Что такое nbs в химии

Аллильное бромирование алкенов N-бромсукцинимидом по К. Циглеру

Приведенная реакция представляет в сущности частный случай реакции галогенирования алкенов, но она имеет и самостоятельное значение и потому рассматривается отдельно. Галогенирование олефинов по аллильному положению можно осуществить под действием многих реагентов, из которых чаще всего используется $N$-бромосукцинимид (англ. сокращение NBS, рус. сокращение N-БС). В этом случае процесс носит название реакции Воля — Циглера, или бромирования по Волю Циглеру. Для реакции применяют неполярные растворители, обычно $CCl_4$. Из других $N$-бромоамидов использовались различные $N$-бромогидантоины и $N$-бромокапролактам. Аллильное хлорирование изучено в гораздо меньшей степени, оно проводится под действием $N$-хлоросукцинимида, $N$-хлоро-$N$-циклогексилбензолсульфамида или трет-бутилгипохлорита. При использовании других реагентов в реакции необходимо применять инициатор, обычно это пероксиды или реже УФ-облучение.

Селективность реакции

Как правило, реакция специфична относительно аллильного положения и продукт получается с высоким выходом. Однако, если промежуточно образующийся аллильный радикал несимметричен, может наблюдаться аллильный сдвиг и в результате образуется смесь двух возможных продуктов, например.

Если при двойной связи имеются два разных $alpha$-положения, как, например, в $CH_3CH — CHCH_2CH_3$, водород у вторичного атома углерода замещается легче, чем у первичного. Относительная реакционная способность водорода при третичном атоме углерода не ясна, хотя описано много реакций замещения при третичном аллильном положении. Удается провести бромирование с обеих сторон от двойной связи. Благодаря электроноакцепторным свойствам брома второй атом брома легче присоединяется с другой стороны двойной связи, а не в α-положение к первому атому брома.

$N$-Бромосукцинимид оказывается также высокорегиоселективным бромирующим агентом относительно других положений, в том числе ос-положений к карбонильной группе, к тройной связи, к атому бора и к ароматическому кольцу (бензильное положение). Когда в одной молекуле имеются и двойная и тройная связи, замещение преимущественно происходит по $\alpha$-положению к тройной связи. Региоселективность N-БС можно существенно повысить, меняя растворитель.

Механизм аллильного бромирования

То, что механизм аллильного бромирования носит свободно-радикальный характер, было показано Даубеном и МакКоем, которые нашли, что реакция очень чувствительна к свободнорадикальным инициаторам и ингибиторам и не происходит в отсутствие хотя бы следов инициатора. В их работах было показано, что частицей, которая действительно отрывает водород от субстрата, является атом брома. Реакция инициируется малыми количествами радикала $Br$; как только он образуется, главные стадии роста цепи имеют вид:

Молекулярный бром образуется в результате быстрой ионной реакции между N-БС и $HBr$, выделяющимся в стадии 1:

Таким образом, функции N-БС сводятся к обеспечению источника $Br_2$ в низкой стационарной концентрации и к использованию выделяющегося в стадии 1 $HBr$. В пользу этого механизма свидетельствует тот факт, что N-БС и $Br_2$ проявляют близкую селективность; кроме того, различные $N$- бромоамиды также имеют близкую селективность, что согласуется с гипотезой о том, что в каждом случае реагирующей является одна и та же частица.

Может возникнуть вопрос, почему же $Br_2$, если он является реагирующей частицей, не присоединяется по двойной связи либо по ионному, либо по свободнорадикальному механизму. По-видимому, причиной служит низкая концентрация брома. При бромнровании двойной связи только один атом атакующей молекулы брома связывается с субстратом независимо от того, по какому механизму происходит присоединение, по электрофильному или свободнорадикальному:

Второй атом брома поставляется другой бромосодержащей молекулой или ионом. Если концентрация брома достаточно низка, вероятность того, что подходящая частица окажется в непосредственной близости от интермедиата, очень мала. В любом случае интермедиат возвращается в исходное состояние, что открывает путь конкурентной реакции аллильного замещения. Если это рассуждение справедливо, должна существовать возможность бромирования олефина по аллильному положению без конкурентного присоединения даже в отсутствие N-БС или других аналогичных агентов, если поддерживать очень низкую концентрацию брома н удалять $HBr$ по мере образования, с тем чтобы подавить конкурентную стадию присоединения. Это было подтверждено экспериментально.

В полярных растворителях механизм может быть совершенно другим, включающим электрофильную атаку ионом $Br+$. В протонирующих растворителях отрывающей частицей может служить протонированный радикал:

Аллильное хлорирование проводилось под действием $N$-хлоросукцинимида в присутствии таких катализаторов, как арилселенилхлориды $ArSeCl$, арилдиселениды $ArSeSeAr$ или $TsNSO$. При использовании селеновых катализаторов с высокими выходами получались перегруппированные аллилхлориды; при использовании $TsNSO$ образовывались неперегруппированные аллилхлориды с низким выходом. Свободнорадикальный механизм в этих реакциях маловероятен.

Прямое газообразное хлорирование

Реакцией, родственной аллильному галогенированию по Циглеру считается прямое газообразное хлорирование пропилена при 400 – 500 ºС:

В настоящее время эта реакция лежит в основе промышленного способа получения хлористого аллила в больших количествах. В таких условиях присоединение хлора к двойной связи становится обратимой реакцией, где равновесие сильно смещено в сторону исходных реагентов. С этой реакцией успешно конкурирует прямое радикальное замещение водорода в аллильном положении:

Аллилхлорид используется для получения эпихлоргидрина

и других соединений с аллильной группой.

Таким образом, реакции радикального замещения водорода в аллильном положении, как и реакции радикального присоединения по двойной связи, столь же типичны для алкенов, как и процессы электрофильного присоединения по кратной связи.

N-Bromosuccinimide (NBS)

N-Bromosuccinimide (NBS) is a brominating and oxidizing agent that is used as source for bromine in radical reactions (for example: allylic brominations) and various electrophilic additions. The NBS bromination of substrates such as alcohols and amines, followed by elimination of HBr in the presence of a base, leads to the products of net oxidation in which no bromine has been incorporated.

