米歇尔–阿尔布佐夫反应

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Michaelis–Arbuzov反应,又称Arbuzov反应(阿尔布佐夫反应)

三价磷化合物卤代烷的影响下,转变为五价磷化合物。最常见的版本是亚磷酸酯通过反应生成一烷基膦酸酯


Michaelis–Arbuzov反应


但是烷基亚膦酸二烷基酯(RP(OR)2)和二烷基亚膦酸烷基酯(R2POR)类型的化合物也可以发生重排,生成二烷基次膦酸烷基酯(OP(OR)R2)和氧化三烷基膦(OPR3),因此反应通式可以写作:


Arbuzov反应通式


其中 A 和 B 为直接或通过氧原子与磷相连的烃基芳基

反应由奥古斯特·麦可利斯(August Michaelis)于1898年发现,[1] 而后阿尔布佐夫(Aleksandr Erminingeldovich Arbuzov)对反应作了进一步的研究。[2][3]

Arbuzov反应是生成 C-P 键的重要反应之一,在大多数情况下产率较好。用这个方法生成的膦酸酯是Horner-Wadsworth-Emmons反应的起始原料。

综述:[4][5]

反应机理[编辑]

Michaelis–Arbuzov反应机理


一般认为经典的 Michaelis–Arbuzov 反应是经过两个阶段进行的。第一阶段是三价磷化合物对卤代烃的亲核进攻,磷取代卤离子,生成中间产物鏻盐。然后卤离子作亲核试剂进攻鏻盐,鏻盐分解脱去烃基,得到最终产物膦酸酯。

当 A 和 B 为 R、RO 或 Ar 时,中间产物鏻盐一般不稳定,在室温就可分解为膦酸酯。而当 A 和 B 为 ArO 时,生成的鏻盐十分稳定,只有在高温下或在碱性条件下才能分解。[6][7]

中间体鏻盐一般不能从溶液中分离出来,但在特殊情况下能得到烷基鏻盐晶体 (OPh)3+PCPh3BF4。其中 BF4 亲核性不强,不足以引发第二步反应。[8] 或用 P(OMe)3氯丙酮(α-卤代酮)在高氯酸银溶液存在条件下生成鏻盐 (OMe)3P+CH2COCH3,红外光谱证实了这个鏻盐的存在。[9]

底物条件[编辑]

一级卤代烃,从溴甲烷碘甲烷,一直到溴代十四烷,[10][7] 都会与 >P-OR 结构的化合物进行 Michaelis–Arbuzov 反应。

二级卤代烃一般不发生 Michaelis–Arbuzov 反应。[10] 三级卤代烃中,只有三苯氯甲烷亚磷酸三甲酯的情况下)和三苯溴甲烷及其衍生物才能与亚磷酸酯、二苯次膦酸酯焦亚磷酸酯反应。

乙烯基或芳基卤化物通常情况下不能发生 Michaelis–Arbuzov 反应。

含有一级和二级卤原子的二卤化物在反应条件下,只有一级卤原子发生反应,二级卤原子则以卤化氢的形式分裂出去而形成双键。含有两个一级卤原子的二卤化物,视反应条件的不同,可生成卤代膦酸酯[11][12] 或多亚甲基二膦酸酯。[10]

三卤化物的 Michaelis–Arbuzov 反应很少,但四卤化物四氯化碳[13] 可与亚磷酸酯很快起 Michaelis–Arbuzov 反应,生成三氯甲基膦酸酯类。

含有其他官能团的卤代烃以及卤代[14]、卤代酸卤代酮[15] 也能与亚磷酸酯发生反应,生成相应的膦酸酯衍生物。

如果参与反应的卤代烃与亚磷酸酯中的烃基不相同,那么反应后产生的 R1-X 会继续与未反应的亚磷酸酯作用,生成 OP(OR1)2R1,产物是混合物。

非经典的Arbuzov反应[编辑]

除了卤代烃之外,其他含有卤素或不含卤素的亲电试剂也可以与亚磷酸酯发生反应,生成各种五价磷化合物,如含有 P-N、P-S、P-O 键的衍生物。这些反应称为非经典的 Michaelis–Arbuzov 反应,主要可以分为三类:

1、非共轭体系作用下的反应:

\rm \ P(OR)_3 + Z^{\delta +}\!-\!X^{\delta -} \rightarrow OP(OR)_2Z+RX

例如有机二硫化物与亚磷酸酯生成膦酸一硫酯的反应。[16]

2、σ,π-共轭体系作用下的反应:

