stringtranslate.com

реакция Виттига

Реакция Виттига или олефинирование Виттига — это химическая реакция альдегида или кетона с трифенилфосфониевым илидом , называемым реагентом Виттига . Реакции Виттига чаще всего используются для превращения альдегидов и кетонов в алкены. [1] [2] [3] Чаще всего реакция Виттига используется для введения метиленовой группы с использованием метилентрифенилфосфорана (Ph 3 P=CH 2 ). С помощью этого реагента даже стерически затрудненный кетон, такой как камфора, может быть преобразован в его метиленовое производное.

Реакция Виттига

Механизм реакции

Механистические исследования были сосредоточены на нестабилизированных илидах, поскольку промежуточные продукты можно отслеживать с помощью ЯМР-спектроскопии . Существование и взаимопревращение бетаина ( 3a и 3b ) является предметом текущих исследований. [4] Для реакций Виттига без лития исследования подтверждают согласованное образование оксафосфетана без вмешательства бетаина. В частности, фосфониевые илиды 1 реагируют с карбонильными соединениями 2 через [2+2] циклоприсоединение , которое иногда описывается как имеющее топологию [ π 2 s + π 2 a ], чтобы напрямую образовывать оксафосфетаны 4a и 4b . В условиях без лития стереохимия продукта 5 обусловлена ​​кинетическим контролируемым присоединением илида 1 к карбонилу 2. Когда присутствует литий, может происходить уравновешивание промежуточных продуктов, возможно, через виды бетаина 3a и 3b . [5] [6] [7] Брюс Э. Марьянов и А. Б. Рейц выявили проблему уравновешивания промежуточных продуктов Виттига и назвали этот процесс «стереохимическим дрейфом». В течение многих лет предполагалось, что стереохимия реакции Виттига с точки зрения образования углерод-углеродной связи напрямую соответствует стереохимии Z/E продуктов алкенов. Однако некоторые реагенты не следуют этой простой схеме. Соли лития также могут оказывать сильное влияние на стереохимический результат. [8]

Механизм реакции Виттига
Механизм реакции Виттига

Механизмы различаются для алифатических и ароматических альдегидов и для ароматических и алифатических фосфониевых илидов. Данные свидетельствуют о том, что реакция Виттига неразветвленных альдегидов в условиях отсутствия литиевой соли не уравновешивается и, следовательно, находится под контролем кинетической реакции . [9] [10] Э. Ведейс выдвинул теорию, объясняющую стереоселективность стабилизированных и нестабилизированных реакций Виттига. [11]

Убедительные доказательства указывают на то, что в условиях отсутствия лития реакции Виттига с участием нестабилизированных (R 1 = алкил, H), полустабилизированных (R 1 = арил) и стабилизированных (R 1 = EWG) реагентов Виттига протекают по механизму [2+2]/ретро-[2+2] под кинетическим контролем, с оксафосфетаном в качестве единственного промежуточного продукта. [12]

Область применения и ограничения

Функциональная групповая толерантность

Реагенты Виттига обычно допускают карбонильные соединения, содержащие несколько видов функциональных групп, таких как OH , OR , нитроарены , эпоксиды , а иногда и сложные эфиры и амиды . [13] Даже кетон , альдегид и нитрильные группы могут присутствовать, если они сопряжены с илидом — это стабилизированные илиды, упомянутые выше. Бис-илиды (содержащие две связи P=C) также были получены и успешно использованы. [14] Может возникнуть проблема со стерически затрудненными кетонами, где реакция может быть медленной и давать плохие выходы, особенно со стабилизированными илидами, и в таких случаях предпочтительна реакция Хорнера-Уодсворта-Эммонса (HWE) (с использованием фосфонатных эфиров). Другим отмеченным ограничением является часто лабильная природа альдегидов , которые могут окисляться, полимеризоваться или разлагаться. В так называемом тандемном процессе окисления-Виттига альдегид образуется in situ путем окисления соответствующего спирта. [15]

Стереохимия

Для реакции с альдегидами геометрия двойной связи легко предсказывается на основе природы илида. С нестабилизированными илидами (R 3 = алкил) это приводит к продукту ( Z )-алкену с умеренной или высокой селективностью. Если реакция проводится в диметилформамиде в присутствии иодида лития или иодида натрия , продуктом почти исключительно является Z-изомер. [16] С стабилизированными илидами (R 3 = сложный эфир или кетон) образуется ( E )-алкен с высокой селективностью. Селективность ( E )/( Z ) часто плохая с полустабилизированными илидами (R 3 = арил). [17]

