Transcript jalase18
نوآرايي پيناكول ()Pinacol Rearrangment يکي ديگر از نوآرايي هاي شامل مهاجرت به كربن داراي كمبود الكترون ،نوآرايي پيناكول است .نوآرايي پيناكول در تركيباتي رخ مي دهد كه داراي دوگروه عاملي هيدروكسيل روي كربن هاي همسايه ( )Vicinal diolsباشند يا اين که دو گروه هيدروكسيل داشته باشند که چند کربن با هم فاصله دارند ولي از لحاظ فضايي به هم نزديك هستند. براي تهيه ي دي ال هاي همسايه (پيناکول) مي توان از واكنش پيوند دوگانه با پرمنگنات پتاسيم و اسميم تترا اکسيد ،و نيز واكنش ديمر شدن دو كتون يا دو آلدييد در حضور فلزاتي مانند منيزيم و در حالل بي پروتون اشاره نمود: KMnO4 OH OH C C )(Cold and Dilute or OsO4 Mg OH OH R C C R H2O C C O C R O R C O C R Mg O R C O Mg )Ether (dry R )(2 eq R = H or Alkyl -1در حضووور پروتووون يووا اسوويد لوووزيگ ،ي ووي از گووروه هوواي هيدروكسوويل ترکيبووات پينوواکول ،درگيوور مووي شووود پروتووون شوودن همزمووان هر دوگروه هيدروكسيل ام ان پذير نيست چرا؟؟ زز وورا ب ووار مكر ووت روي ك ووربن ه وواي همس ووايه ت ووكيل م ووي ش ووود ك ووه ناپاي ووداري اي وواد م ووي كن وود) و ب ووا گ ووروك گ ووروه ت وور ش ووونده ي ووك كربوكاتيون ت كيل مي گردد. -2سپگ يکي از گروه هاي روي کربن همسايه به اين كربن مكرت مهاجرت کرده -3وهم زمان ،گروه هيدروكسيل دوم با آزاد کردن پروتون ،گروه كربونيل را ت كيل مي دهد. تركيوور كربونيوول دار ت ووكيل شووده ،پينوواكولون نووام دارد .نيووروي پوويش برنووده ي ايوون واكوونش ،رهووا شوودن تركيوور از وجووود دو گووروه هيدروكسويل اسوت كوه از لحواظ فضوايي و الكترو وي در مولپوول ناپايووداري اي واد موي کننود .همچنوين ،ت وكيل پيونود دوگانوه پايوودار كربن-اكسيژن مي تواند در پي رفت واکنش تأثير ززادي داشته باشد. OH concerted Ph OH Ph C C Ph Ph C C Ph Ph Ph Ph OH2 OH Ph C C Ph - H2O Ph Ph Pinacol concerted Ph OH Ph C C Ph Ph H3O+ OH OH Ph C C Ph Ph Ph - H+ Ph O Ph C C Ph Ph Pinacolon CH3 O H3C C C CH3 CH3 OH2 OH H3C C C CH3 CH3 CH3 H3O+ OH OH H3C C C CH3 CH3 CH3 در مكال هاي باال ،نوآرايي پيناكول در مولكول هاي متقار ي ان ام شده است که فقط به ت كيل يك فرآورده من ر شده است .ولي در مواردي كه مولكول ،پيرامون مركز پيناكولي بدون تقارن باشد ،مسئله ي گززنش پذيري مطرح مي گردد .در چنين مواردي ،گززنش پذيري از طرزق پايداري كربوكاتيون حاصل از گروك گروه هاي هيدروكسيل ،اعمال مي شود .