Synteza Gabriela – Wikipedia, wolna encyklopedia

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 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].

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 S_N2. 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

Aminokwasy chiralne otrzymywane są w syntezie Gabriela w postaci racemicznej.

Przypisy

↑ S. Gabriel. Ueber eine Darstellung primärer Amine aus den entsprechenden Halogenverbindungen. „Chem. Ber.”. 20, s. 2224, 1887.
↑ J.C.J.C. Sheehan J.C.J.C., V.A.V.A. Bolhofer V.A.V.A., 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.).
↑ M.S.M.S. Gibson M.S.M.S., R.W.R.W. Bradshaw R.W.R.W., The Gabriel Synthesis of Primary Amines, „Angewandte Chemie International Edition”, 7 (12), 1968, s. 919-930, DOI: 10.1002/anie.196809191 (ang.).
↑ P.J.P.J. Ashworth P.J.P.J., G.H.G.H. Mansfield G.H.G.H., M.C.M.C. Whiting M.C.M.C., 2-Butyn-1-ol, „Organic Syntheses”, 35, 1955, s. 20, DOI: 10.15227/orgsyn.035.0020 (ang.).
↑ J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 569-570.
↑ J.O.J.O. Osby J.O.J.O., M.G.M.G. Martin M.G.M.G., B.B. Ganem B.B., An Exceptionally Mild Deprotection of Phthalimides, „Tetrahedron Letters”, 25 (20), 1984, s. 2093-2096, DOI: 10.1016/S0040-4039(01)81169-2 .
↑ Khan, M. N.. Kinetic Evidence for the Occurrence of a Stepwise Mechanism in the Hydrazinolysis of Phthalimide. „J. Org. Chem.”. 60, s. 4536-4541, 1995. DOI: 10.1021/jo00119a035. (ang.).
↑ UlfU. Ragnarsson UlfU., LeifL. Grehn LeifL., 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: Wydawnictwo 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.).

[1] S. Gabriel. Ueber eine Darstellung primärer Amine aus den entsprechenden Halogenverbindungen. „Chem. Ber.”. 20, s. 2224, 1887.

[2] J.C.J.C. Sheehan J.C.J.C., V.A.V.A. Bolhofer V.A.V.A., 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.M.S. Gibson M.S.M.S., R.W.R.W. Bradshaw R.W.R.W., 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.P.J. Ashworth P.J.P.J., G.H.G.H. Mansfield G.H.G.H., M.C.M.C. Whiting M.C.M.C., 2-Butyn-1-ol, „Organic Syntheses”, 35, 1955, s. 20, DOI: 10.15227/orgsyn.035.0020 (ang.).

[RobertsCaserio-5] J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 569-570.

[6] J.O.J.O. Osby J.O.J.O., M.G.M.G. Martin M.G.M.G., B.B. Ganem B.B., An Exceptionally Mild Deprotection of Phthalimides, „Tetrahedron Letters”, 25 (20), 1984, s. 2093-2096, DOI: 10.1016/S0040-4039(01)81169-2 .

[7] Khan, M. N.. Kinetic Evidence for the Occurrence of a Stepwise Mechanism in the Hydrazinolysis of Phthalimide. „J. Org. Chem.”. 60, s. 4536-4541, 1995. DOI: 10.1021/jo00119a035. (ang.).

[8] UlfU. Ragnarsson UlfU., LeifL. Grehn LeifL., Novel Gabriel Reagents, „Accounts of Chemical Research”, 24 (10), 1991, s. 285–289, DOI: 10.1021/ar00010a001 (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]