El reordenamiento de Beckmann , llamado así por el químico alemán Ernst Otto Beckmann (1853-1923), es un reordenamiento de un grupo funcional oxima en amidas sustituidas . [1] [2] La transposición también se ha realizado con éxito en haloiminas y nitronas . Las oximas y haloiminas cíclicas producen lactamas .
Reordenamiento de Beckmann | |
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Lleva el nombre de | Ernst Otto Beckmann |
Tipo de reacción | Reacción de reordenamiento |
Identificadores | |
Portal de química orgánica | reordenamiento de Beckmann |
ID de ontología RSC | RXNO: 0000026 |
La transposición de Beckmann a menudo es catalizada por ácido, sin embargo, se sabe que otros reactivos promueven la transposición. Estos incluyen cloruro de tosilo , 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 la transposición, aunque la selección cuidadosa de las condiciones de reactivo y disolvente promotores puede favorecer la formación de uno sobre el otro, dando a veces casi exclusivamente un producto. El reordenamiento ocurre estereoespecíficamentepara cetoximas y N-cloro / N-fluoroiminas, siendo el grupo migrante anti-periplanar al grupo saliente en el nitrógeno. Se sabe que ciertas condiciones racemizan la geometría de la oxima, lo que conduce a la formación de ambos regioisómeros . La transposición de las aldoximas se produce con estereoespecificidad en la fase gaseosa y sin estereoespecificidad en la fase de solución. Algunas metodologías permiten el reordenamiento de aldoximas a amidas primarias, pero la fragmentación compite comúnmente en estos sistemas. El reordenamiento de nitrona también ocurre sin estereoespecificidad; el regioisómero formado tiene el nitrógeno amídico sustituido por el grupo que posee la mayor aptitud migratoria .
![El reordenamiento de Beckmann](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/eb/BeckmannRearrangement3.svg/400px-BeckmannRearrangement3.svg.png)
El reordenamiento arquetípico de Beckmann [4] es la conversión de ciclohexanona en caprolactama a través de la oxima. La caprolactama es la materia prima en la producción de Nylon 6 . [5]
La solución de Beckmann consta de ácido acético , ácido clorhídrico y anhídrido acético , y se usó ampliamente para catalizar la transposición. Se han utilizado otros ácidos, como el ácido sulfúrico , el ácido polifosfórico y el fluoruro de hidrógeno . El ácido sulfúrico es el ácido más comúnmente utilizado para la producción comercial de lactama debido a la formación de un subproducto de sulfato de amonio cuando se neutraliza con amoníaco . El sulfato de amonio es un fertilizante agrícola común que proporciona nitrógeno y azufre.
Mecanismo de reacción
El mecanismo de reacción más común de la transposición 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]
Se sabe que este ion nitrilio es interceptado por otros nucleófilos, incluido el grupo saliente de la oxima. [3]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/a/ae/Beckman_Rearrangement.png/500px-Beckman_Rearrangement.png)
Es de suponer que después de que el grupo fenilo migra y expulsa el cianato , ataca al ion nitrilio formado. En el tetracloruro de carbono, el isocianato se puede aislar, mientras que en el etanol el uretano se forma después de la solvólisis del isocianato.
Un estudio computacional ha establecido el mecanismo que representa 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 a medida que se expulsa el grupo hidroxilo. El átomo de oxígeno del grupo hidroxilo está estabilizado por tres moléculas de ácido acético. En el siguiente paso, el átomo de carbono electrófilo en el ión nitrilo es atacado por el agua y se dona un protón al ácido acético. En el estado de transición que conduce al imidato, el átomo de oxígeno del agua se coordina con otros 4 átomos. En el tercer paso, un paso de isomerización protona el átomo de nitrógeno que conduce a la amida .
![The Beckmann rearrangement mechanism](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/d0/Beckmann_mechanism_aliphatic.png/347px-Beckmann_mechanism_aliphatic.png)
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 H 3 O + (H 2 O) 6 .
