Oxymercuration-Reaktion - Oxymercuration reaction
Die Oxymercuration-Reaktion ist eine elektrophile organische Additionsreaktion , die ein Alken in einen neutralen Alkohol umwandelt . Bei der Oxymercurierung reagiert das Alken mit Quecksilberacetat (AcO-Hg-OAc) in wässriger Lösung unter Addition einer Acetoxyquecksilber-(HgOAc)-Gruppe und einer Hydroxy-(OH)-Gruppe über die Doppelbindung. Bei diesem Prozess werden keine Carbokationen gebildet und somit werden keine Umlagerungen beobachtet. Die Reaktion folgt der Markownikow-Regel (die Hydroxygruppe wird immer an den stärker substituierten Kohlenstoff addiert) und ist eine anti-Addition (die beiden Gruppen sind trans zueinander).
Oxymercuration gefolgt von reduktiver Demercuration wird als Oxymercuration-Reduction-Reaktion oder Oxymercuration-Demercuration-Reaktion bezeichnet . Diese Reaktion, die in der Praxis fast immer anstelle der Oxymercurierung durchgeführt wird, wird am Ende des Artikels behandelt.
Mechanismus
Die Oxymercuration kann vollständig in drei Schritten beschrieben werden (der gesamte Prozess wird manchmal als Desoxymercuration bezeichnet ), die rechts schrittweise dargestellt werden. Im ersten Schritt greift die nukleophile Doppelbindung das Quecksilberion an und schleudert eine Acetoxygruppe aus. Das Elektronenpaar am Quecksilber-Ion greift wiederum einen Kohlenstoff an der Doppelbindung an und bildet ein Quecksilber-Ion, in dem das Quecksilber-Atom eine positive Ladung trägt. Die Elektronen im höchsten besetzten Molekülorbital der Doppelbindung werden an das leere 6s-Orbital von Quecksilber abgegeben und die Elektronen im d xz (oder d yz ) -Orbital von Quecksilber werden an das unterste unbesetzte Molekülorbital der Doppelbindung abgegeben.
Im zweiten Schritt greift das nukleophile Wassermolekül den stärker substituierten Kohlenstoff an und setzt die an seiner Bindung mit Quecksilber beteiligten Elektronen frei. Die Elektronen kollabieren zum Quecksilberion und neutralisieren es. Der Sauerstoff im Wassermolekül trägt nun eine positive Ladung.
Im dritten Schritt greift das negativ geladene Acetoxy-Ion, das im ersten Schritt ausgestoßen wurde, einen Wasserstoff der Wassergruppe an und bildet das Abfallprodukt HOAc. Die beiden Elektronen, die an der Bindung zwischen Sauerstoff und dem angegriffenen Wasserstoff beteiligt sind, kollabieren in den Sauerstoff, neutralisieren seine Ladung und erzeugen das endgültige Alkoholprodukt.
Regioselektivität und Stereochemie
Die Oxymerkurierung ist sehr regioselektiv und eine Markovnikov-Reaktion aus dem Lehrbuch; Um Extremfälle auszuschließen, greift das Wassernukleophil immer bevorzugt den stärker substituierten Kohlenstoff an und lagert dort die resultierende Hydroxygruppe ab. Dieses Phänomen wird durch die Untersuchung der drei Resonanzstrukturen des am Ende des ersten Schrittes gebildeten Quecksilberions erklärt .
Bei der Untersuchung dieser Strukturen wird festgestellt, dass die positive Ladung des Quecksilberatoms manchmal auf dem stärker substituierten Kohlenstoff verbleibt (ungefähr 4% der Zeit). Dies bildet ein temporäres tertiäres Carbokation , das ein sehr reaktives Elektrophil ist . Das Nukleophil greift zu diesem Zeitpunkt das Quecksilberion an. Daher greift das Nucleophil den stärker substituierten Kohlenstoff an, da es einen positiveren Charakter behält als der weniger substituierte Kohlenstoff.
