Reakcja Baylisa-Hillmana

Reakcja Baylisa-Hillmana (znana też jako reakcja Morita–Baylisa–Hillmana lub reakcja MBH [1]) - reakcja chemiczna aldehydu i α,β-nienasyconej grupy elektronoakceptorowej katalizowana za pomocą DABCO (1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu), w wyniku której otrzymuje się alkohol allilowy [2]. Nazwę swą zawdzięcza chemikom: Ken'ichi Moricie japońskiego pochodzenia, Anthony B. Baylisowi brytyjskiego pochodzenia oraz Melville E. D. Hillmanowi pochodzenia niemieckiego.

Reakcja Baylisa-Hillmana

Reakcja ta może być także katalizowana za pomocą nukleofilowych amin, np. DMAP, DBU a także przez fosfiny.

Mechanizm reakcji

Poprzez addycję nukleofilową DABCO 2 do α,β-nienasyconego ketonu 1 powstaje jon obojnaczy 3, który przyłącza się do elektrofilowego aldehydu dając keto-alkohol 4. W wyniku eliminacji DABCO otrzymuje się alkohol allilowy 5 jako ostateczny produkt reakcji.

Reakcja Baylisa-Hillmana

Im większe jest pKa zasady tym większa jest szybkość reakcji, dlatego chinuklidyna jest bardziej efektywna od DABCO. Rozpuszczalniki protonowe takie jak metanol, trietanolamina, formamid czy woda także przyspieszają reakcję[3].

Dla niektórych aldehydów zaproponowano alternatywny mechanizm[4][5][6]. Uwzględnia on potwierdzoną eksperymentalnie addycję drugiej cząsteczki aldehydu, w wyniku której powstaje hemiacetal 4. Następnie zachodzi przeniesienie protonu 5 (najwolniejszy, decydujący o szybkości reakcji etap). Dopiero wtedy następuje eliminacja aldehydu, co prowadzi do powstania alkoholu allilowego 7 ostatecznego produktu reakcji.

Alternatywny mechanizm reakcji Baylisa-Hillmana

Badania in silico potwierdzają powyższy mechanizm[7] oraz tłumaczą wzrost szybkości reakcji wobec protonowych rozpuszczalników, które ułatwiają przeniesienie protonu.

Odkryta wcześniej od reakcji Baylisa-Hillmana, podobna, choć mniej znana, reakcja z zastosowaniem fosfin zamiast DABCO, nosi nazwę reakcji Rauhut-Curriera.

Możliwości

Ogólnie rzecz biorąc reakcja Baylisa-Hillmana zachodzi pomiędzy dowolnymi ubogoelektronowymi alkenami oraz elektrofilami o hybrydyzacji sp2 takimi jak aldehydy, ketony czy proste iminy, katalizowane nukleofilem. W ściśle określonych warunkach jako reagent elektrofilowy może posłużyć halogenek alkilowy[8]. W tym przypadku zamiast nukleofilu aminowego stosuje się fosfiny trialkilowe, które nie reagują bezpośrednio z halogenkami. W drugim etapie reakcji dodaje się mocną zasadę, dzięki której zachodzi eliminacja do enonu.

Reakcja Morita–Baylisa–Hillmana wobec fosfiny.

W reakcji aza-Baylisa-Hillmana jako elektrofil stosuje się iminę[9] .

W ostatnich latach Namboothiri oraz Deb [10] opracowali nowatorską technikę syntezy podstawionych α-hydroksyalkilowanych nitroalkenów, stosując reakcję Baylisa-Hillmana wobec DMAP/MeCN oraz imidazolu/THF jako katalizatora. Jako elektrofilu użyli takich związków jak pirgronianu trifluorometylu, metyloglioksalu, etyloglioksalu, dietyloketomalonianu. Natomiast jako substraty posłużyły aromatyczne i heteroaromatyczne nitroalkeny.

Ograniczenia

Reakcja MBH ketonu fenylo-winylowego z benzaldehydem katalizowana przez DABCO wobec DMF prowadzi do powstania monoadduktu, który reaguje dalej z drugą cząsteczką ketonu, tworząc produkt uboczny [11].

Przypisy

  1. ↑ K. Morita, Z. Suzuki and H. Hirose, Bull. Chem. Soc. Jpn.,1968, 41, 2815.
  2. ↑ Baylis, A. B.; Hillman, M. E. D. German Patent 2155113, 1972
  3. ↑ Varinder K. Aggarwal, Ingo Emme, Sarah Y. Fulford, Correlation between pKa and Reactivity of Quinuclidine-Based Catalysts in the Baylis−Hillman Reaction:  Discovery of Quinuclidine as Optimum Catalyst Leading to Substantial Enhancement of Scope, „Journal of Organic Chemistry”, 68 (3), 2003, s. 692–700, DOI: 10.1021/jo026671s, ISSN 0022-3263.
  4. ↑ Kristin E. Price i inni, Baylis−Hillman Mechanism:  A New Interpretation in Aprotic Solvents, „Organic Letters”, 7 (1), 2005, s. 147–150, DOI: 10.1021/ol047739o, ISSN 1523-7060.
  5. ↑ Kristin E. Price i inni, A New Interpretation of the Baylis−Hillman Mechanism, „Journal of Organic Chemistry”, 70 (10), 2005, s. 3980–3987, DOI: 10.1021/jo050202j, ISSN 0022-3263.
  6. ↑ Siegfried E. Drewes, Gregory H.P. Roos, Synthetic potential of the tertiary-amine-catalysed reaction of activated vinyl carbanions with aldehydes, „Tetrahedron”, 44 (15), 1988, s. 4653–4670, DOI: 10.1016/s0040-4020(01)86168-8 (ang.).
  7. ↑ Raphaël Robiette, Varinder K Aggarwal, Jeremy N. Harvey, Mechanism of the Morita−Baylis−Hillman Reaction:  A Computational Investigation, „Journal of the American Chemical Society”, 129 (50), 2007, s. 15513–15525, DOI: 10.1021/ja0717865, ISSN 0002-7863.
  8. ↑ Unprecedented reactivity in the Morita–Baylis–Hillman reaction; intramolecular -alkylation of enones using saturated alkyl halides Marie E. Krafft, Kimberly A. Seibert, Thomas F. N. Haxell and Chitaru Hirosawa Chemical Communications, 2005, (46), 5772 - 5774 DOI: 10.1039/b512665g Abstract
  9. ↑ Enantioselective aza-Baylis-Hillman Reaction Vasco D.B. Bonifacio, Org. Chem. Highlights, 2006, Full Article
  10. ↑ Hydroxyalkylation of Conjugated Nitroalkenes with Activated Nonenolizable Carbonyl Compounds Indubhusan Deb,Mamta Dadwal, Shaikh M. Mobin, and Irishi N. N. Namboothiri Organic Letters, 2006, (8), 1201 - 1204 Doi: http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ol060041l]
  11. ↑ Different Reaction Patterns in the Baylis-Hillman Reaction of Aryl Aldehydes with Phenyl Vinyl Ketone, Phenyl Acrylate and Phenyl Thioacrylate Min Shi, Chao-Qun Li and Jian-Kang Jiang Molecules 2002, 7, 721-733 Full Article

Media użyte na tej stronie

Reakcja MBH-fosfina.png
Reakcja Morita–Baylisa–Hillmana wobec fosfiny
Reakcja MBH-Mechanizm.png
Alternatywny mechanizm reakcji Morita–Baylisa–Hillmana
Mechanizm reakcji Baylisa-Hillmana.png
Mechanizm reakcji Baylisa-Hillmana