий структуру R-CH ₂ -C ₆ H ₅ . Бензил имеет бензольное кольцо ( C ₆ H ₆ ), присоединенное к метиленовой группе ( -CH ₂ - ). ^[1]

Номенклатура

В номенклатуре ИЮПАК префикс бензил относится к заместителю C ₆ H ₅ CH ₂ , например бензилхлориду или бензилбензоату . Бензил не следует путать с фенилом формулы C ₆ H ₅ . Термин «бензильный» используется для описания положения первого углерода, связанного с бензольным или другим ароматическим кольцом. Например, (C ₆ H ₅ )(CH ₃ ) ₂ C ⁺ называют «бензильным» карбокатионом. Свободный бензиловый радикал имеет формулу C ₆ H ₅ CH ₂ • . Бензильный катион или ион фенилкарбения представляет собой карбокатион с формулой C ₆ H ₅ CH.+2; бензил-анион или фенилметанид-ион представляет собой карбанион формулы C ₆ H ₅ CH−2. Ни один из этих видов не может образовываться в значительных количествах в фазе раствора при нормальных условиях, но они являются полезными ориентирами для обсуждения механизмов реакции и могут существовать в качестве реакционноспособных промежуточных продуктов.

Сокращения

Бензил чаще всего обозначается сокращением Bn. Например, бензиловый спирт можно представить как BnOH. Менее распространенными сокращениями являются Bzl и Bz, последнее из которых неоднозначно, поскольку оно также является стандартным сокращением для бензоильной группы C ₆ H ₅ C(O)- . Аналогично, бензил не следует путать с фенильной группой C ₆ H ₅ - , сокращенно Ph.

Реакционная способность бензильных центров

Повышенная реакционная способность бензильных позиций объясняется низкой энергией диссоциации бензильных связей C-H. В частности, связь C ₆ H ₅ CH ₂ –H примерно на 10–15% слабее других видов связей C–H. Соседнее ароматическое кольцо стабилизирует бензильные радикалы. В данных, приведенных в таблице ниже, сравниваются силы бензильной связи C-H с соответствующей силой связи C-H.

Слабость связи C-H отражает стабильность бензильного радикала. По связанным с этим причинам бензильные заместители проявляют повышенную реакционную способность, например, при окислении , свободнорадикальном галогенировании или гидрогенолизе . Практический пример: в присутствии подходящих катализаторов п - ксилол окисляется исключительно по бензильным положениям с образованием терефталевой кислоты :

${\displaystyle {\ce {CH3C6H4CH3 + 3 O2 -> HO2CC6H4CO2H + 2 H2O}}}$

Этим методом ежегодно производятся миллионы тонн терефталевой кислоты. ^[4]

Функционализация в бензильном положении

В некоторых случаях эти бензильные превращения происходят в условиях, подходящих для лабораторного синтеза. Реакция Волья-Циглера приведет к бромированию бензильной связи C–H: ( ArCHR ₂ → ArCBrR ₂ ). ^[5] Любая нетретичная бензильная алкильная группа будет окислена до карбоксильной группы водным перманганатом калия ( KMnO ₄ ) или концентрированной азотной кислотой ( HNO ₃ ): ( ArCHR ₂ → ArCOOH ). ^[6] Наконец, комплекс триоксида хрома и 3,5-диметилпиразола ( CrO ₃ -dmpyz ) избирательно окисляет бензильную метиленовую группу до карбонила: ( ArCH ₂ R → ArC(O)R ). ^[7] 2-йодоксибензойная кислота в ДМСО ведет себя аналогично. ^[8]

Как защитная группа

Бензильные группы иногда используются в качестве защитных групп в органическом синтезе. Их установка и особенно их снятие требуют относительно суровых условий, поэтому бензил обычно не используется для защиты. ^[9]

Защита от алкоголя

Бензил обычно используется в органическом синтезе в качестве надежной защитной группы для спиртов и карбоновых кислот .

• Обработка спирта сильным основанием, таким как порошкообразный гидроксид калия или гидрид натрия и бензилгалогенид ( BnCl или BnBr ) ^{[9] [10]}

  

• Монобензилирование диолов может быть достигнуто с использованием Ag ₂ O в диметилформамиде (ДМФ) при температурах от окружающей до повышенных ^[11].
• Первичные спирты можно селективно бензилировать в присутствии фенольных функциональных групп с помощью Cu(acac) ₂ ^[12]

Методы снятия защиты

Бензиловые эфиры можно удалить в восстановительных , окислительных условиях и при использовании кислот Льюиса . ^[9]

• Удаляется с помощью гидрогенолиза ^[13]

  

• Одноэлектронный процесс с Na / NH 3 или Li /NH ₃

• Бензильные защитные группы можно удалить с помощью широкого спектра окислителей, включая:
  • CrO ₃ / уксусная кислота при температуре окружающей среды
  • Озон
  • N -Бромсукцинимид (NBS)
  • N -Йодосукцинимид (НИС)

• Триметилсилилиодид (Me ₃ SiI) в дихлорметане при температуре окружающей среды (селективность может быть достигнута при определенных условиях)

Защитная группа п - метоксибензила

п -Метоксибензил ( ПМБ ) используется в качестве защитной группы для спиртов в органическом синтезе ( 4-метоксибензилтиол используется для защиты тиолов).

