وقتی ویلیامسون کار نمی کند: سنتز اترهای سوم از آلکن ها، واکنش های SN1، و الکوکسی مرکوراسیون

در دو پست آخر ما در مورد سنتز ویلیامسون اترها بحث کردیم. همانطور که دیدیم، بحث ما اساساً یک هش مجدد کامل همه چیزهایی بود که قبلاً در مورد S گفته بودیم_ن2 واکنشی که چندین فصل پیش پوشش داده شد. این چیزی است که در مورد شیمی آلی وجود دارد – چیزهایی که در مراحل اولیه دوره یاد می گیرید اغلب بعداً در دوره به اشکال مختلف برمی گردند.

پست امروز از این نظر مشابه است که ما فقط به واکنش‌های قدیمی که قبلاً دیده‌ایم برمی‌گردیم و با دیدی جدید به آنها نگاه می‌کنیم.

در اینجا خلاصه ای از آنچه امروز پوشش می دهیم آورده شده است:

1. چگونه می توان اترها از الکل های درجه سوم درست کرد در حالی که ویلیامسون (SN2) یک گزینه نیست؟

پست آخر را با طرح یک سوال به پایان رساندیم. چگونه اترهایی مانند این زیر را سنتز کنیم (di-تی-بوتیل اتر)؟ ما دیدیم که وقتی سعی می کنیم اترهایی مانند این را از طریق واکنش ویلیامسون تشکیل دهیم، به طرز بدی شکست می خورد – به جای اتر مورد نظر، محصولات حذف (از طریق E2) به ما می دهد.

بیایید یک لحظه به این موضوع فکر کنیم. زمانی که واکنش‌های جایگزینی را پوشش می‌دادیم، متوجه شدیم که SN2 برای آلکیل هالیدهای اولیه بهترین و برای آلکیل هالیدهای سوم ضعیف‌ترین است، به دلیل مانع فضایی.

اما ما متوجه شدیم که واکنش جایگزینی متفاوتی وجود دارد که در واقع برای آلکیل هالیدهای سوم در مقابل آلکیل هالیدهای اولیه برتری دارد – S_ن1- و این به پایداری بیشتر کربوکاسیون های ثالثی در مقابل کربوکاتیون های ثانویه در مقابل اولیه مربوط می شود.

2. سنتز اترها از طریق واکنش الکل ها با آلکن ها یا آلکیل هالیدها

در واقع، ما نه تنها در واکنش‌های SN1 بلکه در نوع دیگری از واکنش‌ها نیز با کربوکاتیون‌ها مواجه شدیم. اگر یک آلکن بگیریم و اسید اضافه کنیم، به یاد بیاوریم که در نهایت یک پیوند CH جدید روی کربن کم جایگزین آلکن تشکیل می دهیم و یک کربوکاتیون روی کربن جایگزین آلکن تشکیل می دهیم (قاعده مارکوفنیکف را به خاطر دارید؟).

این ممکن است شما را به فکر وادار کند – آیا می‌توانیم از هر یک از این واکنش‌ها برای تشکیل اترها از طریق یک واسطه کربوکاتیون استفاده کنیم؟

مطمئن!

ما می توانیم این کربوکاتیون را به دو صورت تشکیل دهیم.

اگر یک آلکیل هالید را در حلال الکلی مناسب حل کنیم، در نهایت گروه ترک خارج می شود و کربوکاتیون را تشکیل می دهد – که سپس توسط حلال به دام می افتد. پس از حذف یک پروتون، ما با اتر خود باقی می‌مانیم.

از طرف دیگر، اگر با یک آلکن در یک حلال الکلی مناسب شروع کنیم و با یک اسید قوی درمان کنیم – در حالت ایده آل یک اسید قوی با یک یون ضد هسته دوست ضعیف [ yes to H₂SO₄ and TsOH as acids, generally no to HCl, HBr, and HI] کربوکاتیون نیز به همین ترتیب تولید می شود که سپس از طریق همان مسیر قبلی به دام می افتد.

3. سه نمونه از تشکیل اتر شامل افزودن یک الکل به کربوکاتیون سوم

بیایید به سه مثال نگاه کنیم. اولین مورد یک S معمولی است_ن1 واکنش دومی واکنش افزودن آلکن است. سومین افزودن آلکن است… با پیچ و تاب! [Note – I didn’t put the mechanisms of these reactions in because we’ve talked about these mechanisms so many times before. However you can click here to see the mechanism of these three reactions]

4. اجتناب از بازآرایی کربوکاتیون با استفاده از Alkoxy Mercuration

ممکن است در این مرحله بگویید «اوه بله»، مانند کسی که ناگهان به طرز ناخوشایندی با دوست پسر یا دوست دختر سابق سابق روبرو می شود. “تنظیم مجدد.” بله، بازآرایی ها!

