Cơ chế phản ứng:
Phản ứng chuyển vị axit benzylic diễn ra theo cơ chế ba bước:
- Tấn công Nucleophin: Anion hydroxit tấn công một trong các nhóm carbonyl của 1,2-diketon. Điều này tạo thành một anion alkoxit trung gian.
$R-C(=O)-C(=O)-R + OH^- \rightarrow R-C(=O)-C(O^-)(-OH)-R$
- Chuyển vị nhóm: Một trong các nhóm R (cùng với cặp electron liên kết của nó) di chuyển từ nguyên tử cacbon mang điện tích âm sang nguyên tử cacbon carbonyl liền kề. Đây là bước chuyển vị thực sự, dẫn đến sự hình thành một anion carboxylate ổn định hơn.
$R-C(=O)-C(O^-)(-OH)-R \rightarrow R-C(O^-)(OH)-C(=O)-R$
- Proton hóa: Anion carboxylate được proton hóa bởi nước (hoặc một axit yếu nếu có) để tạo thành α-hydroxyaxit carboxyl cuối cùng.
$R-C(O^-)(OH)-C(=O)-R + H^+ \rightarrow R-C(OH)(COOH)-R$
Ví dụ và Điều kiện phản ứng
Phản ứng của benzil (Ph-CO-CO-Ph, trong đó Ph là phenyl, $C_6H_5$) với kali hydroxit (KOH) tạo ra axit benzilic (Ph-C(OH)(COOH)-Ph):
$Ph-C(=O)-C(=O)-Ph + OH^- \rightarrow Ph-C(O^-)(OH)-C(=O)-Ph \xrightarrow{H^+} Ph-C(OH)(COOH)-Ph$
Điều kiện phản ứng:
- Base mạnh: Thường sử dụng KOH hoặc NaOH.
- Dung môi: Nước hoặc hỗn hợp nước-rượu.
- Nhiệt độ: Thường được thực hiện ở nhiệt độ sôi của dung môi.
Ứng dụng
Phản ứng chuyển vị axit benzylic được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ để tổng hợp α-hydroxyaxit, là những hợp chất trung gian quan trọng trong việc điều chế các phân tử phức tạp hơn. Nó cũng được sử dụng trong việc tổng hợp các dược phẩm và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác.
Hạn chế
- Phản ứng này yêu cầu sự có mặt của 1,2-diketon.
- Các nhóm R di chuyển không thể là nhóm alkyl bậc 3 hoặc nhóm vinyl, vì những nhóm này không dễ bị chuyển vị.
- Trong một số trường hợp, các phản ứng phụ có thể xảy ra, chẳng hạn như sự phân cắt của diketon.
Phản ứng với các diketon vòng
Phản ứng chuyển vị axit benzylic cũng có thể được áp dụng cho các diketon vòng. Trong trường hợp này, sản phẩm tạo thành là một α-hydroxyaxit cacboxylic vòng. Ví dụ, cyclohexane-1,2-dione trải qua phản ứng chuyển vị axit benzylic để tạo thành axit 2-hydroxycyclopentanecarboxylic.
Ảnh hưởng của nhóm thế
Các nhóm thế trên vòng thơm của diketon có thể ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng chuyển vị axit benzylic. Các nhóm rút electron, như nhóm nitro, làm tăng tốc độ phản ứng, trong khi các nhóm đẩy electron, như nhóm methoxy, làm giảm tốc độ phản ứng.
Các biến thể của phản ứng
Có một số biến thể của phản ứng chuyển vị axit benzylic đã được phát triển. Một biến thể đáng chú ý là phản ứng chuyển vị benzilic bán phần, trong đó chỉ một trong hai nhóm carbonyl của diketon được chuyển đổi thành nhóm carboxyl. Phản ứng này thường được sử dụng để tổng hợp α-hydroxyketon.
Một biến thể khác là phản ứng chuyển vị α-diketone không đối xứng. Trong trường hợp này, diketon có hai nhóm R khác nhau, và sản phẩm của phản ứng là một hỗn hợp của hai α-hydroxyaxit đồng phân. Tỷ lệ của hai đồng phân được xác định bởi khả năng di chuyển tương đối của hai nhóm R.
Cơ chế chi tiết hơn về bước chuyển vị
Bước chuyển vị trong phản ứng chuyển vị axit benzylic được cho là diễn ra thông qua một trạng thái chuyển tiếp vòng bốn cạnh. Trạng thái chuyển tiếp này có tính đối xứng cao, và nó giải thích tại sao phản ứng này có tính lập thể.
So sánh với các phản ứng khác
Phản ứng chuyển vị axit benzylic có liên quan đến một số phản ứng sắp xếp lại khác, chẳng hạn như phản ứng chuyển vị pinacol và phản ứng chuyển vị Favorskii. Tuy nhiên, phản ứng chuyển vị axit benzylic là duy nhất ở chỗ nó liên quan đến sự chuyển vị của một nhóm aryl hoặc alkyl từ một nguyên tử cacbon sang một nguyên tử cacbon khác.