سرفصل های درس سنتز تركيبات آلي

نام بسته درسی:سنتز ترکیبات آلی

——————-

فهرست:

فصل اول – آلکیل دار کردن حد واسط های کربن هسته دوست                                                                             

تولید کربانیون‌ها از طریق پروتون‌زدایی                                                                                                             

ناحیه گزینی و فضاگزینی در تشکیل انولات                                                                                                        

سایر روش‌های تولید انولات‌ها                                                                                                                        

آلکیل‌دار کردن انولات‌ها                                                                                                                                

تولید و آلکیل‌دار کردن دی‌آنیون‌ها                                                                                                                

اثرات حلال در آلکیل‌دار کردن انولات‌ها                                                                                                          

اکسیژن در مقابل کربن به عنوان موقعیت آلکیل‌دار شدن                                                                                      

آلکیل‌دار کردن آلدهید‌ها، اترها، آمیدها و نیتریل‌ها                                                                                             

آلکیل‌دار کردن کربن هسته‌دوست از طریق افزایش مزدوج                                                                                    

آزمون خودسنجی بدون پاسخ                                                                                                                      

فصل دوم – واکنش‌های هسته‌دوست‌های کربن با گروه کربنیل                                                                              

افزایش آلدولی و واکنش‌های تراکمی                                                                                                              

واکنش‌های افزایشی ایمین‌ها و یون‌های ایمینیوم                                                                                                

آسیل‌دار کردن کربانیون‌ها                                                                                                                          

واکنش ویتیگ و واکنش‌های در ارتباط با هسته‌دوست‌های کربنی پایدار شده توسط فسفر                                             

واکنش‌های ترکیبات کربنیل با کربانیون‌های  تری‌متیل‌سیلیل                                                                         

ایلیدهای گوگرد و هسته‌دوست‌های مربوط                                                                                                       

افزایش- حلقوی شدن هسته‌دوستی                                                                                                                

آزمون خودسنجی بدون پاسخ                                                                                                                      

فصل سوم – تبدیل گروه‌های عاملی از طریق جانشینی هسته‌دوستی                                                                      

تبدیل الکل‌ها به عوامل آلکیل‌دار کننده                                                                                                           

وارد کردن گروه‌های عاملی از طریق جانشینی هسته‌دوستی در کربن سیر شده                                                           

گسستن هسته‌دوستی پیوندهای کربن- اکسیژن در اترها و استرها                                                                         

تبدیل مشتقات کربوکسیلیک‌ اسیدها به یکدیگر                                                                                              

آزمون خودسنجی بدون پاسخ                                                                                                                     

فصل چهارم – افزایش الکترون دوستی به پیوندهای چندگانه کربن – کربن                                                           

افزایش هالیدهای هیدروژن                                                                                                                        

افزایش آب و سایر افزایش‌های کاتالیز شده با اسید در هسته‌دوست‌های اکسیژن                                                       

اکسی‌جیوه‌دار کردن                                                                                                                                 

افزایش هالوژن‌ها به آلکن‌ها                                                                                                                       

واکنش‌گرهای الکترون‌دوست گوگرد و سلینم                                                                                                  

افزایش سایر واکنش‌گر‌های الکترون‌دوست                                                                                                     

جانشینی الکترون‌دوستی آلفا نسبت به گروه‌های کربنیل                                                                                    

افزایش به آلن‌ها و آلکین‌ها                                                                                                                         

افزایش به پیوندهای دوگانه از طریق حد واسط‌های بوران‌های آلی                                                                         

آزمون خودسنجی بدون پاسخ                                                                                                                      

فصل پنجم – کاهش کربنیل و سایر گروه های عاملی                                                                                      

افزایش هیدروژن                                                                                                                                     

واکنش‌گرهای دهنده هیدرید گروه III                                                                                                          

دهنده‌های هیدرید گروه IV                                                                                                                       

کاهش با فلزات حل شده                                                                                                                           

اکسیژن‌زدایی کاهشی گروه‌های کربنیل                                                                                                        

حذف کاهشی و قطعه قطعه شدن                                                                                                                 

بخشی از بسته درسی سنتز ترکیبات آلی :

