واکنش ویتیگ – مثالها و مکانیسم

دیدگاه‌ خود را بنویسید / / از

واکنش ویتیگ: روشی مفید برای تبدیل آلدئیدها و کتون ها به آلکن

مدتی پیش، ما یاد گرفتیم که چگونه آلکن ها را از طریق اوزونولیز به کربونیل تبدیل کنیم.

اما ما هنوز یاد نگرفته ایم که چگونه در جهت مخالف حرکت کنیم – از کربونیل ها به آلکن ها.

من دوست دارم به گروه‌های عملکردی مانند فرودگاه‌ها و واکنش‌ها مانند پرواز فکر کنم. در هر نقشه واکنشی که می‌خواهید ترسیم کنید، کربونیل‌ها و آلکن‌ها قطب‌های بزرگی هستند. بنابراین فقط دانستن اینکه چگونه از کربونیل ها به آلکن ها بروید، کمی شبیه به رزرو پرواز یک طرفه از نیویورک به شیکاگو است… اما نه بازگشت!

بیایید به این شکاف مهم در جعبه ابزار مصنوعی خود بپردازیم.

 

1. واکنش ویتیگ

در زیر یک واکنش مفید به نام واکنش ویتیگ که به این تحول دست می یابد. این ماده برنده مخترع خود، گئورگ ویتیگ، جایزه نوبل شیمی در سال 1979 (همراه با پدر هیدروبوراسیون، اچ سی براون) شد.

واکنش ویتیگ چیست - خلاصه - تشکیل آلکن از کتونها و آلدئیدها با یلیدهای فسفر

دو جزء این واکنش عبارتند از:

  • یک ترکیب کربونیل (آلدئیدها و کتونها هر دو کار می کنند، اما نه استرها یا آمیدها)
  • یک گونه نسبتاً عجیب و غریب به نام an یلید. (به طور خاص، “لید فسفونیوم”، زیرا یلیدهای نیتروژن و گوگرد نیز وجود دارد).

تعریف فنی یلید گونه ای با بارهای رسمی مخالف در اتم های مجاور است. اگرچه ما یلید را در بالا با پیوند دوگانه بین C و P رسم کردیم، اما شکل تشدید مهمی با بار مثبت روی فسفر و بار منفی روی کربن دارد:

یلید چیست - بارهای مخالف اتم های مجاور

بنابراین کربن این یلید به طرق مختلف به صورت یک رفتار می کند کربنو می تواند به راحتی به عنوان یک هسته دوست عمل کند.

2. مکانیسم واکنش ویتیگ

اگر در بالا به پیوندهایی که در واکنش Wittig تشکیل می‌شوند و شکسته می‌شوند نگاه کنید، خواهید دید که اساساً پیوندهای C=P و C=O را با پیوندهای C=C و O=P عوض می‌کند.

پس چگونه کار می کند؟

نسخه وقایع شرح داده شده در بیشتر کتاب های درسی مقدماتی در زیر آمده است. [In this footnote, I  describe a slightly modified account of the mechanism that is generally more accurate. ]

ما قبلاً نمونه های زیادی را دیده ایم که چگونه کربن های کربونیل الکتروفیل های عالی هستند. واکنش با هسته دوست ها مانند معرف های گریگنارد، هیدریدهای فلزی، ارگانولیتیوم ها و بسیاری از گونه های دیگر. [e.g. The Simple 2-Step Pattern For 7 Reactions of Aldehydes and Ketones]

بنابراین می توان اولین مرحله واکنش ویتیگ را حمله کربن یلید هسته دوست به کربن کربونیل الکتروفیل تصور کرد که یک گونه با بار منفی اکسیژن و بار مثبت در فسفر فراهم می کند. این “افزودن” کلاسیک است (گاهی اوقات “1،2-اضافه” نامیده می شود) مکانیسم به کربونیل ها.

