Vorresti sapere a cosa serve la reazione di Wittig? Sei nel posto giusto! La reazione di Wittig è un'importantissima reazione organica che serve a sintetizzare alcheni mediante l'uso di una classe particolare di composti del fosforo chiamati "ilidi". I substrato su cui viene eseguita la reazione di Wittig sono aldeidi e chetoni. Ecco la formula generale della reazione:
Si usano le ilidi perché stabilizzano particolarmente bene il carbanione e possono essere quindi usate in condizioni tutto sommato controllate. Vedremo inoltre che scegliendo ilidi opportune si possono ottenere prodotti stereospecifici.
Ma prima di tutto, come si preparano le ilidi?
Per reazione di alogenuri alchilici con trifenilfosfina e successiva deprotonazione!
1) La prima parte della reazione è una semplice SN2, Il fosforo della trifenil fosfina presenta un doppietto di non condivisione che può andare ad attaccare il carbonio elettrofilo dell'alogeno-alcano con conseguente uscita dell' alogenuro (si formerà un sale di alogenuro). Il substrato preferenziale per questa reazione sono in effetti alogeno-derivati (gli alogeni sono buoni gruppi uscenti) ma nulla vieta di operare la sostituzione su un altro substrato.
2) Dato che il fosforo presenta quattro legami ed è dunque circondato da quattro elettroni, presenta una carica positiva. Questo intermedio è relativamente stabile (sebbene reattivo), considerato che la carica può essere delocalizzata sui gruppi aromatici. D'altra parte la carica stessa induce il fosforo ad attrarre con forza maggiore gli elettroni di legame rendendo acidi gli idrogeni in α (adiacenti). Trattando infatti con una base molto forte, come l'etossido di sodio, sono quelli che vengono "strappati" più facilmente.
Abbiamo generato quindi un carbanione adiacente ad un eteroatomo con carica positiva. I composti che presentano questo particolarissimo tipo di legame vengono chiamati "ilidi".
Vediamo quindi in dettaglio il meccanismo della reazione di Wittig.
Meccanismo di reazione
Innanzitutto, va puntualizzato che per le ilidi di fosfonio possiamo scrivere una formula di risonanza che non presenta separazione di carica:
Ed è anche la formula di risonanza più stabile. In ogni caso, entrambe le formule sono utili a descrivere l'ibrido. Adesso, vediamo come questi reagisce con un chetone o aldeide:
1) In primo luogo si ha l'attacco da parte del carbonio nucleofilo dell'ilide ai danni del gruppo carbonilico del chetone. Il doppio legame si apre e otteniamo un intermedio tetraedrico, con una carica negativa sull'ossigeno e una positiva sul fosforo. Questo intermedio con carica separata sugli eteroatomi (P ed O) viene chiamato intermedio betainico.
2) Il fosforo ha forte carattere ossigenofilo, e si arriva ad un intermedio che presenta un ciclo a quattro termini con un legame fosforo - ossigeno.
3) Facciamo adesso due considerazioni. Il fosforo è meno elettronegativo del carbonio, ovvero un legame C-P sarà polarizzato a favore del carbonio. Il legame P-O è un legame particolarmente stabile. Quello che succede è che secondo un meccanismo concertato il legame C-P si rompe, con gli elettroni di legame che vanno al carbonio, mentre O richiama elettroni dal legame in cui era impegnato e si lega col fosforo.
Il risultato è che viene eliminata una molecola di trifenil fosfina ossido (nell'ambiente di reazione da un precipitato solido facile da separare) ed otteniamo il doppio legame desiderato.
...Riepilogo
La reazione di Wittig consente di ottenere alcheni in cui la localizzazione del doppio legame non lascia spazio ad ambiguità. La reazione è esente dai problemi tipici, ad esempio, della sintesi di alcheni con reazioni di eliminazione, come le trasposizioni.
Per semplicità, si osservi che, indicando solo i due substrati che effettivamente vogliamo far reagire, il prodotto della reazione corrisponde quasi alla semplice sovrapposizione delle due molecole. Ovviamente questo è solo un piccolo trucco per immaginarsi velocemente il prodotto di reazione, senza trascurare la chimica che sottende effettivamente la reazione.
Stereoselettività nella reazione di Wittig
Nell'esempio che abbiamo mostrato sopra non c'è ambiguità dal punto di vista della stereoselettività della reazione, dato che il cicloesanone è una molecola perfettamente simmetrica. Quando però, l'aldeide/chetone sono asimmetrici, si pone il problema della stereoselettività.
Se sostituiamo ad esempio il ciclo esanone con un 2 - butanone e lo facciamo reagire con la stessa ilide dell'esempio precedente:
ottengo un prodotto che può dare isomeria cis-trans. Ottengo una mistura dei due diastereoisomeri o una delle due specie preferenzialmente?
La reazione di Wittig può essere sia E (ma molto lenta) che Z selettiva.
La reazione è E selettiva quando le ilidi sono stabilizzate, mentre è Z quando le ilidi non sono stabilizzate.
Ci sono vari gruppi che possono stabilizzare un ilide, tutti quei gruppi che permettono la delocalizzazione della carica negativa del carbanione. Vediamo un esempio:
Quest' ilide è fortemente stabilizzata dalla risonanza sul sistema aromatico. Se la facciamo reagire con un chetone o un aldeide otteremo quindi l'alchene E.
