Wohlova–Zieglerova reakce

Wohlova–Zieglerova reakce je reakce, bromace allylových nebo benzylových sloučenin pomocí N-bromsukcinimidu a radikálového iniciátoru.^[1][2][3]

Nejlepších výtěžků se dosahuje při použití N-bromsukcinimidu rozpuštěného v tetrachlormethanu.

Bylo vydáno několik prací zabývajících se touto reakcí.^[4][5]

Obvykle bývá používán postup, kdy se do roztoku substrátu v CCl₄ přidá stechiometrické množství roztoku N-bromsukcinimidu a malé množství iniciátoru, přičemž se reakční směs míchá a zahřívá na teplotu varu. Spuštění reakce se projeví prudším varem, v některých případech je potřeba odstranit zdroj tepla. Jakmile se veškerý N-bromsukcinimid (mající větší hustotu než rozpouštědlo) přemění na sukcinimid (plovoucí na povrchu), reakce je dokončena. Jako náhradní rozpouštědlo místo tetrachlormethanu, který je toxický a poškozuje ozonovou vrstvu, byl navržen trifluortoluen.^[6]

Odpovídající chloraci většinou nelze provést s N-chlorsukcinimidem,^[7] je tak nutné použít jiné postupy,^[8] například průmyslově se takové reakce provádějí pomocí chloru.^[9]

Mechanismus

Mechanismus Wohlovy-Zieglerovy reakce navrhl v roce 1953 Paul Goldfinger, jedná se o jeden ze dvou navržených způsobů alifatických a benzylových bromací N-bromsukcinimidem (NBS), které se objevily.^[10] Zjistilo se, že správný je Goldfingerův mechanismus a ne předchozí, který navrhl George Bloomfield.^[10]

Tvorba radikálů NBS v Bloomfieldově mechanismu se ukázala jako mnohem obtížnější než si představoval, ovšem ukazuje se, že Bloomfielův mechanismus je stále přijatelný pro oxidace alkoholů pomocí NBS.^[10] V Goldfingerově mechanismu slouží NBS k udržování velmi nízké koncentrace molekulárního bromu, zatímco u Bloomfieldova je jeho účelem tvorba výchozích radikálů použitých na reakci,^[11] což opět může být náročné.^[12]

Podobně jako v Bloomfieldově mechanismu může reakce probíhat jedině tehdy, když je disociační energie vazby N-Br v NBS nižší než u Br₂, a bylo získáno mnoho důkazů svědčících o opaku.^[12][13] Goldfingerův mechanismus toto nevyžaduje a bývá tak považován za správný.^[12]

K dalšímu zkoumání přijatého reakčního mechanismu je třeba si uvědomit, že se v každé radikálové reakci také objevují vedlejší reakce; zde současně probíhají adice a substituce.^[14]

K získání požadovaného produktu bromace je třeba, aby převažovala substituce, reakci lze ovládat tak, aby tato dráha převládala.^[13]

Níže jsou zobrazeny dvě reakční dráhy, pro úplnost byly znázorněny i vedlejší reakce, jako jsou kroky 6 a 8; tyto mechanismy jsou společné pro téměř všechny radikálové reakce, proto zde není zobrazen NBS.

NBS v Goldfingerově mechanismu vyvolává obnovu molekulového bromu,^[10] ale udržuje jeho koncentraci na nízké úrovni, což umožňuje převahu substituce nad adicí.^[13] Bylo zjištěno, že rychlost reakce silně závisí na koncentraci molekulového bromu; níže jsou zobrazeny dvě rovnice: jedna pro vysoké a jedna pro nízké koncentrace bromu.^[13]

• Pro vysoké koncentrace: r(a/s) = k_2a/k_2s(1 + k_4a/k_3a[Br₂]), kde r(a/s) je poměr adice k substituci a k je konstanta popisující vedlejší reakce.^[13]

• Pro nízké koncentrace: r(a/s) = k_2ak_3a[Br₂]/k_2sk_4a, kde jednotlivé symboly mají stejný význam jako u předchozí rovnice.^[13] U rovnice pro nízké koncentrace bromu je poměr adice k substituci přímo úměrný koncentraci molekulového bromu, takže snížení jeho koncentrace omezí adiční reakci a podpoří tvorbu bromovaného produktu.^[13]