به نام خدا

1. به نام خدا

2. جلسه پانزدهم • فهرست مطالب: • گزينش پذيري ناشي از عوامل دمائي • گروه كربونيل و واكنش هاي آن • گزينش پذيري در واكنش بين تركيبات آلي فلزي (آلي فلزي) با تركيبات كربونيل دار • گزينش پذيري در افزايش هاي به سيتم هاي مزدوج با گروه كربونيل • گزينش پذيري با تغيير روش سنتز • هومولوگ گزيني • مسائل

3. گزينش پذيري ناشي از عوامل دمائي • نوع ديگري از گزينش پذيري که توسط شرايط واکنش اعمال مي گردد، گزينش پذيري سينتيكي و ترموديناميکي مي باشد. در واكنش زير محصول اندو كه يك محصول سينتيكي است، سريعتر تشكيل مي گردد. زيرا در حالت گذار بين سيستم غير اشباع كربونيل و پيوند دوگانه در حال تشكيل برهمكنش ثانويه (Secendary π Intraction) ايجاد شده، كه موجب پايداري حدواسط و افزايش سرعت تشكيل آنها ميگردد. • ولي از لحاظ انرژي محصول اگزو پايدارتر است، زيرا دافعه فضايي كمتري دارد. بنابراين محصول اگزو يك محصول ترموديناميكي است.

4. برهمكنش هاي ثانويه: به برهم كنش هايي گفته مي شود كه از طريق فضا، بين گونه ها در حالت گذار رخ مي دهد و موجب پايدار شدن حد واسط مي شوند. اين برهم كنش ها در حالت گذاري كه گونه هاي غير اشباع يا گونه هاي داراي زوج الكترون آزاد درگير هستند، بين اربيتال هائي كه در تشكيل پيوند جديد دخالت ندارند، رخ مي دهد. اين برهم كنش براي واكنش ديلز – آلدر فوق نشان داده شده است. برهم كنش هاي ثانويه در حالت گذار محصول اندو، كه اربيتال ها به هم نزديك مي باشند، رخ مي دهد. اين برهم كنش ها با خطوط منقطع نشان داده شده اند. برهم كنش هائي كه به تشكيل پيوند جديد منجر مي شوند، با خطوط تيره ضخيم نشان داده شده است

5. گزينش پذيري ناشي از پايداري سينتيكي و ترموديناميكي كه با دماي واكنش كنترل مي گردد، در واكنش هاي الكترون دوستي روي حلقه نفتالني قابل ملاحظه است. علت تشكيل محصول سينتيكي و ترموديناميكي به اين صورت چيست؟ تشكيل سريع ايزومر α در سولفوناسيون نفتالن از پايداري يون كربونيوم حدواسط ناشي ميشود، زيرا با افزايش به اين محل فرم هاي رزونانسي بيشتري حدواسط را پايدار مي كنند.

6. از آنجاكه گروه اسيدي در موقعيت α با استخلاف قرار گرفته در موقعيت 8 حلقه نفتالني ازدحام فضائي دارد، محصول بدست آمده از جانشيني در اين موقعيت ناپايدارتر از محصول بدست آمده از جانشيني در موقعيت β خواهد بود. نتيجه گيري کلي اين است که جانشيني در موقعيت α، چون فرم هاي رزونانسي بيشتر دارد، حدواسط پايدارتر داشته، انرژي فعالسازي آن Eα کمتر بوده و در دماي پائين تر و سريعتر توليد مي شود. ولي واکنش برگشت آن يعني تبديل محصول جانشيني α به ماده اوليه نيز سريعتر انجام مي گيرد. در دماهاي بالاتر انرژي لازم براي غلبه بر سد انرژي تشکيل محصول β (Eβ) نيز فراهم مي گردد که واکنش برگشت اين محصول (محصول β) کندتر صورت مي گيرد، بنابراين در دماي بالا محصول جانشيني β غالب مي باشد. نمودار پيشرفت واكنش سولفوناسيون نفتالين، چگونگي تبديل محصول α به β را به خوبي نشان مي دهد

