Chuyển vị Mislow-Evans (Mislow-Evans Rearrangement)

Cơ chế

Cơ chế phản ứng Mislow-Evans bao gồm ba bước chính:

1. Tạo Sulfenate Ester: Allylic sulfoxide ($RCH=CHCH_2S(O)R’$) khi được đun nóng sẽ trải qua quá trình chuyển vị [2,3]-sigmatropic để tạo thành một sulfenate ester ($RCH(OS(O)R’)CH=CH_2$). Bước này thường là bước quyết định tốc độ của phản ứng và là một cân bằng nhiệt động.
2. [3,3]-Sigmatropic Rearrangement: Đây là một bước sai sót trong bài gốc. Sulfenate ester không trải qua chuyển vị [3,3]-sigmatropic. Thực tế, sulfenate ester, như đã mô tả ở bước 1, đã là sản phẩm của chuyển vị [2,3]-sigmatropic. Để tạo thành alcohol, cần một chuyển vị [2,3]-sigmatropic nghịch để trở lại dạng sulfoxide, nhưng lần này nhóm thế trên C và S đã thay đổi.
3. Thủy phân: Allylic sulfoxide mới tạo thành ($R’S(O)CH_2CH=CHR$) không bền và nhanh chóng bị thủy phân (thường bởi nước hoặc dung dịch base) để tạo ra sản phẩm cuối cùng là allylic alcohol ($RCH=CHCH_2OH$) và một hợp chất sulfinic acid ($R’S(O)OH$).

Công thức tổng quát:

$RCH=CHCH_2S(O)R’ \rightleftharpoons [2,3] RCH(OS(O)R’)CH=CH_2 \xrightarrow{H_2O} RCH=CHCH_2OH + R’S(O)OH$

Chú ý sự thay đổi từ $R’SH$ (sai) thành $R’S(O)OH$ (đúng) và phản ứng thuận nghịch giữa sulfoxide và sulfenate ester.

Ứng dụng

Chuyển vị Mislow-Evans là một phương pháp hữu ích để tổng hợp chọn lọc allylic alcohol từ allylic sulfoxide. Nó có một số ưu điểm so với các phương pháp khác, bao gồm:

• Điều kiện phản ứng nhẹ: Phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ vừa phải, thường là nhiệt độ phòng hoặc đun nóng nhẹ.
• Tính chọn lọc lập thể: Phản ứng có thể được sử dụng để tổng hợp các allylic alcohol với tính chọn lọc lập thể cao, đặc biệt khi sử dụng các sulfoxide có tính bất đối.
• Khả năng tương thích với nhiều nhóm chức: Phản ứng tương thích với nhiều nhóm chức khác nhau, làm cho nó trở thành một công cụ linh hoạt trong tổng hợp hữu cơ.

Hạn chế

• Sự hình thành sản phẩm phụ: Trong một số trường hợp, các sản phẩm phụ có thể được hình thành do sự cạnh tranh của các phản ứng khác, chẳng hạn như sự khử sulfoxide thành sulfide.
• Tính ổn định của sulfoxide: Một số sulfoxide có thể không ổn định ở nhiệt độ phản ứng và có thể bị phân hủy trước khi xảy ra chuyển vị, đặc biệt là các sulfoxide không có nhóm thế cản trở không gian.

Tóm lại

Chuyển vị Mislow-Evans là một phản ứng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ, cung cấp một phương pháp hiệu quả và chọn lọc để tổng hợp allylic alcohol. Mặc dù có một số hạn chế, nhưng tính linh hoạt và điều kiện phản ứng nhẹ nhàng làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích cho các nhà hóa học.

Lựa chọn lập thể

Tính lập thể của sản phẩm allylic alcohol trong chuyển vị Mislow-Evans phụ thuộc vào cấu hình của allylic sulfoxide ban đầu. Phản ứng diễn ra theo cơ chế tổng hợp, nghĩa là sự chuyển vị xảy ra trên cùng một mặt của phân tử (cả liên kết tạo thành và liên kết bị phá vỡ đều ở cùng một phía). Ví dụ, một E-allylic sulfoxide sẽ tạo ra một E-allylic alcohol, trong khi một Z-allylic sulfoxide sẽ tạo ra một Z-allylic alcohol. Điều này cho phép kiểm soát tốt tính lập thể của sản phẩm. Hơn nữa, nếu nguyên tử lưu huỳnh là trung tâm bất đối, tính bất đối này cũng sẽ được bảo toàn trong sản phẩm, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết đối quang cao.

Ảnh hưởng của nhóm thế

Bản chất của các nhóm thế trên allylic sulfoxide có thể ảnh hưởng đến tốc độ và tính chọn lọc của phản ứng. Các nhóm thế đẩy electron nói chung sẽ làm tăng tốc độ phản ứng, trong khi các nhóm thế hút electron có thể làm chậm phản ứng. Kích thước lập thể của các nhóm thế cũng có thể đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt là ở vị trí α so với nhóm sulfoxide. Các nhóm thế lớn ở vị trí này có thể gây cản trở không gian, làm chậm quá trình chuyển vị [2,3]-sigmatropic và ảnh hưởng đến tỉ lệ sản phẩm.

Biến thể

Một số biến thể của chuyển vị Mislow-Evans đã được phát triển để mở rộng phạm vi ứng dụng của phản ứng. Ví dụ, việc sử dụng các tác nhân silyl hóa có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân sulfenate ester, dẫn đến năng suất cao hơn. Ngoài ra, việc sử dụng các chất xúc tác kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như palladium, có thể cho phép chuyển vị xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn và đôi khi thay đổi cả tính chọn lọc của phản ứng.

Ví dụ

Một ví dụ điển hình của chuyển vị Mislow-Evans là phản ứng của allyl phenyl sulfoxide với nhiệt, tạo thành 1-phenylprop-2-en-1-ol sau khi thủy phân:

$CH_2=CHCH_2S(O)Ph \rightleftharpoons CH_2=CHCH_2OS(O)Ph \xrightarrow{H_2O} CH_2=CHCH_2OH + PhS(O)OH$

(Lưu ý rằng sản phẩm phụ đúng là $PhS(O)OH$, không phải $PhSH$)

So sánh với các phản ứng khác

Chuyển vị Mislow-Evans có một số điểm tương đồng với các phản ứng sigmatropic khác, chẳng hạn như chuyển vị Cope và chuyển vị Claisen. Tuy nhiên, nó khác biệt ở chỗ nó liên quan đến một heteroatom (lưu huỳnh) và tạo ra một alcohol như sản phẩm cuối cùng. So với các phương pháp tổng hợp allylic alcohol khác, như phản ứng Grignard hoặc phản ứng Wittig, chuyển vị Mislow-Evans thường cung cấp tính chọn lọc lập thể và điều kiện phản ứng nhẹ nhàng hơn. Ngoài ra, phản ứng Mislow-Evans thường có khả năng tương thích tốt với các nhóm chức khác trên phân tử, trong khi phản ứng Grignard và Wittig có thể có những hạn chế nhất định.

• Mislow, K.; Evans, D. A. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 1571.
• Evans, D. A.; Andrews, G. C. Acc. Chem. Res. 1974, 7, 147.
• Hoffmann, R. W. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1982, 21, 555.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao bước chuyển vị [2,3]-sigmatropic ban đầu thường là bước quyết định tốc độ trong chuyển vị Mislow-Evans?