¿Cuál es el mecanismo de reacción entre la acetofenona y el fenilpropiolato de etilo para formar una 2-pirona?

Question

Estoy buscando el mecanismo de la siguiente reacción (creo que es un tipo de reacción de Michael), que se encuentra en el libro de texto "Advanced Organic Chemistry Part B: Reaction and Synthesis" por F. A. Carey & R. J. Sundberg, 4th Ed, Ch.1, Practice question 12. Esta pregunta de práctica no aparece en la 5ª Ed.

Me cuesta entender cómo el enolato de voluntad ataca al éster de alquino. Si ataca el triple enlace, ¿a dónde debo empujar el electrón pi? formando un intermedio de aleno? y ¿cómo procesar desde el intermedio de aleno?

Answer 1

La idea general de la respuesta anterior es correcta, pero hay que analizar más detenidamente algunos detalles.

El primer paso es el dibujado en el post original. La desprotonación de la cetona, seguida de la adición nucleofílica al alquino da un intermedio de tipo aleno. Nótese que el intermedio aniónico sólo tiene una geometría, no tiene cis y trans formas como sugiere la otra respuesta. La reprotonación nos da una enona con geometría de doble enlace no especificada (probablemente una mezcla).

La ciclación final implica la formación del enolato de la cetona y, a continuación, una sustitución acílica nucleófila en el éster. Pero para conseguirlo, primero tenemos que asegurarnos de la geometría del doble enlace: el nucleófilo (enolato) y el electrófilo (éster) tienen que estar cis entre sí.

La forma de hacerlo es mediante la tautomerización de la enona. Esto convierte el doble enlace original en un enlace simple, que puede girar libremente. (Hay algunos barrera a la rotación porque forma parte de un dieno conjugado; pero la barrera no es tan alta, desde luego ni de lejos como la de un doble enlace, y puede superarse en las condiciones habituales de reacción).

En general, si no hubiera otras consideraciones en juego, probablemente obtendríamos una mezcla de isómeros en equilibrio. Sin embargo, sólo la geometría correcta puede seguir reaccionando aquí: así que la "geometría correcta" se agotará continuamente por la reacción hacia delante, y el equilibrio se desplazará; y finalmente, todo se convertirá en la "geometría correcta".

Una vez que hemos llegado allí, sólo es cuestión de formar el enolato y expulsar el etoxido.

¿Por qué el enolato ataca a través del oxígeno y no del carbono? Una explicación sencilla es que el ataque a través del oxígeno forma un anillo de seis miembros, mientras que el ataque a través del carbono forma un anillo de cuatro miembros, que está muy desfavorecido. La estereoelectrónica también puede influir: para que se produzca el ataque a través del carbono, los orbitales C=C π deben solaparse con los orbitales C=O π*. Esto es casi imposible dado el pequeño tamaño del anillo que se formaría, además del doble enlace extra en el anillo que hace que la geometría de toda la molécula sea más rígida. Por otro lado, el oxígeno tiene pares solitarios que apuntan en todas las direcciones, por lo que la ciclización es mucho más fácil.

NB: Al dibujar los mecanismos, yo siempre sugieren utilizar la forma de resonancia de un enolato con la carga negativa del oxígeno. Esto es más representativo de la estructura electrónica real. Por ejemplo, la geometría del enolato es una consideración importante en la química orgánica; además, las consideraciones estereoelectrónicas anteriores serían más difíciles de identificar si pensáramos que se trata de un simple par solitario en el carbono. Desde el punto de vista del empuje de la flecha es totalmente equivalente, así que no hay excusas reales para dibujar una carga negativa en el carbono.

Answer 2

Su intento de mecanismo es correcto. Hay un activo $\ce{\alpha-H}$ en su intermedio final ( $2$ $\ce{-COOEt}$ s están presentes en el carbono (bueno, uno de ellos se adjunta indirectamente, pero todavía muestra que es $-M$ carácter para que sea más o menos lo mismo)

La versión completa de la reacción debería ser así (no he podido encontrar una fuente primaria (como lo es para muchos problemas de práctica)pero esto es lo que me parece más probable ) :-

$\large \bf{ What~is~wrong~in~this~mechanism~and~rectification.} $

• Después de ser dirigido en la dirección correcta por @orthocresol viene claro que el estado de transición aniónico en el paso-3 es un error de cálculo. Utilicé este mecanismo para superar el problema de la geometría s-trans que se logra después de la formación de enolato en el tercer paso.

• Sin embargo, como se menciona en la respuesta aceptada, s-cis y s-trans no tienen tanta barrera de rotación a menos que los efectos estéricos sean excesivos (aquí no lo son, ya que en $\ce{C=O}$ lado sólo tiene pares solitarios estrechamente unidos al oxígeno) Este es un ejemplo en el que los efectos estéricos bloquean la molécula en la conformación s-trans.

• También señala @orthocresol que en el paso-2 he mostrado 2 intermedios que tienen diferente geometría, esto no es posible ya que la única estructura en resonancia es el intermedio aleno que has dibujado.

TL;DR : El paso 3 no es necesario ya que la reacción puede proceder sin tener que formar un intermedio carbanión ya que la barrera de rotación no es significativa. El paso 2 representa erróneamente las estructuras de resonancia como geometrías diferentes y el intermedio aleno funciona mejor aquí (también las estructuras son irrelevantes ya que después de la protonación se va directamente al paso 4)

Apéndice :- En respuesta a la mención de que los enolatos suelen presentar adición nucleofílica con el átomo de carbono y no con el de oxígeno (debido a una mezcla de efectos de hidratación y estéricos), creo que aquí es posible que la adición nucleofílica sea realizada por el oxígeno debido a la estabilidad de los dienos conjugados, lo cual no hubiera ocurrido de otra manera. También la reacción por el ataque del carbono no es posible debido a la formación de un anillo de 4 miembros con un doble enlace (Sin embargo, el rendimiento de esta reacción puede no ser muy impresionante debido a esta razón, pero estoy fuera de mi profundidad con respecto a eso, todo lo que puedo ver es que este debe ser el principal producto)