تولید کربانیون‌ها از طریق پروتون‌زدایی

یکی از روش‌های بسیار مهم تولید هسته‌دوست‌های کربنی، جدا کردن یک پروتون از یک کربن، از طریق باز برونستد است. آنیون‌های تولید شده همان کربانیون‌ها هستند. هم سرعت پروتون‌زدایی و هم پایداری کربانیون ایجاد شده، با حضور گروه‌هایی که می‌توانند بار منفی را پایدار کنند، افزایش می‌یابد. یک گروه کربنیل که مستقیماً به یک کربن آنیونی متصل باشد، می‌تواند بار منفی را از طریق رزونانس، نامستقر کند. در نتیجه ترکیبات کربنیل اهمیت ویژه‌ای در شیمی کربانیون دارند. در آنیون‌های ایجاد شده از طریق پروتون‌زدایی از کربن آلفای گروه کربنیل، بار منفی عمدتاً بر روی اکسیژن قرار دارد و این آنیون‌ها، آنیون‌های انولات نامیده می‌شوند.

تولید مؤثر یک کربانیون با غلظت تعادلی قابل ملاحظه، مستلزم انتخاب یک باز برونستد مناسب است. این تعادل فقط هنگامی برای تشکیل کربانیون مطلوب است که قدرت اسیدی کربن اسید بزرگ‌تر از قدرت اسیدی اسید مزدوج باز به کار رفته برای پروتون‌زدایی باشد. قدرت اسیدی به طور کمی از طریق  بیان می‌شود که برابر با  است و این تعریف برای محلول آبی رقیق به کار می‌رود. از آن‌جا که بسیاری از کربن‌های اسیدهای مهم، اسیدهای کاملاً ضعیفی هستند ، اندازه‌گیری دقیق تعادل‌های آن‌ها در محلول‌های آبی، ناممکن است. بنابراین قدرت اسیدی آن‌ها در حلال‌های آلی، تعیین شده و نسبت به آب با روش‌های تقریبی محاسبه می‌شوند. این داده‌های به دست آمده مقادیر حقیقی  نیستند و طبیعت تقریبی آن‌ها به وسیله مقادیر ساده pK نشان داده می‌شود.

یک تعادل مطلوب میان کربن اسید و کربانیون آن فقط هنگامی برقرار می‌شود که باز در مکان پایین‌تری از اسید باشد. گستره قدرت اسیدی که می‌تواند مستقیماً در دی متیل سولفید (DMSO) تعیین شود بسیار بزرگ‌تر از گستره‌ای است که در محلول آبی تعیین می‌شود. بنابراین مقایسه مستقیم این ترکیبات می‌تواند با اطمینان بیش‌تری انجام شود. مقادیر  در DMSO معمولاً بزرگ‌تر از مقادیر در آب است، زیرا آب نسبت به DMSO آنیون‌ها را به طور بسیار مؤثرتری از طریق تشکیل پیوند هیدروژنی پایدار می‌کند. به عبارت دیگر، بسیاری از آنیون‌ها در DMSO نسبت به آب خیلی بازی‌ترند. در حال حاضر، مقیاس  شامل بیش‌ترین گونه‌ها از انواع ساختارهای مورد توجه در سنتز است.

می‌توان گروه‌های جانشین را براساس توانایی آن‌ها در پایداری کربانیون‌ها مرتب کرد. ترتیب پیشنهاد شده به صورت زیر است:

با مقایسه مقادیر تقریبی pK اسیدهای مزدوج این بازها با مقادیر pK کربن اسید مورد نظر، این امکان وجود دارد که موقعیت تعادل اسید- باز را برای ترکیب واکنش دهنده – باز تخمین زد. برای مثال اگر یک آلکیل کتون ساده را در یک حلال پروتون‌دار در نظر بگیریم ملاحظه می‌شود که یون هیدروکسید و یون‌های آلکوکسید نوع اول، فقط کسری از این کتون را به آنیون مربوط تبدیل می‌کنند:

الکوکسیدهای نوع سوم که کمی بازی‌ترند در قدرت بازی با انولات‌ها قابل مقایسه‌اند و در مجاورت چنین بازهایی تعادل مطلوب‌تری برقرار می‌شود:

برای تبدیل کامل کتون‌ها به انولات، استفاده از حلال‌های بی‌پروتون ضروری است. در این صورت، رقابتی میان پروتون‌زدایی از حلال و تشکیل انولات وجود ندارد.

