Transcript jalase15
جلسه چهاردهم
فهرست مطالب:
ادامه واكنشگرهاي گزينش پذير
گزينش پذيري حمله اكسيژن يا كربن در انيون انوالت ها
-Nبرومو سوکسين ايميد ) (NBSواکنشگر اختصاصي بروماسيون در موقيت هاي اليلي و بنزيلي مي باشد .مکانيسم واکنش اين معرف در حالل هاي
غير پروتيک راديكالي بوده و محصول اصلي از تشكيل راديكال پايدارتر بدست مي ايد.
Br
O
NH
O
+
CCl4
NBS
+
)(2
)H (2
)(1
More stable
Major product
Less stable
CCl4
NBS
H
)(1
NBS
O
+
Br
+
NH
O
در تركيب باال هيدروژن هاي اليلي نوع دوم در برابر واكنشگر راديكالي فعالتر مي باشند ،زيرا توليد راديكال اليلي نوع باالتر مي كنند كه پايدارتر مي باشد.
C6H5CH CH3
Br
CCl4
NBS
+
C6H5CH2CH3
O
Br
N Br
O
???
O
Br
O
N Br
N
O
Br
---
O
O
N
N Br
O
N
O
+
O
H
O
O
راديكال تشكيل شده در صورت امكاان ،ناوارا ي ماي كناد و باه راديكاال پايادارتر ت اديل ماي شاود ،و محصاول پايادارتر را تشاکيل ماي دهاد .در ايان
واكنش پيوند دوگانه خارج حلقه اي به پيوند دوگانه داخل حلقه اي ت ديل مي گردد.
H
H
نكاته مهم:
مکانيسم اين واکنشگر تابع محيط واکنش مي باشد ،همانطور كه گافته شد در حالل هاي غير پروتياک مكانيسام راديكاالي باوده و محصاول اصالي از تشاكيل
راديكال پايدارتر بدست مي ايد.
در حالل هاي پروتيک مکانيسم يوني بوده و حدواسط برمونيم تشاکيل شاده کاه محصاول افزايشاي روي پيوناد دوگاناه بدسات ماي اياد ،کاه نموناه اي از تااثير
شرايط واکنش بر گزينش پذيري مي باشد.
Br
O
NH
CCl4
+
NBS
+
O
Br
OCH3
CH3OH
Br
NBS
CH3OH
.واكنش زير نمونه اي ديگر از گزينش پذيري در واكنش هاي احياء مي باشد
O
(AcO)2O
Protection
O
H3C
OH
1) BH3 , THF
AcO
OCH3
2) H3O+
Deprotection
OH
H3C
HO
O
OCH3
Na-NH3
or LiAlH4
+
H3C
CH2OH
HO
OCH3
O
O
O
O
R C OH
Selective Reduction
BH3
H3C
OH
HO
CH2OH
O
H
R C O B H
H
OH
H
R C O B
H
H
OH
H
R C O B
H
H
RCH2OH
در واكنش هاي اكسايش با توجه به كم ود الكاتروني عامل اكسنده ،هرچه الكاترون هاي گونه اكسيد شونده بيشتر باشد واكنش با سرعت بيشتري انجام
مي گيرد .بنابراين در حلقه هاي جوش خورده استخالف هاي روي حلقه ها تعيين مي كنند كه كداميك از حلقه ها اكسيد شوند.
ذكر اين نكاته ضروري است كه ،اسيد H2Cr2O7وجود خارجي نداشته و همزمان با مصرف in –situاز نمك ان به همراه يك اسيد قوي (مانند
اسيدهاي معدني) ،توليد مي گردد.
O
O
NO2
NO2
H2Cr2O7
HNO3
H2SO4
in-situ
O
H2SO4 + K2Cr2O7
O
O
O
in-situ
H2Cr2O7
NH2
Fe HCl
Reduction
تركي ات مس ( )Iبه عنوان معرف هاي اختصاصي براي كوپل كردن استيلن هاي انتها ي شناخته شده اند .اين تركي ات از طريق واكنش راديكالي ،پروتون هاي
استيلن هاي انتها ي را جدا مي كنند و اتصال راديكال ها به يكديگر ،محصول مورد نظر را توليد مي كند .نقش اكسيژن در واكانش ،اكساايش ماس( )0باه ماس
( )Iاست .واكنش زير به صورت چرخه اي انجام مي گيرد.
