米歇尔–阿尔布佐夫反应

Michaelis–Arbuzov反应，又称Arbuzov反应（阿尔布佐夫反应）

三价磷化合物在卤代烷的影响下，转变为五价磷化合物。最常见的版本是亚磷酸酯通过反应生成一烷基膦酸酯，

Michaelis–Arbuzov反应

但是烷基亚膦酸二烷基酯（RP(OR)₂）和二烷基亚膦酸烷基酯（R₂POR）类型的化合物也可以发生重排，生成二烷基次膦酸烷基酯（OP(OR)R₂）和氧化三烷基膦（OPR₃），因此反应通式可以写作：

Arbuzov反应通式

其中 A 和 B 为直接或通过氧原子与磷相连的烃基或芳基。

反应由奥古斯特·麦可利斯（August Michaelis）于1898年发现，^[1] 而后阿尔布佐夫（Aleksandr Erminingeldovich Arbuzov）对反应作了进一步的研究。^[2][3]

Arbuzov反应是生成 C-P 键的重要反应之一，在大多数情况下产率较好。用这个方法生成的膦酸酯是Horner-Wadsworth-Emmons反应的起始原料。

综述：^[4][5]

反应机理

Michaelis–Arbuzov反应机理

一般认为经典的 Michaelis–Arbuzov 反应是经过两个阶段进行的。第一阶段是三价磷化合物对卤代烃的亲核进攻，磷取代卤离子，生成中间产物𬭸盐。然后卤离子作亲核试剂进攻𬭸盐，𬭸盐分解脱去烃基，得到最终产物膦酸酯。

当 A 和 B 为 R、RO 或 Ar 时，中间产物𬭸盐一般不稳定，在室温就可分解为膦酸酯。而当 A 和 B 为 ArO 时，生成的𬭸盐十分稳定，只有在高温下或在碱性条件下才能分解。^[6][7]

中间体𬭸盐一般不能从溶液中分离出来，但在特殊情况下能得到烷基𬭸盐晶体 (OPh)₃⁺PCPh₃BF₄⁻。其中 BF₄⁻ 亲核性不强，不足以引发第二步反应。^[8] 或用 P(OMe)₃ 与氯丙酮（α-卤代酮）在高氯酸银苯溶液存在条件下生成𬭸盐 (OMe)₃P⁺CH₂COCH₃，红外光谱证实了这个𬭸盐的存在。^[9]

底物条件

一级卤代烃，从溴甲烷和碘甲烷，一直到溴代十四烷，^[10][7] 都会与 ＞P-OR 结构的化合物进行 Michaelis–Arbuzov 反应。

二级卤代烃一般不发生 Michaelis–Arbuzov 反应。^[10] 三级卤代烃中，只有三苯氯甲烷（亚磷酸三甲酯的情况下）和三苯溴甲烷及其衍生物才能与亚磷酸酯、二苯次膦酸酯、焦亚磷酸酯反应。

乙烯基或芳基卤化物通常情况下不能发生 Michaelis–Arbuzov 反应。

含有一级和二级卤原子的二卤化物在反应条件下，只有一级卤原子发生反应，二级卤原子则以卤化氢的形式分裂出去而形成双键。含有两个一级卤原子的二卤化物，视反应条件的不同，可生成卤代膦酸酯^[11][12] 或多亚甲基二膦酸酯。^[10]

三卤化物的 Michaelis–Arbuzov 反应很少，但四卤化物四氯化碳^[13] 可与亚磷酸酯很快起 Michaelis–Arbuzov 反应，生成三氯甲基膦酸酯类。

含有其他官能团的卤代烃以及卤代醚^[14]、卤代酸酯、卤代酮^[15] 也能与亚磷酸酯发生反应，生成相应的膦酸酯衍生物。

如果参与反应的卤代烃与亚磷酸酯中的烃基不相同，那么反应后产生的 R₁-X 会继续与未反应的亚磷酸酯作用，生成 OP(OR₁)₂R₁，产物是混合物。

非经典的Arbuzov反应

除了卤代烃之外，其他含有卤素或不含卤素的亲电试剂也可以与亚磷酸酯发生反应，生成各种五价磷化合物，如含有 P-N、P-S、P-O 键的衍生物。这些反应称为非经典的 Michaelis–Arbuzov 反应，主要可以分为三类：

1、非共轭体系作用下的反应：

${\displaystyle {\rm {\ P(OR)_{3}+Z^{\delta +}\!-\!X^{\delta -}\rightarrow OP(OR)_{2}Z+RX}}}$

例如有机二硫化物与亚磷酸酯生成膦酸一硫酯的反应。^[16]

2、σ,π-共轭体系作用下的反应：

${\displaystyle {\rm {\ P(OR)_{3}+Z\!=\!C\!-\!C\!-\!X\rightarrow OP(OR)_{2}\!-\!Z\!-\!C\!=\!C+RX}}}$