7. در مورد واكنش بالا در تهيه محصول سينتيكي، كربوكاتيون پايدارتر تشكيل مي شود، زيرا انرژي اكتيواسيون براي تهيه حدواسط آن كمتر است (حدواسط تشكيل شده كربوكاتيون آليلي نوع دوم است)، به همين دليل واكنش سريع است. • ولي در تهيه محصول ترموديناميكي، حد واسط كربوكاتيوني نوع اول بوده كه نسبت به حدواسط مسير سينتيكي، ناپايدارتر است ولي محصول ترموديناميكي حاوي پيوند دوگانه پر استخلاف تر مي باشد كه نسبت به محصول سينتيكي (پيوند دوگانه كم استخلاف تر)، پايدارتر است.

9. گروه كربونيل و واكنش هاي آن مهمترين و پركاربردترين گروه عاملي كه در سنتز استفاده ميگردد،گروه كربونيل ميباشد. اين گروه قابل تبديل به بسياري از تركيبات بوده كه تنوع سنتزي خاصي را ايجاد ميكند. براي تبديل اين گروه عاملي نوع واكنشگر و شرايط واكنش اهميت خاصي دارد. گروه كربونيل در تركيبات زيادي وجود دارد كه به عنوان مثال ميتوان به تركيبات آلدئيدي، كتوني، اسيد، آميدي، هالو اسيدي، انيدريدي و ... اشاره نمود، كه در هركدام از آنها فعاليت گروه كربونيل توسط عوامل فضايي و الكتروني تعيين شده است كه تبعا تنوع فعاليت گروه عاملي موجب گزينشي شدن بسياري از واكنشها خواهد گرديد. فعاليت گروه كربني بيشتر تابع عوامل الكتروني ميباشد، هرچه دانسيته بار مثبت روي كربن گروه كربونيل بيشتر باشد، اين گروه فعالتر بوده و واكنشپذيري بالاتري دارد. عاملي كه فعاليت گروه كربونيل را كاهش ميدهدرزونانس است، بنابراين استرها و آميدها جزء تركيباتي هستند كه فعاليت گروه كربونيل در آنها كم ميباشد. واكنشهاي گروه كربونيل به دو دسته واكنشهاي افزايشي و افزايشي-حذفي تقسيمبندي ميگردد. در واكنشهاي افزايشي كه بيشتر مخصوص آلدهيدها و كتونها ميباشد، هيبريداسيون كربن كربونيلي از SP2 به SP3 تبديل ميگردد. در اين تركيبات ترك كننده مناسب وجود ندارد ( H¯و R¯ در آلدهيدها و كتون­ها بايد ترك شوند كه ترك كنندههاي بسيار ضعيفي هستند.) در طرف مقابل تركيبات كربونيلي كه گروههاي ترك كننده مناسب دارند؛ مانند هالو اسيدها و انيدريدها بيشتر متحمل واكنشهاي افزايشي-حذفي ميشوند، يعني ابتدا هسته دوست به اين مركز حمله نموده و هيبريداسيون اين كربن از SP2 به SP3 تبديل شده، سپس با حذف گروه ترك شونده (X¯ در هالو اسيدها يا RCOO - در انيدريدها) مجددا هيبريداسيون از SP3 به SP2 تبديل مي گردد. گذشته از واكنشهاي فوق، اسيديته پروتونهاي α در تركيبات كربونيل و گزينشپذيري هاي مربوطه نيز قابل توجه است.

