GL_26_Внутримол-ые перегр-ки (1125849), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Скорость превращения пинакона (XL) в пинаколин (XLI) зависит от кислотной функции Гаммета Н_о (см. гл. 3).и характер этой зави­симости соответствует специфическому катализу ионами водорода, а не общему кислотному катализу, т.е. первой стадией реакции яв­ляется обратимое образование сопряженной кислоты гликоля. При сравнении скорости перегруппировки в Н₂¹⁸О со скоростью внедрения изотопа ¹⁸O было показано, что дегидратация сопряженной кислоты обратима, и скорость обратной реакции, состоящей в присоединении воды к первоначальному карбокатиону, сравнима со скоростью миг­рации метильной группы.

На первый взгляд может показаться странным, что третичный ион в ходе перегруппировки пинакона превращается во вторичный. Однако не следует забывать, что во вторичном ионе рядом с катионным центром находится гидроксильная группа - мощный стабилизатор карбокатионов (см. правило Марковникова; гл. 5, раздел 5.4.3). По-существу, первоначальный катион после перегруппировки превращается в протонированное карбонильное соединение, быстро (и обратимо) от­дающее протон в среду:

При перегруппировке оптически активного 1-фенил-1-(п-толил)-этиленгликоля в фенил(о-толил)ацетальдегид продукт был тоже оптически активным, т.е. переход водорода происходил стереоспецифично. Это означает, что не происходит отщепления первичного Н и тре­тичного ОН в виде воды и не образуется винилового спирта, который мог бы перегруппировываться:

Миграция водорода, таким образом, является истинно внутримолеку­лярным процессом в карбокатионе.

Проблемы, возникающие при определении "сравнительной способ­ности к миграции" различных групп, такие же, как и при перегруппи­ровках Вагнера-Меервейна (см. раздел 26.4.1), но в пинаколиновой перегруппировке возникает дополнительное осложнение, связанное с тем, что первоначально возможно образование двух разных карбокатионов:

Гликоли, в которых все четыре группы разные, могут давать несколько продуктов перегруппировки, причем состав смесей продуктов зависит от условий реакции и природы субстрата. Например, при действии холодной концентрированной Н₂SO₄ на 1,1-диметил-2,2-дифенил-этилен-1,2-гликоль получается в основном -ацетилдифенилметилметан (ХLII), а при обработке уксусной кислотой в присутствии следов Н₂SO₄ получается в основном -бензоилкумол (ХLIII).

Этот результат легко интерпретировать, если предположить, что в первом случае (сильная кислота) реакция идет через более стабиль­ный карбокатион дифенилметанового типа, а во втором случае (слабая кислота) свободные катионы не образуются, и уход гидроксила (в виде Н₂О) происходит из той из двух протонированных форм гликоля, в которой группа ⁺ОН₂ связана с изопропильным фрагментом, т.к. этому процессу способствует одновременная миграция фенила (ср. раздел 26.4.1.а).

Существует ряд перегруппировок, вполне аналогичных пинаколиновой. Например, перегруппировка замещенной окиси этилена в карбо­нильные соединения происходит под действием кислот:

Иная перегруппировка обсуждаемого типа носит название ацилоиновой или кетольной перегруппировки. В этом случае кислородсодержащие функциональные группы меняются местами и проис­ходит перемещение одной из групп, например:

Механизм реакции включает стадию протонирования группы С=O.

При дезаминировании -аминоспиртов при действии азотистой кислоты наблюдается семипинаколиновая перегруппировка. которую иначе называют пинаколиновым дезаминированием.

Процесс, по-видимому, заключается в отщеплении азота от первоначаль­но образующегося диазониевого иона с образованием карбокатиона (см. следующий раздел). Порядок подвижности групп обычный: п-анизил > Ph > CH₃.