O2 NH3
C6H5C C C CC6H5
C2H5OH
C6H5C CCu
)Cu(OH
C6H5C CH
دو معرف متاپريديک اسيد و تترا استات سرب به صورت گزينشي دي ال هاي مجاور را شکسته و ترکي ات کربونيلي را تشکيل مي دهند.
+ HIO3
Pb(OAc)2
O C
+
O C
C O
+
+
C O
C
O
C
O
I
O
OH
O
C C
O O
Pb
H3CCO2
O2CCH3
)+ H5IO6 (HIO4 . 2H2O
-2 ACOH
Pb(OAc)4
+
C C
OHOH
C C
OHOH
سرعت واکنش ترکيب ) (Aبيشتر است يا ترکيب ) (B؟
OH
OH
O
1) PhCO3H
Pb(OAc)4
Pb(OAc)4
2) H3O+
OH
OH
O
)(B
)(A
ساارعت واکاانش ترکيااب ) 300 (Aبراباار بيشااتر از ترکيااب ) (Bمااي باشااد ،زي ارا در ترکيااب Aدي ال سااين
وجود دارد که به راحتاي باا تتارا اساتات سارب تشاکيل حلقاه داده و پيوناد باين کاربن هااي حامال گاروه هااي
هيدروکسي مجاور شکسته مي شود.
O
O
O
H3O+/
O
H2O
-H2O
OsO4 / H2O2
Base
O
OH
O
NH3
+
CO2
O
+
CH2O
+
O
HCO2H
H5IO6
H5IO6 = HIO4 . 2H2O
CH2OH
H2N CH COOH
مثال زير نشان ماي دهاد كاه ،معارف هااي مختلاو ماي توانناد باا توجاه باه واكانش پاذيري متفااوت گاروه هااي عااملي ،گازينش پاذيري خاصاي را اعماال كنناد .در ايان
واكنش احياء پيوند هاي دوگانه اورده شده است ،قابل توجه است كه احياء گزينشي در اثر كم ود هيدرون امكان پذير مي گردد و در مقادير باالي گاز هيادروژن
هردو گروه عاملي به ترتيب احياء مي شوند.
CH3CH2CH2CHO
)H2 (1mol
Pt
O
CH3CH CHC H
CH3CH2CH2CH2OH
CHCH2OH
CH3CH
)H2 (1mol
CuCrO2
كاتاليزورهايااي كه در هيدروژناسيون الكن ها و الكين ها استفاده مي شوند ،تماما در احياء گروه هاي قط ي غيراش اع موثر هساتند .اماا كروميات ماس باه دليال
عمل گزينشي خود بسيار مفيد بوده و پيوندهاي دوگانه قط ي را احياء مي کند .گزينش پذيري ان از جذب ساطحي قاوي گاروه عااملي قط اي روي ساطا اكسايد
فلزي ناشي مي گردد.
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
H2 , CuCrO2
Pt
H2 , Pt
CO2C2H5
CO2C2H5
معرف ها و شرايط مختلو موجب تشكيل محصوالت متفاوت مي شوند
SO2NH3
H3C
SH
H3C
SO2OEt
H3C
NH3
CH3
Zn / HCl
C2H5OH
CH3
PCl5
O S O
Cl
SO3H
. قابل مشاهده مي باشد... احياء گروه كربونيل كاتوني در برابر گروه كربونيل اسيدي و،در مثال زير گزينش پذيري در محل اتصال به حلقه
O
O
H3C
CO2H
H3C
O
O
CO2H
1) C2H5OH H+
H3C
CH(CH3)2
H3C
3) AlCl3
O
Pd
H3C
- H2
CH(CH3)2
1) (CH3)CHMgBr
Pd - H2
2) SOCl2
H3C
O
2) H2O
1) H2 , Pt
CH(CH3)2
1) SOCl2
2) AlCl3
CH(CH3)2
2) (CH3)2CHMgBr
(1 eq)
3) H3O+
CH(CH3)2
CO2H
H3C
(Clemmensen)
Selectivity
AlCl3
H3C
Zn - Hg HCl
H3C
گزينش پذيري حمله اكسيژن يا كربن در انيون انوالت ها
نوع ديگري از گزينش پذيري در تركي اتي مشاهده مي گردد كه امكان حمله هسته دوستي از دو سمت يا به ع ارتي از طريق دو اتم امكان پذير است.
از نمونه هاي جالب اين نوع گزينش پذيري ،حمله هسته دوستي از طريق اكسيژن ( )O-Alkylationيا كربن ( )C-Alkylation
به مراكز الكاترون دوست را مي توان نام برد.
CH3
O
CH3 I
O-Alkylation
OH
CH3
C-Alkylation
O
H
CH3
OH
Base
O
O
CH3 I
حال اين سوال مطرح مي گردد كه كدام يك از اين دو واكنش ارجا است؟ در اين حالت مساله گزينش پذيري پيش خواهد امد ،كاه شارايط انجاام واكانش ،ناوع
سابستريت و شرايط الكاترون دوست و ...نس ت الكيل دار شدن كربن و اكسيژن را تعيين مي كنند.
نكاتي كه بايد در نظر گرفته شود:
الكاترونگاتيوي اكسيژن بيشتر از كربن مي باشد و همچنين سختي اكسيژن بيشتر از كربن مي باشد كه هركدام گازينش پاذيري خاصاي را اعماال ماي كنناد .همچناين
شرايط ويژه واكنش ،حدواسط پايدارتر ،ميزان خاصيت الكاترون دوستي و قدرت گروه ترك كننده مي توانند در نوع گزينش پذيري مؤثر باشند.
Ph
1) NaH
2) RO C OR
O
?
O
O
Acidic proton
O-Alkylation
O
C
OR
H Ph
O
O
1) NaH
2) ROC OR
O
O
O
در مثال ق ل پروتون مشخص شده خاصيت اسيدي بااليااي دارد ،زيرا انيون حاصل از كنده شدن اين پروتاون توساط گاروه كربونيال و دو حلقاه فنيلاي پايادار ماي
گردد ،از طرفي از طرياق رزوناانس باار منفاي روي كاربن باه اكسايژن منتقال گردياده كاه ياك حدواساط بسايار پايادار اروماتياك تشاكيل ماي دهاد .زيارا حلقاه فاوراني
اروماتياك تشاكيل شاده و ياك سيساتم مازدوج باه وجاود ماي اياد .بناابراين بااار منفاي روي اكسايژن پايادارتر اسات و باه عناوان هساته دوسات حملاه ماي كناد و فقااط
محصول ناشي از حمله اكسيژن مشاهده مي شود.
H Ph
H3C
O
NaH
O
CH3
O
Not formed
O
CH3I
O
O
O-Alkylation
Ph
H Ph
Ph
Base
O
O
O
O
stable
O
O
تركيب -βنفتول در محيط بازي به شكل انيون خود درامده كه توانايااي حمله از طريق اكسيژن يا كربن را دارد .در اين ازمايش نوع حالل
گزينش پذيري را اعمال نموده است.
حالل قط ي غيرپروتيك مثل DMSO، DMFيا Etherتوانايااي برهمكنش قوي با انيون را ندارد و انيون از طريق اتم اكسيژن كه الكاترونگاتيوتر
بوده و تراكم بار منفي روي ان زيادتر است ،حمله مي كند .فرم رزونانسي كه بار منفي روي اكسيژن قرار دارد فرم غالب تر است .زيرا اوال اروماتيسيتي حلقه
ها حفظ شده ،ثانيا الكاترونگاتيوي اكسيژن بيشتر از كربن است.
Br
O
DMF or DMSO
or Ether
O
Base
Br
OH
O
OH
O
+
H2O, CF3CH2OH
7%
85%
در حالل قط ي پروتيك مانند CF3CH2OHيا H2Oمحصول حمله از طريق كربن غالب است .زيرا حالل ها توانايااي تشكيل پيوند هيدروژني را
دارند پس فرم رزونانسي را كه بار منفي روي اكسيژن قرار دارد به شدت توسط حالل سولواته شده و پيوند هيدروژني با ان تشكيل مي دهد .پس حمله از
طريق فرم زرونانسي كه بار منفي روي كربن قرار دارد كه كمتر سولواته شده و توانا ي تشكيل پيوند هيدروژني ندارد انجام مي گيرد.
همواره در واكنش هاي پروتون زدايااي ،اسيدي ترين پروتون ،يعني پروتوني كه انيون ان به شدت پايدار گردد ،ابتدا جدا مي شود مي شود .در اين تركي ات هم
حمله از طرف اكسيژن يا كربن صورت مي گيرد ،كه هدايت واكنش به سمت تشكيل هركدام گزينش پذيري را مطرح مي كند.
O
OEt
O
O
OEt
CH2R
CH2R
O
)Cl (Hard leaving group
O
OEt
'OR
'R
OEt
Base
CH2R
)CH3I (Soft leaving group
O-Alkylation
O
O
CH2R
OEt
O
O
'R
OEt
CH2R
CH3
Not formed
؟!
OEt
H H
CH2R
More acidic poroton
C-Alkylation
O
O
O
O
O
O
O
O
CH2R
حمله گزينشي فوق به علت خاصيت مهمي به عنوان سختي و نرمي مي باشد.
سختي و نرمي ارت اط مستقيم با الكاترونگاتيوي دارد و هرچه گونه الكاترونگاتيوتر باشد سخت تر است.
از ديدگاه اربيتال مولكولي هرچه اخاتالف انارژي باين HOMOو LUMOبيشاتر باشاد ،گوناه ساخت تار اسات و هرچاه ايان اخاتالف انارژي
كمتر باشد گونه نرم تر است.
از طرفي براي تشكيل پيوند دو شرط تقارن و انرژي اربيتال ها باياد رعايات گاردد ،بناابراين انارژي اربيتاالي گوناه هااي ساخت باه هام نزدياك تار باوده و
انرژي اربيتالي گونه هاي نرم به هم نزديك مي اشد .بنابراين پيوند تشكيل شده بين دو گونه نرم يا دو گونه سخت محكم تر مي باشد.
نتيجه كلي اين است كه گونه هاي سخت با هم وگونه هاي نرم با هم تشكيل پيوند محكم تر مي دهند .اكسايژن باه علات الكاترونگااتيوي بااالتر خاود
سخت تر از كربن است ،اگر الكاترون دوست يك گونه سخت باشد واكنش گزينشي حمله اكسايژن را خاواهيم داشات و اگار الكاتارون دوسات ياك گوناه
نرم تر باشد واكنش از طريق كربن غالب خواهد بود .در واكنش فوق از دو نوع الكاترون دوست استفاده شده است .متيل يديد ) (CH3−Iيك گونه
نرم مي باشد زيرا يد يك گونه نرم است و بار مث ت جز ي تشكيل شده روي كربن كم باوده و ساختي كاربن كمتار ماي باشاد .بناابراين حملاه از طرياق كاربن
صورت مي گيرد.
در واكنش فوق الكاترون دوست يك تركيب اسيل كلريد است كه مركز الكاترون دوسات كاربن كربونيال باوده كاه باه علات وجاود پيوناد دوگاناه قط اي
همچنااين اتصااال اتاام الكاترونگاااتيو كلاار داراي دانساايته بااار مث اات بااااليااي بااوده و يااك گونااه سااخت بااه حساااب مااي ايااد .پااس واكاانش از طريااق اكساايژن
سابستريت صورت گرفته و -Oالكيالسايون ر ماي دهاد .از طرفاي تارك شاونده ˉ Iنارم تار ˉ Clاسات ،بناابراين حملاه كاربن باراي تارك كنناده ˉ Iو
اكسيژن براي ترك شونده ˉ Clر مي دهد .به ع ارت ديگر با تغيير سختي يا نرمي گروه ترك شونده مي توان هسته دوست را وادار باه حملاه از سامت
سخت يا نرم خود نمود.
O
O
O
OEt
H3C
O
O
NaOEt
EtOH
H3C
OEt
H3C
O
OEt
---
R
O
O
R X
OEt
H3C
(KO)
R X
O
OEt
H3C
(KC)
O-Alkylation
O
KC
KO
-I
> 100
OEt
H3C
R
C-Alkylation
increasing hardness
X
O
O
O
-Br
60
-OTs
6.6
O S OEt
O
O S CF3
O
O
4.8
3.7
O
Hard
N
Soft
O
گروه ˉ NO2يك ليگاند دو دندانه است كه نيتروژن به عنوان سر نرم ان و اكسيژن به عنوان
سر سخت ان فعال هستند
H3C O N O
CH3I
+
Ag
NO2
CH3I
O
H3C N
O
هرچه درصاد باار مث ات روي كاربن بيشاتر باشاد ميازان ساخت باودن ان بيشاتر اسات ،در واكانش فاوق در ح اور ياون نقاره ) (Ag+دانسايته باار
مث ت روي كربن بيشتر شده و ميزان سختي ان افزايش يافته و يون ˉ NO2از سمت اكسيژن كه سر سخت تر است باه عناوان هساته دوسات
حمله مي كند.
