Přeskočit na obsah

Wittigova reakce: Porovnání verzí

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Interaktivně procházet historii
← Přejít na předchozí porovnáníPřejít na další porovnání →
Smazaný obsah Přidaný obsah
VizuálníWikitext
pokračování
pokračování
Řádek 24: Řádek 24:
Ve satudiích zabývajících se mechanismem Wittigovy reakce se zkoumají převážně reakce s nestabilizovanými ylidy, protože jejich meziprodukty lze snadno identifikovat pomocí [[spektroskopie nukleární magnetické rezonance|spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR spektroskopie)]]. Existence a vzájemné přeměny betainů ('''3a''' a '''3b''') jsou stále předmětem výzkumu.
Ve satudiích zabývajících se mechanismem Wittigovy reakce se zkoumají převážně reakce s nestabilizovanými ylidy, protože jejich meziprodukty lze snadno identifikovat pomocí [[spektroskopie nukleární magnetické rezonance|spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR spektroskopie)]]. Existence a vzájemné přeměny betainů ('''3a''' a '''3b''') jsou stále předmětem výzkumu.


<ref>{{Citace periodika | autor1 = E. Vedejs | autor2 = C. F. Marth | titul = Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates | periodikum = [[Journal of the American Chemical Society]] | rok vydání = 1990 | strany = 3905–3909 | DOI = 10.1021/ja00166a026}}</ref> Při Wittigových reakcích prováděných bez použití lithia podle většiny studií vzniká oxafosfetan bez vlivu betainu. Fosfoniumylid '''1''' se přímo přeměňuje reakcí s&nbsp;karbonylovou sloučeninou '''2''' v&nbsp;'''2'''&nbsp;[[cykloadice|cykloadici]] oxafosfetany '''4a''' a '''4b''', aniž by se vytvářel betain. Stereochemii produktu ovlivňuje hlavně jineticky řízemná adice ylidu '''1''' na karbonylovou sloučeninu '''2'''. Za přítomnosti lithia dojde k&nbsp;vytvoření rovnováhy meziproduktů, přičemž reakce pravděpodobně probíhá přes betainové meziprodukty '''3a''' a '''3b'''.<ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, and H. R. Almond, Jr., "Detailed Rate Studies on the Wittig Reaction of Non-Stabilized Phosphorus Ylides via <sup>31</sup>P, <sup>1</sup>H, and <sup>13</sup>C NMR Spectroscopy. Insight into Kinetic vs. Thermodynamic Control of Stereochemistry", J. Am. Chem. Soc., '''107''', 1068–1070 (1985)</ref><ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, D. W. Graden, and H. R. Almond, Jr., "NMR Rate Study on the Wittig Reaction of 2,2-Dimethylpropanal and Tributylbutylidene-phosphorane", Tetrahedron Lett., '''30''', 1361–1364 (1989)</ref><ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, H. R. Almond, Jr., R. R. Whittle, and R. A. Olofson, "Stereochemistry and Mechanism of the Wittig Reaction. Diastereomeric Reaction Intermediates and Analysis of the Reaction Course", J. Am. Chem. Soc., '''108''', 7664–7678 (1986)</ref> Dlouho se předpokládalo, že stereochemie Wittigovy reakce, s&nbsp;ohledem na vznik vazby uhlík-uhlík, má přímou souvislost se Z/E stereochemií produktu; u některých reaktantů to ovšem neplatí. Tuto odchylku mohou způsobovat také lithné soli.<ref>A. B. Reitz, S. O. Nortey, A. D. Jordan, Jr., M. S. Mutter, and Bruce E. Maryanoff, "Dramatic Concentration Dependence of Stereochemistry in the Wittig Reaction. Examination of the Lithium-Salt Effect", J. Org. Chem., '''51''', 3302–3308 (1986)</ref>
<ref>{{Citace periodika | autor1 = E. Vedejs | autor2 = C. F. Marth | titul = Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates | periodikum = [[Journal of the American Chemical Society]] | rok vydání = 1990 | strany = 3905–3909 | DOI = 10.1021/ja00166a026}}</ref> Při Wittigových reakcích prováděných bez použití lithia podle většiny studií vzniká oxafosfetan bez vlivu betainu. Fosfoniumylid '''1''' se přímo přeměňuje reakcí s&nbsp;karbonylovou sloučeninou '''2''' v&nbsp;'''2'''&nbsp;[[cykloadice|cykloadici]] oxafosfetany '''4a''' a '''4b''', aniž by se vytvářel betain. Stereochemii produktu ovlivňuje hlavně kineticky řízená adice ylidu '''1''' na karbonylovou sloučeninu '''2'''. Za přítomnosti lithia dojde k&nbsp;vytvoření rovnováhy meziproduktů, přičemž reakce pravděpodobně probíhá přes betainové meziprodukty '''3a''' a '''3b'''.<ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, and H. R. Almond, Jr., "Detailed Rate Studies on the Wittig Reaction of Non-Stabilized Phosphorus Ylides via <sup>31</sup>P, <sup>1</sup>H, and <sup>13</sup>C NMR Spectroscopy. Insight into Kinetic vs. Thermodynamic Control of Stereochemistry", J. Am. Chem. Soc., '''107''', 1068–1070 (1985)</ref><ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, D. W. Graden, and H. R. Almond, Jr., "NMR Rate Study on the Wittig Reaction of 2,2-Dimethylpropanal and Tributylbutylidene-phosphorane", Tetrahedron Lett., '''30''', 1361–1364 (1989)</ref><ref>[[Bruce E. Maryanoff]], A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, H. R. Almond, Jr., R. R. Whittle, and R. A. Olofson, "Stereochemistry and Mechanism of the Wittig Reaction. Diastereomeric Reaction Intermediates and Analysis of the Reaction Course", J. Am. Chem. Soc., '''108''', 7664–7678 (1986)</ref> Dlouho se předpokládalo, že stereochemie Wittigovy reakce, s&nbsp;ohledem na vznik vazby uhlík-uhlík, má přímou souvislost se Z/E stereochemií produktu; u některých reaktantů to ovšem neplatí. Tuto odchylku mohou způsobovat také lithné soli.<ref>A. B. Reitz, S. O. Nortey, A. D. Jordan, Jr., M. S. Mutter, and Bruce E. Maryanoff, "Dramatic Concentration Dependence of Stereochemistry in the Wittig Reaction. Examination of the Lithium-Salt Effect", J. Org. Chem., '''51''', 3302–3308 (1986)</ref>

