همه چیز درباره واکنش های حذف الکل ها (با اسید)

در اینجا خلاصه ای از آنچه در پست امروز در مورد آن صحبت می کنیم آمده است.

1. اسیدهای هیدروهالیک (HX) به اضافه الکل‌ها محصولات جایگزین می‌دهند…

ما فقط دیدیم که درمان یک الکل با اسید هیدروهالیک قوی – فکر کنید HCl، HBr یا HI – منجر به تشکیل آلکیل هالیدها شد. با یک الکل سوم مانند آنچه در زیر ترسیم شده است، این کار از طریق مکانیسم SN1 انجام می شود. [پروتونه شدن الکل، سپس از دست دادن H2O برای تشکیل کربوکاتیون، سپس حمله نوکلئوفیل به کربوکاتیون].

2. … اما H2SO4، H3PO4، و TsOH محصولات حذفی می دهند!

اگر فکر می‌کنید اگر یک الکل را با H2SO4 (اسید سولفوریک) درمان کنیم، همان اتفاق می‌افتد و کربوکاتیون توسط آنیون –OSO3H برای ساختن محصول زیر مورد حمله قرار می‌گیرد، بخشوده می‌شوید. بسیار منطقی برای پیشنهاد البته در عمل اینطوری کار نمی کند!

پس اینجا چه اتفاقی افتاد؟

ابتدا ببینید چه پیوندهایی شکل گرفتند و شکستند. ما C-C (π) را تشکیل دادیم و C-OH و C-H را شکستیم. (ما همچنین H-O را در آن مولکول آب که به عنوان محصول فرعی تشکیل می شود، تشکیل دادیم). این الگوی یک واکنش حذفی است.

حال بیایید بپرسیم: این چگونه ممکن است شکل گرفته باشد؟ اگر به دقت نگاه کنید، توجه داشته باشید که ما یک پیوند C-H را روی کربن مجاور کربوکاتیون شکسته ایم و یک پیوند C-C π جدید در آن نقطه ایجاد کرده ایم. منطقی است که پیشنهاد کنیم به جای حمله به کربوکاتیون برای تشکیل یک محصول جایگزین جدید، یک پایه یک پروتون مجاور کربوکاتیون را حذف کرده و آلکن را تشکیل دهد. [کربن مجاور کربوکاتیون اغلب به عنوان کربن β (بتا) نامیده می شود. کربوکاتیون خود “کربن α (آلفا”) است.

3. حذف الکل های سوم از طریق مکانیسم E1 حاصل می شود

ما قبلاً این نوع فرآیند را دیده بودیم! این یک فرآیند E1 است [مرحله تعیین نرخ حذف (E)، تک مولکولی (1)]. همچنین ممکن است به یاد داشته باشید که واکنش‌های حذف معمولاً از «قاعده زایتسف» پیروی می‌کنند – ما همیشه جایگزین‌ترین آلکن را تشکیل می‌دهیم [یا به عبارت دیگر، یک پروتون را با کمترین هیدروژن متصل از کربن حذف می‌کنیم] زیرا با افزایش پایداری آلکن افزایش می‌یابد. تعداد کربن های متصل

[به هر حال، ممکن است بپرسید – چرا “گرما”؟ گرما به طور کلی تمایل به واکنش های حذف را دارد.]

به هیچ وجه H2SO4 تنها اسیدی نیست که این کار را انجام می دهد. اسید فسفریک (H3PO4) و همچنین “اسید توزیک” (p-toluenesulfonic acid) نیز تمایل به تشکیل محصولات حذف دارند.

4. چرا H2SO4 (یا H3PO4 یا TsOH) محصولات حذفی می دهد اما HCl، HBr، HI محصولات جایگزین می دهد؟

پس چرا واکنش‌های حذف را با H2SO4 به عنوان اسید (یا H3PO4 یا TsOH) دریافت می‌کنیم در حالی که واکنش‌های جایگزینی با HCl، HBr، و HI دریافت می‌کنیم؟ پاسخ این است که آنیون HSO4- یک هسته دوست بسیار ضعیف است و کاملاً با رزونانس تثبیت می شود. در نمودار زیر، توجه داشته باشید که چگونه بار منفی در سه اکسیژن مختلف جابجا می‌شود [این امر در مورد آنیون‌های TsO- و H2PO4- صادق است]. آن را با آنیون های هالید مقایسه کنید، جایی که بار منفی نمی تواند روی بیش از یک اتم پخش شود. نتیجه این است که جابجایی بار منجر به واکنش کندتر HSO4- به عنوان یک هسته دوست در مقایسه با deprotonation C-H توسط یک باز می شود و محصول آلکن غالب است.

