سنتز اتر ویلیامسون – استاد شیمی آلی

دیدگاه‌ خود را بنویسید / / از

همه چیز درباره سنتز اتر ویلیامسون

در پست آخر به خواص اسید-باز الکل ها پرداختیم. دو پست پیش گفتیم که واکنش‌های اسید-باز اغلب برای «تنظیم» واکنش‌های جایگزینی و حذف الکل‌ها استفاده می‌شود. در این پست، ما در مورد آنچه احتمالاً بهترین مثال از این آخرین نکته است صحبت خواهیم کرد سنتز اتر ویلیامسون.
اسپویلر: اساساً فقط S استن2 واکنش بین RO(-) و یک آلکیل هالید، اما چین و چروک های کوچک زیادی وجود دارد. ادامه مطلب

فهرست مطالب

  1. سنتز اتر ویلیامسون چیست؟
  2. چرا ما از R-O(-) و نه R-OH به عنوان هسته دوست استفاده می کنیم؟
  3. کدام آلکیل هالیدها در سنتز اتر ویلیامسون خوب کار می کنند؟
  4. شروع با یک الکل: انتخاب های خوب و بد پایه
  5. چگونه حلال را در سنتز اتر ویلیامسون انتخاب کنیم؟
  6. خلاصه: سنتز ویلیامسون اتر
  7. (پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

1. سنتز اتر ویلیامسون چیست؟

را سنتز اتر ویلیامسون یک واکنش قدیمی است که به سال 1851 برمی گردد، اما از آن پیشی نگرفته است. فقط یک راه ساده تر برای ساخت اتر وجود ندارد.

این نوعی واکنش است که قبلاً بارها دیده‌ایم – یک Sن2 واکنش بین الکل deprotonated [“alkoxide”] و یک آلکیل هالید که یک اتر را تشکیل می دهد. (مقاله را ببینید: The Sن2 مکانیسم)

توجه داشته باشید که در حال شکل گیری هستیم و شکستن پیوند روی کربن در اینجا – نشانه کتاب درسی a جایگزینی واکنش.

نمونه معمولی از سنتز اتر ویلیامسون با استفاده از آلکیل هالید اتیل بروماید با اتوکسید سدیم در اتانول که بهترین واکنش را برای متیل و اولیه دی اتیل اتر نشان می دهد.

این واکنش استاندارد است. کار می کند. اما فقط با نگاه کردن به یک ویلیامسون که “کار می کند”، ما فقط نیمی از تصویر را دریافت می کنیم. در ادامه این پست می خواهیم به برخی از راه هایی که ویلیامسون ممکن است اشتباه کند نگاهی بیاندازیم و به سوالات زیر پاسخ دهیم:

  • چرا RO- و نه ROH به عنوان هسته دوست?
  • کدام آلکیل هالیدها خوب کار می کنند، و کدام نه؟
  • اگر با یک الکل (ROH) شروع کنیم و یک پایه برای بدست آوردن RO- اضافه کنیم، چگونه می توانیم انتخاب کنید یک پایه خوب برای استفاده؟
  • چگونه خودمان را انتخاب کنیم حلال?

بیایید حفاری کنیم.

2. چرا از RO استفاده می کنیم؟– و نه ROH به عنوان هسته دوست؟

اولین چیزی که ممکن است در مورد ویلیامسون متوجه شوید این واقعیت است که ما از آلکوکسید (RO–) علاوه بر الکل (ROH) در واکنش. ممکن است بپرسید، چرا زحمت بکشید؟

ROH با یک آلکیل هالید به همان روش RO واکنش نمی دهد–آیا و هنوز هم به ما اتر می دهد؟

پاسخ به آنچه در دو پست قبل صحبت کردیم برمی گردد: پایه مزدوج همیشه هسته دوست بهتری است. واکنش RO– با یک آلکیل هالید همیشه بسیار زیاد است سریعتر نسبت به واکنش ROH به دلیل چگالی الکترون بالاتر روی هسته دوست (اکسیژن). به همین دلیل ما از RO استفاده می کنیم– . (پست را ببینید: یک هسته دوست خوب چیست؟)

پایه مزدوج همیشه هسته دوست بهتری است در مقایسه با اتانول در مقابل اتوکسید که اتوکسید در sn2 بسیار سریعتر است.

رایج ترین راه برای ارائه ویلیامسون نشان دادن آلکوکسید اضافه شده در حضور الکل است.

همچنین ممکن است برای شروع با الکل، اضافه کنید پایه برای دادن RO– و سپس آلکیل هالید را اضافه کنید [note the shaded section]. در زیر در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

3. کدام آلکیل هالیدها در سنتز اتر ویلیامسون خوب کار می کنند؟ (و کدام نه)

در اینجاست که ما به مفاهیمی از اواسط راه تا Org 1 برمی گردیم که در این فصل در مورد الکل ها دوباره ظاهر می شوند.

