Виттіг реакциясы: Альдегидтер мен кетондарды олефиндерге айналдыру механизмі
Wittig reaction
Вигги реакциясы: Альдегидтер мен кетондарды алкендерге айналдыру. Фосфоний илідтерін қолдану, механизмдер, және метилендеу туралы толық ақпарат. Химия.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химиялық біріктіру реакциясы
Chemical coupling reaction
Виттиг реакциясы немесе Виттиг олефинациясы – альдегид немесе кетонның трифенилфосфоний илідімен, Виттиг реагенті деп аталатын химиялық реакция. Виттиг реакциялары ең көп альдегидтер мен кетондарды алкендерге түрлендіру үшін қолданылады. Көбінесе Виттиг реакциясы метилен тобын метилентрифенилфосфоранды (Ph3P=CH2) пайдаланып енгізу үшін қолданылады. Осы реагентті қолдану арқылы тіпті кеңістіктік кедергісі бар камфора сияқты кетонды оның метилен туындысына айналдыруға болады.
The Wittig reaction or Wittig olefination is a chemical reaction of an aldehyde or ketone with a triphenyl phosphonium ylide called a Wittig reagent. Wittig reactions are most commonly used to convert aldehydes and ketones to alkenes. Most often, the Wittig reaction is used to introduce a methylene group using methylenetriphenylphosphorane (Ph3P=CH2). Using this reagent, even a sterically hindered ketone such as camphor can be converted to its methylene derivative.
Реакция механизмі
Механикалық зерттеулер тұрақсыз илидтерге бағытталған, себебі аралық заттарды ЯМР спектроскопиясы арқылы бақылауға болады. Бетаиннің (3a және 3b) болуы және өзара айналуы қазіргі таңдағы зерттеулердің нысаны болып табылады. Литийсіз Виттиг реакциялары үшін жүргізілген зерттеулер бетаиннің қатысуынсыз оксафосфетанның үйлесімді түзілуін қолдайды. Атап айтқанда, фосфоний илидтері 1 карбонилдық қосылыстармен 2 [2+2] циклоаддиция арқылы реакцияға түседі, бұл кейде [π2s+π2a] топологиясымен сипатталады және тікелей 4a және 4b оксафосфетандарын құрайды. Литийсіз жағдайларда 5 өнімінің стереохимиясы карбонил 2-ге 1 илидінің кинетикалық бақылаумен қосылуына байланысты. Литийдің болуы аралық заттардың тепе-теңдігіне әкелуі мүмкін, мүмкін бетаин түрлері 3a және 3b арқылы. Брюс Э. Марианофф және А. Б. Рейц Виттиг аралықтарының тепе-теңдігі мәселесін анықтады және бұл процесті «стереохимиялық ауытқу» деп атады. Көп жылдар бойы Виттиг реакциясының стереохимиясы, көміртекті-көміртекті байланыс түзілуі тұрғысынан алкен өнімдерінің Z/E стереохимиясымен тікелей сәйкес келеді деп есептелді. Дегенмен, кейбір реагенттер осы қарапайым үлгіге сәйкес келмейді. Литий тұздары да стереохимиялық нәтижеге маңызды әсер етеді. Алифалық және ароматикалық альдегидтер үшін, сондай-ақ ароматикалық және алифалық фосфоний илидтері үшін механизмдер әртүрлі. Дәлелдер литий тұздары жоқ жағдайда тізбектелмеген альдегидтердің Виттиг реакциясы тепе-теңдікке жете алмайтынын, сондықтан кинетикалық реакция бақылауында жүретінін көрсетеді. Э. Ведейс тұрақтанған және тұрақтанбаған Виттиг реакцияларының стереоселективтілігін түсіндіру үшін теория ұсынды. Нақты мәліметтер литийсіз жағдайларда тұрақсыз (R1=алкил, H), жартылай тұрақтандырылған (R1=арил) және тұрақтандырылған (R1=EWG) Виттиг реагенттерін қатыстыратын Виттиг реакцияларының кинетикалық бақылауда [2+2]/ретро[2+2] механизмі арқылы жүретінін, ал оксафосфетан – жалғыз аралық зат екенін көрсетеді.
