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Articulo de referencia

Reacción de Michaelis-Arbuzov

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La reacción de Michaelis-Arbuzov (también llamada reacción de Arbuzov ) es la reacción química de un éster de fósforo trivalente con un haluro de alquilo para formar una especie de fósforo pentavalente y otro haluro de alquilo. La imagen a continuación muestra los tipos más comunes de sustratos que experimentan la reacción de Arbuzov; los ésteres de fosfito ( 1 ) reaccionan para formar fosfonatos ( 2 ), los fosfonitos ( 3 ) reaccionan para formar fosfinatos ( 4 ) y los fosfinitos ( 5 ) reaccionan para formar óxidos de fosfina ( 6 ).

La reacción fue descubierta por August Michaelis en 1898, [ 1 ] y explorada extensamente por Aleksandr Arbuzov poco después. [ 2 ] [ 3 ] Esta reacción se utiliza ampliamente para la síntesis de varios fosfonatos, fosfinatos y óxidos de fosfina . Se han publicado varias revisiones. [ 4 ] [ 5 ] La reacción también ocurre para ligandos de fosfito coordinados, como se ilustra por la desmetilación de {(C 5 H 5 )Co[(CH 3 O) 3 P] 3 } 2+ para dar {(C 5 H 5 )Co[(CH 3 O) 2 PO] 3 } − , que se llama ligando de Klaui .

Mecanismo de reacción

El mecanismo de la reacción de Michaelis-Arbuzov
El mecanismo de la reacción de Michaelis-Arbuzov

La reacción de Michaelis-Arbuzov se inicia con el ataque SN2 de la especie de fósforo nucleofílico ( 1 - A fosfito) con el haluro de alquilo electrófilo ( 2 ) para dar una sal de fosfonio como intermedio ( 3 ). Estos intermedios son ocasionalmente lo suficientemente estables como para aislarse, como en el caso de los fosfitos de triarilo, que no reaccionan para formar el fosfonato sin la ruptura térmica del intermedio (200  °C), o la ruptura por alcoholes o bases. El anión haluro desplazado suele reaccionar entonces mediante otra reacción SN2 en uno de los carbonos R1 , desplazando el átomo de oxígeno para dar el fosfonato deseado ( 4 ) y otro haluro de alquilo ( 5 ). Esto se ha apoyado en la observación de que los grupos quirales R1 experimentan una inversión de configuración en el centro de carbono atacado por el anión haluro. Esto es lo que se espera de una reacción SN2 . [ 6 ] También existe evidencia de un mecanismo de desalquilación basado en carbocationes similar a una reacción S N 1 , donde el grupo R 1 se disocia inicialmente de la sal de fosfonio seguido del ataque del anión. [ 5 ] Se ha demostrado que los haluros que normalmente no reaccionan de forma S N 2 o S N 1, como los haluros de arilo , participan en la reacción de Michaelis-Arbuzov a través de mecanismos de radicales libres. [ 7 ]

Los experimentos estereoquímicos realizados con fosfitos cíclicos han revelado la presencia de fosforanos pentavalentes e intermedios de fosfonio tetravalentes en equilibrio químico , los cuales participan en la etapa de desalquilación de la reacción, según lo determinado mediante RMN de 31P . La descomposición de estos intermedios está impulsada principalmente por la nucleofilicidad del anión. Existen numerosos casos en los que las sales de fosfonio intermedias son suficientemente estables como para poder aislarse cuando el anión es débilmente nucleofílico, como ocurre con los aniones tetrafluoroborato o triflato .

Alcance

Haluro de alquilo

Fuente: [ 5 ]

Como pauta general, la reactividad del componente haluro orgánico se puede clasificar de la siguiente manera: (de más reactivo a menos reactivo)

