Реакция Виттига
Введение
Реакция Виттига - химическая реакция
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F>
альдегидов
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8C%D0%B4%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D0%B4>
или кетонов
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%BD%D1%8B> с
илидами <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D1%8B&action=edit&redlink=1>
фосфора
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80>
(которые иногда называют «реагентами Виттига»), которая приводит к образованию
алкенов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%BA%D0%B5%D0%BD>
или алленов и оксида трифенилфосфина.
<https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wittig_Reaktion.svg?uselang=ru>
Реакция была открыта в 1954 году
Георгом Виттигом
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%B8%D0%B3,_%D0%93%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B3>.
За открытие этой реакции он был награжден Нобелевской премией
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B8%D1%8F>
в области химии в 1979 году.
Реакции Виттига широко используется
в органическом синтезе для получения алкенов.
История открытия
В 1940-х гг. немецкий ученый Георг Виттиг в
своих работах исследовал способы получения соединений, в молекулах которых
органические группы соединялись ковалентной связью с элементами V группы
периодической таблицы, такими, как азот, фосфор и мышьяк. Теоретически это
считалось возможным, однако синтезировать их еще никому не удавалось. Г.Виттиг
и его коллеги в основном эту задачу решили, но они не смогли синтезировать
соединения, молекулы которого содержали пятивалентный азот. Однако главным
достижением в исследованиях Виттига в области синтеза пентаарилпроизводных
элементов V группы принято считать открытие карбонилолефина (1953), который в
дальнейшем сыграет значительную роль во многих важных промышленных процессах.
Это случайно сделанное открытие, известное в настоящее время как реакция
Виттига, имело большее научное значение, чем решение первоначально поставленной
задачи - синтез пентафенилфосфора.
В 1945 г. Виттиг для получения
пентаарилпроизводных V группы периодической системы использовал илиды*. В
илидах четвертичная соль элемента V группы, содержащая четыре органические
группы и присоединенный галоген, вместо того, чтобы приобрести пятую
органическую группу при действии, например фениллития, согласно его
исследованиям, теряла протон из одной органической группы:
Столь необычный механизм течения реакции не был
признан научным сообществом, и на его доказательство ученому потребовалось
восемь лет. Только в 1953 г. ему удалось представить наглядные и убедительные
факты, которые подтверждали такое направление течения вышеуказанной реакции и
наличие в последней стадии перегруппировки. В дальнейшем эту реакцию назовут
его именем.
Рассказывая об этом открытии Виттига, конечно,
необходимо упомянуть Германа Штаудингера и Карла С.Марвела, которые уже в
1920-е гг. независимо друг от друга осуществили значительную подготовительную
работу в этой области. По сути дела, Штаудингер описал первый фосфорный илид
еще в 1919 г. Однако большая часть их работы не была в то время опубликована и
вряд ли оказала влияние на проведенные Виттигом исследования.
Причину своего успеха Виттиг, как это ни
покажется странным, объяснял ограниченностью своих знаний о работах
предшественников по этой теме. И действительно, если бы Виттиг знал о
результатах, достигнутых Марвелом, он ограничился бы получением соединений,
содержащих пятивалентный фосфор, и новая химическая реакция (реакция Виттига)
не была бы открыта. По иронии судьбы в начале 1940-х гг. Штаудингер и Виттиг
были коллегами по Фрейбургскому университету. Но к этому времени Штаудингер уже
прекратил исследования производных фосфора и не мог дать Виттигу никакой новой
информации в этой области исследований.
В 1953 г. Виттиг при изучении открытых и
синтезированных им илидов обнаружил, что последние свободно вступают в реакцию
с карбонильными соединениями (альдегидами и кетонами, молекулы которых содержат
углерод-кислородную двойную связь). В результате этой реакции образуется олефин
с новой углерод-углеродной двойной связью вместо карбонильной группы. Ниже
представлена схема синтеза на примере реакции трифенилфосфинметилена(I) с ацетоном(II).
На промежуточной стадии реакции образуется биполярное соединение (IIIa),
соответствующее переходному состоянию (IIIб); при нагревании (IIIа) распадается
на трифенилфосфиноксид (IV) и олефин (V).
Схема синтеза олефинов (реакция Виттига)
По-видимому, в реакции Виттига сначала
образуется связь между электроотрицательным углеродным атомом
трифенилфосфинметилена (I) и электроположительным углеродным атомом
карбонильной группы ацетона (II). В образующемся биполярном промежуточном
соединении (IIIа) существуют благоприятные условия для атаки отрицательно
заряженного атома кислорода на положительно заряженный атом фосфора с
одновременным разрывом связей фосфор-углерод и углерод-кислород, которое
происходит в переходном состоянии четырехцентрового типа (IIIб).
