Effect of phenyl substitution on ortho ester hydrolysis

ROBERTA. M C C L E L L A N D~~~MASUMA ALIBHAI. Can. J. Chem. 59, 1169Chem. 59, (1981. 'The hydrolysis of the ortho ester 1,l-diethoxy-l,3-dihydroisobenzofuran (1) is described. This hydrolysis proceeds with initial expulsion of an exocyclic ethoxy group, producing upon hydration of the oxocarbonium ion I-hydroxy-1-ethoxy-1,3-dihydroisobenzofuran (7), the tetrahedral intermediate of the lactonization of ethyl (2-hydroxymethyl)benzoate (6) to phthalide (8). Based on the kinetic behavior of the ortho ester hydrolysis, the pH variation in the ratio of 6:8 initially formed from the ortho ester, and the kinetic behavior of the lactonization reaction, rate constants for the breakdown of the tetrahedral intermediate 7 have been determined, along with the equilibrium constant for its formation from the hydroxy ester 6. The breakdown occurs in an extremely rapid hydroxide-ion-catalyzed reaction, with the rate being at the diffusion limit. Hydronium ion catalysis is also observed; this breakdown is also rapid although considerably less so than the hydroxide ion reaction. The changeover from H+ to OH-catalysis occurs at pH 3.5. The rate of breakdown is a minimum at this point, and corresponds to a half-life for the tetrahedral intermediate of about 0.1 s. It is concluded that this allows sufficient time for conformational changes in the tetrahedral intermediate prior to breakdown; this factor must be taken into account in stereoelectronic considerations.ROBERT A. MCCLELLAND et MASUMA ALIBHAI. Can. J. Chem. 59,1169Chem. 59, (1981. On dkcrit I'hydrolyse de I'ortho ester diethoxy-1,l dihydro-1,3 isobenzofuranne (1). Cette hydrolyse se fait avec une expulsion initiale d'un groupe ethoxy exocyclique conduisant aprks hydratation a I'ion oxocarbonium hydroxy-1 Cthoxy-1 dihydro-1,3 isobenzofuranne (7), I'intermediaire tttraedrique de la lactonisation du (hydroxymethy1)-2 benzoate d'ethyle (6) en phtalide (8). On a determine la constante de vitesse de rupture de I'intermediaire tttraedrique 7 ainsi que la constante d'equilibre conduisant a sa formation a partir de I'hydroxy ester 6 en se basant sur le comportement cinktique de I'hydrolyse de I'ortho ester, sur la variation du pH dans le rapport du produits 6:8 qui se forment initialement a partir de I'ortho ester et sur le comportement cinetique de la reaction de lactonisation. La rupture se produit au cours d'une reaction extrcmement rapide catalysee par I'ion hydroxyde dont la vitesse est limitee par la diffusion. On observe egalement la catalyse par I'ion hydronium; cette rupture est egalement rapide quoique considerablement plus faible que celle de la reaction catalysee par I'ion hydroxyde. Le changement de catalyseur de H+ a OH-se produit a un pH de 3,s. La vitesse de rupture est minimale i c e point et correspond a une demie-vie de I'intermediaire tetraedrique d'environ 0,l s. On en conclut que ceci accorde suffisamment de temps a des changements conformationnels de I'intermediaire tktrakdrique avant sa rupture. On doit tenir compte de ce facteur dans les considerations ste...

Section: Discussionmentioning

confidence: 87%

“…In its oxocarbonium-ion-forming stage 1 behaves fairly similarly to a 2-phenyl-2-alkoxy-l,3-dioxolane (3,21). Both systems exhibit general acid catalysis and react at fairly similar rates.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 98%

The tetrahedral intermediate of a lactonization reaction

McClelland¹,

Alibhai²

1981

“…The approximately 100-fold difference in ky observed between cyclic and acyclic orthobenzoates has been explained (35,36) in terms of a steric inhibition of resonance in the dialkoxycarbocation 10 derived from the former. The aromatic ring in 10 is forced out of coplanarity with the .rr system associated with the charge.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

