Reakcji Bucherera-Bergowie jest organicznym reakcji chemicznej między związkiem karbonylowym ( aldehyd lub keton ) lub cyjanohydryny , węglanem amonu i cyjankiem potasu , tworząc hydantoiny :
Nie należy go mylić z reakcją Bucherera (lub reakcją Bucherera-Lepetita), która przekształca naftol w naftyloaminę , a te dwie reakcje nazwano na cześć ich odkrywcy, niemieckiego chemika Hansa Theodora Bucherera .
Reakcje podobne do reakcji Bucherera-Bergsa po raz pierwszy zaobserwowali w 1905 i 1914 roku Ciamician i Silber, którzy otrzymali 5,5-dimetylohydantoinę z mieszaniny acetonu i cyjanowodoru wystawionej na działanie słońca przez pięć do siedmiu miesięcy. W 1929 roku Bergs złożył patent opisujący syntezę wielu 5-podstawionych hydantoin . Bucherer udoskonalił metodę Bergsa, odkrywając, że możliwe jest stosowanie niższych temperatur i ciśnień. Bucherer i Steiner odkryli również, że cyjanohydryny reagują tak samo jak związki karbonylowe, tworząc hydantoiny. Później Bucherer i Lieb odkryli, że 50% alkohol był skutecznym rozpuszczalnikiem dla reakcji, aldehydy dobrze reagowały, a ketony dały doskonałe wydajności. W 1934 roku Bucherer i Steiner zaproponowali mechanizm reakcji, który choć stwarzał pewne problemy, był dość precyzyjny.
Dodanie KCN do związku karbonylowego daje cyjanohydrynę . Mechanizm jest kontynuowany od S N 2 do NH 3, tworząc aminonitryl . Reakcje addycji nukleofilowej z aminonitrylu do CO 2 tworzy cyjano-karbaminowego, który przez wewnątrzcząsteczkowe cyklizują reakcji do 5-imino-oksazolidyn-2-onu. Następnie 5-imino-oksazolidyn-2-on przegrupowuje się w hydantoinę poprzez izomer izocyjanianowy .
W przeszłości reakcja Bucherera-Bergsa wiązała się z problemami z polimeryzacją, długimi czasami reakcji i trudną obróbką. Ewentualną poprawą reakcji Bucherera-Bergsa jest zastosowanie ultradźwięków , umożliwiających m.in.przyspieszenie reakcji . W ten sposób przygotowano 5,5-dipodstawione hydantoiny w reakcji Bucherera-Bergsa pod ultradźwiękami. W porównaniu z literaturą, użycie ultradźwięków obniża temperaturę reakcji, skraca czas reakcji, poprawia wydajność i upraszcza obróbkę.
Jedną z ograniczeń reakcji Bucherera-Bergsa jest brak różnorodności w powstałych produktach, ponieważ jedyną możliwą zmianą jest struktura początkowego związku karbonylowego.
Jedną z możliwości zwiększenia tej różnorodności jest połączenie reakcji z 2-metylenazyrydyną i reakcją Bucherera-Bergsa w syntezie w jednym naczyniu :
Początkowo, 2-methyleneaziridine ( 1 ) poddaje się reakcji z odczynnikiem Grignarda , a fluorowcowany R pochodnej 2 -X, w reakcji katalizowanej przez Cu (I), w wyniku czego pierścień 2-methyleneaziridine do otwartego i powstawaniem ketoiminy ( 2 ). Ketiminę umieszcza się w obecności odczynników Bucherera-Bergsa, tworząc 5,5'-dipodstawioną hydantoinę ( 3 ). Ta reakcja ma trzy punkty różnorodności chemicznej, strukturę początkowej azyrydyny , odczynnika Grignarda i pochodnej chlorowcowanej, które można zmienić, umożliwiając syntezę różnych hydantoin.
Odmianą reakcji Bucherera-Bergsa jest traktowanie związku karbonylowego dwusiarczkiem węgla i cyjnaurem amonowym w metanolu w celu wytworzenia siarkowego równoważnika hydantoiny, 2,4-ditiohydantoiny:
Podobnie reakcja pomiędzy ketonem , monotiokarbaminianem amonu i cyjankiem sodu umożliwia otrzymanie 5,5-dipodstawionej 4-tiohydantoiny.
Hydantoiny powstałe w reakcji Bucherera-Bergsa mogą mieć kilka zastosowań: