La reacción de Bucherer-Bergs es la reacción química de compuestos carbonílicos ( aldehídos o cetonas ) o cianhidrinas con carbonato de amonio y cianuro de potasio para dar hidantoínas . [1] [2] [3] [4] La reacción lleva el nombre de Hans Theodor Bucherer .
Tras la condensación del carbonilo con el amonio, la imina formada es atacada por el isocianuro para formar el aminonitrilo. La adición nucleófila del aminonitrilo al CO2 produce ácido cianocarbámico, que sufre un cierre de anillo intramolecular para formar 5-imino-oxazolidin-2-ona. La 5-imino-oxazolidin-2-ona se reorganiza para formar el producto hidantoína a través de un intermedio isocianato . [ cita requerida ]
Reacciones similares a la reacción de Bucherer-Bergs fueron vistas por primera vez en 1905 y 1914 por Ciamician y Silber, quienes obtuvieron 5,5-dimetilhidantoína a partir de una mezcla de acetona y ácido cianhídrico después de haber sido expuesta a la luz solar durante cinco a siete meses. En 1929, Bergs emitió una patente que describía su propia síntesis de una serie de hidantoínas 5-sustituidas. Bucherer mejoró el método de Bergs, descubriendo que se permitían temperaturas y presiones más bajas para la reacción. Bucherer y Steiner también descubrieron que las cianhidrinas reaccionarían tan bien como los compuestos carbonílicos para producir hidantoínas . Más tarde, Bucherer y Lieb descubrieron que el alcohol al 50% era un disolvente eficaz para la reacción. Con este disolvente, los aldehídos reaccionaban bien y las cetonas daban excelentes rendimientos. En 1934, Bucherer y Steiner propusieron un mecanismo para la reacción. Si bien hubo algunos problemas con el mecanismo, fue en su mayoría preciso. [5]
Una limitación de las reacciones de Bucherer-Bergs es que solo tienen un punto de diversidad. Solo los cambios en la estructura de la cetona o el aldehído de partida darán lugar a variaciones en la hidantoína final .
Una forma de aumentar el número de puntos de diversidad es combinando una reacción con 2-metilenaziridina con la reacción de Bucherer-Bergs en una síntesis en un solo recipiente . Primero, la reacción de 2-metilenaziridina 1 con reactivo de Grignard , Cu(I) catalítico y R 2 -X hace que la 2-metilenaziridina abra su anillo y forme una cetimina 2 . Luego, la cetimina se somete a los reactivos de Bucherer-Bergs, lo que da como resultado una hidantoína 5,5'-disustituida 3 . Esta reacción tiene tres puntos de diversidad química, ya que la estructura del compuesto de partida de aziridina , el reactivo organometálico y el electrófilo se pueden variar para sintetizar una hidantoína diferente. [6]
Una mejora de la reacción de Bucherer-Bergs ha sido el uso de ultrasonidos. Más recientemente, muchas reacciones orgánicas se han acelerado mediante irradiación ultrasónica. En el pasado, la reacción de Bucherer-Bergs ha tenido problemas con la polimerización, un tiempo de reacción prolongado y un procesamiento difícil. Las hidantoínas 5,5-disustituidas se pueden preparar utilizando la reacción de Bucherer-Bergs bajo ultrasonidos. En comparación con los informes en la literatura, esto hace que la reacción se pueda llevar a cabo a una temperatura más baja, tenga un tiempo de reacción más corto, un mayor rendimiento y un procesamiento más simple. [7]
Una variación de la reacción de Bucherer-Bergs es el tratamiento del compuesto carbonílico con disulfuro de carbono y cianuro de amonio en solución de metanol para formar 2,4-ditiohidantoínas. [8] Además, la reacción de cetonas con monotiocarbamato de amonio y cianuro de sodio producirá 4-tiohidantoínas 5,5-disustituidas. [9]
En algunos casos, el material de partida carbonílico puede estar lo suficientemente sesgado estéricamente como para que se observe un único estereoisómero . Sin embargo, en otros casos, no hay selectividad en absoluto, lo que da como resultado una proporción de estereoisómeros de 1:1. Un ejemplo tomado de "Name Reactions: Heterocyclic Chemistry" de Jie Jack Li muestra un caso de estereoespecificidad en la reacción de Bucherer-Bergs. Si bien el producto final de la reacción de Bucherer-Bergs es una hidantoína , la hidantoína puede sufrir hidrólisis para formar un aminoácido. Esto es lo que se supone en el ejemplo siguiente. A modo de comparación, también se ha incluido el producto de aminoácidos para la síntesis de Strecker . [10]
Las hidantoínas formadas mediante la reacción de Bucherer-Bergs tienen muchas aplicaciones útiles. Estas son: