反应定义
名称:Baeyer–Villiger oxidation;拜耶尔魏立格氧化;拜耶尔魏立格重排
反应类型:氧化反应;分子内重排反应
反应中间体:Criegee中间体(克里奇双自由基:具有两个电荷中心的羰基氧化物,且两个电荷不会互相影响)
反应物类型:酮或醛
反应条件:过氧化物(如过氧化氢、过氧化羧酸、m-CPBA 间氯代过氧苯甲酸等)以及Lewis酸作氧化剂。
多种氧化剂可用于此反应,其活性顺序为:CF3CO3H > monopermaleic acid > monoperphthalic acid > 3,5-dinitroperbenzoic acid > p-nitroperbenzoic acid > mCPBA ~ performic acid > perbenzoic acid > peracetic acid >> H2O2 > t-BuOOH.
反应催化剂:
1.酸类催化剂
2、碱性的固体水滑石及类水滑石
3、过渡金属离子的分子筛类
4、过渡金属配合物类
反应产物:羰基旁加氧得到酯;醛反应生成羧酸。
反应机理
B—V反应的机理包括两个步骤:首先是过氧酸对底物分子中羰基的亲核进攻,形成四取代中间体间体。然后,Rm基团发生迁移,中间体重排生成相应的酯和酸。
其中,后一步骤是整个反应的速率决定步骤。对于大多数底物而言,两个步骤的活化能基本相同。因此,通常情况下,在反应中使用催化剂可以同时促进上述两个步骤的进行。
反应实例
反应实例1:UHP=过氧化脲【1】
反应实例2:内酰胺的化学选择性【2】
反应实例3:内酯的化学选择性【3】
反应实例4:酯的化学选择性【4】
反应实例5:三氟过氧乙酸(TFPAA)为介的串联反应【5】
反应实例6:合成entecavir路线中的一步【6】
反应实例7:“一锅法”Baeyer–Villiger 氧化反应/烯丙位氧化反应【7】
反应详解
不饱和酮既可能发生环氧化,又可能发生 Baeyer–Villiger 重排:
过酸时烯烃环氧化的过程可能比参与酮的 Baeyer–Villiger 反应更快,因此不饱和酮通常不是Baeyer–Villiger反应的好的底物。
迁移顺序
大多数富电子(取代较多的碳)的基团优先迁移
迁移顺序:叔碳> 环己基>仲碳>苄基>苯基>伯碳>甲基>>H。
对于取代芳基的迁移:p-MeO-Ar > p-Me-Ar > p-Cl-Ar > p-Br-Ar > p-O2N-Ar
Baeyer-Villiger氧化中迁移基团的立体化学保持不变,是分子内重排反应。
原因:迁移碳的sp3轨道仅仅是从一个轨道滑到了另一个轨道上,这一过程具有最少数目的结构重组。所用的是sp3轨道的大波节,因此新键仍在迁移基团与旧键的同一面形成,立体化学得以保留。
所有 1,2-迁移中的轨道重叠都是相似的,而迁移基团也都会保留它们的立体化学。在更常见的SN2反应中,由于所用的是反键σ*轨道而非成键σ轨道 (小波节),因此会发构型翻转。在SN2反应中,碳经历带有构型翻转的亲核进攻;在重排反应中,迁移碳原子经历带有构型保持的亲电进攻。
化学家介绍
Adolf von Baeyer (1835-1917) 是历史上非常著名的有机化学家,他在有机化学领域做出了杰出的贡献。Baeyer-Drewson靛蓝合成法实现了商业化合成靛蓝。另外一个使他声名远播的贡献是他合成了巴比妥酸,以他当时的女朋友Barbara命名此化合物。Baeyer最大的快乐是在实验室中做一些其研究领域以外的研究。当有一个参观者对他如此幸运的成功取得如此多的成就表达表示嫉妒的时候,他只是直接的反驳道:“Herr Kollege,我做的实验比你多。”
作为一个科学家,Baeyer毫不虚荣。与他同时代的学院教授(如Liebig)不同,他通常非常坦诚的承认别人的优点。Baeyer著名的墨绿色的帽子是一成不变的行头,当他发现一个新奇的化合物的时候,总是会轻拍一下他的帽子。在1905年以七十岁高龄获得了当年的诺贝尔化学奖。而他的学生Emil Fischer却早他三年以五十岁的年纪获得了1902年的诺贝尔化学奖。
Victor Villiger (1868-1934),生于瑞士,后来来到慕尼黑与Adolf von Baeyer一起工作十一年。
参考文献:
- Wantanabe, A.; Uchida, T.; Ito, K.; Katsuki, T. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 4481-4485.
- Laurent, M.; Ceresiat, M.; Marchand-Brynaert, J. J. Org. Chem. 2004, 69, 3194-3197.
- Brady, T. P.; Kim, S. H.; Wen, K.; Kim, C.; Theodorakis, E. A. Chem. Eur. J. 2005, 11, 7175-7190.
- Demir, A. S.; Aybey, A. Tetrahedron 2008, 64, 11256-11261.
- Wang, B.-L.; Gao, H.-T.; Li, W.-D. Z. J. Org. Chem. 2015, 80, 5296-5301.
- Xu, H.; Wang, F.; Xue, W.; Zheng, Y.; Wang, Q.; Qiu, F. G.; Jin, Y. Org. Process Res. Dev. 2018, 22, 377-384.
- Palm, A.; Knopf, C.; Schmalzbauer, B.; Menche, D. Org. Lett. 2019, 21, 1939-1942.