\rm \ P(OR)_3 + Z\!=\!C\!-\!C\!-\!X \rightarrow OP(OR)_2\!-\!Z\!-\!C\!=\!C+RX

例如 α-卤代醛、α-卤代酮、α-卤代酸酯、α-卤代二羰基化合物、α-卤代酰卤、α-卤代硝基烷等和亚磷酸酯的反应。以 α-卤代酮为例,反应产物是磷酸二烷基乙烯基酯。这个反应即Perkow反应,也被称为所谓“反常”的 Michaelis–Arbuzov 反应,与经典的 Michaelis–Arbuzov 反应是竞争反应。增高温度和减小卤原子的电负性有利于经典 Michaelis–Arbuzov 反应的进行。

3、π,π-共轭体系作用下的反应:

\rm \ P(OR)_3 + Z\!=\!C\!-\!C\!=\!X \rightarrow OP(OR)_2\!-\!Z\!-\!C\!=\!C\!-\!XR

例如丙烯酸与亚磷酸酯作用生成 β-膦丙酸酯。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Michaelis, A.; Kaehne, R. Ueber das Verhalten der Jodalkyle gegen die sogen. Phosphorigsäureester oder O-Phosphine. Berichte. 1898, 31: 1048. doi:10.1002/cber.189803101190. 
  2. ^ Arbuzov, A. E. J. Russ. Phys. Chem. Soc. 1906, 38: 687. 
  3. ^ Arbuzov, A. E. Chem. Zentr. 1906, II: 1639. 
  4. ^ Arbuzov, B. A. Michaelis–Arbusow- und Perkow-Reaktionen. Pure Appl. Chem. 1964, 9: 307–353. doi:10.1351/pac196409020307. 
  5. ^ Bhattacharya, A. K.; Thyagarajan, G. Michaelis–Arbuzov rearrangement. Chem. Rev. 1981, 81: 415–430. doi:10.1021/cr00044a004. 
  6. ^ Landuer, S. R.; Rydon, H. N. 458. The organic chemistry of phosphorus. Part I. Some new methods for the preparation of alkyl halides. J. Chem. Soc. 1953: 2224. doi:10.1039/jr9530002224. 
  7. ^ 7.0 7.1 Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkylphosphites. III. The Synthesis of n-Alkylphosphonic Acids. J. Am. Chem. Soc. 1945, 67 (7): 1180–1182. doi:10.1021/ja01223a045. 
  8. ^ Karl Dimroth, Axel Nürrenbach. Reaktionen von Phosphorigsäure-triestern und -triamiden mit Carbonium-Ionen. 1649–1658. 1960. doi:10.1002/cber.19600930727. 
  9. ^ P. A. Chopard, V. M. Clark, R. F. Hudson and A. J. Kirby. The mechanism of the reaction between trialkyl phosphites and α-halogenated ketones. 1961–1970. 1965. doi:10.1016/S0040-4020(01)98335-8. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 A. H. Ford-Moore, J. H. William. J. Chem. Soc. 1947: 1465. 
  11. ^ Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Tri-alkyl Phosphites. II. Reaction between Triethyl Phosphite and Trimethylene Bromide. J. Am. Chem. Soc. 1944, 66 (9): 1511–1512. doi:10.1021/ja01237a028. 
  12. ^ Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkyl Phosphites. VII. Some Derivatives of 2-Bromoethane Phosphonic Acid. J. Am. Chem. Soc. 1948, 70 (5): 1971–1972. doi:10.1021/ja01185a512. 
  13. ^ Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkyl Phosphites. VI. Reactions with Chlorides of Singular Structure. J. Am. Chem. Soc. 1947, 69 (5): 1002–1003. doi:10.1021/ja01197a007. 
  14. ^ В. С. Абраэов, Е. В. Сергеева, И. В. Челпанова. ЖОХ. 1944, 14: 1030. 
  15. ^ А. И. Раэумов, А. Е. Арбуэов. ЖОХ. 1934, 4: 838. 
  16. ^ Ronald G. Harvey, Herbert I. Jacobson, Elwood V. Jensen. Phosphonic Acids. VI. The Reaction of Trivalent Phosphorus Esters with Organic Disulfides. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85 (11): 1618–1623. doi:10.1021/ja00894a018. 

外部链接[编辑]

  • Ford-Moore, A. H.; Perry, B. J. Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.325 (1963); Vol. 31, p.33 (1951). 链接
  • Davidsen, S. K.; Phllips, G. W.; Martin, S. F. Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, p.451 (1993); Vol. 65, p.119 (1987). 链接
  • Enders, D.; von Berg, S.; Jandeleit, B. Organic Syntheses, Coll. Vol. 10, p.289 (2004); Vol. 78, p.169 (2002). 链接