Transcript jalase19
مهاجرت به نيتروژن داراي كمبود الكترون شيمي آلي در گذشته به عنوان شيمي كربن شناخته شده بود .امروزه با گسترش دانش ،مرزهايي كه بين رشته هاي گوناگون علوم وجود داشت ،از بين رفته است و علوم بين رشته اي در حال توسعه است .شيمي آلي نيز از اين قاعده پيروي مي کند. تقريبا بيشتر عناصر در ساختار مولكول هاي آلي به كار برده شده اند. از ميان عناصر ،برخي از آن ها از نظر اربيتالي با كربن هماهنگ بوده و در ساختار تعداد زيادي از مولكول هاي آلي حضور دارند .عناصري مانند اكسيژن ،نيتروژن ،سيلسيم ،گوگرد ،فسفر و ...بخش هاي مهمي از شيمي آلي را به خود اختصاص داده اند. نوآرايي هافمن نوآرايي هافمن از آشناترين واكنش هاي مهاجرت به نيتروژن ميباشد .در اين نوآرايي ،نيتروژن به يك هالوژن (غالباَ برم) متصل بوده و با توجه به الكترونگاتيوي هالوژن و همچنين ترك كنندگي مناسب آن ،شرايط براي تشکيل نيتروژن کم الکترون و سپس مهاجرت يک گروه به آن آماده مي شود .فرآورده اين نوآرايي ايزوسيانات است كه در حضور حالل پروتون داري مانند آب ،کربن دي اکسيد حذف کرده و به آمين تبديل مي شود .به واکنش هاي زير توجه فرماييد O H3C CH2 C NH Br H3C CH2 NH2 + CO2 + HBr H3C CH2 N C O - Br- O C N Br NaOBr / H2O H3C CH2 Ethyl isocyanate - H2O O C NH2 O H3C CH2 C N Br H OH H2O / OH O NH C O H3C CH2 Unstable + H2O - CO2 H3C CH2 H3C CH2 NH2 در نوآرايي هافمن (برخالف نوآرايي ولف كه امكان تشكيل كاربن وجود داشتت) نتايترن (نيتتروژن شتش الکترونتي) تشتكيل مي گردد: O R N C O R C N A nitrene - Br- O R C N Br انجتام واكتتنش بتتا بتته تتارگيري مخلتوهي از آميتتدها ابتتت شتتده استتت كتته نتوآرايي هتتافمن بتته صتتورت درون مولكتتولي انجتتام متتي شتتود .بتراي ايتتن منظتتور ،از يتتك آميتتد داراي نيتتتروژن نشتتان دار ) (15Nو يتتک آميتتد داراي گتتروه مهتتاجرت كننتتده نشتتان دار استفاده شده است. همان هور که در واکنش زير ديده مي شود هيچ گونه فرآورده واکنش بين مولکولي به دست نمي آيد C6H5*NH2 + C6H4DNH2 C6H5NH2 + C6H4D*NH2 NaOBr / H2O + C6H5CO*NH2 No C6H4DCONH2 O O 15 NH2 NH2 D نكته ي ديگر در مورد نتوآرايي هتافمن ايتن استت كته ايتن واكتنش بتا حفت صتورتدندي در مركتز مهتاجرت كننتده ،انجتام مي شود: Retention of cofiguration NH2 H s C6H5 O C NH2 NaOBr / H2O H3C s H C6H5 H3C هنگ تتامي ك تته گ تتروه مه تتاجرت كنن تتده در ن تتوآرايي ه تتافمن ،آري تتل باش تتد ،س تترعت واك تتنش از اس تتتخالف ه تتاي روي حلق تته پي تتروي م تتي کن تتد .گ تتروه ه تتاي الكت تترون دهن تتده ،ب تتار مهد تتت تش تتكيل ش تتده روي حلق تته آري تتل را ك تتاهش م تتي دهن تتد ،حدواس تتط را پايدارتر نموده و موجب افزايش سرعت واكنش مي شوند: Increase the Rate of Migration NO2 > H > R > OMe نوآرايي هاي كورتيوس ،اشميت و لوسن همانند نوآرايي هافمن مي باشند .