El mecanismo E i (Elimination Internal / Intramolecular), también conocido como eliminación térmica sin o sin eliminación pericíclica , en química orgánica es un tipo especial de reacción de eliminación en la que dos sustituyentes vecinales en un marco de alcano salen simultáneamente a través de un estado de transición cíclico. para formar un alqueno en una eliminación sin . [1]Este tipo de eliminación es único porque se activa térmicamente y no requiere reactivos adicionales a diferencia de las eliminaciones regulares que requieren un ácido o una base, o que en muchos casos involucrarían intermedios cargados. Este mecanismo de reacción se encuentra a menudo en la pirólisis .
Características generales
Los compuestos que se eliminan a través de estados de transición cíclicos al calentarse, sin otros reactivos presentes, se denominan reacciones E i . Dependiendo del compuesto, la eliminación tiene lugar a través de un estado de transición de cuatro, cinco o seis miembros. [1] [2]
La eliminación debe ser sincrónica y los átomos coplanares para los estados de transición de cuatro y cinco miembros, [3] pero no se requiere coplanaridad para los estados de transición de seis miembros. [1]
Existe una cantidad sustancial de evidencia que respalda la existencia del mecanismo E i , tales como: 1) se encontró que la cinética de las reacciones era de primer orden, [4] 2) el uso de inhibidores de radicales libres no afectó la velocidad de las reacciones, lo que indica que no hay mecanismos de radicales libres involucrados [5] [6] 3) los estudios de isótopos para la eliminación de Cope indican que los enlaces CH y CN se rompen parcialmente en el estado de transición, [7] esto también está respaldado por cálculos que muestran alargamiento del enlace en el estado de transición [8] y 4) sin la intervención de otros mecanismos, el mecanismo E i da exclusivamente productos de eliminación de syn.
Hay muchos factores que afectan la composición del producto de las reacciones E i , pero típicamente siguen la regla de Hofmann y pierden un β-hidrógeno de la posición menos sustituida, dando el alqueno que está menos sustituido (lo opuesto a la regla de Zaitsev ). [1] Algunos factores que afectan la composición del producto incluyen efectos estéricos , conjugación y estabilidad del alqueno formador.
Para los sustratos acíclicos, el isómero Z es típicamente el producto menor debido a la interacción desestabilizadora desestabilizadora en el estado de transición, pero la selectividad no suele ser alta. [2]
La pirólisis de N, N -dimetil-2-fenilciclohexilamina-N-óxido muestra cómo los efectos conformacionales y la estabilidad del estado de transición afectan la composición del producto para sustratos cíclicos. [2]
En el isómero trans , hay dos cis -β-hidrógenos que pueden eliminar. El producto principal es el alqueno que está en conjugación con el anillo de fenilo, presumiblemente debido al efecto estabilizador sobre el estado de transición. En el isómero cis , solo hay un hidrógeno cis - B que puede eliminar, dando como producto principal el regioisómero no conjugado .
Pirólisis de éster (acetato)
La descomposición pirolítica de ésteres es un ejemplo de eliminación térmica sincrónica . Cuando se someten a temperaturas superiores a 400 ° C, los ésteres que contienen β-hidrógenos pueden eliminar un ácido carboxílico a través de un estado de transición de 6 miembros, dando como resultado un alqueno. [2] [6]
Se utilizó marcaje isotópico para confirmar que la eliminación de sin se produce durante la pirólisis del éster en la formación de estilbeno . [9]
A base de azufre
Eliminación de sulfóxido
Se encontró que los β-hidroxifenil sulfóxidos experimentan eliminación térmica a través de un estado de transición cíclico de 5 miembros, produciendo β-cetoésteres y metil cetonas después de la tautomerización y un ácido sulfénico . [10]
Los alcoholes alílicos se pueden formar a partir de β-hidroxifenil sulfóxidos que contienen un β'-hidrógeno a través de un mecanismo E i , que tiende a dar la insaturación β, γ- . [11]
Se encontró que se formaban 1,3-dienos tras el tratamiento de un alcohol alílico con un sulfuro de arilo en presencia de trietilamina . [12] Inicialmente, se forma un éster de sulfenato seguido de una transposición [2,3] -sigmatrópica para producir un sulfóxido alílico que se somete a eliminación térmica sintética para producir el 1,3-dieno.
