Weiss-Reaktion

Die Weiss-Reaktion ist eine Namensreaktion aus dem Bereich der Organischen Chemie zur Synthese bicyclischer Diketone. Die Reaktion ist benannt nach ihrem Entdecker Ulrich Weiss (1908–1989). Da es sich bei der Weiss-Reaktion um eine Kondensationsreaktion handelt und Weiss zusammen mit seinem Studenten James M. Cook (* 1945) an der Synthese von bicyclischen Diketonen gearbeitet hat, kommen in der Literatur die Bezeichnungen Weiss-Cook-Kondensation, Weiss-Cook-Reaktion und Weiss-Cook-Prozess vor. Die Reaktion zeichnet sich durch die Bildung von vier Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und den Einsatz von einfachen Edukten, die zu komplizierten Produkten reagieren, aus.

Übersichtsreaktion

Bei der Weiss-Reaktion handelt es sich um eine Reaktionskette von zwei Aldolreaktionen gefolgt von zwei Michael-Reaktionen. Aus einer 1,2-Dicarbonylverbindung und zwei Äquivalenten 3-Oxoglutarsäurediestern (z. B. 3-Oxoglutarsäuredimethylester) entsteht in basischer oder schwach sauren Pufferlösung ein cis-Bicyclo[3.3.0]octan-3,7-dion.

Übersichtsreaktion
Übersichtsreaktion

In der Übersichtsreaktion ist die 1,2-Dicarbonylverbindung symmetrisch. Wenn stattdessen, wie im Beispiel unten, eine unsymmetrische 1,2-Dicarbonylverbindung als Edukt eingesetzt wird, entsteht als Produkt ein Bicyclus mit zwei verschiedenen Resten R (H, Organylgruppe wie z. B. Alkylgruppe).

Reaktionsmechanismus

Der Mechanismus ist noch nicht vollständig bewiesen, kann aber wie folgt diskutiert werden: Zuerst erfolgt eine intermolekulare Aldoladdition des 3-Oxoglutarsäuredimethylesters 1 an die 1,2 Dicarbonylverbindung 2, wobei in diesem Fall R1 = R2 = H gilt. Es entsteht ein Aldol 3. Die daran anschließende intramolekulare Aldoladdition hat ein ringförmiges Intermediat 4 zur Folge.

Mechanismus der Weiss-Reaktion, inter- und intramolekulare Aldoladditionen
Mechanismus der Weiss-Reaktion, inter- und intramolekulare Aldoladditionen

Nach einer Protonierung und zweimal durchgeführten Dehydratisierung kann das zweite Äquivalent des 3-Oxoglutarsäuredimethylesters durch eine intermolekulare Michael-Reaktion (1. Michael-Addition) mit dem Zwischenprodukt 5 verknüpft werden. Es folgt unmittelbar eine intramolekulare Michael-Reaktion (2. Michael-Addition), durch die das cis-Bicyclo[3.3.0]octan-3,7-dion 6 entsteht.

Mechanismus der Weiss-Reaktion, inter- und intramolekulare Michael-Additionen
Mechanismus der Weiss-Reaktion, inter- und intramolekulare Michael-Additionen

Die vier Estergruppen des Produkts können durch saure Hydrolyse und anschließender Decarboxylierung entfernt und somit durch Wasserstoffatome ersetzt werden.

Stereochemie

Bei dieser Reaktion entstehen nur cis-Isomere, da sie bei der Abfolge von thermodynamischen Gleichgewichten um 25,5 kJ/mol stabiler sind als die trans-Isomere.

Beispiel

In einem Beispiel reagieren zwei Äquivalente des 3-Oxoglutarsäuredimethylesters mit 1,2-Cyclopentandion – einer cyclischen 1,2-Dicarbonylverbindung – zu einem komplexen Ringsystem:

Weiss-Reaktion am Beispiel einer cyclischen 1,2-Dicarbonylverbindung
Weiss-Reaktion am Beispiel einer cyclischen 1,2-Dicarbonylverbindung

Statt 1,2-Cyclopentandion können auch viele andere acyclische, cyclische oder bicyclische 1,2-Dicarbonylverbindungen in der Weiss-Reaktion als Edukt eingesetzt werden.

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Louis Harris, Ph.D.: Problems of Drug Dependence 1990, Proceeding of the 52nd Annual Scientific Meeting, The Committee on Problems of Drug Dependence, Inc. In: National Institute on Drug Abuse (Hrsg.): National Institute on Drug Abuse Researches 105. Alcohol, Drug Abuse and Mental Health Administration, 1991, S. 130 (DHHS Publication No. (ADM) 91-1753).
  2. ↑ University of Wisconsin-Milwaukee (Memento vom 16. Dezember 2013 im Internet Archive)
  3. ↑ Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 2968–2973.
  4. 1 2 T. Laue, A. Plagens: Namen- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie. 5. Auflage. B. G. Teubner, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 339–341.
  5. ↑ S. Yang-Lan, M. Mueller-Johnson, J. Oehldrich, D. Wichmann, J. M. Cook, U. Weiss: Reactions of Dicarbonyl Compounds with Dimethyl β-Ketoglutarate. 4. Formation of 1:1 Adducts. In: J. Org. Chem. Band 41, Nr. 26, 1976, S. 4053–4054, doi:10.1021/jo00888a001.
  6. ↑ Bradford P. Mundy, Michael G. Ellert, Frank G. Favaloro, Jr.: Name Reactions in Organic Synthesis, Wiley & Sons, 2. Auflage, 2005, ISBN 0-471-22854-0, S. 682–683.
  7. ↑ R. Mitschka, J. Oehldrich, K. Takahashi, J. M. Cook, U. Weiss, J. V. Silverton: General Approach for the Synthesis of Polyquinanes. Facile Generation of molecular Complexity via Reaction of 1,2-Dicarbonyl Compounds with Dimethyl 3-Ketoglutarate. In: Tetrahedron Letters. Band 37, Nr. 25, 1981, S. 4521–4524, doi:10.1016/j.bbr.2011.03.031.
  8. ↑ Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 2971.
  9. ↑ Jie Jack Li: Name Reactions — A Collestion of Detailed Mechanisms and Synthetic Applications. 4. Auflage. Springer, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-642-01052-1, S. 568–569.
  10. ↑ T. Laue, A. Plagens: Namen- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie. 5. Auflage. B. G. Teubner, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 339–340.
  11. ↑ Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 2968–2971.
  12. ↑ Zerong Wang: Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents. John Wiley & Sons, 2009, S. 2968–2969.
  13. ↑ S. Yang-Lan, M. Mueller-Johnson, J. Oehldrich, D. Wichmann, J. M. Cook, U. Weiss: Reactions of Dicarbonyl Compounds with Dimethyl β-Ketoglutarate. 4. Formation of 1:1 Adducts. In: J. Org. Chem. Band 41, Nr. 26, 1976, S. 4053, doi:10.1021/jo00888a001.