Hell-Volhard-Zelinsky反应

通过“地狱”:导游到底福Zelinsky (HVZ)反应

• 羧酸的Hell-Volhard-Zelinsky反应结果在一个α溴羧酸,反应所得4个步骤:
• 1)替换的Br给一个哦酰溴,
• 2)酮烯醇互变现象,
• 3)溴化的烯醇,
• 4)水解溴化酸给羧酸。
• 结果alpha-bromo酸可以转换为alpha-amino酸。

文章的底部有额外的笔记和讨论更高级的方面的反应,以及测试和进一步反应的例子。

表的内容

1. Hell-Volhard-Zelinsky反应
2. 赤磷(P)和溴:反应物从“地狱”
3. 陷入地狱:PBr₃
4. 高速公路地狱:烯醇化作用
5. 地狱厨房:烯醇的溴化
6. 地狱般的水:水解酸溴化
7. 摘要Hell-Volhard Zelinsky反应
8. 笔记
9. (补充):合成的氨基酸
10. (补充):通过地狱更友善、更温和的道路
11. 测试你自己!
12. (高级)引用和进一步阅读

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1。Hell-Volhard-Zelinsky反应

如果你把一个羧酸就像下面,用PBr和治疗它₃和Br过剩₂,然后加入水,你得到一个alpha-bromo酸。是这样的:

乍一看,它看起来就像一个简单的取代反应,因为我们做的一切都是打破碳氢键,形成C-Br在同一个碳。简单,是吧?

好吧…不完全正确。

虽然整个产品可能代表一个碳氢键的简单的转换到一个新的C-Br债券,旅程的羧酸反应物经历更加漫长。地狱般的。

你知道那些小题大作的机器要求15错综复杂的措施只是擦餐巾?它有点像。

通过GIPHY

我们会看到,HVZ有四个阶段。没有一个单独的步骤本身都是新的,但它可以跟踪。四个阶段是:

1. 的转换羧酸对酰溴
2. 互变异构化酰溴化的烯醇形式(打破碳氢键)
3. 溴化的α碳的烯醇(形成C-Br)
4. 水解酸溴化的羧酸。

这有点像一个巨大的数学方程,最后几乎所有的条款取消除碳氢键的断裂和C-Br的形成。

这地狱的装置可以感谢卡尔·马格努斯·冯·地狱,1881年首次报道这个反应的一个版本。贡献的范围和理解反应由两个后续研究人员用镣铐锁住了地狱的名字与福、Zelinsky我们现在称之为Hell-Volhard-Zelinsky反应的过程。现代实践后使用三分量的名字的首字母缩写,它往往只是称为HVZ反应短,或“地狱”的乐趣。

它为什么重要?有一些有趣的应用程序。地狱的产品可用于制造氨基酸,例如,(请参见下面的参考溴化),不仅如此,最后酸产品可以给alpha-halo淬火与其他的亲核试剂除水酯类如果需要和α光环酰胺。

2。赤磷(P)和溴:反应物从“地狱”

首先,让我们先搞清楚一件事。虽然在第一个例子的试剂都是PBr写的₃和Br₂,这不是少见的试剂反应写像P + Br₂。这是什么意思?

P / Br₂只是意味着PBr一样₃/ Br₂。让我解释一下。

这里的P代表元素磷。像元素碳,从而石墨、金刚石、或巴克敏斯特富勒烯,磷元素形式几”同素异形体”。这里使用的P红色的磷和合理air-stable除非引起,如当它是拖在粗糙表面。这使它有用的应用程序像火柴头,你可能遇到它。(另一种同素异形体的磷,白磷,不需要挑衅在空气中自燃,常用于弹药。专家提示:这是一个试剂更适合非军事区比HVZ:-))。

溴(Br₂)可能不需要介绍,因为它是最熟悉的反应烯烃。但如果你还没有与溴的“快乐”的人,这是一个从一篇文章描述:

