Phản ứng Corey-Winter (Corey-Winter Olefination)

3

Cơ chế phản ứng

Phản ứng Corey-Winter diễn ra qua hai giai đoạn chính:

1. Tạo thành thiocarbonate vòng: 1,2-diol phản ứng với thiocarbonyldiimidazole ($C_3H_2N_4S$) hoặc thiophosgene ($CSCl_2$) để tạo thành thiocarbonate vòng (còn gọi là 1,3-dioxathiolane-2-thione). Phản ứng này thường được xúc tác bởi một bazơ như pyridine.

   Ví dụ với thiocarbonyldiimidazole:
   $R-CH(OH)-CH(OH)-R’ + C_3H_2N_4S \rightarrow R-CH(O)-C(S)-O-CH-R’ + C_3H_4N_4$

2. Phân hủy thiocarbonate vòng: Thiocarbonate vòng sau đó được xử lý với trialkyl phosphite, ví dụ như trimethyl phosphite ($(CH_3O)_3P$), ở nhiệt độ cao (thường là trên 110°C). Quá trình này là một phản ứng syn-elimination, nghĩa là các nhóm bị loại bỏ (thiocarbonyl và nhóm photphit) nằm cùng một phía của phân tử, tạo ra anken có cấu hình Z (cis) với độ chọn lọc lập thể cao, mặc dù sản phẩm phụ thuộc vào cấu trúc của chất ban đầu. Phản ứng này dẫn đến sự hình thành anken, cùng với sự giải phóng carbon dioxide ($CO_2$) và trialkyl thiophosphate ($ (CH_3O)_3PS$ trong trường hợp dùng trimethyl phosphite).

$R-CH(O)-C(S)-O-CH-R’ + (CH_3O)_3P \rightarrow R-CH=CH-R’ + CO_2 + (CH_3O)_3PS$

Ứng dụng

Phản ứng Corey-Winter có nhiều ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ, bao gồm:

• Tổng hợp anken khó tiếp cận: Phản ứng này cho phép tổng hợp các anken mà khó hoặc không thể điều chế bằng các phương pháp khác, đặc biệt là các anken cis-disubstituted và các anken có cấu trúc vòng căng thẳng.
• Tổng hợp các hợp chất tự nhiên: Phản ứng Corey-Winter đã được sử dụng trong tổng hợp nhiều hợp chất tự nhiên phức tạp, bao gồm các terpene, steroid, và các alkaloid.
• Chuyển đổi nhóm chức: Phản ứng này cung cấp một phương pháp hữu ích để chuyển đổi 1,2-diol thành anken, mở ra con đường cho các biến đổi hóa học tiếp theo, ví dụ như phản ứng metathesis.
• Khử lập thể chọn lọc: Với việc lựa chọn các điều kiện phản ứng phù hợp (dung môi, nhiệt độ, và phosphite sử dụng), có thể đạt được sự khử lập thể chọn lọc cao trong phản ứng Corey-Winter, tạo ra các anken với cấu hình Z hoặc E mong muốn.

Ưu điểm

• Điều kiện phản ứng ôn hòa: Giai đoạn tạo vòng thiocarbonate thường diễn ra ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ thấp. Giai đoạn khử với phosphite thường yêu cầu nhiệt độ cao hơn, nhưng vẫn ôn hòa hơn so với nhiều phản ứng khử khác.
• Tính chọn lọc cao: Phản ứng này thường thể hiện tính chọn lọc cao đối với 1,2-diol, ngay cả khi có mặt các nhóm chức khác trong phân tử. Độ chọn lọc lập thể cũng thường rất cao, ưu tiên tạo thành anken Z.
• Tính tương thích nhóm chức: Phản ứng có thể dung nạp nhiều loại nhóm chức khác nhau.

Nhược điểm

• Sử dụng thuốc thử phosphor: Trialkyl phosphite là một chất độc hại, dễ cháy và có mùi khó chịu. Cần phải xử lý cẩn thận trong quá trình sử dụng.
• Hình thành sản phẩm phụ lưu huỳnh: Phản ứng tạo ra trialkyl thiophosphate, một sản phẩm phụ có chứa lưu huỳnh, đôi khi có thể gây khó khăn trong việc tinh chế sản phẩm mong muốn. Cần phải lựa chọn phương pháp tinh chế phù hợp (ví dụ: sắc ký cột) để loại bỏ sản phẩm phụ này.
• Giới hạn cơ chất: Các diol có nhóm thế lớn có thể phản ứng chậm hoặc không hiệu quả.