بنابراین نکته اصلی در اینجا این است که گرم کردن الکل های ثالثی با این اسیدها منجر به از دست دادن آب [“کم آبی”] و تشکیل یک آلکن [حذف] می شود.

5. در مورد واکنش های حذف الکل های ثانویه چطور؟

گرم کردن الکل ثانویه با اسید سولفوریک یا اسید فسفریک؟ همان معامله با الکل های سوم: انتظار می رود یک آلکن تشکیل شود. مانند تمام واکنش های حذف، دو چیز وجود دارد که باید مراقب آنها بود: اول، آلکن “جایگزین ترین” (Zaitsev) محصول غالب خواهد بود، و همچنین، فراموش نکنید که آلکن های ترانس مورد علاقه (پایدارتر) هستند. سیس آلکن ها به دلیل کرنش فضایی کمتر.

آخرین چیزی است که باید در مورد الکل های ثانویه مراقب باشید، اگرچه … مانند یک کابوس بد، آنها مدام برمی گردند.

6. واکنش‌های حذف با بازآرایی‌های کربوکاتیونی

همانطور که در واکنش های HCl، HBr و HI با الکل های ثانویه دیدیم، باید مراقب واکنش های بازآرایی کربوکاتیون باشیم. اگر بتوان کربوکاتیون پایدارتری را از طریق مهاجرت یک هیدرید مجاور (H-) یا یک گروه آلکیل تشکیل داد، آن مهاجرت رخ خواهد داد.

به عنوان مثال، تیمار الکل زیر با H2SO4 منجر به تشکیل یک کربوکاتیون ثانویه می‌شود، به دنبال آن یک تغییر هیدرید برای ایجاد یک کربوکاتیون سوم، و به دنبال آن deprotonation در هر کدام که بتا کربن منجر به آلکین جایگزین شود، می‌شود.

7. گسترش حلقه به دنبال حذف

همچنین ممکن است تغییرات آلکیل برای ایجاد کربوکاتیون پایدارتر اتفاق بیفتد. یک مثال کلاسیک از این، انبساط حلقه‌های کرنش شده (مانند سیکلوبوتان‌ها) برای ایجاد حلقه‌های با فشار کمتر (مانند سیکلوپنتان‌ها) است.

به عنوان مثال، در مورد زیر، مرحله کلیدی جایی است که پیوند C3-C4 شکسته می شود و پیوند C2-C4 را تشکیل می دهد، که منجر به یک کربوکاتیون جدید (ثالثیه) در C-3 و همچنین یک حلقه با فشار کمتر می شود. از آنجایی که یک هسته دوست خوب در اطراف وجود ندارد، حذف به گونه ای اتفاق می افتد که جایگزین ترین آلکن تشکیل می شود.

8. الکل های اولیه و H2SO4 می توانند آلکن تشکیل دهند (E2)

آخرین دسته از الکل ها که باید در مورد آن نگران بود، الکل های اولیه هستند. ممکن است بپرسید: اگر یک الکل اولیه (مثلاً 1-بوتانول) را با اسید قوی مانند H2SO4 درمان کنیم، به یک آلکن نیز حذف می شود؟

بله، آلکن ها را می توان از این طریق تشکیل داد (همراه با برخی از تشکیل اترهای متقارن [این پست قبلی را ببینید]). در اینجا یک مثال است.

با این حال یک نکته وجود دارد:  مسیر E1 (تشکیل یک کربوکاتیون اولیه) محتمل ترین مسیر در اینجا نیست. کربوکاتیون های اولیه به شدت ناپایدار هستند و به احتمال زیاد واکنش از مکانیزم E2 عبور می کند که در آن حالت گذار انرژی کمتری دارد. توجه کنید که در اینجا چه اتفاقی می‌افتد: ابتدا الکل را پروتونه می‌کنیم تا به گروه خروجی خوب OH2+ بدهیم، و سپس یک باز ضعیف (که مبهم می‌گذارم، اما می‌تواند H2O، -OSO3H یا مولکول دیگری از الکل باشد) می‌تواند C-H را بشکند. ، منجر به تشکیل آلکن می شود.

9. خلاصه: واکنش های حذف الکل ها (E1)

اگر الکل سوم یا ثانویه را با H2SO4، TsOH، یا H3PO4 می‌بینید (و به‌ویژه اگر «گرما» می‌بینید) فکر کنید: تشکیل کربوکاتیون و به دنبال آن واکنش حذف (E1).