بنابراين، گروهي پروتون دار مي شود كه كربوكاتيون حاصل از گروك آن پايدارتر باشد. H O C C H CH3 H H3C CH2 - H2O H OH2 O C C H CH3 H + H3O H3C CH2 OH OH C CH2 CH3 H3C CH2 O H3C CH2 CH C H CH3 با توجه به اين كه كربوكاتيون نوع سوم پايدارتر از كربوكواتيون نووع اول اسوت ،گوگ گوروه هيدروكسويل متكول بوه كوربن نووع سووم، پروتون دار شده و به عنوان گروه تر شونده عمل کرده و کربوکاتيون را ت پيل مي دهد. H H H O - H 2O H O H 2O + H3O HO H HO H H Ph O Ph C C CH3 CH3 - H2O O C CH3 H2O Ph C H3O+ Ph CH3 OH OH Ph C C CH3 Ph CH3 در نوآرايي پيناکول دو گززنش پذيري مطرح است. گززنش اول حذف گروه هيدروکس ي که کربوکاتيون پايدارتر توليد کند. گززنش پذيري دوم در هنگام مهاجرت يک گروه از کربن همسايه به کربوکاتيون رخ مي دهد. بووا توجووه بووه ايوون کووه هنگووام نوووآرايي گووروه مهوواجرت كننووده ،بووار مكرووت پيوودا مووي كنوود ،گروهووي كووه ايوون بووار مكرووت را هتوور پايوودار كنوود، مهوواجرت مووي كنوود .بووراي نمونووه گووروه هوواي داراي سيسووتم هوواي سير ووده ماننوود حلقووه هوواي آروماتيووك و پيونوودهاي چندگانووه هتوورين گروه ها براي ان ام چنين مهاجرتي مي باشند .گروه هاي الكترون دهنده روي حلقه فنيول ان وام نووآرايي را سورعت موي بخ وند. بنابراين ،حلقه هاي آروماتيک داراي استخالف هاي الكترون دهنده براي مهاجرت اولوزت دارند. Selective در هنگام مهاجرت حلقه ي داراي گروه متوکس ي مهاجرت مي كند و فرآورده مهاجرت حلقه ي فنيل ت پيل نمي شود: OH2 OH C C OMe OMe H3O+ OH OH C C OMe O OMe Electron doner C OMe C H OMe O OMe C OMe C ترتيوور سوورعت مهوواجرت گووروه هوواي مختلووي روي كووربن همسووايه بووه کربوکوواتيون ،در نوووآرايي پينوواكول بووه صووورت هوواي ززوور در منابع مختلي گزارش شده است: p-Anisyl > p-Tolyl > Phenyl > t-Alkyl > sec-Alkyl > primary-Alkyl > H or p-Anisyl > p-Tolyl > Phenyl > p-ClC6H4 > o-MeOC6H4 در مورد پيناكول هاي نامتقارن ،گوروه هواي دهنوده روي حلقوه ي فنيول عوالوه بور مرحلوه ي مهواجرت موي تواننود در مرحلوه ت كيل کربوکاتيون دگالت کنند .به واکنش ززر توجه شود: Me O Ph O Me Ph C C O C O C Ph 28 % O O + Me Me 72 % O Me OH Ph OH C Ph C H2SO4 Me O در واکنش ززر ،ابتدا كربوكاتيون پايدارتر ت كيل مي شود .سپگ مهاجرت به کربوکواتيون ،موجور افوزااش انودازه ي حلقوه شده است .واكنش ززر ،ي ي از روش هاي افزااش اندازه ي حلقه است كه اهميت ززادي در سنتز ترکيبات آلي دارد: O Ph Ph OHOH OH Ph Ph 2 - H2O Ph Ph + H3O OH OH Ph Ph ف ار زاوزه اي ( )Angular Strainنيز در هدايت واكنش پيناكول مؤثر است. هرچه اندازه حلقه كوچك تر باشد (اگتالف زاوزه آن از حالت ايده آل 109.28درجه بي تر باشد) ت كيل كربوكاتيون بر روي آن سخت تر است. براي نمونه ،حلقه ي سي لوپروپان در حالت عادي به اندازه 49درجه ف ار زاوزه اي دارد .