Přesná podoba mechanismu závisí na tom, zda se použije [[alifatická sloučenina|alifatický]] nebo [[aromaticita|aromatický]] aldehyd a alifatický či aromatický fosfoniumylid. Wittigovqa reakce nerozvětvených aldehydů prováděná za přítomnosti lithných solí nevede k&nbsp;vytvoření rovnováhy a reakce je tak řízená kineticky.<ref>{{Citace periodika | autor1 = E. Vedejs | autor2 = C. F. Marth | autor3 = R. Ruggeri | titul = Substituent effects and the Wittig mechanism: the case of stereospecific oxaphosphetane decomposition | periodikum = [[Journal of the American Chemical Society]] | rok vydání = 1988 | strany = 3940–3948 | DOI = 10.1021/ja00220a036}}</ref><ref>{{Citace periodika | autor1 = E. Vedejs | autor2 = C. F. Marth | titul = Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents at phosphorus | periodikum = Journal of the American Chemical Society | rok vydání = 1988 | strany = 3948–3958 | DOI = 10.1021/ja00220a037}}</ref> E. Vedejs vytvořil teorii vysvětlující stereoselektivitu stabilizovaných a nestabilizovaných Wittigových reakcí.<ref>Vedejs, E.; Peterson, M. J. ''Top. Stereochem.'' '''1994''', ''21'', 1.</ref>

V&nbsp;roce 2013 bylo zjištěno, že za nepřítomnosti lithných solí probíhají pravděpodobně všechny reakce nestabilizovaných (R<sub>1</sub> = alkyl, H), částečně stabilizovaných(R<sub>1</sub> = aryl) a stabilizovaných (R<sub>1</sub> je skupina odtahující elektrony) Wittigových reaktantů [2+2]/retro-[2+2] mechanismem jako kineticky řízené reakce, při kterých je oxafosfetan jediným meziproduktem.<ref>{{Citace periodika | autor1 = Peter A. Byrne | autor2 = Declan G. Gilheany | titul = Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents at phosphorus | periodikum = [[Chemical Society Reviews]] | rok vydání = 2013 | strany = 6670 | issn = 0306-0012 | DOI = 10.1039/c3cs60105f}}</ref>

