Перестановка Бекмана - Beckmann rearrangement

Перестановка Бекмана
Названный в честьЭрнст Отто Бекманн
Тип реакцииРеакция перестановки
Идентификаторы
Портал органической химииперестановка Бекмана
RSC ID онтологииRXNO: 0000026

В Перестановка Бекмана, названный в честь немецкого химика Эрнст Отто Бекманн (1853–1923), является перестановка из оксим функциональная группа к замещенному амиды.[1][2] Перегруппировка также была успешно проведена на галоиминах и нитроны. Выход циклических оксимов и галоиминов лактамы.

Перегруппировка Бекмана часто катализируется кислотой, однако известно, что другие реагенты способствуют перегруппировке. К ним относятся тозилхлорид, тионилхлорид, пентахлорид фосфора, пятиокись фосфора, триэтиламин, едкий натр, триметилсилил йодид среди прочего.[3] В Фрагментация Бекмана - это еще одна реакция, которая часто конкурирует с перегруппировкой, хотя тщательный выбор промотирующих реагентов и условий растворителя может способствовать образованию одного по сравнению с другим, иногда давая почти исключительно один продукт. Происходит перестановка стереоспецифично за кетоксимы и N-хлор / N-фторимины, с мигрирующей группой антиперипланарный уходящей группе по азоту. Некоторые условия были известны рацемизировать геометрия оксима, приводящая к образованию как региоизомеры. Перестановка альдоксимы происходит со стереоспецифичностью в газовая фаза и без стереоспецифичности в фазе раствора. Несколько методологий позволяют перегруппировать альдоксимы в первичные амиды, но в этих системах обычно конкурирует фрагментация. Перегруппировка нитронов также происходит без стереоспецифичности; образованный региоизомер имеет амидный азот, замещенный группой, обладающей наибольшим способность к миграции.

Перестановка Бекмана

Архетипическая перестройка Бекмана[4] это преобразование циклогексанон к капролактам через оксим. Капролактам - сырье для производства Нейлон 6.[5]

В Решение Бекмана состоит из уксусная кислота, соляная кислота и уксусный ангидрид, и широко использовался для катализирования перегруппировки. Другие кислоты, такие как серная кислота, полифосфорная кислота, и фтороводород все были использованы. Серная кислота является наиболее часто используемой кислотой для промышленного производства лактама из-за образования побочного продукта сульфата аммония при нейтрализации аммиак. Сульфат аммония это обычное сельскохозяйственное удобрение обеспечение азотом и серой.

Механизм реакции

Самый распространенный механизм реакции перестановки Бекмана обычно состоит из алкил миграция антиперипланарная к изгнанию уходящей группы для формирования нитрилиевый ион. Далее следует сольволиз для imidate а потом таутомеризация к амиду:[6]

Механизм перестановки Бекмана

Этот ион нитрилия, как известно, перехватывается другими нуклеофилами, включая уходящую группу из оксима.[3]

Предположительно после миграции фенильной группы и вытеснения цианат, затем он атакует образовавшийся ион нитриллия. В четыреххлористый углерод в изоцианат могут быть изолированы, тогда как в этиловый спирт в уретан образуется после сольволиза изоцианата.

Одно вычислительное исследование установило механизм учета молекул растворителя и заместителей.[7] В перегруппировке оксима ацетона в растворе Бекмана участвовали три молекулы уксусной кислоты и один протон (присутствующий в виде оксониевый ион ). в переходное состояние приводя к иону иминия (σ-комплекс), метильная группа мигрирует к атому азота в согласованная реакция поскольку гидроксильная группа удаляется. Атом кислорода в гидроксильной группе стабилизирован тремя молекулами уксусной кислоты. На следующем этапе электрофильный атом углерода в ионе нитрилия подвергается атаке воды, и протон возвращается обратно в уксусную кислоту. В переходном состоянии, ведущем к имидату, атом кислорода воды координирован с 4 другими атомами. На третьем этапе на стадии изомеризации атом азота протонируется, что приводит к амид.

