Đang tải... (xem toàn văn)
fjknldddddddggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggjjjjjjjjjjjj vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv ffffffffffffffffffffffffffffff hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk
TĨM TẮT BÀI GIẢNG CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HĨA HỮU CƠ Buổi thứ Chương Phản ứng cộng vào nối đơi C=O Liên kết đơi C=O hợp chất carbonil bao gồm liên kết liên kết Liên kết tạo thành từ vân đạo ngun tử 2px ơxi vân đạo sp2 carbon, liên kết tạo thành từ vân đạo 2pz, đơi điện tử p tự ơxy chuyển động vân đạo 2py mặt phẳng vng góc với mặt phẳng liên kết (đơi điện tử thứ khơng biểu diễn) Đơi điện tử khơng ảnh hưởng nhiều tính chất hóa học nhóm carbonil mà chủ yếu tham gia vào tương tác liên phân tử (như tạo phức với muối kim loại, phản ứng acid – baz với acid) Do ơxi có độ âm điện lớn carbon nên liên kết bị phân cực phía ơxi, liên kết đơi C=O carbon mang phần điện tích dương (C có tính dương điện), ơxy mang phần điện tích âm (O có tính âm điện) Các aldehid ceton hợp chất phân cực mạnh Do có phân cực ơxi nên nhóm carbonil nhóm rút điện tử hiệu ứng cảm hiệu ứng cộng hưởng (–I, –R) Do phân bố điện tử khơng nên nhóm carbonil có tâm phản ứng: tâm chịu tác kích thân hạch C tâm chịu tác kích thân điện tử O Ngun tử ơxi cho phản ứng theo kiểu cho nhận điện tử nên phản ứng xảy nhanh liên kết khơng bền nên khơng dẫn đến sản phẩm, phản ứng C thường xảy giai đoạn chậm phản ứng (giai đoạn tốc định) tạo liên kết bền, tạo sản phẩm phản ứng nên phản ứng C quan trọng Vì phản ứng đặc trưng nhóm carbonil phản ứng cộng thân hạch 1.1 Phản ứng cộng thân hạch nhóm carbonil – Chất thân hạch Chất thân hạch (hay tác chất thân hạch) chất có ngun tử giàu điện tử mang điện tích âm có khả tương tác với ngun tử carbon nghèo điện tử chất thân điện tử Chất thân hạch mang điện tích âm ion âm OH①, RO①, NC①, H①, R2N①, carbanion Chất thân hạch khơng mang điện tích hợp chất chứa dị ngun tử có đơi điện tử tự H2O, ROH, NH3, amin Đặc trưng cho độ mạnh yếu chất thân hạch tính thân hạch hay lực thân hạch Có nhiều cách xác định lực thân hạch, ta tham khảo phương pháp dựa tỉ lệ điều chỉnh phản ứng SN2 với cơng thức Swain-Scott lg(k/k0)=s.n, với k k0 số vận tốc với chất thân hạch với nước, s hệ số độ nhậy chất với tác chất (S=1 với chất chuẩn CH3Br), n lực thân hạch chất thân hạch, phản ứng nước, 25OC Kết bảng (McMurry J (2008) Organic Chemistry, 7th Edition, p 494) HS① CN① I① PhNH2 HO① N3 ① Piridin 5,1 5,1 5,0 4,5 4,2 4,0 3,6 Br① PhO① CH3COO① Cl① F① NO3① H2 O 3,5 3,5 2,7 2,7 2,0 1,0 0,0 Như tính thân hạch có điểm tương đồng với tính baz, có nhiều chất thân hạch mạnh đồng thời baz mạnh, EtO①, n-BuLi, PhCOCH2① , ngược lại có nhiều chất thân hạch yếu đồng thời baz yếu, F①, NH3, PhS① Nhưng khơng phải lúc vậy, có baz mạnh tính thân hạch yếu ter-BuO①K+, (iso-Pr)2N①Li , baz yếu chất thân hạch tốt RS① Lực thân hạch phụ thuộc vào phản ứng, có chất thân hạch tốt khơng phụ thuộc vào phản ứng HO①, CN①, RS①, I①, Br① , có chất thân hạch khơng phụ thuộc vào phản ứng H2O, CH3OH, F①, NO3①, SO42① – Độ phản ứng hợp chất carbonil + Độ phản ứng (hoạt tính) hợp chất carbonil với chất thân hạch phụ thuộc vào mật độ điện tử ngun tử carbon nhóm carbonil: C thiếu điện tử (càng dương điện) độ phản ứng cao Nhóm đẩy điện tử làm giảm hoạt tính, nhóm rút điện tử làm tăng hoạt tính nhóm