Михаэлис-Арбузов реакциясы: химиялық маңызы мен қолданылуы
Michaelis–Arbuzov reaction
Арбузов реакциясы: фосфор эстерлері мен алкил галидтерінің өзара әрекеттесуі. Фосфонаттар, фосфинаттар, фосфин оксидтерін синтездеуге қолданылады. Химиялық реакция.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Михаэлис-Арбузов реакциясы (сондай-ақ Арбузов реакциясы деп аталады) – үш валентті фосфор эфирінің алкил галогенидімен химиялық реакциясы, нәтижесінде бес валентті фосфор қосылысы және тағы бір алкил галогенид түзіледі. Төмендегі сурет Арбузов реакциясына түсетін ең көп таралған субстраттардың түрлерін көрсетеді; фосфит эфирлері (1) фосфонаттарды (2) түзсе, фосфониттер (3) фосфинаттарды (4), ал фосфиниттер (5) фосфин оксидтерін (6) түзетін болады. Реакцияны 1898 жылы Август Михаэлис ашқан, ал одан кейін Александр Арбузов оны жан-жақты зерттеген. Бұл реакция әртүрлі фосфонаттар, фосфинаттар және фосфин оксидтерін синтездеу үшін кеңінен қолданылады. Бірнеше шолулар жарияланған. Реакция координацияланған фосфит лигандтары үшін де жүреді, мысалы, {(C5H5)Co[(CH3O)3P]3}2+ деметилденуі нәтижесінде {(C5H5)Co[(CH3O)2PO]3}− қосылысы түзіледі, бұл Клауи лиганды деп аталады.
The Michaelis–Arbuzov reaction (also called the Arbuzov reaction) is the chemical reaction of a trivalent phosphorus ester with an alkyl halide to form a pentavalent phosphorus species and another alkyl halide. The picture below shows the most common types of substrates undergoing the Arbuzov reaction; phosphite esters (1) react to form phosphonates (2), phosphonites (3) react to form phosphinates (4) and phosphinites (5) react to form phosphine oxides (6). The reaction was discovered by August Michaelis in 1898, and greatly explored by Aleksandr Arbuzov soon thereafter. This reaction is widely used for the synthesis of various phosphonates, phosphinates, and phosphine oxides. Several reviews have been published. The reaction also occurs for coordinated phosphite ligands, as illustrated by the demethylation of {(C5H5)Co[(CH3O)3P]3}2+ to give {(C5H5)Co[(CH3O)2PO]3}−, which is called the Klaui ligand.
Реакция механизмі
Михаэлис-Арбузов реакциясы нуклеофилді фосфор қосылысының (1 – фосфит) электрофилді алкил галоидқа (2) SN2 шабуылымен басталады, нәтижесінде фосфоний тұзы аралық өнім ретінде түзіледі (3). Бұл аралық өнімдер кейде оқшаулануға жеткілікті тұрақты болады, мысалы, триарил фосфиттері, олар аралық өнімнің (200 °C) температурасында ыдырауысыз немесе спирттермен немесе сілтілермен әрекеттеспей фосфонат түзбейді. Содан кейін ығыстырылған галоид анионы R1 көміртектерінің бірінде тағы бір SN2 реакциясы арқылы реакцияға түсіп, оттегі атомын ығыстырып, қажетті фосфонатты (4) және тағы бір алкил галоидты (5) береді. Бұл гиральды R1 топтарының галоид анионы шабуылдаған көміртек орталығында конфигурациясының инверсияланатыны байқау арқылы расталды. Бұл SN2 реакциясынан күтілетін нәтиже. SN1 реакциясына ұқсас карбокатиондық деалкилдеу механизміне де дәлелдер бар, онда R1 тобы бастапқыда фосфоний тұзынан ажыратылып, содан кейін анион шабуыл жасайды. β-кетофосфонаттарды алудың басқа да әдістері әзірленген. Тrivalent фосфор қосылыстарының алкил фторидтерімен реакциясы ерекше. Осы реактивтіліктің бір мысалы төменде көрсетілген.
The Michaelis–Arbuzov reaction is initiated with the SN2 attack of the nucleophilic phosphorus species (1 A phosphite) with the electrophilic alkyl halide (2) to give a phosphonium salt as an intermediate (3). These intermediates are occasionally stable enough to be isolated, such as for triaryl phosphites which do not react to form the phosphonate without thermal cleavage of the intermediate (200 °C), or cleavage by alcohols or bases. The displaced halide anion then usually reacts via another SN2 reaction on one of the R1 carbons, displacing the oxygen atom to give the desired phosphonate (4) and another alkyl halide (5). This has been supported by the observation that chiral R1 groups experience inversion of configuration at the carbon center attacked by the halide anion. This is what is expected of an SN2 reaction. Evidence also exists for a carbocation based mechanism of dealkylation similar to an SN1 reaction, where the R1 group initially dissociates from the phosphonium salt followed by attack of the anion. Other methods of producing β ketophosphonates have been developed. The reaction of trivalent phosphorus compounds with alkyl fluorides is abnormal. One example of this reactivity is shown below.