== Reaktanty ==

=== Příprava fosfoniumylidů ===
Fosfoniumylidy se obvykle připravují z&nbsp;[[fosfonium|fosfoniových solí]], které se získávají reakcí [[trifenylfosfin]]u s&nbsp;[[alkylhalogenidy]]. Alkylfosfoniové soli se následně deprotonují pomocí silné zásady jako je [[butyllithium|''N''-butyllithium]]:

:[(C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P<sup>+</sup>CH<sub>2</sub>R]X<sup>−</sup> + C<sub>4</sub>H<sub>9</sub>Li → (C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P=CHR + LiX + C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>

Lze použít také [[terc-butoxid draselný|''terc''-butoxid draselný]], lithné sodné a draselné [[hexamethyldisilazid]]y (LiHMDS, NaHMDS, KHDMS, kde HDMS = N(Si(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>)<sub>2</sub> nebo [[hydrid sodný]] (NaH). U Wittigových reaktantů stabilizovaných skupinami odtahujícími elektrony jsou dostačující i poměrně slabé zásady jako [[hydroxid sodný]] a [[uhličitan draselný]].

Výběr vhodné zásady je důležitý, protože meziprodukt(y) vznikající při deprotonaci mají významný vliv na účinnost reakce a stereochemii produktů.

Jedním z&nbsp;nejjednodušších ylidů je methylentrifenylfosforan ((C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P=CH<sub>2</sub>).<ref>{{OrgSynth|author=[[Georg Wittig]] U. Schoellkopf |year=1973|title=Methylenecyclohexane (describes Ph<sub>3</sub>PCH<sub>2</sub>|volume=|pages=|collvol=5|collvolpages= 751|prep=CV5P0751}}</ref> Jeho alkylací primárními alkylhalogenidy vznikají substituované fosfoniové soli.

:(C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P=CH<sub>2</sub> + RCH<sub>2</sub>X → (C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P<sup>+ </sup>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>R X<sup>−</sup>

Tyto soli lze deprotonovat na (C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>P=CH−CH<sub>2</sub>R.

== Struktura ylidů ==


[[Soubor:Wittig Reaction Mechanism Update.png|center|600px|Mechanismus Wittigovy reakce]]
[[Soubor:Wittig Reaction Mechanism Update.png|center|600px|Mechanismus Wittigovy reakce]]

Verze z 8. 1. 2020, 18:48

ikona
Na této stránce se právě pracuje.
Prosíme, needitujte tuto stránku, dokud je zde tato zpráva, abyste se vyhnuli editačním konfliktům. V případě potřeby vyhledejte v historii vkladatele a kontaktujte jej. Děkujeme.
Tato šablona je určena pro krátkodobé užití v řádu hodin. Pokud od poslední editace uplynula doba delší než 2 dny, neváhejte ji odstranit.

Wittigova reakce je reakce aldehydu nebo ketonu s trifenylfosfoniumylidem za vzniku alkenu a trifenylfosfinoxidu.[1][2]

Wittigova reakce

Objevil ji německý chemik Georg Wittig v roce 1954; roku 1979 získal za tento objev Nobelovu cenu za chemii. Používá se v organické syntéze na přípravu alkenů.[3][4][5]

Nejčastěji se Wittigova reakce provádí s monosubstituoovanými trifenylfosfoniumylidy. Při reakci s aldehydy lze geometrii produktu snadno předpovědět na základě vlastností ylidu. U nestabilizovaných ylidů (tedy pokud je R3 alkyl) vznikají, se střední až vysokou stereoselektivitou, převážně Z-alkeny. U stabilizovaných ylidů (R3 je esterová nebo ketonová skupina) se tvoří E-alkeny s vysokou selektivitou. V případě částečně stabilizovaných ylidů (R3 = aryl) je E/Z selektivita často nízká.[6]

K získání E-alkenů z nestabilizovaných ylidů je možné využít Schlosserovu modifikaci Wittigovy reakce, případně Hornerovu–Wadsworthovu–Emmonsovu reakci.

