www.eprace.edu.pl » uklady-dwufazowe » Część teoretyczna » Kondensacja Darzens’a halogenoestrów

Kondensacja Darzens’a halogenoestrów

Kondensacja Darzens’a w środowisku bezwodnym

Kondensacja Darzens’a wykorzystywana jest często w syntezie organicznej. Przy pisaniu tej pracy w dużej mierze opierałem się na artykule przeglądowym⁴⁹ oraz nowszej literaturze.

W niniejszej pracy badałem kondensację Darzens’a chlorooctanu t-butylu ze związkami karbonylowymi, dlatego opisałem tę kondensację z udziałem α-halogenoestrów.

W reakcja Darzens’a α-halogenoestrów z aldehydami lub ketonami powstają α,β-epoksy estry (estry glicydowe). Najczęściej używany czynnikiem kondensującym jest EtONa lub NaNH₂.

Estry glicydowe są interesujące głównie dlatego, że mogą być przekształcane w aldehydy i ketony o przedłużonym łańcuchu.

Pierwszą syntezę estru glicydowego przeprowadził Erlenmeyer⁵⁰ otrzymując ester etylowy kwasu β-fenylo-α,β-epoksypropionowego z benzaldehydu i chlorooctanu etylu w obecności Na. Jednak nazwa reakcji pochodzi od nazwiska chemika francuskiego Darzensa, który przeprowadził serie doświadczeń z chlorooctanem etylu oraz ketonami alifatycznymi i aryloalifatycznymi w obecności EtONa.^51-62 Claisen⁶³ stwierdził, że czynnikiem kondensującym może być NaNH₂.

Darzens^64-66 w kolejnych próbach przeprowadził kondensacje w nieco odmiennych warunkach. W obecności amalgamatu magnezu powstawał β-hydroksy-α-chloroester, który następnie w obecności EtONa został przekształcony w ester glicydowy. Reakcja ta biegnie z udziałem anionu enolanowego generowanego z α-chlorowcoestru.

Powstawanie estru glicydowego w wyniku kondensacji Darzens’a wymaga obecności zasady, która deprotonuje C-H kwas, jakim jest np. chlorooctan etylu. W wyniku ataku zasady na atom wodoru powstaje α-halokarboanion, który atakuje karbonylowy atom węgla aldehydu lub ketonu. Powstały karboanion halohydryny przekształca się nieodwracalnie w ester glicydowy.

Z wielu typów zbadanych aldehydów i ketonów tylko formaldehyd,⁵³ aldehydy alifatyczne⁵³ i kilka ketonów terpenowych⁵³ nie dało dobrych wyników. Aldehydy aromatyczne zawierające podstawniki alkilowe, alkoksylowe czy halogenowe dają produkty z dobra wydajnością. Tak samo jest w przypadku ketonów alifatycznych, wliczając w to ketony metylowe, cykliczne, α,β-nienasycone czy ketony arylowe i arylowoalkilowe.

Poza α-chloroestrami kondensację Darzens’a prowadzono z α-bromo i α-jodoestrami uzyskując stosunkowo dobre wyniki w reakcjach z α-bromoestrami.^67-70

Przeprowadzono reakcję izobutyrofenonu kolejno z chloro, bromo i jodooctanem etylu. W przypadku reakcji z chlorooctanem etylu powstawał β-fenylo-β-izopropylo-α,β-epoksypropionian etylu, w reakcji z jodooctanem etylu powstawał produkt alkilowania, ketoester. Gdy reakcja była prowadzona z bromooctanem etylu powstawała mieszanina tych dwóch produktów.⁷¹