Name Reactions

Recent Literature

An efficient and user-friendly procedure has been developed for the oxidative deprotection of tetrahydropyranyl (THP) ethers with N-bromosuccinimide (NBS) using β-cyclodextrin (β-CD) in water. A series of tetrahydropyranyl ethers were oxidatively deprotected at room temperature in impressive yields.
M. Narender, M. S. Reddy, K. R. Rao, Synthesis, 2004, 1741-1743.

N-alkoxyamides conveniently afford the corresponding carboxylic esters in the presence of NBS in toluene via oxidative homocoupling and the subsequent thermal denitrogenation. Even substrates bearing a bulky or long-chain substituent gave products in good yields in this convenient and economic approach to a direct transformation of an alkoxyamide moiety into the carboxylic ester functional group.
N. Zhang, R. Yang, D. Zhang-Negrerie, Y. Du, K. Zhao, J. Org. Chem., 2013, 78, 8705-8711.

Direct Transformation of Ethylarenes into Primary Aromatic Amides with N-Bromosuccinimide and I₂-Aqueous NH₃
S. Shimokawa, Y. Kawagoe, K. Moriyama, H. Togo, Org. Lett., 2016, 18, 784-787.

An efficient, metal and base-free, chemoselective reaction of boronic acids with cyanamidyl/arylcyanamidyl radicals provides primary aryl-, heteroaryl-, and alkyl amines at ambient temperature within 1 h. The reaction is mediated by PIFA and NBS.
N. Chatterjee, M. Arfeen, P. V. Bharatam, A. Goswami, J. Org. Chem., 2016, 81, 5120-5127.

A stereoselective synthesis of dienes from aldehydes and N-allylhydrazine derivatives offers high levels of (E)-stereoselectivity for a variety of substrates. Addition of a dienophile to the reaction mixture allows a one-flask diene synthesis-cycloaddition sequence.
D. A. Mundal, K. E. Lutz, R. J. Thomson, Org. Lett., 2009, 11, 465-468.

Substoichiometric amounts of thiourea additives mediate the halogenation of alcohols under mild conditions. In the the absence of thiourea, oxidation of the alcohol is observed, whereas the substrate can be recovered when excess thiourea is used. Both bromination and chlorination were highly efficient for primary, secondary, tertiary, and benzyl alcohols and tolerate a broad range of functional groups.
A. R. Mohite, R. S. Phatake, P. Dubey, M. Agbaria, A. I. Shames, N. G. Lemcoff, O. Reany, J. Org. Chem., 2020, 85, 12901-12911.

An efficient one-pot transformation of β-hydroxycarbonyl compounds to α-brominated 1,3-dicarbonyl compounds is achieved with MoO₂Cl₂ in the presence of N-bromosuccinimide. All the reactions were carried out under mild conditions and provide good yields. No bromination occurs at benzylic and allylic positions.
K. Jeyakumar, D. K. Chand, Synthesis, 2009, 306-310.

K. Jeyakumar, D. K. Chand, Synthesis, 2009, 306-310.

Selective oxyhalogenations of alkynes were achieved in water under very mild conditions in the presence of inexpensive halogenating reagents, such as N-bromosuccinimide and N-chlorosuccinimde, and FI-750-M as amphiphile. No halogenation at the aromatic rings was detected. Reaction medium and catalyst can be recycled.
L. Finck, J. Brals, B. Pavuluri, F. Gallou, S. Handa, J. Org. Chem., 2018, 83, 7366-7372.

A triphenylphosphine oxide catalyzed reductive halogenation of an α,β-unsaturated ketone with trichlorosilane as the reducing reagent and an N-halosuccinimide as the electrophilic halogen source enables a selective synthesis of unsymmetrical α-haloketones.
Z. Lao, H. Zhang, P. H. Toy, Org. Lett., 2019, 21, 8149-8152.

Reliable, operationally simple, catalytic α-selective hydroalumination reactions proceed in the presence of diisobutylaluminum hydride and (Ni(dppp)Cl₂), and, unlike uncatalyzed transformations, generate little or no alkynylaluminum byproducts. The derived α-vinyl halides and boronates can be synthesized through direct treatment with the appropriate electrophiles.
F. Gao, A. H. Hoveyda, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 10961-10963.

Trapping of a diazo species in an intermolecular fashion by two independent ion species in tandem at the carbene center installs an electrophile and a nucleophile on the same carbon. This metal-free concept enables regioselective syntheses of various vinyl halides, vinyl sulfones, and alkyne derivatives.
D. P. Ojha, K. R. Prabhu, Org. Lett., 2015, 17, 18-21.

Unsaturated compounds such as alkenes, alkynes, allenes, and methylenecyclopropanes (MCPs) can be dibrominated within minutes by NBS and lithium bromide in THF at room temperature in good to excellent yields under mild conditions.
L.-X. Shao, M. Shi, Synlett, 2006, 1269-1271.

L.-X. Shao, M. Shi, Synlett, 2006, 1269-1271.

L.-X. Shao, M. Shi, Synlett, 2006, 1269-1271.

Stable zwitterionic compounds catalyze a synthesis of α,α-dihalo-N-arylacetamides from β-oxo amides and N-halosuccinimides as the halogen sources. The corresponding α,α-dihalo-N-arylacetamides were obtained in very good yields under mild conditions without strong base or acid.
Z. Ke, Y.-P. Lam, K.-S. Chan, Y.-Y. Yeung, Org. Lett., 2020, 22, 7353-73572.

The use of N-bromosuccinimide enables a metal-free one-pot strategy for the synthesis of pharmaceutically important α-amino ketones from readily available benzylic secondary alcohols and amines. This reaction proceeds via three consecutive steps involving oxidation of alcohols, α-bromination of ketones, and nucleophilic substitution of α-bromo ketones to give α-amino ketones.
S. Guha, V. Rajeshkumar, S. S. Kotha, G. Sekar, Org. Lett., 2015, 17, 406-409.