Реакция Виттига в отношении асимметрического
атома фосфора оказалась стереоспецифичной, т. к. в дальнейшем было найдено, что
оптически активная фосфониевая соль (IIIб) дает оптически активный фосфиноксид
(IV). В соответствии с представленным механизмом реакция должна сопровождаться
сохранением пространственной конфигурации, что подтвердили экспериментальные
исследования.
Механизм реакции Виттига
На первой стадии происходит
формирование илида фосфора 2: алкилтрифенилфосфоний галогенид (1)
депротонируется в присутствии сильного основания (например, NaH, использование
литиевых оснований не желательно, так как ведет к побочным процессам
<#"822936.files/image004.gif">
Дальнейшее протекание реакции
зависит от природы илида 2, а также условий проведения реакции, например,
наличия ионов лития.
При R1 = электрон-дефицитная группа,
реакция происходит путем непосредственного [2+2] циклоприсоединения. Стерически
объемные заместители также находятся на наибольшем удалении друг от друга, что
определяет E-селективность процесса в целом.[2],[3],[4].
Модификации метода
Реация Виттига является важнейшим
методом получения алкенов, однако, в обычных условиях ее проведения при
использовании алкилзамещенных илидов фосфора удается селективно получать только
Z-алкены, тогда как E-алкены образуются только в качестве примеси.
В 1966 году Шлоссер и Кристманн
(Schlosser <#"822936.files/image007.gif">
Механизм
Эритро-бетаин 1 образующийся при
низкой температуре в результате реакции Виттига (см. механизм
<#"822936.files/image008.gif">
При использовании вместо HCl других
электрофилов (например, I2 или алкилгалогенидов), удается получать замещенные
E-алкены.[5],[6].
Промышленное использование
Реакцию Виттига химики-органики сразу взяли на
вооружение. Реакция позволяла легко и надежно соединять двууглеродные
структуры, используя соответствующий алкилгалогенид и карбонильное соединение,
синтез которых в свою очередь тоже не представлял особых сложностей. Причем стабильные
фосфораны (производные гипотетического фосфорана PH5) образуют преимущественно
транс-олефины, тогда как нестабильные - смесь цис- и трансизомеров. В
присутствии оснований Льюиса (амины) и в полярном растворителе возможен
стереоспецифический синтез цис-олефинов. В реакцию вступают разнообразные
альдегиды, кетоны, тиокетоны, формамиды и кетены.
Самые главные достоинства синтеза - образование
олефинов со строго определенным положением кратной связи и высокий выход
конечного продукта. Реакцию Виттига до сих пор считают наиболее эффективным
способом получения олефинов.
Вскоре значение этой реакции возросло еще
больше, благодаря дальнейшим исследованиям, проведенным Виттигом и группой его
коллег в университетах Тюбингена и Гейдельберга. Среди них предложенный им
синтез витамина А, на основе своей именной реакции.[7],[8],[9].
Схема синтеза витамина А
В начале 1960-х гг. появилось более сотни статей
о специфическом применении реакции Виттига, а к середине 1980-х их было уже
тысячи. Существует также множество технических сфер применения этой реакции.
Далее представлены схемы получения некоторых наиболее широко используемых
фармакологических препаратов, в основе которых лежит реакция Виттига.
Схема синтеза триптицена
Схема синтеза кортизона
Схема синтеза витамина D2
Литература
реакция
виттиг синтез витамин
1. Краткая
химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1961, т. 1, с. 599;
2. G.
Wittig, U. Schöllkopf.
Über
Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien (I. Mitteil.).Chem. Ber.
1954, 87.
3. E.
Vedejs, C. F. Marth, R. Ruggeri. Substituent effects and the Wittig mechanism:
the case of stereospecific oxaphosphetane decomposition. J.
Am. Chem. Soc. 1988, 110.
4. E.
Vedejs, C. F. Marth. Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents
at phosphorus. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110.
5. M.
Schlosser, K. F. Christmann. Trans-Selective Olefin Syntheses. Angew. Chem.
Int. Ed. 1966, 5, 126.
6. D.
M. Hodgson, T. Arif. Convergent and Stereoselective Synthesis of Trisubstituted
E-Alkenyl Bromides and Iodidesvia β-Oxido
Phosphonium Ylides. J. Am. Chem. Soc. 2008,130.
7. Wittig
G., Schцllkopf
U. Ьber
Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien (I Mitteil). Chem.
Ber., 1954, B. 87, № 9, S. 1318-1330.
8. Wittig
G., Haag W. Ьber
Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien (II Mitteil). Chem.
Ber., 1955, B. 88, № 11, S. 1654-1666.
9. Wadsworth
W.S., Emmons W.D. The Utility of Phosphonate Carbanions in Olefin Synthesis. J.Am.Chem.Soc.,
1961, v. 83, p. 1733-1738.