بازهای قوی‌تر، مانند آنیون آمید ، باز مزدوج DMSO (گاهی آنیون دی‌مسیل نامیده می‌شود) و آنیون تری‌فنیل متیل، قادرند که یک کتون را به طور کامل به انولات مربوط تبدیل کنند.

لیتیم دی ایزوپروپیل آمید (LDA) که با افزایش –n بوتیل لیتیم به دی‌ایزوپروپیل آمین تهیه می‌شود، به‌عنوان یک باز قوی به طور گسترده در سنتز به کار رفته است. این ماده یک باز بسیار قوی و به اندازه کافی حجیم است، به طوری که نسبتاً غیرهسته‌دوست است که این جنبه برای به حداقل رساندن واکنش‌های جانبی مهم است. نمک‌های لیتیم و سدیم هگزامتیل دی‌سیلان‌زا  با خواصی شبیه لیتیم دی‌ایزوپروپیل آمید به آسانی تهیه شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای زیادی از آن‌ها در سنتز مشاهده شده است. این بازها باید در حلال‌های بی‌پروتون مانند اتر، تتراهیدروفوران (THF)، یا دی متوکسی اتان (DME)، استفاده شوند.

سدیم هیدرید و پتاسیم هیدرید را نیز می‌توان برای تهیه انولات‌ها از کتون‌ها استفاده کرد. واکنش‌پذیری این هیدریدها فلزی تا حدودی به روش تهیه و خالص‌سازی آن‌ها بستگی دارد.

ناحیه گزینی و فضاگزینی در تشکیل انولات

یک دی‌آلکیل کتون نامتقارن هنگام پروتون‌زدایی می‌تواند دو انولات ناحیه ایزومر را ایجاد کند:

برای بهره‌برداری کاملا از توان سنتزی یون‌های انولات، کنترل بر روی ناحیه گزینی تشکیل آن‌ها لازم است. در حالی که پروتون‌زدایی مستقیم به طوری که فقط یک انولات تشکیل شود و انولات دیگر ایجاد نشود امکان‌پذیر نیست، شرایط آزمایش اغلب می‌تواند طوری انتخاب شود تا یک ارجحیت قابل توجه برای تشکیل ایزومر ناحیه‌ای موردنظر ایجاد شود. برای درک این‌که چرا یک مجموعه ویژه از شرایط آزمایشگاهی منجر به تشکیل ترجیحی یک انولات می‌شود، در حالی که شرایط دیگر، ایزومر ناحیه‌ای آن را ایجاد می‌کند، ما باید فرایند تولید انولات را با جزئیات بیش‌تری بررسی کنیم.

ترکیب یک مخلوط انولات را می‌توان از طریق عوامل سینتیکی یا ترمودینامیکی کنترل کرد. هنگامی که ترکیب‌بندی محصولات تحت تأثیر سرعت‌های نسبی واکنش‌های رقیب برای از دست دادن پروتون باشد، نسبت انولات‌ها با کنترل سینتیکی تعیین می‌شود.

کنترل سینتیکی ترکیب‌بندی انولات‌های ایزومری

از طرف دیگر اگر انولات‌های A و B بتوانند به سهولت به یک‌دیگر تبدیل شوند، یک تعادل ایجاد شده و ترکیب‌بندی محصولات، نشان‌دهنده پایداری ترمودینامیکی نسبی انولات‌ها است. بنابراین نسبت انولات‌ها با کنترل ترمودینامیکی تعیین می‌شود.

با تنظیم شرایط تشکیل مخلوط انولات‌ها از یک کتون، این امکان وجود دارد که کنترل سینتیکی و یا ترمودینامیکی برقرار شود. شرایط مطلوب برای تشکیل انولات با کنترل سینتیکی این است که پروتون‌زدایی سریع، کمی و برگشت‌ناپذیر باشد. این شرایط از نظر عملی در صورتی قابل دسترسی است که از یک بار خیلی قوی مانند لیتیم دی‌ایزوپروپیل‌آمید (LDA) یا هگزامتیل دی‌سیلیل‌آمید (HMDS) در یک حلال بی‌پروتون و در غیاب مقدار اضافی از کتون استفاده شود. لیتیم به عنوان یون مخالف بهتر از سدیم یا پتاسیم برای تولید ناحیه گزین یک انولات سینتیکی است.

