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비티히 반응

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비티히 반응
이름이 붙여진 대상 게오르크 비티히
반응 유형 Coupling reaction
Reaction
알데하이드 또는 케톤
+
트라이페닐 포스포늄 일라이드
↓
알켄
+
(Ph)3P=O
조건
일반적인 용매 typically THF or 다이에틸 에터
식별자
March's Advanced Organic Chemistry 16–44 (6th판)
유기화학 포털 wittig-reaction
RSC ontology ID RXNO:0000015 예예
 아니오아니오(이게 무엇인가요?)  (확인)

비티히 반응(영어: Wittig reaction) 또는 비티히 올레핀화 반응은 알데하이드 또는 케톤과 비티히 시약이라는 트라이페닐 포스포늄 일라이드의 화학 반응이다. 비티히 반응은 알데하이드와 케톤을 알켄으로 전환하는 데 가장 일반적으로 사용된다.[1][2][3] 비티히 반응은 대부분 메틸렌기를 도입하는 데 메틸렌트라이페닐포스포레인(Ph3P=CH2)을 사용한다. 이 시약을 사용하면 장뇌와 같이 입체적으로 방해를 받는 케톤도 메틸렌 유도체로 전환될 수 있다.

Wittig Reaction

반응 메커니즘

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메커니즘 연구는 비안정화된 일라이드에 초점을 맞추었는데, 이는 중간체를 NMR 분광법으로 추적할 수 있기 때문이다. 베타인 (3a 및 3b)의 존재와 상호 변환은 현재 진행 중인 연구 주제이다.[4] 리튬이 없는 비티히 반응의 경우, 베타인 개입 없이 옥사포스페탄의 협동적 형성을 지지하는 연구들이 있다. 특히, 포스포늄 일라이드 1은 카르보닐 화합물 2와 [π2s+π2a] 토폴로지를 갖는 것으로 설명되기도 하는 [2+2] 고리화 첨가를 통해 옥사포스페탄 4a와 4b를 직접 형성한다. 리튬이 없는 조건에서 생성물 5의 입체화학은 일라이드 1이 카르보닐 2에 대해 동역학적으로 조절된 첨가를 하기 때문에 나타난다. 리튬이 존재할 경우, 베타인 종 3a와 3b를 통해 중간체들의 평형화가 일어날 수 있다.[5][6][7] 브루스 E. 매리아노프와 A. B. 라이츠는 비티히 중간체들의 평형화에 대한 문제를 확인하고 그 과정을 "입체화학적 표류"라고 명명했다. 수년 동안 탄소-탄소 결합 형성 측면에서 비티히 반응의 입체화학은 알켄 생성물의 Z/E 입체화학에 직접적으로 해당한다고 가정되었다. 그러나 특정 반응물은 이러한 단순한 패턴을 따르지 않는다. 리튬 염은 또한 입체화학적 결과에 지대한 영향을 미칠 수 있다.[8]

비티히 반응의 메커니즘
비티히 반응의 메커니즘

메커니즘은 지방족 및 방향족 알데하이드와 방향족 및 지방족 포스포늄 일라이드에 따라 다르다. 증거에 따르면 리튬염이 없는 조건에서 가지가 없는 알데하이드의 비티히 반응은 평형을 이루지 않으므로 동역학적 반응 제어하에 있다.[9][10] E. 베데스는 안정화된 비티히 반응과 비안정화된 비티히 반응의 입체선택성을 설명하는 이론을 제시했다.[11]

강력한 증거는 리튬이 없는 조건에서 비안정화된 (R1= 알킬, H), 부분 안정화된 (R1 = 아릴), 안정화된 (R1 = EWG) 비티히 시약을 포함하는 비티히 반응은 모두 동역학적 제어 하에 [2+2]/레트로-[2+2] 메커니즘을 통해 진행되며, 옥사포스페탄이 유일한 중간체임을 나타낸다.[12]

적용 범위 및 한계

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작용기 내성

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비티히 시약은 일반적으로 OH, OR, 나이트로아렌, 에폭사이드 및 때로는 에스터와 아마이드와 같은 여러 종류의 작용기를 포함하는 카르보닐 화합물에 내성이 있다.[13] 공액된 일라이드와 함께 케톤, 알데하이드 및 나이트릴 그룹도 존재할 수 있으며, 이는 위에 언급된 안정화된 일라이드이다. 비스-일라이드 (두 개의 P=C 결합을 포함하는)도 성공적으로 만들어지고 사용되었다.[14] 입체 장애가 있는 케톤의 경우 반응이 느리고 수율이 낮을 수 있으며, 특히 안정화된 일라이드의 경우 그러하며, 이러한 경우 호르너-워즈워스-엠몬스 (HWE) 반응 (포스포네이트 에스터 사용)이 선호된다. 또 다른 보고된 한계는 종종 불안정한 성질을 지닌 알데하이드로서, 산화, 중합 또는 분해될 수 있다는 점이다. 이른바 탄뎀 산화-비티히 공정에서는 해당 알코올의 산화에 의해 알데하이드가 제자리에서 형성된다.[15]

