Reacció de Michaelis-Arbuzov

Reacció general de Arbuzov

La reacció de Michaelis–Arbuzov (també cridada la reacció de Arbuzov) és la reacció química d'un éster de fòsfor trivalente en un halogenuro de llogue per a formar espècies de fòsfor pentavalente i un atre halogenuro de llogue. La següent image mostra els tipos més comuns de substrats somesos a la reacció de Arbuzov; els éster de fosfito (1) reaccionen per a donar fosfonatos (2), fosfonitos (3) reaccionen per a donar fosfinatos (4) i fosfinitos (5) reaccionen per a donar òxits de fosfina (6).

La reacció va ser descoberta per August Michaelis en 1898 i Aleksandr Arbuzov la va explorar molt despuix. Esta reacció s'usa àmpliament per a la síntesis de varis fosfonatos, fosfinatos i òxits de fosfina. S'han publicat vàries revisions. La reacció també ocorre per als ligandos de fosfito coordinats, com ho ilustra la desmetilación de {(C₅H₅)Co[(CH₃O)₃P]₃}²⁺ per a donar {(C₅H₅)Co[(CH₃O)₂PO]₃}⁻, que es diu lligant de Kläui.

Mecanisme de reacció

El mecanisme de la reacció de Michaelis-Arbuzov

La reacció de Michaelis-Arbuzov s'inicia en l'atac S_N2 de les espècies de fòsfor nucleófilo (1) en l'halur de llogue electrófilo (2) per a donar una sal de fosfonio com a intermig de reacció (3). Estos intermijos són ocasionalment lo suficientment estables com per a aïllar-se, com els fosfat de triarilo, que no reaccionen per a formar el fosfonato sense l'escissió tèrmica de l'intermig (200 °C), o escissió per alcohols o bases. El anión d'halur desplaçat, generalment reacciona a través d'una atra reacció S_N2 en un dels carbono R₁, desplaçant l'àtom d'oxigen per a donar el fosfonato desijat (4) i un atre halur de llogue (5). Açò ha segut respalat per l'observació de que els grups R₁ quirales experimenten una inversió de configuració en el centre de carbono atacat pel anión halur (açò és lo que s'espera d'una reacció S_N2). També existix evidència d'un mecanisme de desalquilación basat en la formació d'un carbocatión similar a una reacció S_N1, a on el grup R₁ es disocia inicialment de la sal de fosfonio seguit de l'atac del anión. Els éster de fosfito en grups halur de llogue terciario, poden sofrir la reacció, lo que seria inesperat si solament estiguera funcionant un mecanisme S_N2. El respal adicional per a este mecanisme de tipo S_N1 prové de l'us de la reacció de Arbuzov en la síntesis d'halurs de neopentilo, una classe de composts que són notòriament no reactius front a les reaccions de S_N2. Basat en el principi de reversibilidad microscòpica, la naturalea inerte dels halurs de neopentilo cap a la reacció S_N2 indica que és poc provable que una reacció S_N2 siga el mecanisme per a la síntesis dels halurs de neopentilo en esta reacció. Els substrats que no poden reaccionar a través d'una ruta S_N2 o una ruta S_N1 generalment no reaccionen, lo que inclou grups vinil i arilo. Per eixemple, els fosfitos de triarilo mencionats anteriorment, generalment no reaccionen, perque formen sals de fosfonio estables. Ya que els grups arilo no experimenten mecanismes de tipo S_N1 ni S_N2, els fosfitos de triarilo carixen d'una via de baixa energia per a la descomposició de la sal de fosfonio. També s'ha implicat un mecanisme de reordenamiento alílico (S_N2') en halurs alílicos i propargílicos.

Experiments estereoquímicos en fosfitos cíclicos, han revelat la presència de fosforanos pentavalentes i intermijos de fosfonio tetravalent en equilibri químic, involucrats en l'etapa de desalquilación de la reacció usant ³¹P-RMN. La descomposició d'estos intermijos està impulsada principalment per la nucleofilicidad del anión. Existixen molts casos en els que les sals intermiges de fosfonio són lo suficientment estables com per a que puguen aïllar-se quan el anión és débilmente nucleófilo, com en els aniones tetrafluoroborato o triflato.

