Źródło : Carey Advanced Organic Chemistry B, problem 4.1 b
Szukając interesujących problemów związanych z dodatkiem do C = C, natknąłem się na to z tyłu Carey. Wygląda to na prosty dodatek do alkenu, ale użycie HOBr, z którym nigdy nie spotkałem się w laboratorium (i być może nie widziałem tego jako przykładu, odkąd byłem studentem …).
Najbardziej oczywistym sposobem dysocjacji HOBr jest utrata protonu, pozostawiając anion OBr, Wikipedia potwierdza to:
[…] kwas podbromowy częściowo dysocjuje na anion podbromianowy OBr− i kation H +.
Jak dotąd dobrze. I na podstawie tego fakt , możesz oczekiwać, że produkt będzie taki, jak pokazano poniżej. Jednak oryginalna literatura wskazuje na inny produkt, również pokazany poniżej.
Oczywiście produkt, który narysowałem jako oczekiwany wygląda trochę dziwnie, z obecną niestabilną wiązaniem Br-O. Nie potrafię jednak zracjonalizować, jak powstał rzeczywisty produkt.
Ref.: JOC, 1968 , 33 , 3953.
Oryginalna literatura, z której pochodzi problem
Trzy możliwości:
-
HOBr nie dysocjuje, gdy ja wyobraziłem sobie. Istnieje możliwość, że Br utworzy jon bromoniowy, który jest następnie otwierany przez wodorotlenek, jednak aby uzyskać produkt jako izolowany, musisz zaatakować w sensie anty-Markownikow (tj. Produkt będzie wyglądał jak ten utworzony, jeśli zaatakował pierwotną karbokację wodorotlenkiem).
-
Produkt tworzy się tak, jak go narysowałem, ale zmienia układ, aby uzyskać produkt, który izoluje. To jest to, co uważam za najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie , ale nie widzę, jak to się dzieje.
-
Drugorzędna karbokacja powstaje podczas protonowania, ale to się zmienia. Ponownie, próba zobaczenia, jak to zadziała, ponieważ kation wtórny jest najbardziej stabilnym, jaki może powstać w tym układzie, ponieważ nie ma możliwości trzeciorzędowej karbokacji.
Jakieś sugestie, jak wskazać właściwy kierunek? Nawet nazwa przegrupowania byłaby pomocna.
Komentarze
- Czy na pewno ” zaobserwowany produkt „? Słyszałem, że reakcja halohydryny jest zgodna z regułą Markovnikova. Taka sama reakcja nastąpi, jeśli użyjesz Br2 w H2O. Powstaje pierwszy jon bromonowy, po którym następuje nukleofilowy atak cząsteczki wody.
- Mogę ' zagwarantować, że produkt w artykule jest poprawny, oczywiście w 1968 r., Charakterystyka nie ' t, czym jest dzisiaj. Ale większość mojego pytania jest słuszna, nawet zakładając, że było błędne.
- Spójrz w połowie strony tutaj na przykłady kwasu podtlenowego. $ \ ce {Br ^ {+}} $ jest elektrofilem. Jeden z ich przykładów polega na dodaniu $ \ ce {HOBr} $ do metylenocyklopentanu. Produkt różni się od tego, co sugeruje referencja JOC.
- Czy więc produkt jest zgodny z regułą Markovnikov?
- @AdityaDev Tak, jest zgodny z Markovnikov ' zasada s.
Odpowiedź
„Oczekiwany” produkt pochodzi z analogii dodawania silnych kwasów, takich jak HBr lub uwodnienie katalizowane kwasem (często kwasem siarkowym). Jednak pKa HOBr wynosi 8,7 ( ref ), czyli znacznie mniej niż te warunki, więc nie ma sensu robić tej analogii. Innymi słowy, zasadą w tych reakcjach jest alken, który jest bardzo słaby. Tylko bardzo mocny kwas będzie protonował alken.
W szybkich poszukiwaniach SciFindera nie znalazłem żadnego przytłaczającego dowodu na regioselektywność obserwowaną w produkt, ale wydaje mi się rozsądny, biorąc pod uwagę mechanizm podobny do tego, który sugeruje Aditya Dev.
Patrzę na HOBr jak na tlen z grupą opuszczającą (analogicznie do Br-Br). Atak alkenu na tlen uwalnia bromek i prowadzi do trzeciorzędowej karbokationu. Odrzucenie przez tlen zamyka protonowany epoksyd, który jest analogiczny do bromonium. W przypadku bromonu są to struktury rezonansowe.Nie wiem, czy tak jest w tym przypadku (tlen jest znacznie mniejszy niż brom), ale napisałem to w ten sposób, aby kontynuować analogię. W każdym razie protonowane epoksydy są zwykle atakowane w miejscu, które jest najlepiej w stanie ustabilizować ładunek dodatni, czyli trzeciorzędowy węgiel. Powstała bromohydryna jest „obserwowanym” produktem.