Аналогично происходит иодгидринная перегруппировка при реакции третичных -иодированных спиртов с серебряными или ртутными солями, которые, как известно, катализируют различного рода реакции отщепления галогена, носящие характер мономолекулярного гетеролиза. Например:

Реакция характеризуется обычным порядком подвижности групп: Ph > алкил и высший алкил > СН₃.

Во всех рассмотренных выше перегруппировках действует кислотный катализ. Роль кислоты Бренстеда или Льюиса состоит в облегчении отщепления уходящей группы, т.е. в способствовании созданию элект­ронного дефицита на конечном месте миграции. Возможен, однако, и иной путь активации нейтральной молекулы к нуклеофильной пере­группировке, а именно, создание условий, благоприятствующих уходу мигрирующей группы со своей парой электронов. Если, например, ионизировать гидроксил, стоящий рядом с мигрирующей группой, действием основания, то способность группы мигрировать к электронодефицитному центру должна повыситься, т.к. дополнительной движущей силой перегруппировки будет стремление алкоголятной группы перейти в карбонил:

или

По-существу мы уже сталкивались с тем фактом, что при наличии ионизированного гидроксила водорода соседней связи С-Н приобретает "гидридную подвижность", правда, это были бимолекулярные процессы, такие, как реакция Канниццаро (гл. ) , Лейкарта (гл. ), восстановление по Меервейну-Пондорфу-Верлею (гл. ) и др. То же правило применимо и для внутримолекулярных сдвигов, и не толь­ко водорода, но и алкила и арила.

Примером перегруппировки пинаколинового типа, катализируемой основаниями , является бензиловая перегруппировка (Ю.Либих, 1838), названная так по тривиальному названию простейшего соединения, которое в нее вступает, дибензоила (бензила) С₆Н₅СОСОС₆Н₅.

Бензиловая перегруппировка - это переход дикетонов в  -гидроксикислоты под действием оснований.

Обычно реакция осуществляется на арильных производных, но ее можно применить и к алифатическим дикетонам и -кетоальдегидам.

В водно-спиртовых щелочных растворах скорость превращения бензи­ла в бензиловую кислоту Рh₂С(ОН)СООН пропорциональна произведению [бензил][ОН^-]. Следовательно, в данном случае проявляется специфичес­кий катализ гидроксид-ионом (гл. 8), а не частный случай общего основ­ного катализа. Это согласуется с механизмом, включающим стадию при­соединения основания по карбонильной группе.

В качестве основания могут выступать реактивы Гриньяра, например:

Квазиперегруппировка Фаворского имеет подобный механизм, кото­рый называется семибензиловым. В эту перегруппировку вступают -галогенкетоны, не имеющие водородных атомов в положении к С=O (в отличие от обычной перегруппировки Фаворского; см. раздел 26.7.1). Реакция имеет следующий механизм :

В конечном месте миграции должна наблюдаться инверсия, что и было найдено. Синтетическим примером такой реакции может служить получе­ние препарата демерола.

Некоторое синтетическое применение находит также другая ана­логичная перегруппировка пинаколинового типа, которая осуществ­ляется при действии диазометана на альдегиды и кетоны. В результате образуются гомологи исходных карбонильных соединений, поэтому реакция носит название гомологизация альдегидов и кетонов.

Эта реакция представляет собой истинную перегруппировку без образования свободного карбена, первой стадией которой является присоединение.

Из альдегидов образуются метилкетоны, т.е. в данном случае водород мигрирует легче алкила. Выходы сравнительно высоки, и их можно увеличить, добавляя метанол. Основным побочным продуктом явля­ется эпоксид, выход которого увеличивается, если альдегид содержит электроноакцепторные группы, при этом выход кетона падает, иногда до нуля.

В случае ациклических кетонов преобладают эпоксиды, и выход гомологичных кетонов очень мал. Добавки BF₃ или AlCl₃ повышают выход кетона. Однако циклические кетоны проявляют себя хорошо, т.е. с вы­сокими выходами дают новые кетоны с циклом, расширенным на одно звено.