A combination of N-bromoimide and DBU enables allylic amination reactions of alkenes, in which both internal and external nitrogen nucleophiles can be installed directly. Dual activation of NBS or NBP by DBU leads to more electrophilic bromine and more nucleophilic nitrogen atoms simultaneously. This protocol provides a complementary access to allylic amination under mild conditions.
Y. Wei, F. Liang, X. Zhang, Org. Lett., 2013, 15, 5186-5189.

A convenient and efficient method for aminobromination of alkylidenecyclopropanes is reported. This is exemplified in the stereoselective preparation of N-[(Z)-3-bromobut-3-en-1-yl]-p-toluenesulfonamides by using p-toluenesulfonamide and N-bromosuccinimide (NBS) as nitrogen and bromine sources, respectively.
X. Huang, W.-J. Fu, Synthesis, 2006, 1016-1017.

In a continuous-flow protocol for the bromination of benzylic compounds with only a small excess of N-bromosuccinimide, the radical reactions were activated with a readily available household compact fluorescent lamp (CFL) using a simple flow reactor design based on transparent fluorinated ethylene polymer tubing. All of the reactions were carried out using acetonitrile as the solvent, thus avoiding hazardous chlorinated solvents such as CCl₄.
D. Cantillo, O. de Frutos, J. A. Rincon, C. Mateos, C. O. Kappe, J. Org. Chem., 2014, 79, 223-229.

Mandelic acid catalyzes a highly regioselective aromatic bromination with N-bromosuccinimide (NBS) under aqueous conditions at room temperature. Computational results demonstrate that Lewis basic additives interact with NBS to increase the electropositive character of bromine prior to electrophilic transfer.
S. I. Baker, M. Yaghoubi, S. L. Bidwell, S. L. Pierce, H. P. Hratchian, R. D. Baxter, J. Org. Chem., 2022, 87, 8492-8502.

The Lewis base Trip-SMe (Trip = triptycenyl) catalyzes an electrophilic halogenation of unactivated aromatic compounds using N-halosuccinimides (NXS) at ambient temperature in the presence of AgSBF₆ as source of a non-coordinating anion. The π system of the triptycenyl functionality exerts a crucial role for the enhancement of electrophilicity.
Y. Nishii, M. Ikeda, Y. Hayashi, S. Kawauchi, M. Miura, J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 1621-1629.

A highly regioselective bromination of activated aromatic compounds has been accomplished using N-bromosuccinimide in tetrabutylammonium bromide. Predominant para-selective monobromination of activated aromatics, rate acceleration for less reactive substrates on addition of acidic montmorillonite K-10 clay, with or without microwave assistance, are the notable features of this protocol.
N. C. Ganguly, P. De. S. Dutta, Synthesis, 2005, 1103-1108.

The use of a hexafluoroisopropanol as solvent enables a mild and regioselective halogenation of a broad range of arenes and heterocycles with N-halosuccinimides in good yields. In addition, the versatility of the method is demonstrated by the development of one-pot sequential dihalogenation and halogenation-Suzuki cross-coupling reactions.
R.-J. Tang, T. Milcent, B. Crousse, J. Org. Chem., 2018, 83, 930-938.

A highly para-selective halogenation of arenes bearing electron-donating coordinating groups in the presence of a dimidazolium salt rpovides p-haloarenes in good yields. A plausible mechanism for the catalytic reaction is proposed.
J. Chen, X. Xiong, Z. Chen, J. Huang, Synlett, 2015, 26, 2831-2834.

Highly deactivated aromatic compounds were smoothly monobrominated by treatment with N-bromosuccinimide (NBS) in concentrated sulfuric acid. Mild reaction conditions and simple workup provides a practical and commercially viable route for the synthesis of bromo compounds of deactivated aromatics in good yields.
K. Rajesh, M. Somasundaram, R. Saiganesh, K. K. Balasubramanian, J. Org. Chem., 2007, 72, 5867-5869.

N-Halosuccinimides are efficiently activated in trifluoromethanesulfonic acid and BF₃-H₂O, allowing the halogenations of deactivated aromatics. BF₃-H₂O is more economic, easy to prepare, nonoxidizing, and offers sufficiently high acidity.
G. K. S. Prakash, T. Mathew, D. Hoole, P. M. Esteves, Q. Wang, G. Rasul, G. A. Olah, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 15770-15776.

Aryl and heteroaryl boronic acids react with N-iodosuccinimide and N-bromosuccinimide to give the corresponding iodo- and bromo-arenes in good to excellent yields. The reaction is usually highly regioselective and yields only the ipso-substituted product.
C. Thiebes, G. K. Surya Prakash, N. A. Petasis, G. A. Olah, Synlett, 1998, 141-142.

A high-yielding, general, and practical ortho bromination and iodination reaction of different classes of aromatic compounds occurs by Rh(III)-catalyzed C-H bond activation methodology.
N. Schr�der, J. Wencel-Delord, F. Glorius, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8298-8301.

Using cyano as the directing group, a palladium-catalyzed ortho-halogenation (I, Br, Cl) reaction gave good to excellent yields. The method is compatible to arylnitriles with either electron-withdrawing or electron-donating groups. The present method was successfully applied to the synthesis of the precursors of paucifloral F and isopaucifloral F.
B. Du, X. Jiang, P. Sun, J. Org. Chem., 2013, 78, 2786-2791.

Silver carbonate or nickel(II) chloride catalyzes an ortho-C-H bond halogenation of anilides and N-aryl carbamates with N-halosuccinimides to provide 2-haloanilides and carbamates, which may serve as starting materials for the synthesis of pharmaceutically and biologically active compounds.
E. Kianmehr, H. Afaridoun, Synthesis, 2021, 53, 1513-1523.

An efficient protocol for a highly stereoselective one-pot synthesis of (E)-β-aryl vinyl iodides and (E)-β-aryl vinyl bromides from styrenes is based on a ruthenium-catalyzed silylative coupling followed by a N-halosuccinimide-mediated halodesilylation reaction.
P. Pawluć, G. Hreczycho, J. Szudkowska, M. Kubicki, B. Marciniec, Org. Lett., 2009, 11, 3390-3393.