پس مرحله دوم Wittig حمله اکسیژن حاصله به فسفر است که یک حلقه 4 عضوی ایجاد می کند. [Cocktail-party worthy fun fact: this is called an oxaphosphetane ]

حلقه 4 عضوی بسیار کوتاه است و به سرعت از طریق فرآیندی به نام a خراب می شود معکوس [2+2] cycloadditionبرای ارائه محصولات نهایی: یک اکسید فسفین (در این مورد “اکسید تری فنیل فسفین”) و آلکن جدید.

مکانیسم حمله واکنش یلیدی حمله یلید به کربونیل حمله اکسیژن به سیکلودافزودن معکوس فسفر

[In many cases, step 1 and step 2 essentially happen simultaneously, but this mechanism is fine for our purposes. ]

اگرچه مثال بالا نسبتاً ساده است، واکنش Wittig را می توان به آسانی به شرکای واکنش پیچیده تر گسترش داد، همانطور که در زیر خواهیم دید. با این حال، قبل از اینکه به آن بپردازیم، ممکن است چند لحظه برای یک انحراف کوتاه ارزش داشته باشد.

3. Ylides چگونه ساخته می شوند؟ پرایمر سریع

یلیدها ممکن است کمی عجیب به نظر برسند، اما سنتز آنها در واقع کاملاً ساده است و شامل هیچ شیمی ناآشنا نیست. آنها معمولاً فقط از طریق دو واکنش آشنا ساخته می شوند: واکنش جایگزینی هسته دوست (Sن2) به دنبال آن یک واکنش اسید-باز.

ما با درمان یک آلکیل هالید شروع می کنیم (یک گروه عملکردی دیگر در قیاس فرودگاه ما) با تری فنیل فسفین نوکلئوفیل عالی (PPh3) که گروه ترک را جابجا می کند (از طریق Sن2) دادن نمک فسفونیوم.

[When planning a Wittig, it’s generally best to use a primary alkyl halide (or alkyl sulfonate) here, as secondary alkyl halides don’t work as well. ]

تشکیل مکانیسم یلید مرحله 1 واکنش sn2 بین pph3 و آلکیل برومید

پیوند CH در مجاورت فسفر نسبتاً اسیدی است [Note 2] و می توان با پایه قوی پروتون زدایی کرد تا یلید نشان داده شده بدست آید. یک پایه رایج برای استفاده، به راحتی در دسترس است n– بوتیلیتیم (n-BuLi). سدیم آمید (NaNH2) نیز قابل استفاده است.

تشکیل مکانیسم یلید مرحله 2 پروتون زدایی فسفونیوم با پایه قوی بوتیلیتیم

سپس یلید حاصل آماده استفاده است. نیازی به جداسازی آن نیست – فقط یک آلدهید یا کتون اضافه کنید و واکنش باید به خوبی ادامه یابد.

4. چند نمونه از واکنش ویتیگ

به عنوان مثال، در اینجا یلید بالا در واکنش Wittig با سیکلوهگزانون آمده است:

نمونه ای از واکنش ویتیگ سیکلوهگزانون

Wittig می تواند برای تبدیل طیف گسترده ای از کتون ها و آلدئیدها به آلکن ها استفاده شود. [click for an image with yet more examples]

حتی می توان از آن برای تشکیل حلقه استفاده کرد. در اینجا، ما یک پیوند دوگانه بین C-1 و C-6 ایجاد می کنیم:

نمونه ای از واکنش ویتیگ درون مولکولی که یک حلقه جدید را تشکیل می دهد

5. خلاصه: واکنش ویتیگ

به طور خلاصه، Wittig به چند دلیل یک واکنش بسیار مهم است:

  1. این یک واکنش تشکیل پیوند کربن-کربن است که امکان گسترش زنجیره کربن را فراهم می کند
  2. اجزاء (کربونیل ها و یلیدها) به راحتی در دسترس هستند و/یا به راحتی از پیش سازهای به راحتی در دسترس سنتز می شوند.
  3. آلکن‌های به‌دست‌آمده را می‌توان به طیف گسترده‌ای از گروه‌های عاملی تبدیل کرد – تعداد زیادی از آنها در اینجا فهرست نمی‌شوند، اما برای الهام گرفتن، این نقشه واکنش آلکن‌ها را بررسی کنید.

