Hispanopedia WikiEl reordenamiento de Beckmann , que recibe su nombre del químico alemán Ernst Otto Beckmann (1853-1923), es un reordenamiento de un grupo funcional oxima a un grupo funcional amida . [ 1 ] [ 2 ] El reordenamiento también se ha realizado con éxito en haloiminas y nitronas . Las oximas cíclicas y las haloiminas producen lactamas .
El reordenamiento de Beckmann suele ser catalizado por ácido; sin embargo, se sabe que otros reactivos promueven el reordenamiento. Estos incluyen cloruro de tosil , cloruro de tionilo , pentacloruro de fósforo , pentóxido de fósforo , trietilamina , hidróxido de sodio , yoduro de trimetilsililo , entre otros. [ 3 ] La fragmentación de Beckmann es otra reacción que a menudo compite con el reordenamiento, aunque una cuidadosa selección del reactivo promotor y las condiciones del disolvente puede favorecer la formación de uno sobre el otro, a veces dando casi exclusivamente un producto. El reordenamiento ocurre estereoselectivamente para cetoximas y N-cloro/N-fluoro iminas, con el grupo migrante siendo anti-periplanar al grupo saliente en el nitrógeno. Se sabe que ciertas condiciones racemizan la geometría de la oxima, lo que lleva a la formación de ambos regioisómeros . El reordenamiento de aldoximas ocurre con estereoselectividad en fase gaseosa y sin estereoselectividad en fase de solución. Algunas metodologías permiten el reordenamiento de aldoximas a amidas primarias, pero la fragmentación suele competir en estos sistemas. El reordenamiento de nitronas también ocurre sin estereoselectividad; el regioisómero formado tiene el nitrógeno de la amida sustituido con el grupo que posee la mayor aptitud migratoria .
El reordenamiento de Beckmann arquetípico [ 4 ] es la conversión de ciclohexanona a caprolactama a través de la oxima. La caprolactama es la materia prima en la producción de Nylon 6. [ 5 ]
La solución de Beckmann, compuesta por ácido acético , ácido clorhídrico y anhídrido acético , se utilizó ampliamente para catalizar la transposición. También se han empleado otros ácidos, como el ácido sulfúrico , el ácido polifosfórico y el fluoruro de hidrógeno . El ácido sulfúrico es el más utilizado en la producción comercial de caprolactama debido a la formación de un útil subproducto de sulfato de amonio al neutralizarse con agua amoniacal .
Mecanismo de reacción
El mecanismo de reacción más común del reordenamiento de Beckmann consiste generalmente en una migración de alquilo anti-periplanar a la expulsión de un grupo saliente para formar un ion nitrilio . A esto le sigue la solvólisis a un imidato y luego la tautomerización a la amida: [ 6 ]
Mecanismo de reordenamiento de Beckmann
Se sabe que este ion nitrilio es interceptado por otros nucleófilos, incluido el grupo saliente de la oxima. [ 3 ]
Presumiblemente, después de que el grupo fenilo migra y expulsa el cianato , este último ataca al ion nitrilio formado. En tetracloruro de carbono , el isocianato puede aislarse, mientras que en etanol , el uretano se forma tras la solvólisis del isocianato.
Un estudio computacional ha establecido el mecanismo que explica las moléculas de disolvente y los sustituyentes. [ 7 ] El reordenamiento de la acetona oxima en la solución de Beckmann involucró tres moléculas de ácido acético y un protón (presente como un ion oxonio ). En el estado de transición que conduce al ion iminio (complejo σ), el grupo metilo migra al átomo de nitrógeno en una reacción concertada mientras el grupo hidroxilo es expulsado. El átomo de oxígeno en el grupo hidroxilo es estabilizado por tres moléculas de ácido acético. En el siguiente paso, el átomo de carbono electrófilo en el ion nitrilio es atacado por agua y un protón es donado de vuelta al ácido acético. En el estado de transición que conduce al imidato, el átomo de oxígeno del agua está coordinado a otros 4 átomos. En el tercer paso, un paso de isomerización protona el átomo de nitrógeno que conduce a la amida .
El mismo cálculo con un ion hidroxonio y 6 moléculas de agua tiene el mismo resultado, pero cuando el sustituyente migrante es un grupo fenilo, el mecanismo favorece la formación de un complejo π intermedio de tres miembros. Este complejo π no se encuentra en el H₃O⁺ ( H₂O ) ₆ .
Con la ciclohexanona-oxima, la reducción de la tensión del anillo da lugar a un tercer mecanismo de reacción, que conduce directamente a la caprolactama protonada en un único paso concertado sin la formación intermedia de un complejo π o un complejo σ.
Reacción de Beckmann asistida por cloruro cianúrico
El reordenamiento de Beckmann puede catalizarse utilizando cloruro cianúrico y cloruro de zinc como cocatalizadores . Por ejemplo, la ciclododecanona puede convertirse en la lactama correspondiente , el monómero utilizado en la producción de Nylon 12. [ 8 ] [ 9 ]
El mecanismo de reacción se basa en un ciclo catalítico donde el cloruro cianúrico activa el grupo hidroxilo mediante una sustitución aromática nucleofílica . El producto de la reacción se desplaza y se reemplaza por un nuevo reactivo a través de un complejo de Meisenheimer intermedio .
fragmentación de Beckmann
La fragmentación de Beckmann es una reacción que frecuentemente compite con el reordenamiento de Beckmann. [ 3 ] Cuando el grupo α respecto a la oxima es capaz de estabilizar la formación de carbocatión , la fragmentación se convierte en una vía de reacción viable. La reacción genera un nitrilo y un carbocatión, que se intercepta rápidamente para formar diversos productos. El nitrilo también puede hidrolizarse en las condiciones de reacción para dar ácidos carboxílicos . Diferentes condiciones de reacción pueden favorecer la fragmentación sobre el reordenamiento.