carbonil (hiệu ứng điện tử) + Các nhóm lớn làm giảm hoạt tính nhóm carbonil (hiệu ứng lập thể) + Nhóm có cộng hưởng với nhóm carbonil làm giảm hoạt tính nhóm carbonil + Ceton vòng có hoạt tính cao ceton mạch hở – Ảnh hưởng mơi trường phản ứng Xúc tác acid: proton tác kích vào O làm xuất O điện tích dương, nhóm carbonil phân cực mạnh O, C dương điện, hoạt tính nhóm carbonil tăng Các chất thân hạch thường baz, nhiều chất gốc acid yếu (CN①, NH2① ), nên mơi trường acid mạnh phản ứng với proton tạo acid liên hợp acid yếu khơng phân li, nên khơng có tính thân hạch Mơi trường acid mạnh làm giảm nồng độ chất thân hạch, làm giảm vận tốc phản ứng Acid xúc tác cho phản ứng vùng pH xác định Xúc tác baz: baz làm tăng nồng độ chất thân hạch, làm tăng vận tốc phản ứng C – Q trình cộng tác chất thân hạch vào nhóm carbonil O Phản ứng cộng thân hạch vào nhóm carbonil tương 2s 2px 2pz 2pz tác vân đạo phân tử thấp trống (LUMO) nhóm carbonil với vân đạo phân tử cao chứa điện tử (HOMO) tác chất thân hạch Theo phép gần thứ nhất, LUMO nhóm carbonil vân đạo *, xen phủ phản liên kết vân đạo 2pz C 2pz O Chất thân hạch tương tác với nhóm n carbonil vân đạo HOMO, xảy tương tác HOMO với 2pz C theo kiểu đồng pha (liên kết) với 2pz O theo kiểu ngược pha (phản liên kết) Để xen phủ phản liên kết với O nhỏ xen phủ liên kết với C lớn nhất, góc tương tác vào O khoảng 107 Giá trị tính tốn lý thuyết xác định thực nghiệm C 2py 2pz 2pz 2s 2px C Theo biểu diễn phản ứng phương pháp cộng hưởng, tương tác tác chất thân hạch (Nu) trình bày dạng dịch chuyển đơi điện tử tự chất thân hạch sang ngun tử C nhóm carbonil, thành lập liên kết Nu-C Đơi điện tử nhóm carbonil dịch chuyển từ ngun tử C sang ngun tử O, O có đủ điện tử tầng hóa trị mang điện tích âm Ngun tử C sp2 phẳng chuyển sang C sp3 tứ diện 1.1.1 Phản ứng cộng đơn giản 1.1.1.1 Cộng nước Nước chất thân hạch yếu nên phản ứng cộng nước vào aldehid ceton xảy thuận nghịch cho hidrat hay gem-diol Do có nhóm OH gắn cung carbon nên hợp chất khơng bền, nằm trạng thái thuận nghịch với chất đầu Trạng thái cân phụ thuộc phần lớn vào cấu tạo hidrat Formaldehid, aldehid ceton có nhóm rút điện tử gần cho hồn tồn dạng hidrat, acetaldehid cho 58% dạng hidrat, aceton gần khơng cho hidrat Cho aceton trộn với với H2O18 người ta thấy theo thời gian nồng độ aceton chứa O18 tăng dần Đã xảy phản ứng gọi phản ứng trao đổi đồng vị ơxy CH3 C O* + H2 O CH3 C O CH3 H2O* CH3 O*H C CH3 CH3 CH3 OH C O + H2O* CH3 Aceton cho phản ứng trao đổi đồng vị O18 chậm, nhiên phản ứng xảy nhanh nhiều có xúc tác baz acid Xúc tác baz: Dưới tác dụng hidroxid kim loại kiềm, ion hidroxid có tính thân hạch mạnh nước, phản ứng với nhóm carbonil nhanh nước CH3 CH3 (chậm) O C C O OH CH3 CH3 OH H2O CH3 -HO CH3 OH C OH Xúc tác acid: proton làm tăng hoạt nhóm carbonil, làm phản ứng xảy nhanh CH3 C O H CH3 CH3 -H CH3 C C O H HOH CH3 OH CH3 (chậm) CH3 OH C OH2 CH3 OH Các aldehid cộng nước khơng cần xúc tác Các nhóm rút điện tử làm phản ứng xảy nhanh gem-diol nhận bền Cloral chất dạng dầu, cho nước nước vào, phản ứng xảy nhanh chóng cho sản phẩm hidrat chất kết tinh Trong cấu tạo sản phẩm hidrat cloral có liên kết hidro nội phân tử làm sản phẩm bền Tương tự, PhCOCOCOPh cho phản ứng cộng nước nhanh sản phẩm hidrat bền H Cl O Cl H O Cl H O H C CH O C O Ph C O Ph 1.1.1.2 Cộng alcol Cũng nước, alcol chất thân hạch yếu nên phản ứng