11. شيميدان ها با دستكاري معرف هاي موجود در شيمي نيز، واكنش پذيري آنها را تحت كنترل خويش در آورده و گزينش پذيري آنها را افزايش مي دهند. • به عنوان مثال با جايگزين كردن هيدريدهاي متصل به آلومينم در ليتيم آلومينيم هيدريد (LiAlH4) با گروه هاي آلكيل و افزايش حجم احيا كننده، فعاليت آن را كاهش و گزينش پذيري آن را افزايش مي دهند. مثال زير از اين اصلاحات (Modifications ) ساختاري مي باشد. در صورتيكه LiAlH4 به تنهائي گروه هاي كربونيل را به الكل مربوطه تبديل مي كرد ولي فرم اصلاح شده آن مشتقات كربوكسيليك اسيدها را به آلدئيد مربوطه تبديل مي نمايد.

12. گزينش پذيري در واكنش بين تركيبات آلي فلزي (آلي فلزي) با تركيبات كربونيل دار تركيبات آلي فلزي دسته بزرگي از هسته دوست ها را تشكيل مي دهند كه در سنتزهاي آلي كاربرد گسترده اي دارند. در اين تركيبات پيوند كربن – فلز به شدت قطبي بوده و كربن داراي دانسيته بار منفي مي باشد. هرچه فلز داراي اربيتال هاي گسترده تري باشد، بار منفي روي كربن پايدارتر شده و واكنش پذيري تركيب كمتر و گزينش پذيري آن بيشتر مي شود. بنابراين واكنش پذيري تركيباتي كه فلز آنها جزء فلزات واسطه است، كمتر از واكنش پذيري تركيبات داري فلزات اصلي مي باشد. معروف ترين معرف داراي فلز اصلي، معرف گرينيارد است، كه داراي فلز منيزيم مي باشد و كاربرد گسترده اي در شيمي آلي دارد. ليتيم هم جزء فلزات اصلي بوده كه به عنوان تركيب آلي فلزي در واكنش هاي سنتزي كاربرد دارد. از تركيبات داراي فلزات واسطه مي توان به تركيبات كاپرليتيم، تركيبات كادميم، تركيبات روي و ... اشاره نمود، كه واكنش پذيري هاي متفاوتي دارند. معرف گرينيارد روي اكثر گروه هاي كربونيلي اثر مي گذارد.

13. معرف گرينيارد با استرها واكنش مي دهد و الكل هائي را توليد مي كند، كه داراي دو استخلاف يكسان مي باشند. با توجه به نوع استر، الكل نوع دوم و يا نوع سوم تشكيل مي گردد.

14. معرف ريفرماتسكي: • تركيبات آلي فلزي داراي فلز روي، تحت عنوان معرف ريفرماتسكي شناخته مي شوند، كه واكنش پذيري متوسطي دارند و برخلاف معرف گرينيارد، با استرها و گروه هاي كربونيل غير فعال واكنش نمي دهد. بيشترين كاربرد اين معرف تهيه تركيبات β- هيدروكسي كربونيل ها مي باشد.

15. نكته: تركيبات آلي كادميم از معرف گرينيارد تهيه مي شوند و فعاليت كمي دارند. اين معرف توانائي واكنش با گروه كربونيل آلدئيدها و كتون ها را ندارد و به گروه هاي كربونيل فعال مانند آسيل هاليدها اضافه مي شود.

16. نكته: تركيبات آلي كاپرليتيم (R2CuLi)، مشابه تركيبات آلي كادميم عمل مي كنند. واكنش پذيري كم در اين تركيبات موجب گزينش پذيري در برابر گروه هاي كربونيل با فعاليت هاي متفاوت مي گردد.

17. گزينش پذيري در افزايش هاي به سيستم هاي مزدوج با گروه كربونيل افزايش به پيوند هاي دوگانه مزدوج تحت عنوان افزايش مايكل شناخته شده است. در اين قسمت واكنش گزينش بين پيوند دوگانه كربن–كربن (C=C) و گروه كربونيلي (پيوند C=O) در حضور هم، و عواملي كه بر اين گزينش پذيري مؤثر هستند، بررسي مي گردد.

