Baeyer–Villiger-reaktio

Yleinen esimerkki Baeyer–Villiger-reaktiosta

Baeyer–Villiger-reaktio on kemiallinen reaktio, jossa perkarboksyylihappo hapettaa ketonin esteriksi tai laktoniksi. Reaktio on nimetty kehittäjiensä Adolf von Baeyerin ja Victor Villigerin mukaan. He raportoivat reaktion ensimmäisen kerran vuonna 1899. Reaktio soveltuu erityisesti laktonien valmistamiseen.[1][2][3]

Reagenssit ja mekanismi

Baeyer–Villiger-reaktiossa pelkistimenä toimii ketoni. Parhaiten reagoivat sykliset ja aromaattiset ketonit ja alifaattisissa asyklisissä ketoneissa helpoiten reagoivat ketonit, joissa ainakin yksi hiilivetyryhmistä on sekundäärinen, tertiäätinen tai vinyylinen. Tyydyttymättömät ketonit usein reagoivat Baeyer–Villiger-reaktion olosuhteissa muodostaen epoksidin. Asymmetristen, kiraalisten ketonien stereokemia säilyy samana Baeyer–Villiger-reaktioissa.[1][2][3]

Hapettimena Baeyer–Villiger-reaktioissa käytetään usein perkarboksyylihappoja. Käytetyin on laajasti kaupallisesti saatavissa oleva m-klooriperbentsoehappo. Muita yleisiä hapettimia ovat peretikkahappo, trifluoriperetikkahappo ja vetyperoksidi happamissa olosuhteissa. Käytettäessä trifluoriperetikkahappoa reaktion happamuus usein puskuroidaan natriumvetyfosfaatin avulla transesteröitymisen ehkäisemiseksi. Baeyer–Villiger-reaktiota voidaan nopeuttaa käyttämällä siirtymämetallikatalyyttejä.[1][2][3]

Baeyer–Villiger-reaktion mekanismin ensimmäisessä vaiheessa perkarboksyylihapon nukleofiilinen happiatomi reagoi ketonin elektrofiilisen karbonyyliryhmän hiiliatomin kanssa nukleofiilisella additiolla. Muodostuva tetraedrimäinen välituote hajoaa siten, että toinen ketonin alkyyliryhmistä migratoituu ja karboksylaattiryhmä irtoaa lähtevänä ryhmänä. Tuotteina muodostuu esteri tai laktoni ja karboksylaatti-ioni. Mikäli lähtöaineketonin hiilivetyryhmät eivät ole keskenään samanlaisia, pääasiallinen tuote riippuu hiilivetyryhmien tyypistä. Helpoiten migratoituu ryhmä, joka parhaiten kykenee stabiloimaan positiivista osittaisvarausta eli parhaiten migratoituu tertiäärinen alkyyliryhmä, toiseksi parhaiten sekundääriset alkyyliryhmät, kolmanneksi parhaiten aromaattinen fenyyliryhmä ja huonoimmin primääriset alkyyliryhmät ja metyyliryhmä.[1][3][2]

Biokatalyyttinen Baeyer–Villiger-reaktio

Baeyer–Villiger-reaktio on mahdollista suorittaa myös biokatalyyttisesti. Reaktiota katalysoivia entsyymejä kutsutaan Baeyer–Villiger-monoksigenaaseiksi ja ne ovat entsyymejä, jotka sisältävät prosteettisena ryhmänään flaviinin. Entsyymi vaatii aktivoituakseen myös NADPH-molekyylin. Reaktiossa hapettimena toimii happi, ja ketoni hapettuu laktoniksi tai ketoniksi ja NADPH hapettuu NADP+-molekyyliksi. Reaktiossa käytetään usein myös toista entsyymiä, joka hapettaa isopropanolin asetoniksi ja NADP+ pelkistyy NADPH:ksi.[4][5]

Lähteet

  1. ↑ a b c d Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren: Organic Chemistry, s. 953–958. Oxford University Press, 2012. ISBN 978-0-19-927029-3 (englanniksi)
  2. ↑ a b c d Michael B. Smith & Jerry March: March's Advanced Organic Chemistry, s. 1617–1620. John Wiley & Sons, 2007. ISBN 978-0-471-72091-1 (englanniksi)
  3. ↑ a b c d Francis A. Carey & Richard J. Sundberg: Advanced Organic Chemistry B: Reactions and synthesis, s. 1134–1138. Springer, 2007. ISBN 978-0-387-68350-8 (englanniksi)
  4. ↑ Jana Rentner, Rolf Breinbauer & Mandana Gruber-Khadjawi: Enzymes in Organic Synthesis, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2014. Viitattu 13.10.2014
  5. ↑ Wolfgang Aehle, Herbert Wadlmann, Carsten Schultz, Harald Gröger, Carlo Dinkel & Karlheinz Drauz : Enzymes, 5. Enzymes in Organic Synthesis, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2008. Viitattu 13.10.2014

Aiheesta muualla