Stereo, Oxymercurierung ist ein anti hinaus. Wie der zweite Schritt zeigt, kann das Nucleophil wegen sterischer Hinderung den Kohlenstoff nicht von derselben Seite aus angreifen wie das Quecksilberion. Auf dieser Seite des Moleküls ist einfach nicht genügend Platz, um sowohl ein Quecksilberion als auch das angreifende Nukleophil aufzunehmen. Wenn eine freie Rotation unmöglich ist, werden die Hydroxy- und Acetoxymercuri-Gruppen daher immer trans zueinander sein.
Unten ist ein Beispiel für Regioselektivität und Stereospezifität der Oxymercurierungsreaktion mit substituierten Cyclohexenen gezeigt. Eine sperrige Gruppe wie t- Butyl verriegelt den Ring in einer Stuhlkonformation und verhindert Ringflips. Mit 4- t- Butylcyclohexen liefert die Oxymercurierung zwei Produkte – wobei die Addition über die Doppelbindung immer anti ist – mit einer leichten Bevorzugung der Acetoxyquecksilbergruppe trans zur t- Butylgruppe, was zu etwas mehr cis- Produkt führt. Bei 1-Methyl-4- t- butylcyclohexen liefert die Oxymercurierung nur ein Produkt – immer noch eine Anti- Addition über die Doppelbindung – wobei Wasser nur den stärker substituierten Kohlenstoff angreift. Der Grund für die anti- Addition über die Doppelbindung ist die Maximierung der Orbitalüberlappung des freien Wasserpaares und des leeren Orbitals des Quecksilberions auf der gegenüberliegenden Seite der Acetoxyquecksilbergruppe. Es wurde beobachtet, dass die Regioselektivität den Angriff von Wasser auf den stärker substituierten Kohlenstoff begünstigt, aber Wasser fügt kein syn über die Doppelbindung hinzu, was impliziert, dass der Übergangszustand den Angriff von Wasser von der gegenüberliegenden Seite der Acetquecksilbergruppe begünstigt.
Oxymerkurierung–Reduktion
In der Praxis wird das durch die Oxymercurierungsreaktion erzeugte Quecksilberadduktprodukt fast immer mit Natriumborhydrid (NaBH 4 ) in wässriger Base in einer als Demerkurierung bezeichneten Reaktion behandelt . In Demercurierung die acetoxymercury wird Gruppe mit einem Wasserstoff in einer stereochemisch insensitive Reaktion bekannt als reduktive Eliminierung ersetzt. Die Kombination von Oxymercuration, gefolgt von sofortiger Demercuration, wird als Oxymercuration-Reduction-Reaktion bezeichnet.
Daher ist die Oxymercurierungs-Reduktions-Reaktion die Nettoaddition von Wasser über die Doppelbindung. Jegliche durch den Oxymercurierungsschritt aufgebaute Stereochemie wird durch den Demercurierungsschritt verwürfelt, so dass die Wasserstoff- und Hydroxygruppe cis oder trans voneinander sein können. Die Reduktion durch Oxymerkurierung ist eine beliebte Labortechnik, um eine Alkenhydratation mit Markownikow- Selektivität zu erreichen und gleichzeitig Carbokation-Zwischenstufen und damit die Umlagerung zu vermeiden, die zu komplexen Produktmischungen führen kann.
Andere Anwendungen
Die Oxymercuration ist nicht auf ein mit Wasser reagierendes Alken beschränkt. Die Verwendung eines Alkins anstelle eines Alkens ergibt ein Enol, das zu einem Keton tautomerisiert. Die Verwendung eines Alkohols anstelle von Wasser ergibt einen Ether. In beiden Fällen wird die Markownikow-Regel eingehalten.
Die Verwendung eines Vinylethers in Gegenwart eines Alkohols ermöglicht die Übertragung der Alkoxygruppe (RO–) vom Alkohol auf den Ether. Ein Allylalkohol und ein Vinylether können unter den Bedingungen der Oxymercurierung-Reaktion R–CH=CH–CH 2 –O–CH=CH 2 ergeben , das für eine Claisen-Umlagerung geeignet ist .