19. در گزينش پذيري بين افزايش 1 و 2 به گروه كربونيل يا افزايش 1 و 4 (افزايش مايكل) ميزان كئوردينه شدن كاتيون با گروه كربونيل اهميت دارد، هرچه كاتيون با اکسيژن کربونيلي بهتر كئوردينه شود درصد افزايش 1و2 بيشتر مي شود زيرا در اثر اين کئورديناسيون، نوکلوفيل که همراه کاتيون است، در نزديکي گروه کربونيل قرار گرفته و افزايش به پيوند کربن-اکسيژن مساعدتر است. به عنوان مثال تركيبات ليتيم افزايش 1و2 را بهتر انجام مي دهند چون Li+ به خوبي با اكسيژن كربونيل كئوردينه شده و هسته دوست را در نزديكي گروه كربونيل قرار مي دهد.

20. نكته مهم: تركيبات ارگانوكاپرليتيم (R­2CuLi) علي رغم داشتن كاتيون ليتيم افزايش 1 و 4 را به افزايش 1 و 2 ترجيح مي دهند. مثال هاي زير مؤيد اين مورد مي باشند. مطمئنا در اينجا نقش محوري كاتيون مس تعيين كننده است.

21. افزايش ايليدها به گروه هاي كربونيل با توجه به نوع ايليدمي تواند به صورت 1 و2 و يا 1 و 4 انجام گيرد. ايليدهاي پايدارتر با پيوند هاي دوگانه مزوج واكنش مي دهند. پيوندهاي دوگانه غير مزدوج در اين واكنش ها بدون تغيير باقي مي ماند.

22. بررسي افزايش ايليد از موقعيت اگزو يا اندوي بي سيكليك: ايليد پايدارتر با وجود حجيم تر بودن تمايل به حمله از موقعيت اندو دارد، كه اين گزينش پذيري به علت امكان برهمكنش اين ايليد با پيوند دوگانه هنگام نزديك شدن از موقعيت اندو مي باشد.

23. سنتز كينولين:

24. گزينش پذيري با تغيير روش سنتز • در برخي از واکنش هاي سنتزي، واکنشگر امکان انجام واکنش متوالي را دارد، که منجر به تشکيل مخلوطي از محصولات مي گردد، بنابراين ابداع يک روش موثر جهت تشکيل محصول مورد نظر ضروري است. به عنون مثال در واکنش هاي استخلاف روي حلقه بنزني، اگر فعاليت محصول تشکيل شده از ماده اوليه بيشتر باشد، تشکيل محصول چند استخلافي را شاهد خواهيم بود. • يک روش کلي براي تهيه محصول تک استخلافي بالا بردن غلظت ماده اوليه است که در اين روش با استفاده از عامل احتمال در انجام واکنش، گزينش پذيري مورد نظر اعمال مي شود.

25. به عنوان مثال در آلکيلاسيون فريدل کرافتس روي حلقه بنزني، محصول تشکيل شده فعاليت بيشتري در برابر واکنش فريدل کرافتس نسبت به خود بنزن داشته و محصولات فرعي تشکيل مي گردد، که براي جلوگيري از اين امر غلظت بنزن را به ميزان چندين برابر بيشتر از هالو آلکان در واکنش وارد مي کنند تا غلظت آلكيل بنزن توليد شده نسبت به خود بنزن كمتر و رقابت بين آنها قابل صرف نظر كردن باشد.

26. در سنتز آمين ها از واکنش آمونياک با هالو آلکان ها نيز اين مشکل وجود دارد، زيرا پيشرفت اين واکنش با قدرت بازي نيتروژن در ارتباط بوده و هرچه گروه هاي آلکيلي روي نيتروژن بيشتر باشد، قدرت بازي بيشتر مي شود، بنابراين آمين ها تمايل دارند به نوع بالاتر خود تبديل شوند. در نتيجه براي کنترل واکنش و سنتز گزينشي يک آمين خاص بايد از روش هاي ديگري استفاده کرد. به عنوان نمونه مي توان روش گابريل براي سنتز آمين هاي نوع اول را نام برد. در سنتز گابريل به صورت گزينشي آمين هاي نوع اول تهيه مي گردند،‌ كه اين روش تكنيكي براي غلبه بر ناتواني روش مستقيم جهت سنتز آمين هاي نوع اول از آلكيل هاليدها مي باشد.