در اینجا یک مثال سریع در سنتز وجود دارد: گسترش زنجیره کربن و ترکیب یک الکل در انتها، از طريق هیدروبوراسیون

نمونه ای از واکنش ویتیگ در سنتز ساده یک الکل

برای بسیاری از دانش آموزان، این تنها چیزی است که در حال حاضر باید در مورد Wittig بدانید. برای کسانی که به طور سیری ناپذیر کنجکاو هستند که وقتی از چند مثال ساده فراتر می رویم چه چیزی ممکن است اشتباه پیش بیاید… ادامه مطلب را بخوانید.

6. (پیشرفته) وقتی استریوشیمی سر زشت خود را بالا می برد

مثال‌های بالا به شدت از هر موقعیتی که در آن مخلوطی از آلکن‌های E و Z می‌توان به دست آورد، اجتناب کرد.

وقتی سعی می کنیم یک آلدهید (یا کتون نامتقارن) را با یک یلید نامتقارن ترکیب کنیم چه اتفاقی می افتد؟

ما در اینجا خیلی عمیق به موضوع استریوشیمی نمی پردازیم، اما برای واکنش آلدئید متوسط ​​شما با متوسط ​​یلید تهیه شده توسط روش های بالا، استریوایزومر اصلی آلکن تمایل دارد ز. [note 4]

استریوشیمی واکنش ویتیگ به نفع z نسبت به e است

نسبت از ز با افزودن گروه های الکترون گیر به یلید، ایزومر کاهش می یابد. به این گونه‌ها «یلیدهای تثبیت‌شده» می‌گویند، زیرا کمتر اساسی هستند (و کمتر واکنش‌پذیر هستند).

یلیدهای تثبیت شده با گروه های الکترون خارج کننده تمایل دارند که محصولات e را بیش از z ارائه دهند

این به اندازه کافی ساده است و احتمالاً برای اکثر اهداف کافی است. ما در اینجا وقت نداریم که وارد واکنش عالی هورنر-امونز-وادزورث شویم که شباهت های زیادی به Wittig دارد و بسیار عالی است. E:Z گزینش پذیری

برای مجموعه ای عالی از یادداشت ها در مورد برخی از جنبه های پیشرفته تر ویتیگ و واکنش های مرتبط، به این جزوه ها از دوره پیشرفته شیمی آلی اندرو مایرز (CHEM 215) در هاروارد مراجعه کنید.

یادداشت

توجه 1. ما مکانیسم را نشان داده ایم که در یک فرآیند گام به گام اتفاق می افتد، اما مطالعه دقیق مکانیسم Wittig [see here] قویاً نشان می دهد که عمدتاً از طریق الف [2+2] cycloaddition به دنبال آن معکوس [2+2] cycloaddition

آنقدرها هم که به نظر می رسد پیچیده نیست. دنبال کردن چهره های مرکزی در این رقص مربع ایده اصلی را به شما می دهد:

از طریق GIPHY

[adapted from the original on youtube: also invoked to to explain the Chauvin mechanism of olefin metathesis]

در اینجا به نظر می رسد. توجه داشته باشید که به جای یک مرحله اضافه اولیه (که منجر به یک بتائین می شود)، حلقه چهار عضوی مستقیماً تشکیل می شود. مرحله دوم ( معکوس [2+2] cycloaddition) نیز همینطور است.

مکانیسم ویتیگ که 2+2 سیکلودافزودن و به دنبال آن چرخه گردانی 2+2 را نشان می دهد

نکته 2. بتائین نامیده می شود.

