Synteza Gabriela

Synteza Gabriela – reakcja chemiczna, w wyniku której z pierwszorzędowych halogenków alkilowych (głównie chlorków) otrzymuje się pierwszorzędowe aminy z zastosowaniem ftalimidku potasu. Reakcja nosi nazwę od nazwiska niemieckiego chemika Siegmunda Gabriela, który odkrył ją w 1887 roku[1][2][3].

Użyteczność tej metody wynika z faktu, że tworzenie amin w wyniku bezpośredniego alkilowania amoniaku jest procesem nieselektywnym i mało wydajnym na skalę laboratoryjną (natomiast metoda ta jest powszechnie stosowana w przemyśle), gdyż obok amin pierwszorzędowych powstają produkty polialkilowania, tj. aminy drugo- i trzeciorzędowe, a nawet czwartorzędowe halogenki tetraalkiloamoniowe. Amin pierwszorzędowych nie można też otrzymać zastępując amoniak amidkami metali (np. NaNH2), gdyż mają one charakter bardziej zasadowy niż nukleofilowy i zamiast reakcji substytucji nukleofilowej (R−Cl + NaNH2 → R−NH2 + NaCl) zachodzi reakcja eliminacji (z tej przyczyny amidki mogą być stosowane celowo do przeprowadzenia reakcji dehydrohalogenowania)[4].

W syntezie Gabriela nie dochodzi do powstawania amin wyższego rzędu. W warunkach wymaganych do przeprowadzenia obu etapów reakcji możliwe jest też zachowanie ewentualnych innych grup funkcyjnych w cząsteczce związku wyjściowego, np. karbonylowych, estrowych i nitrylowych.

Klasyczna synteza Gabriela

W klasycznej syntezie Gabriela otrzymuje się pierwszorzędowe aminy na drodze dwuetapowej reakcji I- lub II-rzędowego chlorku alkilowego (1) z ftalimidkiem (2). Powstały w pierwszym etapie alkiloftalimid (3) poddaje się hydrolizie. Dobór metody hydrolizy zależy od obecności innych grup funkcyjnych wyjściowego halogenku. Zastosowana może zostać zarówno hydroliza kwasowa, jak i zasadowa. Aby uzyskać bardzo łagodne warunki rozkładu związku pośredniego stosuje się często hydrazynolizę (rozkład za pomocą hydrazyny)[5].

Synteza Gabriela

Etap pierwszy (alkilowanie) prowadzi się najczęściej w dimetyloformamidzie, w którym rozpuszcza się ftalimidek potasu, etap drugi (hydrolizę) prowadzi się najczęściej w roztworze etanolowym. Stosowane są też inne systemy reakcyjne, np. rozkład alkiloftalimidu za pomocą borowodorku sodu[6].

Mechanizm reakcji

Anion ftalimidkowy reaguje z chlorkiem alkilowym (elektrofilem) jako N-nukleofil w reakcji typu SN2. Powstaje odpowiedni N-alkiloftalimid oraz KCl jako produkt uboczny. Otrzymana ftalimidowa pochodna (ftalhydrazyd) jest reaktywnym diamidem i ulega hydrolizie z wydzieleniem aminy zarówno w warunkach kwasowych, jak i zasadowych. Hydroliza kwasowa w obecności mocnych kwasów prowadzi do powstania soli amin R−NH3+X−[7].

Odmiany

W celu zastąpienia ftalimikdów w tej syntezie opracowano wiele różnych odczynników. Większość z nich, np. sól sodowa sacharyny, mają właściwości nukleofilowe podobne do soli ftalimidu. Zaletą niektórych zamienników ftalimików jest zwiększenie ich reaktywności wobec halogenków alkilowych, co pozwala na otrzymywanie amin drugorzędowych[8].

Synteza Gabriela umożliwia także otrzymywanie aminokwasów, np. w reakcji z α-bromopochodną malonianu dietylu otrzymuje się glicynę:

Reakcja α-bromomalonianu dietylu z ftalimidkiem potasu
Hydroliza zasadowa N-malonyloftalimidu do α-aminomalonianu i dekarboksylacja do glicyny
Hydroliza kwasowa N-malonyloftalimidu do α-aminomalonianu i dekarboksylacja do protonowanej glicyny

Aminokwasy chiralne otrzymywane są w syntezie Gabriela w postaci racemicznej.

Przypisy

  1. ↑ S. Gabriel, Ueber eine Darstellung primärer Amine aus den entsprechenden Halogenverbindungen, „Chemische Berichte”, 20, 1887, s. 2224 (niem.).
  2. ↑ J.C. Sheehan, V.A. Bolhofer, An Improved Procedure for the Condensation of Potassium Phthalimide with Organic Halides, „Journal of the American Chemical Society”, 72 (6), 1950, s. 2786–2788, DOI: 10.1021/ja01162a527 (ang.).
  3. ↑ M.S. Gibson, R.W. Bradshaw, The Gabriel Synthesis of Primary Amines, „Angewandte Chemie International Edition”, 7 (12), 1968, s. 919–930, DOI: 10.1002/anie.196809191 (ang.).
  4. ↑ P.J. Ashworth, G.H. Mansfield, M.C. Whiting, 2-Butyn-1-ol, „Organic Syntheses”, 35, 1955, s. 20, DOI: 10.15227/orgsyn.035.0020 (ang.).
  5. ↑ J.D. Roberts, M.C. Caserio, Chemia organiczna, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1969, s. 569–570.
  6. ↑ J.O. Osby, M.G. Martin, B. Ganem, An Exceptionally Mild Deprotection of Phthalimides, „Tetrahedron Letters”, 25 (20), 1984, s. 2093–2096, DOI: 10.1016/S0040-4039(01)81169-2 (ang.).
  7. ↑ M.N. Khan, Kinetic Evidence for the Occurrence of a Stepwise Mechanism in the Hydrazinolysis of Phthalimide, „Journal of Organic Chemistry”, 60, 1995, s. 4536–4541, DOI: 10.1021/jo00119a035 (ang.).
  8. ↑ Ulf Ragnarsson, Leif Grehn, Novel Gabriel Reagents, „Accounts of Chemical Research”, 24 (10), 1991, s. 285–289, DOI: 10.1021/ar00010a001 (ang.).

Bibliografia

  • Arthur Israel Vogel, Preparatyka organiczna, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2006, s. 746–748, ISBN 83-204-3152-2.
  • Jerzy T. Wróbel, Preparatyka i elementy syntezy organicznej, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1983, s. 613–614, ISBN 83-01-02392-9.

Linki zewnętrzne

  • Gabriel Synthesis, [w:] Name Reactions [online], Organic Chemistry Portal [dostęp 2018-08-03] (ang.).
This article is issued from Wikipedia. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.