Бензильная группа

Химическая группа (–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 молекулярный фрагмент , имеющий структуру R−CH2−C6H5 _. Бензил имеет _{бензольное} кольцо ₍ C6H6 ) , присоединенное _к метиленовой группе ₍ −CH2− ) . [ 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 с формулой 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 радикал бензила имеет формулу C ₆ H ₅ CH ₂ • . Бензильный катион или ион фенилкарбения является карбокатионом с формулой C ₆ H ₅ CH+2; бензил-анион или фенилметанид-ион представляет собой карбанион с формулой C ₆ H ₅ CH−2. Ни один из этих видов не может образовываться в значительных количествах в растворе при нормальных условиях, но они являются полезными референтами для обсуждения механизмов реакции и могут существовать как реакционноспособные промежуточные продукты.

Сокращения

Бензил чаще всего сокращается как Bn. Например, бензиловый спирт может быть представлен как BnOH. Менее распространенные сокращения — Bzl и Bz, последнее из которых неоднозначно, поскольку является также 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 связи для 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. Данные, приведенные в таблице ниже, сравнивают прочность бензильной связи C−H с прочностью родственных связей C−H.

Слабость связи C−H отражает стабильность бензильного радикала. По связанным причинам бензильные заместители проявляют повышенную реакционную способность, как при окислении , свободнорадикальном галогенировании или гидрогенолизе . В качестве практического примера, в присутствии подходящих катализаторов, п - ксилол окисляется исключительно в бензильных положениях, давая терефталевую кислоту :

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

Ежегодно этим методом производятся миллионы тонн терефталевой кислоты. ^[4]

Функционализация в бензильном положении

В некоторых случаях эти бензильные превращения происходят в условиях, подходящих для лабораторного синтеза. Реакция Воля-Циглера будет бромировать бензильную связь 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 ) будет селективно окислять 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 удаление требуют относительно жестких условий, поэтому бензил обычно не является предпочтительным для защиты. ^[9]

Защита от алкоголя

Бензил обычно используется в органическом синтезе как надежная защитная группа 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 Ag2O в диметилформамиде ( ДМФА) при температуре от комнатной до повышенной ^[11]
• Первичные спирты могут быть селективно бензилированы в присутствии фенольных функциональных групп с использованием Cu(acac) ₂ ^[12]

Методы снятия защиты

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

• Удален с помощью гидрогенолиза ^[13]

  

• Одноэлектронный процесс _с Na / NH3 _или Li / NH3

• 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 (NIS)

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

Theп-метоксибензильная защитная группа

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

Группа п -метоксибензила

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

    

Методы снятия защиты

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

  

• Условия снятия защиты с бензильной группы применимы для расщепления защитной группы PMB.

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 M HCl и NaBH ₃ CN в метаноле ^[20]

  

Методы снятия защиты

• Гидрирование в присутствии палладиевого катализатора ^[21]

Структура тетрабензилциркония с атомами H, опущенными для ясности. ^[22]