سنتز ویلیامسون اتر یک S استن2 واکنش به یاد داشته باشید که از زمان Sنواکنش 2 از طریق یک مرحله انجام می شود که در آن هسته دوست یک “حمله پشتی” به آلکیل هالید، “سد بزرگ” برای S انجام می دهد.ن2 واکنش است مانع فضایی

نرخ Sنواکنش 2 برای متیل هالیدها بالاتر بود، سپس اولیه، ثانویه و سپس سوم (که اساساً اصلاً اتفاق نمی افتد). را همان الگو برای واکنش ویلیامسون اتر وجود دارد.

متیل و آلکیل هالیدهای اولیه بسترهای عالی برای ویلیامسون هستند.

کدام آلکیل هالیدها در متیل ویلیامسون و آلکیل هالیدهای اولیه به خوبی کار می کنند

[one exception: the very hindered tert-butoxide anion (t-BuO-) is slower to perform the SN2 reaction than its other alkoxide counterparts. This alkoxide, also being strongly basic, may instead start to produce elimination (E2) byproducts when primary alkyl halides are used, especially if heated].

زیرا آلکوکسیدها هستند پایه های قوی (pK را به یاد بیاوریدآ الکل ها در محدوده 16-18 است)، رقابت با حذف [E2] هنگامی که آلکیل هالید به طور فضایی مانع می شود، مسیرها نگران کننده می شوند.

به این دلیل تلاش برای اجرای یک ویلیامسون بر روی یک آلکیل هالید ثانویه کمی مشکل تر از یک آلکیل هالید اولیه است..

یکی از راه های تلاش برای بدست آوردن Sن2 که نسبت به E2 ترجیح داده می شود، استفاده از یک حلال آپروتیک قطبی (مانند استونیتریل یا DMSO) است که هسته دوستی آلکوکسید را افزایش می دهد. با این حال، اگر گرما اعمال شود، E2 به احتمال زیاد غالب خواهد شد.

آلکیل هالیدهای ثانویه مرزی برای سنتز اتر ویلیامسون هستند مشکل حذف e2 با باز قوی

یک بستر که به طور کامل شکست می خورد با ویلیامسون است آلکیل هالیدهای سوم این نباید تعجب آور باشد، زیرا حمله پشت به یک آلکیل هالید درجه سوم با مانع فضایی فوق العاده ای مواجه می شود. به جای جایگزینی، واکنش های حذف از طریق مکانیسم E2 رخ می دهد.پست: مکانیسم E2 را ببینید)

آلکیل هالیدهای سوم برای ویلیامسون اتر مضر هستند و به جای جایگزینی حذف می شوند.

4. شروع با یک الکل و افزودن پایه – چه کار می کند؟

همانطور که در بالا ذکر شد، رایج‌ترین راه برای ارائه ویلیامسون این است که نشان دهیم باز آلکوکسید در حضور اسید مزدوج آن به عنوان حلال به آلکیل هالید اضافه شده است.

گزینه ساده برای اتر ویلیامسون شروع با آلکوکسید به عنوان نوکلئوفیل در اسید مزدوج به عنوان حلال به عنوان مثال اتانول با اتوکسید است.

با این حال، می توان با الکل شروع کرد، پایه را اضافه کرد (تولید آلکوکسید) و سپس آلکیل هالید را اضافه کرد.

گزینه دیگر برای ویلیامسون اضافه کردن پایه به الکل برای ساخت آلکوکسید و سپس درمان با آلکیل هالید است.

سوال اینجاست که از چه پایه ای استفاده کنیم؟

اول از همه، ناگفته نماند که پایه باید به اندازه کافی قوی باشد که الکل را واقعاً پروتونه کند. استفاده از چیزی مانند Cl- یا RCO2– (استات) قرار نیست کار را انجام دهد. در حالت ایده‌آل، ما چیزی را می‌خواهیم که حداقل به همان پایه قوی مانند آلکوکسید یا قوی‌تر باشد.

ثانیاً باید نگران واکنش های جانبی باشیم. ممکن است به تأمل در مورد نحوه اجرای این واکنش ها کمک کند. ما معمولاً با یک فلاسک از حلال الکل خود شروع می کنیم، پایه را اضافه می کنیم و سپس آلکیل هالید خود را اضافه می کنیم. سپس وقتی واکنش کامل شد، محصول را جدا می کنیم. یعنی همین پس از اینکه باز پروتون زدایی خود را انجام داد، اسید مزدوج آن همچنان در محلول در حال شنا است، و بنابراین پتانسیل واکنش با آلکیل هالید ما (پیچ کردن همه چیز) را دارد.

در اینجا یک نمونه از a بد انتخاب پایه:

آمین ها معمولاً پایه بدی برای ویلیامسون هستند زیرا آمین ها هسته دوست هستند با آلکیل هالیدها واکنش نشان می دهند.

NaNH2 مطمئناً یک انتخاب پایه به اندازه کافی قوی برای deprotone کردن الکل است. با این حال، پس از انجام آن، ما NH داریم3 در محلول، و این یک هسته دوست به اندازه کافی خوب است که با آلکیل هالید واکنش نشان دهد و در واکنش ما محصولات جانبی آمین را به ما بدهد.. ایده آل نیست!

