Phản ứng chuyển vị Favorskii là phản ứng đầu tiên trong chuỗi các bài viết về Các phản ứng mang tên người trong Hóa hữu cơ. Bài viết hướng tới học sinh chuyên hoặc sinh viên ngành Hóa học.
1. Vài nét về Favorskii
Aleksei E. Favorskii (1860-1945).
- Ông được sinh ra ở Selo Pavlova, Nga.
- Ông học tập và nghiên cứu tại đại học quốc gia St. Petersburg.
- 1900, ông được phong giáo sư tại ngôi trường này.
2. Phản ứng chuyển vị Favorskii tổng quát
Khi tiến hành xử lý α-halo ketone chứa ít nhất một α-hydrogen trong môi trường base, khi có mặt các tác nhân nucleophile (alcohol, amine, hoặc nước) sẽ dẫn đến sự sắp xếp lại khung phân tử, tạo ra các carboxylic acid hoặc các dẫn xuất của carboxylic acid (ester hoặc amide), phản ứng này được gọi là phản ứng chuyển vị Favorskii.
3. Cơ chế phản ứng chuyển vị Favorskii
Bước 1: Base tiến hành deprotonation ở α-carbon và hình thành một enolate.
Bước 2: Sự tấn công nội phân tử của enolate vào α’-carbon mang nhóm xuất tạo thành trung gian cyclopropanone.
Bước 3: Sự tấn công vào C=O của tác nhân thân hạch hình thành dạng alkoxide.
Bước 4: Mở vòng có chọn lọc, tạo ra carbanion ổn định nhất.
Bước 5: Lấy proton từ môi trường và hình thành sản phẩm cuối cùng.
4. Mở rộng phản ứng chuyển vị Favorskii
Đối với chất nền dạng β-halo (hoặc các nhóm xuất ở vị trí β) ketone và α-hydrogen thì chúng ta sẽ có chuyển vị homo-Favorskii, về cơ chế thì khá tương đồng với chuyển vị Favorskii, tuy nhiên ở giai đoạn trung gian sẽ đi qua dạng vòng cyclobutene.
Đối với trường hợp α-halo (hoặc các nhóm xuất nằm ở vị trí α) ketone nhưng không chứa α-hydrogen (hoặc hydrogen này không có tính acid) thì phản ứng được gọi là chuyển vị Quasi-Favorskii.
Ngoài ra phản ứng chuyển vị Quasi-Favorskii còn được ứng dụng trong trường hợp các bicyclic có α-hydrogen. Phản ứng sẽ không tuân theo chuyển vị Favorskii thông thường do 2 yếu tố như sau:
1) Nếu trường hợp từ 8C trở xuống việc mất đi α-hydrogen ở đầu cầu để hình thành nên enolate sẽ vi phạm nguyên tắc Bredt
2) Dạng trung gian cyclopropanone hình thành sẽ có sức căng vòng rất lớn
Do đó chúng sẽ đi theo chuyển vị Quasi-Favorskii để hình thành nên sản phẩm như sau:
5. Ứng dụng phản ứng chuyển vị Favorskii
Hãy đề xuất cơ chế tạo thành sản phẩm của phản ứng giữa 2-chlorocycloheptan-1-one và sodium ethoxide (NaOEt)
Khi 1-bromobicyclo[3.3.1]nonan-9-one được xử lý trong môi trường base sản phẩm thu được có CTPT C9H14O2, hãy đề xuất công thức cấu tạo của sản phẩm này (gợi ý: đây là sản phẩm của sự chuyển vị Quasi-Favorskii).
Kelsoene lần đầu tiên được phân lập từ loài bọt biển Cymbastela hooperi Van Soest, Desqueyroux-Faundez, Wright, König. Hợp chất này chứa một khung phân tử rất hiếm và đặc biệt trong tự nhiên, nó phục vụ trong nghiên cứu về hoạt tính của nhóm tricyclic (hệ ba vòng). Hợp chất này đã được tổng hợp trong phòng thí nghiệm của M. Koreeda và các cộng sự.
Bước quan trọng trong quá trình tổng hợp tổng tricyclic (±)-kelsoene là sự sắp xếp lại homo-Favorskii của hợp chất γ-keto tosylate bởi potassium tert-butoxide dư, tạo ra sự sắp xếp lại vòng, trong vòng chưa đầy 2 phút ở nhiệt độ phòng. Hãy đề xuất công thức cấu tạo của (X) và cơ chế hình thành sản phẩm (X) và (Y).
6. Kết luận về phản ứng chuyển vị Favorskii
Phản ứng favorskii là một trong những phản ứng quan trọng của hóa hữu cơ nó đưa ra một phương pháp thu gọn vòng rất hiệu quả.
Trong khoảng 10 năm trở lại đây phản ứng vẫn được liên tục nghiên cứu và phát triển, bằng chứng là lượng báo được công bố qua hằng năm có liên quan đến phản ứng vẫn rất nhiều. Rất nhiều loại xúc tác, tác chất mới, các phương pháp mới được sử dụng cho phản ứng này:
- Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Organic Letter (https://doi.org/10.1021/acs.orglett.0c01229).
- Ứng dụng dòng chảy liên lục vào tổng hợp ibuprofen (https://doi.org/10.1039/C5RE00037H).