Смотрите также

• Бензиламин

Ссылки

1. Кэри, ФА; Сандберг, Р. Дж. (2008). Advanced Organic Chemistry, Часть A: Структура и механизмы (5-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer. С. 806–808, 312–313. ISBN 9780387448978.
2. Xue, Xiao-Song; Ji, Pengju; Zhou, Biying; Cheng, Jin-Pei (2017). «Важная роль энергетики связей в активации/функционализации C–H». Chemical Reviews . 117 (13): 8622–8648. doi :10.1021/acs.chemrev.6b00664. PMID  28281752.
3. Чжан, Сянь-Мэн; Бордвелл, Фредерик Г. (1992). «Энергии диссоциации гомолитических связей бензильных углерод-водородных связей в радикальных анионах и радикальных катионах, полученных из флуоренов, трифенилметанов и родственных соединений». Журнал Американского химического общества . 114 (25): 9787–9792. doi :10.1021/ja00051a010.
4. Шихан, Ричард Дж. «Терефталевая кислота, диметилтерефталат и изофталевая кислота». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a26_193. ISBN 978-3527306732.
5. C., Vollhardt, K. Peter (2018-01-29). Органическая химия: структура и функция . Schore, Neil Eric, 1948- (8-е изд.). Нью-Йорк. ISBN 9781319079451. OCLC  1007924903.{{cite book}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
6. Чандлер), Норман, ROC (Ричард Освальд (1993). Принципы органического синтеза . Коксон, Дж. М. (Джеймс Моррис), 1941- (3-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264. OCLC  27813843.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
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 (2001-04-01). «Селективное окисление углерода, соседствующего с ароматическими системами, с помощью IBX». Журнал Американского химического общества . 123 (13): 3183–3185. doi :10.1021/ja004218x. ISSN  0002-7863. PMID  11457049.
9. Wuts, Peter GM; Greene, Theodora W. (2006). Защитные группы Грина в органическом синтезе (4-е изд.). Wiley Online Library. doi :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 Хайфте, Люк; Литтл, Р. Дэниел (1985-10-01). «Внутримолекулярные реакции захвата 1,3-диила. Формальный полный синтез (±)-кориолина». Журнал органической химии . 50 (20): 3940–3942. doi :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, Шохей; Сфуггатакис, Крис; Доути, Виктория А.; Беннетт, Клэй С.; Сакамото, Ясухару (2003-03-01). «Полный синтез (+)-Спонгистатина 1. Эффективная конструкция второго поколения усовершенствованной соли Виттига EF, объединение фрагментов и окончательная разработка». Organic Letters . 5 (5): 761–764. doi :10.1021/ol034037a. ISSN  1523-7060. PMID  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, Хироси; Камаике, Казуо; Цутия, Хиромичи (1984-01-01). «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. doi :10.1021/jo00175a010. ISSN  0022-3263.
16. Trost, Barry M.; Waser, Jerome; Meyer, Arndt (2007-11-01). "Полный синтез (−)-псевдолариновой кислоты B". Журнал Американского химического общества . 129 (47): 14556–14557. doi :10.1021/ja076165q. ISSN  0002-7863. PMC 2535803. PMID  17985906 . 
17. Мукаяма, Теруаки; Шиина, Исаму; Ивадаре, Хаято; Сайто, Масахиро; Нисимура, Тошихиро; Окава, Наото; Сако, Хироки; Нисимура, Кодзи; Тани, Ю-итиро (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. Ханессиан, Стивен; Маркотт, Стефан; Мачаалани, Роджер; Хуан, Гобин (2003-11-01). "Полный синтез и структурное подтверждение малаямицина А: новый бициклический C -нуклеозид из Streptomyces malaysiensis". Organic Letters . 5 (23): 4277–4280. doi :10.1021/ol030095k. ISSN  1523-7060. PMID  14601979.
19. Кюне, Мартин Э.; Сюй, Фэн (1993-12-01). «Полный синтез алкалоидов стрихнана и аспидосперматана. 3. Полный синтез (±)-стрихнина». Журнал органической химии . 58 (26): 7490–7497. doi :10.1021/jo00078a030. ISSN  0022-3263.
20. Cain, Christian M.; Cousins, Richard PC; Coumbarides, Greg; Simpkins, Nigel S. (1990-01-01). «Асимметричное депротонирование прохиральных кетонов с использованием хиральных литийамидных оснований». Tetrahedron . 46 (2): 523–544. doi :10.1016/S0040-4020(01)85435-1.
21. Чжоу, Хао; Ляо, Сюэбин; Кук, Джеймс М. (01.01.2004). «Региоспецифический, энантиоспецифический полный синтез 12-алкоксизамещенных индольных алкалоидов, (+)-12-метокси-Na-метилвеллосимина, (+)-12-метоксиаффинизина и (−)-фуксиафолина». Organic Letters . 6 (2): 249–252. doi :10.1021/ol0362212. ISSN  1523-7060. PMID  14723540.
22. Ронг, Йи; Аль-Харби, Ахмед; Паркин, Джерард (2012). «Высокоизменяемые углы связи Zr–CH2–Ph в тетрабензилцирконии: анализ режимов координации бензильного лиганда». Organometallics . 31 (23): 8208–8217. doi :10.1021/om300820b.

Внешние ссылки

• Химический портал
• Цитаты, связанные с группой бензила в Wikiquote