Los centros de carbono cuaternarios promueven la fragmentación al estabilizar la formación de carbocationes mediante hiperconjugación . Como se muestra en la imagen anterior, se forma el carbocatión "estable", que luego pierde un hidrógeno para generar un sitio de insaturación . Los átomos de oxígeno y nitrógeno también promueven la fragmentación mediante la formación de cetonas e iminas , respectivamente.
El azufre también es capaz de promover la fragmentación, aunque a mayor distancia que el oxígeno o el nitrógeno.
El silicio es capaz de dirigir la fragmentación a través del efecto beta-silicio .
El carbocatión intermedio en esta reacción es interceptado por fluoruro nucleofílico del trifluoruro de dietilaminosulfuro ( DAST ): [ 10 ]
Reacción de Semmler-Wolff
La oxima de ciclohexenona con ácido forma anilina en una reacción de deshidratación- aromatización llamada reacción de Semmler-Wolff o aromatización de Wolff [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
El mecanismo se puede representar de la siguiente manera:
La reacción es intrínsecamente un caso especial del reordenamiento de Beckmann combinado con la participación de grupos vecinos .
Aplicaciones en la síntesis de fármacos
Una síntesis industrial de paracetamol desarrollada por Hoechst - Celanese implica el reordenamiento de Beckmann catalizado por ácido de la oxima de piceol : [ 15 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Ernst Otto Beckmann (1886). "Zur Kenntniss der Isonitrosoverbindungen" [ Sobre [nuestro] conocimiento de los compuestos isonitroso ] . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 19 : 988– 993. doi : 10.1002/cber.188601901222 .
- ↑ Donaruma, LG; Heldt, WZ (1960). "El reordenamiento de Beckmann. (Revisión)". Org. React . 11 : 1–156 .
- 1 2 3 Gawley, RE (1988). "Las reacciones de Beckmann: reordenamiento, eliminación-adiciones, fragmentaciones y reordenamiento-ciclizaciones. (Revisión)". Org. React . 35 : 14–24 .
- ↑ Eck, JC; Marvel, CS (1939). "Ácido ε-benzoilaminocaproico" . Organic Syntheses . 19 : 20. doi : 10.15227/orgsyn.019.0020.
- ↑ José Ritz; Hugo Fuchs; Heinz Kieczka; William C. Morán. "Caprolactama". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a05_031.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- ↑ Lezcano-González, Inés; Boronat, Mercedes; Blasco, Teresa (abril de 2009). "Investigación sobre la reacción de transposición de Beckmann catalizada por sólidos porosos: RMN MAS y cálculos teóricos". Resonancia Magnética Nuclear de Estado Sólido . 35 (2): 120– 129. Bibcode : 2009SSNMR..35..120L . doi : 10.1016/j.ssnmr.2009.02.001 . PMID 19286355 .
- ↑ Yamabe, S.; Tsuchida, N.; Yamazaki, S. (2005). "¿Es el reordenamiento de Beckmann una reacción concertada o por etapas? Un estudio computacional". Journal of Organic Chemistry . 70 (26): 10638– 10644. doi : 10.1021/jo0508346 . PMID 16355980 .
- ↑ Furuya, Y.; Ishihara, K.; Yamamoto, H. (2005). "Cloruro cianúrico como catalizador suave y activo del reordenamiento de Beckmann". Journal of the American Chemical Society . 127 (32): 11240– 11241. Bibcode : 2005JAChS.12711240F . doi : 10.1021/ja053441x . PMID 16089442 .
- ↑ Taber, Douglass F.; Straney, Patrick J. (2010). "Síntesis de laurolactama a partir de ciclododecanona mediante un reordenamiento de Beckmann". J. Chem. Educ . 87 (12): 1392. Bibcode : 2010JChEd..87.1392T . doi : 10.1021/ed100599q . S2CID 96699202 .
- ↑ Kirihara, Masayuki; Niimi, Kanako; Momose, Takefumi (1997). "Fluorinative β-sleage of cyclic ketoximes with dietilaminosulfur trifluorure: an efficient synthesis of fluorinated carbonitriles". Chemical Communications . 6 (6): 599– 600. doi : 10.1039/a607749h .
- ↑ W. Semmler, Ber. 25, 3352 (1892)
- ↑ L. Wolff, Amp. 322, 351 (1902)
- ↑ Nombrar reacciones y reactivos en síntesis orgánica , Bradford P. Mundy, Michael G. Ellerd, Frank G. Favaloro
- ↑ Reordenamientos de Beckmann. Una investigación de casos especiales EC Horning, VL Stromberg, HA Lloyd J. Am. Chem. Soc. , 1952 , 74 (20), pp 5153–5155 doi : 10.1021/ja01140a048
- ↑ Patente estadounidense 5155273 , Fritch, John R. (Corpus Christi, TX); Fruchey, Stanley O. (Bad Soden/TS, DE); Horlenko, Theodore (Corpus Christi, TX); Aguilar, Daniel A. (Corpus Christi, TX); Hilton, Charles B. (Corpus Christi, TX); Snyder, Phillip S. (Rock Hill, SC); Seeliger, William J. (Corpus Christi, TX), "Producción de acetaminofén", publicada el 13 de octubre de 1992, asignada a Hoechst Celanese Corporation (Somerville, NJ)
Enlaces externos
- Animación del reordenamiento de Beckmann
- Animación del reordenamiento de Beckmann (caprolactama)
- Reacciones de reordenamiento
- Reacciones de formación de heterociclos nitrogenados
- reacciones de expansión de anillo
- Reacciones de síntesis de amidas
- Reacciones de nombres