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Umpolung oder Umkehrung der Polarisation ist ein Konzept in der organische Chemie wo ein funktionelle Gruppe durch einen gezielten Eingriff von Polarisation ändert (so werden die Donoreigenschaften in Akzeptoreigenschaften umgewandelt und umgekehrt).^[1] Diese Veränderung kann zu neuen Reaktionen führen, die bei normaler Polarisation nicht möglich sind. Das Konzept wurde von der Deutsche Chemiker Dieter Seebach und der amerikanisch Chemiker Elias James Corey. Der Begriff umpolung, die im DeutschePolaritätsumkehr bedeutet, bleibt normalerweise unübersetzt. Klassisch umpolung-Reaktionen sind Reaktionen mit Grignard-Reagenzien und der Benzoinkondensation.

Umpolung der Carbonylgruppe

Die umfangreichste Anwendung der Umpolung ist die Umkehrung der Polarisation des Carbonylgruppe. Diese Funktionsgruppe besteht aus a Kohlenstoffatom Welche doppelt gebunden ist mit Sauerstoff. Dadurch wird Kohlenstoff teilweise positiv geladen und Sauerstoff teilweise negativ; Kohlenstoff ist also ein elektrophil Zentrum und kann daher nicht mit Elektrophilen reagieren. Bei manchen Reaktionen muss dieses Kohlenstoffatom jedoch teilweise negativ geladen sein und sich daher wie ein Nukleophil. Bezüglich retrosynthetische Analyse Unterm Strich muss nun ein Acylkation (bei dem Kohlenstoff die normale positive Polarisation hat) in ein Acylanion umgewandelt werden.

Es gibt einige Methoden oder alternative Reagenzien, die dies tun können:

• Umwandlung der Carbonylgruppe in a Thioacetal
• Benutzen Nitroalkane
• Benutzen Cyanhydrine
• Benutzen Enolether
• Benutzen Acetylide

Thioacetale

Aufgrund der Reaktion von 1,3-Propandithiol mit einer Carbonylverbindung, katalysiert durch eine Lewis-Säure, ein Thioacetal (insbesondere a 1,3-Dithian). Falls der Carbonylkohlenstoff an a . gebunden ist Wasserstoffatom, wie in a Aldehyd, das geht mit einem sehr starken organische basis (wie nein-Butyllithium) deprotoniert werden, wo a Carbanion entsteht. Auf diese Weise erhält der ursprünglich elektrophile Carbonylkohlenstoff nun eine negative Ladung. Die negative Ladung wird durch die Anwesenheit von . stabilisiert d-Orbitale auf Schwefel.

Das resultierende 2-Lithio-1,3-dithian kann als Nukleophil in a . durchführen so_Nein2 Reaktion mit Alkyl- oder Arylhalogeniden, wie Benzylbromid oder 1-Chlorbutan, mit Epoxide und mit anderen Carbonylverbindungen:

Diese Reaktion wird als Corey-Seebach-Reaktion.

Darüber hinaus liefert die Reaktion mit spezifischen Reagenzien α-Ketoverbindungen:

• Mit Aldehyde Es werden α-Hydroxyketone gebildet.
• Mit Ester von Ameisensäure Es werden α-Ketoaldehyde gebildet.
• Mit Estern von Carbonsäuren Es entstehen α-Ketocarbonylverbindungen.
• Mit Estern von Chlorameisensäure α-Ketoester werden gebildet.
• Mit Kohlendioxid Es entstehen α-Ketocarbonsäuren.

Das Dithian wird nach der Reaktion umgewandelt hydrolysiert mit einer Mischung aus Quecksilber(II)-chlorid, Quecksilber(II)-oxid und Wasser. In Ergänzung, [Bis(trifluoracetoxy)iod]benzol als Hydrolysereagenz verwendet. Aufgrund der hohen Nukleophilie von Schwefel gegenüber Sauerstoff ist es nicht möglich, die Hydrolyse mit Wasser allein durchzuführen. Dies steht im Gegensatz zur Hydrolyse von Acetale, die auch mit leicht saurem Wasser gespalten werden kann.

