ساخت آلکیل هالیدها از الکل

در پست امروز نشان می‌دهیم که درمان الکل‌ها با HCl، HBr، یا HI (که همگی تحت عنوان کلی “HX” قرار می‌گیرند که X یک هالید است) منجر به تشکیل آلکیل هالید می‌شود. خلاصه:

فهرست مطالب

افزودن اسید به الکل یک گروه ترک خوب (H2O) تولید می کند
آلکیل هالیدها از متیل و الکل های اولیه از طریق واکنش SN2
آلکیل هالیدهای ناشی از الکل های سوم از طریق مسیر SN1 حاصل می شود
یک قانون خوب برای الکل های ثانویه با HX: فرض کنید SN1
بازآرایی در تشکیل آلکیل هالیدها از الکل ها
بازآرایی مثال شماره 1: Hydride Shift
بازآرایی مثال شماره 2: تغییر آلکیل
مثال بازآرایی شماره 3: یک مورد خاص از تغییر آلکیل – انبساط و انقباض حلقه
چه چیزی کار نمی کند؟
خلاصه: آلکیل هالیدها از الکل ها
(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر
1. افزودن اسید به الکل منجر به ترک خوب گروه می شود

ما بارها در این سری از پست‌ها گفته‌ایم که الکل‌ها بسترهای ضعیفی برای واکنش‌های SN1 و SN2 هستند. به این دلیل که یون هیدروکسیل (HO-) یک گروه ترک ضعیف است و بنابراین به احتمال زیاد 1) به میل خود خارج می شود و یک کربوکاتیون (مسیر SN1) را پشت سر می گذارد یا 2) توسط یک هسته دوست ورودی (که می تواند جابجا شود) یک واکنش SN2 باشد).

با این حال، ما همچنین دیده‌ایم که درمان یک الکل با اسید منجر به یک «تنظیم شخصیت» جالب می‌شود: الکل (R-OH) به اسید مزدوج خود (R-OH2+) تبدیل می‌شود که اکنون دارای یک گروه ترک مناسب (ضعیف‌ها) است. پایه ما به عنوان آب، H2O). ما در پست قبلی دیدیم که چگونه این امر امکان تشکیل اترهای (متقارن) از الکل‌ها را می‌دهد، چه از طریق مسیر SN2 (با الکل‌های اولیه) یا یک مسیر SN1 (الکل‌های سوم).

ممکن است بپرسیم: آیا می توان این را برای تشکیل گروه های عملکردی دیگری به جز اترها گسترش داد؟

مطمئنا! درمان الکل ها با HCl، HBr، یا HI (که همگی تحت عنوان کلی “HX” قرار می گیرند که X یک هالید است) منجر به تشکیل آلکیل هالید می شود.

این در یک فرآیند دو مرحله ای رخ می دهد: اول، الکل پروتونه می شود تا اسید مزدوج خود را بدهد. ثانیا، یک جایگزینی رخ می دهد.

توجه کنید که چگونه مرحله دوم (جایگزینی) در نمودار بالا مبهم مانده است. به این دلیل که همانطور که دیدیم، نوع مسیر جایگزینی به بستر بستگی دارد.

2. آلکیل هالیدهای متیل و الکلهای اولیه از طریق واکنش SN2

با دانستن اینکه واکنش SN2 به مانع فضایی چقدر حساس است، باید انتظار داشته باشیم که برای متیل الکل و برای الکل های اولیه، مسیر SN2 غالب باشد. و این کار را می کند!

توجه داشته باشید که در هر مورد چگونه با پروتونه کردن الکل شروع می کنیم و یک گروه ترک خوب ایجاد می کنیم که سپس توسط باز مزدوج اسید جابجا می شود. آلکیل کلریدها، برومیدها و یدیدها هر کدام می توانند به این روش ساخته شوند.