حال اگر روي اين حلقه كربوكاتيون ت كيل شود ،هيبريداسيون کربن حلقه از sp3به sp2تبديل شده و ف ار زاوزه اي به 60درجه افزااش مي يابد که به هيچ وجه اين فرآيند مناسر نيست. OH2 - H 2O O O H3O+ HO HO H O H O OH - H2O Not Formed OH H2O براي هدايت واكنش باال به سمت ت كيل فرآورده ي مورد نظر ،چندين عامل دگالت دارند که عبارت اند از: گروه هيدروكسيل روي حلقه ي شش تايي به عنوان تر شونده عمل کرده و كربوكاتيون حاصل از آن ،ف ار زاوزه اي ندارد. كربوكاتيون به وجود آمده توسط پيوندهاي گميده ي سي لوپروپان پايدار مي گردد. در اثوور ان ووام نوووآرايي پينوواكول ،حلقووه ي سووه تووايي بووه حلقووه ي بووزر توور تبووديل مووي شووود و حلقووه ي چهووار تووايي از ف ووار زاوزووه اي كمتري برگوردار است. عاموول ديگووري کووه در ت ووپيل کربوکوواتيون روي کووربن همسووايه حلقووه ي سوويکلوپروپيل کمووک مووي کنوود پايدارشوودن کربوکوواتيون توس ووط اي وون حلق ووه م ووي باش وود .ب ووه دلي وول ه ووم پوش ووا ي اربيت ووال ه وواي گمي ووده ي ش ووبه پ وواي πدر حلق ووه ي س ووي لوپروپان ب ووا كربوك وواتيون همسايه اين حلقه ،چنين كربوكاتيون هايي از پايداري بااليي برگوردار مي باشند: OH2 O H O ان ام نوآرايي و بزر شدن حلقه - H 2O OH H3O+ OH OH واکونش ززور نووني نووآرايي پينواكول را وان موي دهود كوه در آن گروههواي هيدروكسويل روي كوربن هواي همسوايه اورار ندارنود ولوي شو ل فضوايي مولكوول ايون دو گوروه را نزديوك بووه هوم اورار داده اسوت و ايون نزديکوي باعووو مهواجرت گوروه دوتورزم و ت وپيل فورآورده ي حاصل از نوآرايي شده است: H O D H3C O D - H2O D CH3 HO H2O CH3 H3O+ O D CH3 D HO HO H3C نوآرايي پيناكول در حلقه هاي تحت ف ار زاوزه اي نيز ان وام موي پوذيرد .حلقوه هواي اپوكسويدي در حضوور اسويدهاي لووزيگ مووي تواننوود من وور بووه ت ووكيل كووربن داراي كمبووود الكتوورون شوووند و در صووورت وجووود نداشووتن هسووته دوسووت ،از کووربن همسووايه بووه کربوکاتيون ،مهاجرت صورت مي گيرد .به واکنش ززر دات شود: R = Alkyl, Aryl or Hydrogen R4 R3 R2 O R1 Et2O.BF3 R3 R1 or Et2O.MgBr2 R4 R2 O در واكنش ززر ،در مرحله ي نوآرايي ،مهاجرت هيدروژن هتر است يا آلكيل؟؟؟ مهاجرت هيدروژن .ززرا با مهاجرت آلكيل حلقه ي پنج عضووي بوه حلقوه ي چهوار عضووي تبوديل موي شوود كوه از نظور انورژي مناسر نيست: H MgBr2 O MgBr2 O MgBr2 H Et2O O H Rearangment O O H H O MgBr2 Rearangment Not Formed باز شدن حلقه و افزااش اندازه حلقه ،دو روش جهت کاهش ف ار زاوزه اي حلقه هاي کوچک مي باشد. هنگوامي كووه دو حلقووه تحوت ف ووار بووه صوورت اسوويايرو بووه هووم چسوريده باشووند ،ف ووار زاوزوه اي بووه شوودت افوزااش پيوودا مووي كنوود، چرا؟؟؟ ززرا كربن اسيايرو بايد هيبريداسيون يكسا ي براي چهار پيوند متكل به گود ارائه دهد .بنابراين ،پيوندهاي متكل به كربن اسيايرو نمي توانند گكلت pبي تري داشته و به صورت پيوندهاي گميده ظاهر شوند. در مورد اكسا اسيايرو ززر دو مسير aو bبراي ت كيل كربوكاتيون و سپگ ان ام نوآرايي در کربوکاتيون ت كيل شده وجود دارد. کدام مسير ان ام پذير است؟ مسير bبه ت كيل كربوكاتيون روي حلقه ي سه تايي و افزااش ف ار زاوزه اي به دليل sp2شدن هيبريداسيون كربن سي لوپروپا ي ،من ر مي گردد كه مسير مناسبي نيست. در صورتي كه ان ام واكنش از مسير aبه حدواسطي من ر مي شود كه پايدار است (كربوكاتيون همسايه حلقه هاي داراي پيوندهاي گميده پايداري گوبي دارد) و گگ از ان ام نوآرايي ،اندازه ي حلقه افزااش پيدا مي كند كه اين افزااش اندازه ي حلقه به عنوان نيروي پيش برنده ي واكنش عمل مي كند: CH3 O H3C(H2C)5 C6H13 CH3 O 92 % H (CH2)5CH3 CH3 Not Formed OH a b CH a 3 H3C(H2C)5 b O H H+ H3C(H2C)5 CH3 O در واكوونش هوواي ززوور نيووز بووزر شوودن حلقووه بووه عنوووان نيووروي پوويش برنووده ي واکوونش سوورر ان ووام نوووآرايي شووبه پينوواکول شووده است: OH O O HCl O O N N H H O R elief o f rin g s train O O H H N H O H D riving force N H N N H O N حلقه ي اپوكسيد به عنوان مركز داراي كمبود الكترو ي عمل مي كند. R H+ R O O TiCl4 R O OH C l3 T i O S iM e 3 O C l3 T i R O SiMe3 Cl O O H H LiBr + در صورتي كه آنيون اسيد لوزيگ ) (Li+گاصيت بازي داشته باشد ،مسير واكنش تغيير مي كند. CH3 5% 95 % O O LiClO4 H + O 80 % 20 % O CH3 O LiNEt2 Then Neutralization OH Li+ H3C Mech: O LiNEt2 Me H H O Li OH نپته: در برخووي موووارد بووراي ان ووام نوووآرايي پينوواكول و تبووديل گووروه هيدروكسوويل بووه يووك گووروه توور شووونده ،از عواموول پوور م ماننوود توسيل كلرزد ) (TsClاستفاده مي شود .برتري استفاده از اين گروه گززنش پذيري گاص ي است كه اعمال مي شود. هنگام به کارگيري اين گروه ،عوامل فضايي بر عوامل الكترو ي غلبه کرده و گروه هيدروكسيل متكل به كربن نووع پوايين تور به صورت گروه تر شونده عمل مي كند و مهاجرت از کربن شلوغ تر روي كربن گلووت تور صوورت موي گيورد .بوه مكوال هواي ززور توجوه شود: R O R C C R R H Base - TsOH OTs O C R R R C )TsCl (1eq OH OH C R R R O S Cl O R C R TsCl = H3C OH OH Ph C C CH3 Ph CH3 R HO H OH TsCl (1eq) TsCl (1eq) OH OTs Ph C C CH3 Ph CH3 R HO H OTs Base - TsOH O CH3 Ph C C CH3 Ph Base - TsOH R O H جهت ان ام نوآرايي پيناكول ،وجود گروه تر شونده و يا كربن داراي كمبود الكترو ي ضروري است. در برخي موارد ،گروه تر شونده را با روش هاي ديگري اي اد مي كنند كه در اين حالت نوآرايي