Using triethylamine as catalyst in Hunsdiecker reactions with N-halosuccinimides as Br + or I + source, cinnamic acids, and propiolic acids are converted to the corresponding α-halostyrenes and 1-halo-1-alkynes in good isolated yields within 1-5 min.
J. Prakash, S. Roy, J. Org. Chem., 2002, 67, 7861-7864.

J. Prakash, S. Roy, J. Org. Chem., 2002, 67, 7861-7864.

(E)-β-Arylvinyl bromides were readily prepared in a short reaction time (1-2 min) by microwave irradiation of the corresponding 3-arylpropenoic acids in the presence of N-bromosuccinimide and a catalytic amount of lithium acetate.
C. Kuang, Q. Yang, H. Senboku, M. Tokuda, Synthesis, 2005, 1319-1325.

An efficient synthesis of α-iodo/bromo-α,β-unsaturated aldehydes/ketones directly from propargylic alcohols is catalyzed collaboratively by Ph₃PAuNTf₂ and MoO₂(acac)₂, and Ph₃PO as an additive helps suppress undesired enone/enal formation. Notable features of this method include low catalyst loadings, mild reaction conditions, and mostly good diastereoselectivity.
L. Ye, L. Zhang, Org. Lett., 2009, 11, 3646-3649.

A regio- and stereoselective iodination, along with some examples for bromination, of readily available acrylamides proceeds under mild conditions via a Rh(III)-catalyzed C-H-activation/halogenation mechanism. The reaction represents a rare example of a direct halogenation of electron-poor acrylic acid derivatives to access a variety of differently substituted Z-haloacrylic acid derivatives.
N. Kuhl, N. Schr�der, F. Glorius, Org. Lett., 2013, 15, 3860-3863.

In an NBS-promoted allyloxyl addition-Claisen rearrangement-dehydrobromination cascade reaction, more than 20 substituted alkynylsulfonamides were reacted with allyl alcohols to generate (2Z)-2,4-dienamides in good yields. Theoretical calculations suggested that a [3,3] sigmatropic rearrangement be the rate-limiting step.
R. Ding, Y. Li, C. Tao, B. Cheng, H. Zhai, Org. Lett., 2015, 17, 3994-3997.

A fast and convenient one-step procedure allows the conversion of α,β-unsaturated carbonyl compounds into their corresponding bromo-enones at room temperature under very mild conditions in high yields using NBS-Et₃N • 3 HBr in the presence of potassium carbonate in dichloromethane.
D. Jyothi, S. HariPrasad, Synlett, 2009, 2309-2311.

A mild, one-pot cyanoimidation of aldehydes using cyanamide as a nitrogen source and NBS as an oxidant was achieved in high yields without the addition of a catalyst. Subsequently, the substituted N-cyanobenzimidate products may also undergo a cyclization reaction to give 1,2,4-triazole derivatives in high yields.
P. Yin, W.-B. Ma, Y. Chen, W.-C. Huang, Y. Deng, L. He, Org. Lett., 2009, 11, 5482-5485.

Sm(OTf)₃ is an effective catalysts for a versatile and efficient halogen-promoted highly regio- and stereoselective Friedel-Crafts (F-C) alkylation of electron-rich arenes with alkenes and α,β-unsaturated carbonyl compounds in the presence of NBS or I₂ as halogen sources.
S. Haira, B. Maji, S. Bar, Org. Lett., 2007, 9, 2783-2786.

A new silver-catalyzed highly regio- and stereoselective difunctionalization reaction of simple terminal alkynes gives (Z)-β-haloenol acetate derivatives in good yields. The resulting products are versatile intermediates in organic synthesis.
Z. Chen, J. Li, H. Jiang, S. Zhu, Y. Li, C. Qi, Org. Lett., 2010, 12, 3262-3265.

A zwitterion-catalyzed intermolecular bromoesterification of alkenes works with acid and olefin in an equimolar ratio. Mechanistic study revealed that the charge pair in the zwitterion works synergistically in activating both NBS and carboxylic acid.
W.-H. Ng, R.-B. Hu, Y.-P. Lam, Y.-Y. Yeung, Org. Lett., 2020, 22, 5567-5571.

A new procedure for aminobromination of olefins gives vicinal bromoamine derivatives in high yields using Cu, Mn, or V catalysts with p-toluenesulfonamide as nitrogen source and N-bromosuccinimide (NBS) as bromine source. Excellent regio- and stereoselectivity is shown for different olefinic substrates as well as transition metal catalysts.
V. V. Thakur, S. K. Talluri, A. Sudalai, Org. Lett., 2003, 5, 861-864.

A convenient and efficient iron-catalyzed aminobromination of alkenes has been developed using inexpensive FeCl₂ as the catalyst, amides/sulfonamides and NBS as the nitrogen and bromine sources, respectively, under mild conditions.
Z. Wang, Y. Zhang, H. Fu, Y. Jiang, Y. Zhao, Synlett, 2008, 2667-2668.

In an efficient, catalyst-free, and metal-free bromoamidation of unactivated olefins, 4-(trifluoromethyl)benzenesulfonamide and N-bromosuccinimide were used as the nitrogen and halogen sources, respectively. The methodology is applicable to both cyclic and aliphatic olefins.
W. Z. Yu, F. Chen, Y. A. Cheng, Y.-Y. Yeung, J. Org. Chem., 2015, 80, 2815-2821.

An efficient catalyst-free radical cross-coupling reaction between aromatic aldehydes and sulfoximines took place in the presence of N-bromosuccinimide as the radical initiator under microwave irradiation to afford the corresponding acylated sulfoximines in good yields.
K. K. Rajbongshi, S. Ambala, T. Govender, H. G. Kruger, P. I. Arvidsson, T. Naicker, Synthesis, 2020, 52, 1279-1286.

N-Sulfenylimines were efficiently synthesized in good yields through the reaction of primary amines and disulfides with NBS or bromine. This reaction can be carried out in an open flask at room temperature without the need for any transition-metal-containing additives. The use of thiols instead of disulfides gave similar results.
R. Kawȩcki, J. Org. Chem., 2022, 87, 7514-7520.