입체화학

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알데하이드와의 반응에서 이중 결합 기하학은 일라이드의 특성을 기반으로 쉽게 예측된다. 비안정화된 일라이드(R3 = 알킬)의 경우 중간에서 높은 선택성을 가진 (Z)-알켄 생성물을 생성한다. 반응이 다이메틸폼아마이드에서 아이오딘화 리튬 또는 아이오딘화 나트륨의 존재 하에 수행되면 생성물은 거의 전적으로 Z-이성질체이다.[16] 안정화된 일라이드(R3 = 에스터 또는 케톤)의 경우 (E)-알켄이 높은 선택성으로 형성된다. (E)/(Z) 선택성은 부분 안정화된 일라이드(R3 = 아릴)의 경우 종종 좋지 않다.[17]

비안정화된 일라이드의 경우 (E)-알켄을 얻기 위해 비티히 반응의 슐로서 변형을 사용할 수 있다. 또는 줄리아-코시엔스키 올레핀화 반응은 (E)-알켄을 선택적으로 제공한다. 일반적으로 호르너-워즈워스-엠몬스 반응은 비티히 반응과 마찬가지로 (E)-엔오에이트(α,β-불포화 에스터)를 제공한다. (Z)-엔오레이트를 얻기 위해 호르너-워즈워스-엠몬스 반응의 스틸-게나리 변형을 사용할 수 있다.

슐로서 변형

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전통적인 비티히 반응의 주요 한계는 반응이 주로 에리트로 베타인 중간체를 통해 진행되어 Z-알켄을 생성한다는 점이다. 에리트로 베타인은 저온에서 페닐리튬을 사용하여 트레오 베타인으로 전환될 수 있다.[18] 이 변형은 E-알켄을 생성한다.

비티히 반응의 슐로서 변형
비티히 반응의 슐로서 변형

알릴 알코올은 베타인 일라이드와 두 번째 알데하이드의 반응에 의해 제조될 수 있다.[19] 예를 들면 다음과 같다.

비티히 반응 슐로서 변형의 예시
비티히 반응 슐로서 변형의 예시

예시

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그 사용의 한 예는 류코트리엔 A 메틸 에스터의 합성에 있다.[20][21] 첫 번째 단계는 안정화된 일라이드를 사용하는데, 여기서 카르보닐기는 일라이드와 공액되어 자가 축합을 방지하지만, 예상외로 주로 시스 생성물을 생성한다. 두 번째 비티히 반응은 비안정화된 비티히 시약을 사용하며, 예상대로 주로 시스 생성물을 생성한다.

합성에서 비티히 반응의 사용 예시, 류코트리엔 A 메틸 에스터 제조
합성에서 비티히 반응의 사용 예시, 류코트리엔 A 메틸 에스터 제조

역사

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비티히 반응은 1954년에 게오르크 비티히와 그의 동료 울리히 숄쾨프에 의해 보고되었다. 비티히는 이 공헌을 포함한 여러 업적으로 1979년에 노벨 화학상을 수상했다.[22][23]

