Реакция оксимеркурации
В органической химии реакция оксимеркурации представляет собой реакцию электрофильного присоединения , превращающую алкен ( R 2 C=CR 2 ) в нейтральный спирт . При оксимеркурации алкен реагирует с ацетатом ртути ( AcO-Hg-OAc ) в водном растворе с получением добавления ацетоксиртути ( −HgOAc ) группа и гидрокси ( −OH ) группа поперек двойной связи . Карбокатионы в этом процессе не образуются и поэтому перегруппировки не наблюдаются. Реакция следует правилу Марковникова (гидроксигруппа всегда будет добавлена к более замещенному углероду) и является антиприсоединением ( две группы будут транс-по отношению друг к другу). [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
Оксимеркурация, за которой следует восстановительная демеркурация, называется реакцией оксимеркурации-восстановления или реакцией оксимеркурации-демеркурации . Эта реакция, которую на практике почти всегда проводят вместо оксимеркурации, рассматривается в заключении статьи.
Механизм
[ редактировать ]Оксимеркурацию можно полностью описать в три этапа (весь процесс иногда называют дезоксимеркурацией ), что поэтапно показано справа. На первом этапе нуклеофильная двойная связь атакует ион ртути, выбрасывая ацетоксигруппу. Электронная пара иона ртути, в свою очередь, атакует углерод по двойной связи, образуя ион ртути, в котором атом ртути несет положительный заряд. Электроны на самой высокой занятой молекулярной орбитали двойной связи передаются на пустую 6s-орбиталь ртути, а электроны на орбитали d xz (или d yz ) ртути передаются на самую нижнюю незанятую молекулярную орбиталь двойной связи.
На втором этапе нуклеофильная молекула воды атакует более замещенный углерод, высвобождая электроны, участвующие в его связи с ртутью. Электроны коллапсируют на ион ртути и нейтрализуют его. Кислород в молекуле воды теперь несет положительный заряд.
На третьем этапе отрицательно заряженный ион ацетата депротонирует ион алкилоксония, образуя отход HOAc. Два электрона, участвующие в связи между кислородом и атакованным водородом, распадаются на кислород, нейтрализуя его заряд и создавая конечный спиртовой продукт.
Региоселективность и стереохимия
[ редактировать ]Оксимеркурация очень региоселективна и является классической реакцией Марковникова; за исключением крайних случаев, нуклеофил воды всегда будет преимущественно атаковать более замещенный углерод, откладывая там образовавшуюся гидроксильную группу. Это явление объясняется на основе рассмотрения трех резонансных структур иона меркурония , образующихся в конце первого этапа.
При рассмотрении этих структур видно, что положительный заряд атома ртути иногда находится на более замещенном углероде (приблизительно 4% времени). При этом образуется временный третичный карбокатион , который является очень активным электрофилом . атакует В это время нуклеофил ион меркурония. Следовательно, нуклеофил атакует более замещенный углерод, поскольку он сохраняет более положительный характер , чем менее замещенный углерод .
Стереохимически оксимеркурация представляет собой антиприсоединение . Как показано на втором этапе, нуклеофил не может атаковать углерод с той же стороны, что и ион ртути, из-за стерических затруднений. На этой стороне молекулы просто недостаточно места для размещения иона ртути и атакующего нуклеофила. Поэтому, когда свободное вращение невозможно, гидрокси- и ацетоксигруппы ртути всегда будут транс-по отношению друг к другу.
