Кіріспе

Органикалық реакция

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.

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.

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.

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.

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.

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.