cộng thân hạch alcol xảy khó khăn thuận nghịch 1/ Cộng alcol vào aldehid Alcol cộng vào aldehid cho sản phẩm hemiacetal acetal Xét phản ứng acetaldehid metanol CH3 O + CH3 OH CH3 R'OH C H OCH3 hemiacetal CH3OH H OCH3 C H OCH3 acetal – Hemiacetal Aldehid cộng phân tử alcol cho hemiacetal, cấu khơng bền, thường khơng thể tách khỏi hỗn hợp sản phẩm nằm cân với chất đầu Cơ cấu aldehid ảnh hưởng đến tính bền sản phẩm hemiacetal tương tự phản ứng cộng nước, số cân thấp so với phản ứng cộng nước Xúc tác baz acid làm tăng vận tốc phản ứng Trong dung dịch baz, ion alcoxid tạo ra, chất thân hạch mạnh nhiều so với alcol, nên cộng xảy nhanh CH 3OH + CH3O HO O + H2 O CH3 (chậm) CH3 + O H2O CH3 OCH3 -OH H C O CH H H OH C OCH3 Trong dung dịch acid, proton hoạt hóa nhóm carbonil làm vận tốc phản ứng tăng CH3 CH3 CH3 C O + H H H H CH3 CH3 C O H C O H C O H CH3 OH C + CH3OH H H OH + H C H O CH3 OCH3 H Nếu nồng độ proton cao, alcol bị proton hóa thành ion oxonium làm tính thân hạch, vận tốc phản ứng giảm Các hemiacetal có nhóm rút điện tử có cấu tạo vòng hemiacetal bền, hemiacetal cloral Đường glucoz hemiacetal vòng bền, chuyển đổi dạng và ngang qua dạng mạch hở – Acetal Trong mơi trường acid mạnh (HCl khí, CaCl2, NH4Cl, HBr, TsOH ) nhựa trao đổi ion H, hemiacetal phản ứng với phân tử alcol cho acetal Hemiacetal bị proton hóa thành ion hidroxonium, ion phân tử nước thành ion metiloxonium Ion bền cộng hưởng với O ion chìa khóa điều chế acetal Sự cộng phân tử alcol vào ion metiloxonium cho acid liên hợp acetal Để cân chuyển dịch sang phải người ta dùng lượng thừa lớn alcol cất loại nước khỏi hỗn hợp phản ứng CH3 OH H CH3 C H H OCH3 OH2 C OCH3 -H2O (chậm) H CH3 CH3CH=OCH3 + CH3OH CH3CH=OCH3 ion metiloxonium OCH3 C H CH3CH-O-CH3 OCH3 H CH3 OCH3 C H OCH3 Các acetal hợp chất bền, lập sau trung hòa hỗn hợp phản ứng, tinh chế Acetal dễ dàng bị thủy phân dung dịch acid lỗng thành aldehid ban đầu Cơ chế thủy phân dung dịch acid tương đương với chế tạo acetal với thứ tự ngược lại 2/ Cộng alcol vào ceton Ceton cho phản ứng cộng alcol tạo sản phẩm hemicetal cetal Do ceton có hoạt tính với tác kích thân hạch aldehid nên cộng alcol khó khăn nhiều Cetal điều chế phản ứng ceton với ortoester acid formic (ortoformiat alkil), thêm vài giọt acid sulfuric đậm đặc R1 C O OR3 H C OR3 OR3 + R2 R1 H2 SO4 OR3 R2 HCOOR3 + C OR3 Cetal dễ dàng bị thủy phân dung dịch acid lỗng thành ceton ban đầu, chế thủy phân cetal tương tự thủy phân acetal 3/ Ứng dụng Acetal cetal bền mơi trường baz, đung với dung dịch acid lỗng cho trở lại hợp chất carbonil ban đầu Người ta ứng dụng đặc điểm để bảo vệ nhóm carbonil Các aldehid ceton có mang nhóm rút điện tử dễ dàng cho hemiacetal hemicetal, tất khó khăn tạo thành acetal cetal 1.1.1.3 Cộng tiol Tiol có tính thân hạch cao alcol S có bán kính ngun tử lớn tính âm điện nhỏ hơn, khả cho điện tử lớn O Tiol acid alcol nên đễ dàng cho ion tiolat RS① bền hơn, phản ứng cộng tiol xảy dễ dàng nhanh phản ứng cộng alcol Aldehid ceton cộng dễ dàng tiol cho hemitioacetal hemitiocetal, có mặt acid phản ứng tiếp đến tioacetal tiocetal R R O + OH R'SH H H R1 SR' R1 O + H R'SH C OH R'SH H R'SH C R2 R2 SR' R SR' C H SR' R1 SR' C R2 SR' Tioacetal tiocetal bền acetal cetal acid, nên người ta khơng dùng tioacetal tiocetal để bảo vệ nhóm carbonil Để thủy phân tioacetal tiocetal thành aldehid ceton người ta dùng dung