Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Органикалық реакция
Organic reaction
Баеер-Виллигер тотығуы – пероксиқышқылдар немесе пероксидтерді тотықтырғыш ретінде пайдалана отырып, кетоннан эфир немесе циклді кетоннан лактон түзетін органикалық реакция. Бұл карбонил тобын пероксиқышқылдың шабуылына көбірек сезімтал етеді. Соңында, оксокарбений ионының депротондалуы эфирді құрайды. Миграциялық қабілет реті бойынша: үшіншілік > екіншілік > арилдік > біріншілік. Аллильдік топтар бастапқы алкилдік топтарға қарағанда миграцияға бейім, бірақ екіншілік алкилдік топтарға қарағанда аз. Субституттағы электронды тартып алушы топтар миграция жылдамдығын төмендетеді. Осы миграциялық қабілет тенденциясын түсіндіруге екі нұсқау бар. Бір түсіндірме Криги аралық қосылысының ыдырауы кезіндегі өтпелі күйде оң зарядтың жиналуына негізделген (бұл Криги аралық қосылысының карбокатиондық резонанстық құрылымы арқылы көрсетілген). Сондықтан, үшіншілік > екіншілік > біріншілік тенденциясы байқалады. Екінші түсіндірме стереоэлектрондық эффекттер мен стерикалық аргументтерді пайдаланады. Бұрын айтқандай, өтпелі күйде пероксид тобына антиперипланарлы орналасқан субститут миграциялайды.
The Baeyer–Villiger oxidation is an organic reaction that forms an ester from a ketone or a lactone from a cyclic ketone, using peroxyacids or peroxides as the oxidant. This makes the carbonyl group more susceptible to be attacked by the peroxyacid. Finally, deprotonation of the oxocarbenium ion produces the ester. The migratory ability is ranked tertiary > secondary > aryl > primary. Allylic groups are more apt to migrate than primary alkyl groups but less so than secondary alkyl groups. Electron withdrawing groups on the substituent decrease the rate of migration. There are two explanations for this trend in migration ability. One explanation relies on the buildup of positive charge in the transition state for breakdown of the Criegee intermediate (illustrated by the carbocation resonance structure of the Criegee intermediate). Therefore, the tertiary > secondary > primary trend is observed. Another explanation uses stereoelectronic effects and steric arguments. As mentioned, the substituent that is antiperiplanar to the peroxide group in the transition state will migrate.
Тарихи негіздер
1899 жылы Адольф Баер мен Виктор Виллигер қазір Бейер-Виллигер тотығу реакциясы деп аталатын реакцияны алғаш рет көрсетіп, жариялады. Олар камфора, ментон және тетрагидрокарвоннан сәйкес лактондарды жасау үшін пероксимоносюльфо қышқылын қолданды. Байқалған реакция нәтижелерімен сәйкес келетін Бейер-Виллигер тотығуының үш реакция механизмі ұсынылды. Бұл үш реакция механизмін карбонил тобының оттегісіне немесе көміртегіне пероксиқ қышқылдың шабуылдау жолдары деп екіге бөлуге болады. Оттегіге шабуыл екі мүмкін аралық затқа әкелуі мүмкін: Баер мен Виллигер диоксиран аралық затын ұсынды, ал Георг Виттиг пен Густав Пипер диоксиран түзilmейтін пероксид ұсынды.
In 1899, Adolf Baeyer and Victor Villiger first published a demonstration of the reaction that we now know as the Baeyer–Villiger oxidation. They used peroxymonosulfuric acid to make the corresponding lactones from camphor, menthone, and tetrahydrocarvone. There were three suggested reaction mechanisms of the Baeyer–Villiger oxidation that seemed to fit with observed reaction outcomes. These three reaction mechanisms can really be split into two pathways of peroxyacid attack – on either the oxygen or the carbon of the carbonyl group. Attack on oxygen could lead to two possible intermediates: Baeyer and Villiger suggested a dioxirane intermediate, while Georg Wittig and Gustav Pieper suggested a peroxide with no dioxirane formation.
Реактивті заттар
Бейер-Виллигер тотығу реакциясында көптеген пероксиқышқылдар қолданылғанмен, ең көп қолданылатындарының бірі мета-хлоропербензой қышқылы (mCPBA) және трифторацетилпероксиқышқылы (TFPAA) болып табылады. Атап айтқанда, органикалық пероксидтер мен сутек пероксидін қолдану олардың реакцияға бейімділігіне байланысты қосымша жанама реакцияларды тудыруы мүмкін.
Although many different peroxyacids are used for the Baeyer–Villiger oxidation, some of the more common oxidants include meta chloroperbenzoic acid (mCPBA) and trifluoroperacetic acid (TFPAA). In addition, using organic peroxides and hydrogen peroxide tends to generate more side reactivity due to their promiscuity.
Шектеулер
Бейер-Виллигер тотығуын жүзеге асырғанда пероксиқышқылдар мен пероксидтерді қолдану, басқа функционалдық топтардың қажетсіз тотығуына алып келуі мүмкін. Алкендер және аминдер – тотығуға ұшырайтын топтардың бірнеше мысалы. Дегенмен, осы функционалдық топтардың сақталуын қамтамасыз ететін әдістер жасалған.
The use of peroxyacids and peroxides when performing the Baeyer–Villiger oxidation can cause the undesirable oxidation of other functional groups. Alkenes and amines are a few of the groups that can be oxidized. However, methods have been developed that will allow for the tolerance of these functional groups.
