Ako nakresliť mechanizmus pre robinsonovu anuláciu?
Dvojitá väzba alfa-beta uhlíka sa zlomí, čím sa pár elektrónov z väzby odošle na vinylketón alfa-uhlík.
Vizualizácia a skicovanie organických reakcií môže byť dosť náročné. Cieľom tohto tutoriálu je preto ilustrovať mechanizmus Robinsonovej anulácie. Tento tutoriál je zameraný na postgraduálnych alebo vysokoškolských študentov organickej chémie. Predchádzajúce znalosti organickej chémie sa odporúčajú, ale nie nevyhnutne vyžadujú. Mechanizmus je proces, ktorý ukazuje lámanie a vytváranie väzieb, ukazuje tiež prenos elektrónov medzi molekulami počas reakcie. Robinsonova anulácia kombinuje dve rôzne karbonylové reakcie; Michaelova adícia a kondenzácia Aldolu. Tieto dve reakcie sa používajú na infúziu a konštrukciu šesťčlenného uhlíkového kruhu. Výsledný produkt je základnou organickou zlúčeninou, ktorá sa používa pri syntéze antibiotík a steroidy, ako napríklad kortizón.
Časť 1 z 5: začínajúc východiskovými materiálmi a reaktantmi
- 1Nakreslite zlúčeniny vyššie s ich popisom nižšie. Začnite s ketónovou (alkanónovou) zlúčeninou, ktorá má atóm uhlíka dvojito viazaný na atóm kyslíka. Atóm uhlíka môže byť tiež viazaný k iným substrátom obsahujúcim uhlík.
- Na účely tejto reakcie budete pracovať so 6-členným uhlíkovým kruhom s atómom uhlíka dvojitým viazaným na atóm kyslíka, formálne známym ako cyklohexanón.
- Napíšte Lewisove bodové štruktúry hydroxidu a vody (OH/H20), ktoré budú vašim roztokom/mixérom, v ktorom bude reakcia prebiehať.
- 2Ukážte deprotonáciu alfa-uhlíka v roztoku zásada/voda. V základnom roztoku má ketón jedinečnú konfiguráciu, ktorá umožňuje alfa-uhlíku pôsobiť ako elektrofil (prijímajúci elektróny).
- Alfa-uhlík je definovaný ako uhlík priamo viazaný na uhlík, ktorý má ketón (kyslík s dvojitou väzbou).
- Báza funguje ako nukleofil (darca elektrónov), ktorý deprotonuje alfa-uhlík útokom na alfa-vodíkový atóm z alfa-uhlíka, ktorý rozbije väzbu uhlík-vodík.
- Potom sa táto väzba preruší, alfa-uhlík prijme elektróny z prerušenej väzby, čo položí na alfa-uhlík osamelý pár elektrónov, čím sa stane nukleofilným. Tento negatívne nabitý alfa-uhlík s osamelým párom elektrónov sa nazýva enolát.
- 3Načrtnite rezonanciu enolátu. Ako je ilustrované vyššie, enolát posunie formy medzi dvoma konfiguráciami; tomu sa hovorí rozumom stabilizovaný enolát.
- Rezonancia je považovaná za určitý spôsob, akým sa môžu elektróny usporiadať v zlúčenine. Zlúčeniny sa nepretržite transformujú z jednej rezonancie na druhú.
- Jedna rezonancia, stabilnejšia, je tá, ktorú ste už vytvorili s alfa-uhlíkom s osamelým párom elektrónov a negatívnym nábojom.
- 4Nakreslite druhú rezonanciu. Druhá rezonancia zahŕňa alfa-uhlík, ktorý daruje osamelý pár elektrónov uhlíku s ketónom pre dvojitú väzbu uhlík-uhlík.
- Uhlík však nemôže mať viac ako štyri väzby, dvojito vykostené na alfa-uhlík a kyslík, a pôvodne k nemu bol viazaný vodík.
- Dvojitá väzba medzi uhlíkom a kyslíkom sa teda zmení na jednoduchú väzbu a ďalší pár elektrónov z prerušenej väzby bude teraz na atóme kyslíka, čo jej dodá záporný náboj.
- Zlúčenina je v rovnováhe medzi týmito dvoma konfiguráciami, rezonančná forma použitá v tejto reakcii je tá s negatívne nabitým alfa-uhlíkom, enolátom.
Alfa-uhlík je definovaný ako uhlík priamo viazaný na uhlík, ktorý má ketón (kyslík s dvojitou väzbou).
Časť 2 z 5: kresba Michaelovho doplnku
- 1Nakreslite svoj rezonančne stabilizovaný enolát iným ketónom. Konkrétny ketón, ktorý budete pri tejto reakcii používať, obsahuje alfa-uhlík s dvojitou väzbou s iným atómom uhlíka, známy ako beta-uhlík.
- Špecifická ketónová zlúčenina použitá v tejto reakcii sa nazýva metylvinylketón.
- 2Nakreslite enolát útočiaci na beta-uhlík ketónu v bázickom roztoku
- Negatívne nabitý pár elektrónov pôvodného enolátu zaútočí na beta-uhlík vinylketónu.
- Dvojitá väzba alfa-beta uhlíka sa rozbije, čím sa pár elektrónov z väzby odošle na vinylketón alfa-uhlík.
- Beta-uhlík vinylketónu je teraz viazaný na pôvodný alfa-uhlík z pôvodného enolátu.