Kondensacja Darzens’a zwykle prowadzona jest w temp. 5-10°C, w atmosferze gazu obojętnego. Temperatura reakcji wzrasta gdy dodawany jest czynnik kondensujący. Przeważnie stosowany jest nadmiar C-H kwasu oraz zasady względem związku karbonylowego. W niektórych reakcjach poza estrem glicydowym powstają inne produkty, jak α-ketoestry, α,β-nienasycone estry, a także produkty autokondensacji związków karbonylowych⁷² i halogenoestrów.⁷³ Jako zasadę najczęściej stosuje się EtONa lub NaNH₂,^74-77 rzadziej prowadzi się reakcje wobec NaH lub t-BuOK. Czasem reakcja jest prowadzona w obecności Na w obojętnym rozpuszczalniku.⁷⁸

Wpływ rozpuszczalnika na wydajność nie jest dokładnie przebadany. Lepszą wydajność uzyskano w kondensacji cykloheksanonu z α-chloropropionianem etylu bez rozpuszczalnika niż w Et₂O, benzenie czy mieszaninie benzen – frakcja heksanowa.⁷⁹ Natomiast w reakcji, w której stosowano metaliczny Na rekomendowano użycie aromatycznego węglowodoru. Powstały NaCl tworzy koloidalną warstwę i nie osadza się na Na, co nie powoduje spadku aktywności metalu.⁷⁸

W Tabeli 7 zestawiłem przegląd otrzymywanych estrów glicydowych. Typowa procedura otrzymywania tych estrów polega na dodaniu czynnika kondensującego do ochłodzonej mieszaniny aldehydu lub ketonu oraz chloroestru w rozpuszczalniku lub bez rozpuszczalnika.