در اين نوآرايي ها ،مهاجرت به نيتروژن داراي گروه ترك شونده صورت مي گيرد. تفاوت اين نوآرايي ها با نوآريي هافمن در نوع گروه ترك شونده مي باشد. گروه ترك شونده در نوآرايي هافمن هاليدها ،در نوآرايي كورتيوس و اشميت نيتروژن گازي و در نوآرايي لوسن آب مي باشد. در اين نوآرايي ها ،مشتقات ايزوسيانات تشكيل مي شود كه با هسته دوست موجود در محيط ،واكنش داده و كرباميك اسيد به دست مي آيد كه با حذف دي اكسيدكربن ،آمين تهيه مي گردد. نوآرايي كورتيوس از واكنش بين يون آزيد و يک هالو اسيد ،آسيل آزيد تشكيل مي شود كته داراي يتک گتروه تترك كننتده ی مناستب ( N2گتازي) بتتر روي اتتتم نيتتتروژن بتتوده و مهتتاجرت بتته ايتتن نيتتتروژن صتتورت متتي گيتترد .ايزوستتيانات حاصتتل شتتده از ايتتن نتتوآرايي متتي توانتتد بتتا هستتته دوستتت هتتاي گونتتاگون واكتتنش دهتتد .اگتتر ايزوستتيانات تشتتكيل شتتده بتتا آب واكتتنش دهتتد ،كرباميتتك استتيد بتته دستتت متتي آيد كه ناپايدار بوده و با حذف دي اكسيدكربن ،آمين مربوهه به دست مي آيد. نتيجه ی مهم اين واكنش ،تشكيل آميني است که يك كربن از مشتقات كربونيل دار اوليه کم تر دارد: R N N O C O N N N CH3 O H 3C C C H 2 CH3 H C Cl H 3C C C H 2 CH3 C H C l3 / C u rtiu s R e a ra n g m e n t C O H 3C C C H 2 CH3 N NH C CH3 NaN3 O CH3 CH3 H 2O N C O H 3C C C H 2 CH3 CO2 CH3 NH2 H 3C C C H 2 CH3 تفاوت اين نوآرايي با نوآرايي هافمن در اين است ،كه در نوآرايي هافمن ،هالوژن متصل به نيتروژن به عنوان گروه ترك كننده عمل مي كند ،در حالي كه در نوآرايي كورتيوس N2به عنوان گروه ترك شونده عمل مي نمايد. در واک تتنش زي تتر ه تتم ن تتوآرايي کورتي تتوس ر م تتي ده تتد ب تتا اي تتن تف تتاوت ک تته ب تته ج تتاي آس تتيل هالي تتد و ي تتون آزي تتد از ي تتک اس تتتر و هيدرازين استفاده شده است O NH2 NH2 C N + H2O - CO2 OMe N N N OMe O NH O OEt benzene / HNO2 NH2NH2 - N2 in-situ - EtOH OMe OMe OMe O نوآرايي اشميت تنها تفاوت بين نوآرايي كورتيوس و نوآرايي اشميت ،شرايط انجام اين دو واكنش است كه نوآرايي كورتيوس در شرايط بازي و نوآرايي اشميت در شرايط اسيدي انجام مي شود .وجود اين تفاوت يك برتري به شمار مي آيد؟؟؟ زيرا براي انجام نوآرايي بر روي مولكول هاي حساس به شرايط اسيدي ،مي توان از نوآرايي كورتيوس و براي مولكول هاي حساس به محيط بازي ،مي توان از نوآرايي اشميت استفاده كرد .در اين نوآرايي نيز گروه ترك شونده گاز ازت است NH2 1) H2SO4 / benzene 2) H2O O HN3 + OH Schemidt Rearangment اسيد هيدروآزيک به صورت درجا(توليد هم زمان با مصرف) از مخلتو استيد ستولفوريک و ستديم آزيتد توليتد متي شود .استفاده از اسيد هيدروآزيک نياز به دقت و رعايت اصول ايمني دارد. نوآرايي لوسن براي انجام نوآرايي لوسن از واكنش بين تركيبات كربونيل دار با هيدروكسيل آمين ،يك هيدروكستاميك استيد تشتكيل متي شتود. تركيب به دست آمده داراي گروه هيدروكسيل متصتل بته نيتتروژن بتوده كته متي توانتد بته عنتوان گتروه تترك شتونده عمتل نمايتد و سدب مهاجرت يک گروه به نيتروژن شود: OH N O OH N NH OH O OEt O NaOH/ H2O O H2N OH - EtOH O C N NH2 + H2O - CO2 Lossen Rearangment نوآرايي بكمن اكسيم ها كه از واكنش بين كتون ها و آلدئيدها با هيدروكسيل آمين تشكيل مي شوند ،پيش ماده نوآرايي بكمن مي باشند .در نوآرايي بكمن ،مهاجرت بر روي اتم نيتروژن صورت گرفته و آب به عنوان گروه ترك شونده عمل مي کند. H3C C N C6H5 C6H5 H3C C N - H2O H3C OH2 C N C6H5 Conc. H2SO4 H3C OH C N C6H5 H2O OH C6H5 H3C C N O H3C C NH C6H5 Beckmann Rearrangement نوآرايي بكمن را اسيدهاي جامد نيز به خوبي كاتاليز مي نمايند .اخيرا اسيدهاي جامدي مانند نمك هاي هيدروژن سولفات ،M(HSO4)nسيليكا سولفوريك اسيد ) ،(SSAاکسيد روی ) ،(ZnOهترو پلی اسيدها و ...براي انجام اين واکنش به كار برده شده اند. در نوآرايي بکمن به جاي محيط اسيدي مي توان از واکنش گرهايي استفاده کرد كه گروه هيدروكسيل را به ترك كننده ي مناسب تبديل كنند .براي نمونه ،تركيبات فسفر تمايل زيادي براي تشكيل پيوند با اكسيژن دارند و موجب جدا كردن آن از تركيبات آلي مي شوند .همچنين ،توسيل كلريد نيز گروه هيدروكسيل را به ترك كننده ی مناسب تبديل مي كند .در واکنش هاي زير ،به ارگيري توسيل لريد منجر به انجام نوآرايي بکمن شده است: O O O O 1) NH TsCl 2) H2O N OTs 91 % N OH N OH O CH3 N N H TsCl N H3C در رقابت بين گروه هاي مهاجرت کننده ،گروهي که بهتر بتوانتد بتار مهدتت ايجتاد شتده بتر روي نيتتروژن (در حدواستط) را پايتدار کند ،مهاجرت مي کند: Me C N OPCl4 C N 5 OH PCl C N Me Me Me C N H 2O O Me C N H O Me C NH در نوآرايي بكمن نيز گروهي كه بتواند بار مهدت را بهتر پايدار كند ،مهاجرت مي كند. اكسيژن داراي كمبود الكترون نيز منشأ برخي نوآرايي ها در شيمي آلي مي باشد .گاهي اين نوآرايي ها فرآورده هايي را توليد مي کند كه به روش هاي ديگر سنتزي قابل دسترسي نيست. نوآرايي باير-ويليگر واکنش کتون يا آلدهيد با يک پراسيد منجر به انجام اين نوآرايي مي شود .در اين نوآرايي ،ترك کننده گروه آسيل به عنوان يک ترك كننده خوب مي باشد. + CF3CO2H C6H5 O O C CH2Cl2 CF3CO3H H3C F3C C O O O H C6H5 OH C + C6H5 H3C OH H3C C C6H5 F3C C O O H O OH H3C C C6H5 + OH O O C O C H3C F3C Peroxy Acid - CF3CO2H OH C6H5 O C H O OH H3C C6H5 O C H3C C6H5 O C H3C C6H5 - H+ O O C H3C مهاجرت به اكسيژن در تركيبات داراي پيوند ساده اكسيژن – اكسيژن مهاارت به ااسهژن ا الهناانهژر نااراله زهراايززژشاهدها هر ا هم اار هماااه ا .زهژيااوهاژنااراهس ژن اار ه را زا له(زبهژن ا ارس) زهحضاايزه رد،ه سهعنيژله تسه استه سه ا هن بيررلهحملسهک هاهطبقهمكرري نهده هريززژشاهژرجرمهماهشي : O OH H OH OH HCO2H + O O H O OH H 2O H2O2 + OH H O H O H2O OH HO O Migration زهژياوهرايززژشا،هسريرا هسار هژن ا ال–ژن ا الهس اتهژساتهاهژن ا الهسريرا هشا ه اسه ا ا هزر راله مار ه ارزهمثباته ي اانر ه ژز هاه ااسهعناايژلهم نارهمهرت ماامي هعماالهماااهننا .زهمثااربه اارش،هل ا رلهسريرا ه انررااسهنا بو–ژن ا اله ااسهعناايژلهر اارا هساياه را ه ژ هژرجرمهريززژشاهعملهماهنن . نوآرايي در حضور اسيد صورت،در واکنش زير .گرفته است O OH Ph C CH3 CH3 H2SO4 O OH2 Ph C CH3 - H2O CH3 Ph O C CH3 CH3 Ph O O H2O C CH3 + C6H5 OH H3C CH3 CH3 يکتي از متوارد مهتاجرت بته اكستيژن کتم الكتترون ،واكتنش آلكيتل بتوران هتا بتا آب اكستيژنه در حضتور بتاز متي باشتد .در ايتن واكتنش، پيوند ساده اكسيژن -اكسيژن به عنوان يک پيوند سست آماده شكسته شدن است. H 2O B(CCH2CH3)2 O HO B (C H 2 C H 2 C H 3 ) 3 + HOO HOO OH HOO + HOOH B(CH2CH2CH3)3 CH2CH2CH3 OH H 2O 2 / O H B (C H 2 C H 2 C H 3 ) 2 H 2O 2 / O H C H 3C H 2C H 2O (C H 3 C H 2 C H 2 O ) 3 B H 2O B (O H ) 3 + 3 C H C H 2C H 2O H مثال جالب زير مهاجرت از اتم بور به نيتروژن را نشان مي دهد كه در آن نيتروژن داراي گروه ترك كننده ی مناسب ( )-OSO3Hبوده و به عنوان مركز مهاجر پذير عمل مي كند .نتيجه ی كلي اين واكنش ،افزايش ضد ماركونيكف آمونياك به پيوند دوگانه است: CH3 NH2 CH3 N H 2 B R 2 1) H O + 3 O S O 3H - H S O 4- H 2N BR2 CH3 CH3 H 3C N H 2O S O 3H BR2 R2BH 2) N e u tra lizatio n اژناراهرا هزر رااله اايزژله ااره اارهمنيژن ار ن بوهرميرااسهجهتاارراتهژدهمهاارت بهژدهژراانه اايزه اسهژراانهنا بوهژساات .زهژيااو اژنااراه ژ ت ژهمنيژن ر هن بوه سهعنيژله ردهريهيسه(خرصيتهژسر هريهيسهاه ردهريهيسهاژب تسه سهسطحهژرا هژزبيتارب ار هHOMO اه LOMOمااه رشا .اارهريتااسه ااسهژزبيتاربهميركااي همنيژن اار ن بوه)،(C≡Oهسااطحهژرا ه اهژزبيتااربه HOMOاهLOMO اسه انهرر يا هماا رشاان .نار ژيو،هژراانهنا بوهخرصاايته نا ناهاهسمي را ناهژر نارالهزژه ژز ) ژدهسا هن ب اتهخااي ه اسهرا هزر راله اايزه (ژساار هراايهيس) حملااسهکا هاهنا بوهکاانهژر ناارالهژيجاار هماااهکنا هنااسهزماار هساامي مه ا ا ه اار همهاارت هژدهژراانه اايزهژساات .فا زاز هجه سرياار اهژيااوهراايززژشاه ارااسهجهژركاالهرااي هساايمهژسااتهنااسهژ ا ه ا ا ه اار هزر رااله زهرا هزررااله اايزژلهي اارله رشاان ،هژركاالهراي هساايمه ااسه ستهزم ،هسسه ا هي رله ژز : n-Pr CO + B(CH2CH2CH3)3 O O C B Pr-n n-Pr n-Pr Pr-n C B n-Pr n -P r O n -P r NaO H B (O H ) 3 + n -P r C n -P r OH H 2O H 2O 2 n-P r C n -P r B O n -P r C n -P r B P r-n نوآرايي هاي آنيوني در نووآرايي هواي آنيووني ،مركوز مهواجرت كننوده داراي گوالي بوار من وي بووده و بوه يوك مركوز داراي گوروه تورك شونده مناسب حمله مي كند. نوآرايي فاورسكي نوآرايي فاورسكي در مسير واكنش -αهالوكتون ها با يك باز قوي ر مي دهد .