Alcanç

Halogenuro de llogue

Com a pauta general, la reactivitat del component d'halur orgànic es pot enumerar de la següent manera: (de més reactiu a menys reactiu)

$\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{X}>\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}>\mathrm{R}\mathrm{R}{\phantom{A}}^{\prime }\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{X}\gg \mathrm{R}\mathrm{R}{\phantom{A}}^{\prime }\mathrm{R}{\phantom{A}}^{\prime \prime }\mathrm{C}\mathrm{X}$

i

$\mathrm{R}\mathrm{I}>\mathrm{R}\mathrm{B}\mathrm{r}>\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{l}$

En general, els halurs de llogue terciarios, els halurs de arilo i els halurs de vinil no reaccionen. Existixen notables excepcions a esta tendència, inclosos el 1,2-dicloroeteno i els halurs de tritilo. Se sap que alguns halurs de arilo activats, que a sovint impliquen heterociclos, experimenten la reacció. Se sap que el yodobenceno i els derivats substituïts, experimenten la reacció en condicions fotolíticas. Els halurs de llogue secundaris a sovint no reaccionen be, produint olefina com a productes secundaris. Els halurs de alilo i propargilo també són reactius, pero poden procedir a través d'un mecanisme S_N2 o S_N2'. La reacció en halurs de llogue primaris i halurs de acilo generalment es realisa sense problemes. El tetracloruro de carbono, curiosament, solament sofrix la reacció una sola volta en cloroform inerte a les condicions de reacció. Quan es troba un àtom d'halur en la cadena d'éster fora de l'àtom de fòsfor, es coneix l'isomerización en el producte Arbuzov corresponent sense l'adició d'un halur de llogue.

La reacció de Perkow és una via de reacció competitiva per a les α-bromo i α-clorocetonas. En les condicions de reacció, es produïx una mescla del producte Perkow i el producte Arbuzov normal, que generalment favorix al producte Perkow en una cantitat significativa. Usar temperatures més altes durant la reacció pot conduir a favorir el producte Arbuzov. La reacció de les α-yodocetonas solament dona el producte Arbuzov. S'han desenrollat atres métodos per a produir β-cetofosfonatos.

La reacció dels composts de fòsfor trivalente en halurs de llogue a on l'halur és flúor no és habitual. Un eixemple d'esta reactivitat es mostra a continuació:

Reactiu de fòsfor

La forma general del reactiu de fòsfor trivalente es pot considerar de la següent manera: $\mathrm{A}\mathrm{B}\mathrm{P}-\mathrm{O}\mathrm{R}$ en A i B generalment sent llogue, alcoxi o grups ariloxi. Se sap que els grups electroatractores reduïxen la velocitat de la reacció, i els grups electrodadores aumenten la velocitat de la reacció. Açò és consistent en l'atac inicial del reactiu de fòsfor en l'halur de llogue com el passe determinant de la velocitat de la reacció. La reacció continua suaument quan el grup R és alifático. Quan tots A, B i R són grups arilo, es forma una sal de fosfonio estable i la reacció no continua en condicions normals. Se sap que el calfament a temperatures més altes en presència d'alcohols proporciona el producte de isomerización. Els fosfitos cíclicos generalment reaccionen per a expulsar el grup OR no cíclico, encara que per a alguns anells de 5 membres es requerix un calfament adicional per a proporcionar el producte cíclico final:

Les sals de fosfito (Ej: R=Na) també poden sofrir la reacció en precipitació de la sal d'halur de sodi corresponent. Els amidofosfitos i els sililoxifosfitos s'han utilisat abans per a produir amidofosfonatos i àcits fosfínicos:

Un reordenamiento de tipo Arbuzov també pot ocórrer a on l'O d'un grup OR actua com el grup eixint en l'atac inicial S_N2 del fòsfor. Açò solament se sap que ocorre quan A i B són Cl:

Els éster de fosfito són la classe menys reactiva de reactius utilisats en esta reacció. Reaccionen per a produir fosfonatos. Requerixen el major calfament per a que es produïxca la reacció (120 °C - 160 °C és comuna). Esta alta temperatura permet que s'ampre la destilació fraccionada en l'eliminació de l'halur de llogue produït, encara que també es pot usar un excés de l'halur de llogue de partida. Els dissolvents a sovint no s'usen per a esta reacció, encara que existixen precedents per a la millora de la selectivitat en el seu us:

Els fosfonitos són generalment més reactius que els éster de fosfito. Reaccionen per a produir fosfinatos. També es requerix calfament per a la reacció, pero la pirólisis de l'éster a un àcit és una reacció secundària comuna. L'escassa disponibilitat de fosfonitos substituïts llimita l'us d'esta classe de reactiu en la reacció de Arbuzov. Els grups funcionals hidroxi, tiol, àcit carboxílic, amina primària i secundària no poden usar-se en fosfonitos en la reacció ya que tots reaccionen en el fosfonito.

Els fosfinitos són la classe més reactiva de reactius utilisats en esta reacció. Reaccionen per a produir òxits de fosfina. A sovint requerixen molt poc calfament (45 °C) per a que ocórrega la reacció i se sap que s'auto-isomerizan sense la presència d'halurs de llogue.