Ниже показан пример региоселективности и стереоспецифичности реакции оксимеркурации с замещенными циклогексенами. Объемная группа, такая как т -бутил, фиксирует кольцо в конформации кресла и предотвращает переворачивание кольца. В случае 4 -т -бутилциклогексена оксимеркурация дает два продукта – где присоединение по двойной связи всегда является анти -с небольшим предпочтением в сторону ацетоксиртутной группы, транс - трет -бутильной группы, что приводит к немного большему количеству цис- продукта. В случае 1-метил-4 -т -бутилциклогексена оксимеркурация дает только один продукт – все еще антиприсоединение по двойной связи – где вода атакует только более замещенный углерод. Причиной антиприсоединения по двойной связи является максимальное перекрытие орбиталей неподеленной пары воды и пустой орбитали иона ртути на противоположной стороне группы ацетоксиртути. Наблюдается региоселективность, благоприятствующая атаке воды на более замещенный углерод, но вода не добавляет син по двойной связи, что означает, что переходное состояние благоприятствует атаке воды с противоположной стороны ацетомеркурийной группы. [ 5 ]
Оксимеркурация-восстановление
[ редактировать ]На практике продукт аддукта ртути, образующийся в результате реакции оксимеркурации, почти всегда обрабатывается боргидридом натрия (NaBH 4 ) в водном растворе в реакции, называемой демеркурацией . При демеркурации группа ацетоксиртути заменяется на водород в стереохимически нечувствительной реакции. [ 6 ] известный как редукционное устранение. Сочетание оксимеркурации с последующей демеркурацией называется реакцией оксимеркурации-восстановления. [ 7 ]
Следовательно, реакция оксимеркурации-восстановления представляет собой чистое присоединение воды по двойной связи. Любая стереохимия, возникающая на этапе оксимеркурации, перемешивается на этапе демеркурации, так что водородная и гидроксильная группы могут находиться в цис- или транс-положении друг от друга. Восстановление оксимеркурацией - популярный лабораторный метод, позволяющий добиться гидратации алкенов с селективностью по Марковникову , избегая при этом промежуточных карбокатионов и, следовательно, перегруппировки, которая может привести к образованию сложных смесей продуктов.
Другие приложения
[ редактировать ]Оксимеркурация не ограничивается реакцией алкена с водой с образованием гидроксильных и ртутных групп. Структура углерод-ртуть может подвергаться спонтанному замещению ртути водородом, а не сохраняться до отдельной стадии восстановления. Таким образом, ртуть становится катализатором кислоты Льюиса . Например, использование алкина вместо алкена дает енол, который таутомеризуется в кетон. Использование спирта вместо воды дает эфир (см. также реакцию Гофмана-Санда ). В обоих случаях правило Марковникова соблюдено.
Использование винилового эфира в присутствии спирта позволяет заменить одну алкоксигруппу (RO–) на другую посредством промежуточного ацеталя . Аллиловый спирт и виниловый эфир в условиях реакции оксимеркурации могут дать R–CH=CH–CH 2 –O–CH=CH 2 , что подходит для перегруппировки Кляйзена . [ 8 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Organic Syntheses OS 6:766 Ссылка
- ^ Лаудон, Марк Г. (2002). «Реакции присоединения алкенов». Органическая химия (четвертое изд.). Издательство Оксфордского университета. стр. 165–168.
- ^ Высшее образование Макгроу-Хилла (2000). Оксимеркурация-демеркурация алкенов .
- ^ Андреас Шляйфенбаум (2001). «Оксимеркурация». Реакции, реагенты и принципы . Архивировано из оригинала 29 августа 2004 года.
- ^ Пасто, диджей; Гонтарц, Дж. А. «Исследование механизма оксимеркурации замещенных циклогексенов». Журнал Американского химического общества (1971), 93, стр. 6902–6908 .
- ^ Уайтсайдс, Джордж М.; Сан Филиппо, Джозеф младший (1970). «Механизм восстановления алкилртутигалогенидов гидридами металлов». Дж. Ам. хим. Соц . 92 (22): 6611–6624. дои : 10.1021/ja00725a039 .
- ^ Бордвелл, Фредерик Г.; Дуглас, Мириам Л. «Восстановление гидроксидов алкилртути боргидридом натрия». Журнал Американского химического общества (1966), 88, стр. 993–99 .
- ^ Макмерри, Дж. Э.; Андрус А.; Ксандер ГМ; Мюссер, Дж. Х.; Джонсон, Массачусетс «Стереоспецифический полный синтез афидиколина». Журнал Американского химического общества (1979), 101, стр. 1330–32 .