Br₂烟雾像一个混蛋。一旦你打开瓶子,橙色蒸汽开始喷涌无处不在,如果你还没把瓶子深入通风柜,你很快就会尝到Br的难忘的香气₂在鼻孔拌(哈佛商业评论)。非常高的密度(d = 3.19)蒸汽压和因此滴往往从不管你使用的是给它,杰克逊·波洛克风格,留下一点痕迹的强烈发烟橙色水坑…。

“溴”这个名字来自希腊溴毕竟,对恶臭。(周期性的视频在Youtube上]

红磷是结合元素溴(Br₂)给三溴化磷(PBr₃)。(请参见下面的参考)一个更大的程度上比潮人饮料PBR PBR₃是令人讨厌的。当空气中排除,它将很容易结合任何水蒸气存在形成新的P-O债券以及哈佛商业评论。(注3]

P-O键的强度(大约140千卡每摩尔)使PBr₃非常有用的切断债券C-Br债券交换。我们看到PBr₃以前使用的转换R-OH R-Br。(看到帖子:PBr₃和SOCl会₂]HVZ, PBr₃形式将羧酸转化为酰基陈词滥调。

然而,PBr₃执行HVZ本身是不够的。这就是为什么Br₂添加在摩尔过剩量的必要形式PBr₃,造成至少一个额外相当于Br₂执行的卤化α碳。

最后一步,常见的两种,是淬火反应与H₂啊,给羧酸。

(注1- - - - - -为了简单起见我们将按照入门教科书和假设1相当于PBr₃]

3所示。一个导游通过地狱。阶段1:PBr₃

有了这些方法,就跟着导游去通过地狱!这给我们带来了的第一步Hell-Volhard Zelinsky反应:转换的羧酸酰溴化。

由于c哦债券是被C-Br债券所取代,这是一个技术上替换的反应。更具体地说,这是一个亲核酰取代反应替代以来发生在一个碳酰基(RC (O))。

PBr的目的₃这是转换的-哦羧酸到一个好离去基团,与正在形成的驱动力强劲P-O债券。

在第一步中,氧的羧酸攻击PBr₃,解放Br (-)。溴离子Br(-),做一个好的亲核试剂,然后攻击羰基碳,形成C-Br和打破切断(π)。(这是亲核加成]。下一步是消除(或“1,2-elimination”),重新切断(π)和减免切断,解放HO-PBr₂。结果是一个酰溴离子。

看到完整的机制,徘徊在这里和一个图像会弹出或单击链接。

4所示。高速公路地狱:烯醇化作用

回想一下,碳毗邻羰基碳叫做“阿尔法”碳。所有羰基一个碳氢键化合物和α碳原子具有能够形成一个烯醇,一种异构体通常称为宪法互变异构体。互变异构体宪法是互变异构体。

酸溴化是平衡的烯醇的形式。平衡是溴化的酸,但烯醇形式仍可访问。在实践中,一滴强酸将有助于促进酮烯醇互变现象。(第三节的另一篇文章:如何Keto-Enol互变异构催化酸]

在这一步中,碳氢键的α碳断裂。

烯醇化作用机制,徘徊在这里和一个图像会弹出或单击链接。

注2:的烯醇形式更容易为溴化酸比羧酸,这有助于解释为什么羧酸不直接接受alpha-bromination。

5。地狱厨房:烯醇的溴化

如果你回想一下,关键共振形成的烯醇带有一个负电荷碳,那么它不会吓到你了吗烯醇是亲核试剂。

烯醇会容易结合溴(Br₂)导致形成一个新的C-Br债券上α碳:

当画出这些反应的产物,它有时会帮助画”丑陋的版本“第一,只是显示的形成新的图纸C-Br债券不考虑适当的分子几何。一旦你真的确定债券形式和打破,然后您可以重新绘制一个分子的“丑陋”版本更好的展示了四面体几何的碳。(看到帖子:如何不画四面体碳呢]