لیتیم به‌طور محکم‌تری به اکسیژن متصل می شود و سرعت تبادل پروتون را کاهش می‌دهد. در این‌جا حلال‌های بی‌پروتون مورد نیازند، زیرا حلال‌های پروتون‌دار با فراهم کردن شرایط برگشت‌پذیر پروتون‌دار شدن پروتون‌زدایی، امکان برقراری تعادل در انولات‌ها را فراهم ساخته و در نتیجه کنترل ترمودینامیکی ترکیب‌بندی انولات‌ها را موجب می‌شوند. مقدار اضافی کتون نیز تعادل را از طریق تبادل پروتون کاتالیز می‌کند.

شرایط کنترل سینتیکی، معمولاً تشکیل انولات با گروه‌های جانشین کم‌تر را مطلوب می‌سازد. دلیل عمده آن، این است که خارج شدن پروتون کم‌تر ممانعت شده، به دلایل فضایی سریع‌تر از خارج شدن پروتون بیش‌تر ممانعت شده است. خارج شدن پروتون کم‌تر ممانعت شده موجب تشکیل انولات با گروه‌های جانشین کم‌تر می‌شود. با استفاده از بازهای بیش‌تر ممانعت شده هنگام پروتون‌زدایی از کتون، عوامل فضایی می‌توانند تشدید شوند. یون هگزامتیل‌دی‌سیلیل‌آمید به صورت نمک لیتیم یا سدیم، بیش‌ترین کاربرد را در این زمینه دارد. حتی دی‌سیلیل‌آمیدهای بیش‌تر ممانعت شده مانند هگزااتیل‌دی‌سیلیل‌آمید و بیس (دی‌متیل‌فنیل‌سیلیل) آمید ممکن است در موارد خاص مفید باشند. از طرف دیگر در حالت تعادل، انولات با گروه‌های جانشین بیش‌تر معمولاً گونه غالب است. پایداری پیوندهای دوگانه کربن- کربن با افزایش گروه‌های جانشین افزایش می‌یابد و این اثر موجب می‌شود انولاتی که گروه‌های جانشین بیش‌تری دارد، پایداری بیش‌تری داشته باشد.

اصطلاحات کنترل سینتیکی و کنترل ترمودینامیکی علاوه بر واکنش‌های تشکیل انولات برای سایر واکنش‌ها نیز می‌توانند به کار روند.

برای بسیاری از کتون‌ها، انولات‌هایی که ایزومر فضایی‌ هم‌اند می‌توانند به خوبی انولات‌هایی که ایزومر ناحیه‌ای هم‌اند تشکیل شوند. فضاگزینی تشکیل انولات، هم در شرایط کنترل سینتیکی و هم در شرایط کنترل ترمودینامیکی می‌تواند تا حدی کنترل شود.

پروتون‌زدایی انانتیوگزین به تمایز میان دو هیدروژن انانتیوتوپی نیاز دارد. این تمایز در مورد سیس -2، 6- دی‌متیل‌سیکلوهگزانون یا 4-(-t بوتیل) سیکلوهگزانون دیده می‌شود.

آمیدهای کایرال مانند مثال‌های c تا F از جمله بازهایی هستند که بیش‌ترین مطالعه بر روی آن‌ها انجام شده است. تشکیل انولات‌ انانتیوگزین هم‌چنین می‌تواند از طریق تفکیک سینتیکی از طریق واکنش ترجیحی یکی از انانتیومرهای یک کتون کایرال راسمیک مانند 2-(-t بوتیل) سیکلوهگزانون انجام شود.

این پروتون‌زدایی انانتیوگزین به انتخاب سینتیکی پروتون‌های انانتیومری یا پیش‌کایرال و باز کایرالی که از اختلاف حالت‌های گذار دیاستریومری ایجاد می‌شود، بستگی دارد. برای مثال حالت گذار G برای پروتون‌زدایی سیکلوهگزانون‌های دارای گروه جانشین در موقعیت -4 به وسیله باز F در نظر گرفته شده است.

پروتون‌زدایی با کنترل سینتیکی از کتون‌های سیر نشده  ترجیحاً در کربن  مجاور با گروه کربنیل صورت می‌گیرد. احتمالاً اثر قطبی گروه کربنیل باعث پروتون‌زدایی سریع‌تر، از این موقعیت می‌شود.