RCOX>RCH2incógnita>RR′CHX≫RR′R″CX{\displaystyle {\ce {RCOX>RCH2X>RR'CHX\gg RR'R''CX}}}

y

Rhode Island>RBr>RCl{\displaystyle {\ce {RI > RBr > RCl}}}

En general, los haluros de alquilo terciarios, los haluros de arilo y los haluros de vinilo no reaccionan. Existen excepciones notables a esta tendencia, como el 1,2-dicloroeteno y los haluros de tritilo . Se sabe que algunos haluros de arilo activados, a menudo con heterociclos, sí reaccionan. El yodobenceno y sus derivados sustituidos reaccionan en condiciones fotolíticas. Los haluros de alquilo secundarios suelen reaccionar mal, produciendo alquenos como subproductos. Los haluros de alilo y propargilo también son reactivos, pero pueden reaccionar mediante un mecanismo S N 2 o S N 2'. La reacción con haluros de alquilo primarios y haluros de acilo generalmente transcurre sin problemas. Curiosamente, el tetracloruro de carbono solo reacciona una vez, mientras que el cloroformo es inerte a las condiciones de reacción. Cuando se encuentra un átomo de haluro en la cadena éster separada del átomo de fósforo, se sabe que se produce la isomerización al producto de Arbuzov correspondiente sin la adición de un haluro de alquilo.

La reacción de Perkow es una vía de reacción competitiva para las α-bromo- y α-clorocetonas. En las condiciones de reacción, se produce una mezcla del producto de Perkow y el producto de Arbuzov, favoreciendo generalmente el producto de Perkow en una cantidad significativa. El uso de temperaturas más altas durante la reacción puede favorecer el producto de Arbuzov. La reacción de las α-iodocetonas produce únicamente el producto de Arbuzov. [ 8 ] Se han desarrollado otros métodos para producir β-cetofosfonatos. [ 9 ]

La reacción de los compuestos de fósforo trivalente con fluoruros de alquilo es anómala. Un ejemplo de esta reactividad se muestra a continuación.

Reactivo de fósforo

La forma general del reactivo de fósforo trivalente puede considerarse de la siguiente manera:ABP−O{\displaystyle {\ce {ABP-OR}}}donde A y B suelen ser grupos alquilo, alcoxi o ariloxi. Se sabe que los grupos electroatractores ralentizan la velocidad de reacción, mientras que los grupos electrodonadores la aumentan. Esto concuerda con el ataque inicial del reactivo de fósforo sobre el haluro de alquilo como etapa determinante de la velocidad de reacción. La reacción transcurre sin problemas cuando el grupo R es alifático. Cuando A, B y R son grupos arilo, se forma una sal de fosfonio estable y la reacción no continúa en condiciones normales. Se sabe que el calentamiento a temperaturas más altas en presencia de alcoholes produce el producto de isomerización. Los fosfitos cíclicos generalmente reaccionan para eliminar el grupo OR no cíclico, aunque para algunos anillos de 5 miembros se requiere un calentamiento adicional para obtener el producto cíclico final. [ 5 ]

Las sales de fosfito (Ej.: R = Na) también pueden reaccionar con precipitación de la sal de haluro de sodio correspondiente. Los amidofosfitos y sililoxifosfitos se han utilizado anteriormente para producir amidofosfonatos y ácidos fosfínicos. [ 5 ]

También puede ocurrir un reordenamiento de tipo Arbuzov, donde el O de un grupo OR actúa como grupo saliente en el ataque SN2 inicial del fósforo. Se sabe que esto solo ocurre cuando A y B son Cl. [ 5 ]

Los ésteres de fosfito son la clase de reactivos menos reactivos utilizados en esta reacción. Reaccionan para producir fosfonatos. Requieren el mayor calentamiento para que se produzca la reacción (entre 120  °C y 160  °C es lo habitual). Esta alta temperatura permite emplear la destilación fraccionada para eliminar el haluro de alquilo producido, aunque también se puede utilizar un exceso del haluro de alquilo de partida. A menudo no se utilizan disolventes en esta reacción, aunque existen precedentes de que su uso mejora la selectividad. [ 5 ]

Los fosfonitas son generalmente más reactivos que los ésteres de fosfito. Reaccionan para producir fosfinatos. La reacción también requiere calentamiento, pero la pirólisis del éster a un ácido es una reacción secundaria común. La escasa disponibilidad de fosfonitas sustituidas limita el uso de esta clase de reactivos en la reacción de Arbuzov. Los grupos funcionales hidroxilo , tiol , ácido carboxílico , amina primaria y secundaria no pueden utilizarse con fosfonitas en la reacción, ya que todos reaccionan con el fosfonito. [ 5 ]

Los fosfinitos son la clase de reactivos más reactivos utilizados en esta reacción. Reaccionan para producir óxidos de fosfina. A menudo requieren muy poco calentamiento (45  °C) para que se produzca la reacción y se sabe que se autoisomerizan sin la presencia de haluros de alquilo. [ 5 ]

