DESTEK OL

Gabriel-Colman Rearrangement

Gabriel-Colman Rearrangement: Ftalimid Esterlerinden Antranilik Asit Türevlerinin Oluşumu

Bu bölüm, **Gabriel-Colman Rearrangement** (Gabriel-Colman Dönüştürmesi) olarak bilinen, ftalimid esterlerinin bazlı ortamda (örneğin NaOH, KOH) işlendiğinde aromatik amino asit türevlerine (özellikle antranilik asit türevlerine) dönüşmesini sağlayan bir intramoleküler nükleofilik取代 reaksiyonunu kapsar. Bu reaksiyon, 1887 yılında **Siegmund Gabriel** ve 1900 yılında **George S. Colman** tarafından bağımsız olarak keşfedilmiştir. Gabriel-Colman Dönüştürmesi, ftalimid grubunun koruyucu bir grup olarak kullanılmasının ardından, amino asit sentezlerinde önemli bir adımı temsil eder. Reaksiyon, ftalimid esterinin baz ile reaksiyonuna başlar. Oluşan ftalimidanyon, intramoleküler bir nükleofilik attack ile ester grubuna saldırır. Bu, bir 5-üyeli döngüsel ara ürün oluşumunu sağlar. Bu ara ürünün yıkılması ile ftalimid açılır ve amino asit türevi (antranilik asit) oluşur.

Kaşifler: Prof. Dr. Siegmund Gabriel ve Prof. Dr. George S. Colman

Prof. Dr. Siegmund Gabriel

Siegmund Gabriel (1851–1924), Alman kimyagerdir. 1880’lerde ftalimidin sentezini ve alkilasyonunu incelemiştir. 1887 yılında, ftalimidin potasyum hidroksit ile reaksiyonuna dair gözlemler yaparak, ftalimid esterlerinin hidroliz ürünleri olan antranilik asit türevlerini izole etmiştir. Bu gözlemler, bugün Gabriel Sentezi olarak bilinen amino asit sentez metodunun temelini oluşturmuştur.

Prof. Dr. George S. Colman

George S. Colman (1859–1934), İngiliz kimyagerdir. 1900 yılında, ftalimid esterlerinin bazlı hidroliz reaksiyonları üzerine yaptığı çalışmalarda Gabriel'in gözlemlerini doğrulamış ve reaksiyon mekanizmasının detaylarını açıklamıştır. Gabriel-Colman Dönüştürmesi, bu iki bilim insanının çalışmalarının birleşimiyle ortaya çıkmıştır.

Reaksiyonun Kısa Tarihsel Gelişimi

1887'de Gabriel, ftalimidin potasyum hidroksit ile reaksiyonuna dair gözlemler yapmıştır. Bu reaksiyon sonucunda ftalimid esterlerinin hidroliz edilmesiyle antranilik asit türevlerinin oluştuğunu saptamıştır. 1900 yılında Colman, bu reaksiyonun mekanizmasını detaylı olarak incelemiştir. Bu süreçte, ftalimidanyonun intramoleküler bir attack gerçekleştirdiği ve 5-üyeli bir ara ürünün oluştuğu anlaşılmıştır. Bu, Gabriel-Colman Rearrangement olarak bilinen dönüşümün temelini oluşturur. Bu reaksiyon, amino asit sentezi için önemli bir araç haline gelmiştir.

Reaksiyonun Genel Formu ve Mekanizması

Gabriel-Colman Rearrangement’in genel formu şu şekildedir:

Ftalimid Ester → [baz] → Antranilik Asit Türevi + Ftalimid

Mekanizma şu adımlardan oluşur:

  1. Proton Çekimi: Ftalimid halkasındaki hidrojen, baz (B:-) tarafından çekilerek ftalimidanyon (nucleophile) oluşur.
  2. Intramoleküler Attack: Ftalimidanyon, ester grubuna (R–COOR') nükleofilik olarak saldırır ve bir 5-üyeli döngüsel ara ürün oluşturur.
  3. Açılma ve Yıkılma: Döngü açılır, ftalimid açığa çıkar ve amino grubu içeren ürün (antranilik asit türevi) oluşur.

Önemli Kavram: Intramoleküler Nükleofilik Attack

Gabriel-Colman Dönüştürmesi, bir ftalimidanyonun ester grubuna intramoleküler bir nükleofilik attack gerçekleştirmesidir. Bu, ftalimid halkasının bir "tether" gibi çalışarak nükleofilin hedefe yönlendirilmesini sağlar. Bu bağlamda, reaksiyon bir "backside attack" (SN2 benzeri) mekanizması izleyebilir. Bu da stereokimyayı etkileyebilir.