A change in rate-determining step in the hydrolysis of cyclic ketals

McClelland¹,

Seaman²

1984

A kinetic study is reported of the hydrolysis of 2-methoxy-2-phenyltetrahydrofuran and 2-ethoxy-2-phenyltetrahydrofuran. At pH >6 the rate-determining step involves H'-catalyzed formation of the oxocarbocation, this reaction occurring with cleavage of the exocyclic alkoxy group to produce a cyclic cation. Between pH 5 and pH 6 a change-over occurs and at pH <5, the rate-determining step in product formation is breakdown of the cyclic hemiketal intermediate, 2-hydroxy-2-phenyltetrahydrofuran. The changeover occurs because the H'-catalyzed breakdown of this intermediate is a slower process than the H'-catalyzed oxocarbocation-forming step. Hydroxide ion catalysis makes the hemiketal decomposition faster at higher pH. Analogous cyclic ortho esters (2-alkoxy-l,3-dioxolanes) show this same change in rate-determining step between high pH and low pH, while acyclic acetals, ketals, and ortho esters generally have the oxocarbocation-forming stage rate determining at all acidities. It is concluded that the structural features inherent in the cyclic systems are responsible for the difference. In particular, the oxocarbocation-forming stage involves exocyclic bond cleavage, giving it an entropic advantage over the hemiketal or hemiorthoester breakdown which is endocyclic.ROBERT A. MCCLELLAND et N. ESTHER SEAMAN. Can. J. Chem. 62, 1608 (1984.On rapporte une ttude cinCtique de I'hydrolyse du methoxy-2 phtnyl-2 tttrahydrofuranne et de 1'Cthoxy-2 phtnyl-2 tCtrahydrofuranne. A un pH > 6, 1'Ctape dtterminante fait intervenir la formation d'un oxocarbocation qui est catalyste par H' et qui implique un clivage du groupe alkoxy exocyclique afin de produire un cation cyclique. A des pH compris entre 5 et 6, il se produit une transition dans le mtcanisme de la reaction; a un pH inftrieur a 5, I'Ctape dtterminante est la rupture de I'htmicCtal cyclique intermtdiaire, l'hydroxy-2 phCnyl-2 tttrahydrofuranne. La transition dans le mtcanisme rtactionnel se produit parce que la rupture de cet intermtdiaire, catalyste par H', est un processus"plus lent que l'ttape de formation de I'oxocarbocation, catalyste par H'. La catalyse par I'ion hydroxyde fait que la dtcomposition de I'htmicttal se fait de plus en plus rapidement a mesure que l'on augmente le pH. Dans le cas des ortho esters cycliques analogues (alkoxy-2 dioxolannes-1,3), on observe le m&me type de transition entre les Ctapes dtterminantes lorsqu'on passe des pH faibles aux pH plus tlevts; par ailleurs, quel que soit le pH, la formation de l'oxocarbocation est gtntralement I'Ctape dtterminante lors de I'hydrolyse des acttals acycliques, des cttals et des ortho esters. On en conclut que les caracttristiques structurales inhCrentes aux systemes cycliques sont responsables de la difftrence. En particulier, la formation de l'oxocarbocation qui implique le clivage de la liaison exocyclique posskde un avantage entropique sur les ruptures impliqutes lors de I'hydrolyse des htmicttal ou ortho ester qui sont endocycliques.[Traduit par le journal]A three-stage reaction mechanism is now commonl...

“…Nitro-6 dihydro-3,4 isocoutnmine: F: 162-164°C (MeOH); rendement 5 La mCme procedure exptrimentale a t t t suivie pour les autres substituants au facteur temps de rtaction pres: 48 h pour les mtthoxy-6 et rntthoxy-7, 96 h pour les nitro-6 et nitro-7. Les intensites relatives des protons rntthyltniques sur le carbone C3 de la lactone (triplet, J = 6 Hz, 6 = 4,6 ppm) et des protons mtthyleniques de la fonction ester de I'hydroxy-ester (quadruplet, J = 7 Hz, 6 = 4,40 ppm) permettent de determiner la proportion des produits form& dans les conditions cinttiques (cf.…”

Section: Partie Experimentaleunclassified

Détermination cinétique de la nature du conformère réactif dans l'hydrolyse des orthoesters

Lamaty¹,

Moreau²,

Mouloungui³

1983

The rates of hydrolysis of the following orthoesters, 6 or 7-substituted 1,1-diethoxy 3,4-dihydrobenzo-2-pyrans (R = 6-MeO, H, 7-MeO, 7-NO2 and 6-NO2) were determined at 27 °C in water/dioxan (2:1 by volume). The catalytic rate constants as well as the Hammett ρ constants show that the rate-determining step is the formation of a cyclic carboxonium ion intermediate and constitute a kinetic piece of evidence for the determination of the nature of the reactive conformer in hydrolysis of 2,2-dialkoxy tetrahydropyran orthoesters.