dịch HgCl2, ion Hg2 loại phân tử tiol tạo thành để khơng cho tạo trở lại tioacetal tiocetal R1 SR' R2 R1 + H2O + HgCl2 C O SR' + Hg(SR')2 + 2HCl R2 Tioacetal tiocetal dùng tổng hợp hữu để chuyển aldehid ceton thành hidrocarbon R1 O + HSCH2CH2SH R2 R1 BF3 -H2O S C R2 S H2 Ni Raney R1 CH2 R2 1.1.1.4 Cộng bisulfit natri Các aldehid, metilceton ceton vòng khơng bị chướng ngại lập thể dễ dàng cho phản ứng với dung dịch bisulfit natri Ion bisulfit tác nhân thân hạch tốt, đễ dàng cộng vào liên kết đơi C=O Sản phẩm hợp chất cộng bisulfit khơng tan lượng thừa dung dịch bão hòa bisulfit, lọc kết tinh dễ dàng O CH3 O CH3 + CH3 S O Na O H O Na CH3 CH3 OH C C SO3H CH3 SO3Na Hợp chất cộng bisulfit bị thủy phân dễ dàng mơi trường acid baz, cho trở lại hợp chất carbonil ban đầu Thường aldehid tái tạo mơi trường acid, ceton mơi trường baz Những aldehid, metilceton vài ceton vòng cho phản ứng dễ dàng; aldehid, ceton chướng ngại lập thể, ceton thơm khơng cho phản ứng 1.1.1.5 Cộng acid cianhidric HCN cộng vào liên kết đơi C=O cho sản phẩm cianohidrin CH3 (chậm) R1 O H CN CH3 R2 CH3 OH + CN C C CN + O CH3 CN CN Phản ứng xảy chậm HCN acid yếu, dung dịch phân li ion cianur Khi thêm lượng nhỏ baz vận tốc phản ứng tăng mạnh, nồng độ CN① tăng mạnh Để hồn tất phản ứng cần có mặt proton Do phản ứng thường thực với lượng dư muối ciarur kim loại kiềm có mặt vết acid mạnh Phản ứng xảy hồn tồn với aldehid thấp, với ceton đơn giản ceton vòng cho hiệu suất trung bình, ceton thơm béo cho hiệu suất thấp, ceton thơm khơng cho phản ứng, benzaldehid cho phản ứng cạnh tranh với ngưng tụ benzoin, aldehid tiếp cách cạnh tranh với phản ứng cộng 1,4 Bài tập So sánh hoạt tính với tác chất thân hạch aldehid ceton sau a/ CH3COCH3 CH3COCCl3 b/ CH3COCH3 CH3COOCH3 c/ CH3COCH3 CH3COC(CH3)3 d/ Ciclohexanon, ciclopentanon ciclobutanon e/ CH3COCH3 (CH3)3CCOCH3 f/ Aceton, acetophenon, benzaldehid benzophenon Hằng số cân phản ứng cộng nước formaldehid, cloral ciclopropanon có giá trị lớn Giải thích So sánh vận tốc phản ứng trao đổi đồng vị ơxy hợp chất sau O O F a/ F b/ O O C CH C H c/ CH3CH2CHO, (CH3)2CHCHO, (CH3)3CCHO d/ PhCOCH3, PhCOCF3, PhCOCOCH3 e/ HCHO, CH3CHO, CH3CH2CHO f/ CH3COCH3, FCH2COCH3, F2CHCOCH3, F3CCOCH3 Cloral phản ứng nhanh với metanol sản phẩm hemiacetal, khó cho sản phẩm acetal với metanol Giải thích Viết sản phẩm phản ứng sau So sánh phản ứng với HCN HCHO, CH3CHO, (CH3)2CO, PhCHO, PhCOCF3 Buổi thứ hai 1.1.2 Phản ứng cộng phức tạp Sự cộng chất thân hạch vào nhóm carbonil kèm theo tách loại phân tử (thường nước) gọi phản ứng cộng phức tạp 1.1.2.1 Cộng dẫn xuất amoniac Amoniac dẫn xuất ngun tử H amoniac cộng vào nhóm carbonil tạo liên kết đơi C=N R1 R1 C O Z C N H2N–Z + R2 + H2O R2 với Z=H (amoniac), R (amin bậc 1), OH (hidroxilamin), NH2 (hidrazin), NHPh (phenilhidrazin), NHCONH2 (semicarbazid) Amoniac cho sản phẩm khơng bền thường bị polimer hóa Các amin bậc cho phản ứng cộng vào nhóm carbonil aldehid ceton tạo sản phẩm imin enamin Amin bậc cộng vào aldehid ceton cho sản phẩm chứa nối đơi C=N gọi imin (aldimin, cetimin) hay gọi baz Schiff Phản ứng xảy có mặt vết acid Trong mơi trường có pH thấp cao, phản ứng xảy với hiệu suất khơng cao Phản ứng thuận lợi vùng pH khoảng 4-5 R1 C O + R2 NH2–R3 R1 H2N–R3 (chậm) R2 NH–R3 R1 C C R2 O OH H R1 H C N C N R2 H R1 R3 R2 H2O NH–R3 R1 C R3 R2 OH2 Amin cộng thân hạch vào nhóm