Дакин окисление
| Реакция Дакина | |
|---|---|
| Назван в честь | Генри Дрисдейл Дэйкин |
| Тип реакции | Органическая окислительно-восстановительная реакция |
| Идентификаторы | |
| Портал органической химии | дакин-реакция |
| RSC Идентификатор онтологии | RXNO: 0000169 |
Окисление Дакина (или реакция Дакина ) — это органическая окислительно-восстановительная реакция , в которой орто- или пара - гидроксилированный фенилальдегид или ( 2-гидроксибензальдегид 4 -гидроксибензальдегид ) или кетон реагирует с перекисью водорода (H 2 O 2 ) в основании с образованием бензодиол и карбоксилат . В целом карбонильная группа окисляется, а H 2 O 2 восстанавливается.
Окисление Дакина, которое тесно связано с окислением Байера-Виллигера , не следует путать с реакцией Дакина-Уэста , хотя обе названы в честь Генри Дрисдейла Дакина .
Механизм реакции
[ редактировать ]Окисление Дакина начинается с ( 1 ) нуклеофильного присоединения гидропероксида иона к карбонильному углероду с образованием ( 2 ) тетраэдрического промежуточного соединения . Промежуточное соединение разрушается, вызывая [1,2] -арила миграцию гидроксида , отщепление и образование ( 3 ) фенилового эфира . Фениловый эфир впоследствии гидролизуется : нуклеофильное присоединение гидроксид-иона из раствора к карбонильному углероду эфира образует ( 4 ) второй тетраэдрический промежуточный продукт, который разрушается, отщепляя ( 5 ) феноксид- ион и образуя карбоновую кислоту . Наконец, феноксид экстрагирует кислый водород из карбоновой кислоты, давая собранные продукты ( 6 ). [1] [2] [3]
Факторы, влияющие на кинетику реакции
[ редактировать ]Окисление Дакина имеет две стадии, лимитирующие скорость : нуклеофильное присоединение гидропероксида к карбонильному углероду и миграцию [1,2]-арила. [2] Следовательно, общая скорость окисления зависит от нуклеофильности гидропероксида, электрофильности карбонильного углерода и скорости миграции [1,2]-арила. Алкильные реакционной смеси являются четырьмя факторами , заместители на карбонильном углероде, относительное положение гидроксильной и карбонильной групп на арильном кольце, наличие других функциональных групп на кольце и pH которые влияют на эти лимитирующие скорость стадии.
Алкильные заместители
[ редактировать ]В целом фенилальдегиды более реакционноспособны, чем фенилкетоны, поскольку карбонильный углерод кетона менее электрофильен, чем карбонильный углерод альдегида. [1] Разницу можно смягчить за счет повышения температуры реакционной смеси. [4]
Взаимное положение гидроксильных и карбонильных групп
[ редактировать ]
О -гидроксифенилальдегиды и кетоны окисляются быстрее, чем п -гидроксифенилальдегиды и кетоны, в слабоосновных условиях. В о -гидрокси-соединениях, когда гидроксильная группа протонирована , внутримолекулярная водородная связь может образовываться между гидроксильным водородом и карбонильным кислородом , стабилизируя резонансную структуру с положительным зарядом на карбонильном углероде, тем самым увеличивая электрофильность карбонильного углерода ( 7 ). При отсутствии этой стабилизации карбонильный углерод п -гидроксисоединений становится менее электрофильным. Следовательно, о -гидроксисоединения окисляются быстрее, чем п -гидроксисоединения, когда гидроксильная группа протонирована. [2]
М -гидроксисоединения не окисляются до м -бензолдиолов и карбоксилатов. Скорее, они образуют фенилкарбоновые кислоты. [1] [2] Это можно объяснить вариациями в способности арильных колец к миграции. Гидроксильные группы, орто- или пара- по отношению к карбонильной группе, концентрируют электронную плотность у арильного углерода, связанного с карбонильным углеродом ( 10c , 11d ). Фенильные группы имеют низкую способность к миграции, но более высокая плотность электронов у мигрирующего углерода увеличивает способность к миграции, облегчая миграцию [1,2]-арила и позволяя реакции продолжаться. М -гидроксисоединения не концентрируют электронную плотность на мигрирующем углероде ( 12а , 12б , 12в , 12г ); миграционная способность их арильных групп остается низкой. Вместо этого мигрирует бензиловый водород, обладающий наибольшей миграционной способностью ( 8 ), образуя фенилкарбоновую кислоту ( 9 ).
