Adición de HOBr a través de C=C

Question

Fuente: Carey Química Orgánica Avanzada B, problema 4.1 b

Buscando problemas interesantes sobre la adición a C=C, me encontré con esto en la parte de atrás de Carey. Parece una simple adición a través del alqueno, pero utilizando HOBr que es algo que nunca he encontrado en el laboratorio (y tal vez no visto utilizado como un ejemplo desde que era un estudiante...).

La forma más obvia de disociar el HOBr es perder un protón, dejando el anión OBr, Wikipedia confirma esto:

[...] El ácido hipobromoso se disocia parcialmente en el anión hipobromita OBr y el catión H+.

Hasta aquí todo bien. Y basado en esto hecho El producto puede ser como el que se dibuja a continuación. Sin embargo, la bibliografía original apunta a un producto diferente, que también se muestra a continuación.

Obviamente, el producto que he dibujado como esperado parece un poco impar, con el inestable enlace Br-O presente. Sin embargo, no puedo racionalizar cómo el actual producto se ha formado.

Ref.: JOC, 1968 , 33 , 3953.
La literatura original de la que se tomó el problema

Tres posibilidades:

1. El HOBr no se disocia como había imaginado. Existe la posibilidad de que el Br forme el ion bromonio que luego es abierto por el hidróxido, sin embargo, para obtener el producto como aislado, hay que atacar en el sentido anti-Markovnikov (es decir, el producto se parecería al que se formaría si se hubiera atacado un carbocatión primario con hidróxido).

2. El producto se forma como lo dibujé, pero se reordena para dar el producto que aíslan. Esta es la explicación que considero más probable, pero no consigo ver cómo ocurre.

3. El carbocatión secundario se forma al protonar, pero éste se reordena. De nuevo, me cuesta ver cómo puede funcionar esto, ya que el catión secundario es el más estable que se puede formar en este sistema, ya que no hay posibilidad de un carbocation terciario.

¿Alguna sugerencia que apunte en la dirección correcta? Incluso el nombre de una reordenación sería útil.

Answer 1

El producto "esperado" proviene de la analogía de la adición de ácidos fuertes como el HBr o de la hidratación catalizada por un ácido (a menudo ácido sulfúrico). Sin embargo, el pKa del HOBr es de 8,7 ( ref ), muy inferior a esas condiciones, por lo que no es razonable hacer esa analogía. Dicho de otro modo, la base en esas reacciones es un alqueno, que es muy débil. Sólo un ácido muy fuerte puede protonar un alqueno.

En algunas búsquedas rápidas en SciFinder, no he encontrado ninguna evidencia abrumadoramente convincente para la regioselectividad observada en el producto, pero me parece razonable por un mecanismo similar al que sugiere Aditya Dev.

Considero el HOBr como un oxígeno con un grupo saliente (análogo al Br-Br). El ataque del alqueno al oxígeno libera el bromuro y da el carbocatión terciario. El retroceso por parte del oxígeno cierra un epóxido protonado, que es análogo al bromonio. En el caso del bromonio, se consideran estructuras de resonancia. No sé si es definitivamente el caso aquí (el oxígeno es mucho más pequeño que el bromo), pero lo he escrito así para continuar la analogía. En cualquier caso, los epóxidos protonados suelen ser atacados en el sitio que mejor puede estabilizar la carga positiva, que es el carbono terciario. La bromohidrina resultante es el producto "observado".

Answer 2

Traynham y Pascual 1 fueron los primeros en investigar la reacción de los ácidos hipohalosos con el metilenociclohexano 1 y la del epóxido 3 de esta olefina con HBr. Mientras que se informó de ambas clorohidrinas regioisoméricas, sólo se obtuvo una bromohidrina, el regioisómero 2 (mp.82 o -83 o ). Las asignaciones estructurales se realizaron sin la ayuda de la espectroscopia nmr.

Sisti 2 reinvestigó estas reacciones y proporcionó pruebas convincentes con la ayuda de la nmr de que la estructura 2 es el otro regioisómero 8 (mp.82 o -83 o y el punto de fusión de la mezcla sin comprimir). Oxímero predecible de la olefina 3 llevó a la mercurialidad 6 que se convirtió fácilmente en bromohidrina 8 y también reducido con NaBH ₄ para formar ciclohexanol terciario 7 . Preparación de la bromohidrina 2 se logró en parte por la reducción del bromoester 4 con LiAlH ₄ . Los grupos metileno no anulares se distinguieron por nmr: 2 (CH ₂ OH, δ 3,70); 8 (CH ₂ Br, δ 3,37).

Para responder adecuadamente a esta pregunta, es importante tener la estructura correcta del producto antes de proporcionar un mecanismo para su formación.

1) Traynham, J. G.; Pascual, O. S. Tetraedro , 1959 , 7 , 165.
2) Sisti, A. J. J. Org. Chem. , 1968 , 33 , 3953.

Answer 3

Siento desenterrar una vieja pregunta pero creo que faltan algunos puntos importantes:

El resultado experimental se explica fácilmente por el impedimento estérico y la polarización de un ion bromonio formado debido a la adición de $\ce{Br+}$ al alqueno (anillo de tres miembros). Se produce un ataque SN2 del agua (¡el hidróxido no es muy común en los medios acuosos ácidos!) al ion bromonio. El ataque nucleófilo en el anillo de ciclohexilo es más difícil (lento) que en el sitio expuesto (rápido). Además, el anillo de ciclohexilo proporciona un efecto +I, desactivando el carbono del anillo de ciclohexilo para el ataque nucleofílico.

Answer 4

Además, quería añadir que en realidad no es posible obtener HOBr puro. Estas especies existen en equilibrios complicados en solución acuosa. Se sabe que se desproporcionan a estados de oxidación más estables (incluyendo el bromuro) y existen en un equilibrio con bromo y agua . Al igual que otros agentes halogenantes electrófilos, como la N-bromosuccinimida, suministran una pequeña concentración del halógeno molecular a la solución. Se puede tratar esto como la entidad reactiva en la reacción.