Hard
C N CH3
Me
C N CH3
O
O
+
1
CH3I
C N
+
Soft
CH3I
CH3C N
Ag
O
MeO S OMe
O
Li
O
O
LDA
1.2
ترك كننده خوب
در واكنش فوق اگر از يك اتر تاجي استفاده شود نس ت محصول -Oالكيالسيون بيشتر شده و به نس ت 3به 1مي رسد .چر ا؟
زيرا يك اتر تاجي كاتيون را جذب مي كند و ناحيه بين كاتيون و اكسيژن كه داراي بار منفي است بيشتر شده و بار منفي اكسيژن در دسترس تر بوده و حمله
از اين طريق افزايش پيدا مي كند( .يك اتر تاجي درواقع شعاع موثر كاتيون را افزايش مي دهد).
نمونه اي از اثرات حالل روي -Cالكيالسيون و -Oالكيالسيون:
واكنش در حالل ( HMPAهگزا متيل فسفروس تري اميد) كه يك حالل قط ي غير پروتيك است منجر به -Oالكيالسيون مي شود .زيرا در اين حالل
كاتيون حالل پوش شده و اكسيژن منفي به عنوان هسته دوست حمله مي كند.
در حالل THFيك كالستر از يونهاي فلزي THF ،و اتم هاي اكسيژن انوالت تشكيل شده كه -Cالكيالسيون را مساعد مي كند.
در حالل قط ي پروتيك -tبوتانول نيز تشكيل پيوند هيدروژني مانع از حمله اكسيژن شده و منجر به -Cالكيالسيون ميشود.
O
CH3 C CHCO2CH2CH3
CH2CH3
)15% (2% diAlkyl
+
CH2CH3
O
C CHCO2CH2CH3
CH3
HMPA ---------- 83%
)94% (6% diAlkyl
t-butanol ----------- 0%
)94% (6% diAlkyl
THF -------------0%
+ (CH3CH2O)2SO2
K
O
CHC CHCO2CH2CH3
3
در بع ي موارد -Cالكيالسيون يا -Oالكيالسيون توسط عوامل ف ايااي كنترل مي گردد.
H3C
O
H3C
Br
H3C
H3C
H2C
O
H2C
LDA
Ether
H3C
Br
H3C
CH3
O
)(Only Product
CH3
CH3
CH3
O
CH2 Br
CH3
LDA
O
Ether
CH3
CH3
CH3 Br
O
)(Only Product
هنگامي كه حلقه پنج ع وي تشكيل مي گردد-O ،الكيالسيون ر مي دهد و هنگامي كه حلقه شش تايااي تشكيل مي گردد -C ،الكيالسيون صورت مي
گيرد!?.
اين گزينش پذيري به اين علت است كه در حمله از طريق كربن يك پيوناد دوگاناه مساطا باا اربيتاال هااي Pدرگيار اسات كاه در حلقاه هااي كاوچكاتر از
شش تايااي از لحاظ ف ايااي نزديك شدن لپ هاي اربيتال Pپيوند دوگانه انوالت به مركز الكاترون دوست چندان مساعد نيست ،زيرا زنجيره كربني كوتاه
بوده و نمي تواند از جهت باال يا پا ين صفحه پيوند دوگانه به اربيتال هاي Pنزديك شود.
ولي در اين حالت حمله از طريق اكسيژن كه سه زوج الكاترون دارد مناسب تر است ،زيرا اكسيژن درون صفحه پيوند دوگانه (درجهت عمود بار اربيتاال
هاي )Pقرار دارد و بهتر مي تواند به مركز الكاترون دوست نزديك شود .ولي هنگامي كه حلقه شش تا ي تشكيل مي شود ،زنجياره كربناي باه انادازه كاافي
بلند است كه كربن هسته دوست (كربن حامل برم) را در جهت مناسب قرار دهاد تاامورد حملاه اربيتاال هااي پيوناد دوگاناه قارار گيارد و -Cالكيالسايون
ر دهد.
Br
C
C
H
H
C-alkylation
O-alkylation
H
H
H
H
O
O
H C
H
H
H
O
O
Br C
H
H