A novel electrophilic one-pot reaction of an olefin, a cyanimide, an amine, and N-bromosuccinimide enables the synthesis of a number of guanidine derivatives with very good yields — including an rTRTVI precursor.
L. Zhou, J. Chen, J. Zhou, Y.-Y. Yeung, Org. Lett., 2011, 13, 5804-5807.

A stereoselective arylation and vinylation of alkenes without transition-metal catalysts takes place through an interesting NBS-promoted semipinacol rearrangement under mild conditions and a subsequent unusual NaOH-mediated Grob fragmentation.
D.-Y. Yuan, Y.-Q. Tu, C.-A. Fan, J. Org. Chem., 2008, 73, 7797-7799.

A novel cationic Br initiated one-pot synthesis using olefin, nitrile, amine, and N-bromosuccinimide gives imidazolines in good yields. The olefinic substrates and the nitrile partners can be flexibly varied to achieve a range of imidazoline derivatives.
L. Zhou, J. Zhou, C. K. Tan, J. Chen, Y.-Y. Yeung, Org. Lett., 2011, 13, 2448-2451.

A general DBU/NBS-mediated one-pot three-component cycloaddition reaction of easily accessible malonic acid derivatives, nitrosoarenes, and alkenes provides direct access to highly functionalized isoxazolidine derivatives with very good yields, broad functional group tolerance, and excellent regio- and diastereo-selectivities under mild conditions.
X. Li, L. Zheng, X. Gong, H. Chang, W. Gao, W. Wei, J. Org. Chem., 2021, 86, 1096-1107.

A N-bromosuccinimide-mediated direct synthesis of 2,5-diarylox�azoles starting from N-H ketoaziridines proceeds via in situ formation of N-bromoketoaziridines followed by generation of azomethine ylides.
H. S. Samimi, F. Dadvar, Synthesis, 2015, 47, 1899-1904.

3-Oxazoline-4-carboxylates as easily available synthetic intermediates can be oxidized to yield oxazole-4-carboxylates. Furthermore, derivatization of 3-oxazoline-4-carboxylates with Grignard reagents enables a facile preparation of 4-keto-oxazole derivatives.
K. Murai, Y. Takahara, T. Matsushita, H. Komatsu, H. Fujioka, Org. Lett., 2010, 12, 3456-3459.

2-Amino-4-alkyl- and 2-amino-4-arylthiazole-5-carboxylates and their selenazole analogues were synthesized by α-halogenation of β-keto esters with N-bromosuccinimide, followed by cyclization with thiourea or selenourea, respectively, in the presence of β-cyclodextrin in water at 50�C.
M. Narender, M. S. Reddy, V. P. Kumar, B. Srinivas, R. Sridhar, Y. V. D. Nageswar, K. R. Rao, Synthesis, 2007, 3469-3472.

Various 2-aryl-3-arylamino-2-alkenenitriles give N-arylindole-3-carbonitriles in a one-pot manner through NBS- or NCS-mediated halogenation followed by Zn(OAc)₂-catalyzed intramolecular cyclization. The process involves the formation of arylnitrenium ion intermediates, which undergo an electrophilic aromatic substitution to give the cyclized N-arylindoles.
Q. Yan, J. Luo, D. Zhang-Negrerie, H. Li, X. Qi, K. Zhao, J. Org. Chem., 2011, 76, 8690-8697.

tert-Butyl sulfoxides can be used as sulfinyl sources in an intramolecular sulfinylation of sulfonamides followed by an all-heteroatom Wittig-equivalent process to afford aryl[4,5]isothiazoles in high yields.
F. Xu, Y. Chen, E. Fan, Z. Sun, Org. Lett., 2016, 18, 2777-2779.

A catalyst-free halogenative cyclization of N-aryl diazoamides with N-halosuccinimides (NXS) provides 3-halooxindoles in good yields through a carbene-free mechanism under mild and catalyst-free conditions. This transformation is proposed to proceed through diazonium ion formation followed by intramolecular Friedel-Crafts alkylation.
C. Ma, D. Xing, W. Hu, Org. Lett., 2016, 18, 3134-3137.

New methodology for the synthesis of variously substituted 2-oxazolines and one dihydrooxazine using aldehydes, amino alcohols, and N-bromosuccinimide as an oxidizing agent is described. This one-pot synthesis is characterized by mild reaction conditions, broad scope, high yields, and its preparative simplicity.
K. Schwekendiek, F. Glorius, Synthesis, 2006, 2996-3002.

A gold-catalyzed cyclization of β-amino-ynone intermediates and halodeauration process enables a rapid and efficient one-step halopyridone synthesis.
K. H. Nguyen, S. Tomasi, M. Le Roch, L. Toupet, J. Renault, P. Uriac, N. Gouault, J. Org. Chem., 2013, 78, 7809-7815.

A versatile and highly efficient Zn(OTf)₂-catalyzed one-pot reaction of alkenes, NBS, nitriles, and TMSN₃ gives various 1,5-disubstituted tetrazoles containing an additional α-bromo functionality of the N1-alkyl substituent.
S. Hajra, D. Sinha, M. Bhowmick, J. Org. Chem., 2007, 72, 1852-1855.

A one-pot synthesis of aryl sulfones from primary alcohols is described. Alcohols were treated with N-bromosuccinimide and triphenylphosphine, followed by addition of sodium arenesulfinate with a catalytic amount of tetrabutylammonium iodide to afford the aryl sulfones in good to high yields.
T. Murakami, K. Furusawa, Synthesis, 2002, 479-482.

Sulfoxides bearing a tert-butyl group can be activated using N-bromosuccinimide (NBS) under acidic conditions. Subsequent treatment with various nitrogen, carbon, or oxygen nucleophiles affords a wide range of sulfinic acid amides, new sulfoxides, and sulfinic acid esters.
J. Wei, Z. Sun, Org. Lett., 2015, 17, 5396-5399.

