Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Реакция Михаэлиса–Арбузова (также называемая реакцией Арбузова) — это химическая реакция тривалентного фосфорного эфира с алкилгалогенидом с образованием соединения фосфора с пятивалентным фосфором и другого алкилгалогенида. На рисунке ниже показаны наиболее распространенные типы субстратов, вступающих в реакцию Арбузова: фосфиты (1) реагируют с образованием фосфонатов (2), фосфониты (3) реагируют с образованием фосфинатов (4), а фосфиниты (5) реагируют с образованием оксидов фосфина (6). Реакция была открыта Августом Михаэлисом в 1898 году и вскоре после этого подробно изучена Александром Арбузовым. Эта реакция широко используется для синтеза различных фосфонатов, фосфинатов и оксидов фосфина. Опубликовано несколько обзорных статей. Реакция также протекает для координированных фосфитных лигандов, что иллюстрируется деметилированием {(C5H5)Co[(CH3O)3P]3}2+ с образованием {(C5H5)Co[(CH3O)2PO]3}−, который называется лигандом Клауи.
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.
Механизм реакции
Реакция Михаэлиса — Арбузова инициируется SN2-атакой нуклеофильного фосфорсодержащего соединения (1, фосфита) на электрофильный алкилгалогенид (2) с образованием фосфониевой соли в качестве промежуточного продукта (3). Эти промежуточные продукты иногда достаточно стабильны для выделения, например, триарилфосфиты, которые не реагируют с образованием фосфоната без термического разложения промежуточного продукта (200 °C) или разложения спиртами или основаниями. Затем вытесненный анион галогена обычно реагирует посредством другой SN2-реакции на одном из атомов углерода R1, вытесняя атом кислорода и образуя целевой фосфонат (4) и другой алкилгалогенид (5). Это подтверждается наблюдением того, что хиральные группы R1 испытывают инверсию конфигурации в атоме углерода, подвергшемся атаке анионом галогена, что соответствует SN2-механизму. Также имеются данные о механизме деалкилирования по карбокатионному типу, аналогичном SN1-реакции, где группа R1 сначала диссоциирует от фосфониевой соли, а затем происходит атака анионом. Разработаны и другие методы получения β-кетофосфонатов. Реакция тривалентных соединений фосфора с алкилфторидами протекает аномально. Один из примеров такой реакционной способности приведен ниже.
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.
Фосфорный реагент
Общая форма трехвалентного фосфорного реагента может быть представлена следующим образом: ABP OR, где A и B обычно являются алкильными, алкоксильными или арилоксильными группами. Известно, что электроноакцепторные группы замедляют скорость реакции, а электронодонорные группы – увеличивают. Это согласуется с тем, что начальная атака фосфорного реагента на алкилгалогенид является стадией, определяющей скорость реакции. Реакция протекает плавно, когда группа R является алифатической. Если A, B и R – арильные группы, образуется стабильная соль фосфония, и реакция в нормальных условиях не идет дальше. Нагревание до более высоких температур в присутствии спиртов может приводить к образованию продукта изомеризации. Циклические фосфиты обычно реагируют с отщеплением нециклической группы OR, хотя для некоторых 5-членных циклов требуется дополнительный нагрев для получения конечного циклического продукта. Фосфитные соли (например, R = Na) также могут вступать в реакцию с выпадением соответствующей соли галогенида натрия. Амидофосфиты и силилоксифосфиты ранее использовались для получения амидофосфонатов и фосфиновых кислот. Возможна также перегруппировка типа Арбузова, в которой атом кислорода из группы OR выступает в качестве уходящей группы при начальной SN2-атаке фосфора. Это происходит только в случае, когда A и B – Cl. Фосфитные эфиры – наименее реакционноспособный класс реагентов, используемых в этой реакции. Они реагируют с образованием фосфонатов. Для протекания реакции требуется наибольший нагрев (обычно 120–160 °C). Эта высокая температура позволяет использовать фракционную дистилляцию для удаления образующегося алкилгалогенида, хотя может быть использован и избыток исходного алкилгалогенида. Растворители для этой реакции часто не используют, хотя есть примеры улучшения селективности при их применении. Фосфониты обычно более реакционноспособны, чем фосфитные эфиры. Они реагируют с образованием фосфинатов. Для реакции также требуется нагревание, но пиролизом эфира до кислоты является распространенной побочной реакцией. Ограниченная доступность замещенных фосфонитов ограничивает использование этого класса реагентов в реакции Арбузова. Гидроксильные, тиольные, карбоксильные, первичные и вторичные аминогруппы нельзя использовать с фосфонитами в реакции, поскольку они все реагируют с фосфонитом. Фосфиниты – наиболее реакционноспособный класс реагентов, используемых в этой реакции. Они реагируют с образованием оксидов фосфина. Для протекания реакции часто требуется незначительный нагрев (45 °C), и известно, что они самоизомеризуются даже без присутствия алкилгалогенидов.
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.