Phản ứng Corey-Fuchs (Corey-Fuchs Reaction)

Cơ chế phản ứng

Phản ứng Corey-Fuchs diễn ra qua hai bước chính:

• Hình thành ylide phosphor: Đây là bước đầu tiên và quan trọng của phản ứng. Triphenylphosphine ($PPh_3$) phản ứng với carbon tetrabromide ($CBr_4$) tạo thành một hợp chất trung gian. Hợp chất này, sau đó, phản ứng với một base mạnh như n-butyllithium ($n$-BuLi) để tạo thành ylide phosphor tương ứng là triphenylphosphine dibromomethylene ($Ph_3P=CBr_2$). Ylide này có thể được coi là một carben “được che dấu”. Điểm mấu chốt là việc sử dụng lượng base chính xác, thường là 2 đương lượng, để đảm bảo tạo ra ylide.

  $PPh_3 + CBr_4 \xrightarrow{} [Ph_3P-CBr_3]^+Br^- \xrightarrow{2 \ n\text{-}BuLi} Ph_3P=CBr_2 + 2 \ LiBr + 2 \ n\text{-}BuH$

• Phản ứng của ylide với aldehyde và sự khử halogen: Ylide phosphor ($Ph_3P=CBr_2$) vừa tạo thành sẽ phản ứng với aldehyde ban đầu theo cơ chế tương tự phản ứng Wittig, tạo thành một dibromoalkene trung gian. Sau đó, dibromoalkene này trải qua quá trình khử halogen bằng cách sử dụng hai đương lượng n-butyllithium ($n$-BuLi) để tạo thành sản phẩm alkyne cuối mạch mong muốn.

  $RCHO + Ph_3P=CBr_2 \rightarrow RCH=CBr_2 + Ph_3PO$

  $RCH=CBr_2 + 2 \ n\text{-}BuLi \rightarrow RC\equiv CH + 2 \ LiBr + 2 \ n\text{-}BuH$

Tổng quát

Phản ứng tổng quát có thể được biểu diễn như sau:

$RCHO \xrightarrow[2. \ n\text{-}BuLi]{1. \ CBr_4, \ PPh_3} RC\equiv CH$

(Chú ý: Phản ứng cũng có thể được thực hiện với ketone ($R_2C=O$), tuy nhiên hiệu suất thường thấp hơn so với aldehyde.)

Ưu điểm

• Điều kiện phản ứng tương đối nhẹ: Phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ thấp (-78°C) và trong môi trường khan.
• Độ tinh khiết sản phẩm cao: Sản phẩm alkyne cuối mạch thường thu được với độ tinh khiết cao, dễ dàng tinh chế.
• Phạm vi ứng dụng rộng: Phản ứng có thể áp dụng cho nhiều loại aldehyde khác nhau, bao gồm cả các aldehyde mạch thẳng, mạch nhánh và vòng.

Nhược điểm

• Sử dụng thuốc thử độc hại: Carbon tetrabromide ($CBr_4$) là một chất độc hại và n-butyllithium ($n$-BuLi) là một base mạnh, dễ cháy nổ khi tiếp xúc với không khí và độ ẩm, đòi hỏi phải thao tác cẩn thận trong điều kiện khan.
• Độ chọn lọc: Trong một số trường hợp, nếu aldehyde có chứa các nhóm chức khác nhạy cảm với base mạnh, có thể xảy ra các phản ứng phụ không mong muốn. Do đó, cần xem xét kỹ cấu trúc của aldehyde trước khi thực hiện phản ứng.
• Không áp dụng cho ketone hiệu quả, hiệu suất thấp.

Ứng dụng

Phản ứng Corey-Fuchs được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ để điều chế các alkyne đầu mạch, đóng vai trò là tiền chất quan trọng cho nhiều phản ứng biến đổi khác. Nó đặc biệt hữu ích trong việc tổng hợp các hợp chất tự nhiên phức tạp và các phân tử có hoạt tính sinh học, nơi mà việc tạo ra liên kết C≡C ở vị trí cuối mạch là một bước quan trọng.

Ví dụ:

Phản ứng của benzaldehyde ($C_6H_5CHO$) với $CBr_4$ và $PPh_3$, sau đó xử lý với $n$-BuLi, sẽ tạo thành phenylacetylene ($C_6H_5C≡CH$). Phương trình phản ứng như sau:

$C_6H_5CHO \xrightarrow[2. \ n\text{-}BuLi]{1. \ CBr_4, \ PPh_3} C_6H_5C\equiv CH$

Kết luận

Phản ứng Corey-Fuchs là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt trong tổng hợp hữu cơ, cung cấp một phương pháp hiệu quả để chuyển đổi aldehyde thành alkyne đầu mạch. Mặc dù có một số nhược điểm liên quan đến việc sử dụng thuốc thử độc hại và base mạnh, tính hữu dụng của phản ứng này trong việc tổng hợp các phân tử phức tạp khiến nó trở thành một phương pháp quan trọng và không thể thiếu trong hóa học hữu cơ hiện đại.

• Corey, E. J.; Fuchs, P. L. Tetrahedron Lett. 1972, 13, 3769–3772.
• Smith, M. B.; March, J. March’s Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 7th ed.; Wiley: Hoboken, NJ, 2013.
• Kürti, L.; Czakó, B. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis; Elsevier: Amsterdam, 2005.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao phản ứng Corey-Fuchs lại ưu tiên tạo ra alkyn cuối mạch thay vì alkene?