أكسدة داكين
أكسدة داكين (أو تفاعل داكين ) هي تفاعل أكسدة واختزال عضوي ، حيث يتفاعل فينيل ألدهيد مهدرج في الموضعين أورثو أو بارا ( مثل 2-هيدروكسي بنزالدهيد أو 4 -هيدروكسي بنزالدهيد ) أو كيتون مع بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂ ) في وسط قاعدي لتكوين بنزينديول وكربوكسيلات . في المجمل، تتأكسد مجموعة الكربونيل ، بينما يُختزل بيروكسيد الهيدروجين .
لا ينبغي الخلط بين أكسدة داكين، التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بأكسدة باير-فيليجر ، وتفاعل داكين-ويست ، على الرغم من أن كلاهما سميت على اسم هنري دريسديل داكين .
آلية التفاعل
تبدأ أكسدة داكين بإضافة نيوكليوفيلية لأيون هيدروبيروكسيد إلى ذرة الكربون الكربونيلية ( 1 ) ، مُكَوِّنةً وسيطًا رباعي السطوح ( 2 ) . ينهار هذا الوسيط، مُسببًا هجرة الأريل [1,2]، وإزالة أيون الهيدروكسيد ، وتكوين إستر فينيل ( 3 ) . يُحلَّل إستر الفينيل لاحقًا : تُضاف نيوكليوفيلية لأيون الهيدروكسيد من المحلول إلى ذرة الكربون الكربونيلية للإستر، مُكَوِّنةً وسيطًا رباعي السطوح ثانيًا ( 4 )، والذي ينهار بدوره، مُزيلًا أيون فينولات ( 5 ) ومُكَوِّنًا حمضًا كربوكسيليًا . أخيرًا، يستخلص الفينولات الهيدروجين الحمضي من الحمض الكربوكسيلي، مُنتِجًا النواتج المُجمَّعة ( 6 ). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
العوامل المؤثرة على حركية التفاعل
تتضمن أكسدة داكين خطوتين محددتين لمعدل التفاعل : الإضافة النيوكليوفيلية للهيدروبروكسيد إلى ذرة الكربون الكربونيلية، وهجرة مجموعة الأريل [1,2]. [ 2 ] لذا، يعتمد معدل الأكسدة الإجمالي على قوة النيوكليوفيلية للهيدروبروكسيد، وقوة الإلكتروفيلية لذرة الكربون الكربونيلية، وسرعة هجرة مجموعة الأريل [1,2]. وتُعد بدائل الألكيل على ذرة الكربون الكربونيلية، والمواقع النسبية لمجموعتي الهيدروكسيل والكربونيل على حلقة الأريل، ووجود مجموعات وظيفية أخرى على الحلقة، ودرجة حموضة خليط التفاعل ، أربعة عوامل تؤثر على هاتين الخطوتين المحددتين لمعدل التفاعل.
بدائل الألكيل
بشكل عام، تكون ألدهيدات الفينيل أكثر تفاعلاً من كيتونات الفينيل لأن ذرة الكربون الكربونيلية في الكيتون أقل محبة للإلكترونات من ذرة الكربون الكربونيلية في الألدهيد. [ 1 ] ويمكن تقليل هذا الفرق برفع درجة حرارة خليط التفاعل. [ 4 ]
المواضع النسبية لمجموعات الهيدروكسيل والكربونيل
تتأكسد الألدهيدات والكيتونات الفينيلية المحتوية على مجموعة أورثو -هيدروكسي أسرع من نظيراتها المحتوية على مجموعة بارا -هيدروكسي في الوسط القاعدي الضعيف. في مركبات أورثو -هيدروكسي، عند بروتنة مجموعة الهيدروكسيل، تتشكل رابطة هيدروجينية داخلية بين هيدروجين الهيدروكسيل وأكسجين الكربونيل ، مما يُثبّت بنية رنينية ذات شحنة موجبة على كربون الكربونيل، وبالتالي يزيد من محبة كربون الكربونيل للإلكترونات ( 7 ). في مركبات بارا -هيدروكسي ، يكون كربون الكربونيل أقل محبة للإلكترونات لعدم وجود هذا التثبيت. لذلك، تتأكسد مركبات أورثو -هيدروكسي أسرع من مركبات بارا -هيدروكسي عند بروتنة مجموعة الهيدروكسيل. [ 2 ]
لا تتأكسد مركبات الهيدروكسي- M إلى بنزين ديولات- m وكربوكسيلات، بل تُكوّن أحماض فينيل كربوكسيلية. [ 1 ] [ 2 ] ويمكن تفسير ذلك باختلافات في قدرة حلقات الأريل على الهجرة. فمجموعات الهيدروكسيل في الموضعين أورثو أو بارا بالنسبة لمجموعة الكربونيل تُركّز كثافة الإلكترونات على ذرة كربون الأريل المرتبطة بذرة كربون الكربونيل ( 10c ، 11d ). تتميز مجموعات الفينيل بقدرة منخفضة على الهجرة، ولكن زيادة كثافة الإلكترونات على ذرة الكربون المهاجرة تزيد من هذه القدرة، مما يُسهّل هجرة [1,2]-أريل ويسمح باستمرار التفاعل. أما مركبات الهيدروكسي- M فلا تُركّز كثافة الإلكترونات على ذرة الكربون المهاجرة ( 12a ، 12b ، 12c ، 12d )، وتبقى قدرة مجموعات الأريل فيها على الهجرة منخفضة. يهاجر الهيدروجين البنزيلي ، الذي يتمتع بأعلى قدرة على الهجرة، بدلاً من ذلك ( 8 )، مكونًا حمض فينيل كربوكسيلي ( 9 ).