Cyanide mediates an in situ generation of a nucleophilic sulfinate ion from vinyl sulfones. Subsequent in situ S-alkylation provides sulfones in high yields. In the presence of N-bromosuccinimide, primary and secondary amines underwent sulfonamide formation.
T. Roy, J.-W. Lee, Synlett, 2020, 31, 455-458.

Thiosulfonates synthesized by copper-catalyzed aerobic dimerization serve as substrate for simple and high-yielding strategies for the production of a variety of sulfones and sulfonamides. Thiosulfinates are stable, nontoxic alternatives to metal sulfinate salts derived from toxic SO₂.
P. K. Shyam, H.-Y. Jang, J. Org. Chem., 2017, 82, 1761-1767.

The synthesis of N-cyanosulfilimines can readily be achieved by reaction of the corresponding sulfides with cyanogen amine in the presence of a base and NBS or I₂ as halogenating agents. Oxidation followed by decyanation affords synthetically useful sulfoximines.
O. Garc�a Manche�o, O. Bistri, C. Bolm, Org. Lett., 2007, 9, 3809-3811.

In a one-pot cascade transformation of ketones into α-imidoketones, N-bromosuccinimide (NBS) provides both electrophilic bromine and nucleophilic nitrogen sources, and diazabicyclo[5.4.1]undec-7-ene (DBU) functions as a base and a nucleophilic promoter for the activation of NBS. α-Bromination is supposed as the key step in the process.
Y. Wei, S. Lin, F. Liang, Org. Lett., 2012, 14, 4202-4205.

NBS (N-Bromosuccinimide)

Title: N-Bromosuccinimide (NBS): A Versatile Source of Bromine in Organic Chemistry

N-Bromosuccinimide, better known as NBS, is a brominating and oxidizing agent widely used in organic chemistry. Despite its humble appearance as a white crystalline solid, NBS is responsible for catalyzing several critical transformations, making it a mainstay in the toolbox of organic chemists. This entry delves into the chemical properties of NBS, its applications in organic synthesis, and safety precautions necessary when handling it.

Chemical Properties

N-Bromosuccinimide, with its molecular formula C4H4BrNO2, is a source of bromine and is frequently used when a small, controlled amount of bromine is needed. Structurally, NBS is a derivative of succinimide where one of the hydrogen atoms on the nitrogen atom is replaced by a bromine atom. This N-bromo succinimide ring gives NBS its characteristic reactivity.

NBS stands out for its capacity to facilitate selective bromination. When an allylic or benzylic hydrogen is present, NBS can selectively replace it with a bromine atom, a process known as allylic or benzylic bromination. Such specificity is invaluable when chemists want to modify a molecule without disturbing other functionalities.

Applications in Organic Chemistry

Allylic and benzylic bromination are among the most common applications of NBS in organic chemistry. These reactions can proceed via a radical mechanism under light or heat, or via an ionic mechanism in the presence of a strong acid.

Additionally, NBS can be used in the bromohydrin formation from alkenes, the Hofmann rearrangement of amides to amines, and the oxidation of alcohols. These diverse applications underscore the versatility of NBS as a reagent.

Furthermore, the mild and selective nature of NBS makes it ideal for use in complex molecule synthesis, where conditions must be carefully controlled to ensure the desired product is obtained without affecting other sensitive functional groups.

Safety Information

While NBS is an extremely useful reagent, it is not without its hazards. NBS is harmful if swallowed, inhaled, or comes in contact with skin. It can cause skin and eye irritation, and long-term exposure may lead to more serious health effects.

Safety measures, including the use of personal protective equipment such as gloves, safety glasses, and lab coats, are necessary when handling NBS. Good laboratory practices also dictate that NBS should be used in a well-ventilated area or under a fume hood to prevent inhalation of dust.

In the event of a spill, avoid creating dust, sweep up the material carefully, and place it in a suitable container for disposal. Always dispose of NBS waste responsibly according to local regulations, as it can be harmful to the environment.

Что такое nbs в химии

4.4. Радикальные реакции алкенов

4.4.а. Радикальное присоединение бромистого водорода, катализируемое перекисями и родственные реакции

Присоединение бромистого водорода к алкенам резко отличается от присоединения остальных галогеноводородов — HF, HCl и HI. В зависимости от условий при присоединении HBr к несимметричным алкенам образуются продукты присоединения или в соответствии с правилом Марковникова, или против правила Марковникова. Было установлено, что при полном отсутствии кислорода или пероксидов гидробромирование алкенов строго подчиняется правилу Марковникова. Однако в присутствии кислорода или каталитических количеств пероксидов присоединение HBr осуществляется против правила Марковникова (анти-марковниковское присоединение). Наиболее эффективными инициаторами анти-марковниковского присоединения HBr к алкенам оказались пероксиды, такие как перекись бензоила (C₆H₅COO)₂, трет-бутилгидропероксид (CH₃)₃COOH и др. Рациональное объяснение этого явления было дано М. Харашем (1933 г). Он показал, что механизм реакции изменяется с электрофильного на радикальный., что в свою очередь приводит к полному изменению региоселективности гидробромирования алкена.

Присоединение бромистого водорода, инициируемое кислородом или перекисями, осуществляется по цепному радикальному механизму. Инициирование радикальной цепи заключается в образовании атома брома, который вызывает развитие радикальной цепи.

Образование радикала Br . при зарождении цепи происходит в результате взаимодействия перекисного радикала или кислорода с бромистым водородом. С чисто энергетической точки зрения образование С₆H₅COOH и Br . гораздо выгоднее, чем образование С₆H₅COOBr и H . , поскольку энергия связи О-Н значительно превышает энергию связи О-Br и, следовательно, в радикальном процессе образование С₆H₅COOН и Br . предпочтительнее. Обе стадии развития цепи экзотермичны и характеризуются низкой энергией активации, что обеспечивает развитие цепного процесса. Атом брома присоединяется к концевому атому углерода алкена с образованием более замещенного вторичного радикала. Аналогично карбокатионам, вторичные алкильные радикалы стабильнее первичных. Поэтому на первой стадии развития цепи образуется только вторичный радикал RCH . CH₂Br, а не первичный радикал RCHBrСН_{2 .} . В конечном итоге это приводит к анти-марковниковскому продукту радикального гидробромирования RCH₂CH₂Br.

