Окисления Дакина (или реакция Дакиной ) представляет собой органическая окислительно - восстановительная реакция , в которой орты - или пару - гидроксилированный фенил альдегид ( 2-гидроксибензальдегид или 4-гидроксибензальдегид ) или кетон вступает в реакцию с перекисью водорода в основании , чтобы сформировать бензолдиол и карбоксилат . В целом карбонильная группа окисляется, а перекись водорода восстанавливается.
Реакция Дакина | |
---|---|
Названный в честь | Генри Дрисдейл Дакин |
Тип реакции | Органическая окислительно-восстановительная реакция |
Идентификаторы | |
Портал органической химии | дакин-реакция |
Идентификатор онтологии RSC | RXNO: 0000169 |
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
Окисление Дакина начинается с нуклеофильного присоединения гидропероксидного аниона к карбонильному углероду с образованием тетраэдрического промежуточного соединения ( 2 ). Промежуточный продукт разрушается, вызывая миграцию [1,2] - арила , отщепление гидроксида и образование фенилового эфира ( 3 ). Затем фениловый эфир гидролизуется : нуклеофильное добавление гидроксида из раствора к карбонильному углероду сложного эфира образует второй тетраэдрический промежуточный продукт ( 4 ), который разрушается, удаляя феноксид и образуя карбоновую кислоту ( 5 ). Наконец, феноксид извлекает кислый водород из карбоновой кислоты, давая собранные продукты ( 6 ). [1] [2]
Факторы, влияющие на кинетику реакции
Окисление Дакина имеет две стадии, ограничивающие скорость : нуклеофильное присоединение гидропероксида к карбонильному углероду и миграция [1,2] -арила. [2] Таким образом, общая скорость окисления зависит от нуклеофильности гидропероксида, электрофильности карбонильного углерода и скорости миграции [1,2] -арила. В алкильных заместителях углерода карбонильного, относительные положения гидроксильных и карбонильных группы на арильном кольце, присутствие других функциональных групп на кольце, и реакционная смесь рН четыре фактора , которые влияют на действия ограничения скорости.
Алкильные заместители
В общем, фенилальдегиды более реакционноспособны, чем фенилкетоны, потому что карбонильный углерод кетона менее электрофилен, чем карбонильный углерод альдегида. [1] Разницу можно уменьшить, увеличив температуру реакционной смеси. [3]
Относительное положение гидроксильных и карбонильных групп
О- гидроксифенилальдегиды и кетоны окисляются быстрее, чем пара- гидроксифенилальдегиды и кетоны в слабоосновных условиях. В о- гидроксильных 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 ). Без этой стабилизации карбонильный углерод пара- гидроксисоединений менее электрофилен. Следовательно, о- гидроксисоединения окисляются быстрее, чем пара- гидроксисоединения, когда гидроксильная группа протонирована. [2]
М- гидроксисоединения не окисляются до м- бензолдиолов и карбоксилатов. Скорее они образуют фенилкарбоновые кислоты. [1] [2] Различия в способностях к миграции арильных колец могут объяснить это. Гидроксильные группы, орто или пара по отношению к карбонильной группе, концентрируют электронную плотность на арильном углероде, связанном с карбонильным углеродом ( 10c , 11d ). Фенильные группы обладают низкой способностью к миграции, но более высокая плотность электронов у мигрирующего углерода увеличивает способность к миграции, облегчая миграцию [1,2] -арила и позволяя реакции продолжаться. M -гидроксисоединения не концентрируют электронную плотность на мигрирующем углероде ( 12a , 12b , 12c , 12d ); миграционная способность их арильных групп остается низкой. Бензильный водород, который имеет самую высокую миграционную способность, мигрирует вместо ( 8 ), образуя фенил карбоновой кислоты ( 9 ).
Другие функциональные группы арильного кольца
Замена фенильных атомов водорода электронодонорными группами орто или пара на карбонильную группу увеличивает электронную плотность на мигрирующем углероде, способствует миграции [1,2] -арила и ускоряет окисление. Замена электронодонорных групп мета на карбонильную группу не изменяет электронную плотность на мигрирующем углероде; поскольку способность незамещенных фенильных групп к миграции низкая, преобладает миграция водорода. Замещение электроноакцепторными группами в орто или парах карбонила снижает электронную плотность у мигрирующего углерода ( 13c ), ингибирует миграцию [1,2] -арила и способствует миграции водорода. [1]
pH
Анион гидропероксида является более реакционноспособным нуклеофилом, чем нейтральный пероксид водорода. Следовательно, окисление ускоряется по мере увеличения pH в направлении pK a пероксида водорода и увеличения концентрации гидропероксида. Однако при pH выше 13,5 окисление не происходит, возможно, из-за депротонирования второго пероксидного кислорода. Депротонирование второго пероксидного кислорода предотвратит миграцию [1,2] -арила, потому что одиночный оксидный анион слишком щелочной, чтобы его можно было удалить ( 2 ). [2]
Депротонирование гидроксильной группы увеличивает отдачу электронов от гидроксильного кислорода. Когда гидроксильная группа находится в орто или пара по отношению к карбонильной группе, депротонирование увеличивает электронную плотность на мигрирующем углероде, способствуя более быстрой миграции [1,2] -арила. Следовательно, миграции [1,2] -арила способствует диапазон pH, который способствует депротонированию над протонированной гидроксильной группой. [2]