Komentarze
- Jak myślisz, dlaczego podwójna wiązanie zaatakowałoby atom tlenu bogaty w elektrony zamiast bardziej naładowanego dodatnio Br? Elektrofil zostanie zaatakowany jako pierwszy, a tabela tutaj mówi, że w HOBr Br będzie elektrofilowy.
- @ pH13 Albo jest rozsądne … Bromek jest znacznie lepszą grupą opuszczającą niż wodorotlenek. To sprawia, że proces jest podobny do reakcji z kwasami nadtlenokarboksylowymi (np. nadoctowym lub mCPBA), w których alken atakuje tlen z grupą opuszczającą. W takich przypadkach grupą opuszczającą jest karboksylan. Tak czy inaczej bym w to wierzył i chciałbym zobaczyć eksperymenty dowody na to, że są jedni nad drugimi. W moich krótkich poszukiwaniach nie widziałem nic przekonującego. Widziałem również tę tabelę, ale niestety nie ma żadnych odniesień, więc nie ' nie wiem, ile akcji włożyć do tej tabeli.
- 1) Traynham, JG; Pascual, O. S., Tetrahedron 1959 , 7 (3-4), 165-172 , 2) Carey, F. A .; Sundberg, R. J .; Dodatek elektrofilowy do alkenów. Advanced Organic Synthesis, część B: Reactions and Synthesis , wydanie 5; Springer: Nowy Jork, 2007; 302 f. który cytuje Masuda H .; Takase, K .; Nishio, M .; Hasegawa, A .; Nishiyama, Y .; Ishii, Y., J. Org. Chem. 1994 , 59 (19), 5550–5555
Odpowiedź
Traynham i Pascual 1 jako pierwsi zbadali reakcję kwasów podhalogenowych z metylenocykloheksanem 1 i epoksydu 3 tej olefiny z HBr. Chociaż odnotowano obie regioizomeryczne chlorohydryny, uzyskano tylko jedną bromohydrynę, regioizomer 2 (mp.82 o -83 o ). Przypisania strukturalne wykonano bez pomocy spektroskopii NMR.
Sisti 2 ponownie zbadał te reakcje i dostarczył za pomocą NMR przekonujących dowodów, że struktura 2 to inny regioizomer 8 (mp.82 o -83 o i nieobniżona temperatura topnienia mieszaniny). Przewidywalne oksymercuracja olefiny 3 doprowadziła do rtęci 6 , który został łatwo przekonwertowany na bromohydrin 8 , a także zredukowany za pomocą NaBH 4 tworząc trzeciorzędowy cykloheksanol 7 . Przygotowanie bromohydryny 2 osiągnięto częściowo poprzez redukcję bromoestru 4 z LiAlH 4 . Grupy metylenowe bez pierścienia zostały rozróżnione przez nmr: 2 (CH 2 OH, δ 3.70); 8 (CH 2 Br, δ 3,37 ).
Aby właściwie odpowiedzieć na to zapytanie, przed udostępnieniem mechanizmu jego tworzenia ważne jest, aby mieć poprawną strukturę produktu.
1) Traynham, JG; Pascual, OS Tetrahedron , 1959 , 7 , 165.
2) Sisti, AJ J. Org. Chem. , 1968 , 33 , 3953.
Odpowiedź
Przepraszam, że odkopuję stare pytanie, ale myślę, że brakuje kilku ważnych punktów:
Eksperymentalna Wynik można łatwo wytłumaczyć zawadą przestrzenną i polaryzacją jonu bromoniowego powstałego w wyniku dodania $ \ ce {Br +} $ do alkenu (pierścień trójczłonowy). Następuje atak SN2 wody (wodorotlenki nie są zbyt powszechne w wodnych środowiskach kwaśnych!) Na jonie bromoniowym. Atak nukleofilowy na pierścień cykloheksylowy jest trudniejszy (wolny) niż w miejscu odsłoniętym (szybki). Dodatkowo pierścień cykloheksylowy daje efekt + I, dezaktywując węgiel pierścienia cykloheksylowego dla ataku nukleofilowego.
Odpowiedź
Również ja chciał dodać, że w rzeczywistości nie jest możliwe otrzymanie czystego HOBr. Te gatunki istnieją w skomplikowanych równowagach w roztworze wodnym.Wiadomo, że są nieproporcjonalne do bardziej stabilnych stanów utlenienia (w tym bromków) i istnieją w równowadze z bromem i wodą . Podobnie jak inne elektrofilowe środki chlorowcujące, takie jak N-bromosukcynimid, dostarczają one do roztworu niewielkie stężenie chlorowca cząsteczkowego. Możesz potraktować to jako reaktywną jednostkę w swojej reakcji.