26.4.З. Расширение и сужение циклов

Методы расширения и сужения циклов уже были рассмотрены в гл. 24, а также в гл. 25. Здесь мы кратко остановимся на тех реакциях, которые относятся к нуклеофильным перегруппировкам карбокатионов.

Обычно для изменения размеров цикла используют перегруппировку Демьянова, в ходе которой карбокатион получают диазотированием аминов. Например, циклобутиламин и циклопропилметиламин при диазотировании образуют одинаковые смеси циклобутанола и циклопропилкарбинола наряду с некоторым количеством 3-бутен-1-ола.

Отметим, что при сужении цикла вторичный карбокатион превращается в первичный.

Расширение наблюдалось для С₃-С₈-циклов, но лучшие выходы дают малые циклы, в которых угловое напряжение является движущей силой процесса расширения. В реакции сужения участвуют четырех-, шести-, семи- и восьмичленные циклы. Однако 5-членный цикл в четырехчленный, как правило, не переходит, т.к. при этом возникают напряжения. Превращение циклобутил-циклопропилметил происходит из-за того, что оба цикла сильно напряжены .

Семипинаколиновая перегруппировка, ведущая к расширению цикла называется реакцией Тиффно-Демьянова. Она проведена для циклов С₄-С₈, и выходы в ней больше, чем в простой реакции Демьянова:

Циклические бромгидрины при действии реактивов Гриньяра дают алкоголят-ионы, которые при кипячении в бензоле расширяют цикл с образованием циклических кетонов, например:

Реакция идет, если хотя бы одна из групп R, R’ является метилом или фенилом, и не идет если R=R’=H.

Для расширения и сужения углеродных циклов можно использовать многие другие реакции, приводящие к возникновению карбокатионов или карбенов (см. следующий раздел) , и в частности, реакцию восста­новительного демеркурирования ртутьорганических катионов.

26.4.4. Перегруппировки карбенов

Карбены - соединения двухвалентного углерода - в синглетном состоянии, в котором они в первый момент образуются при термичес­ком распаде их предшественников, имеют пустую и занятую несвязываю­щие орбитали, т.е. в принципе, они амбифильны. Однако, большинство карбенов более электрофильны, чем нуклеофильны, т.е. похожи на карбокатионы. Поэтому возможны нуклеофильные перегруппировки к карбеновому центру.

Наиболее известной является перегруппировка Вольфа, представляю­щая одну из стадий синтеза Арндта-Эйстерта - одного из лучших ме­тодов удлинения углеродной цепи на один атом.

Синтез Арндта-Эйстерта проводится по следующей схеме.

Если вместо воды используют спирт, или аммиак, то сразу выделяют эфир или амид. Иногда для перегруппировки диазокетона вместо влажного оксида серебра или бензоата серебра и триэтиламина в качестве катализатора применяют коллоидную платину или медь. Роль катализа­тора точно не выяснена, но известны реакции, идущие и без катализа­тора. В некоторых случаях перегруппировка идет при фотолизе. Мигрирующие группы R могут быть алкильными или арильными и содержать различные заместители, включая ненасыщенные группы. Таким образом, перегруппировка достаточно универсальна. При проведении синтеза Арндта-Эйстерта с диазоалканами R¹CHN₂ получают RCHR¹COOH.

Перегруппировка Вольфа обычно записывается как двухстадийная реакция с промежуточным образованием карбена. Карбокатионный центр, образующийся в результате перегруппировки на начальном месте миграции, может стабилизироваться взаимодействием с внешним нуклеофилом (перегруппировка Вагнера-Меервейна), с неподеленной парой соседнего кислорода (пинаколиновая перегруппировка), а в данном случае он взаимодействует с неподеленной парой на конечном месте миграции, так что истинным продуктом перегруппировки является кетен, который затем реагирует с водой, спиртом или амином и дает кислоту, эфир или амид.

Характеристики

Список файлов книги