李莫-帝曼反應

李莫-帝曼反應(英語:Reimer–Tiemann reaction)是苯酚類化合物和氯仿在強溶液中反應,在酚基的鄰位引入一個醛基(-CHO)的過程[1] [2][3][4]。這個反應是一個典型的親電芳香取代反應親電試劑是二氯碳烯(:CCl2),但僅有苯環上富電子的酚類(實際上是酚基負離子)才可發生此類反應。反應首先由卡爾·雷默Ferdinand Tiemann英語費迪南德·蒂曼報道[5]

例如,苯酚氯仿氫氧化鉀的作用下生成水楊醛[6],反應式如下:

反應機理

李莫-帝曼反應的機理如下[7]氯仿1)與強鹼溶液反應產生氯仿碳負離子2),該陰離子會立即發生α-消去反應(alpha-eliminate)形成二氯碳烯3)。二氯碳烯能與苯酚4酚羥基鄰位(5)的原子反應,使該次甲基上的原子被新形成的基團取代7)。水解後,便能獲得期望產物9)。

 
反應機理

選擇性

由於二氯卡賓(3)上的兩個氯,使得其非常缺電子,而被富電子的(5)所吸引。這相互作用令甲酰化反應發生在鄰位。

反應條件

氫氧化物不易溶於氯仿,所以反應通常在一個兩相的系統進行,即是以氫氧化物水溶液作水相,氯仿作有機相。因此,兩個反應物分隔兩相,需要快速攪拌、相轉移催化劑或者乳化劑(例如以1,4-二噁烷作反應的溶劑)使兩者能夠反應。

反應一開始需要加熱,但反應一旦開始,可能會大量的放熱,容易發生熱失控的情況。

應用範圍

李莫-帝曼反應也可以被用來合成其他酚類化合物,例如萘酚[8]。富電子的雜環化合物吡咯吲哚等也可以發生反應,然而,二氯卡賓會引發擴環,生成3-氯代吡啶3-氯代喹啉。這反應稱作Ciamician-Dennstedt 重排,以化學家GL Ciamician 和 M. Dennstedt而命名[9][10]

然而,二氯卡賓可以與碳碳雙鍵(烯烴)、反應,分別生成二氯環丙烷和異腈。所以,這反應可能不適合擁有上述官能團的底物。另外,很多底物不能與氫氧化物加熱。

變體

四氯化碳取代氯仿,可以生成酚酸[11]。例如,苯酚在四氯化碳、強鹼水溶液生成水楊酸,而不是原先的水楊醛

與其他方法的比較

除了李莫-帝曼反應,加特曼反應加特曼-科赫反應維爾斯邁爾-哈克反應達夫反應等都可在芳香環上引入甲酰基。然而,考慮到反應的難易度和安全,李莫-帝曼反應很多時候會是有機合成中最具優勢的甲酰化反應。在以上提及到的反應之中,李莫-帝曼反應是唯一一個不需要再性或(和)無水條件之下進行的反應[2] 。而且,加特曼-科赫反應不適用於類的底物。

參考文獻

  • ^ Reimer, K.; Tiemann, F. Ber. 1876, 9, 824 & 1268 & 1285.
  • ^ Wynberg, H. Chem. Rev. 1960, 60, 169. (Review)
  • ^ Wynberg, H.; Meijer, E. W. Org. React. 1982, 28, 2. (Review)
  • ^ Wynberg, H. Comp. Org. Syn. 1991, 2, 769-775. (Review)
  1. ^ March, Jerry (1985). Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms and Structure, third Edition, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-85472-7.
  2. ^ 2.0 2.1 Wynberg and Meijer, Egbert, Hans; Meijer, Egbert W. The Reimer–Tiemann Reaction. 2005: 14. ISBN 9780471264187. doi:10.1002/0471264180.or028.01. 
  3. ^ Dauben, William G. The Reimer-Tiemann Reaction. Organic Reactions, Volume 28. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. 1982: 1–36. ISBN 978-0471861416. doi:10.1002/0471264180.or028.01. 
  4. ^ Wynberg, Hans, Trost, Barry M.; Fleming, Ian , 編, 3.4 - The Reimer–Tiemann Reaction, Comprehensive Organic Synthesis (Oxford: Pergamon), 1991-01-01: 769–775 [2022-02-28], ISBN 978-0-08-052349-1, doi:10.1016/b978-0-08-052349-1.00048-2, (原始內容存檔於2022-11-22) (英語) 
  5. ^ Reimer, Karl; Tiemann, Ferdinand. Ueber die Einwirkung von Chloroform auf alkalische Phenolate [The effect of chloroform on phenol and especially on the alkaline solution of aromatic oxyacids]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 1876, 9: 824–828 [2023-08-21]. doi:10.1002/cber.187600901247. (原始內容存檔於2023-08-21) (German). 
  6. ^ Brühne, F.; Wright, E., Benzaldehyde, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a03_463.pub2 
  7. ^ Hine, Jack; Van Der Veen, James M. The Mechanism of the Reimer-Tiemann Reaction. Journal of the American Chemical Society. December 1959, 81 (24): 6446–6449. doi:10.1021/ja01533a028. 
  8. ^ Russell, Alfred; Lockhart, Luther B. 2-HYDROXY-1-NAPHTHALDEHYDE. Organic Syntheses. 1942, 22: 63. doi:10.15227/orgsyn.022.0063. 
  9. ^ Ciamician, G. L., Dennstedt, M. Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1881, 14, 1153-1163.
  10. ^ Dennstedt, M., Zimmerman, J. Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1885, 18, 3316-3319.
  11. ^ Gaonkar, A.V.; Kirtany, J.K. ChemInform Abstract: Reimer-Tiemann Reaction Using Carbon Tetrachloride. ChemInform. 2010, 22 (41): 1991. doi:10.1002/chin.199141092. 

參見