27. مشكل جهت سنتز آمين هاي نوع دوم و سوم با استفاده از روش مستقيم، يعني استفاده از آمين نوع پائين تر و تركيبات آلكيل هاليد نيز وجود دارد. به همين دليل از روش هائي استفاده مي شود كه قدرت محصول تشكيل شده كم باشد و توان شركت در واكنش هاي رقابتي را نداشته باشد. به عنوان مثال تهيه آمين نوع دوم با استفاده از واكنش يك آمين نوع اول با مشتق اسيد كلريدها دنبال مي شود. آميد تشكيل شده در برابر آمين اوليه وارد واكنش با مشتق اسيد كلريد نمي شود. از احيا آميد توليد شده، آمين مورد نظر بدست مي آيد.

28. اين مشكل در مورد سنتز تيول ها نيز وجود دارد. هنگام استفاده از يون سولفيد براي سنتز تيول ها، محصول تشکيل شده از يون سولفيد اوليه فعالتر مي باشد و واکنش را ادامه مي دهد و دي آلكيل سولفيد (RSR) محصول اصلي اين واکنش مي باشد. براي سنتز گزينشي تيول ها از واکنش بين تيواوره و هالوآلکان مربوطه استفاده مي گردد، که سنتز موفقي مي باشد و صرفا تايول يا مركاپتان مورد نظر تهيه مي گردد.

29. هومولوگ گزيني (Homoselectivity) هرگاه در يك مولكول دو يا چند گروه عاملي يكسان وجود داشته باشد و با انتخاب روش مناسب صرفا يكي از آنها وارد واكنش شود، به چنبن گزينش پذيري هومولوگ گزيني گفته مي شود. اين اصطلاح براي اولين بار براي چنين مواردي در سال 2008 مطرح گريد. مثال هاي زير اين مفهوم را روشن مي سازند.

30. واكنش زير نمونه اي از احياء جزئي (Partial Reduction) را نشان مي دهد، كه درحضور معرف خاص، از بين دو گروه نيترو يكسان، فقط يكي وارد واكنش شده است. با توجه به واكنش هاي متفاوتي كه گروه نيترو و گروه آميني انجام مي دهند، اين احيا مي تواند مسيرهاي سنتزي جالبي را ايجاد كند. در واكنش زير يك نمونه جالب ديگري از هومولوگ گزيني نشان داده شده است

31. مسائل پايان فصل

32. محصول واكنش زير را بنويسد و مشخص نمائيد در اين واكنش چه نوع گزينش پذيري مشاهده مي شود؟ (منابع عمومي فارسي، مرجع شماره 28). • 2) محصول واكنش زير را بنويسيد؟ (منابع عمومي فارسي، مرجع شماره 28). • 3) محصول اصلي واكنش زير را بنويسيد؟ (كنكور كارشناسي ارشد 1369)

33. 4) محصول اصلي واكنش زير كدام است و نوع گزينش پذيري در اين واكنش مشخص نمائيد؟ (منابع عمومي فارسي، مرجع شماره 28). • 5) محصول واكنش زير را بنويسيد؟ (كنكور كارشناسي ارشد 1376) • 6) محصول واكنش زير را بنويسيد؟ (كنكور كارشناسي ارشد 1377)

34. 7) محصول واكنش مقابل با مكانيسم E2 چيست؟ (كنكور كارشناسي ارشد 1382) • 8) محصول دو واكنش زير را بنويسيد وعلت تفاوت محصولات را بيان نمائيد؟ (كنكور كارشناسي ارشد 1382) • 9) سنتز زير را انجام دهيد؟

35. پايان جلسه پانزدهم