و اگر می بینید که کربوکاتیون پایدارتر می تواند از طریق مهاجرت یک گروه H یا آلکیل مجاور تشکیل شود، انتظار داشته باشید که این اتفاق بیفتد.

اگر یک الکل اولیه با H2SO4، TsOH یا H3PO4 مشاهده کردید، انتظار داشته باشید که اتر متقارن همراه با حذف برای تشکیل آلکن باشد.

دفعه بعد…

تا اینجا ما دو روش برای تبدیل الکل ها به آلکن ها را یاد گرفتیم:

1) آنها را به یک گروه ترک خوب تبدیل کنید و سپس پایه را اضافه کنید (2 مرحله)

2) اسید قوی را با حرارت اضافه کنید (یک مرحله)

در حالت ایده آل، ما می خواهیم فقط از یک مرحله استفاده کنیم. اما اسید قوی می تواند منجر به عوارض شود (بازآرایی کربوکاتیون، سرفه سرفه) و ممکن است بپرسیم: “آیا راه آسان تری وجود ندارد”؟
وجود دارد! این چیزی است که در پست بعدی به آن خواهیم پرداخت.

پست بعدی: حذف الکل ها به آلکن ها با POCl3
(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

شرایط مختلفی برای این تبدیل (الکل -> آلکن) ممکن است، که همه آنها شامل تبدیل -OH به یک گروه ترک بهتر است. استفاده از اسید ساده‌ترین روش برای رسیدن به این هدف است، زیرا پروتونه شدن -OH باعث -OH2+ می‌شود که یک گروه ترک عالی (آب) است.

حذف با POCl3:

تأثیر ساختار بر سیر آبگیری فسفوریل کلرید- پیریدین در الکل های سوم
رونالد آر. ساورز
مجله انجمن شیمی آمریکا 1959 81 (18)، 4873-4876
DOI: 1021/ja01527a028
استریوویژیت و ویژگی منطقه ای کم آبی اکسی کلرید فسفر الکل های زنجیره جانبی استرول
خوزه لوئیس گینر، کریستین مارگوت و کارل جراسی
مجله شیمی آلی 1989 54 (2), 369-373
DOI: 1021/jo00263a020
این مقاله توسط شیمیدان افسانه ای کارل جراسی (که نورتیندرون، اولین داروی ضد بارداری زنانه را توسعه داد) انتخابی بودن شرایط کم آبی POCl3-پیریدین در سنتز استروئید را توصیف می کند. همچنین یک روش کلی برای آبگیری POCl3-pyridine در بخش تجربی دارد.
یک رویکرد کلی برای محصولات طبیعی تریکوینان ذوب شده خطی کل سنتزهای (.+-.)-هیرسوتن، (.+-.)-coriolin و (.+-.)-capnellene
گووردان مهتا، ا. نارایانا. مورتی، دی سیواکومار. ردی، و A. ویرا. ردی
مجله انجمن شیمی آمریکا 1986 108 (12)، 3443-3452
DOI: 1021/ja00272a046
این مقاله توسط پروفسور Goverdhan Mehta (که “E. J. Corey هندی” در نظر گرفته می شود) کاربرد کم آبی POCl3-pyridine را در سنتز کل محصول طبیعی نشان می دهد.
3- متیل کلستانول ها و مشتقات آنها
D. H. R. Barton، A. da S. Campos-Neves و R. C. Cookson
جی. شیمی. Soc., 1956, 3500-3506
DOI: 10.1039/JR9560003500
این مقاله توسط پروفسور Derek H. R. Barton برنده جایزه نوبل دارای کم آبی POCl3-pyridine است (به صفحه 3504-3505 در بخش تجربی مراجعه کنید).

استفاده از اسید برونستد:

ترکیب مخلوط های بوتن حاصل از تجزیه کاتالیستی الکل های بوتیل معمولی
ویلیام جی یانگ و هوارد جی لوکاس
مجله انجمن شیمی آمریکا 1930، 52 (5)، 1964-1970
DOI: 1021/ja01368a030
در حالی که امروزه مطالعه این موضوع با NMR و GC-MS آسان به نظر می رسد، در روزهای اولیه این کار چندان آسان نبود. بوتن ها به دی برومیدها تبدیل شدند، تقطیر شدند و سپس مخلوط دی برومید سه جزئی با چگالی، ضریب شکست و تعیین ثابت های سرعت مرتبه دوم با یدید پتاسیم در استون تجزیه و تحلیل شدند. هم بیل یانگ و هم اچ جی لوکاس سهم زیادی در این امر داشتند