مجموعات وظيفية أخرى على حلقة الأريل
يؤدي استبدال ذرات الهيدروجين في مجموعة الفينيل بمجموعات مانحة للإلكترونات في الموضعين أورثو أو بارا بالنسبة لمجموعة الكربونيل إلى زيادة كثافة الإلكترونات عند ذرة الكربون المهاجرة، مما يعزز هجرة مجموعة الأريل [1,2]، ويسرع عملية الأكسدة. أما الاستبدال بمجموعات مانحة للإلكترونات في الموضع ميتا بالنسبة لمجموعة الكربونيل فلا يُغير كثافة الإلكترونات عند ذرة الكربون المهاجرة؛ لأن ميل مجموعة الفينيل غير المستبدلة للهجرة منخفض، وبالتالي تسود هجرة الهيدروجين. في المقابل، يؤدي الاستبدال بمجموعات ساحبة للإلكترونات في الموضعين أورثو أو بارا بالنسبة لمجموعة الكربونيل إلى تقليل كثافة الإلكترونات عند ذرة الكربون المهاجرة ( 13c )، مما يثبط هجرة مجموعة الأريل [1,2]، ويُفضل هجرة الهيدروجين. [ 1 ]
الرقم الهيدروجيني
يُعدّ أنيون الهيدروبروكسيد نيوكليوفيلًا أكثر تفاعلًا من بيروكسيد الهيدروجين المتعادل. ونتيجةً لذلك، تتسارع عملية الأكسدة مع ارتفاع الرقم الهيدروجيني (pH) باتجاه قيمة pKa لبيروكسيد الهيدروجين، ويزداد تركيز الهيدروبروكسيد. مع ذلك، عند رقم هيدروجيني أعلى من 13.5، لا تحدث الأكسدة، ربما بسبب فقدان بروتون من ذرة الأكسجين البيروكسيدية الثانية. يمنع فقدان بروتون من ذرة الأكسجين البيروكسيدية الثانية هجرة مجموعة الأريل [1,2] لأن أنيون الأكسيد الوحيد قاعدي جدًا بحيث لا يمكن إزالته ( 2 ) .