El reordenamiento de Arbuzov generalmente no admite un análogo tiólogo, excepto cuando el fósforo está sustituido con grupos fuertemente dadores de electrones. [ 10 ]

Otras variantes

Tradicionalmente, la reacción de Arbuzov se realiza con un haluro de alquilo. Sin embargo, los compuestos de fósforo tricoordinados también pueden atacar átomos de carbono insaturados, ya sea directamente o en conjugación . En tales circunstancias, el grupo electrófugo unido al éster de fósforo es clave; la reacción tiene máxima fiabilidad con fosfitos de trimetilsililo o similares. [ 11 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Michaelis, A.; Kaehne, R. (1898). "Ueber das Verhalten der Jodalquile gegen die sogen. Phosphorigsäureester oder O-Phosphine" . Berichte . 31 : 1048– 1055. doi : 10.1002/cber.189803101190 .
  2. ↑ Arbuzov, AE (1906). "Sobre la estructura del ácido fosfónico y sus derivados: isometización y transición de enlaces del fósforo trivalente al pentavalente". J. Russ. Phys. Chem. Soc . 38 : 687.
  3. ↑ Arbuzov, AE (1906). Química. Zentr . II : 1639.{{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )
  4. ^ Arbuzov, Licenciado en Letras (1964). "Michaelis – Arbusow- und Perkow-Reaktionen" . Pura aplicación. Química. 9 (2): 307– 353. doi : 10.1351/pac196409020307 . S2CID 93719226 . 
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Bhattacharya, Alaska; Thyagarajan, G. (1981). "Reordenamiento de Michaelis-Arbuzov". Química. Rev. 81 (4): 415– 430. doi : 10.1021/cr00044a004 .
  6. ↑ Gerrard, W.; Green, WJ (1951). "568. Mecanismo de formación de dialquil alquilfosfonatos". J. Chem. Soc. : 2550. doi : 10.1039/jr9510002550 .
  7. ↑ Kostoudi, Stavroula; Pampalakis, Georgios (2022-03-21). "Mejoras, variaciones y aplicaciones biomédicas de la reacción de Michaelis-Arbuzov" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 23 (6): 3395. doi : 10.3390/ijms23063395 . ISSN 1422-0067 . PMC 8955222. PMID 35328816 .   
  8. ↑ Jacobsen, HI; Griffin, MJ; Preis, S.; Jensen, EV (1957). "Ácidos fosfónicos. IV. Preparación y reacciones de ésteres de β-cetofosfonato y enol fosfato". J. Am. Chem. Soc. 79 (10): 2608. Bibcode : 1957JAChS..79.2608J . doi : 10.1021/ja01567a067 .
  9. ↑ Nagata, W.; Wakabayashi, T.; Hayase, Y. (1988). "2-(ciclohexilamino)vinilfosfonato de dietilo" . Síntesis orgánicas .; Volúmenes recopilados , vol. 6, pág. 448  .
  10. ↑ Almasi, Lucreșia (1971). «El enlace azufre - fósforo». En Senning, Alexander (ed.). El azufre en la química orgánica e inorgánica . Vol. 1. Nueva York: Marcel Dekker. pp. 51–55 . ISBN   0-8247-1615-9. LCCN 70-154612 , aunque cabe señalar que Almasi identifica el eje quimioselectivo como dureza-blandura .
  11. ↑ Engel, Robert (1988). "Adición de fósforo en carbono sp 2 ". En Kende, Andrew S. (ed.). Reacciones orgánicas . Vol. 36. Wiley. doi : 10.1002/0471264180.or036.02 . 
  • Ford-Moore, AH; Perry, BJ Síntesis Orgánicas , Vol. 4, pág.  325 (1963); Vol. 31, pág.  33 (1951). ( Artículo )
  • Davidsen, SK; Phillips, GW; Martin, SF Organic Syntheses , Coll. Vol. 8, pág.  451 (1993); Vol. 65, pág.  119 (1987). ( Artículo )
  • Enders, D.; von Berg, S.; Jandeleit, B. Síntesis orgánicas , Coll. vol. 10, pág.  289 (2004); vol. 78, pág.  169 (2002). ( Artículo )