Mechanistic studies have focused on unstabilized ylides, because the intermediates can be followed by NMR spectroscopy. The existence and interconversion of the betaine (3a and 3b) is subject of ongoing research. For lithium free Wittig reactions, studies support a concerted formation of the oxaphosphetane without intervention of a betaine. In particular, phosphonium ylides 1 react with carbonyl compounds 2 via a [2+2] cycloaddition that is sometimes described as having [π2s+π2a] topology to directly form the oxaphosphetanes 4a and 4b. Under lithium free conditions, the stereochemistry of the product 5 is due to the kinetically controlled addition of the ylide 1 to the carbonyl 2. When lithium is present, there may be equilibration of the intermediates, possibly via betaine species 3a and 3b. Bruce E. Maryanoff and A. B. Reitz identified the issue about equilibration of Wittig intermediates and termed the process "stereochemical drift". For many years, the stereochemistry of the Wittig reaction, in terms of carbon carbon bond formation, had been assumed to correspond directly with the Z/E stereochemistry of the alkene products. However, certain reactants do not follow this simple pattern. Lithium salts can also exert a profound effect on the stereochemical outcome. Mechanisms differ for aliphatic and aromatic aldehydes and for aromatic and aliphatic phosphonium ylides. Evidence suggests that the Wittig reaction of unbranched aldehydes under lithium salt free conditions do not equilibrate and are therefore under kinetic reaction control. E. Vedejs has put forth a theory to explain the stereoselectivity of stabilized and unstabilized Wittig reactions. Strong evidence indicated that under Li free conditions, Wittig reactions involving unstabilized (R1= alkyl, H), semistabilized (R1 = aryl), and stabilized (R1 = EWG) Wittig reagents all proceed via a [2+2]/retro [2+2] mechanism under kinetic control, with oxaphosphetane as the one and only intermediate.
Функционалдық топқа төзімділік
Витиг реагенттері, әдетте, OH, OR, нитроарендер, эпоксидтер, кейде эфирлер мен амидтер сияқты әртүрлі функционалдық топтарды қамтитын карбонил қосылыстарын жақсы көтереді. Егер олар йлидпен конъюгацияланған болса, тіпті кетон, альдегид және нитрил топтары да болуы мүмкін – бұл жоғарыда айтылған тұрақтандырылған йлидтер. Екі P=C байланысы бар бисилидтер де жасалып, сәтті қолданылған. Стерикалық кедергісі бар кетондарда мәселе тууы мүмкін, онда реакция баяу жүруі және нашар өнім беруі мүмкін, әсіресе тұрақтандырылған йлидтермен жұмыс істегенде. Мұндай жағдайларда Хорнер-Уодсворт-Эммонс (HWE) реакциясы (фосфонат эфирлерін қолдану) артықшылыққа ие. Альдегидтердің көбінесе тұрақсыз болуы да бір шектеу болып табылады, олар тотығуға, полимерленуге немесе ыдырауға ұшырауы мүмкін. «Тандемдік тотығу» деп аталатын Витиг процесінде альдегид сәйкес спирттің тотығуы арқылы орын басында түзіледі.
The Wittig reagents generally tolerate carbonyl compounds containing several kinds of functional groups such as OH, OR, nitroarenes, epoxides, and sometimes esters and amides. Even ketone, aldehyde, and nitrile groups can be present if conjugated with the ylide — these are the stabilised ylides mentioned above. Bis ylides (containing two P=C bonds) have also been made and used successfully. There can be a problem with sterically hindered ketones, where the reaction may be slow and give poor yields, particularly with stabilized ylides, and in such cases the Horner–Wadsworth–Emmons (HWE) reaction (using phosphonate esters) is preferred. Another reported limitation is the often labile nature of aldehydes, which can oxidize, polymerize or decompose. In a so called tandem oxidation Wittig process the aldehyde is formed in situ by oxidation of the corresponding alcohol.