(تنها انولات)

با وجود این، در شرایط کنترل ترمودینامیکی، مقدار انولات مربوط به پروتون‌زدایی از کربن ، بیش‌تر است.

I (کمتر پایدار)                                        انولات عمده H (پایدارتر)

این انولات‌های ایزومری، پایداری متفاوتی دارند به طوری که H کاملاً مزدوج است، در حالی‌که سامانه  در I حالت مزدوج شدن تقاطعی دارد. در ایزومر I، عدم استقرار بار منفی به اکسیژن و کربن  محدود می‌شود، در حالی‌که در سامانه مزدوج H، بار منفی از طریق اکسیژن و هر دو کربن  نامستقر می‌شود.

سایر روش‌های تولید انولات‌ها

تشخیص شرایطی که در آن انولات‌های لیتیم پایدارند و با ایزومر ناحیه‌ای خود تعادل ندارند، باعث می‌شود علاوه بر روش جداسازی پروتون، از سایر واکنش‌ها برای تولید انولات‌های ویژه استفاده شود.

گسستن تری متیل سیلیل انول اترها یا انول استات‌ها از طریق متیل‌لیتیم یک روش برای تشکیل انولات ویژه است که به در دسترس بودن این مواد با درجه خلوص بالا بستگی دارد. تری متیل سیلیل انول اترهای تهیه شده از یک مخلوط انولات، ترکیب‌بندی انولات‌ها را نشان می‌دهند. اگر تشکیل انولات‌ با ناحیه گزینی بالایی انجام شود، تری‌متیل سیلیل انول اتر مربوط نیز می‌تواند با درجه خلوص بالایی به دست آید. در غیر این‌صورت مخلوط سیلیل انول اتر باید جداسازی شود. تری متیل سیلیل انول اترها می‌توانند از طریق واکنش با نمک‌های تتراآلکیل آمونیوم فلوئورید نیز گسسته شوند. نیروی پیش‌برنده این واکنش، تشکیل پیوند بسیار قوی Si-F است که انرژی پیوند آن برابر با 142kcl/mol است.

تری‌متیل‌سیلیل انول اترها می‌توانند مستقیماً از کتون‌ها تهیه شوند. یک روش شامل واکنش با تری‌متیل‌سیلیل کلرید و یک آمین نوع سوم است. این روش ایزومرهای ناحیه‌ای را با نسبت‌هایی ایجاد می‌کند که در آن انول اترهای پایدارتر از نظر ترمودینامیکی، ارجحیت دارند. به نظر می‌رسد که با استفاده از –t بوتیل‌دی‌متیل سیلیل کلرید همراه با پتاسیم هیدرید به عنوان باز نیز ایجاد محصولات ترمودینامیکی مطلوب است. تری‌متیل‌سیلیل‌تری‌فلوئورومتان سولفات (TMS تریفلات) که فعال‌تر است، عمدتاً تری‌متیل‌سیلسیل انول اتر با گروه جانشین کم‌تر را ایجاد می‌کند. نسبت‌های بالاتر انول اتر با گروه جانشین کم‌تر به انول اتر با گروه جانشین بیش‌تر از طریق واکنش مخلوط کتون و تری‌متیل‌سیلیل کلرید با LDA در  به دست می‌آید. در این شرایط، انولاتی که از نظر سینتیکی ارجح است، از طریق واکنش با تری متیل سیلیل کلرید فوراً به دام می‌افتد. با استفاده از یک آمید با ممانعت فضایی بیش‌تر که از –t اکتیل –t- بوتیل‌آمین ایجاد می‌شود، حتی می‌توان یک ارجحیت بیش‌تر برای سیلیل انول اثر با گروه جانشین کم‌تر، به دست آورد. تری‌متیل‌سیلیل انول اترها می‌توانند از طریق کاهش 4، 1- انون‌ها با استفاده از سیلان‌ها به عنوان کاهنده تهیه شوند. کاتالیزگرهای مؤثر بسیاری در این مورد یافت شده‌اند. به نظر می‌رسد که پرکاربردترین این کاتالیزگرها، کمپلکس Pt دی‌وینیل‌تترامتیل‌دی‌سیلوکسان باشد. این کاتالیزگر بهره‌های خوبی از سیلیل انول اترهای دارای گروه جانشین را ایجاد می‌کند.

برای مشاوره اینجا بزنید