carbonil cho trung gian tứ diện lưỡng ion Sự trao đổi proton nội phân tử cho aninoalcol Trong mơi trường phản ứng có proton xảy proton hóa nhóm OH aminoalcol thành nhóm xuất tốt H2O.Tách loại phân tử nước cho ion iminium, loại proton cho sản phẩm imin có cấu hình E Z Imin dãy béo khơng bền, có hệ thơm cộng hưởng với liên kết đơi C=N imin bền Phản ứng xảy có mặt H, nồng độ H cao có proton hóa amin thành ion aminium khơng có tính thân hạch Nếu nồng độ H thấp, aminoalcol khơng thể tách OH để thành ion iminium Có thể dùng acid yếu acid acetic Amin bậc cộng thân hạch vào nhóm carbonil cho trung gian aminoalcol (hemiaminal) Nếu hợp chất carbonil ban đầu khơng có ngun tử mơi trường acid có tách loại nhóm OH dạng phân tử nước cho ion iminium phân tử amin cộng vào ion iminium cho aminal R' HNR2 R" NR2 R' NHR2 R' + C O C C R" R" OH hemiaminal O H NR2 R' H2O R' HNR2 C R" NR2 aminal NR2 R' C NR2 C R" R" OH2 Nếu hợp chất carbonil ban đầu có chứa ngun tử H hemiaminal loại phân tử nước mơi trường acid với tham gia H thành enamin NR2 R' H C R"CH2 OH hemiaminal NR2 R' -H3O C R"CH OH2 H R' C NR2 R"CH enamin Amin bậc cộng thân hạch vào nhóm carbonil cho muối hidroxiamonium O R' R' C O R" + HCl C NR3 R" NR3 OH R' Cl C R" NR3 1.1.2.2 Cộng hidrur Hidrur ngun tử hidro giàu điện tử ion hidrur Ion hidrur H① coi anion acid H2, mà acid H2 coi acid yếu, nên ion H① baz mạnh, đồng thời chất thân hạch mạnh Các phản ứng cộng hidrur vào nhóm carbonil phản ứng chiều Hidrur phản ứng dạng ion hidrur dịch chuyển hidrur liên phân tử nội phân tử 1/ Phản ứng khử hidrur kim loại Hidrur kim loại nguồn cung cấp ion hidrur Muối hidrur đơn giản (NaH, LiH, BH3, AlH3 ) khơng bền nên người ta thường dùng muối phức (NaBH4, LiAlH4 ) Độ phản ứng hidrur kim loại khác LiAlH4 có hoạt tính khử mạnh, khử aldehid ceton, acid carboxilic chuyển hóa chất Ngồi LiAlH4 khử H hoạt động, nên phản ứng với LiAlH4 phải thực dung mơi trơ khan (dietil eter, THF, dioxan ) NaBH4 có tính khử yếu, khử aldehid ceton, thực phản ứng dung mơi có nhóm OH (nước, alcol ) – LiAlH4 khử fornaldehid thành metanol, aldehid ceton thành alcol bậc Trong dung mơi trơ khan, LiAlH4 phân ly thành Li AlH4① AlH4① cho C carbonil ion H①, AlH3 tạo liên kết với O carbonil Tiếp theo ion hidrur AlH3 cộng vào nhóm carbonil khác cho phức tetraalcoxid nhơm Sau phản ứng cho thêm nước alcol để hồn tất phản ứng Như sản phẩm alcol tạo thành có ngun tử H từ AlH4①, ngun tử H lại từ nước alcol thêm vào sau phản ứng R2C H O AlH3 AlH4 R2C OAlH3 3R2C=O R2C O H H Al H2O (R'OH) R2C OH H LiAlH4 khử acid carboxilic chuyển hóa chất (ester, anhidrid acid, halogenur acid) thành alcol bậc Với acid carboxilic, lượng LiAlH4 chuyển acid thành muối carboxilat Sự khử ion carboxilat cho trung gian aldehid, mơi trường phản ứng bị khử tiếp đến alcol bậc O O LiAlH4 O Li + AlH3 O Li AlH3 O H H2 O Li OH R C + R C R C O R C R C O AlH2 H H AlH2 + AlH2 O + Li Với chuyển hóa chất acid carboxilic (X=OR, OCOR, halogen), ban đầu chất thân hạch AlH4① tác kích nhóm carbonil cho trung gian chứa O① Do nhóm X① nhóm xuất tốt nên tương tác đẩy O① làm tách loại X①, cho trung gian aldehid Trong mơi trường phản ứng có LiAlH4, aldehid bị khử, sau thêm nước alcol chuyển thành alcol bậc X X RC H AlH4 O RC O -X RC=O H2O (R'OH) H H AlH3 LiAlH4 RCH OH H Với amid nitril, khử LiNaH4 cho amin bậc Trong khử amid, nhóm NR2 nhóm xuất nên