A mechanism for efficient proton-transfer catalysis. Intramolecular general acid catalysis of the hydrolysis of 1-arylethyl ethers of salicylic acid

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Abstract

The tert-butyl (1) and 1-arylethyl ethers (2) of salicylic acid are hydrolyzed with efficient general acid catalysis by the ortho-COOH group. The half-life of the neutral COOH form of the tert-butyl ether is 15.2 min at 39°, and the estimated acceleration by the COOH group of 2, X = Me, Y = H is 2.13 × 105. The salicylate leaving group from 2(X = Me, Y = H) has an effective pKa of 2.9, compared with a nominal pKa of 8.52. Analysis of substituent effects in both arylethyl and leaving groups provides the most detailed available mechanistic insight into a reaction involving efficient intramolecular proton-transfer catalysis. The mechanism is very different from classical general acid-base catalysis. Proton transfer takes place very rapidly within a developing strong hydrogen bond, and though an integral part of the C—O cleavage process is practically uncoupled from it. “Strategic delay” of the proton-transfer step, relative to C—O cleavage, makes a significant contribution to efficiency by setting up the conditions for the formation of the strong, intramolecular hydrogen bond.

L'hydrolyse des éthers tert-butyle (1) et 1-aryléthyle (2) de l'acide salicylique se fait avec une catalyse acide générale efficace par le groupe -COOH en ortho. La demi-vie de la forme COOH neutre de l'éther tert-butyle est de 15,2 min à 39° et l'accélération évaluée de groupe COOH de 2, X = Me, Y = H, est de 2,13 × 105. Le pKa effectif du groupe salicylate partant de 2 (X = Me, Y = H) est égal à 2,9 par rapport à un pKa nominal de 8,52. L'analyse des effets de substituants du groupe arylméthyle et des groupes partants fournit la compréhension mécanistique la plus détaillée possible pour une réaction impliquant une catalyse efficace par transfert intramoléculaire de proton. Le mécanisme est très différent de la catalyse générale acide-base classique. Le transfert de proton se produit très rapidement dans la forte liaison hydrogène qui se développe et, même s'il fait partie intégrale du processus de clivage de la liaison C—O, il n'existe pratiquement pas de couplage avec lui.

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