6。地狱般的水:水解酸溴化

的最后一步HVZ水解酸溴化的羧酸。

就我们的目的而言,这通常发生在添加水一旦所有的开始羧酸已被消耗。这种“淬火”或“检查”一步导致破损的C-Br债券和切断键的形成。

这是另一个例子亲核酰取代。攻击的亲核试剂(添加),消除离去基团(Br的损失)其次是去质子化重新生成中性羧酸。

看到完整的机制,徘徊在这里和一个图像会弹出或单击链接。

上一个也可以解渴的胺给一个酰胺或酒精给一个酯。

这很大程度上它。

7所示。摘要Hell-Volhard Zelinsky反应

总结,在HVZ,我们已经见过一个了很多原子家具需要重新安排来换出一个碳氢键C-Br债券。

• 首先,羧酸转化为溴化酸吗(亲核酰替换);
• 第二,烯醇溴化酸的形成(酮-烯醇互变现象);
• 第三,烯醇经过溴化溴化alpha-bromo酸(烯醇作为亲核试剂);
• 第四,与水的反应是“淬火”给回一个α溴羧酸(另一个亲核酰取代)。

所有这些步骤都是新的,在和自己的!

但就像一首歌建立起来的熟悉的和弦,他们一起在一个序列,独特…令人毛骨悚然。

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笔记

注1。在实践中,只有一个催化PBr的数量₃是必要的(在这里看到的例如),虽然这是通常不包括在入门课程,它还需要一个小修改机制,在这里我们不会进入细节。然而,催化机理的某些部分* *考试问题的好材料/测验(下图)。

注2。羧酸,本身不尽快进行溴化酸自他们的陈词滥调烯醇形式不太容易,虽然我没能找到好的酮的数据烯醇比较的平衡常数。

注3。PBr₃,连同其堂兄弟PCl₅和PBr₅,得到我的选票的化学物质“最有可能被发现在一个掉漆黑色的摇摇欲坠的奥尔德里奇在架子上的化学储藏室没人想碰”。

应用:合成氨基酸

值得问:alpha-halo酸用于什么?

氨基酸是有用的,对吧?HVZ被用作各种氨基酸的合成方法,通过位移与氨(NH卤素₃)。

这里是一个应用程序使用HVZ合成亮氨酸(外消旋):

NH(很明显,在这个反应₃在水被用来作为一个解决方案,它被称为,“铵氢氧化”。)

更友善、更温和的道路通过地狱

它被发现看到裁判),酸性氯化物进行溴化慢半拍比酸陈词滥调。引用的原因是酸性氯化物耐烯醇化作用比酸陈词滥调。(尽管说实话,我不能找到一个好的参考,真正支持这种测量平衡常数,等等。)

然而事实证明国家统计局适用于酸性氯化物的alpha-halogenation,发现格里森和Harpp。

几滴强酸(哈佛商业评论)促进反应,否则是缓慢的。

正如我们上面提到的,酸催化酮烯醇互变现象;使质子化的羰基氧气使羰基碳更亲电,进而增加酸度的碳氢键α碳。(看到帖子:酸促进Keto-Enol互变现象]

除了引入酸性氯化物褶皱(传统HVZ条件下缓慢反应)国家统计局是一个很好的,很容易处理结晶固体。反应还需要明显温和的反应条件。

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测试你自己!

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(高级)引用和进一步阅读

一些老的引用,但是仍然很有趣。

1. 制备乙酰溴化*
   西奥多·m·伯顿和艾德。f . Degering
   美国化学学会杂志》上1940年62年(1),227 - 227
   DOI:10.1021 / ja01858a502
   程序的使用PBr3使溴化乙酰乙酸。
   “三溴化磷可以在99.5%的收益率缓慢添加溴干到略微超过干赤磷…”最初的地狱,Vollhard Zelinsky论文:
   