نکته 3. جدول pKa Evans یک pKa برای Ph می دهد3P–CH3 از 22 (در DMSO)، که آن را اسیدی تر از یک آلکین پایانی می کند. توجه داشته باشید که PPh3 انتخاب خوبی است زیرا هیچ کربن اسیدی بالقوه در مجاورت فسفر ندارد. اگر از P(CH استفاده کنیم3)3 به عنوان مثال، به عنوان هسته دوست، سپس با استفاده از n-BuLi در بسیاری از موارد می تواند منجر به مخلوطی از یلیدها شود. ما آن را نمی خواهیم! [Nor, for most purposes, do we want P(CH3)3, which is among the more foul-smelling and toxic liquids you will ever encounter in a chemistry lab, but I digress…. ]

نکته 4. بسیار جالب توجه است که هویت پایه بسیار مهم است: استفاده از یک پایه لیتیومی مانند n-BuLi (و یدید لیتیوم اضافه شده) باعث ایجاد مخلوطی از محصولات با نسبت Z:E 58:42 می شود. در حالی که بازهای سدیم مقدار بیشتری را می دهند ز. در حضور نمک های لیتیوم اضافه شده، این احتمال وجود دارد که یک بتائین واسطه باشد است در حال حاضر، و تعادل بیشتری بین مواد اولیه و اگزافسفتان میانی وجود دارد.

 

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

  1. Über Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien (I. Mitteil.
    گئورگ ویتگ، اولریش شولکوپف بر. 1954 87 (9)، 13318
    DOI: 10.1002/cber.19540870919
  2. Über Triphenyl-phosphinmethylene als olefinbildende Reagenzien (II. Mitteil.1))
    گئورگ ویتگ، ورنر هاگ بر.1955، 88 (11)، 1654
    DOI: 10.1002/cber.19550881110
    دو مقاله اول توسط پروفسور گئورگ ویتیگ برنده جایزه نوبل در مورد واکنش اولفیناسیون جدید بر اساس یلیدهای فسفونیوم.
  3. از Diyls به Ylides تا My Idyll
    گئورگ ویتگ علوم پایه 1980، 210 (4470)، 600
    DOI: 1126/science.210.4470.600
    سخنرانی نوبل پروفسور ویتگ، که در آن او در مورد چگونگی کشف یلیدهای فسفونیوم برای اولین بار در حین تلاش برای سنتز ترکیبات نیتروژن پنج ظرفیتی و همچنین منشاء اصطلاح “ایلید” صحبت می کند.
  4. متیلن سیکلهگزان
    جورج ویتیگ و یو. شولکوپف
    سازمان مصنوعی. 1960، 40، 66
    DOI: 10.15227/orgsyn.040.0066
    روش تکرارپذیر و آزمایش شده برای متیلیداسیون با یلیدهای فسفونیوم گزارش شده توسط برنده جایزه نوبل پروفسور G. Wittig.
  5. اثرات حلال غیرمعمول در واکنش ویتیگ برخی کتون ها که نشان دهنده انتقال اولیه یک الکترون است.
    جورج A. Olah و VV کریشنامورتی
    مجله انجمن شیمی آمریکا 1982، 104 (14)، 3987-3990
    DOI: 1021/ja00378a035
    این مقاله، به طور غیرمعمول از پروفسور جورج اولاه، برنده جایزه نوبل، نشان می‌دهد که کاهش انتقال تک‌الکترونی می‌تواند هنگام واکنش کتون‌های دارای مانع فضایی (مانند 2-آدامانتانون) با یلیدهای فسفونیوم حجیم انجام شود.
  6. واکنش پذیری و گزینش پذیری در واکنش ویتیگ: یک مطالعه محاسباتی
    رافائل روبیت، جفری ریچاردسون، واریندر کی. آگاروال، و جرمی ان. هاروی
    مجله انجمن شیمی آمریکا 2006 128 (7)، 2394-2409
    DOI: 1021/ja056650q
    بررسی محاسباتی واکنش ویتیگ که سعی در توضیح استریوشیمی محصولات (تولید یلیدهای ناپایدار ز-آلکن ها و یلیدهای تثبیت شده می دهند E-آلکن ها).

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

تمامی حقوق برای سایت اسید فرمیک دات آی ار محفوظ است 

خرید مونومر وینیل استات