هر زمان که با واسطه های کربوکاتیون سروکار داریم، بازآرایی ها چیزی است که باید مراقب آن باشیم.. به عنوان مثال، اگر یک کربوکاتیون ثانویه در مجاورت یک کربن سوم یا چهارتایی تشکیل دهیم، انتظار یک تغییر هیدرید یا آلکیل (به ترتیب) را داشته باشیم که منجر به کربوکاتیون پایدارتر شود.

با این حال، راهی برای خروج وجود دارد!

به خصوص، راهی وجود دارد که بتوانیم اترها را از آلکن ها به روشی تشکیل دهیم که شامل یک واسطه کربوکاتیون نباشد.. همچنین واکنشی است که قبلاً دیده بودیم: اکسی مرکوراسیون

اکسی مرکوراسیون شامل حل کردن آلکن اولیه در یک حلال الکلی و افزودن منبع جیوه (II) مانند Hg (OAc) است.₂ . یک یون “جیوه” تشکیل می شود که سپس در جانشین ترین موقعیت توسط یکی از مولکول های حلال الکل مورد حمله قرار می گیرد. پس از حذف یک پروتون، ما با محصول “oxymercuration” باقی می‌مانیم. سپس جیوه را می توان با تیمار سدیم بوروهیدرید (NaBH) حذف کرد₄). ما اغلب مکانیسم را پوشش نمی دهیم، اما اگر کنجکاو هستید، در اینجا مکانیسم NaBH4 است

توجه داشته باشید که ما موفق شدیم «CH₃OH» در این مثال در سراسر آلکن بدون اینکه هیچ گونه بازآرایی رخ دهد.

5. خلاصه: سنتز اترها از طریق واکنش های SN1 (و مرتبط)

به طور خلاصه، ما امروز سه روش را برای سنتز اتر مورد بررسی قرار داده ایم:

• سنتز اتر از طریق S_ن1 واکنش آلکیل هالیدهای سوم
• سنتز اتر از طریق اسید کاتالیزور الکل ها به آلکن ها
• اکسی مرکوراسیون آلکن ها در حلال الکل

در مواردی که می خواهیم اترهای الکل های ثانویه و سوم بسازیم، اینها به عنوان جایگزین مفیدی برای ویلیامسون عمل می کنند.

اکنون که اصول سنتز اتر را پوشش داده اید، جهان صدف شماست. فقط صبر کنید تا در مورد همه چیزهای هیجان انگیزی که ما می توانیم با اترها انجام دهیم، اکنون که می دانیم چگونه آنها را بسازیم، بیاموزید.

پست بعدی این مجموعه بسیار هیجان انگیز خواهد بود، من برای جلوگیری از ریختن حبوبات به سختی می توانم جلوی خود را بگیرم. با این حال، من باید.

هیجان در انتظار است!