Tabela 7

				Zasada^a	Wydajność [%]	Literatura
R¹	R²	R³	R⁴	Zasada^a	Wydajność [%]	Literatura
H	H	CH₃	C₂H₅	A	20-30	53
CH₃	H	CH₃	C₂H₅	A	20-30	53
CH₃	CH₃	H	C₂H₅	A	60	51
CH₃	CH₃	H	C₂H₅	B	59^b, 47^c	63, 93
CH₃	CH₃	H	C₂H₅	C	53	93
CH₃	CH₃	H	C₄H₉CH(Et)CH₂	A	46	87
CH₃	CH₃	C₁₀H₂₁	C₂H₅	A	70	62
C₂H₅	H	H	C₂H₅	A	20-30	53
C₂H₅	CH₃	H	C₂H₅	A	56	76
C₂H₅	CH₃	H	C₂H₅	B	34	101
C₂H₅	C₂H₅	H	C₂H₅	B	50	63
C₃H₇	CH₃	H	C₂H₅	B	50	63
i-C₃H₇	H	H	C₂H₅	E	76	81
i-C₄H₉	H	CH₃	C₂H₅	A	20-30	53
C₅H₁₁	H	H	C₂H₅	E	45	81
C₆H₁₃	CH₃	H	C₂H₅	C	41	92
C₇H₁₅	CH₃	H	C₂H₅	A	60-63	51
C₉H₁₉	CH₃	H	C₂H₅	A	60-63	51, 97
i-Pr(CH₂)₃CH (Me)(CH₂)₃	CH₃	H	C₂H₅	C	69	89
C₄H₇	CH₃	H	C₂H₅	A	58^d	82
C₆H₁₁	CH₃	H	C₂H₅	A	30^e, 45^f	90, 91
C₄H₃O	H	H	C₂H₅	A	96	80
C₄H₃O	H	CH₃	C₂H₅	A	50, 73^g	53, 67
PhCH₂	CH₃	H	C₂H₅	A	60-63	51
Ph	H	H	CH₃	A	54	84
Ph	H	H	C₂H₅	A	50	53
Ph	H	H	C₂H₅	B	25	63
Ph	H	H	C₂H₅	D	68	57
Ph	H	H	C₂H₅	E	70	81
Ph	H	CH₃	C₂H₅	A	50, 71	53, 84
Ph	H	C₂H₅	C₃H₇	A	67	87
Ph	CH₃	H	CH₃	A	70	86
Ph	CH₃	H	C₂H₅	A	60-64	51,88
Ph	CH₃	H	C₂H₅	B	64	89
Ph	CH₃	H	C₂H₅	D	82	57
Ph	CH₃	H	C₂H₅	E	76	81
Ph	CH₃	CH₃	C₂H₅	A	35	84
Ph	C₂H₅	H	C₂H₅	A	42	77
Ph	C₂H₅	H	i-C₃H₇	A	58	87
Ph	C₃H₇	H	C₂H₅	A	60-63	51
Ph	Ph	H	C₂H₅	A	75^h	93,75,98
4-ClC₆H₄	H	H	C₂H₅	C	66	78
2-ClC₆H₄	H	CH₃	CH₃	A	70	67
4-CH₃C₆H₄	H	CH₃	C₂H₅	A	56	94
4-i-C₃H₇C₆H₄	H	CH₃	C₂H₅	A	40	96
2-CH₃OC₆H₄	H	CH₃	CH₃	A	75	67
3-CH₃OC₆H₄	H	CH₃	CH₃	A	82	67
4-CH₃OC₆H₄	H	C₂H₅	CH₃	A	72	67
4-CH₃OC₆H₄	H	i-C₃H₇	CH₃	A	70^g	67
3,4-(CH₂O₂)C₆H₃	H	CH₃	C₂H₅	A	48^g	93
(CH₃O)₂C₆H₃	H	CH₃	CH₃	A	70	67
4-CH₃C₆H₄	CH₃	H	i-C₃H₇	A	47	67
4-C₂H₅C₆H₄	CH₃	H	C₂H₅	A	60-63	51
i-C₄H₉C₆H₄	CH₃	H	C₂H₅	A	60-63	51
1-C₁₀H₇	CH₃	H	C₂H₅	A	45	56
CH₃OC₁₀H₆	C₂H₅	CH₃	C₂H₅	D	71	57
(CH₂)₄		H	C₂H₅	A	41	83
(CH₂)₄		CH₃	C₂H₅	A	35	85
(CH₂)₅		H	C₂H₅	A	65, 68^h	53, 85
(CH₂)₅		H	C₂H₅	E	76, 90	81, 99
(CH₂)₅		H	t-C₄H₉	D	82	57
(CH₂)₅		CH₃	CH₃	A	85	84
(CH₂)₅		CH₃	C₂H₅	D	86	57
(CH₂)₅		CH₃	t-C₄H₉	D	64	57
(CH₂)₂CHCH₃(CH₂)₂		CH₃	CH₃	A	60	87
CH₂CH(Ph)(CH₂)₃		CH₃	C₂H₅	D	70	57
CH₂CH(Ph)(CH₂)		CH₃	t-C₄H₉	D	61	57
CHCH₂N(CH₃)₂(CH₂)₄		H	C₂H₅	A	43-58	86
HN(C(CH₃)₂CH₂)₂		H	C₂H₅	E	74	81

a) czynniki kondensujące to: A- alkoholan sodu odpowiadający grupie alkilowej w halogenoestrze, B- NaNH₂,

C- Na, D -t-BuOK w t-BuOH lub benzenie, E- NaH w acetonitrylu lub cykloheksanie

b) produkt zanieczyszczony był chloroestrem i chloroamidem

c) wydajność liczona była względem chloroestru

d) zastosowano mieszaninę estru etylowego i metylowego

e) reakcję prowadzono bez rozpuszczalnika

f) jako rozpuszczalnika użyto frakcję heksanu (T_wrz. 100-120ºC)

g) użyto α-bromoester

h) reakcje prowadzono w temp. -80ºC bez rozpuszczalnika

Ponadto przeprowadzono reakcje bromooctanu metylu z różnymi związkami karbonylowymi. Reakcje prowadzano wobec diisopropyloamidku litu (LDA) i InCl₃ w THF (Tabela 8).⁶⁹

