N-Бромсукцинимид: свойства, применение и методы получения.
N-Bromosuccinimide
N-бромсукцинимид (NBS): применение в органической химии, получение бромистого радикала (Br•). Купить NBS, синтез NBS в лаборатории – описание и реакция.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Молекула
Molecule
N-Бромосукцинимид, или NBS, — химический реагент, используемый в реакциях радикального замещения, электрофильного присоединения и электрофильного замещения в органической химии. NBS может служить удобным источником Br•, бромильного радикала.
N Bromosuccinimide or NBS is a chemical reagent used in radical substitution, electrophilic addition, and electrophilic substitution reactions in organic chemistry. NBS can be a convenient source of Br•, the bromine radical.
Подготовка
NBS доступен в продаже. Его также можно синтезировать в лаборатории. Для этого к ледяному водному раствору сукцинимида добавляют гидроксид натрия и бром. Продукт NBS выпадает в осадок и может быть собран фильтрацией. Неочищенный NBS дает более высокий выход в реакции Воль-Циглера. В других случаях, примесный NBS (слегка желтоватого цвета) может давать недостоверные результаты. Его можно очистить перекристаллизацией из воды при температуре 90–95 °C (10 г NBS на 100 мл воды).
NBS is commercially available. It can also be synthesized in the laboratory. To do so, sodium hydroxide and bromine are added to an ice water solution of succinimide. The NBS product precipitates and can be collected by filtration. Crude NBS gives better yield in the Wohl–Ziegler reaction. In other cases, impure NBS (slightly yellow in color) may give unreliable results. It can be purified by recrystallization from 90 to 95 °C water (10 g of NBS for 100 mL of water).
Добавление алкенов
NBS реагирует с алкенами 1 в водных растворителях с образованием бромогидринов 2. Предпочтительные условия – порционное добавление NBS к раствору алкена в 50% водном диметилсульфоксиде (DMSO), диметоксиэтане (DME), тетрагидрофуране (THF) или трет-бутаноле при 0 °C. Образование иона бромония и последующее немедленное нуклеофильное присоединение воды приводит к выраженной региоселективности по Марковникову и антистереоселективности. Побочными реакциями являются образование α-бромокетонов и дибромопроизводных. Их можно минимизировать, используя свежеперекристаллизованный NBS. При добавлении нуклеофилов вместо воды возможно синтезировать различные бифункциональные алканы.
NBS will react with alkenes 1 in aqueous solvents to give bromohydrins 2. The preferred conditions are the portionwise addition of NBS to a solution of the alkene in 50% aqueous DMSO, DME, THF, or tert butanol at 0 °C. Formation of a bromonium ion and immediate attack by water gives strong Markovnikov addition and anti stereochemical selectivities. Side reactions include the formation of α bromoketones and dibromo compounds. These can be minimized by the use of freshly recrystallized NBS. With the addition of nucleophiles, instead of water, various bifunctional alkanes can be synthesized.
Бромирование аллиловое и бензиловое
Стандартные условия проведения бромирования с использованием NBS в аллильном и/или бензильном положении включают кипячение с обратным холодильником раствора NBS в безводном CCl4 в присутствии инициатора радикалов – обычно азобизобутиронитрила (AIBN) или бензоилпероксида, облучение или их комбинацию для инициирования радикального процесса. Аллильные и бензильные радикальные интермедиаты, образующиеся в ходе этой реакции, более стабильны, чем другие углеродные радикалы, и основными продуктами являются аллильные и бензильные бромиды. Эта реакция также известна как реакция Воля–Циглера. Тетрахлорид углерода необходимо поддерживать в абсолютно сухом состоянии на протяжении всей реакции, так как присутствие воды может привести к гидролизу целевого продукта. Для поддержания безводных и нейтральных условий часто добавляют карбонат бария. В описанной реакции, хотя теоретически возможна смесь изомерных аллильных бромидов, образуется только один из-за большей стабильности радикала в 4-м положении по сравнению с метилрадикалом.