Фосфор реакциясына әсер ететін зат
Үш валентті фосфор реагентінің жалпы түрін былай қарастыруға болады: АБП ОР, мұнда А және В әдетте алкил, алкокси немесе арилокси топтары болып табылады. Электронды қабылдағыш топтар реакция жылдамдығын төмендетсе, электронды донорлық топтар жылдамдықты арттырады. Бұл, фосфор реагентінің алкил галогенидіне бастапқы шабуылы реакцияның жылдамдығын шектейтін қадам екендігімен сәйкес келеді. R тобы алифалық болғанда реакция тегіс жүреді. Егер А, В және R-дің барлығы арил топтары болса, тұрақты фосфоний тұзы түзіледі және реакция қалыпты жағдайда тоқтатылады. Алкогольдердің қатысуымен жоғары температураға қыздырғанда изомерлену өнімі алынады. Циклдік фосфиттер көбінесе циклдік емес ОР тобын шығарып тастайды, бірақ соңғы циклдік өнімді алу үшін 5 мүшелі цикл үшін қосымша қыздыру қажет болуы мүмкін. Фосфит тұздары (мысалы: R = Na) тиісті Na галогениді тұзының түзілуімен реакцияға түседі. Амидофосфиттер және силилоксифосфиттер бұрын амидофосфонаттар мен фосфин қышқылдарын алу үшін қолданылған. Арбузов типіндегі қайта құрылымдану ОР тобындағы О атомы, фосфордың алғашқы SN2 шабуылында шығатын топ ретінде әрекет ете алады. Бұл тек А және В Cl болғанда ғана мүмкін. Фосфит эфирлері – бұл реакцияда қолданылатын ең аз реактивті класс. Олар фосфонаттарды түзу үшін реакцияға түседі. Реакция жүруі үшін оларға ең көп қыздыру қажет (120 °C – 160 °C жиі кездеседі). Бұл жоғары температурада түзілген алкил галогенидіні фракциялық дистилляция арқылы бөліп алуға мүмкіндік береді, бірақ бастапқы алкил галогенидінің артық мөлшерін де қолдануға болады. Бұл реакция үшін көбінесе еріткіштер қолданылмайды, бірақ оларды қолдану селективтілікті арттыруға мүмкіндік беретін жағдайлар бар. Фосфониттер фосфит эфирлеріне қарағанда көбінесе реактивтірек. Олар фосфинаттарды түзу үшін реакцияға түседі. Реакция үшін қыздыру қажет, бірақ эфирдің қышқылға пиролизі жиі кездесетін қосымша реакция болып табылады. Субститутталған фосфониттердің жеткіліксіз болуы осы реагенттің Арбузов реакциясында қолданылуын шектейді. Гидрокси, тиол, карбон қышқылы, біріншілік және екіншілік амин функционалдық топтарын фосфониттермен реакцияда қолдануға болмайды, өйткені олардың барлығы фосфонитпен реакцияға түседі. Фосфиниттер – бұл реакцияда қолданылатын ең реактивті класс. Олар фосфин оксидтерін түзу үшін реакцияға түседі. Реакцияны жүргізу үшін оларға көбінесе аз қыздыру (45 °C) қажет, және алкил галогенидтерінің қатысуы болмаса да өздігінен изомерленеді.
The general form of the trivalent phosphorus reagent can be considered as follows: ABP OR with A and B generally being alkyl, alkoxy or aryloxy groups. Electron withdrawing groups are known to slow down the rate of the reaction, with electron donating groups increasing the rate of the reaction. This is consistent with initial attack of the phosphorus reagent on the alkyl halide as the rate determining step of the reaction. The reaction proceeds smoothly when the R group is aliphatic. When all of A, B and R are aryl groups, a stable phosphonium salt is formed and the reaction proceeds no further under normal conditions. Heating to higher temperatures in the presence of alcohols has been known to give the isomerization product. Cyclic phosphites generally react to eject the non cyclic OR group, though for some 5 member rings additional heating is required to afford the final cyclic product. Phosphite salts (Ex: R = Na) can also undergo the reaction with precipitation of the corresponding Na halide salt. Amidophosphites and silyloxyphosphites have been used before to yield amidophosphonates and phosphinic acids. An Arbuzov type rearrangement can also occur where the O from an OR group acts as the leaving group in the initial SN2 attack of the phosphorus. This is only known to occur when A and B are Cl. Phosphite esters are the least reactive class of reagents used in this reaction. They react to produce phosphonates. They require the most heating for the reaction to occur (120 °C 160 °C is common). This high temperature allows for fractional distillation to be employed in the removal of the alkyl halide produced, though excess of the starting alkyl halide can also be used. Solvents are often not used for this reaction, though there is precedent for the improvement of selectivity with its usage. Phosphonites are generally more reactive than phosphite esters. They react to produce phosphinates. Heating is also required for the reaction, but pyrolysis of the ester to an acid is a common side reaction. The poor availability of substituted phosphonites limits the usage of this class of reagent in the Arbuzov reaction. Hydroxy, thiol, carboxylic acid, primary and secondary amine functional groups cannot be used with phosphonites in the reaction as they all react with the phosphonite. Phosphinites are the most reactive class of reagents used in this reaction. They react to produce phosphine oxides. They often require very little heating (45 °C) for the reaction to occur and have been known to self isomerize without the presence of alkyl halides.