Reakcja Michaelisa-Arbuzowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Reakcja Michaelisa-Arbuzowa

Reakcja Michaelisa-Arbuzowa (przegrupowanie Michaelisa-Arbuzowa, reakcja Arbuzowa) – reakcja chemiczna, w której z fosforynów trialkilowych i halogenków alkilowych powstają fosfoniany dialkilowe (związki fosforoorganiczne, zawierające wiązanie C-P).

Reakcja ta została odkryta w roku 1898 przez Augusta Michaelisa[1], a następnie dokładnie zbadana przez rosyjskiego chemika Aleksandra Arbuzowa[2][3]. Dla prostych reagentów reakcję przeprowadzić można ogrzewając pod chłodnicą zwrotną mieszaniną substratów bez rozpuszczalnika, po czym produkty izoluje się za pomocą destylacji[4]. Reakcja przebiega zazwyczaj bez katalizatora[5].

Reakcja Michaelisa-Arbuzowa zachodzi nie tylko dla fosforynów trialkilowych, lecz także dla szeregu innych substratów i może być wykorzystana do wytwarzania, obok C-fosfonianów (RP(O)(OR)2), także m.in. fosfinianów (R2P(O)(OR)) i tlenków fosfin (R3PO) oraz ich pochodnych (gdzie R to niepodstawiona lub podstawiona reszta alkilowa lub arylowa)[5]. Reakcja ta omówiona została w kilku pracach przeglądowych[6][5].

Mechanizm reakcji[edytuj | edytuj kod]

Reakcja Michaelisa-Arbuzowa jest reakcją egzotermiczną, w której siłą napędową jest powstawanie silnego wiązania fosforylowego P=O. Wiąże się to z zyskiem energetycznym rzędu 32–65 kcal/mol[5].

Reakcja zapoczątkowywana jest atakiem nukleofilowym fosforynu (1) na halogenek alkilu (2) (reakcja SN2) z wytworzeniem soli fosfoniowej (3). Potwierdzone to zostało przez scharakteryzowanie stabilnych soli fosfoniowych w przypadkach, gdy drugi etap reakcji nie mógł zachodzić[7]. Mechanizm ten jest zgodny z obserwacją, że halogenki arylowe i winylowe, mało reaktywne w reakcji substytucji nukleofilowej[8], są mniej podatne na reakcję z fosforynami.

mechanizm reakcji Michaelisa–Arbuzowa

Etap drugi procesu to dealkilacja soli fosfoniowej. Jon halogenkowy powstały w pierwszym etapie reakcji atakuje węgiel α jednej z grup alkoksylowych soli 3 z wytworzeniem alkilofosfonianu 4 i halogenku alkilu 5. Etap ten może zachodzić według mechanizmu SN2[5], co potwierdza inwersja konfiguracji obserwowana dla chiralnych grup R1[9], jednak dla grup R1 zdolnych do tworzenia stabilizowanych karbokationów postuluje się reakcję typu SN1[10].

W przypadku gdy R1 = R2, halogenek alkilu 2 jest regenerowany w drugim etapie reakcji i pełni rolę katalizatora, a sam proces ma charakter przegrupowania:

P(OR)3 → R-P(O)(OR)2

Reaktywność substratów[edytuj | edytuj kod]

Podatność halogenków 2 na reakcję Michaelisa-Arbuzowa jest zgodna z ich reaktywnością w substytucji SN2[5]:

RC(O)X > RCH2X > RR'CHX >> RR'R"CX

oraz

RI > RBr > RCl (fluorki zazwyczaj dają inne produkty w warunkach reakcji Michaelisa-Arbuzowa)

Komponent fosforowy łatwiej reaguje z organohalogenkami, gdy zawiera grupy elektrodonorowe. Reaktywność związków fosforowych układa się w następujący szereg[5]:

RO–P(NR2)2 > RO–PR2 > RO–PAr2 > RO–P(OR)2 > RO–P(OAr)2
gdzie R = alkil, Ar = aryl

Inne reakcje[edytuj | edytuj kod]

W przypadku α-bromo- i α-chloroketonów produktami reakcji nie są alkilofosfoniany, lecz fosforany winylowe. Reakcja znana jest jako reakcja Perkowa i różni się od reakcji Michaelisa-Arbuzowa innym mechanizmem drugiego etapu. α-Jodoketony natomiast reagują według mechanizmu Michaelisa-Arbuzowa, z wytworzeniem β-ketofosfonianów[11].

Odmianą reakcji Michaelisa-Arbuzowa jest reakcja Michaelisa-Beckera, w której substratami fosforowymi są H-fosfoniany dialkilowe aktywowane silnymi zasadami[12]:

(RO)2P(H)O + NaH → (RO)2PONa + H2
(RO)2PONa + R'X → R'P(O)(RO)2 + NaX

Reakcja ta zachodzi w warunkach łagodniejszych niż reakcja Michaelisa-Arbuzowa i pozwala na otrzymywanie C-fosfonianów także dla grup R i R' o dużej zawadzie przestrzennej[12].

Przykładowe procedury syntetyczne[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Michaelis, A.; Kaehne, R.. Ueber das Verhalten der Jodalkyle gegen die sogen. Phosphorigsäureester oder O-Phosphine. „Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft”. 31, s. 1048–1055, 1898. doi:10.1002/cber.189803101190. 
  2. Arbuzov, A. E.. „J. Russ. Phys. Chem. Soc.”. 38, s. 687, 1906. 
  3. Arbuzov, A. E.. „Chem. Zentr.”. II, s. 1639, 1906. 
  4. Ford-Moore, A. H.; Perry, B. J. "Diisopropyl methylphosphonate", Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, s. 325 (1963); Vol. 31, s. 33 (1951).
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 Bhattacharya, A. K.; Thyagarajan, G.. Michaelis–Arbuzov rearrangement. „Chem. Rev.”. 81, s. 415–430, 1981. doi:10.1021/cr00044a004 (ang.). 
  6. Arbuzov, B. A.. Michaelis–Arbusow- und Perkow-Reaktionen. „Pure Appl. Chem.”. 9, s. 307–353, 1964. doi:10.1351/pac196409020307 (niem.). 
  7. Landuer, S. R.; Rydon, H. N.. The organic chemistry of phosphorus. Part I. Some new methods for the preparation of alkyl halides. „J. Chem. Soc.”, s. 2224, 1953. doi:10.1039/jr9530002224. 
  8. Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1985. ISBN 83-01-04166-8.
  9. Gerrard, W.; Green, W. J.. 568. Mechanism of the formation of dialkyl alkylphosphonates. „J. Chem. Soc.”, s. 2550, 1951. doi:10.1039/jr9510002550. 
  10. J. Nielsen, M. H. Caruthers. Directed Arbuzov-type reactions of 2-cyano-1,1-dimethylethyl deoxynucleoside phosphites. „J.Am.Chem.Soc.”. 110 (18), s. 6275-6276, 1988. doi:10.1021/ja00226a069. 
  11. Jacobsen, H. I.; Griffin, M. J.; Preis, S.; Jensen, E. V.. Phosphonic Acids. IV. Preparation and Reactions of β-Ketophosphonate and Enol Phosphate Esters. „J. Am. Chem. Soc.”. 79, s. 2608, 1957. doi:10.1021/ja01567a067. 
  12. 12,0 12,1 H. Fakhraian, A. Mirzaei. Phase-transfer-catalyzed Michaelis-Becker synthesis of dialkyl methyl phosphonates. „Phosphorus, Sulfur Silicon Relat.Elem.”. 181 (3), s. 511-518, 2006. doi:10.1080/10426500500263789.