Tóm lại, phản ứng Corey-Winter là một công cụ mạnh mẽ trong tổng hợp hữu cơ, cung cấp một phương pháp hiệu quả và đa năng để tổng hợp anken từ 1,2-diol.

Biến thể và phát triển

Kể từ khi được phát triển, phản ứng Corey-Winter đã trải qua nhiều biến thể và cải tiến để tăng hiệu suất, độ chọn lọc và mở rộng phạm vi ứng dụng. Một số biến thể đáng chú ý bao gồm:

• Sử dụng phosphine sulfide: Thay vì trialkyl phosphite, một số nghiên cứu đã sử dụng phosphine sulfide như $R_3PS$ để thúc đẩy phản ứng phân hủy thiocarbonate vòng. Phương pháp này có thể mang lại hiệu suất cao hơn trong một số trường hợp và có thể giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ không mong muốn.
• Phản ứng xúc tác kim loại: Các phức chất kim loại chuyển tiếp, ví dụ như nickel và palladium, đã được khám phá như chất xúc tác cho phản ứng Corey-Winter. Các hệ xúc tác này có thể cho phép phản ứng diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn và với tính chọn lọc cao hơn, đôi khi cho phép tạo thành các anken E.
• Sử dụng các tác nhân tạo vòng khác: Ngoài thiocarbonyldiimidazole và thiophosgene, các tác nhân khác như 1,1′-thiocarbonyldi-2(1H)-pyridone (TCDP) cũng đã được sử dụng để tạo vòng thiocarbonate.
• Tổng hợp các hợp chất dị vòng: Phản ứng Corey-Winter cũng đã được áp dụng để tổng hợp các hợp chất dị vòng chứa lưu huỳnh và nitơ, bằng cách sử dụng các diol thích hợp.

Ví dụ cụ thể

Một ví dụ điển hình của phản ứng Corey-Winter là việc chuyển đổi meso-hydrobenzoin ($C_{14}H_{14}O_2$) thành trans-stilbene ($C_{14}H_{12}$):

1. meso-Hydrobenzoin phản ứng với thiocarbonyldiimidazole để tạo thành thiocarbonate vòng tương ứng.
2. Thiocarbonate vòng này sau đó được xử lý với trimethyl phosphite ở nhiệt độ cao (khoảng 160°C) để tạo ra trans-stilbene, cùng với $CO_2$ và $(CH_3O)_3PS$.

So sánh với các phương pháp khác

So với các phương pháp khác để tổng hợp anken từ 1,2-diol, chẳng hạn như khử nước bằng axit, phản ứng Corey-Winter thường mang lại hiệu suất cao hơn và tính chọn lọc tốt hơn, đặc biệt là đối với các anken cis-disubstituted. Phương pháp khử nước bằng axit thường dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm phụ không mong muốn, bao gồm cả sự chuyển vị carbocation và các sản phẩm đồng phân hóa. Trong khi đó, phản ứng Corey-Winter thường diễn ra theo cơ chế syn-elimination, tạo ra các anken Z một cách chọn lọc.

Mẹo và lưu ý thực hành

• Phản ứng nên được thực hiện trong môi trường khan để tránh thủy phân thiocarbonate vòng và thuốc thử phosphite.
• Việc lựa chọn trialkyl phosphite phù hợp có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tính chọn lọc của phản ứng. Trimethyl phosphite thường được sử dụng, nhưng các phosphite khác như triethyl phosphite cũng có thể được sử dụng.
• Sản phẩm phụ trialkyl thiophosphate có thể được loại bỏ bằng sắc ký cột hoặc các phương pháp tinh chế khác.
• Cần kiểm soát nhiệt độ cẩn thận trong quá trình phản ứng để tránh các phản ứng phụ và đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Tùy thuộc vào chất nền và yêu cầu cụ thể, một trong hai phương pháp có thể phù hợp hơn. Phản ứng Corey-Winter thường được ưu tiên khi cần tính chọn lọc cao và hiệu suất tốt, trong khi khử nước bằng axit có thể là lựa chọn tốt hơn cho các phản ứng đơn giản và không yêu cầu chọn lọc cao.

Báo cáo nội dung bị lỗi