같이 보기

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각주

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  1. ↑ Maercker, A. Org. React. 1965, 14, 270–490.
  2. ↑ W. Carruthers, Some Modern Methods of Organic Synthesis, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1971, 81–90. (ISBN 0-521-31117-9)
  3. ↑ R. W. Hoffmann (2001). 《Wittig and His Accomplishments: Still Relevant Beyond His 100th Birthday》. 《Angewandte Chemie International Edition》 40. 1411–1416쪽. doi:10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1411::AID-ANIE1411>3.0.CO;2-U. PMID 11317288.
  4. ↑ E. Vedejs; C. F. Marth (1990). 《Mechanism of Wittig reaction: evidence against betaine intermediates》. 《J. Am. Chem. Soc.》 112. 3905–3909쪽. Bibcode:1990JAChS.112.3905V. doi:10.1021/ja00166a026. 다음 값 잘못됨: |이름목록형식=amp (도움말)
  5. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, and H. R. Almond, Jr., "Detailed Rate Studies on the Wittig Reaction of Non-Stabilized Phosphorus Ylides via 31P, 1H, and 13C NMR Spectroscopy. Insight into Kinetic vs. Thermodynamic Control of Stereochemistry", J. Am. Chem. Soc., 107, 1068–1070 (1985)
  6. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, D. W. Graden, and H. R. Almond, Jr., "NMR Rate Study on the Wittig Reaction of 2,2-Dimethylpropanal and Tributylbutylidene-phosphorane", Tetrahedron Lett., 30, 1361–1364 (1989)
  7. ↑ Bruce E. Maryanoff, A. B. Reitz, M. S. Mutter, R. R. Inners, H. R. Almond, Jr., R. R. Whittle, and R. A. Olofson, "Stereochemistry and Mechanism of the Wittig Reaction. Diastereomeric Reaction Intermediates and Analysis of the Reaction Course", J. Am. Chem. Soc., 108, 7664–7678 (1986)
  8. ↑ A. B. Reitz, S. O. Nortey, A. D. Jordan, Jr., M. S. Mutter, and Bruce E. Maryanoff, "Dramatic Concentration Dependence of Stereochemistry in the Wittig Reaction. Examination of the Lithium-Salt Effect", J. Org. Chem., 51, 3302–3308 (1986)
  9. ↑ E. Vedejs, C. F. Marth and R. Ruggeri (1988). 《Substituent effects and the Wittig mechanism: the case of stereospecific oxaphosphetane decomposition》. 《J. Am. Chem. Soc.》 110. 3940–48쪽. Bibcode:1988JAChS.110.3940V. doi:10.1021/ja00220a036.
  10. ↑ E. Vedejs; C. F. Marth (1988). 《Mechanism of the Wittig reaction: the role of substituents at phosphorus》. 《J. Am. Chem. Soc.》 110. 3948–3958쪽. Bibcode:1988JAChS.110.3948V. doi:10.1021/ja00220a037. 다음 값 잘못됨: |이름목록형식=amp (도움말)
  11. ↑ Vedejs, E.; Peterson, M. J. Top. Stereochem. 1994, 21, 1.
  12. ↑ Byrne, Peter A.; Gilheany, Declan G. (2013). 《The modern interpretation of the Wittig reaction mechanism》 (영어). 《Chemical Society Reviews》 42. 6670–96쪽. doi:10.1039/c3cs60105f. hdl:10197/4939. ISSN 0306-0012. PMID 23673458.
  13. ↑ Smith (2020), March's Organic Chemistry, rxn. 16-44.
  14. ↑ B. E. Maryanoff; A. B. Reitz (1989). 《The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects》. 《Chem. Rev.》 89. 863–927쪽. doi:10.1021/cr00094a007. 다음 값 잘못됨: |이름목록형식=amp (도움말)
  15. ↑ Richard J. K. Taylor, Leonie Campbell, and Graeme D. McAllister (2008). “(±) trans-3,3'-(1,2-Cyclopropanediyl)bis-2-(E)-propenoic Acid, Diethyl Ester: Tandem Oxidation Procedure (TOP) using MnO2 Oxidation-Stabilized Phosphorane Trapping”. 《Organic Syntheses》 85: 15–26.
  16. ↑ L. D. Bergelson; M. M. Shemyakin (1964). 《Synthesis of Naturally Occurring Unsaturated Fatty Acids by Sterically Controlled Carbonyl Olefination》. 《Angew. Chem.》 3. 250–260쪽. doi:10.1002/anie.196402501. 다음 값 잘못됨: |이름목록형식=amp (도움말)
  17. ↑ Robiette, Raphaël; Richardson, Jeffery; Aggarwal, Varinder K.; Harvey, Jeremy N. (2006년 2월 1일). 《Reactivity and Selectivity in the Wittig Reaction: A Computational Study》. 《Journal of the American Chemical Society》 128. 2394–2409쪽. Bibcode:2006JAChS.128.2394R. doi:10.1021/ja056650q. ISSN 0002-7863. PMID 16478195.
  18. ↑ M. Schlosser; K. F. Christmann (1966). 《Trans-Selective Olefin Syntheses》. 《Angewandte Chemie International Edition in English》 5. 126쪽. doi:10.1002/anie.196601261. 다음 값 잘못됨: |이름목록형식=amp (도움말)
  19. ↑ E. J. Corey and H. Yamamoto (1970). 《Modification of the Wittig reaction to permit the stereospecific synthesis of certain trisubstituted olefins. Stereospecific synthesis of α-santalol》. 《J. Am. Chem. Soc.》 92. 226–228쪽. Bibcode:1970JAChS..92..226C. doi:10.1021/ja00704a052.
  20. ↑ I. Ernest, A. J. Main and R. Menasse (1982). 《Synthesis of the 7-cis isomer of the natural leukotriene d4》. 《Tetrahedron Letters》 23. 167–170쪽. doi:10.1016/S0040-4039(00)86776-3.
  21. ↑ E. J. Corey, D. A. Clark, G. Goto, A. Marfat, C. Mioskowski, B. Samuelsson and S. Hammarstroem (1980). 《Stereospecific total synthesis of a "slow reacting substance" of anaphylaxis, leukotriene C-1》. 《J. Am. Chem. Soc.》 102. 1436–1439쪽. Bibcode:1980JAChS.102.1436C. doi:10.1021/ja00524a045.
  22. ↑ Georg Wittig, Ulrich Schöllkopf (1954). 《Über Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien I》. 《Chemische Berichte》 87. 1318쪽. doi:10.1002/cber.19540870919.
  23. ↑ Georg Wittig; Werner Haag (1955). 《Über Triphenyl-phosphin-methylene als olefinbildende Reagenzien II》. 《Chemische Berichte》 88. 1654–1666쪽. doi:10.1002/cber.19550881110.

외부 링크

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