Ramberg-Bäcklund-Reaktion

Die Ramberg-Bäcklund-Reaktion ermöglicht die Umwandlung eines α-Halogensulfones je nach verwendeter Base in ein E- oder Z-Alken. Z-Alkene werden oft mit schwachen Basen erhalten, wohingegen starke Basen meistens E-Alkene ergeben. Die Myers-Modifizierung und neuere Syntheseprotokolle erlauben eine in situ-Generierung der α-Halogensulfone, so dass die einfach zugänglichen Sulfone direkt genutzt werden können, ohne eine problematische Halogenierung durchführen zu müssen.

Mechanismus

Die Ramberg-Bäcklund-Reaktion ist gut geeignet, um Alkene herzustellen, da Sulfone einfach zugänglich sind, die Doppelbindung an einer spezifischen Stelle entsteht (Umlagerungen finden unter basischen Bedingungen nicht statt) und aufgrund der grossen Bandbreite an Substituierungsmustern - inklusive vollständig substituierter Alkene, Cyclobutene und Polyenen. Auch polyfunktionelle Moleküle können umgesetzt werden, solange basensensitive Gruppen geschützt sind.

Der anionische Mechanismus für die Ramberg-Bäcklund-Reaktion ist allgemein akzeptiert. Eine schnelle Deprotonierung wird gefolgt von einer langsamen Cyclisierung zum Thiirandioxid. In diesem Schritt reagieren α-Iodsulfone schneller als Brom- und Chlor-Derivate.

Nach Bildung des Thiirandioxides erfolgt die Abspaltung von SO₂. Ein konzertierter, linear cheletroper Mechanismus wäre symmetrieverboten, so dass dipolare und diradikale, schrittweise Mechanismen vorgeschlagen wurden. Da die Reaktionsrate von der Konzentration der Base abhängt, wird die Bildung einer hypervalenten Zwischenstufe angenommen. Aber die Frage, ob die nachfolgende Abspaltung einen rotationsgehinderten, diradikalischen oder einen konzertierten, nicht-linearen cheletropen Weg einschlägt, muss noch beantwortet werden.

Die Stereoselektivität ergibt für schwache Basen und die meisten Edukte Z-Alkene. Und cis-substituierte Thiirandioxide, die hergestellt wurden, um den Reaktionsmechanismus zu beleuchten, führen selektiv zu Z-Alkenen, wenn sie erwärmt werden, bzw. mit wässriger KOH zur Reaktion gebracht werden.

Somit ist in der Reaktion mit KOH die Selektivität schon während der Cyclisierung fest vorgegeben, und es findet keine Epimerisierung bei der Bildung des Alkenes aus dem cis-substituierten Thiirandioxid statt. Die Bildung des cis-substituierten Thiirandioxides ist bevorzugt, vermutlich durch diastereoselektive Bildung des Carbanions oder Ausbildung von sterischen oder dispersionsinduzierten Wechselwirkungen. Aber mit starken Basen findet bei der Bildung des Alkenes eine Epimerisierung vom cis- zum trans-substituierten Thiirandioxid statt, wie bei der Umsetzung des reinen cis-substituierten Thiirandioxides gezeigt wurde. So kann die Situaton folgendermassen zusammengefasst werden:

Wie oben bemerkt, gibt es Edukte, die bevorzugt zu E-substituierten Alkenen führen. Zum Beispiel begünstigt in α-Chlorbenzylbenzylsulfon die Gegenwart von Phenyl als Substituent, der negative Ladungen stabilisieren kann, die Epimerisierung und damit die Bildung des energetisch stabileren, trans-substituierten Thiirandioxides:

Die selbe Diastereoselektivität kann auch bei der Myers-Modifizierung beobachtet werden, hier durch die Reaktion von Dibenzylsulfon exemplarisch dargestellt:

Aber eine aktuelle Publikation von Taylor zeigt, dass die Situation ein wenig komplizierter ist, sobald höher-substituierte Arylgruppen eingeführt werden (Org. Biomol. Chem., 2005, 3, 756. Abstract).

Für die Synthese von α-Halogensulfonen können Sulfide zuerst chloriert werden und dann oxidiert (erstes Beispiel) oder aber die gut zugänglichen Sulfone werden in der α-Position zuerst deprotoniert (z.B. mit BuLi) und dann nachfolgend mit einem electrophilen Halogenierungsreagenz wie NCS oder NBS umgesetzt. Das zweite Beispiel zeigt eine Alternative mit einem Alanat als Zwischenstufe:

Die Myers-Modifizierung macht diesen problematischen Syntheseschritt oftmals unnötig, da sie eine in situ-Halogierung-Ramberg-Bäcklund-Reaktion in Gegenwart von CCl₄ als Lösungsmittel und Halogenierungsreagenz ermöglicht. Nach der Halogenierung durch das Lösungsmittel vollführt das Zwischenprodukt die Cyclisierung und Alken-Bildung wie von der unmodifizierten Ramberg-Bäcklund-Reaktion gewohnt.

Ein Nachteil ist die Bildung eines reaktiven Dichlorcarbenes, dass an elektronenreiche Alkene addiert und zu gem-Dichlorcyclopropan-Addukten führt, was die Einsatzmöglichkeit der Reaktion doch einschränkt:

Zur Lösung des Problems können Carben-Fänger wie Phenol oder ein zusätzliches Alken eingesetzt werden, oder man nutzt ein besser geeignetes Halogenierungsreagenz. Zum Beispiel können hochsubstituierte, elektronenreiche Alkene durch eine aktuelle Modifizierung von Chan problemloser erhalten werden. Hier wird anstelle von CCl₄ CBr₂F₂ genutzt. Das produzierte Carben :CF₂ ist nicht so reaktiv wie :CCl₂.

T.-L. Chan, S. Fong, Y. Li, T.-O. Man, C.-D. Poon, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1994, 1771-1772.

Für eine Zusammenfassung der Ramberg-Bäcklund Reaktion inklusive einer Vielzahl von Beispielen und synthetischen Optionen wie Pseudohalogenide als Abgangsgruppen beachten Sie bitte eine aktuelle Veröffentlichung von Taylor und Casy (Org. React. 2003, 62, 357. DOI).

Weitere Beispiele von Umsetzungen finden Sie auch in der Literatursektion.