Для получения ( E )-алкена для нестабилизированных илидов можно использовать модификацию Шлоссера реакции Виттига. В качестве альтернативы олефинирование Жюлиа и его варианты также селективно дают ( E )-алкен. Обычно реакция Хорнера-Уодсворта-Эммонса дает ( E )-еноат (α,β-ненасыщенный эфир), как и реакция Виттига. Для получения ( Z )-енолята можно использовать модификацию Стилла-Дженнари реакции Хорнера-Уодсворта-Эммонса.

Модификация Шлоссера

Основным ограничением традиционной реакции Виттига является то, что реакция протекает в основном через промежуточный эритробетаин , который приводит к Z-алкену. Эритробетаин может быть преобразован в треобетаин с использованием фениллития при низкой температуре. [18] Эта модификация дает E-алкен.

Вариант Шлоссера реакции Виттига
Вариант Шлоссера реакции Виттига

Аллиловые спирты могут быть получены путем реакции бетаинилида со вторым альдегидом. [19] Например:

Пример варианта Шлоссера реакции Виттига
Пример варианта Шлоссера реакции Виттига

Пример

Примером его использования является синтез метилового эфира лейкотриена А. [20] [21] На первом этапе используется стабилизированный илид, где карбонильная группа сопряжена с илидом, предотвращая самоконденсацию, хотя неожиданно это дает в основном цис- продукт. Во второй реакции Виттига используется нестабилизированный реагент Виттига, и, как и ожидалось, это дает в основном цис- продукт.

Пример использования реакции Виттига в синтезе, получение метилового эфира лейкотриена А
Пример использования реакции Виттига в синтезе, получение метилового эфира лейкотриена А

История

Реакция Виттига была описана в 1954 году Георгом Виттигом и его коллегой Ульрихом Шёллькопфом . Отчасти за этот вклад Виттиг был удостоен Нобелевской премии по химии в 1979 году. [22] [23]

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Реакция Виттига» .