trung gian carbon tứ diện khơng có tạo trung gian aldehid chuyển hóa chất khác, mà có tách loại O để tạo sản phẩm amin bậc (hoặc bậc amid thế) NR2 R'C O H NR2 AlH3 R'C OAlH2 -AlH2O R'CH2NR2 H H AlH2 H R'C NR2 R=H nhóm alkil Nitril bị khử liên kết , cho amin bậc H RC N H AlH3 AlH4 RC AlH3 N AlH3 AlH4 AlH3 RCH2 N H2O RCH2NH2 AlH3 H –NaBH4 chất khử yếu nên khử aldehid ceton thành alcol Đây chất khử chọn lọc dùng để khử nhóm carbonil lập có mặt nhóm có liên kết khác Có thể dùng xúc tác acid Lewis 2/ Phản ứng Meerwein-Pondorf-Verley Phản ứng Meerwein-Pondorf-Verley khử aldehid ceton muối nhơm alcol bậc Muối nhơm alcol bậc bậc làm nguồn cung cấp hidrur để cộng thân hạch vào nhóm carbonil Ta xét khử ceton muối nhơm isopropoxid R R C O + R' i Al(OPr )3 OPr C Al C R' i OPr O R OPr O H R' i i O Al H i OPr + O C C CH3 H3C CH3 H3C HCl R CH OH + + AlCl3 R' i Pr OH Nhơm tương tác với O nhóm carbonil acid Lewis, làm tăng hoạt nhóm carbonil, đồng thời đẩy điện tử O làm H nhóm isopropoxil giàu điện tử đóng vai trò hidrur Tại trạng thái chuyển tiếp có dịch chuyển hidrur sang C carbonil, nhóm carbonil bị khử thành nhóm alcoxid Thủy phân muối nhơm dung dịch acid lỗng cho sản phẩm alcol Nếu thực phản ứng dung mơi alcol isopropil, alcoxid tạo thành phản ứng với alcol isopropil cho alcol sản phẩm nhơm isopropoxid ban đầu i R R' C i OPr O Al R Pr OH CH OH i R' OPr H i Al(OPr )3 + Như coi phản ứng hidrur dịch chuyển từ alcol isopropil nhơm isopropoxid xúc tác Thực tế người ta tiến hành phản ứng lượng thừa alcol isopropil làm dung mơi lượng nhỏ nhơm isopropoxid Phản ứng xảy thuận nghịch, để dịch chuyển cân sang bên phải người ta cất loại aceton khỏi hỗn hợp phản ứng R i R C O + i PrOH Al(OPr )3 OH H3C C R' R' C O + H H3C Sự dịch chuyển hidrur xảy trạng thái chuyển tiếp vòng Điều khẳng định phản ứng với (Me2CDO)3Al có tạo thành sản phẩm R2CDOH Alcoxid nhơm hợp chất cộng hóa trị nên hidrur dịch chuyển đến nhóm carbonil mà khơng đến nhóm khác trường hợp phản ứng ion hidrur Bằng phản ứng người ta khử chọn lọc nhóm carbonil lập có mặt nhóm dễ bị hidro hóa khác Nếu ceton có nhóm cồng kềnh nhơm alcoxid có nhóm kích thước khác Al tạo liên kết với O từ phía chướng ngại lập thể Do phản ứng có tính chọn lọc lập thể Ta xem thí dụ OR RO Al(OR)2 Al O O Al(OR)2 H H3 C O H C Pri (S) H3 C i H3 C Pr C O C CH3 + _MeCOPri C C O CH3 OH H H3 C C H (R) OR RO Al O O C C H CH3 10 _MeCOPri i H3C Pr Al(OR)2 O C H3 C OH H C H H3C (S) Nếu ester ban đầu có H, phản ứng khơng xảy với baz khơng đủ mạnh EtONa Nếu dùng baz mạnh Na triphenilmetil, phản ứng xảy Có thể giai đoạn deproton hóa thành enolat xảy hồn tồn nên đẩy cân sang phải, baz mạnh đủ tạo carbanion H nhóm ceton H3C CH3 H3C Ph3C Na CHCH2OOEt C Et2O H3C H3C C C C O CH3 O OEt CH3 H3C H3O CHCOCCOOEt H3C CH3 Như có khác ngưng tụ Claisen ngưng tụ aldol: O① ngưng tụ Claisen tạo liên kết với C có tách loại nhóm alcoxil, ngưng tụ aldol nhận proton mơi trường để thành OH Ngưng tụ Claisen xảy ester khác nhau, gọi ngưng tụ Claisen tréo Bình thường ester có ngun tử H linh động tương tự nhau, sản phẩm nhận Nếu ester khơng có H dung dịch baz, ester thứ hai có H đổ chậm vào khuấy đều, ta nhận sản phẩm ngưng tụ + PhCOOEt CH3COOEt có sẵn H 3O EtONa + PhCOCH2COOEt EtOH cho chậm Nếu ester khơng có H có nhóm carbonil hoạt tính mạnh phản ứng cho sản phẩm + HCOOEt CH3COOEt H 3O EtONa HCOCH2COOEt + EtOH 