Механизм перестановки Бекмана

То же вычисление с гидроксоний ион и 6 молекул воды имеют тот же результат, но когда мигрирующий заместитель представляет собой фенильную группу, механизм способствует образованию промежуточного трехчленного π-комплекса. Этот π-комплекс не находится в H3О+(ЧАС2O)6.

механизм перегруппировки Бекмана ацетофенон оксим

С помощью циклогексаноноксима облегчение напряжение кольца приводит к третьему механизму реакции, ведущему непосредственно к протонированному капролактаму за одну согласованную стадию без промежуточного образования π-комплекса или σ-комплекса.

Цианур хлорид помог реакции Бекмана

Перегруппировка Бекмана может быть представлена каталитический с помощью цианур хлорид и хлорид цинка как сокатализатор. Например, циклододеканон можно преобразовать в соответствующий лактам, то мономер используется в производстве Нейлон 12.[8][9]

Реакция Бекмана

В механизм реакции поскольку эта реакция основана на каталитический цикл с циануровой хлоридом, активирующим гидроксил группа через нуклеофильное ароматическое замещение. Продукт реакции вытесняется и заменяется новым реагентом через промежуточное соединение. Комплекс Мейзенхаймера.

Каталитический цикл циануровой кислоты Beckmann

Фрагментация Бекмана[3]

Фрагментация Бекмана - это реакция, которая часто конкурирует с перегруппировкой Бекмана. Когда группа α оксима способна стабилизировать карбокатион образование, фрагментация становится жизнеспособным путем реакции. Реакция порождает нитрил и карбокатион, который быстро перехватывается с образованием различных продуктов. Нитрил также можно гидролизовать в условиях реакции с получением карбоновые кислоты. Различные реакционные условия могут способствовать фрагментации, а не перегруппировке.

Четвертичный углерод центры способствуют фрагментации, стабилизируя образование карбокатиона через сверхсопряжение. Как показано на рисунке выше, образуется «стабильный» карбокатион, который затем теряет водород, образуя участок ненасыщенность. Атомы кислорода и азота также способствуют фрагментации за счет образования кетоны и имины соответственно.

Сера также способна способствовать фрагментации, хотя и в более длительном диапазоне, чем кислород или азот.

Кремний способен направлять фрагментацию через бета-кремний эффект.

Промежуточный карбокатион в этой реакции перехватывается нуклеофильными фторид из трифторида диэтиламиносеры (DAST ):[10]

Реакция Семмлера – Вольфа

Оксим циклогексенон с кислотными формами анилин при обезвоживании - ароматизация реакция называется Реакция Семмлера – Вольфа или же Вольф ароматизация [11][12][13][14]

Реакция Семмлера – Вольфа

Механизм можно представить следующим образом:

Механизм реакции Земмлера – Вольфа.png

Реакция по сути является частным случаем перегруппировки Бекмана в сочетании с участие в соседней группе.

Приложения в синтезе лекарств

Этот маршрут также включает перестановку Бекмана.

An промышленный синтез парацетамола разработан Hoechst –Celanese включает превращение метилового кетон к ацетанилиду через перегруппировку Бекмана.[15]