Другие функциональные группы арильного кольца
[ редактировать ]Замещение фенильных атомов водорода электронодонорными группами орто- или пара- по отношению к карбонильной группе увеличивает электронную плотность у мигрирующего углерода, способствует миграции [1,2]-арила и ускоряет окисление. Замещение электронодонорными группами мета карбонильной группы не меняет электронную плотность мигрирующего углерода; поскольку способность к миграции незамещенных фенильных групп низкая, преобладает миграция водорода. Замещение карбонила электроноакцепторными группами в орто- или пара-группах снижает электронную плотность при мигрирующем углероде ( 13c ), ингибирует миграцию [1,2]-арила и способствует миграции водорода. [1]
рН
[ редактировать ]Гидропероксид-анион является более реакционноспособным нуклеофилом, чем нейтральная перекись водорода. Следовательно, окисление ускоряется по мере увеличения pH до значения pK a пероксида водорода, и концентрация гидропероксида возрастает. Однако при pH выше 13,5 окисление не происходит, возможно, за счет депротонирования второго перекисного кислорода. Депротонирование второго пероксидного кислорода предотвратило бы миграцию [1,2]-арила, поскольку одинокий оксидный анион слишком основной, чтобы его можно было удалить ( 2 ). [2]
Депротонирование гидроксильной группы увеличивает донорство электронов от гидроксильного кислорода. Когда гидроксильная группа находится в орто- или пара-положении по отношению к карбонильной группе, депротонирование увеличивает электронную плотность мигрирующего углерода, способствуя более быстрой миграции [1,2]-арила. Следовательно, миграция [1,2]-арила облегчается диапазоном pH, который благоприятствует депротонированной гидроксильной группе, а не протонированной. [2]
Варианты
[ редактировать ]Кислотно-катализируемое окисление Дакина
[ редактировать ]Окисление Дакина может происходить и в мягких кислых условиях по механизму, аналогичному механизму, катализируемому основаниями. В метаноле , перекиси водорода и каталитической серной кислоте карбонильный кислород протонируется ( 14 ), после чего перекись водорода присоединяется в качестве нуклеофила к карбонильному углероду, образуя тетраэдрический интермедиат ( 15 ). После внутримолекулярного переноса протона ( 16 , 17 ) тетраэдрический интермедиат разрушается, происходит миграция [1,2]-арила и вода удаляется ( 18 ). Нуклеофильное присоединение метанола к карбонильному углероду образует еще один тетраэдрический интермедиат ( 19 ). После второго внутримолекулярного переноса протона ( 20 , 21 ) тетраэдрический промежуточный продукт разрушается, удаляя фенол и образуя сложный эфир, протонированный по карбонильному кислороду ( 22 ). Наконец, депротонирование карбонильного кислорода дает собранные продукты и регенерирует кислотный катализатор ( 23 ). [5]
Окисление Дакина, катализируемое борной кислотой
[ редактировать ]Добавление борной кислоты в катализируемую кислотой реакционную смесь увеличивает выход фенольного продукта по сравнению с продуктом фенилкарбоновой кислоты даже при использовании фенилальдегидных или кетоновых реагентов с электронодонорными группами мета по отношению к карбонильной группе или электроноакцепторные группы орто- или пара- по отношению к карбонильной группе. Борная кислота и перекись водорода образуют в растворе комплекс, который при добавлении к карбонильному углероду способствует миграции арила, а не миграции водорода, максимизируя выход фенола и снижая выход фенилкарбоновой кислоты. [6]
Окисление Дакина, катализируемое метилтриоксорением
[ редактировать ]Использование ионного жидкого растворителя с каталитическим метилтриоксоренийием (МТО) резко ускоряет окисление Дакина. МТО образует комплекс с пероксидом водорода, который увеличивает скорость присоединения пероксида водорода к карбонильному углероду. Однако МТО не меняет относительные выходы продуктов фенола и фенилкарбоновой кислоты. [7]
Окисление Дакина, катализируемое мочевиной
[ редактировать ]Смешивание мочевины и перекиси водорода дает комплекс мочевины и перекиси водорода ( UHC ). Добавление сухого UHC к фенилальдегиду или кетону, не содержащему растворителя, также ускоряет окисление Дакина. Как и МТО, УГП увеличивает скорость нуклеофильного присоединения перекиси водорода. Но в отличие от варианта, катализируемого МТО, вариант, катализируемый мочевиной, не производит потенциально токсичных тяжелых металлов отходов ; его также применяли для синтеза оксидов аминов, таких как пиридин- N -оксид . [4]
Синтетические приложения
[ редактировать ]Окисление Дакина чаще всего используется для синтеза бензолдиолов. [8] и алкоксифенолы. [1] [9] Катехол , например, синтезируется из о -гидрокси и о -алкоксифенилальдегидов и кетонов, [8] и используется в качестве исходного материала для синтеза ряда соединений, включая катехоламины , [10] производные катехоламинов и 4- трет -бутилкатехин , распространенный антиоксидант и ингибитор полимеризации. Другие синтетически полезные продукты окисления Дакина включают гваякол , предшественник нескольких ароматизаторов; гидрохинон , распространенный агент для проявки фотографий; и 2- трет- бутил-4-гидроксианизол и 3- трет -бутил-4-гидроксианизол, два антиоксиданта, обычно используемые для консервации упакованных пищевых продуктов. [7] Кроме того, окисление Дакина полезно при синтезе индохинонов , встречающихся в природе соединений, которые проявляют высокую антибиотическую, противогрибковую и противоопухолевую активность. [11]
См. также
[ редактировать ]- Окисление Байера-Виллигера
- Перегруппировка Бекмана
- Нуклеофильное ацильное замещение
- Реакция Реймера – Тимана
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Дакин, HD (1909). «Окисление гидроксипроизводных бензальдегида, ацетофенона и родственных веществ». Американский химический журнал . 42 (6): 477–498.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Хокинг, МБ; Бхандари, К.; Шелл, Б.; Смит, Т.А. (1982). «Влияние стерических свойств и pH на скорость окисления ацилфенолов Дакином». Журнал органической химии . 47 (22): 4208. doi : 10.1021/jo00143a007 .
- ^ Бора, Пораг; Бора, Бондана; Бора, Утпал (2021). «Последние разработки в синтезе катехолов путем окисления Дакина». Новый химический журнал . 45 (37): 17077–17084. дои : 10.1039/d1nj03300j . S2CID 238913249 .
- ^ Перейти обратно: а б Варма, РС; Найкер, КП (1999). «Комплекс мочевина-перекись водорода: твердотельные окислительные протоколы для гидроксилированных альдегидов и кетонов (реакция Дакина), нитрилов, сульфидов и гетероциклов азота». Органические письма . 1 (2): 189. дои : 10.1021/ol990522n .
- ^ Мацумото, М.; Кобаяши, К.; Хотта, Ю. (1984). «Кислотно-катализируемое окисление бензальдегидов до фенолов перекисью водорода». Журнал органической химии . 49 (24): 4740. doi : 10.1021/jo00198a037 .
- ^ Рой, А.; Редди, КР; Моханта, ПК; Ила, Х.; Джунджаппат, Х. (1999). «Перекись водорода/борная кислота: эффективная система окисления ароматических альдегидов и кетонов до фенолов» . Синтетические коммуникации . 29 (21): 3781. doi : 10.1080/00397919908086017 .
- ^ Перейти обратно: а б Бернини, Р.; Коратти, А.; Провенцано, Г.; Фибризи, Г. и Тофани, Д. (2005). «Окисление ароматических альдегидов и кетонов H 2 O 2 /CH 3 ReO 3 в ионных жидкостях: каталитическая эффективная реакция для получения двухатомных фенолов». Тетраэдр . 61 (7): 1821–1825. дои : 10.1016/j.tet.2004.12.025 .
- ^ Перейти обратно: а б Дакин, HD (1923). «Катехин». Органические синтезы . 3 : 28. дои : 10.15227/orgsyn.003.0028 .
- ^ Суррей, Александр Р. (1946). «Пирогаллол 1-Монометиловый эфир». Органические синтезы . 26 : 90–2. дои : 10.15227/orgsyn.026.0090 . ПМИД 20280766 .
- ^ Юнг, МЭ; Лазарова, Т.И. (1997). «Эффективный синтез селективно защищенных производных l-дофа из l-тирозина с помощью реакций Реймера-Тимана и Дакина». Журнал органической химии . 62 (5): 1553. doi : 10.1021/jo962099r .
- ^ Аламгир, М.; Митчелл, PSR; Бойер, ПК; Кумар Н. и Блэк Д.С. (2008). «Синтез 4,7-индолохинонов из индол-7-карбальдегидов окислением Дакина». Тетраэдр . 64 (30–31): 7136–7142. дои : 10.1016/j.tet.2008.05.107 .