Аномальное гидрогалогенирование, инициируемое перекисями, характерно для присоединения НBr, но не HCl, HI или HF. Энергия связи С-I настолько мала, что присоединение радикала I . к двойной связи в первой стадии развития цепи эндотермично и требует высокой энергии активации:

хотя вторая стадия развития цепи экзотермична

При радикальном присоединении HCl и особенно HF к двойной связи, напротив, вторая стадия развития цепи характеризуется поглощением тепла, поскольку энергия связи HCl очень высока (103,1 ккал/моль).

Цепные радикальные процессы осуществляются легко только в том случае, когда обе стадии развития цепи экзотермичны. Наличие эндотермичной стадии соответствует медленной реакции с быстрым обрывом цепи. Поэтому радикальное присоединение HF, HCl и HI к двойной связи не происходит.

Целый ряд других соединение с подходящей энергией связи могут присоединяться к двойной связи по радикальному механизму, подобному радикальному присоединению HBr к алкенам. Известны многочисленные примеры присоединения к алкенам сероводорода, тиолов, дисульфидов, четыреххлористого и четырехбромистого углерода, бромтрихлорметана:

CCl₄ и CBr₄ легко реагируют с алкенами в присутствии перекисей, инициирующих радикальные процессы, с образованием аддуктов состава 1:1.

4.4.б. Аллильное бромирование алкенов N-бромсукцинимидом по К. Циглеру

В 1942 г. К. Циглер обнаружил, что реакция алкенов с N-бромсукцинимидом в CCl₄, инициированная перекисями, является общим методом бромирования алкенов в так называемое аллильное положение (аллильным называется атом углерода в -положении по отношению к двойной связи). N-Бромсукцинимид (NBS) получается при взаимодействии сукцинимида (имида янтарной кислоты) с бромом в щелочной среде:

NBS селективно бромирует и циклические алкены только по аллильному атому углерода:

Как можно объяснить бромирование исключительно в аллильное положение и как объяснить образование при бромировании октена-1 сразу двух продуктов, из которых в одном произошло изменение положения двойной связи? Ответ на этот вопрос сводится к рассмотрению особой стабильности аллил-радикала. Бромирование алкенов по Циглеру с NBS представляет собой цепной радикальный процесс с участием атома брома. Атом брома образуется при фотолизе или термической гомолитической диссоциации молекулярного брома, образующегося в очень низкой концентрации из NBS и следов HBr.

Направление радикального галогенирования NBS или хлорсукцинимидом определяется относительной стабильностью радикала, образующегося в качестве интермедиата. Радикальное галогенирование алкенов в аллильное положение обусловлено более низкой энергией С-Н-связи в аллильном положении по сравнению с энергией других C-H-связей. Эти данные для большей наглядности удобно рассмотреть на примере 4-метилциклогексена:

Из них следует, что аллильный радикал стабильнее вторичного алкильного радикала на

8 ккал/моль, на 11 ккал/моль стабильнее первичного алкильного радикала и на 20 ккал/моль стабильнее винильного радикала.

4.4.в. Стабильность аллил-радикала

Рассмотрим строение аллил-радикала CH₂=CHCH_{2 .} . Все атомы углерода в аллил-радикале находятся в sp 2 -гибридном состоянии, а не спаренный электрон располагается на р-орбитали, которая параллельна р-орбиталям двойной связи. Электронная структура незамещенного аллил-радикала характеризуется полной симметрией и р-орбиталь центрального атома углерода в равной степени перекрывается с р-орбиталями обоих соседних атомов углерода и длина связи С₁-С₂ равна длине связи С₂-С₃. Другими словами, стабильность аллил-радикала обусловлена резонансной делокализацией не спаренного электрона по единой -электронной системе.

В теории резонанса реальная структура молекулы или интермедиата вообще не может быть выражена графически с помощью одной формулы, а является наложением нескольких резонансных форм. Для незамещенного аллил-радикала обе резонансные формы эквивалентны, в других случаях они не эквивалентны. Один из самых важных постулатов концепции резонанса заключается в том, что чем больше для данного соединения или интермедиата можно записать резонансных форм, тем выше его термодинамическая стабильность. Другой постулат связывает стабильность с различием в резонансных формах. Эквивалентность резонансных форм, как например для аллил-радикала, аллил-катиона, аллил-аниона, карбоксилат-иона и т. д. повышает стабильность данной частицы по сравнению с другой, для которой резонансные формы неэквивалентны.

С другой стороны, строение аллил-радикала наглядно может быть выражено с помощью молекулярных -орбиталей этой простейшей сопряженной системы. Для того, чтобы построить молекулярные -орбитали аллильного радикала, катиона или аниона, необходимо прежде всего построить -орбитали простейшей молекулы с -связью — этилена.

Молекулярные орбитали этилена.

Молекулярные -орбитали этилена можно построить с помощью метода возмущения молекулярных орбиталей (ВМО) из двух атомных р_Z-орбиталей двух атомов углерода. Согласно теории возмущения при сближении двух атомных р-орбиталей происходит перекрывание этих орбиталей и из двух атомных 2р_Z-орбиталей образуются две новые "возмущенные" молекулярные орбитали и *, одна из которых лежит ниже, а вторая выше базисных атомных 2р-орбиталей. Нижняя возмущенная -молекулярная орбиталь образуется сложением волновых функций y ₁ и y ₂ (y ₁+y ₂), т. е. их перекрывание в фазе (положительная интерференция) и амплитуда волновой функции в пространстве между ядрами возрастает. Эта -МО называется связывающей и обозначается . Верхняя возмущенная МО образуется вычитанием волновых функций базисных орбиталей y ₁ и y ₂ (y ₁-y ₂), т. е. они перекрываются в противофазе (отрицательная интерфереция). Эта МО называется разрыхляющей или антисвязывающей и обозначается *. Связывающая и разрыхляющая -орбитали этилена образуются при взаимодействии двух р_Z-орбиталей одинаковой энергии, поэтому реализуется возмущение первого порядка, т. е. уровень энергии связывающей орбитали лежит настолько же ниже уровня энергии атомных орбиталей р_Z насколько уровень энергии разрыхляющей орбитали * лежит выше уровня р_Z-орбиталей. Другими словами, в рамках возмущения первого порядка связывающая орбиталь в той же степени "связывает", в какой разрыхляющая "антисвязывает" атомные орбитали р_Z (рис. 4).

-Орбитали аллильной системы.

По аналогии с этиленом строятся -молекулярные орбитали простейшей сопряженной системы — аллильной. Для этого рассматриваются возмущения, возникающие при объединении связывающей и разрыхляющей орбиталей и * этилена и одиночной р-атомной орбитали. Возмущения при образовании аллильной системы изображены на рис. 5.

В результате возмущения второго порядка орбиталь , взаимодействуя с атомной р-орбиталью в фазе, дает орбиталь y ₁, а в противофазе — орбиталь y ₂`. Орбиталь *, взаимодействуя с р-орбиталью в фазе, дает орбиталь y <sub>2</sub>«, а в противофазе — орбиталь y <sub>3</sub>. Таким образом из этих трех базисных орбиталей получилось четыре возмущенные МО, хотя согласно теории из трех базисных атомных орбиталей должно образоваться три молекулярные орбитали. Обратим внимание на форму и способ образования орбиталей y <sub>2</sub>` и y ₂«. Несвязывающий уровень р под влиянием возмущения со стороны -орбитали этилена повышаются до y ₂`, а под влиянием возмущения со стороны орбитали * понижается до y <sub>2</sub>«, причем по энергии орбиталь y <sub>2</sub>` настолько же выше несвязывающего уровня р-орбитали, насколько ниже этого уровня лежит орбиталь y ₂«. Это означает, что несвязывающий р-уровень практически не изменился. Другими словами, орбитали y ₂` и y <sub>2</sub>« следует заменить одной несвязывающей орбиталью y <sub>2</sub> (рис. 5 справа). Несвязывающая орбиталь y <sub>2</sub> по энергии эквивалентна атомной орбитали базиса. Рассмотрим теперь симметрию несвязывающей орбитали y <sub>2</sub> аллильной системы. Для этого необходимо сравнить диаграммы некорректных y <sub>2</sub>` и y ₂«. Правые и левые составляющие р-АО для обеих орбиталей y ₂` и y <sub>2</sub>« выглядят одинаково, но средняя АО орбитали y <sub>2</sub>` имеет относительные знаки верхней и нижней долей противоположные относительным знакам верхней и нижней долей средней части y ₂«. Значит, несвязывающая орбиталь y ₂ должна иметь нулевой вклад от центрального атома углерода аллильной системы, т. е. на диаграмме несвязывающей орбитали y ₂ вклад центральной р-АО отсутствует, т. е. центральный атом углерода в орбитали y ₂ является узловым. Таким образом три -орбитали аллильной системы y ₁, y ₂ и y ₃ имеют симметрию, показанную на рис. 5.

Из рисунка 5 следует, что сопряжение понижает энергию -электронов в аллильной системе по сравнению с изолированной двойной связью и изолированной р-орбиталью. Отметим также, что разрыхляющая орбиталь y ₃ аллильной системы лежит выше разрыхляющей орбитали * этилена. Нижняя y ₁ не имеет узлов (область, где волновая функция изменяет знак), орбиталь y ₂ имеет один узел, совпадающий с атомом С₂ аллильной системы, а орбиталь y ₃ имеет два узла. Орбиталь y ₁ симметрична относительно зеркальной плоскости , проходящей через центральный атом С₂ перпендикулярно цепи атомов углерода. Орбиталь y ₂ антисимметрична относительно зеркальной плоскости , а третья орбиталь y ₃ снова симметрична. В аллил-катионе СН₂=СНСН₂ + два -электрона размещаются на орбитали y ₁, а орбитали y ₂ и y ₃ не заняты электронами. В аллил-радикале СН₂=СНСН_{2 .} два -электрона размещаются на орбитали y ₁, а третий неспаренный электрон на орбитали y ₂ на атоме С₁ или С₃, но не на С₂. В аллил-анионе СН₂=СНСН₂ — две пары -электронов находятся на орбиталях y ₁ и y ₂. Для всех трех частиц разрыхляющая орбиталь y ₃ не занята электронами.

Оба способа описания строения аллильного радикала сводятся в конечном итоге к делокализации неспаренного электрона между атомами С₁ и С₃ аллильной системы.

Делокализация неспаренного электрона в аллил-радикале находит отражение и в его реакционной способности. Как уже было отмечено ранее, радикальное бромирование октена-1 и других алкенов-1 с помощью NBS приводит к образованию двух изомерных аллильных бромидов, содержащих атом брома у первого и третьего атома углерода аллильной системы. Это означает, что при радикальном бромировании несимметричных алкенов образуется смесь бромидов с преобладанием более стабильного из них дизамещенного при двойной связи изомера (изомер RCH=CHCH₂Br более стабилен, чем изомер RCHBrCH=CH₂). Вместо NBS в качестве галогенирующего агента можно применять N-хлорсукцинимид, который хлорирует алкены в аллильное положение. Реакцией, родственной аллильному галогенированию по Циглеру, является газофазное галогенирование (хлорирование и бромирование) пропилена при 400-500 0 С (галогенирование по Львову).

В настоящее время именно этим способом получают аллилхлорид и аллилбромид в большом масштабе в промышленности. При высокой температуре присоединение галогена к двойной связи становится обратимой реакцией, где равновесие сильно смещено в сторону исходных реагентов. С этой реакцией успешно конкурирует прямое радикальное замещение водорода в аллильном положении.

Таким образом, реакции радикального замещения водорода в аллильном положении, также как и реакции радикального присоединения по двойной связи являются столь же типичными для алкенов как и процессы электрофильного присоединения по кратной связи.