هيدروژن هاي موقعيت αكتون ها و ديگر تركيبات كربونيل دار ،اسيدي هستند و در حضور بازهاي قوي ،آنيون انوالت تشكيل مي دهند. C H O C C Cl + - RO ROH O C C C OR C O C C RO Cl -Cl- RO- RO O C C C O C C C or O C C C ROH H O C C C OR Favorskii Rearangment فرآورده ی نوآرايي فاورسكي با توجه به نوع باز است اده شده مي تواند اسيد ،استر و ...باشد: O OH O 1) N aO H / H 2 O 2) H 3 O + Cl O C NaOH / H2O تشكيل حلقه ی سه تايي ناپايدار در مكانيسم نوآرايي فاورسكي با شواهد مختل ي كامال" تأييد شده است .يكي از روش هاي تأييد تشكيل اين حلقه ی ناپايدار در مسير نوآرايي ،نشان دار كردن كربن هاي αو كربن كربونيلي با ايزوتوپ ) (14Cاست. O OCH2CH2CH(CH3)2 ) Cl NaOCH CH CH(CH 2 2 3 2 O HOCH2CH2CH(CH3)2 1,2-14C-2 Chlorocyclohexanone CO 2CH2CH2CH(CH3)2 + (H3C)2HCH2CH2CO2C تشكيل فرآورده ی يكسان از دو ماده اوليه متفاوت در واكنش زير نيز دليلتي بتر تشتكيل حدواستط يكستان در مستير انجتام اين دو واكنش است: O CH CH2 NaOH / H2O NaOH / H2O O CH2 C CH2 Cl O CH C CH3 Cl CO2H CH CH3 b H3O+ O OH a b CH CH2 a H3O+ O CH2 CH2 C OH O COOH Not Formed CH2 OH More stable carbanion due to conjugation with Phenyl ring زهاژنراه رش،هحلقسهجهسسهررشاهژدهم ا ره aاردهمااهشاي يهدها ژهزررايله ي ا هزژهل ا رلهمااه ا .زهحار هناسه اردهشا لهحلقاسهژدهم ا ره bمنج ه سهل رلهن بررريلهري هژابهماهشي .ک بررريله ي ه سه ررلهژرجرمهزدارر سه ارهحلقاسه ااهسريا ژزر ژدهک باررريلهراي هژابه ژست. انجام واكنش جانشيني ) (SN2روي كربن نوع سوم مناسب نيست ولي در نوآرايي فاورسكي انجام مي شود. O CO2H CH3 H CH3 Cl 1) NaOH / H2O 2) H3O+ CH2 NaOH / H2O COCH3 H CH3 H CH3 فرآورده واكنش زير مانند فرآورده نوآرايي فاورسكي است ،اما در تركيب داده شده امكان تشكيل حلقه سه تايي وجود ندارد. CH3 CO H 2 - B r- H 3C OH Br H3C O H3C O OH Br H3C H3C در واکنش زير -2كلرو سيکلو بوتانون تحت فشار زاويه اي زيادي مي باشد .بنابراين ،گروه هيدروكسيل به كربونيل اضافه شده و حلقه سيکلوبوتانون باز مي شود. O OH O O OH OH O Cl - Cl Cl O O OH Cl Not formed زهصايزلاهنااسهم ا رهراايززژشاهفرازسااكاهطاااهشااي ،هنيرااسهژ ه ريا هل ا رلهشااي هنااسه زهزله اهحلقااسهسااس راارشاه زهيا ه االعهم اانر ه میه رشن هاهيکاهژدهحلقسه ارهر ا ه ا ا هن بيرراله ژشاتسه رشا .نا لهنيراسهژ هف ارزهدژاهاسهژ هخر ا هدهار ه ژز هاهل ا رل زلهژمکارلهسامي ه ري ت.