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a级化学是如何解决存在了200年的卤仿反应难题的

放大字体  缩小字体 发布日期:2025-04-04 04:15:34    来源:本站    作者:admin    浏览次数:102    评论:0
导读

  有200年历史的卤仿反应被赋予了现代的面貌。布里斯托尔大学(University of Bristol)的研究人员通过严格的机械研究来指导他们

  有200年历史的卤仿反应被赋予了现代的面貌。布里斯托尔大学(University of Bristol)的研究人员通过严格的机械研究来指导他们的策略,促使该反应接受了计量量的仲醇,这在该反应的历史上从未尝试过。

  Scheme

  卤仿反应用于制造羧酸已有200年的历史,但现在它已被用于制造络合酯

  卤仿反应于1822年首次被发现,它将甲基酮转化为羧酸或酯,形成一种不溶的卤仿作为副产物。诺丁汉大学(University of Nottingham)的物理有机化学家利亚姆·鲍尔(Liam Ball)解释说:“甲基质子由于紧邻羰基而被酸化,这实际上意味着甲基CH3可以转化为三卤甲基CX3,这是一个离去基。”他没有参与这项新研究。然后,这个CX3基团可以在羰基上被水或醇取代,形成新的C-OH或C-OR键。该反应温和而可靠,成为合成羧酸和甲酯的主要工业原料,但对乙醇溶剂量的要求限制了它在合成更复杂产品中的应用。

  该研究的作者阿拉斯泰尔·伦诺克斯说:“我们非常惊讶地发现,实际上没有人在这个反应中使用更复杂的醇。”“所以我们开始研究为什么会这样,以及我们是否可以利用这些知识来扩大这种反应的范围。”“最初的反应是利用水基组合生成三卤代离去基,但随后混合物中的氢氧根离子与预期的亲核试剂竞争,这意味着需要大量过量的醇来形成酯而不是羧酸。”

  为了消除这种竞争性反应,Lennox的团队开始探索替代的非水试剂作为初始碘化步骤,最终确定了有机碱DBU。在这种干燥的条件下,研究小组可以将酒精的数量减少到一个当量,从而首次促进了与一系列非溶剂伯醇的反应。

  然而,在这些条件下,与仲醇的相应反应未能完成,因此该团队开始详细的机理研究以确定问题步骤。这些研究的标题是,碘化步骤是可逆的。伦诺克斯说:“以前没有记录在案。

  动力学实验表明,三晕离去基的形成有三个可逆的步骤。平衡有利于前两个阶段的产物,但最后一步,即由二卤中间体形成三卤化化合物,则不有利,竞争性的副产物主导平衡。这很重要,因为伯醇的取代非常快,所以你观察不到这种可逆性。然而,对于仲醇,因为取代的速度要慢得多,我们看到平衡在起作用,”伦诺克斯解释说。

  Scheme

  提出的机制与模拟和实验确定的基本速率和平衡常数

  这种深刻的机制洞察力是关键缺失的部分,使团队能够将不同的仲醇组合到反应中。“最后,解决方案非常简单。伦诺克斯解释说:“我们只是加入了更多的DBU和碘,通过勒夏特列原理将平衡推向了三碘化合物。”“在更高的浓度下,仲醇现在可以以更有意义的速度与它反应。”

  该团队的彻底方法给鲍尔留下了深刻印象。他说:“这对学术界和工业界的复杂分子合成都是非常有益的,因为它可以在这个反应中使用更多有价值的醇。”“我认为下一步必须将其扩展到叔醇。”

  伦诺克斯渴望利用这些机制见解所提出的可能性,研究小组打算研究不同的亲核试剂,作为从甲基酮中产生其他复杂分子的方法。他说:“我认为这确实可以为不同复杂产品的形成开辟新的途径。”

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  Two women wearing white lab coats, goggles and blue nitrile gloves look at a vial being held up by the person on the right. They are stood in a lab next to a fume hood

  A chemical structure

  Figure

 
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