Ссылки

  1. ^ Maercker, A. Org. React. 1965 , 14 , 270–490.
  2. ^ W. Carruthers, Некоторые современные методы органического синтеза , Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания, 1971, 81–90. ( ISBN  0-521-31117-9 )
  3. ^ RW Hoffmann (2001). «Виттиг и его достижения: все еще актуальны после его 100-летия». Angewandte Chemie International Edition . 40 (8): 1411–1416. doi :10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1411::AID-ANIE1411>3.0.CO;2-U. PMID  11317288.
  4. ^ E. Vedejs & CF Marth (1990). «Механизм реакции Виттига: доказательства против бетаиновых промежуточных соединений». J. Am. Chem. Soc. 112 (10): 3905–3909. doi :10.1021/ja00166a026.
  5. ^ Брюс Э. Марьянов , А. Б. Рейтц, М. С. Муттер, Р. Р. Иннерс и Х. Р. Алмонд-младший, «Подробные исследования скорости реакции Виттига нестабилизированных фосфорных илидов с помощью ЯМР-спектроскопии 31 P, 1 H и 13 C. Взгляд на кинетический и термодинамический контроль стереохимии», J. Am. Chem. Soc., 107 , 1068–1070 (1985)
  6. ^ Брюс Э. Марьянов, А. Б. Рейтц, Д. В. Граден и Х. Р. Алмонд-младший, «Исследование скорости ЯМР реакции Виттига 2,2-диметилпропаналя и трибутилбутилиденфосфорана», Tetrahedron Lett., 30 , 1361–1364 (1989)
  7. ^ Брюс Э. Марьянов, А. Б. Рейтц, М. С. Муттер, Р. Р. Иннерс, Х. Р. Алмонд-младший, Р. Р. Уиттл и Р. А. Олофсон, «Стереохимия и механизм реакции Виттига. Диастереомерные промежуточные продукты реакции и анализ хода реакции», J. Am. Chem. Soc., 108 , 7664–7678 (1986)
  8. ^ AB Reitz, SO Nortey, AD Jordan, Jr., MS Mutter и Bruce E. Maryanoff, «Драматическая зависимость стереохимии от концентрации в реакции Виттига. Исследование эффекта соли лития», J. Org. Chem., 51 , 3302–3308 (1986)
  9. ^ E. Vedejs, CF Marth и R. Ruggeri (1988). «Эффекты заместителей и механизм Виттига: случай стереоспецифического разложения оксафосфетана». J. Am. Chem. Soc. 110 (12): 3940–48. doi :10.1021/ja00220a036.
  10. ^ E. Vedejs & CF Marth (1988). «Механизм реакции Виттига: роль заместителей у фосфора». J. Am. Chem. Soc . 110 (12): 3948–3958. doi :10.1021/ja00220a037.
  11. ^ Ведейс, Э.; Петерсон, М. Дж. Топ. Стереохимия. 1994 , 21 , 1.
  12. ^ Бирн, Питер А.; Гилхини, Деклан Г. (2013). «Современная интерпретация механизма реакции Виттига». Chemical Society Reviews . 42 (16): 6670–96. doi :10.1039/c3cs60105f. hdl : 10197/4939 . ISSN  0306-0012. PMID  23673458.
  13. ^ Смит (2020), Органическая химия за март , стр. 16-44.
  14. ^ BE Maryanoff & AB Reitz (1989). «Реакция олефинирования Виттига и модификации с участием фосфорил-стабилизированных карбанионов. Стереохимия, механизм и избранные аспекты синтеза». Chem. Rev. 89 (4): 863–927. doi :10.1021/cr00094a007.
  15. ^ Ричард Дж. К. Тейлор, Леони Кэмпбелл и Грэм Д. МакАллистер (2008). "(±) транс-3,3'-(1,2-циклопропандиил)бис-2-(E)-пропеновая кислота, диэтиловый эфир: процедура тандемного окисления (TOP) с использованием улавливания фосфорана, стабилизированного окислением MnO2" (PDF) . Органические синтезы . 85 : 15–26{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).
  16. ^ Л. Д. Бергельсон и М. М. Шемякин (1964). «Синтез природных ненасыщенных жирных кислот путем стерически контролируемого карбонильного олефинирования». Angew. Chem. 3 (4): 250–260. doi :10.1002/anie.196402501.
  17. ^ Робиетт, Рафаэль; Ричардсон, Джеффри; Аггарвал, Вариндер К.; Харви, Джереми Н. (1 февраля 2006 г.). «Реакционная способность и селективность в реакции Виттига: вычислительное исследование». Журнал Американского химического общества . 128 (7): 2394–2409. doi :10.1021/ja056650q. ISSN  0002-7863. PMID  16478195.
  18. ^ М. Шлоссер и К. Ф. Кристманн (1966). «Трансселективный синтез олефинов». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 5 (1): 126. дои :10.1002/anie.196601261.
  19. ^ EJ Corey и H. Yamamoto (1970). «Модификация реакции Виттига для обеспечения стереоспецифического синтеза некоторых тризамещенных олефинов. Стереоспецифический синтез α-санталола». J. Am. Chem. Soc. 92 (1): 226–228. doi :10.1021/ja00704a052.
  20. ^ I. Ernest, AJ Main и R. Menasse (1982). "Синтез 7-цис-изомера природного лейкотриена d 4 ". Tetrahedron Letters . 23 (2): 167–170. doi :10.1016/S0040-4039(00)86776-3.
  21. ^ EJ Corey, DA Clark, G. Goto, A. Marfat, C. Mioskowski, B. Samuelsson и S. Hammarstroem (1980). "Стереоспецифический полный синтез "медленно реагирующего вещества" анафилаксии, лейкотриена C-1". J. Am. Chem. Soc . 102 (4): 1436–1439. doi :10.1021/ja00524a045.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  22. ^ Георг Виттиг, Ульрих Шёллькопф (1954). «Убер-трифенил-фосфин-метилен как олефиновые реагенты I». Химише Берихте . 87 (9): 1318. doi :10.1002/cber.19540870919.
  23. ^ Георг Виттиг; Вернер Хааг (1955). «Убер-трифенил-фосфин-метилен как олефиновые реагенты II». Химише Берихте . 88 (11): 1654–1666. дои : 10.1002/cber.19550881110.

Внешние ссылки