Mechanismus

Původně navržený mechanismus

Sterické efekty vyvolané ylidem 1 způsobí, že převažujícím produktem nukleofilní adice bude betain 3.

Rotací vazby mezi dvěma uhlíky vznikne betain 4, jenž se následně přemění na oxafosfetan 5. Z něj poté vznikne trifenylfosfinoxid 6 a Z-alken 7. U reakcí jednodušších Wittigových reaktantů probíhá dobř reakce s aldehydy i ketony; krokem určujícím rychlost reakce je přeměna betainu na meziprodukt 5. Při použití stabilizovaných ylidů (tedy takových, kde skupina R1 stabilizuje záporný náboj) však nejpomaleji probíhá první krok, a rychlost tvorby alkenu se tak snižuje a vzniká větší množství E-izomeru. Tímto lze vysvětlit nízkou reaktivitů při použití stericky stíněných ketpnů.

Mechanismus Wittigovy reakce
Mechanismus Wittigovy reakce

Výzkum mechanismu

Ve satudiích zabývajících se mechanismem Wittigovy reakce se zkoumají převážně reakce s nestabilizovanými ylidy, protože jejich meziprodukty lze snadno identifikovat pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR spektroskopie). Existence a vzájemné přeměny betainů (3a a 3b) jsou stále předmětem výzkumu.

[7] Při Wittigových reakcích prováděných bez použití lithia podle většiny studií vzniká oxafosfetan bez vlivu betainu. Fosfoniumylid 1 se přímo přeměňuje reakcí s karbonylovou sloučeninou 2 v 2 cykloadici oxafosfetany 4a a 4b, aniž by se vytvářel betain. Stereochemii produktu ovlivňuje hlavně kineticky řízená adice ylidu 1 na karbonylovou sloučeninu 2. Za přítomnosti lithia dojde k vytvoření rovnováhy meziproduktů, přičemž reakce pravděpodobně probíhá přes betainové meziprodukty 3a a 3b.[8][9][10] Dlouho se předpokládalo, že stereochemie Wittigovy reakce, s ohledem na vznik vazby uhlík-uhlík, má přímou souvislost se Z/E stereochemií produktu; u některých reaktantů to ovšem neplatí. Tuto odchylku mohou způsobovat také lithné soli.[11]

Přesná podoba mechanismu závisí na tom, zda se použije alifatický nebo aromatický aldehyd a alifatický či aromatický fosfoniumylid. Wittigovqa reakce nerozvětvených aldehydů prováděná za přítomnosti lithných solí nevede k vytvoření rovnováhy a reakce je tak řízená kineticky.[12][13] E. Vedejs vytvořil teorii vysvětlující stereoselektivitu stabilizovaných a nestabilizovaných Wittigových reakcí.[14]

V roce 2013 bylo zjištěno, že za nepřítomnosti lithných solí probíhají pravděpodobně všechny reakce nestabilizovaných (R1 = alkyl, H), částečně stabilizovaných(R1 = aryl) a stabilizovaných (R1 je skupina odtahující elektrony) Wittigových reaktantů [2+2]/retro-[2+2] mechanismem jako kineticky řízené reakce, při kterých je oxafosfetan jediným meziproduktem.[15]

Reaktanty

Příprava fosfoniumylidů

Fosfoniumylidy se obvykle připravují z fosfoniových solí, které se získávají reakcí trifenylfosfinu s alkylhalogenidy. Alkylfosfoniové soli se následně deprotonují pomocí silné zásady jako je N-butyllithium:

[(C6H5)3P+CH2R]X− + C4H9Li → (C6H5)3P=CHR + LiX + C4H10

Lze použít také terc-butoxid draselný, lithné sodné a draselné hexamethyldisilazidy (LiHMDS, NaHMDS, KHDMS, kde HDMS = N(Si(CH3)3)2 nebo hydrid sodný (NaH). U Wittigových reaktantů stabilizovaných skupinami odtahujícími elektrony jsou dostačující i poměrně slabé zásady jako hydroxid sodný a uhličitan draselný.