Eliminación de Chugaev
La eliminación de Chugaev es la pirólisis de un éster de xantato , lo que da como resultado una olefina . [1] [13] Para formar el éster de xantato, un alcohol reacciona con el disulfuro de carbono en presencia de una base, dando como resultado un xantato metálico que queda atrapado con un agente alquilante (típicamente yoduro de metilo ). La olefina se forma a través de la eliminación térmica sin el éster de β-hidrógeno y xantato. La reacción es irreversible porque los subproductos resultantes, sulfuro de carbonilo y metanotiol , son muy estables.
La eliminación de Chugaev es muy similar a la pirólisis de ésteres, pero requiere temperaturas significativamente más bajas para lograr la eliminación, lo que la hace valiosa para sustratos propensos a la reordenación .
Reacción de deshidratación de Burgess
La deshidratación de alcoholes secundarios y terciarios para producir una olefina a través de un intermedio de éster sulfamato se denomina reacción de deshidratación de Burgess . [13] [14] [15] Las condiciones de reacción utilizadas son típicamente muy suaves, lo que le da alguna ventaja sobre otros métodos de deshidratación para sustratos sensibles. Esta reacción se utilizó durante la primera síntesis total de taxol para instalar un grupo exo-metileno en el anillo C. [dieciséis]
Primero, el alcohol desplaza la trietilamina en el reactivo de Burgess , formando el intermedio éster sulfamato. La abstracción de β-hidrógeno y la eliminación del éster de sulfamato a través de un estado de transición cíclico de 6 miembros produce el alqueno.
Eliminación de tiosulfinato
Los tiosulfinatos pueden eliminarse de forma análoga a los sulfóxidos. Representativa es la fragmentación de la alicina en tioacroleína, que pasará a formar vinilditiinas . Tales reacciones son importantes en la química antioxidante del ajo y otras plantas del género Allium .
A base de selenio
Eliminación de selenóxido
La eliminación de selenóxido se ha utilizado para convertir cetonas, ésteres y aldehídos en sus derivados α, β-insaturados. [1] [17]
El mecanismo de esta reacción es análogo a la eliminación de sulfóxido, que es una eliminación térmica sincrónica a través de un estado de transición cíclico de 5 miembros. Los selenoxidos se prefieren para este tipo de transformación sobre los sulfóxidos debido a su mayor reactividad hacia la eliminación β, permitiendo en algunos casos que la eliminación tenga lugar a temperatura ambiente. [2]
El ácido areneselenico generado después de la etapa de eliminación está en equilibrio con el difenil diselenuro que puede reaccionar con olefinas para producir β-hidroxi seleniuros en condiciones ácidas o neutras. En condiciones básicas, esta reacción secundaria se suprime. [18]
Eliminación Grieco
La deshidratación en un recipiente de un alcohol primario para dar un alqueno a través de un intermedio de o -nitrofenil selenóxido se llama eliminación de Grieco . [19] [20]
La reacción comienza con la formación de una sal de selenofosfonio que reacciona con el alcohol para formar una sal de oxafosfonio. El anión aril selenio desplaza al óxido de tributilfosfina formando la especie de alquil aril seleniuro. Luego, el seleniuro se trata con un exceso de peróxido de hidrógeno que conduce al selenóxido que elimina el β-hidrógeno a través de un estado de transición cíclico de 5 miembros, produciendo un alqueno.
Se encontró que el grupo nitro captador de electrones aumentaba tanto la velocidad de eliminación como el rendimiento final de la olefina.
