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瑞穆尔-悌曼反应

瑞穆尔－悌曼反应（英語：Reimer–Tiemann reaction）是苯酚类化合物和氯仿在强碱水溶液中反应，在酚基的邻位引入一个醛基（-CHO）的过程[1] [2][3][4]。这个反应是一个典型的亲电芳香取代反应，亲电试剂是二氯卡宾（:CCl2），但仅有苯环上富电子的酚类（实际上是酚基负离子）才可发生此类反应。反應首先由卡爾·雷默 和 Ferdinand Tiemann（英语：費迪南德·蒂曼）報道[5]。

例如，苯酚在氯仿、氫氧化鉀的作用下生成水楊醛[6]，反應式如下：

反应机理

瑞穆尔-悌曼反应的機理如下[7]： 氯仿（1）与强碱溶液反应产生氯仿碳负离子（2），该阴离子会立即发生α-消去反应（alpha-eliminate）形成二氯碳烯（3）。二氯碳烯能与苯酚（4）酚羟基邻位（5）的碳原子反应，使该次甲基上的氢原子被新形成的基团取代（7）。碱水解后，便能获得期望产物（9）。

 
反应机理

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

瑞穆尔-悌曼反应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如吡咯、吲哚等也可以發生反應，然而，二氯卡賓會引發擴環，生成3-氯代吡啶或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）、胺反應，分別生成二氯環丙烷和异腈。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

以四氯化碳取代氯仿，可以生成酚酸[11]。例如，苯酚在四氯化碳、强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

除了瑞穆尔-悌曼反应，加特曼反应、加特曼-科赫反應、维尔斯迈尔-哈克反应、达夫反应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，瑞穆尔-悌曼反应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，瑞穆尔-悌曼反应是唯一一個不需要再酸性或（和）無水條件之下進行的反應[2] 。而且，加特曼-科赫反應不適用於酚類的底物。

参考文献

  • ^ 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 , 编, 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, （原始内容存档于2022-11-22） （英语） 
  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. （原始内容存档于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. 

参见


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