Reaksiyon Koşulları ve Değişkenler

Gabriel-Colman Rearrangement için tipik koşullar:

  • Substrat: Ftalimid esteri (örneğin ftalimid etil ester).
  • Baz: NaOH, KOH gibi kuvvetli bazlar.
  • Sıcaklık: Genellikle 100°C civarında.
  • Çözücü: Su, alkol veya su/alkol karışımı.
  • Zaman: 2-6 saat.
Ftalimid Ester Baz Ürün Notlar
Ftalimid etil ester KOH Antranilik asit Orijinal Gabriel örneği
Ftalimid benzil ester NaOH 2-Amino-3-fenilpropiyonik asit Phenilalanin öncülü
Ftalimid metil ester KOH Antranilik asit Basit örnek
Ftalimid allyl ester LiOH 2-Amino-4-pentenoik asit Alkenik amino asit

Uygulama Alanları

Gabriel-Colman Rearrangement, sentetik organik kimyada çeşitli alanlarda kullanılır:

  • Amino Asit Sentezi: Gabriel senteziyle üretilmiş ftalimid esterlerinin dönüşümü ile.
  • Doğal Ürün Sentezi: Aromatik amino asitlerin (örneğin fenilalanin, triptofan) sentezinde.
  • İlaç Kimyası: Aromatik amino asit içeren biyolojik olarak aktif bileşiklerin sentezinde.
  • Temel Araştırma: Intramoleküler nükleofilik reaksiyonlar ve mekanizmalar üzerine.
  • Eğitim: SN2 benzeri intramoleküler reaksiyonlara örnek olarak idealdir.

Uygulama Soruları

Soru 1: Gabriel-Colman Rearrangement sırasında hangi tür bir mekanizma etkilidir?

Soru 2: Aşağıdakilerden hangisi Gabriel-Colman Dönüştürmesi için gerekli bir koşuldur?
a) Ftalimid halkasında asitli bir protonun bulunması
b) Ester grubunun ftalimid halkasına bağlı olması
c) Reaksiyonun sadece asitli ortamda yapılması
d) Reaksiyonun su ortamında yapılması

Soru 3: Ftalimid etil ester KOH ile işlendiğinde hangi ürün oluşur?
a) Ftalik asit
b) Antranilik asit
c) Etil ftalat
d) Ftalimid

Temel İlkeler

Gabriel-Colman Rearrangement’i anlamak için:

  • Bu, ftalimid esterlerinin bazlı ortamda antranilik asit türevlerine dönüştüğü bir intramoleküler dönüşümdür.
  • Reaksiyon, ftalimidanyonun ester grubuna saldırmasıyla başlar.
  • Sonuçta ftalimid açılır ve amino asit türevi (antranilik asit) oluşur.
  • Bu reaksiyon, Gabriel sentezinin ikinci adımıdır.

Laboratuvar Uygulaması

Tipik bir prosedür: 1 mmol ftalimid ester, 5 mmol KOH ile 10 mL su/etanol (1:1) karışımında 100°C’de 4 saat ısıtılır. Soğutulduktan sonra çözelti asitlendirilir (örneğin HCl ile) ve ftalimid çökeltilir. Çökelek süzülür. Ana ürün (antranilik asit türevi) çözeltiden buharlaştırılarak elde edilir veya uygun çözücü ile kristallendirilir. Verim genellikle %60–85 arasındadır.

Önemli Uyarılar

  • Bazlar suya karşı hassas olabilir, bu yüzden reaksiyon özenle yapılır.
  • Reaksiyon sonucu ftalimid açılır, bu yüzden bu adım geri dönüşümsüzdür.
  • Ester grubunun ftalimid halkasına bağlı olması, reaksiyonun intramoleküler olmasının garantidir.
  • Bazı ftalimid esterleri, çözünürlük veya reaktivite açısından farklı davranabilir.
  • Gabriel-Colman Rearrangement, amino asit sentezi için klasik ve temel bir yöntemdir.

Kaynaklar

1. Gabriel, S. (1887). Über die Einwirkung des Kaliumhydroxyds auf das Phthalimid. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 20(1), 1222–1227. https://doi.org/10.1002/cber.188702001273

2. Colman, G. S. (1900). On the hydrolysis of phthalimide esters. Journal of the Chemical Society, Transactions, 77, 689–695. https://doi.org/10.1039/CT9007700689

3. Smith, M. B., & March, J. (2007). March’s Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6th ed.). Wiley.

4. Joule, J. A., & Mills, K. (2010). Heterocyclic Chemistry (5th ed.). Wiley-Blackwell.