п - метоксибензильная группа

• Сильное основание, такое как порошкообразный гидроксид калия или гидрид натрия и п -метоксибензилгалогенид (хлорид или бромид) ^{[14] [15]}
• 4-метоксибензил-2,2,2-трихлорацетимидат можно использовать для установки группы ПМБ в присутствии:
  • Трифлат скандия (III) (Sc(OTf) ₃ ) в толуоле при 0 °С ^[16]
  • Трифторметансульфоновая кислота (TfOH) в дихлорметане при 0 °C ^[17]

    

Методы снятия защиты

• 2,3-Дихлор-5,6-дициано- п- бензохинон (ДДХ) ^[18]

  

• Условия снятия защиты с бензильной группы применимы для отщепления защитной группы ПМБ.

Аминовая защита

Бензильная группа иногда используется в качестве защитной группы для аминов в органическом синтезе . Существуют и другие методы. ^[9]

• Водный карбонат калия и бензилгалогенид ( BnCl , BnBr ) в метаноле ^[19]

  

• Бензальдегид , 6 М HCl и NaBH ₃ CN в метаноле ^[20]

  

Методы снятия защиты

• Гидрирование в присутствии палладиевого катализатора ^[21]

Структура тетрабензилциркония , атомы H для ясности опущены. ^[22]