3. آلکیل هالیدهای ناشی از الکل های سوم از طریق مسیر SN1 حاصل می شود

به همین ترتیب، با درک روند پایداری کربوکاتیون، باید انتظار داشته باشیم که تبدیل الکل های درجه سوم به آلکیل هالیدها از طریق یک مسیر SN1 انجام شود. و این کار را می کند.

در آخرین مثال توجه داشته باشید که شروع با یک ماده اولیه کایرال منجر به مخلوطی از وارونگی و ماندگاری می شود (اغلب “راسمی شدن” نامیده می شود) زیرا از کربوکاتیون میانی (مسطح) عبور می کند.

4. یک قانون خوب برای الکل های ثانویه با HX: فرض کنید SN1

الکل‌های متیل، اولیه و ثالثی همگی موارد بسیار ساده‌ای را نشان می‌دهند.

“پس الکل های ثانویه چطور؟” ممکن است بپرسید آه بله. اینجاست که همه چیز جالب می شود – و بنابراین، سؤالات امتحانی از آن ساخته می شود.

در آزمایشگاه، درمان الکل های ثانویه با HX منجر به مخلوطی از محصولات از مسیرهای SN1 و SN2 می شود. برای اهداف عملی، به طور کلی فرآیند مفیدی نیست، به خصوص اگر به حفظ استریوشیمی اهمیت می دهید.

با این حال، کتاب درسی و یادداشت های دوره مقدماتی شما “آزمایشگاه” نیستند. هدف از یک دوره این است که شما را با مفاهیم مهم در شیمی آلی آشنا کند. و از دیدگاه یک مربی، چنین اتفاقی می افتد که تبدیل الکل های ثانویه به آلکیل هالیدهای ثانویه توسط HX یک فرصت عالی برای طرح موضوع بازآرایی کربوکاتیون است. این در محدوده مسیر SN1 قرار می گیرد. بنابراین یک قانون کلی خوب این است که – برای اهداف دوره خود – فرض کنید که الکل های ثانویه تیمار شده با HX از طریق مکانیسم SN1 پیش می روند.

5. بازآرایی در تشکیل آلکیل هالیدها از الکل ها

ما بازآرایی‌ها (تغییرهای هیدرید و آلکیل) را قبلاً در زمینه واکنش‌های SN1 پوشش داده‌ایم. اما ارزش آن را دارد که دوباره به آن دست بزنیم.

فرض اساسی این است. کربوکاتیون ها گونه های ناپایدار و فقیر از الکترون هستند. پایداری آن‌ها معمولاً با تعداد کربن‌های متصل افزایش می‌یابد که برای اهدای چگالی الکترون به کار می‌روند. از این رو، پایداری کربوکاتیون‌ها در جهت متیل <اولیه <ثانویه <ثالثیه افزایش می‌یابد. ما همچنین دیدیم که کربوکاتیون ها توسط رزونانس تثبیت می شوند.

همانطور که در یک سری پست های قبلی دیدیم – اگر به نگه داشتن دست بیشتری نیاز دارید با این موضوع مشورت کنید! –  کربوکاتیون‌ها می‌توانند تحت 1.2 جابجایی پیوندهای C-H و C-C قرار گیرند که منجر به

کربوکاتیون های جدید چنین بازآرایی‌هایی به احتمال زیاد در صورتی اتفاق می‌افتد که منجر به کربوکاتیون پایدارتر شود. به عنوان مثال، بازآرایی یک کربوکاتیون ثانویه به یک کاربوکیشن ثالثی، یک فرآیند مطلوب (از نظر انرژی “سرازیری”) است، در حالی که بازآرایی از یک کربوکاتیون ثانویه به یک کربن ثانویه (از نظر انرژی “سربالایی”) بعید است.

هر زمان که واکنشی از طریق یک واسطه کربوکاتیونی انجام شود، باید مراقب باشیم تا ببینیم آیا در مجاورت کربنی است که می‌تواند کربوکاتیون پایدارتری را از طریق جابجایی پیوند C-H یا C-C ایجاد کند.