1.2.8 Phản ứng Dieckman Phản ứng Dieckman phản ứng ngưng tụ Claisen nội phân tử 1,6- 1,7-diester, cho sản phẩm -cetoester vòng Cơ chế phản ứng tương tự ngưng tụ Claisen Phản ứng có đặc điểm tương tự ngưng tụ Claisen O C O OEt H 2C C EtO C OEt O C OEt HC OEt C C OEt C OEt - EtOH O O O - OEt O O O COOEt H 3O COOEt EtO COOEt - EtOH 1.2.9 Phản ứng Stobbe Phản ứng Stobbe ngưng tụ aldol aldehid ceton với enolat tạo thành từ dialkil succinat, cho monoester acid -alkiliden- hay -arilidensuccinic R COOEt O R COOEt ButO + H3O R' COOEt R' 32 COOH Dưới tác dụng baz, dialkil succinat loại proton thành enolat Cộng aldol ion enolat vào nhóm carbonil aldehid ceton cho trung gian ion alcoxid, đóng vòng cho lacton Sự đóng vòng lacton làm cân dịch chuyển sang chiều thuận Mở vòng lacton tác dụng baz acid hóa cho sản phẩm dẫn xuất monoester acid succinic R tBuO COOEt O O O H R t-BuO OEt RR'CO R' OEt CH2 R' - t-BuOH COOEt O COOEt C O OEt COOEt COOEt R COOEt R R EtO R' R' - t-BuOH O O - EtO R' O O O O OEt COOEt R R COOEt H R' R' O COOH O Các ceton có nhóm lớn khơng cho phản ứng ngưng tụ aldol khác, cho ngưng tụ theo Stobbe Điều giải thích ưu tiên tạo thành ion carboxilat từ lacton 1.2.10 Phản ứng Darzens Phản ứng Darzen ngưng tụ aldehid hay ceton với enolat từ hợp chất có nhóm halometilen hoạt động, cho sản phẩm -epoxiester hay ester glicidic R1 R3 O + X - EtOH R2 O R1 EtO R3 R2 COOEt COOEt Baz thường dùng alcoxid kim loại, dung dịch kiềm Dưới tác dụng baz, hợp chất halometilen hoạt động tách proton, cho enolat Enolat cộng thân hạch vào aldehid hay ceton, trung gian cộng aldol có phản ứng thân hạch nội phân tử C mang X Kết có đóng vòng epoxid EtO R1 H OEt X O R EtO X O O R1 O R3 R2 R3 R2 X COOEt -X R1 R2 O R3 COOEt Phản ứng có giai đoạn ngưng tụ aldol thân hạch nội phân tử đóng vòng Hóa học lập thể sản phẩm quy định tương quan vận tốc giai đoạn Nếu giai đoạn 33 giai đoạn chậm, trung gian cộng aldol nằm trạng thái cân với chất đầu Khi trung gian cộng aldol bền nhiều hơn, sản phẩm từ trung gian nhiều Ta xét phản ứng benzaldehid với etil 2-cloro-2-phenilacetat Trung gian bền trung gian có nhóm lớn vị trí đối lệch PhCHO + Ph H ButO PhCHCOOEt Cl Ph Ph COOEt O Cl H Cl Ph Ph H O Ph COOEt H Ph Ph COOEt O O 75% COOEt 25% Những yếu tố làm giảm vận tốc giai đoạn (nhóm lớn, dung mơi khơng phân cực), làm giai đoạn giai đoạn chậm, thành phần sản phẩm xác định vận tốc tạo thành trung gian aldol Phản ứng ngưng tụ Darzens có ứng dụng rộng rãi, ngồi -haloester sử dụng cho nhiều hợp chất -halogennitril, -halogentioeter, -halolacton 1.2.11 Phản ứng Knoevenagel Phản ứng Knoevenagel ngưng tụ aldehid hay ceton với hợp chất có nhóm metilen tăng hoạt ester malonic, -cetoester, ester cianoacetic , có mặt baz hữu yếu, thường amin bậc 2, hay amoniac muối amonium, vết acid, cho sản phẩm dẫn xuất -khơng no R X O R' + R X R' Y baz H2C Y X Y nhóm CN, COR, COAr, COOH, COOR, CONHR, CONHAr Ta xét phản ứng với xúc tác amin bậc Dưới tác dụng tính baz, amin bậc tách H nhóm metilen tăng hoạt, cho carbanion (enolat) Mặt khác, amin bậc tương tác với aldehid ceton có mặt vết acid cho ion iminium Carbanion cộng thân hạch vào iminium, tách amin bậc ra, cho sản phẩm khơng no 34 H3C COOEt + O NH H3C H2C H3C COOEt H3C COOEt COOEt COOEt + H2C COOEt NH + HC COOEt NH2 COOEt CH3 CH3 CH3 H N NH H3C H3C O H3C H N H3C O N - H 3O OH H3C ion iminium H3C