例如 α-卤代醛、α-卤代酮、α-卤代酸酯、α-卤代二羰基化合物、α-卤代酰卤、α-卤代硝基烷等和亚磷酸酯的反应。以 α-卤代酮为例，反应产物是磷酸二烷基乙烯基酯。这个反应即Perkow反应，也被称为所谓“反常”的 Michaelis–Arbuzov 反应，与经典的 Michaelis–Arbuzov 反应是竞争反应。增高温度和减小卤原子的电负性有利于经典 Michaelis–Arbuzov 反应的进行。

3、π,π-共轭体系作用下的反应：

${\displaystyle {\rm {\ P(OR)_{3}+Z\!=\!C\!-\!C\!=\!X\rightarrow OP(OR)_{2}\!-\!Z\!-\!C\!=\!C\!-\!XR}}}$

例如丙烯酸与亚磷酸酯作用生成 β-膦丙酸酯。

参见

• Perkow反应
• 化学反应列表

参考资料

1. Michaelis, A.; Kaehne, R. Ueber das Verhalten der Jodalkyle gegen die sogen. Phosphorigsäureester oder O-Phosphine. Berichte. 1898, 31: 1048. doi:10.1002/cber.189803101190.
2. Arbuzov, A. E. J. Russ. Phys. Chem. Soc. 1906, 38: 687. 缺少或|title=为空 (帮助)
3. Arbuzov, A. E. Chem. Zentr. 1906, II: 1639. 缺少或|title=为空 (帮助)
4. Arbuzov, B. A. Michaelis–Arbusow- und Perkow-Reaktionen. Pure Appl. Chem. 1964, 9: 307–353. doi:10.1351/pac196409020307.
5. Bhattacharya, A. K.; Thyagarajan, G. Michaelis–Arbuzov rearrangement. Chem. Rev. 1981, 81: 415–430. doi:10.1021/cr00044a004.
6. Landuer, S. R.; Rydon, H. N. 458. The organic chemistry of phosphorus. Part I. Some new methods for the preparation of alkyl halides. J. Chem. Soc. 1953: 2224. doi:10.1039/jr9530002224.
7. Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkylphosphites. III. The Synthesis of n-Alkylphosphonic Acids. J. Am. Chem. Soc. 1945, 67 (7): 1180–1182. doi:10.1021/ja01223a045.
8. Karl Dimroth, Axel Nürrenbach. Reaktionen von Phosphorigsäure-triestern und -triamiden mit Carbonium-Ionen 93 (7): 1649–1658. 1960. doi:10.1002/cber.19600930727.
9. P. A. Chopard, V. M. Clark, R. F. Hudson and A. J. Kirby. The mechanism of the reaction between trialkyl phosphites and α-halogenated ketones 21 (8): 1961–1970. 1965. doi:10.1016/S0040-4020(01)98335-8.
10. A. H. Ford-Moore, J. H. William. J. Chem. Soc. 1947: 1465. 缺少或|title=为空 (帮助)
11. Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Tri-alkyl Phosphites. II. Reaction between Triethyl Phosphite and Trimethylene Bromide. J. Am. Chem. Soc. 1944, 66 (9): 1511–1512. doi:10.1021/ja01237a028.
12. Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkyl Phosphites. VII. Some Derivatives of 2-Bromoethane Phosphonic Acid. J. Am. Chem. Soc. 1948, 70 (5): 1971–1972. doi:10.1021/ja01185a512.
13. Gennady M. Kosolapoff. Isomerization of Alkyl Phosphites. VI. Reactions with Chlorides of Singular Structure. J. Am. Chem. Soc. 1947, 69 (5): 1002–1003. doi:10.1021/ja01197a007.
14. В. С. Абраэов, Е. В. Сергеева, И. В. Челпанова. ЖОХ. 1944, 14: 1030. 缺少或|title=为空 (帮助)
15. А. И. Раэумов, А. Е. Арбуэов. ЖОХ. 1934, 4: 838. 缺少或|title=为空 (帮助)
16. Ronald G. Harvey, Herbert I. Jacobson, Elwood V. Jensen. Phosphonic Acids. VI. The Reaction of Trivalent Phosphorus Esters with Organic Disulfides. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85 (11): 1618–1623. doi:10.1021/ja00894a018.

外部链接

• Ford-Moore, A. H.; Perry, B. J. Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.325 (1963); Vol. 31, p.33 (1951). 链接
• Davidsen, S. K.; Phllips, G. W.; Martin, S. F. Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, p.451 (1993); Vol. 65, p.119 (1987). 链接
• Enders, D.; von Berg, S.; Jandeleit, B. Organic Syntheses, Coll. Vol. 10, p.289 (2004); Vol. 78, p.169 (2002). 链接