Варианты
Кислотно-катализируемое окисление Дакина
Окисление Дакина также может происходить в умеренно кислых условиях с механизмом, аналогичным механизму, катализируемому основанием. В метаноле , пероксиде водорода и каталитической серной кислоте карбонильный кислород протонируется ( 14 ), после чего пероксид водорода присоединяется в качестве нуклеофила к карбонильному углероду, образуя тетраэдрический промежуточный продукт ( 15 ). После внутримолекулярного переноса протона ( 16 , 17 ) тетраэдрический промежуточный продукт разрушается, происходит миграция [1,2] -арила и удаляется вода ( 18 ). Нуклеофильное присоединение метанола к карбонильному углероду дает еще один тетраэдрический промежуточный продукт ( 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 ). [4]
Катализируемое борной кислотой окисление Дакина
Добавление борной кислоты к реакционной смеси, катализируемой кислотой, увеличивает выход фенольного продукта по сравнению с продуктом фенилкарбоновой кислоты, даже при использовании фенилальдегидных или кетоновых реагентов с электронодонорными группами мета к карбонильной группе или электроноакцепторными группами орто или пара к карбонильная группа. Борная кислота и пероксид водорода образуют комплекс в растворе, который после добавления к карбонильному углероду способствует миграции арила по сравнению с миграцией водорода, максимизируя выход фенола и снижая выход фенилкарбоновой кислоты. [5]
Катализируемое метилтриоксорением окисление Дакина
Использование ионного жидкого растворителя с каталитическим метилтриоксорением (МТО) резко ускоряет окисление Дакина. МТО образует комплекс с пероксидом водорода, который увеличивает скорость добавления пероксида водорода к карбонильному углероду. Однако МТО не изменяет относительные выходы продуктов фенола и фенилкарбоновой кислоты. [6]
Катализируемое мочевиной окисление Дакина
Смешивание мочевины и перекиси водорода дает комплекс мочевина-перекись водорода (UHC). Добавление сухого UHC к фенилальдегиду или кетону без растворителя также ускоряет окисление Дакина. Подобно MTO, UHP увеличивает скорость нуклеофильного добавления перекиси водорода. Но в отличие от варианта, катализируемого МТО, вариант, катализируемый мочевиной, не производит потенциально токсичных отходов тяжелых металлов ; он также применялся для синтеза оксидов аминов, таких как пиридин- N- оксид . [3]
Синтетические приложения
Окисление Дакина чаще всего используется для синтеза бензолдиолов [7] и алкоксифенолов. [1] [8] Катехол , например, синтезируется из о- гидрокси- и о- алкоксифенилальдегидов и кетонов, [7] и используется в качестве исходного материала для синтеза нескольких соединений, включая катехоламины , [9] катехоламин. производные и 4- трет- бутилкатехол , обычный антиоксидант и ингибитор полимеризации. Другие синтетически полезные продукты окисления Дакина включают гваякол , предшественник нескольких ароматизаторов; гидрохинон , обычное проявление фотографий; и 2- трет- бутил-4-гидроксианизол и 3- трет- бутил-4-гидроксианизол, два антиоксиданта, обычно используемые для консервирования упакованных пищевых продуктов. [6] Кроме того, окисление Дакина полезно для синтеза индолехинонов , природных соединений, которые проявляют высокую антибиотическую , противогрибковую и противоопухолевую активность. [10]
Смотрите также
- Окисление Байера-Виллигера
- Перестановка Бекмана
- Нуклеофильное ацильное замещение
- Реакция Реймера – Тимана.
Рекомендации
- ^ a b c d e Дакин, HD (1909). «Окисление гидроксипроизводных бензальдегида, ацетофенона и родственных веществ». Американский химический журнал . 42 (6): 477–498.
- ^ а б в г д е Подкак, МБ; Bhandari, K .; Shell, B .; Смит, Т.А. (1982). «Стерические и pH эффекты на скорость окисления Дакина ацилфенолов». Журнал органической химии . 47 (22): 4208. DOI : 10.1021 / jo00143a007 .
- ^ а б Варма, РС; Найкер, КП (1999). «Комплекс мочевины-перекиси водорода: протоколы твердого окисления для гидроксилированных альдегидов и кетонов (реакция Дакина), нитрилов, сульфидов и азотных гетероциклов». Органические буквы . 1 (2): 189. DOI : 10.1021 / ol990522n .
- ^ Matsumoto, M .; 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; Mohanta, PK; Ila, H .; 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 .
- ^ а б Bernini, R .; Coratti, A .; Provenzano, G .; Фибризи, Г. и Тофани, Д. (2005). «Окисление ароматических альдегидов и кетонов H 2 O 2 / CH 3 ReO 3 в ионных жидкостях: эффективная каталитическая реакция для получения двухатомных фенолов». Тетраэдр . 61 (7): 1821–1825. DOI : 10.1016 / j.tet.2004.12.025 .
- ^ а б Дакин, HD (1923). «Катехол». Органический синтез . 3 : 28. DOI : 10,15227 / orgsyn.003.0028 .
- ^ Суррей, Александр Р. (1946). «Пирогаллол-1-монометиловый эфир». Органический синтез . 26 : 90–2. DOI : 10.15227 / orgsyn.026.0090 . PMID 20280766 .
- ^ Юнг, ME; Лазарова, Т.И. (1997). «Эффективный синтез селективно защищенных производных l-Dopa из l-тирозина посредством реакций Реймера-Тимана и Дакина». Журнал органической химии . 62 (5): 1553. DOI : 10.1021 / jo962099r .
- ^ Аламгир, М .; Митчелл, PSR; Bowyer, PK; Кумар, Н. и Блэк, Д.С. (2008). «Синтез 4,7-индолохинонов из индол-7-карбальдегидов окислением Дакина». Тетраэдр . 64 (30–31): 7136–7142. DOI : 10.1016 / j.tet.2008.05.107 .