به طور خاص سه مورد وجود دارد که باید مراقب آنها بود.

6. بازآرایی مثال شماره 1: تغییر هیدرید

به دنبال الکل ثانویه در مجاورت کربن ثالث باشید. به این مثال رایج توجه کنید، جایی که پروتوناسیون منجر به از دست دادن آب و به دنبال آن یک جابجایی هیدرید و سپس به دام افتادن کربوکاتیون توسط یون هالید می شود.

مثال دیگری از یک بازآرایی مطلوب زمانی است که یک کربوکاتیون ثانویه در مجاورت یک هیدروژن “آلیلیک” یا “بنزیلیک” قرار دارد. بازآرایی منجر به یک کربن ثانویه می شود که با رزونانس تثبیت می شود.

7. بازآرایی مثال شماره 2: تغییر آلکیل

به دنبال یک الکل ثانویه در مجاورت یک کربن چهارتایی (یعنی کربن متصل به 4 کربن دیگر) باشید. توجه داشته باشید که چگونه این اساساً دقیقاً همان فرآیند تغییر هیدرید بالا است، با این تفاوت که CH3 در حال مهاجرت است، نه H.

8. بازآرایی مثال شماره 3: مورد خاصی از جابجایی های آلکیل – انقباض و انبساط حلقه

به دنبال یک الکل ثانویه باشید که در مجاورت یک حلقه کشیده (سیکلوبوتان در مورد کلاسیک) قرار دارد. هنگامی که کربوکاتیون ثانویه تولید می شود، یک پیوند در حلقه کرنش شده مهاجرت می کند که منجر به انبساط حلقه توسط یک می شود. این امر به ویژه در مورد سیکلوبوتان به سیکلوپنتان مطلوب است زیرا سیکلوبوتان بسیار کرنش است (حدود 26 کیلوکالری در مول) در حالی که سیکلوپنتان فقط کرنش حلقه ای خفیفی دارد.

این نوع جابجایی آلکیل معمولاً زمان سختی را برای دانش آموزان ایجاد می کند که البته آن را به یک مشکل امتحانی مورد علاقه مربیان تبدیل می کند. اگرچه فلش منحنی کشیده شده با دو مورد قبلی تفاوتی ندارد، من فکر می کنم مشکل اصلی در نقشه برداری محصول از ماده اولیه است. در این زمینه دو چیز را توصیه می کنم:

کربن ها را شماره گذاری کنید (نه لزوما IUPAC – فقط برای پیگیری آنها شماره گذاری کنید). به عنوان مثال در اینجا فلش مرحله 3 (تغییر آلکیل) به ما نشان می دهد که C2-C3 را می شکنیم و C1-C3 را تشکیل می دهیم. اعمال قوانین فلش های منحنی نشان می دهد که C1 خنثی می شود و C2 تبدیل به یک کربوکاتیون می شود. این تمام چیزی است که اتفاق می افتد. هیچ پیوند دیگری در این مرحله تشکیل یا شکسته نمی شود. برای درست شدن این موضوع نیاز به تمرین است.
ابتدا نسخه زشت را بکشید. سپس دوباره بکشید تا خوب به نظر برسد.

انقباضات حلقه نیز امکان پذیر است، اگرچه به اندازه باز شدن حلقه های کشیده مطلوب نیست. همان اصول اعمال می شود.

9. آلکیل هالیدها از الکل ها: چه چیزی کار نمی کند؟

دانستن اینکه چه چیزی در تشکیل آلکیل هالیدها از الکل ها کار نمی کند همیشه مفید است.