Перегруппировка Бекмана также используется в синтезе DHEA, Benazepril, цефоранид, эланзепин, 17-азапрогестерон, элантрин, празепин, энпразепин, и этазепин.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бекманн, Э. (1886). "Zur Kenntniss der Isonitrosoverbindungen" [О [наших] знаниях об изонитрозосоединениях]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 19: 988–993. Дои:10.1002 / cber.188601901222.
  2. ^ Donaruma, L.G .; Heldt, W. Z. (1960). «Перестановка Бекмана. (Рецензия)». Орг. Реагировать. 11: 1–156.
  3. ^ а б c Гоули, Р. Э. (1988). «Реакции Бекмана: перегруппировка, отщепление-добавления, фрагментация и перегруппировка-циклизации. (Обзор)». Орг. Реагировать. 35: 14–24.
  4. ^ Eck, J.C .; Марвел, С. С. (1939). «Ε-Бензоиламинокапроновая кислота». Органический синтез. 19: 20. Дои:10.15227 / orgsyn.019.0020. Архивировано из оригинал на 2012-09-28. Получено 2005-08-18.Eck, J.C .; Марвел, С. С. (1943). «Ε-Бензоиламинокапроновая кислота». Органический синтез. 2: 76. Архивировано с оригинал на 2012-09-28. Получено 2005-08-18.
  5. ^ Йозеф Ритц; Хьюго Фукс; Хайнц Кечка; Уильям С. Моран. «Капролактам». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a05_031.pub2.
  6. ^ Лескано-Гонсалес, Инес; Боронат, Мерседес; Бласко, Тереза ​​(апрель 2009 г.). «Исследование реакции перегруппировки Бекмана, катализируемой пористыми твердыми телами: MAS ЯМР и теоретические расчеты». Ядерный магнитный резонанс твердого тела. 35 (2): 120–129. Дои:10.1016 / j.ssnmr.2009.02.001. PMID  19286355.
  7. ^ Yamabe, S .; Tsuchida, N .; Ямазаки, С. (2005). «Является ли перестановка Бекмана согласованной или ступенчатой ​​реакцией? Вычислительное исследование». Журнал органической химии. 70 (26): 10638–10644. Дои:10.1021 / jo0508346. PMID  16355980.
  8. ^ Furuya, Y .; Ishihara, K .; Ямамото, Х. (2005). «Хлорид циануровой кислоты как мягкий и активный катализатор перегруппировки Бекмана». Журнал Американского химического общества. 127 (32): 11240–11241. Дои:10.1021 / ja053441x. PMID  16089442.
  9. ^ Табер, Дуглас Ф .; Стрейни, Патрик Дж. (2010). «Синтез лауролактама из циклододеканона с помощью перегруппировки Бекмана». J. Chem. Образовательный. 87 (12): 1392. Bibcode:2010JChEd..87.1392T. Дои:10.1021 / ed100599q. S2CID  96699202.
  10. ^ Кирихара, Масаюки; Ниими, Канако; Момосе, Такефуми (1997). «Фторирование-расщепление циклических кетоксимов трифторидом диэтиламиносеры: эффективный синтез фторированных карбонитрилов». Химические коммуникации. 6 (6): 599–600. Дои:10.1039 / a607749h.
  11. ^ W. Semmler, Ber. 25, 3352 (1892)
  12. ^ Л. Вольф, амп. 322, 351 (1902)
  13. ^ Назовите реакции и реагенты в органическом синтезе, Брэдфорд П. Манди, Майкл Г. Эллерд, Фрэнк Г. Фавалоро
  14. ^ Перестановки Бекмана. Расследование особых случаев Э. К. Хорнинг, В. Л. Стромберг, Х. А. Ллойд Варенье. Chem. Soc., 1952, 74 (20), с. 5153–5155 Дои:10.1021 / ja01140a048
  15. ^ Патент США 5155273, Фритч, Джон Р. (Корпус-Кристи, Техас); Фручи, Стэнли О. (Бад Соден / Т.С., Германия); Хорленко, Теодор (Корпус-Кристи, Техас); Агилар, Даниэль А. (Корпус-Кристи, Техас); Хилтон, Чарльз Б. (Корпус-Кристи, Техас); Снайдер, Филип С. (Рок-Хилл, Южная Каролина); Силигер, Уильям Дж. (Корпус-Кристи, Техас), «Производство ацетаминофена», опубликовано 13 октября 1992 г., передано Hoechst Celanese Corporation (Сомервилль, Нью-Джерси) 

внешняя ссылка