Каталитикалық Бейер-Виллигер тотығу
Сутек пероксидін тотықтырғыш ретінде қолдану артықшылықты болар еді, себебі реакцияны экологиялық тұрғыдан таза етеді, өйткені жалғыз қосалқы өнімі су. Сутек пероксидін тотықтырғыш ретінде қолданғанда жоғары селективтілік көрсететін катализаторлардың тағы бір класы – станосиликаттар сияқты қатты Льюис қышқылы катализаторлары. Станносиликаттардың ішінде, әсіресе Sn-бета цеотипі және аморфты Sn MCM-41 үміткер белсенділікті және қажетті өнімге жақын толық селективтілікті көрсетеді.
The use of hydrogen peroxide as an oxidant would be advantageous, making the reaction more environmentally friendly as the sole byproduct is water. Another class of catalysts which show high selectivity with hydrogen peroxide as the oxidant are solid Lewis acid catalysts such as stannosilicates. Among stannosilicates, particularly the zeotype Sn beta and the amorphous Sn MCM 41 show promising activity and close to full selectivity towards the desired product.
Бейер-Виллигердің асимметриялық тотығу процессі
Энантиоселективті Баеер-Виллигер окистендіруін жүзеге асыру үшін органометалл катализаторларын қолдануға талпыныстар жасалған. Бұл химиялық процесті жеңілдету үшін BVMO құрамында флавин аденоин динуклеотид (FAD) кофакторы болады. Катализдік циклда (оң жақтағы суретті қараңыз), жасушалық редокс эквиваленті NADPH алдымен кофакторды тотықсыздандырады, бұл оған кейіннен молекулалық оттегімен әрекеттесуге мүмкіндік береді. Нәтижесінде пайда болатын пероксифлавин субстратты оттегімен қанықтыратын катализдік бірлік болып табылады, ал теориялық зерттеулер реакция химиялық реакцияда байқалғандай, дәл сол Криги аралық күйі арқылы жүреді деп жорамалдайды. Эстер өнімін қалыптастыратын қайта құрылымдану кезеңінен кейін гидроксифлавин қалады, ол өздігінен суды бөліп шығарып, тотыққан флавинге айналады, осылайша катализдік цикл жабылады. BVMO флавин құрамындағы монооксигеназалармен (FMO) тығыз байланысты, бұл ферменттер адам организмінде де кездеседі және цитохром P450 монооксигеназаларымен бірге бауырдың алдыңғы қатардағы метаболикалық детоксикациялық жүйесінде жұмыс істейді. Адамның FMO5 Baeyer Villiger реакциясын катализдеуге қабілетті екені көрсетілді, бұл реакция адам организмінде де жүруі мүмкін екенін көрсетеді. BVMO биокатализатор ретінде, яғни органикалық синтезде қолдану мүмкіндігі үшін кеңінен зерттелді. Көптеген химиялық катализаторлардың қоршаған ортаға тигізетін зиянын ескере отырып, ферменттерді пайдалану экологиялық таза балама ретінде қарастырылады. Оларды үлкен көлемде оңай өндіруге болады, және көптеген BVMO-ның үш өлшемді құрылымы анықталғандықтан, фермент инженериясы термотұрақтылығы мен/немесе реакциялық қабілеті жақсартылған варианттарды жасау үшін қолданылуы мүмкін. Ферменттерді реакция үшін пайдаланудың тағы бір артықшылығы – олардың жиі байқалатын аймақтық және энантиоселективтілігі, ол ферменттің активті ортасындағы катализ кезінде субстраттың бағытының стерикалық бақылауымен байланысты. 1981 жылы Винаяк Кейн мен Дональд Дойл зоапатанол синтезі туралы хабарлады. Олар Бейер-Виллигер окистендіруін лактон жасау үшін қолданды, ол зоапатанол синтезіне әкелген маңызды құрылымдық элемент болды.
There have been attempts to use organometallic catalysts to perform enantioselective Baeyer–Villiger oxidations. To facilitate this chemistry, BVMOs contain a flavin adenine dinucleotide (FAD) cofactor. In the catalytic cycle (see figure on the right), the cellular redox equivalent NADPH first reduces the cofactor, which allows it subsequently to react with molecular oxygen. The resulting peroxyflavin is the catalytic entity oxygenating the substrate, and theoretical studies suggest that the reaction proceeds through the same Criegee intermediate as observed in the chemical reaction. After the rearrangement step forming the ester product, a hydroxyflavin remains, which spontaneously eliminates water to form oxidized flavin, thereby closing the catalytic cycle. BVMOs are closely related to the flavin containing monooxygenases (FMOs), enzymes that also occur in the human body, functioning within the frontline metabolic detoxification system of the liver along the cytochrome P450 monooxygenases. Human FMO5 was in fact shown to be able to catalyse Baeyer Villiger reactions, indicating that the reaction may occur in the human body as well. BVMOs have been widely studied due to their potential as biocatalysts, that is, for an application in organic synthesis. Considering the environmental concerns for most of the chemical catalysts, the use of enzymes is considered a greener alternative. they can be easily produced on a large scale, and because the three dimensional structure of many BVMOs has been determined, enzyme engineering could be applied to produce variants with improved thermostability and/or reactivity. Another advantage of using enzymes for the reaction is their frequently observed regio and enantioselectivity, owed to the steric control of substrate orientation during catalysis within the enzyme's active site. In 1981, Vinayak Kane and Donald Doyle reported a synthesis of zoapatanol. They used the Baeyer–Villiger oxidation to make a lactone that served as a crucial building block that ultimately led to the synthesis of zoapatanol.