Basado en nitrógeno
Hacer frente a la eliminación
La eliminación de Cope (reacción de Cope) es la eliminación de un óxido de amina terciaria para producir un alqueno y una hidroxilamina a través de un mecanismo E i . [13] [21] La eliminación de Cope se utilizó en la síntesis de un imitador de manopiranosilamina. [22] La amina terciaria se oxidó al óxido de amina usando ácido m -cloroperoxibenzoico ( m CPBA) y se sometió a altas temperaturas para la eliminación sin calor del β-hidrógeno y el óxido de amina a través de un estado de transición cíclico, produciendo el alqueno. Vale la pena señalar que el hidrógeno indicado (en verde) es el único hidrógeno disponible para la eliminación de sin .
Los óxidos de amina cíclicos (anillos que contienen nitrógeno de 5, 7-10 miembros) también pueden someterse a eliminación interna de sin para producir hidroxilaminas acíclicas que contienen alquenos terminales. [13]
Casos especiales para la eliminación de Hofmann
El mecanismo de eliminación de Hofmann es generalmente E2 , pero puede atravesar una vía E i en determinadas circunstancias. Para algunas moléculas estéricamente impedidas, la base desprotona un grupo metilo en la amina en lugar del β-hidrógeno directamente, formando un intermedio iluro que elimina la trimetilamina a través de un estado de transición de 5 miembros, formando el alqueno. Los estudios de etiquetado con deuterio confirmaron este mecanismo al observar la formación de trimetilamina deuterada (y no agua deuterada, que se formaría a partir del mecanismo E2). [23]
La eliminación de Hofmann modificada por Wittig pasa por el mismo mecanismo E i , pero en lugar de usar óxido de plata y agua como base, la modificación de Wittig usa bases fuertes como alquil -litio o KNH2 / NH3 líquido. [24] [25]
Eliminación de Iodoso
Se encontró que los yoduros de alquilo secundarios y terciarios con grupos fuertemente atractores de electrones en el carbono α experimentan una eliminación sin pericíclica cuando se exponen al ácido m- cloroperbenzoico ( m CPBA). [26] Se propone que la reacción pasa por un yodoso intermedio antes de la syn eliminación de ácido hipoyodoso .
El alcance de esta reacción no incluye yoduros de alquilo primarios porque el intermedio de yodoso se reordena en el intermedio de hipoyodito, que, en las condiciones de reacción, se convierte en un alcohol. Los grupos fuertemente sustractores de electrones suprimen la vía de reordenamiento, lo que permite que predomine la vía de eliminación pericíclica sinín .
Referencias
- ↑ a b c d e f Marzo, Jerry (2007). Química orgánica avanzada (6ª ed.). Nueva York: Wiley. ISBN 0471720917.
- ^ a b c d e Carey, FA; Sunburg, RJ Química orgánica avanzada: reacción y síntesis , 5ª edición; Parte B; Springer: Nueva York, 2010
- ^ Branko, J. (1997). "Estudios teóricos de la reacción de eliminación de síntesis térmica de óxido de amina orgánica, sulfóxido y fosfóxido por métodos ab initio y de densidad funcional". Theo. Chem. 389 257-263.
- ^ O'Connor, GL; Nace, HR (1953). "Más estudios sobre la reacción de Chugaev y reacciones relacionadas". Mermelada. Chem. Soc. 75 2118-.
- ^ Barton, DHR; Jefe, AJ; Williams, RJ (1953). "Estereoespecificidad en reacciones de eliminación térmica. Parte III. La pirólisis de (-) - Benzoato de mentilo". J. Chem Soc. 453 1715-.
- ^ a b Anslyn, EV; Dougherty, DA Química orgánica física moderna , Murdzek, J., Ed. Libros de ciencia universitaria, 2006.
- ^ Wright, DR; Sims, LB; Fry, A. (1983). "Efectos de isótopos cinéticos de carbono-14 y estudios cinéticos en las reacciones de eliminación de sin de óxidos de (2-feniletil) dimetilamina". Mermelada. Chem. Soc. 105 3714-.
- ^ Kahn, SD; Erickson, JA (1994). "Estudios teóricos de reacciones de eliminación térmica Syn. Las tasas relativas de eliminaciones de formiato de etilo, xantato de etilo y fosfinato de etilo". Mermelada. Chem. Soc. 116 6271-6276.
