Reakcja Wittiga

Reakcja Wittiga – reakcja chemiczna polegająca na sprzęganiu grupy karbonylowej aldehydów lub ketonów z ylidami fosforowymi, które zazwyczaj generuje się w trakcie samej reakcji z odpowiednich soli fosfoniowych. Produkty tej reakcji to alkeny (lub jego pochodna) oraz tlenek fosfiny. Reakcja ta została odkryta przez niemieckiego chemika Georga Wittiga w 1954 roku i bardzo szybko znalazła ona zastosowanie w syntezie organicznej. Wittig otrzymał za swoje odkrycie Nagrodę Nobla z chemii w 1979 roku.

Ogólny schemat przebiegu reakcji:

Reakcja Wittiga: z ketonu lub aldehydu oraz ylidu powstaje alken i tlenek trifenylofosfiny

gdzie R¹–R⁴ - dowolne grupy węglowodorowe

Podstawową zaletą tej reakcji jest możliwość otrzymania podwójnego wiązania węgiel-węgiel w niemal dowolnie wybranym miejscu cząsteczki. Proces ten charakteryzuje się znaczącą stereospecyficznością, głównymi produktami są alkeny o konfiguracji Z (cis). Po zastosowaniu odpowiednich modyfikacji możliwa jest jednak synteza E-alkenów.

Mechanizm reakcji

Mechanizm klasyczny

Zawada steryczna występująca na ylidzie 1 ma wpływ na stereochemię addycji nukleofilowej prowadząc do powstania betainy 3. Następnie rotacja wokół wiązania węgiel-węgiel prowadzi do powstania betainy 4, która ulega przekształceniu do oksafosfetanu 5. Zachodząca w kolejnym etapie eliminacja skutkuje powstaniem Z-alkenu 7 oraz tlenku trifenylofosfiny 6. Z prostymi odczynnikami Wittiga pierwszy etap reakcji zachodzi łatwo, niezależnie czy substratami są ketony czy aldehydy, a etapem determinującym szybkość reakcji chemicznej jest rozpad betainy. W przypadku ylidów, których negatywny ładunek jest stabilizowany przez podstawnik alifatyczny, najwolniejszym etapem jest addycja ylidu do grupy karbonylowej. W tym przypadku całkowita szybkość reakcji jest niższa i obserwuje się formowanie większych ilości E-alkenów. Stabilizowane ylidy nie reagują z ketonami posiadającymi dużą zawadę przestrzenną.

Nowe odkrycia

Współczesne badania wskazują, że opisany powyżej klasyczny mechanizm nie jest do końca zgodny z wynikami doświadczalnymi. Najwięcej badań przeprowadzono na niestabilizowanych ylidach, a główną techniką badawczą była spektroskopia NMR. Istnienie równowagi pomiędzy formami 3a i 3b nie zostało nadal potwierdzone i jest przedmiotem aktualnie prowadzonych badań^[1]. Istnieją poszlaki wskazujące, że ylid 1 reaguje ze związkiem karbonylowym 2 poprzez cykloaddycję π²s/π²a [2+2], tworząc bezpośrednio oksafosfetany 4a i 4b. Stereochemia reakcji jest zdeterminowana przez dołączenie się ylidu do grupy karbonylowej oraz zdolności związków pośrednich do równowagowania, co świadczy o tym, że reakcja jest kontrolowana termodynamicznie.

Ponadto istnieją różnice w mechanizmie dla aldehydów aromatycznych i alifatycznych oraz ylidów o różnych łańcuchach węglowych. Uważa się, że w niektórych przypadkach, gdy w środowisku reakcji nie są obecne sole litu proces jest kontrolowany kinetycznie^[2].

Zastosowania i ograniczenia

Dzięki swojej uniwersalności, reakcja Wittiga znalazła szerokie zastosowanie w chemii organicznej. W odróżnieniu od większości reakcji eliminacji, reakcja ta nie prowadzi do powstania mieszaniny izomerycznych produktów, co znacząco zwiększa całkowitą wydajność prowadzonej syntezy. Do reakcji można wykorzystać aldehydy i ketony o rozmaitym szkielecie węglowym. Ponadto w związkach tych mogą być obecne inne grupy funkcyjne, takie jak grupa hydroksylowa, nitrowa lub estrowa. Jedynym ograniczeniem jest wolny przebieg i niska wydajność reakcji, gdy jako substrat wykorzystuje się ketony z dużą zawadą steryczną.

Odczynniki Wittiga zazwyczaj otrzymywane są z pierwszorzędowych halogenków alkili, dla halogenków drugorzędowych wydajność procesu jest znacznie niższa. Mogą one natomiast zawierać wiązania podwójne, układy aromatyczne, wiązania eterowe oraz grupy estrowe. Obecność grupy karbonylowej lub nitrylowej skoniungowanej z ylidem prowadzi do jego stabilizacji.

Zobacz też

związek fosforoorganiczny

Bibliografia

Wyatt, P; Warren, S; Organic Synthesis: Strategy and control; John Wiley & Sons, 2007. ISBN 978-0-471-48940-5

Przypisy

↑ E. Vedejs and C. F. Marth. Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates. „J. Am. Chem. Soc.”. 112 (10), s. 3905–3909, 1990. DOI: 10.1021/ja00166a026.
↑ E. Vedejs and C. F. Marth. Mechanism of the Wittig reaction: The role of substituents at phosphorus. „J. Am. Chem. Soc.”. 110 (12), s. 3948–3958, 1988. DOI: 10.1021/ja00220a037.

Linki zewnętrzne

Jean-PierreJ.P. Bégué Jean-PierreJ.P., DanièleD. Bonnet-Delpon DanièleD., AndreiA. Kornilov AndreiA., Wittig olefination of perfluoroalkyl carboxylic esters; synthesis of 1,1,1-trifluoro-2-ethoxy-5-phenylpent-2-ene and 1-perfluoroalkyl epoxy ethers: 1,1,1-trifluoro-2-ethoxy-2,3-epoxy-5-phenylpentane, „Organic Syntheses”, 75, 1998, s. 153, DOI: 10.15227/orgsyn.075.0153 .
A.J.A.J. Speziale A.J.A.J., K.W.K.W. Ratts K.W.K.W., D.E.D.E. Bissing D.E.D.E., Dichloromethylenetriphenylphosphorane and β,β-dichloro-p-dimethylaminostyrene, „Organic Syntheses”, 45, 1965, s. 33, DOI: 10.15227/orgsyn.045.0033 .

[1] E. Vedejs and C. F. Marth. Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates. „J. Am. Chem. Soc.”. 112 (10), s. 3905–3909, 1990. DOI: 10.1021/ja00166a026.

[2] E. Vedejs and C. F. Marth. Mechanism of the Wittig reaction: The role of substituents at phosphorus. „J. Am. Chem. Soc.”. 110 (12), s. 3948–3958, 1988. DOI: 10.1021/ja00220a037.

[1]

[2]