Nitroalkane

Das Wasserstoffatom von Nitroalkanen ist sehr Acid, wegen der Stabilisierung durch Resonanz. Und so kam es dass der pk_ein von Nitroethan 8,5, was es etwa 10 Millionen Mal saurer macht als Wasser. Das resultierende Carbanion nach Deprotonierung mit a Base kann als Nukleophil wirken. Es kann beispielsweise mit Aldehyden reagieren, um eine -Hydroxynitro-Verbindung zu bilden (Henry-Reaktion). Die Nitrogruppe kann dann in eine Carbonylgruppe umgewandelt werden, indem die Nef-Reaktion. Ein Beispiel ist die Reaktion von Nitromethan mit einem Aldehyd zu einem α-Hydroxyaldehyd:

Solche Reaktionen werden regelmäßig bei der Synthese von Zucker.

Cyanhydrine

EIN Cyanhydrin von denen es Alkoholanteil ist geschützt wie Acetal (z.B. durch Reaktion mit Ethylvinylether oder Dihydropyran) hat auch ein saures Wasserstoffatom. Die Deprotonierung führt zur Bildung eines Carbanions, das Nitril-Teil durch Resonanz stabilisiert. Dieses Carbanion kann als Nukleophil wirken und alkyliert sei durch Reaktion mit a be Alkylhalogenid. Das Acetal wird dann in einem sauren Medium hydrolysiert und dann ist die Nitrilfunktion eliminiert mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid. Hiermit die entsprechenden Keton gebildet.

Enolether

EIN Enolether kann mit einem sehr starke Basis, wie tert-Butyllithium, deprotoniert werden. Das gebildete Carbanion wirkt als Nucleophil und kann beispielsweise mit einem Alkylhalogenid reagieren. Die anschließende Hydrolyse in saurem wässrigem Medium führt zur Bildung der Carbonylverbindung.

Acetylide

Lithiumacetylid kann als synthetisches Äquivalent eines Acylanions fungieren, da es als Nucleophil mit Alkylhalogeniden zu endständigen Alkinen reagiert. Diese können hydrolysiert werden (katalysiert durch Quecksilber(II)sulfat) zum entsprechenden Keton.

Umpolung eines enon

Mit einem Klassiker nukleophile konjugierte Addition besitzt das β-Kohlenstoffatom in a enon elektrophile (elektronenaufnehmende) Eigenschaften. In bestimmten Fällen kann diese Reaktionsstelle jedoch in ein nukleophiles Zentrum umgewandelt werden. Ein Beispiel ist die Reaktion von a hartnäckiges Carben mit einem Enon, wobei zunächst a Carbokation stammt aus dem heterocyclischer Ring (2a). Der β-Kohlenstoff des Enons trägt ein weiteres Wasserstoffatom, das nun mit a . abstrahiert werden kann starke Basis. Das resultierende Carbanion wird durch die Anwesenheit des benachbarten Carbokations (2b). Das Carbanion kann als Nukleophil wirken und einen fünfgliedrigen Ring bilden (3). Addition von a Phosphat führt zur Spaltung des Carbens und zur Neubildung des Enons (4).^[2]

Umpolung eines Amins

EIN Stickstoffatom in einem Amin besitzt nukleophile Eigenschaften aufgrund der Anwesenheit von a freies Elektronenpaar. Diese Polarisation kann umgekehrt werden, wenn das Stickstoffatom ein primäres oder sekundäres Amin mit einem guten Austrittsgruppe (so wie ein Halogen, ein Alkoxygruppe oder ein Tosylgruppe). Die resultierende Verbindung kann nun als Elektrophil wirken und mit Nukleophilen reagieren. Ein Beispiel ist die elektrophile Aminierung von Carbanionen.^[3]

Grignard-Reagenzien

Die Vorbereitung von Grignard-Reagenzien geht grob durch Einfügen Magnesium in einer Kohlenstoff-Halogen-Bindung. Wo Kohlenstoff in a Halogenalkan positiv polarisiert, erhält es im entsprechenden Organomagnesiumhalogenid eine negative Polarisation. Dies ist auch eine Form der Umpolung.