Реакція Хорнера — Водсворта — Еммонса

Реа́кція Хо́рнера — Во́дсворта — Е́ммонса (також олефінування Хорнера — Водсворта — Еммонса) — реакція отримання олефінів з альдегідів (або кетонів) та фосфонатних карбаніонів^[1][2]. Під час реакції утворюються переважно транс-(або (Е)-)алкени.

Приклад реакції Хорнера—Водсворта—Еммонса

Реакція синтезу олефінів з використанням ілідів Фосфору була вперше запропонована в 1953 році Георгом Віттігом і Гейслером. У 1958 році німецький хімік Леопольд Хорнер опублікував удосконалену реакцію Віттіга з використанням карбаніонів алкілдифенілфосфіноксидів для отримання алкенів з альдегідів та кетонів. Цю модифікацію реакції Віттіга назвали реакцією Хорнера—Віттіга. Пізніше, на початку 1960-х років, Вільям Водсворт та Вільям Еммонс удосконалили умови реакції використовуючи фосфонатні карбаніони. Тому реакцію назвають реакцією Хорнера—Водсворта—Еммонса або ж олефінуванням Хорнера—Водсворта—Еммонса^[3].

Механізм реакції

Реакція Хорнера—Водсворта—Еммонса починається з депротонування фосфонату з утворенням фосфонатного карбаніона. Лімітуючою стадією є нуклеофільне приєднання карбаніона до альдегіду (або кетону) з утворенням проміжних інтермедіатів. Останнім етапом є елімінування інтермедіату з утворенням (Е)-алкену та (Z)-алкену. Співвідношення (Е)- та (Z)-ізомерів алкену залежить від стереохімічного виходу початкової стадії приєднання карбаніона та від здатності інтермедіатів еквілібрувати. У результаті реакції Хорнера—Водсворта—Еммонса переважно утворюються (Е)-алкени. Загалом, чим більше урівноважування інтермедіатів, тим вища селективність до утворення (Е)-алкенів.

Механізм реакції Хорнера — Водсворта — Еммонса

Електроноакцепторна група в альфа-положенні до фосфонату забезпечує заключне елімінування. За відсутності електроноакцепторної групи продуктом реакції є α-гідроксифосфонати^[4]. Однак такі α-гідроксифосфонати можуть бути перетворені на алкени з допомогою реакції з диізопропілкарбодиімідом^[5].

Переваги реакції Хорнера—Водсворта—Еммонса

Реакція Хорнера—Водсворта—Еммонса має низку переваг порівняно з реакцією Віттіга:

1. процедура отримання початкових алкілфосфонатів є легшою (зазвичай використовують реакцію Арбузова) та дешевшою, ніж отримання фосфонієвих солей;
2. фосфонатні стабілізовані карбаніони є більш нуклеофільними (і більш основними), ніж відповідні трифенілфосфонієві іліди у реакції Віттіга, тому вони легко реагують практично з усіма альдегідами і кетонами при м'якших умовах;
3. заміщені кетони, які не є реакційноздатними у реакції Віттіга, досить легко вступають у реакцію олефінування Хорнера-Водсворта-Еммонса;
4. α-кетон фосфонатного аніона може бути й далі функціоналізований різними електрофілами (наприклад, алкілгалогенідами) перед олефінуванням, тоді як фосфонієві іліди не піддаються такому м'якому алкілюванню;
5. супутні продукти реакції Хорнера—Водсворта—Еммонса — диалкілфосфати, які легко відмиваються водою, тому значно простіше відділити їх отриманих алкенів, ніж відділити нерозчинний у воді трифенілфосфіноксид^[6].

Основними характеристиками реакції олефінування Хорнера—Водсворта—Еммонса є:

1. висока (Е)-селективність для дизаміщених алкенів при значно м'якших умовах ніж у реакції Віттіга;
2. (Е)-селективність збільшується при збільшення розміру алкільних замісників R¹ та R² (найкращим є використання сполук з R — ізопропіл);
3. стереоселективність дуже сильно залежить від субстрату, але може бути обернена й утворювати переважно (Z)-алкени при використання сполук з малими за розміром алкільними замісниками R¹ та R² (наприклад, метильними) та при використання сильно дисоційованої основи (трет-бутоксид Калію)^[3].

Модифікації реакції Хорнера—Водсворта—Еммонса

Модифікація Стілла—Дженаррі

Стілл та Дженнарі розробили умови, в результаті яких продуктами реакції є (Z)-алкени з високим стереохімічним виходом^[7]. Цього вдалося досягти за рахунок використання фосфонатів з електроноакцепторними групами (трифлуороетоксидними групами)^[8] в умовах сильної дисоціації (Калію гексаметилдисилазид та 18-краун-6 в тетрагідрофурані). Андо також зауважив, що використання електронодефіцитних груп прискорює відщеплення оксафосфатанових інтермедіатів.^[9]

Реакція Хорнера—Водсворта—Еммонса з використанням чутливих до основ субстратів

Оскільки багато субстратів не є стійкими до гідриду Натрію, були розроблені декілька методик з використанням м'якших основ. Масам'юн та Рауш пом'якшили умови за рахунок використання хлориду літію (або йодиду натрію) та диазабіциклоундецену^[10]. Ратке запропонував використовувати галогеніди літію або магнію з триетиламіном^[11]. Такі умови дозволяють уникнути епімеризації.

Асимеричні реакції олефінування Хорнера—Водсворта—Еммонса

У цьому випадку опираються на три основні принципи:

• введення С2-симетричного хірального центру замість алкоксидних груп у фосфонатах;
• введення С2-несиметричного хірального центру замість алкоксидних груп у фосфонатах, що зробить хіральним сам атом Фосфору;
• введення хірального центру в ту частину фосфонату, яка переміщається на карбонільну сполуку^[12].

Модифікація Корі—Квятковскі

У модифікації Корі—Квятковські використовують бісаміди фосфонатної кислоти для стереоселективного отримання (Z)-алкенів, (Me₂N)₂P(O)CH₂R, де R — арильний замісник^[13][14].

Див. також

• Реакція Віттіга
• Реакція Жуліа