![beckmann rearrangement mechanism acetophenone oxime](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/2b/Acetophenone_oxime_mechanism.png/316px-Acetophenone_oxime_mechanism.png)
Con la ciclohexanona-oxima, el alivio de la tensión del anillo da como resultado un tercer mecanismo de reacción, que conduce directamente a la caprolactama protonada en un solo paso concertado sin la formación intermedia de un complejo π o complejo σ.
Reacción de Beckmann asistida por cloruro cianúrico
La transposición de Beckmann se puede convertir en catalítica usando cloruro cianúrico y cloruro de zinc como cocatalizador . Por ejemplo, la ciclododecanona se puede convertir en la lactama correspondiente , el monómero utilizado en la producción de Nylon 12 . [8] [9]
![Beckmann reaction](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Beckmann_rearrangement_example.svg/286px-Beckmann_rearrangement_example.svg.png)
El mecanismo de reacción para esta reacción se basa en un ciclo catalítico con cloruro cianúrico que activa el grupo hidroxilo mediante una sustitución aromática nucleófila . El producto de reacción se desaloja y se reemplaza por un nuevo reactivo a través de un complejo intermedio de Meisenheimer .
![Beckmann cyanuric acid cataly cycle](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/6/67/Beckmann_mechanism.svg/321px-Beckmann_mechanism.svg.png)
Fragmentación de Beckmann
La fragmentación de Beckmann es una reacción que frecuentemente compite con el reordenamiento de Beckmann. [3] Cuando el grupo α de 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 una variedad de productos. El nitrilo también se puede hidrolizar en condiciones de reacción para dar ácidos carboxílicos . Diferentes condiciones de reacción pueden favorecer la fragmentación sobre el reordenamiento.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Beckmann_Fragmentation.png/315px-Beckmann_Fragmentation.png)
Los centros de carbono cuaternario promueven la fragmentación al estabilizar la formación de carbocatión a través de la hiperconjugación . Como se muestra en la imagen anterior, se forma el carbocatión "estable", que luego pierde un hidrógeno para dar un sitio de insaturación . Los átomos de oxígeno y nitrógeno también promueven la fragmentación mediante la formación de cetonas e iminas, respectivamente.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/4/4c/Beckmann_Fragmentation_Oxygen_Promoted.png/331px-Beckmann_Fragmentation_Oxygen_Promoted.png)
El azufre también es capaz de promover la fragmentación, aunque en un rango más largo que el oxígeno o el nitrógeno.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/db/Beckmann_Fragmentation_Sulfur_Promoted.png/439px-Beckmann_Fragmentation_Sulfur_Promoted.png)
El silicio es capaz de dirigir la fragmentación a través del efecto beta-silicio .
El carbocatión intermedio en esta reacción es interceptado por fluoruro nucleófilo de 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 mostrar a continuación:
La reacción es intrínsecamente un caso especial de reordenamiento de Beckmann combinado con la participación de grupos vecinos .
Aplicaciones en síntesis de fármacos
- Esta ruta también implica el reordenamiento de Beckmann
Una síntesis industrial de paracetamol desarrollada por Hoechst - Celanese implica la conversión de una metilcetona en acetanilida a través de una transposición de Beckmann. [15]
El reordenamiento de Beckmann también se usa en la síntesis de DHEA , benazepril , ceforanida , elanzepina , 17-azaprogesterona , elantrina , prazepina , enprazepina y etazepina .
Ver también
- Reordenamiento de Curtius
- Reacción de Dakin
- Reacción de Schmidt
- Reordenamiento de Stieglitz
- Reordenamiento de pérdida
Referencias
- ^ Beckmann, E. (1886). "Zur Kenntniss der Isonitrosoverbindungen" [Según [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. Reaccionar . 11 : 1-156.
- ^ a b c Gawley, RE (1988). "Las reacciones de Beckmann: reordenamiento, eliminación-adiciones, fragmentaciones y reordenamiento-ciclaciones. (Revisión)". Org. Reaccionar . 35 : 14-24.
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enlaces externos
- Animación del reordenamiento de Beckmann
- Animación del reordenamiento de Beckmann (caprolactama)