Tabela 8

R¹	R²	Wydajność [%]
Ph	H	80
Ph	CH₃	27
C₇H₁₅	H	49
trans-PhCH=CH	H	23

W kolejnym artykule opisano wyniki reakcji związków karbonylowych z bromooctanem etylu i α-bromomaślanem etylu. Reakcje prowadzono w obecności LiN(SiMe₃)₂w THF w temp. 70°C przez 2 godz. Wyniki reakcji zamieściłem w Tabeli 9.⁷⁰

Tabela 9

R¹	R²	R³	Wydajność [%]
CH₃	H	C₂H₅	82
C₂H₅	H	C₂H₅	83
i-C₃H₇	H	C₂H₅	85
Ph	H	C₂H₅	86
CH₃	CH₃	C₂H₅	81
CH₃	H	H	73
C₂H₅	H	H	72
(CH₂)₅		H	83

Kondensacja Darzens’a α-halogenoestrów w warunkach PTC

Kondensację Darzens’a w warunkach PTC chlorooctanu etylu z benzaldehydem prowadzono w układzie ciało stałe - ciecz, gdzie jako zasadę stosowano stały, bezwodny K₂CO₃ a jako katalizatora eter koronowy 18-k-6. Wydajność otrzymanego estru etylowego kwasu 2-fenyloglicydowego wynosiła 72%.¹⁰²

Następnie optymalizowano powyższą reakcję, zmieniając rodzaj i ilość katalizatora, temp., nadmiar chlorooctanu etylu, nadmiar zasady, czas i ilość rozpuszczalnika.¹⁰³ Stwierdzono, iż najlepszym katalizatorem tej reakcji jest 18-k-6, a pozostałe katalizatory użyte w badaniach można uszeregować względem zmniejszającej się aktywności: eter dicykloheksylo-18-korona-6 (DC-18-k-6) > eter dibenzo-18-korona-6 (DB-18-k-6) > Bu₄P⁺Brˉ > PhCH₂N⁺Et₃Brˉ. Optymalna temp. reakcji została określona na 130°C.

Badano wpływ kilkunastu katalizatorów na przebieg kondensacji Darzens’a chlorooctanu etylu z benzaldehydem.¹⁰⁴ Reakcję prowadzono z 5-krotnym molowym nadmiarem chlorooctanu etylu względem benzaldehydu, katalizatorem w ilości 1% molowego oraz 2-krotnym molowym nadmiarem K₂CO₃. Reakcje prowadzono w chlorobenzenie w temp. 132°C przez 4 godz (Tabela 10).

Tabela 10

Katalizator	Wydajność
Bez katalizatora	22±16
PhN⁺Me₃Cl^-	12±1
B-15-k-5^a	35±10
DB-18-k-6	25±10
18-k-6	35±4
TEBA	40±3
[(Me₂N)₃P=N=P(NMe₂)₃BF₄	46±5
N⁺Me₄Br^-	82±7
PhCH₂N⁺Me₃Br^-	69±5
Ph(CH₂)₂N⁺Me₃Br^-	70±6
Ph(CH₂)₃N⁺Me₃Br^-	92±4
Aliquat 336	48±1
{[(Me₂N)₃P=N]₃PCl}PF₆	52±5
As⁺Ph₄Br^-	93±1
N⁺Et₄Br^-	86±6
N⁺Bu₄Br^-	93±3
N⁺Hep₄Br^-	86±7
N⁺Oct₄Br^-	94±3

a) eter benzo-15-korona-5

Na szczególną uwagę zasługuje publikacja d’Incan i Seyden-Penne,¹⁰⁵ w której opisano kondensację estru t-butylowego kwasu chlorooctowego i α-chloropropionowego z benzaldehydem, prowadzoną w obecności 50% aq. roztworu NaOH i równomolowej ilości TBAB w CH₂Cl₂. Reakcje prowadzono w temp. 45°C, z chlorooctanem t-butylu przez 30 min. a z α-chloropropionianem t-butylu przez 3 godz. We wszystkich reakcjach w nadmiarze powstawał izomer Z, natomiast brak informacji o wydajności otrzymanych produktów.