چگونه می توانیم این کار را به روش صحیح انجام دهیم؟ می توان آلکوکسید را مستقیماً از الکل به سادگی با افزودن فلز سدیم یا پتاسیم که هیدروژن را آزاد می کند، تهیه کرد. تا آنجا که به آلکیل هالید مربوط می شود، هیدروژن یک محصول جانبی کاملا بی ضرر است – به عنوان یک هسته دوست رقیب عمل نمی کند و به عنوان یک گاز، به سادگی از محلول خارج می شود. پس از تشکیل آلکوکسید، می توانیم آلکیل هالید خود را اضافه کنیم.

یک راه متفاوت (اما متداول تر) برای انجام این کار اضافه کردن است هیدرید سدیم یا پتاسیم (به عنوان مثال NaH یا KH). این همان اثر افزودن فلز سدیم یا پتاسیم است – آلکوکسید و همچنین H را تشکیل می دهد.2 – و دارای امتیاز اضافی این است که به شدت کاهش نمی یابد، یک نگرانی بالقوه اگر با یک ماده اولیه پیچیده روبرو باشیم که به راحتی کاهش می یابد.

انتخاب خوب پایه برای سنتز ویلیامسون سدیم هیدرید nah است زیرا محصول جانبی h2 هسته دوست نیست.

5. چگونه حلال خود را در سنتز ویلیامسون اتر انتخاب کنیم؟

همانطور که اشاره شد، انتخاب معمولی حلال ما اسید مزدوج آلکوکسید است. [There are exceptions – we might choose to try a polar aprotic solvent if competition with E2 is a concern].

سوال این است که “چرا”؟ آیا آن را فهمیده اید؟

تصور کنید که تصمیم می‌گیریم اتوکسید سدیم را به پروپانول اضافه کنیم و سپس آلکیل هالید خود را اضافه کنیم. چه اتفاقی ممکن است بیفتد؟

این باعث ایجاد تعادل می شود! “اتوکسید سدیم” ما برای مدت طولانی به همین شکل باقی نمی ماند – می تواند پروپانول را پروتونه کند تا پروپوکسید سدیم همراه با اتانول تولید کند. ما از نظر تئوری می‌توانیم مخلوطی از اتوکسید سدیم و پروپوکسید سدیم را در محلول داشته باشیم که می‌تواند به مخلوطی از محصولات اتر منجر شود. باز هم ایده آل نیست.

انتخاب حلال در اتر ویلیامسون انتخاب خوب اسید مزدوج آلکوکسید است انتخاب ضعیف الکل است نه اسید مزدوج مخلوط می دهد

چرا این سردرد را به خودمان بدهیم؟ بی معنی است. به همین دلیل، اگر بخواهیم، ​​مسائل را بسیار ساده می کنیم از حلال الکلی که اسید مزدوج آلکوکسید است استفاده کنید.

6. خلاصه: The Williamson Ether Synthesis

این تمام چیزی است که در مورد ویلیامسون برای امروز می توان گفت. اما در پست بعدی به این واکنش فکر می کنیم به عقب. با شروع با یک اتر معین، چگونه می‌توانیم برای سنتز آن با استفاده از واکنش ویلیامسون برنامه‌ریزی کنیم؟

پست بعدی – سنتز اتر ویلیامسون: برنامه ریزی

یادداشت

(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر:

  1. XLV. تئوری ætherification.
    الکساندر ویلیامسون (1850)، مجله و مجله فلسفی لندن، ادینبورگ و دوبلین، 37:251، 350-356،
    DOI: 080/14786445008646627
    مقاله اصلی ویلیامسون
  2. Equilenin 3-Benzyl Ether
     M. Hoehn، Clifford R. Dorn و Bernard A. Nelson
    مجله شیمی آلی 1965 30 (1)، 316-316
    DOI: DOI: 10.1021/jo01012a520
    یکی از واکنش‌های این مقاله، واکنش کلاسیک ویلیامسون است – حفاظت از الکل موجود در دهیدرواسترون به عنوان بنزیل اتر، با استفاده از بنزیل کلرید.
  3. سنتز کامل (+)-7-دئوکسی پانکراتیستاتین: یک رویکرد چرخه‌سازی رادیکال
    گری ای کک، استانتون اف مک هاردی و جری ای. موری
    مجله انجمن شیمی آمریکا 1995 117 (27)، 7289-7290
    DOI: 1021/ja00132a047
    در سنتز آلی مدرن، واکنش ویلیامسون برای حفاظت الکل های راکتیو در یک بستر گروه‌های محافظ رایج عبارتند از متوکسی متیل (MOM) و 2-متوکسی‌اتوکسی متیل (MEM). حفاظت از MOM در این ترکیب کامل توسط پروفسور کک و همکاران به کار گرفته شده است.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

تمامی حقوق برای سایت اسید فرمیک دات آی ار محفوظ است 

خرید مونومر وینیل استات