Výběr vhodné zásady je důležitý, protože meziprodukt(y) vznikající při deprotonaci mají významný vliv na účinnost reakce a stereochemii produktů.

Jedním z nejjednodušších ylidů je methylentrifenylfosforan ((C6H5)3P=CH2).[16] Jeho alkylací primárními alkylhalogenidy vznikají substituované fosfoniové soli.

(C6H5)3P=CH2 + RCH2X → (C6H5)3P+ CH2CH2R X−

Tyto soli lze deprotonovat na (C6H5)3P=CH−CH2R.

Struktura ylidů

Mechanismus Wittigovy reakce
Mechanismus Wittigovy reakce
  1. ↑ Georg Wittig; Ulrich Schöllkopf. Über Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien I. Chemische Berichte. 1954, s. 1318. 
  2. ↑ Georg Wittig; Werner Haag. Über Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien II. Chemische Berichte. 1955, s. 1654–1666. 
  3. ↑ Maercker, A. Org. React. 1965, 14, 270–490. (Review)
  4. ↑ W. Carruthers, Some Modern Methods of Organic Synthesis, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1971, 81–90. (ISBN 0-521-31117-9)
  5. ↑ R. W. Hoffmann. Wittig and His Accomplishments: Still Relevant Beyond His 100th Birthday. Angewandte Chemie International Edition. 2001, s. 1411–1416. PMID 11317288. 
  6. ↑ Raphaël Robiette; Jeffery Richardson; Varinder K. Harvey. Reactivity and Selectivity in the Wittig Reaction: A Computational Study. Journal of the American Chemical Society. 2006, s. 2394–2409. ISSN 0002-7863. PMID 16478195. 
  7. ↑ E. Vedejs; C. F. Marth. Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates. Journal of the American Chemical Society. 1990, s. 3905–3909. 
  8. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, and H. R. Almond, Jr., "Detailed Rate Studies on the Wittig Reaction of Non-Stabilized Phosphorus Ylides via 31P, 1H, and 13C NMR Spectroscopy. Insight into Kinetic vs. Thermodynamic Control of Stereochemistry", J. Am. Chem. Soc., 107, 1068–1070 (1985)
  9. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, D. W. Graden, and H. R. Almond, Jr., "NMR Rate Study on the Wittig Reaction of 2,2-Dimethylpropanal and Tributylbutylidene-phosphorane", Tetrahedron Lett., 30, 1361–1364 (1989)
  10. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, H. R. Almond, Jr., R. R. Whittle, and R. A. Olofson, "Stereochemistry and Mechanism of the Wittig Reaction. Diastereomeric Reaction Intermediates and Analysis of the Reaction Course", J. Am. Chem. Soc., 108, 7664–7678 (1986)
  11. ↑ A. B. Reitz, S. O. Nortey, A. D. Jordan, Jr., M. S. Mutter, and Bruce E. Maryanoff, "Dramatic Concentration Dependence of Stereochemistry in the Wittig Reaction. Examination of the Lithium-Salt Effect", J. Org. Chem., 51, 3302–3308 (1986)
  12. ↑ E. Vedejs; C. F. Marth; R. Ruggeri. Substituent effects and the Wittig mechanism: the case of stereospecific oxaphosphetane decomposition. Journal of the American Chemical Society. 1988, s. 3940–3948. 
  13. ↑ E. Vedejs; C. F. Marth. Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents at phosphorus. Journal of the American Chemical Society. 1988, s. 3948–3958. 
  14. ↑ Vedejs, E.; Peterson, M. J. Top. Stereochem. 1994, 21, 1.
  15. ↑ Peter A. Byrne; Declan G. Gilheany. Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents at phosphorus. Chemical Society Reviews. 2013, s. 6670. ISSN 0306-0012. 
  16. ↑ GEORG WITTIG U. SCHOELLKOPF. Methylenecyclohexane (describes Ph3PCH2. Org. Synth.. 1973. Dostupné online. ; Coll. Vol.. S. 751. 
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Wittigova_reakce&oldid=18015373“