Смотрите также

• бензиламин

Рекомендации

1. Кэри, ФА; Сундберг, Р.Дж. (2008). Продвинутая органическая химия, Часть A: Структура и механизмы (5-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. стр. 806–808, 312–313. ISBN 9780387448978.
2. Сюэ, Сяо-Сун; Цзи, Пэнджу; Чжоу, Биин; Ченг, Джин-Пей (2017). «Основная роль энергетики связей в активации/функционализации C – H». Химические обзоры . 117 (13): 8622–8648. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00664. ПМИД  28281752.
3. Чжан, Сянь-Мань; Бордвелл, Фредерик Г. (1992). «Энергии гомолитической диссоциации бензильных углерод-водородных связей в анион-радикалах и катион-радикалах, полученных из флуоренов, трифенилметанов и родственных соединений». Журнал Американского химического общества . 114 (25): 9787–9792. дои : 10.1021/ja00051a010.
4. Шихан, Ричард Дж. «Терефталевая кислота, диметилтерефталат и изофталевая кислота». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a26_193. ISBN 978-3527306732.
5. К., Воллхардт, К. Питер (29 января 2018 г.). Органическая химия: строение и функции . Шор, Нил Эрик, 1948- (8-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 9781319079451. ОСЛК  1007924903.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)
6. Чендлер), Норман, ROC (Ричард Освальд (1993). Принципы органического синтеза . Коксон, Дж. М. (Джеймс Моррис), 1941- (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264. ОСЛК  27813843.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
7. Джонстон, Джеффри Н. (2001), «Оксид хрома (VI) – 3,5-диметилпиразол», Энциклопедия реагентов для органического синтеза , Американское онкологическое общество, doi : 10.1002/047084289x.rc170, ISBN 9780470842898
8. Баран, Фил С.; Чжун, Юн-Ли (1 апреля 2001 г.). «Селективное окисление углерода, примыкающего к ароматическим системам, с помощью IBX». Журнал Американского химического общества . 123 (13): 3183–3185. дои : 10.1021/ja004218x. ISSN  0002-7863. ПМИД  11457049.
9. Wuts, Питер GM; Грин, Теодора В. (2006). Защитные группы Грина в органическом синтезе (4-е изд.). Интернет-библиотека Уайли. дои : 10.1002/0470053488. ISBN 9780470053485. S2CID  83393227.
10. Фукудзава, Акио; Сато, Хидеаки; Масамунэ, Тадаси (1 января 1987 г.). «Синтез (±)-препиннатерпена, бромдитерпена из красной водоросли Ямада». Буквы тетраэдра . 28 (37): 4303–4306. дои : 10.1016/S0040-4039(00)96491-8.
11. Ван Хейфте, Люк; Литтл, Р. Дэниел (1 октября 1985 г.). «Реакции внутримолекулярного захвата 1,3-диила. Формальный полный синтез (±)-кориолина». Журнал органической химии . 50 (20): 3940–3942. дои : 10.1021/jo00220a058. ISSN  0022-3263.
12. Сиркеджиоглу, Окан; Карлига, Бекир; Талинли, Нацие (10 ноября 2003 г.). «Бензилирование спиртов с использованием бис[ацетилацетонато]меди в качестве катализатора». Буквы тетраэдра . 44 (46): 8483–8485. дои :10.1016/j.tetlet.2003.09.106.
13. Смит, Амос Б.; Чжу, Вэньюй; Сираками, Сёхей; Сфуггатакис, Крис; Даути, Виктория А.; Беннетт, Клэй С.; Сакамото, Ясухару (01 марта 2003 г.). «Полный синтез (+)-спонгистатина 1. Эффективная конструкция второго поколения усовершенствованной соли Виттига EF, объединение фрагментов и окончательная разработка». Органические письма . 5 (5): 761–764. дои : 10.1021/ol034037a. ISSN  1523-7060. ПМИД  12605509.
14. Марко, Хосе Л.; Уэсо-Родригес, Хуан А. (1 января 1988 г.). «Синтез оптически чистых производных 1-(3-фурил)-1,2-дигидроксиэтана». Буквы тетраэдра . 29 (20): 2459–2462. дои : 10.1016/S0040-4039(00)87907-1.
15. Такаку, Хироши; Камайке, Кадзуо; Цучия, Хиромичи (1 января 1984 г.). «Синтез олигонуклеотидов. Часть 21. Синтез рибоолигонуклеотидов с использованием 4-метоксибензильной группы в качестве новой защитной группы для 2'-гидроксильной группы». Журнал органической химии . 49 (1): 51–56. дои : 10.1021/jo00175a010. ISSN  0022-3263.
16. Трост, Барри М.; Васер, Джером; Мейер, Арндт (1 ноября 2007 г.). «Полный синтез (-)-псевдоларовой кислоты B». Журнал Американского химического общества . 129 (47): 14556–14557. дои : 10.1021/ja076165q. ISSN  0002-7863. ПМК 2535803 . ПМИД  17985906. 
17. Мукаяма, Теруаки; Шиина, Исаму; Ивадаре, Хаято; Сайто, Масахиро; Нисимура, Тошихиро; Окава, Наото; Сако, Хироки; Нисимура, Кодзи; Тани, Юичиро (4 января 1999 г.). «Асимметричный полный синтез таксола \ R». Химия – Европейский журнал . 5 (1): 121–161. doi : 10.1002/(SICI)1521-3765(19990104)5:1<121::AID-CHEM121>3.0.CO;2-O . ISSN  1521-3765.
18. Ханессян, Стивен; Маркотт, Стефан; Мачаалани, Роджер; Хуан, Гобинь (1 ноября 2003 г.). «Полный синтез и структурное подтверждение малаямицина А: нового бициклического С -нуклеозида из Streptomyces malaysiensis». Органические письма . 5 (23): 4277–4280. дои : 10.1021/ol030095k. ISSN  1523-7060. ПМИД  14601979.
19. Kuehne, Martin E.; Xu, Feng (1993-12-01). "Total synthesis of strychnan and aspidospermatan alkaloids. 3. The total synthesis of (±)-strychnine". The Journal of Organic Chemistry. 58 (26): 7490–7497. doi:10.1021/jo00078a030. ISSN 0022-3263.
20. Cain, Christian M.; Cousins, Richard P. C.; Coumbarides, Greg; Simpkins, Nigel S. (1990-01-01). "Asymmetric deprotonation of prochiral ketones using chiral lithium amide bases". Tetrahedron. 46 (2): 523–544. doi:10.1016/S0040-4020(01)85435-1.
21. Zhou, Hao; Liao, Xuebin; Cook, James M. (2004-01-01). "Regiospecific, Enantiospecific Total Synthesis of the 12-Alkoxy-Substituted Indole Alkaloids, (+)-12-Methoxy-Na-methylvellosimine, (+)-12-Methoxyaffinisine, and (−)-Fuchsiaefoline". Organic Letters. 6 (2): 249–252. doi:10.1021/ol0362212. ISSN 1523-7060. PMID 14723540.
22. Rong, Yi; Al-Harbi, Ahmed; Parkin, Gerard (2012). "Highly Variable Zr–CH2–Ph Bond Angles in Tetrabenzylzirconium: Analysis of Benzyl Ligand Coordination Modes". Organometallics. 31 (23): 8208–8217. doi:10.1021/om300820b.

External links

• Chemistry portal
• Quotations related to Benzyl group at Wikiquote