2. Ueber一张neue Bromirungsmethode organischer Sauren
   卡尔·马格努斯·冯·地狱
   的误码率。1881年,14(1),891 - 893
   DOI:10.1002 / cber.188101401187
3. 地理Ueber Darstellungαbromirter Sauren
   福,J。
   李比希。安。化学。1887年,242年(1 - 2),141 - 163
   DOI:10.1002 / jlac.18872420107
4. Ueber一张bequeme Darstellungsweise冯αBrompropionsaureester
   Zelinsky, N。
   的误码率。1887年,20.(1),2026年
   DOI:10.1002 / cber.188702001452
5. 操作包含卤素的化合物羰基集团
   亚瑟Lapworth。
   j .化学。Soc。1904年,85年,30-42
   DOI:10.1039 / CT9048500030
   重要的论文提出烯醇中间体的卤化羰基化合物。“溴的行动丙酮在稀水溶液是极其缓慢的,但在酸的存在变得更加快速(如硫酸盐酸,硝酸,但与其说乙酸)”。溴化的速率被发现与浓度成正比丙酮但不是Br₂。“看来可能,溴化丙酮条件下保持最好被看作是一个缓慢的结果,可逆变化的影响丙酮通过[H +]其次是一个几乎瞬时溴化的产品,这不是明显可逆的变化。这中间产品可能的烯醇的形式酮。”
6. 溴的反应与脂肪酸成分。第二部分。相对速度的溴化乙酰溴化和乙酰氯
   沃森,h . B。
   j .化学。Soc。1928年,1137年。
   DOI:10.1039 / JR9280001137
   比较研究酸溴化的陈词滥调和酸性氯化物。”溴与乙酰氯反应更慢比乙酰溴离子”。通过提出反应烯醇的酸溴化。
7. dl-LEUCINE
   卡尔·s·奇迹
   有机合成,1941年,21,74年。
   DOI:10.15227 / orgsyn.021.0074
   第一步是一个经典的HVZ P和Br₂。随后的碳进行替换,最终承受外消旋亮氨酸。
   ”上述方法本质上是费舍尔(Ber。2486年,37岁的1904年),是最便宜的也是最好的程序合成大量的氨基酸。”
8. 反应的动力学与溴乙酰溴硝基苯溶液中
   卡尔·西塞罗和丹·马修斯
   《物理化学》杂志上 1964年 68年(3),469 - 471
   DOI:10.1021 / j100785a005
   研究酸陈词滥调的溴化支持烯醇机制。

   下面的两篇论文描述有用修改Hell-Volhard-Zelinsky反应使用国家统计局(N-bromo琥珀酰亚胺,这是更容易比Br处理₂或PBr₃):

9. α-Bromination酸卤化物
   约翰·g·格里森,大卫·n·Harpp
   四面体列托语。1970年,11 (39),3431 - 3434
   DOI:10.1016 / s0040 - 4039 (01) 98495 - 3
10. 酮的特性烯醇乙酰基衍生物的互变现象的分析能源、化学势和硬度
    帕特里夏·佩雷斯和Alejandro Toro-Labbe
    《物理化学》杂志上2000年104年(7),1557 - 1562
    DOI:10.1021 / jp9930797
    计算障碍为乙醛烯醇化作用,丙酮、乙酰氯和溴化乙酰表明烯醇化作用的障碍酰卤化物是相似的(约25千卡每摩尔比为醛/酮13 - 14日)。种奇怪的沃森的研究。
11. 准备α-bromo羧酸的一种简单而有效的方法
    Yuelian徐连郝张所,威廉·r·杜比,Jr。
    四面体。1998年39(52),9621 - 9622
    DOI:10.1016 / s0040 - 4039 (98) 02204 - 7
    杜比教授(美国佛罗里达州)而著称,他在氟化学工作。
12. 酶内酯化战略Tetrahydrolipstatin拆分合成的合成纤维
    沙玛,美国将
    《有机化学》杂志上1999年64年(22),8059 - 8062
    DOI:10.1021 / jo990370 +
    的合成5本文是通过古典Hell-Volhard-Zelinsky反应(见6在实验部分程序)。