يؤدي نزع البروتون من مجموعة الهيدروكسيل إلى زيادة تبرع الإلكترونات من أكسجين الهيدروكسيل. عندما تكون مجموعة الهيدروكسيل في الموضع أورثو أو بارا بالنسبة لمجموعة الكربونيل، فإن نزع البروتون يزيد من كثافة الإلكترونات عند ذرة الكربون المهاجرة، مما يعزز هجرة مجموعة الأريل [1,2] بشكل أسرع. لذلك، تُسهّل نطاقات الأس الهيدروجيني التي تُفضّل مجموعة الهيدروكسيل منزوعة البروتون على مجموعة الهيدروكسيل المُبرتنة هجرة مجموعة الأريل [1,2]. [ 2 ]
المتغيرات
أكسدة داكين المحفزة بالحمض
يمكن أن تحدث أكسدة داكين في ظروف حمضية معتدلة أيضًا، بآلية مشابهة للآلية المحفزة بالقاعدة. في وجود الميثانول وبيروكسيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك المحفز ، يتم بروتنة أكسجين الكربونيل ( 14 )، وبعد ذلك يُضاف بيروكسيد الهيدروجين ككاشف نيوكليوفيلي إلى كربون الكربونيل، مُكَوِّنًا وسيطًا رباعي السطوح ( 15 ). بعد انتقال بروتون داخل الجزيء ( 16 ، 17 )، ينهار الوسيط رباعي السطوح، ويحدث انتقال [1،2]-أريل، ويتم التخلص من الماء ( 18 ). تُكَوِّن الإضافة النيوكليوفيلية للميثانول إلى كربون الكربونيل وسيطًا رباعي السطوح آخر ( 19 ). بعد انتقال بروتون ثانٍ داخل الجزيء ( 20 ، 21 )، ينهار الوسيط رباعي السطوح، مُزيلًا الفينول ومُكَوِّنًا إسترًا مُبرتَنًا عند أكسجين الكربونيل ( 22 ). وأخيرًا، يؤدي نزع البروتون من أكسجين الكربونيل إلى إنتاج المنتجات المجمعة وإعادة توليد العامل الحفاز الحمضي ( 23 ). [ 5 ]
أكسدة داكين المحفزة بحمض البوريك
تؤدي إضافة حمض البوريك إلى مزيج التفاعل المحفز حمضياً إلى زيادة مردود الفينول مقارنةً بمردود حمض فينيل الكربوكسيلي، حتى عند استخدام متفاعلات فينيل الألدهيد أو الكيتون التي تحتوي على مجموعات مانحة للإلكترونات في الوضع ميتا بالنسبة لمجموعة الكربونيل، أو مجموعات ساحبة للإلكترونات في الوضعين أورثو أو بارا بالنسبة لمجموعة الكربونيل. يشكل حمض البوريك وبيروكسيد الهيدروجين معقداً في المحلول، وعند إضافته إلى ذرة الكربون الكربونيلية، يُفضل انتقال مجموعة الأريل على انتقال الهيدروجين، مما يزيد من مردود الفينول ويقلل من مردود حمض فينيل الكربوكسيلي. [ 6 ]
أكسدة داكين المحفزة بواسطة ميثيل ترايوكسورينيوم
يؤدي استخدام مذيب سائل أيوني مع محفز ميثيل ترايوكسورينيوم (MTO) إلى تسريع أكسدة داكين بشكل ملحوظ. يشكل MTO معقدًا مع بيروكسيد الهيدروجين، مما يزيد من معدل إضافة بيروكسيد الهيدروجين إلى ذرة الكربون الكربونيلية. مع ذلك، لا يُغير MTO النسب المئوية لمنتجات الفينول وحمض فينيل الكربوكسيلي. [ 7 ]
أكسدة داكين المحفزة باليوريا
ينتج عن مزج اليوريا وبيروكسيد الهيدروجين مُركّب اليوريا-بيروكسيد الهيدروجين ( UHC ). كما أن إضافة UHC الجاف إلى فينيل ألدهيد أو كيتون بدون مذيب يُسرّع أكسدة داكين. ومثل MTO، يزيد UHP من معدل الإضافة النيوكليوفيلية لبيروكسيد الهيدروجين. ولكن على عكس التفاعل المُحفّز بواسطة MTO، فإن التفاعل المُحفّز بواسطة اليوريا لا يُنتج نفايات معدنية ثقيلة سامة محتملة ؛ وقد طُبّق أيضًا في تخليق أكاسيد الأمين مثل بيريدين- N- أكسيد . [ 4 ]
تطبيقات اصطناعية
تُستخدم أكسدة داكين بشكل شائع في تصنيع بنزينديولات [ 8 ] وألكوكسي فينولات. [ 1 ] [ 9 ] على سبيل المثال، يُصنّع الكاتيكول من ألدهيدات وكيتونات فينيل أورثو -هيدروكسي وألكوكسي فينيل، [ 8 ] ويُستخدم كمادة أولية لتصنيع العديد من المركبات، بما في ذلك الكاتيكولامينات ، [ 10 ] ومشتقات الكاتيكولامين، و4- ثالثي بوتيل كاتيكول ، وهو مضاد أكسدة شائع ومثبط للبلمرة. تشمل المنتجات الأخرى ذات الفائدة التركيبية لأكسدة داكين: غاياكول ، وهو طليعة للعديد من المنكهات؛ وهيدروكينون ، وهو عامل تحميض صور شائع؛ و2- ثالثي بوتيل-4-هيدروكسي أنيسول و3- ثالثي بوتيل-4-هيدروكسي أنيسول، وهما مضادان للأكسدة يُستخدمان بشكل شائع لحفظ الأطعمة المعلبة. [ 7 ] بالإضافة إلى ذلك، فإن أكسدة داكين مفيدة في تخليق الإندولكينونات ، وهي مركبات طبيعية تُظهر نشاطًا عاليًا كمضادات حيوية ومضادات للفطريات ومضادات للأورام. [ 11 ]
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 4 5 داكين، إتش دي (1909). "أكسدة مشتقات الهيدروكسي للبنزالدهيد، والأسيتوفينون، والمواد ذات الصلة". المجلة الكيميائية الأمريكية . 42 (6): 477-498 .