Badano także reakcję estru etylowego kwasu chloro- i bromooctowego oraz chlorooctanu t-butylu z akroleiną i innymi α,β-nienasyconymi związkami karbonylowymi w obecności 9.5 N aq. roztworu NaOH, 5% molowych TEBA w CH₂Cl₂, w atmosferze azotu, lecz nie otrzymano żadnych produktów.¹⁰⁶ Takie wyniki reakcji tłumaczono zmniejszoną elektrofilowością atomu węgla grupy karbonylowej.

W Tabeli 11 zebrałem dane literaturowe dotyczące kondensacji Darzens’a α-halogenoestrów prowadzonych w warunkach PTC.

Tabela 11

α-halogeno ester	Związek karbonylowy	Kat.	Ilość kat. [%]	Zasada	Rozpuszcz.	Temp. [°C]	Czas [min.]	Lit.
ClCH₂CO₂Et	Benzaldehyd	18-K-6	1	K₂CO_3st.	bez rozpuszcz.	130	10	102
ClCH₂CO₂Et	Benzaldehyd	kilka kat.^a	1	K₂CO_3st.	o-ksylen	130	do 360	103
ClCH₂CO₂Et	Benzaldehyd	kilka kat.^b	1	K₂CO_3st.	PhCl	132	240	104
ClCH₂CO₂Et BrCH₂CO₂Et ClCH₂CO₂Bu^t	β,γ-nienasycone aldehydy i ketony	TEBA	0,1	NaOH_aq.	CH₂Cl₂	0 t_pok.	60 120	106
ClCH₂CO₂Bu^t CH₃CH(Cl)CO₂Bu^t	Benzaldehyd	TEBAB	100	50% NaOH	CH₂Cl₂	45	30	105

a) badano wpływ następujących katalizatorów: 18-k-6, DB-18-k-6 I DC-18-k-6 oraz dwóch soli oniowych:

Bu₄P⁺Brˉ i TBAB. Przeprowadzono także reakcję bez katalizatora

b) badano wpływ Ph₄As⁺Brˉ i kilku eterów koronowych

Badano wpływ rozpuszczalnika, temp. i obecności katalizatora na przebieg kondensacji Darzens’a chlorooctanu t-butylu z benzaldehydem (Tabela 12). Badano także wpływ podstawników obecnych w pierścieniu aromatycznym benzaldehydu na przebieg tej kondensacji (Tabela 13).¹⁰⁷

Tabela 12

Zasada	Katalizator	Rozpuszczalnik	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Wydajność estru t-butylowego kwasu β-fenyloglicydowego [%]
50%aq.NaOH	TEBA	CH₂Cl₂	10-15	1	64
50%aq.NaOH	-	CH₂Cl₂	10-15	2	25
50%aq.NaOH	TEBA	-	10-15	1	26
50%aq.NaOH	TEBA	Benzen	10-15	1	63
50%aq.NaOH	TEBA	DMSO	10-15	1	3
NaOH_st.	TEBA	CH₂Cl₂	-10	1	59

Tabela 13

R	Wydajność estru t-butylowego kwasu β-aryloglicydowego [%]
H	64
2-F	70
4-Cl	51
2-Cl	63
2-Me	73
3-Me	75
4-MeO	80

czytaj dalej: Reakcje karbenów »

komentarze

dodaj komentarz

Kondensacja Darzens’a halogenoestrów

Kondensacja Darzens’a w środowisku bezwodnym

Kondensacja Darzens’a α-halogenoestrów w warunkach PTC

komentarze

Przeszukaj ePrace

Oceń Pracę

O pracy

Spis Treści