Стереохимия
Алдегидтермен реакцияда екі байланыстың геометриясы йлидтің табиғатына қарай оңай болжанады. Тұрақталмаған йлидтерде (R3 = алкил) бұл орташа немесе жоғары селективтілікпен (Z) алкен өнімін береді. Егер реакция диметилформамидте литий йодиді немесе натрий йодиді қосылған күйінде жүргізілсе, өнім дерлік толығымен Z изомері болады. Тұрақталған йлидтерде (R3 = эфир немесе кетон) (E) алкен жоғары селективтілікпен түзіледі. Жартылай тұрақталған йлидтерде (R3 = арил) (E)/(Z) селективтілігі көбінесе нашар болады. Тұрақталмаған йлидтер үшін (E) алкен алу үшін Виттиг реакциясының Шлоссер модификациясын қолдануға болады. Юлия олефинациясы және оның түрлері де (E) алкенді таңдап береді. Көбінесе Хорнер-Уодсворт-Эммонс реакциясы Виттиг реакциясы сияқты (E) эноатты (α,β қанықпаған эфирді) береді. (Z) энолат алу үшін Хорнер-Уодсворт-Эммонс реакциясының Стилл-Геннари модификациясын қолдануға болады.
For the reaction with aldehydes, the double bond geometry is readily predicted based on the nature of the ylide. With unstabilised ylides (R3 = alkyl) this results in (Z) alkene product with moderate to high selectivity. If the reaction is performed in dimethylformamide in the presence of lithium iodide or sodium iodide, the product is almost exclusively the Z isomer. With stabilized ylides (R3 = ester or ketone), the (E) alkene is formed with high selectivity. The (E)/(Z) selectivity is often poor with semistabilized ylides (R3 = aryl). To obtain the (E) alkene for unstabilized ylides, the Schlosser modification of the Wittig reaction can be used. Alternatively, the Julia olefination and its variants also provide the (E) alkene selectively. Ordinarily, the Horner–Wadsworth–Emmons reaction provides the (E) enoate (α,β unsaturated ester), just as the Wittig reaction does. To obtain the (Z) enolate, the Still Gennari modification of the Horner Wadsworth Emmons reaction can be used.
Шлозердің өзгеруі
Дәстүрлі Виттиг реакциясының басты кемшілігі – реакцияның негізінен эритробетаин аралық қосылысы арқылы өтуі, нәтижесінде Z алкен пайда болады. Эритробетаинды төмен температурада фениллитий қолдану арқылы трео-бетаинге түрлендіруге болады. Бұл өзгерту E алкенін қамтамасыз етеді. Аллиль спирттерін бетаин илідін екінші альдегидпен реакцияластыру арқылы алуға болады. Мысалы:
The main limitation of the traditional Wittig reaction is that the reaction proceeds mainly via the erythro betaine intermediate, which leads to the Z alkene. The erythro betaine can be converted to the threo betaine using phenyllithium at low temperature. This modification affords the E alkene. Allylic alcohols can be prepared by reaction of the betaine ylide with a second aldehyde. For example:
Мысал
Оның қолданылуының мысалы – лейкотриен А метил эфирін синтездеу. Бірінші қадамда тұрақтандырылған иллид қолданылады, онда карбонил тобы иллидпен конъюгацияланып, өзін-өзі конденсациялануына жол бермейді, бірақ күтпегендей, бұл негізінен цис өнімді береді. Екінші Виттиг реакциясында тұрақтандырылмаған Виттиг реагенті қолданылады және күткендей, бұл да негізінен цис өнімді береді.
An example of its use is in the synthesis of leukotriene A methyl ester. The first step uses a stabilised ylide, where the carbonyl group is conjugated with the ylide preventing self condensation, although unexpectedly this gives mainly the cis product. The second Wittig reaction uses a non stabilised Wittig reagent, and as expected this gives mainly the cis product.
Тарих
Витиг реакциясы 1954 жылы Георг Витиг және оның әріптесі Ульрих Шеллкопфпен хабарланды. Осы үлесі үшін Витиг 1979 жылы химия бойынша Нобель сыйлығымен марапатталды.
The Wittig reaction was reported in 1954 by Georg Wittig and his coworker Ulrich Schöllkopf. In part for this contribution, Wittig was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1979.