- 1 2 3 4 5 6 هوكينج، إم بي؛ بهانداري، ك؛ شيل، ب؛ سميث، تي إيه (1982). "التأثيرات الفراغية ودرجة الحموضة على معدل أكسدة داكين للأسيلفينولات". مجلة الكيمياء العضوية . 47 (22): 4208. doi : 10.1021/jo00143a007 .
- ↑ بورا، بوراج؛ بورا، بوندانا؛ بورا، أوتال (2021). "التطورات الحديثة في تخليق الكاتيكولات بواسطة أكسدة داكين". المجلة الجديدة للكيمياء . 45 (37): 17077-17084 . doi : 10.1039/d1nj03300j . S2CID 238913249 .
- 1 2 فارما، آر إس؛ نايكر، كيه بي (1999). "مركب اليوريا-بيروكسيد الهيدروجين: بروتوكولات الأكسدة في الحالة الصلبة للألدهيدات والكيتونات المهدرجة (تفاعل داكين)، والنتريلات، والكبريتيدات، والمركبات الحلقية غير المتجانسة النيتروجينية". رسائل عضوية . 1 (2): 189. doi : 10.1021/ol990522n .
- ↑ ماتسوموتو، م.؛ كوباياشي، ك.؛ هوتا، ي. (1984). "أكسدة البنزالدهيدات إلى فينولات بواسطة بيروكسيد الهيدروجين المحفز بالحمض". مجلة الكيمياء العضوية . 49 (24): 4740. doi : 10.1021/jo00198a037 .
- ↑ روي، أ.؛ ريدي، ك. ر.؛ موهانتا، ب. ك.؛ إيلا، هـ.؛ جونجابات، هـ. (1999). "بيروكسيد الهيدروجين/حمض البوريك: نظام فعال لأكسدة الألدهيدات والكيتونات العطرية إلى فينولات" . اتصالات تركيبية . 29 (21): 3781. doi : 10.1080/00397919908086017 .
- 1 2 بيرنيني، ر.؛ كوراتي، أ.؛ بروفينزانو، ج.؛ فيبريزي، ج.؛ وتوفاني، د. (2005). "أكسدة الألدهيدات والكيتونات العطرية بواسطة H₂O₂ / CH₃ReO₃ في السوائل الأيونية : تفاعل تحفيزي فعال للحصول على فينولات ثنائية الهيدروكسيل". Tetrahedron . 61 ( 7): 1821–1825 . doi : 10.1016/j.tet.2004.12.025 .
- 1 2 داكين، إتش دي (1923). "الكاتيكول". التخليق العضوي . 3 : 28. doi : 10.15227/orgsyn.003.0028 .
- ↑ سوري، ألكسندر ر. (1946). "بيروجالول 1-أحادي ميثيل إيثر". التخليق العضوي . 26 : 90-92 . doi : 10.15227/orgsyn.026.0090 . PMID 20280766 .
- ↑ جونغ، م. إي.؛ لازاروفا، ت. آي. (1997). "تخليق فعال لمشتقات 1-دوبا المحمية انتقائياً من 1-تيروسين عبر تفاعلات رايمر-تيمان وداكين". مجلة الكيمياء العضوية . 62 (5): 1553. doi : 10.1021/jo962099r .
- ↑ علمغير، م.؛ ميتشل، ب.س.ر.؛ بوير، ب.ك.؛ كومار، ن.؛ وبلاك، د.س. (2008). "تخليق 4،7-إندولوكينونات من إندول-7-كربالدهيدات بواسطة أكسدة داكين". تيتراهيدرون . 64 ( 30-31 ): 7136-7142 . doi : 10.1016/j.tet.2008.05.107 .
- تفاعلات الأكسدة العضوية
- ردود الفعل على الأسماء