Bucherer-Bergs reaktion

Den Bucherer-Bergs reaktion er en organisk kemisk reaktion mellem en carbonylforbindelse ( aldehyd eller keton ) eller et cyanohydrin , ammoniumcarbonat og kaliumcyanid danner en hydantoin  :

Bucherer-Bergs reaktion

Det bør ikke forveksles med Bucherer-reaktionen (eller Bucherer-Lepetit-reaktionen), der omdanner en naphthol til naphthylamin , idet disse to reaktioner er opkaldt efter deres opdagelsesmand, den tyske kemiker Hans Theodor Bucherer .

Historisk

Reaktioner svarende til Bucherer-Bergs-reaktionen observeres først i 1905 og 1914 af Ciamician og Silber, der opnår 5,5-dimethylhydantoin fra en blanding af acetone og hydrogencyanid udsat for solen i fem til syv måneder. I 1929 indgav Bergs et patent, der beskriver syntesen af ​​adskillige 5-substituerede hydantoiner . Bucherer forbedrede Bergs 'metode ved at opdage, at det var muligt at bruge lavere temperaturer og tryk. Bucherer og Steiner fandt også, at cyanohydriner reagerer såvel som carbonylforbindelser for at producere hydantoiner. Senere fandt Bucherer og Lieb, at 50% alkohol var et effektivt opløsningsmiddel til reaktionen, aldehyder reagerede godt, og ketoner gav fremragende udbytter. I 1934 foreslog Bucherer og Steiner en mekanisme til reaktionen, som, selvom den udgjorde nogle problemer, var ret præcis.

Reaktionsmekanisme

Tilsætning af KCN til carbonylforbindelsen frembringer en cyanohydrin . Mekanismen fortsætter med en S N 2 gennem NH 3 til dannelse af et aminonitril . Den nukleofil addition af aminonitrilforbindelser til CO 2 danner en cyano-carbaminsyre, som ved en intramolekylær reaktion ringslutter til 5-imino-oxazolidin-2-on. 5-imino-oxazolidin-2-on omarrangeres derefter til hydantoin via en isocyanat- isomer .

Reaktionsmekanisme

Forbedring

Tidligere havde Bucherer-Bergs reaktion polymeriseringsproblemer, lange reaktionstider og vanskelig oparbejdning. En mulig forbedring af Bucherer-Bergs-reaktionen er brugen af ultralyd , hvilket gør det muligt blandt andet at fremskynde reaktionen. 5,5-disubstituerede hydantoiner blev således fremstillet ved Bucherer-Bergs reaktion under ultralyd. Ved sammenligning foretaget i litteraturen reducerer brugen af ​​ultralyd reaktionstemperaturen, forkorter reaktionstiden, forbedrer udbyttet og forenkler oparbejdningen.

Variationer

Anvendelse af 2-methyleneaziridin

En af grænserne for Bucherer-Bergs-reaktionen er fraværet af mangfoldighed i de dannede produkter, da den eneste mulige variation er strukturen af ​​den oprindelige carbonylforbindelse.

En mulighed for at øge denne mangfoldighed er at kombinere en reaktion med en 2-methylenaziridine og Bucherer-Bergs reaktion i en en- pot syntese  :

Chemical Diversity.png

Indledningsvis, 2-methyleneaziridine ( 1 ) reagerer med et Grignard-reagens og en halogeneret derivat R 2 -X, katalyseret af Cu (I), hvilket får 2-methyleneaziridine ring til åbne og dannelsen en ketimin ( 2 ). Ketimin bringes i kontakt med Bucherer-Bergs reagenser og danner et 5,5'-disubstitueret hydantoin ( 3 ). Denne reaktion har tre punkter med kemisk mangfoldighed, strukturen af ​​den indledende aziridin , den for Grignard-reagenset og den for det halogenerede derivat, som alle kan ændres, så forskellige hydantoiner kan syntetiseres.

Syntese af dithiohydantoiner

En variation af Bucherer-Bergs-reaktionen er behandlingen af ​​carbonylforbindelsen med carbondisulfid og ammoniumcynaur i methanol til dannelse af en svovlækvivalent af hydantoin, 2,4-dithiohydantoin:

Variationer på Bucherer-Bergs reaktion.png

Ligeledes gør en reaktion mellem en keton , ammoniummonothiocarbamat og natriumcyanid det muligt at opnå et 5,5-disubstitueret 4-thiohydantoin.

Ansøgninger

Hydantoinerne dannet af Bucherer-Bergs-reaktionen kan have flere anvendelser:

Noter og referencer

  1. (De) HT Bucherer og H. Fischbeck , “  Hexahydrodiphenylamine and its derivatives  ” , Journal für praktische Chemie , vol.  140, n os  3/4,1934, s.  69-89 ( ISSN  0941-1216 ).
  2. (de) HT Bucherer og W. Steiner , "  Om reaktioner af α-oxy-nitriler og α-amino-nitriler - Syntese af hydantoiner  " , Journal für praktische Chemie , bind.  140, n knogle  10/12,1934, s.  291-316 ( ISSN  0941-1216 ).
  3. Bergs, H. Ger. klappe. 566,094 (1929).
  4. (en) E. Ware , "  Hydantoins kemi  " , Chem. Rev. , Vol.  46, nr .  3,1950, s.  403-470 ( ISSN  0009-2665 , DOI  10.1021 / cr60145a001 ).
  5. (en) J. Li , L. Li et al. , "  En effektiv og bekvem procedure til syntese af 5,5-disubstituerede hydantoiner under ultralyd  " , Ultrasonics Sonochemistry , bind.  3, n o  2Juli 1996, S141-S143 ( ISSN  1350-4177 , DOI  10.1016 / 1350-1477 (96) 00011-2 ).
  6. (en) C. Mountain , JJ Shiers et al. , “  Hurtig generering af molekylær kompleksitet ved hjælp af 'sekventerede' multikomponentreaktioner: en-karsyntese af 5,5′-disubstituerede hydantoiner fra methyleneaziridiner  ” , Tetrahedron Lett. , Vol.  47, nr .  52,december 2006, s.  9207-9209 ( ISSN  0040-4039 , DOI  10.1016 / j.tetlet.2006.10.135 ).
  7. (in) HC Carrington , "  Thiohydantoins. Del I. Fremstilling af 5: 5-disubstituerede 2: 4-dithiohydantoiner fra de tilsvarende ketoner  ” , Journal of the Chemical Society ,1947, s.  681-683 ( ISSN  0368-1769 , DOI  10.1039 / JR9470000681 ).
  8. (en) HC Carrington , CH Vasey et al. , “  Thiohydantoiner. Del V. En ny syntese af 5: 5-disubstituerede 4-thiohydantoiner  ” , Journal of the Chemical Society ,1959, s.  396-397 ( ISSN  0368-1769 , DOI  10.1039 / JR9590000396 ).


Se også