- ^ Curtin, DY; Kellom, DB (1953). "Reacciones de eliminación y sustitución de dl-eritro- y dl-treo-2-deutero-1,2-difeniletanol y derivados". Mermelada. Chem. Soc. 75 6011-.
- ^ Kinoshita, M .; Kunieda, N .; Nokami, J. (1975). "Pirólisis de B-hidroxi sulfóxidos a cetonas". Tetrahedron Lett. 33 2841-2844.
- ^ OKawara, R .; Ueta, K .; Nokami, J. (1978). "Pirólisis de B-hidroxi sulfóxidos II. Síntesis de alcoholes alílicos". Tetrahedron Lett. 49 4903-4904.
- ^ Wollowitz, S .; Reich, HJ (1982). "Conversión de alcoholes alílicos en 1,3-dienos por reordenamiento secuencial de sulfenato-sulfóxido [2,3] y eliminación de sinónimos". Mermelada. Chem. Soc. 104 7051-7059.
- ^ a b c d Kurti, L .; Czako, B. Aplicaciones estratégicas de reacciones nombradas en síntesis orgánica , Academic Press, 2005.
- ^ Taylor, EA; Penton, HRJr .; Burgess, EM (1970). "Aplicaciones sintéticas de ésteres de N-carboalcoxisulfamato". Mermelada. Chem. Soc. 92 5224-5226.
- ^ Taylor, EA; Penton, HRJr .; Burgess, EM (1973). "Reacciones térmicas de ésteres de alquil N-carbometoxisulfamato". J. Org. Chem. 38 26-.
- ^ Holton, RA; et al. (1994). "Primera síntesis total de Taxol. 2. Finalización de los anillos C y D". Mermelada. Chem. Soc. 116 1599-1600.
- ^ Lauer, RF; Young, MW; Sharpless, KB (1973). "Reacciones de Selenoxidos: Eliminación Térmica Syn e Intercambio H2O-18". Tetrahedron Lett. 22 1979-1982.
- ^ Reich, HJ; Wollowitz, S .; Tendencia, JE; Chow, F .; Wendelborn, DF (1978). "Eliminación sinínica de selenoxidos de alquilo. Reacciones secundarias que involucran ácidos selenénicos. Efectos estructurales y solventes sobre las tasas". J. Org. Chem. 43 1697-.
- ^ Grieco, PA; Gilman, S .; Nishizawa, M. (1976). "Química de organoselenio. Una síntesis fácil de un paso de alquil aril selenuros de alcoholes". J. Org. Chem. 41 1485-.
- ^ Joven, MW; Sharpless, BK (1975). "Síntesis de olefinas. Mejora de la tasa de eliminación de alquil aril selenoxidos por sustituyentes de extracción de electrones". J. Org. Chem. 40 947-.
- ^ Cope, AC; Foster, TT; Towle, PH (1949). "Descomposición térmica de óxidos de amina a olefinas y dialquilhidroxilaminas". Mermelada. Chem. Soc. 71 3929-.
- ^ Vasella, A .; Remen, L. (2002). "Mímicos conformacionalmente sesgados de manopiranosilaminas: inhibidores de B-manosidasas?". Helv. Chim. Acta. 85 1118-.
- ^ Cope, AC; Mehta, AS (1963). "Mecanismo de la reacción de eliminación de Hofmann: un intermedio de Ylide en la pirólisis de un hidróxido cuaternario altamente ramificado". Mermelada. Chem. Soc. 85 1949-.
- ^ Wittig, G .; Polster, R. (1957). Ana. Chem. 102 612-.
- ^ Bach, RD; Bair, KW; Andrzejewski, D. (1972). "La modificación de Wittig de la reacción de eliminación de Hofmann. Evidencia de un mecanismo alfa ', beta". Mermelada. Chem. Soc. 94 8608-.
- ^ Reich, HJ, Peake, SL (1978). “Química de organoyodo hipervalente. Syn Elimination of Alkyl Iodoso Compounds ”. Mermelada. Chem. Soc. 100 4888-.