瑞穆尔-悌曼反应
瑞穆尔-悌曼反应(英语:Reimer–Tiemann reaction)是苯酚类化合物和氯仿在强碱水溶液中反应,在酚基的邻位引入一个醛基(-CHO)的过程[1] [2][3][4]。这个反应是一个典型的亲电芳香取代反应,亲电试剂是二氯卡宾(:CCl2),但仅有苯环上富电子的酚类(实际上是酚基负离子)才可发生此类反应。反应首先由卡尔·雷默 和 Ferdinand Tiemann报道[5]。
例如,苯酚在氯仿、氢氧化钾的作用下生成水杨醛[6],反应式如下:
反应机理
瑞穆尔-悌曼反应的机理如下[7]: 氯仿(1)与强碱溶液反应产生氯仿碳负离子(2),该阴离子会立即发生α-消去反应(alpha-eliminate)形成二氯碳烯(3)。二氯碳烯能与苯酚(4)酚羟基邻位(5)的碳原子反应,使该次甲基上的氢原子被新形成的基团取代(7)。碱水解后,便能获得期望产物(9)。
选择性
由于二氯卡宾(3)上的两个氯,使得其非常缺电子,而被富电子的(5)所吸引。这相互作用令甲酰化反应发生在邻位。
反应条件
氢氧化物不易溶于氯仿,所以反应通常在一个两相的系统进行,即是以氢氧化物水溶液作水相,氯仿作有机相。因此,两个反应物分隔两相,需要快速搅拌、相转移催化剂或者乳化剂(例如以1,4-二𫫇烷作反应的溶剂)使两者能够反应。
反应一开始需要加热,但反应一旦开始,可能会大量的放热,容易发生热失控的情况。
应用范围
瑞穆尔-悌曼反应也可以被用来合成其他酚类化合物,例如萘酚[8]。富电子的杂环化合物如吡咯、吲哚等也可以发生反应,然而,二氯卡宾会引发扩环,生成3-氯代吡啶或3-氯代喹啉。这反应称作Ciamician-Dennstedt 重排,以化学家GL Ciamician 和 M. Dennstedt而命名[9][10]。
然而,二氯卡宾可以与碳碳双键(烯烃)、胺反应,分别生成二氯环丙烷和异腈。所以,这反应可能不适合拥有上述官能团的底物。另外,很多底物不能与氢氧化物加热。
变体
以四氯化碳取代氯仿,可以生成酚酸[11]。例如,苯酚在四氯化碳、强碱水溶液生成水杨酸,而不是原先的水杨醛。
与其他方法的比较
除了瑞穆尔-悌曼反应,加特曼反应、加特曼-科赫反应、维尔斯迈尔-哈克反应、达夫反应等都可在芳香环上引入甲酰基。然而,考虑到反应的难易度和安全,瑞穆尔-悌曼反应很多时候会是有机合成中最具优势的甲酰化反应。在以上提及到的反应之中,瑞穆尔-悌曼反应是唯一一个不需要再酸性或(和)无水条件之下进行的反应[2] 。而且,加特曼-科赫反应不适用于酚类的底物。
参考文献
- ^ Reimer, K.; Tiemann, F. Ber. 1876, 9, 824 & 1268 & 1285.
- ^ Wynberg, H. Chem. Rev. 1960, 60, 169. (Review)
- ^ Wynberg, H.; Meijer, E. W. Org. React. 1982, 28, 2. (Review)
- ^ Wynberg, H. Comp. Org. Syn. 1991, 2, 769-775. (Review)
- ^ March, Jerry (1985). Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms and Structure, third Edition, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-85472-7.
- ^ 2.0 2.1 Wynberg and Meijer, Egbert, Hans; Meijer, Egbert W. The Reimer–Tiemann Reaction. 2005: 14. ISBN 9780471264187. doi:10.1002/0471264180.or028.01.
- ^ Dauben, William G. The Reimer-Tiemann Reaction. Organic Reactions, Volume 28. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. 1982: 1–36. ISBN 978-0471861416. doi:10.1002/0471264180.or028.01.
- ^ Wynberg, Hans, Trost, Barry M.; Fleming, Ian , 编, 3.4 - The Reimer–Tiemann Reaction, Comprehensive Organic Synthesis (Oxford: Pergamon), 1991-01-01: 769–775 [2022-02-28], ISBN 978-0-08-052349-1, doi:10.1016/b978-0-08-052349-1.00048-2, (原始内容存档于2022-11-22) (英语)
- ^ Reimer, Karl; Tiemann, Ferdinand. Ueber die Einwirkung von Chloroform auf alkalische Phenolate [The effect of chloroform on phenol and especially on the alkaline solution of aromatic oxyacids]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1876, 9: 824–828 [2023-08-21]. doi:10.1002/cber.187600901247. (原始内容存档于2023-08-21) (German).
- ^ Brühne, F.; Wright, E., Benzaldehyde, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a03_463.pub2
- ^ Hine, Jack; Van Der Veen, James M. The Mechanism of the Reimer-Tiemann Reaction. Journal of the American Chemical Society. December 1959, 81 (24): 6446–6449. doi:10.1021/ja01533a028.
- ^ Russell, Alfred; Lockhart, Luther B. 2-HYDROXY-1-NAPHTHALDEHYDE. Organic Syntheses. 1942, 22: 63. doi:10.15227/orgsyn.022.0063.
- ^ Ciamician, G. L., Dennstedt, M. Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1881, 14, 1153-1163.
- ^ Dennstedt, M., Zimmerman, J. Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1885, 18, 3316-3319.
- ^ Gaonkar, A.V.; Kirtany, J.K. ChemInform Abstract: Reimer-Tiemann Reaction Using Carbon Tetrachloride. ChemInform. 2010, 22 (41): 1991. doi:10.1002/chin.199141092.
参见
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