Bei der Wittig Reaktion entsteht zwischen einem Aldehyd oder Keton und einem Phosphor-Ylid eine Doppelbindung. Daher kann man mithilfe dieser Reaktion zwei organische Moleküle mit einer Doppelbindung zu einem Alken verknüpfen. Alles wichtige zur Wittig Reaktion findest du hier!
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Inhaltsübersicht
Wittig Reaktion einfach erklärt
Bei der Wittig Reaktion geht es um die Verknüpfung zweier organischer Moleküle, einem Keton oder Aldehyd und einem Phosphorylids mit einem anderen organischen Molekül. Das Ylid kann sich durch einen elektrophilen Angriff eines seiner an das Phosphoratom gebundene Kohlenstoffatom an das Keton binden. Dadurch entsteht ein metastabiler Zwischenzustand, das Oxaphosphetan. Dieses Molekül zerfällt dann in das gewünschte Alken und das stabilere Phosphinoxid.
Wittig Reaktionsmechanismus
Jetzt hast du einen ungefähren Überblick über das Ziel und die teilnehmenden Reaktionspartner der Wittig Reaktion. Nun möchtest du bestimmt noch erfahren, was denn genau während der Reaktion abläuft.
Im ersten Schritt handelt es sich um einen elektrophilen Angriffs eines Kohlenstoffatoms des Ylids, das direkt an das Phosphoratom gebunden ist. Das Nukleophil dieser Reaktion ist das 
-C-Atom des Ketons/Aldehyds. Normalerweise sind Kohlenstoffatome nicht zu elektrophilen Angriffen fähig, allerdings ist die Bindungssituation im Phosphorylid besonders.
So ist Phosphor das elektropositivere Element in der C-P Bindung und damit erhält Kohlenstoff eine negative Teilladung. Wie die beiden mesomeren Grenzformeln zeigen, kann man sich die Doppelbindung zwischen C und P in den Grenzbetrachtungen sowohl als kovalente Doppelbindung oder als Einfachbindung und eine ionische Bindung vorstellen. Die negative Teilladung auf dem Kohlenstoff macht den elektronegativen Angriff möglich.
Gleichzeitig bildet das elektronegative Sauerstoffatom des Ketons eine neue Bindung zum elektropositiveren Phosphoratom des Ylids aus. Dadurch ergibt sich ein instabiler Übergangszustand, das Oxaphosphetan. Dieses weist eine ringförmige Konformation auf und es sind 2 Doppelbindungen, also 2+2 
-Elektronen beteiligt, daher nennt man diese Reaktion auch [2+2]-Cycloaddition.
Dieses Oxophosphetan ist allerdings thermisch instabil und zerfällt im nächsten Zwischenschritt wieder zu einem thermisch stabileren Phosphinoxid und dem gewünschten Alken. Triebkraft der gesamten Wittig Reaktion ist die Bildung des thermodynamisch stabileren Phosphinoxid.
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Synthese der Wittig Reagenz
Nun muss man nur noch verstehen, wie sich die nötige Wittig-Reagenz, also das Phosphorylid, synthetisieren lässt. Diese wird über ein Phosphan und einem Halogenkohlenwasserstoff zugänglich. In einer elektrophilen Substitution wird das Phosphan mit seinem freien Elektronenpaar an den Halogenkohlenwasserstoff gebunden. Das benachbarte, azide Wasserstoffproton wird dann, bei Anwesenheit einer ausreichend starken Base, vom Halogenkohlenwasserstoff abgespalten und es stellt sich Ladungsneutralität ein.
Instabile und Stabile Ylide
Dazu ist vor allem das verwendete Ylid entscheidend. Bei diesen kann man unterscheiden zwischen stabilisierten und nicht stabilisierten Formen. Ob stabil oder instabil, hängt in diesem Fall von der Anwesenheit einer Carbonylfunktion in der Nähe des Ylid Kohlenstoffatoms.
Ist diese nicht vorhanden, wie im Beispiel oben, kann sich die negative Teilladung des Ylid Kohlenstoffatoms nicht über einen -M-Effekt über mehrere Atome verteilen und so stabilisieren.
An obigem Beispiel erkennt man, dass hier das Ylid Kohlenstoffatom seine negative Teilladung über einen -M-Effekt verteilen und so stabilisieren kann.