را نيمه پيناكولي يا شبه پيناكولي( )Semipinacol Rearrangmentمي نامند. نوآرايي بتا هيدروكس ي آمين ها در حضور اسيد نيترو نمونه اي از اين نوآرايي ها مي باشد. اسيد نيترو گروه آميني را به گروه تر شونده مناسر تبديل مي كند و مهاجرت روي كربن حامل تر كننده صورت مي گيرد. اسيد نيترو ناپايدار است و آن را به صورت درجا (توليد هم زمان با مكرف)(In-Situ ) از واكنش يك اسيد و نمك نيتريت توليد مي کنند .واکن هاي ززر نمونههايي از ان ام نوآرايي شبه پيناکولي هيدروکسيل آمينها مي باشند. H O Ph C CH CH3 Ph - N2 Rearangnent + O N2 Ph CH CH3 Ph HNO2 in-situ OH NH2 Ph CH CH3 Ph الزم به توضيح است که براي ان ام واکنش با هر يک از سيستم هاي فوق چند اطره آب يا سيليکاژل مرطوب ( Wet )SiO2الزم است. O H HNO2 in-situ O HNO2 NH2 OH NH2 HO in-situ برخي از روش هاي توليد درجاي اسيد نيترو عبارت اند از: HNO2 = M(HSO4)n/ NaNO2, SSA/ NaNO2, C2H2O4 . 2H2O / NaNO2 , = N-Hallo Reagents / NaNO2 , HX/ NaNO2 , ... X = Cl, Br, I, HSO4 , H2PO4 , NO3 روش ي جالر براي افزااش اندازه ي حلقه با استفاده از نوآرايي شبه پيناکولي بتا هيدروکس ي آمين است: O ? O OH Br Br2 H2O HO CN HCN In-situ [O] h 1) LiAlH4 2) H2O 1) Me3SiCN, ZnI2 2) LiAlH4 HO 1) CH3NO2, NaOH 2) H2, Ni O H Semipinacol Rearrangment (TM) [O] = KMNO4 , PCC , K2Cr2O7 , ... O N2 HNO2 in-situ NH2 همان طور که در ش ل ززر ان داده شده است ،فضا شيمي پيرامون مركز پيناكولي بايد به صورت آنتي باشد: اگر نوآرايي هم زمان باشد ،روي مركز پيناكولي كه گروه تر كننده ارار دارد ،وارونگي م اهده مي شود. در حووالي كووه شوويمي فضووايي كووربن مهوواجرت کننووده هوويچ تغييووري نمووي كنوود .بووه وارونگووي کووربن داراي نيتووروژن (توورک کننووده) در واکنش ززر توجه شود: H O H3C Et D HNO2 in-situ H OH NH2 D H3C Et CH3 H O HNO2 H CH3 in -situ S R HO NH2 N 2+ HO Ph H 3C H Ph بوه دليول هوم زموا ي ( )Concertedان وام واكونش ،نووآرايي شوبه پينواكولي هيدروکسويل آموين بوا وارونگوي مركوز پينواكولي همراه است. در ص ووورتي ك ووه در واك وونش پين وواكول ي ووک دي ال در مح وويط اس وويدي ،ابت وودا كربوك وواتيون ت ووكيل م ووي ش ووود و س ووپگ ب ووه دلي وول مسووطح بووودن آن ،راسووميك شوودن رخ مووي دهوود .اگوور صووورترندي مركووز پينوواكولي گووگ از واکوونش بووه طووور کاموول وارونووه ووود بيووان کننده اين است كه واكونش هوم زموان نيسوت و دسوت کوم بخاو ي از واكونش از طرزوق ت وكيل کربوکواتيون پويش موي رود .