اول از همه، از آنجایی که در اینجا با واکنش‌های جایگزینی سروکار داریم، برخی از قوانین آشنا اعمال می‌شوند. فقط الکل‌های آلکیل (الکل‌های روی کربن‌های هیبرید شده sp3) تحت واکنش‌های SN1 و SN2 قرار می‌گیرند. هر دو مسیر SN1 و SN2 شامل ایجاد بار مثبت روی کربن هستند و کربوکاتیون های هیبرید شده sp2 و sp بسیار ناپایدار هستند. برای مثال، این تلاش برای SN1 فنل، به طرز بدی با شکست مواجه خواهد شد:

همچنین ممکن است تعجب کنید که آیا می توانیم از معرف هایی مانند HCN، HOAc یا HN3 برای تبدیل الکل ها به ترتیب به نیتریل، استر و آزید استفاده کنیم. به طور کلی، نه. مشکل این است که هر یک از این اسیدها نسبتاً ضعیف هستند (pKa 4 و بالاتر) بنابراین اینها فقط غلظت کمی از الکل پروتونه را ایجاد می کنند. از آنجایی که سرعت واکنش متناسب با غلظت است، تشکیل این محصولات کند خواهد بود. [در مورد آزیدها، عوارض بالقوه ای نیز با نوع دیگری از بازآرایی وجود دارد، اما به عنوان یک موضوع، ما در حال حاضر با آن اشمیت مقابله نمی کنیم: – ) ]

برای اهداف ما، تبدیل الکل‌ها به سایر محصولات جایگزین با استفاده از اسید قوی به HCl، HBr، HI، و مورد خاص H+/ROH که اترهای متقارن می‌دهد محدود می‌شود. یک قانون خوب این است که اسید مزدوج نوکلئوفیل باید pKa 0 یا کمتر داشته باشد تا واکنش رخ دهد.

10. خلاصه: ساخت آلکیل هالیدها از الکل

بنابراین الکل ها را می توان به آلکیل هالید تبدیل کرد. ممکن است بپرسید، “چرا باید اهمیت دهیم؟”. پاسخ این است که، همانطور که گفتیم، تبدیل یک الکل (که گروه ترک ضعیفی دارد) به یک آلکیل هالید (که دارای گروه ترک عالی است) اکنون به ما امکان می دهد انواع تبدیل های گروه عملکردی را انجام دهیم که قبلاً امکان پذیر نبود. به عنوان مثال SN2 یک واکنش بسیار مفید و قدرتمند است. هنگامی که یک الکل اولیه به یک آلکیل هالید اولیه تبدیل شد، می توانیم آن را با انواع نوکلئوفیل ها درمان کنیم تا گروه های عاملی زیادی بسازیم.

هرچند خوب است که بتوانید این کار را انجام دهید، اما این بسیار دور از ایده آل است. ما باید از اسید قوی استفاده کنیم، که اگر گروه های عملکردی حساس به اسید را در ماه داشته باشیم، اغلب می تواند عوارضی ایجاد کند.

لکول علاوه بر این، همه آن بازآرایی های مزاحم در کربن های ثانویه دردسرساز هستند. آنها می توانند با استریوشیمی ما پیچ شوند و منجر به محصولات ناخواسته شوند. ممکن است بپرسید، “آیا راهی برای دور زدن آن وجود ندارد؟”.

آره! در پست بعدی در مورد راه بسیار خوبی برای حل این معضل صحبت خواهیم کرد!

پست بعدی – توزیلات و مسیلات
(پیشرفته) مراجع و مطالعه بیشتر

آلکیل کلریدهای الکلی:

– کلرید بوتیل
جیمز اف. نوریس و آلنسون دبلیو اولمستد
ارگانیک سنتز، Coll. جلد 1, p.144 (1941); جلد 8، ص 50 (1928).
DOI: 10.15227/orgsyn.008.0050
نمونه ای از تبدیل SN1 ترت بوتانول به تی بوتیل کلرید با HCl. این از Organic Syntheses، منبعی از روش‌های آزمایشی شیمی آلی قابل اعتماد و مستقل است. یدیدهای آلکیل از الکل‌ها:
واکنش بین الکل های غیر اشباع و یدید پتاسیم در حضور اسید پلی فسفریک
ریچارد جونز و جی بی پتیسون
جی. شیمی. Soc. 1969، 1046
DOI: 10.1039/J39690001046
این مقاله از KI + اسید فسفریک برای تولید HI در محل استفاده می کند که الکل ها را به یدید تبدیل می کند.
1،6-دیودوهگزان
هرمان استون و هارولد شچتر
مصنوعی. 1951، 31، 31
DOI: 10.15227/orgsyn.031.0031
روشی از Organic Syntheses، منبعی از روش‌های آزمایشی مصنوعی آلی مصنوعی قابل اعتماد و مستقل، برای تبدیل الکل‌ها به یدیدها با KI + PPA (اسید پلی فسفریک).
روش ها و واکنش های مصنوعی 63. پیریدینیم پلی (هیدروژن فلوراید) (30% پیریدین-70% هیدروژن فلوراید): یک معرف مناسب برای واکنش های فلوراسیون آلی
جورج آ. اولاه، جان تی. ولش، یاشوانت دی. وانکار، موساتومو نوجیما، ایستوان کرکس، و جودیت ا.
مجله شیمی آلی 1979, 44 (22), 3872-3881
DOI: 1021/jo01336a027
پیریدینیم پلی (هیدروژن فلوراید)، همچنین به عنوان PPHF یا “معرف Olah” شناخته می شود، می تواند به عنوان یک اسید برونستد برای تبدیل الکل ها به یدیدها، همراه با KI یا NaI استفاده شود.
یک روش ساده، کارآمد و عمومی برای تبدیل الکل ها به آلکیل یدیدها توسط سیستم CeCl37H2O/NaI در استونیتریل
میلنا دی دئو، انریکو مارکانتونی، الیزابتا تورجیانی، جوزپه بارتولی، ماریا کریستینا بلوچی، مارچلا بوسکو و لتیزیا سامبری
مجله شیمی آلی 2000, 65 (9), 2830-2833
DOI: 10.1021/jo991894c
اسیدهای لوئیس را می توان برای این واکنش به جای اسید برونستد استفاده کرد که شرایط واکنش ملایم تری را فراهم می کند.
تبدیل مستقیم الکل ها به یدیدهای مربوطه
رنی جوزف، پرادیپ اس. پالان، آ. سودالای، تی راویندراناتان
چهار وجهی لت. 1995 36 (4)، 609-612
DOI: 10.1016/0040-4039(94)02315-3
ید عنصری (I2) همچنین می تواند برای تبدیل مستقیم الکل ها به یدید استفاده شود. الکل ها را می توان با PBr3 به آلکیل برومید تبدیل کرد:
سنتز راحت آلکیل برومیدهای ثانویه فعال نوری حساس از الکل های کایرال
رابرت او. هاچینز، دیواکار. مسیلمانی، و سینتیا آ. ماریانوف
مجله شیمی آلی 1976، 41 (6)، 1071-1073
DOI: 1021/jo00868a034
سنتز آلکیل هالیدهای فعال نوری
هری آر. هادسون
Synthesis 1969, 112-119
DOI: 1055/s-1969-34195
کاربرد اصلی PBr3 این است که امکان تبدیل الکل های کایرال به برمیدها را با وارونگی پیکربندی بدون بازآرایی فراهم می کند، همانطور که دو مقاله بالا نشان می دهند. آنها همچنین مکانیسم واکنش را نشان می دهند که از طریق آلکیل فسفیت های میانی عبور می کند.
TETRAHYDROFURFURIL BROMIDE
ال اچ اسمیت
سازمان مصنوعی. 1943، 23، 88
DOI: 10.15227/orgsyn.023.0088
این روش از Organic Synthesis، منبعی از روش های آزمایشی شیمی آلی آزمایشی قابل اعتماد و مستقل، نشان می دهد که چگونه PBr3 با اترها سازگار است.