Reaktionsweg für Cis-Isomere
Verwendet man nicht stabilisierte Ylide, so wirst du hauptsächlich cis-Iosmere erhalten, obwohl diese thermodynamisch eigentlich instabiler sind. Der Grund hierfür liegt darin, dass für den cis-Isomer Reaktionsweg die Aktivierungsenergie hin zum Oxaphosphetan geringer ist als der über den trans-Isomer Reaktionsweg. Weiterhin ist genau dieser Schritt für nicht stabilisierte Ylide irreversibel. Anschließend ist der Schritt vom Oxaphosphetan zum Alken aufgrund seiner Ringkonformation stereospezifisch. Dadurch entsteht eine allein kinetisch gesteuerte Reaktion mit hoher Ausbeute an Cis-Isomeren.
Reaktionsweg für Trans-Isomere
Allerdings ist es auch möglich das Trans-isomer zu erhalten, indem man stabilisierte Ylide verwendet. Diese ermöglichen eine Stabilisierung des Übergangszustands vom Ylid zum Oxaphosphetan. Nun kann man noch den Umstand ausnutzen, dass die Transkonfiguration aus sterischen Gründen beim Oxaphosphetan günstiger ist als die cis-Konfiguration. Dadurch dass das Ylid-Kohlenstoffatom stabilisiert ist und daher der Reaktionsschritt zum Oxaphosphetan nicht mehr irreversibel ist, kann sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Cis- und Transkonfiguration der Oxaphosphetane einstellen. Da dieses Gleichgewicht auf der Seite der Transkonfiguration des Oxaphosphetans liegt, wird hauptsächlich die Transkonfiguration des Alkens synthetisiert, da dies ja auch das thermodynamisch stabilere Endprodukt ist. Es handelt sich hierbei also um eine thermodynamische Reaktionskontrolle.
Wittig Reaktion — häufigste Fragen
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Wittig Reaktion — häufigste Fragen
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Was ist ein Ylid?Ein Ylid ist eine insgesamt neutrale, aber innerlich „zwitterionische“ Verbindung mit einer positiven Ladung auf einem Heteroatom und einer negativen Ladung auf einem benachbarten Kohlenstoffatom. Ein Phosphor-Ylid hat dabei formal
-Charakter, weshalb das Kohlenstoffatom als nukleophiler Reaktionspartner wirken kann.
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Was ist der Unterschied zwischen stereospezifisch und stereoselektiv?„Stereospezifisch“ bedeutet, dass die Stereochemie des Edukts den Stereoisomer-Typ des Produkts eindeutig festlegt, sodass unterschiedliche Edukt-Stereoisomere zu unterschiedlichen Produkt-Stereoisomeren führen. „Stereoselektiv“ bedeutet dagegen, dass aus mehreren möglichen Stereoisomeren ein Produkt bevorzugt entsteht, aber nicht ausschließlich.
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Was ist die Wittig-Horner-Reaktion?Die Wittig-Horner-Reaktion (Horner–Wadsworth–Emmons-Olefinierung) ist eine Variante der Wittig-Reaktion, bei der ein Phosphonat (Phosphorsäureester) statt eines Phosphor-Ylids eingesetzt wird, um Aldehyde oder Ketone zu Alkenen umzusetzen. Häufig ergibt sich dabei eine stärkere Bevorzugung des trans- bzw. E-Produkts.
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Wird die Wittig-Reaktion heute noch angewendet?Die Wittig-Reaktion wird heute noch angewendet, vor allem in der organischen Synthese im Labor und in der Wirkstoff- und Feinchemie, wenn gezielt eine C=C-Doppelbindung aus einer Carbonylgruppe aufgebaut werden soll. Die Nutzung ist aber oft abgewogen, weil stöchiometrisch Phosphinoxid (stabiles Nebenprodukt) als Abfall anfällt.
Organische Reaktionen verstehen
Die Wittig Reaktion gehört zu den organischen Reaktionen und ist ein wichtiges Beispiel für den Aufbau von Alkenen. Wer sich mit organischen Reaktionen beschäftigt, ordnet Edukte und Produkte ein und vergleicht typische Reaktionswege zwischen verschiedenen Stoffklassen. So wird klar, wie Elektronenverschiebungen, funktionelle Gruppen und Reaktionsbedingungen den Verlauf einer Reaktion bestimmen. Weitere Videos dazu findest du in unserem Chemiebereich.