واكونش ززور اين وااعيت را ان مي دهد: O H C CH CH3 Et Inversion 30% - N2 Rearangnent N2+ H O C Me C H Et H HNO2 in-situ OH NH2 H2C C CH3 Et نوآرايي روپ ()Rupe Rearrangment در اين نوآريي ،پيوند سه گانه در حضور اسيد به مركز الكترون دوست تبديل شده و به عنوان مركز کم الكترون مورد حمله اكسيژن ارار گرفته و حلقه سه تايي ناپايدار ت كيل مي شود. در ادامه ،حلقه سه تايي نوآرايي کرده و يک فرآورده آلفا-بتا سير ده به دست مي آيد. OH H3C CH C C CH2 CH3 - H+ H O H3C CH C C CH2 CH3 H H+ OH C C CH CH3 H3C CH2 Tautomerizes O CH3 H3C CH C C CH3 O OH CH3 H+ H 1) BrMgC CH 2) H2O O مهاجرت به كاربن ها در كاربن ها ،اتم كربن داراي شش الكترون بوده و بدون بار مي باشد .در اين حالت ،كاربن به عنوان گونه ي کم الكترون عمل مي كند و براي جبران کمبود الپترون آن ،مهاجرت به اين كربن صورت مي گيرد. مانند نوآرايي ولي (.)Wolff Rearrangment در اين نوآرايي ،يك -αدي آزوكتون در حضور عوامل فعال كننده مانند اكسيد نقره يا تابانيدن نور ) (hνنيتروژن از دست داده و كربن شش الكترو ي ت كيل مي شود. مهاجرت يک گروه از کربن همسايه کاربن به آن سرر توليد کتن مي شود. کتن مي تواند مورد حمله هسته دوست هاي گوناگون ارار گرفته و به فرآورده دلخواه تبديل شود: O Ph C CH Ag2O or h O C CH Ph - N2 O Ph C CH N N O Ph C CH N N Diazoacetophenone O C CH Ph Ph O C CH2 Nu Nu H ان ام نوآرايي ولي من ر به توليد چه فرآوردههايی شده است؟،در واکن هاي ززر O Ph C C N2 H H2O EtOH Ph CH2 O C OH Ph CH2 O C OEt Ph CH2 O C NH2 Ph CH C O NH3 D2O O Ph CH C OD D O O N2 Ag2O or h - N2 O C M eOH OMe سنتز آرندت-ااسترت ( )Arndt-Eistert synthesisنمونه اي جالر از مهاجرت به كاربن است كه به نوآرايي ولي شباهت دارد. (aاين سنتز كه براي وارد كردن يك گروه متيلن به تركيبات مورد نظر كاربرد دارد، (bداراي گروه تر شونده نيتروژن گازي مي باشد. (cدر اين روش ،با استفاده از واكنش بين آسيل هاليدها و دي آزومتان ،مي توان گروه هاي اسيدي را به يك م تق -αدي آزوكتون تبديل نمود (dسپگ مهاجرت يک گروه به كربن دي آزويي من ر به توليد اسيدي مي شود که يک گروه متيلن سرت به واکنش دهنده بي تر دارد. CHN2 C H 2C O 2H 1) A g2O , H 2O 2) H + - N a p h tyla ce tic a cid 80 % O COCl H 2C N N C O 2H S O C l2 - HCl - N a p h to n ic a c id 1) SOCl2 O C OH Me Et C CH2 CH2 3) Ag2O, H2O Ph + 4) H 2) CH2N2 1) SOCl2 Me O Et C CH2 C OH Ph 2) CH2N2 3) Ag2O, H2O 4) H+ Me O Et C C OH Ph ان ام سنتز آرندت -ااسترت روي کتون ها ،من ر به توليد کتو ي با متيلن بي تر مي شود .واكنش كتون ها مانند نوآرايي شبه پيناكول است .همچنين در اين واكنش ،اپوكسيدها به عنوان فرآورده ي جانبي ت كيل مي شوند O H3C C CH2 Ph O H3C Ph Side product a b O b C CH2 N2+ a Ph a H3C H2C N N O Ph C CH3