پست بعدی – سنتز اتر از طریق الکل و اسید

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

1. Solvomercuration-Demercuration الفین های نماینده در حضور الکل ها. روش های مناسب برای سنتز اترها
   هربرت چارلز براون و مین هون ری
   مجله انجمن شیمی آمریکا 1969، 91 (20)، 5646-5647
   DOI: 1021/ja01048a042
   مقاله اصلی توسط پروفسور اچ سی براون در مورد “solvomercuration” – demercuration برای سنتز اترها با افزودن الکل مارکوفنیکوف، بدون بازآرایی. آنچه در مطالعه این نوشتار قابل توجه است این است که واکنش آن است سریع – جیوه حدود 10 دقیقه طول می کشد، پس از آن NaBH پایه₄ محلول اضافه می شود. حدود 2 ساعت طول می کشد تا آبگیری کامل شود.
2. DL-Serine
   هربرت ای. کارتر و هارولد دی. وست.
   سازمان مصنوعی. 1940، 20، 81
   DOI: 10.15227/orgsyn.020.0081
   اولین مرحله از این فرآیند، واکنش آلکوکسی مرکوراسیون متیل آکریلات با جیوه (OAc) است.₂ در متانول (جالب اینجاست که می رود ضد-مارکونیکوف به دلیل اثر الکترون کشی متیل استر مجاور). سپس جیوه با برم (از طریق Br2) جایگزین می‌شود و آلکیل هالید حاصل با NH3 تحت تأثیر SN2 قرار می‌گیرد و اسید آمینه را می‌دهد.
3. فعال سازی الفین ها از طریق کاتالیز اسید برونستد نامتقارن
   نوبویا تسوجی، جنیفر ال.کنمور، توماس بایک، سونگی لی، سباستین پروست، فیلیپ اس جی کایب، دیمیترو بایکوف، کریستف فارس، بنجامین لیست
   علوم پایه 2018: جلد 359، ش 6383، ص 1501-1505
   DOI: 10.1126/science.aaq0445
   پروفسور بنجامین لیست (اکنون در موسسه ماکس پلانک، آلمان) یکی از همکاران کلیدی در این زمینه است کاتالیز ارگانیک. در این مقاله، او استفاده از اسید برونستد کایرال حجیم را برای سنتز اتر نامتقارن و درون مولکولی توصیف می کند. با استفاده از این اسید، یک وجه از کاتیون میانی که از پروتونه شدن الفین به وجود می آید مسدود می شود، در نتیجه یک افزودن انتخابی را ترجیح می دهد.
4. کاتالیزورهای تشکیل دی اتیل اتر
   مخترعین: چنگ ژانگ، ویکتور جی. جانسون
   مأمور: Celanese International Corp.
   تاریخ انتشار: 18، 2014
   میخانه. شماره: ایالات متحده 20140275636A1
   این یک فرآیند صنعتی برای سنتز دی اتیل اتر است که با استفاده از یک کاتالیزور ناهمگن انجام می شود.
5. سنتز تک مرحله ای دی ایزوپروپیل اتر – یک تقویت کننده اکتان جایگزین برای بنزین بدون سرب
   فرانک پی هیس، مارک ای درای، کلاوس پی مولر
   کاتالیز امروز 1999، 49 (1-3)، 327-335
   DOI: 1016/S0920-5861(98)00440-4
   این مقاله نشان می‌دهد که مکانیسم تشکیل اترهای متقارن از الکل‌های ثانویه (به عنوان مثال ایزوپروپانول) پیچیده‌تر است، زیرا کم‌آبی دو مولکولی می‌تواند با مسیرهای دیگر رقابت کند._ن1 یا حذف-افزودن). دی ایزوپروپیل اتر گاهی اوقات به عنوان یک حلال استفاده می شود، اما در مقایسه با سایر اترها به مراقبت و نگهداری بیشتر نیاز دارد، زیرا حتی بیشتر مستعد تشکیل پراکسیدهای انفجاری است.
6. فرآیند تهیه دی ایزوپروپیل اتر
   مخترع: هانبری جان وودز
   مسئول: گلف اویل کانادا محدود
   تاریخ انتشار: 16، 1977
   میخانه. شماره: ایالات متحده 4,042,633
   ثبت اختراع در مورد یک فرآیند صنعتی برای تهیه دی ایزوپروپیل اتر از ایزوپروپانول. این نیز با یک کاتالیزور ناهمگن (در این مورد خاک رس مونت موریلونیت) انجام می شود.
7. واکنش فنل ها و الکل ها بر توریا: مکانیسم تشکیل اتر
   Karuppannasamy، K. Narayanan، CN Pillai
   J. Catalysis 1980، 66 (2)، 281-289
   DOI: 10.1016/0021-9517(80)90032-9
   در شرایط اجباری، فنل می‌تواند به دی فنیل اتر تبدیل شود، اما این امر از طریق یک مکانیسم غیرعادی پیش می‌رود.
8. کربوکاتیون های پایدار قسمت 275. کاتیون دوازده وجهی و 1،16-دوده وجهی. مطالعات طیف‌سنجی پروتون و کربن-13 NMR و بررسی‌های نظری
   جورج آ. اولاه، جی کی سوریا پراکاش، ولف دیتر فسنر، توموشیگه کوبایاشی و لئو آ. پاکت
   مجله انجمن شیمی آمریکا 1988، 110 (26)، 8599-8605
   DOI: 1021/ja00234a004
9. کربوکاتیون های پایدار قسمت 267. Pagodane dication، یک سیستم سیکلوبوتانوئیدی آروماتیک 2.pi. منحصر به فرد
   K. Prakash، VV Krishnamurthy، Rainer Herges، Robert Bau، Hanna Yuan، George A. Olah، Wolf Dieter Fessner و Horst Prinzbach
   مجله انجمن شیمی آمریکا 1986، 108 (4)، 836-838
   DOI: 10.1021/ja00264a046
   یکی از چالش های بزرگ در شیمی آلی مصنوعی در اواخر دهه 20^هفتم قرن سنتز هیدروکربن دودکدران افلاطونی بود (C₂₀اچ₂₀). گروه های زیادی در سراسر جهان از زوایای مختلف به این مشکل حمله کردند و “برنده” نهایی پروفسور لئو پاکت (دانشگاه ایالتی اوهایو) بود. پروفسور هورست پرینزباخ (U. فرایبورگ، آلمان) با تلاش برای ایزومریزاسیون هیدروکربن “پگودان” (که به دلیل شکل نامیده می شود) به این موضوع نزدیک شد. هر دو دودکدران و پاگودان محلول‌هایی از کربوکاتیون‌های پایدار در محیط‌های فوق اسیدی می‌دهند و خاموش کردن این محلول‌ها در متانول سرد، متیل استرها را تولید می‌کند.