Standard conditions for using NBS in allylic and/or benzylic bromination involves refluxing a solution of NBS in anhydrous CCl4 with a radical initiator—usually azobisisobutyronitrile (AIBN) or benzoyl peroxide, irradiation, or both to effect radical initiation. The allylic and benzylic radical intermediates formed during this reaction are more stable than other carbon radicals and the major products are allylic and benzylic bromides. This is also called the Wohl–Ziegler reaction. The carbon tetrachloride must be maintained anhydrous throughout the reaction, as the presence of water may likely hydrolyze the desired product. Barium carbonate is often added to maintain anhydrous and acid free conditions. In the above reaction, while a mixture of isomeric allylic bromide products are possible, only one is created due to the greater stability of the 4 position radical over the methyl centered radical.
Бромирование карбонильных производных
NBS может α-бромировать карбонильные производные как по радикальному механизму (как описано выше), так и посредством кислотного катализа. Например, гексаноилхлорид 1 может быть бромирован в α-положении с помощью NBS в условиях кислотного катализа. Реакция энолятов, эноловых эфиров или эноловых ацетатов с NBS является предпочтительным методом α-бромирования, поскольку обеспечивает высокий выход с минимальным образованием побочных продуктов.
NBS can α brominate carbonyl derivatives via either a radical pathway (as above) or via acid catalysis. For example, hexanoyl chloride 1 can be brominated in the alpha position by NBS using acid catalysis. The reaction of enolates, enol ethers, or enol acetates with NBS is the preferred method of α bromination as it is high yielding with few side products.
Бромирование ароматических производных
Богатые электронами ароматические соединения, такие как фенолы, анилины и различные ароматические гетероциклы, могут быть бромированы с помощью NBS. При использовании ДМФА в качестве растворителя достигается высокая пара-селективность.
Electron rich aromatic compounds, such as phenols, anilines, and various aromatic heterocycles, can be brominated using NBS. Using DMF as the solvent gives high levels of para selectivity.
Перестановка Хофмана
NBS в присутствии сильного основания, например DBU, реагирует с первичными амидами с образованием карбамата посредством перегруппировки Гофмана.
NBS, in the presence of a strong base, such as DBU, reacts with primary amides to produce a carbamate via the Hofmann rearrangement.
Селективное окисление спиртов
Это необычно, но возможно, что NBS окисляет спирты. E. J. Corey и соавторы обнаружили, что NBS в водном диметоксиэтане (DME) позволяет селективно окислять вторичные спирты в присутствии первичных.
It is uncommon, but possible for NBS to oxidize alcohols. E. J. Corey et al. found that one can selectively oxidize secondary alcohols in the presence of primary alcohols using NBS in aqueous dimethoxyethane (DME).
Окислительная декарбоксиляция α-аминокислот
NBS электрофильно бромирует амин, за которым следует декарбоксилирование и высвобождение имина. Последующий гидролиз приведет к образованию альдегида и аммиака. (ср. декарбоксилирование, зависящее от ПЛП, без окисления)
NBS electrophilically brominates the amine, which is followed by decarboxylation and release of an imine. Further hydrolysis will yield an aldehyde and ammonia. (cf. non oxidative PLP dependent decarboxylation)
Меры предосторожности
Хотя NBS проще и безопаснее в обращении, чем бром, необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать вдыхания. NBS следует хранить в холодильнике. Со временем NBS разлагается с выделением брома. Чистый NBS имеет белый цвет, но часто бывает слегка окрашен в бежевый или коричневый из-за примеси брома. Как правило, реакции с участием NBS являются экзотермическими. Поэтому при работе с большими количествами следует проявлять особую осторожность.
Although NBS is easier and safer to handle than bromine, precautions should be taken to avoid inhalation. NBS should be stored in a refrigerator. NBS will decompose over time giving off bromine. Pure NBS is white, but it is often found to be off white or brown colored by bromine. In general, reactions involving NBS are exothermic. Therefore, extra precautions should be taken when using on a large scale.