- Náš novo vytvorený enolát má rezonančnú stabilitu ako pôvodný enolát.
- 3Nakreslite protonáciu nového enolátu. Rezonančná forma, ktorá sa použije pri reakcii, je tá s alfa-uhlíkom, ktorá má osamotený pár volieb.
- Tento nový enolát je stále v roztoku voda/zásada. Bude teda pôsobiť proti atómu vodíka z vody, pričom pomocou svojho osamoteného páru volieb rozbije väzbu vodík-kyslík a vytvorí väzbu uhlík-vodík na alfa-uhlíku.
- Tým je krok Michaelovej adície tejto reakcie dokončený. Vytvorili ste väzbu medzi alfa-uhlíkom, z vášho cyklohexanónu, a beta-uhlíkom vinylketónu. Protonovali ste aj enolát, ktorý bol výsledkom prerušenej dvojitej väzby medzi alfa a beta uhlíkmi. Teraz je beta-uhlík viazaný na 2 alfa-uhlíky, ktoré boli kedysi oba enoláty.
Náš enolát bude chcieť zaútočiť a poskytnúť elektrónom novú väzbu s uhlíkom priamo dvojmo viazaným na kyslík vo vašom cyklohexanóne.
Časť 3 z 5: kresba kondenzácie aldola
- 1Ukážte deprotonáciu nového alfa-uhlíka. Naša metylvinylketónová zlúčenina použila svoje vinylové vlastnosti na reakciu s enolátom alfa-uhlíka cyklohexanónu. Existuje ešte ďalší uhlík, metylová skupina, ktorý vykazuje alfa vlastnosti v roztoku voda/zásada.
- Molekula hydroxidu (-OH) z roztoku voda/zásada zaútočí na alfa-vodík z alfa-uhlíka, aby sa z metylovej skupiny priamo naviazanej na ketóne vytvoril nový enolát stabilizovaný rezonanciou.
- 2Načrtnite intermolekulárny mechanizmus beta-hydroxyketónu. Intermolekulárne sa týkajú síl a interakcií medzi atómami v samotnej zlúčenine.
- Náš enolát bude chcieť zaútočiť a poskytnúť elektrónom novú väzbu s uhlíkom priamo dvojmo viazaným na kyslík vo vašom cyklohexanóne.
- Dvojitá väzba medzi uhlíkom a kyslíkom sa zároveň rozpadá na jednoduchú väzbu a prerušené väzby elektróny putujú ku kyslíku, čím získajú ďalší osamelý pár elektrónov a negatívny náboj.
- Vieme, že k tomu dochádza, pretože keď sú uhlík a kyslík viazané, kyslík má väčšiu medzimolekulárnu príťažlivosť k elektrónom vo väzbe ako uhlík.
- Pretože kyslík priťahuje viac elektrónov, stáva sa čiastočne negatívnym. Následne bude mať uhlík menšiu príťažlivosť k elektrónom, čo ho urobí čiastočne pozitívnym, pretože stráca negatívnu príťažlivosť.
- To vytvára novú väzbu uhlík-uhlík, ktorá uzatvára kruh. Táto nová zlúčenina sa nazýva beta-hydroxyketón, ale častejšie sa nazýva aldol.
- 3Ukážte protonáciu negatívne nabitého kyslíka. Váš aldol stále pláva v roztoku voda/báza.
- Extra osamotený pár volieb o kyslíku zaútočí a spojí sa s vodíkom z molekuly vody a protonuje.
- Teraz ste úspešne zatvorili a vytvorili ste nový cyklohexanón, ktorý je spojený s vašim pôvodným 6-členným kruhom.
Druhá rezonancia zahŕňa alfa-uhlík, ktorý daruje osamelý pár elektrónov uhlíku s ketónom pre dvojitú väzbu uhlík-uhlík.
Časť 4 z 5: nakreslenie nového enolátu a eliminácia
- 1Nakreslite tvorbu enolátu. Molekula zásady (-OH) z vášho roztoku zaútočí na vodík z alfa-uhlíka zlúčeniny.
- Náš deprotonovaný alfa-uhlík sa zmenil na enolát s dvojicou elektrónov a negatívnym nábojom.
- 2Ukážte kondenzáciu aldolu. Vo všeobecnosti je ťažké odstrániť beta-hydroxy v roztoku. Vzhľadom na vlastnosti rezonančne stabilizovaného enolátu sa to však dá dosiahnuť.
- Pri relatívne vysokých teplotách osamelé elektróny enolátu zaútočia na beta-uhlík.
- Tento útok eliminuje väzbu beta-uhlík-hydroxy (-OH) a vytvorí dvojitú väzbu s alfa-uhlíkom a beta-uhlíkom.
- Táto eliminácia dokončí kondenzáciu Aldolu, čím sa dokončí Robinsonova anulácia.
Časť 5 z 5: pochopenie konkrétneho príkladu
- 1Nakreslite konkrétnu reakciu Robinsonovej anulácie. To bude len (východiskový materiál + reaktant = produkt). Nie je zobrazený žiadny mechanizmus.
- Je dôležité poznamenať, že celková reakcia prebieha v rovnovážnych podmienkach. To znamená, že reakcia nikdy neprejde na 100%; vždy budú existovať ďalšie medziprodukty.
Prečítajte si tiež: Ako nakresliť štvorec vo photoshope?