H3C H COOEt H3C COOEt + N COOEt + HC H3C COOEt H3C N COOEt H3C NH COOEt Đây phản ứng ngưng tụ aldol đặc biệt với hợp chất có nhóm metilen hoạt động Do H nhóm metilen có tính acid cao nên baz dùng cho phản ứng yếu nhiều so với ngưng tụ aldol khác Sự cộng aldol xảy enolat với iminium, khơng phải với nhóm carbonil Ion iminium có hoạt tính với chất thân hạch cao nhóm carbonil Sản phẩm có cấu cộng hưởng tồn phân tử nên bền, kéo cân bên phải Hợp chất có nhóm metilen tăng hoạt mạnh với X Y CN, COOR phản ứng với aldehid ceton dây thẳng, hợp chất có nhóm metilen hoạt động hươn ceton, hợp chất nitro phản ứng với aldehid thơm NO2 PhCHO + CH3CH2NO2 RNH2 / EtOH PhCH CH3 Nếu phản ứng tiến hành piridin, ngưng tụ aldehid hay ceton với dẫn xuất acid malonic kèm theo tách nhóm carboxil, cho sản phẩm giống ngưng tụ Perkin, hiệu suất thường cao Phản ứng gọi phản ứng Doebner Với aldehid dây thẳng, phản ứng Doebner piridin cho sản phẩm -khơng no, trietanolamincho sản phẩm -khơng no Ở 100OC decarboxil hóa xảy liên hợp với tách nhóm xuất piperidinium O O H H NH COOH 100OC + COOH 35 NH + CO2 1.2.12 Phản ứng Mannich Phản ứng Mannich phản ứng hợp chất carbonil enol hóa mơi trường acid với aldehid (thường dùng formaldehid) amin bậc hay hay amoniac (thường dùng amin bậc 2), xúc tác vết acid HCl, cho sản phẩm -dialkilaminoalkilceton (thường làdialkilaminometilceton), thường gọi baz Mannich C2H5 HCl CH3COCH3 HCHO + + (C2H5)2NH CH3COCH2CH2N C2H5 baz Mannich C2H5 H C2H5 NH C2H5 NH H H C2H5 OH N N OH2 OH C2H5 H H3C CH3 H3C HCl O C2H5 H CH2 H2C C2H5 H H3C NEt2 H CH2 H O H C2H5 CH2 NEt2 O Ceton khơng đối xứng phản ứng dạng enol bền, enol có nhiều nhóm alkil O O CH3 CH3 HCl + + Me NH HCHO OH CH2 NMe2 Tuy nhiên amin có nhóm cồng kềnh dung mơi khơng proton cho phản ứng vào C trống trải Pri CH3CH2CCH3 + + (i-Pr)2NH2 Cl HCHO MeCN CH3CH2CCH2CH2N O O Pri Phản ứng Mannich thuận lợi cần đưa thêm 1C vào mạch mà phản ứng khác cho hỗn hợp phức tạp (như aldol tréo với formaldehid ln cho phản ứng nhiều lần kết thúc phản ứng Cannizzaro) 1.2.13 Phản ứng Wittig Phản ứng Wittig phản ứng aldehid ceton với ilur phosphor, cho sản phẩm alcen R1 R3 C R2 O + C R4 R1 Ph P R3 + Ph R2 Ph Ph3PO R4 Ilur phosphor, hợp chất có chứa C①, tác kích thân hạch lên nhóm carbonil, cho trung gian betain lưỡng ion, cho vòng 4, mở vòng cho alcen Thường nhận đồng phân trans nhiều 36 R3 R3 Ph R1 R1 Ph O R2 C R4 P Ph C R4 OH P Ph R1 O R2 R3 Ph Ph Ph P R4 Ph O R2 R3 P R4 Ph Ph Ph Betain O P Ph Ph Ph R1 R3 R2 R4 + Ilur phosphor điều chế từ halogenur alkil triphenilphosphin cho muối phosphonium, sau loại proton baz mạnh R1 Ph CH R2 X + P R1 Ph Ph R1 Ph CH P Ph X Ph R2 Ph baz C R2 P Ph Ph Bài tập Cho 4-metil-4-hidroxi-2-pentanon vào dung dịch kiềm, sau thời gian thấy có aceton Giải thích Viết phản ứng ngưng tụ aldol xúc tác baz chất đây, trường hợp nhận sản phẩm cộng aldol? a/ 2-Metilpropanal b/ Acetophenon c/ Ciclopentanon d/ (R)-2-Metilbutanal Khi ngưng tụ aldol dung dịch acetaldehid nồng độ cao D2O/OD① nhận sản phẩm chứa liên kết C-D Nếu dùng dung dịch acetaldehid lỗng D2O/OD① số liên kết C-D tăng đáng kể Mặt khác ngưng tụ aldol dung dịch aceton D2O/OD① nồng độ thấy sản phẩm chứa nhiều D so với trường hợp acetaldehid, ngồi D tham gia vào aceton nhanh phản ứng ngưng tụ Giải thích trường hợp Phản ứng Claisen – Schmidt thường cho sản phẩm trans-alcen Sản phẩm xác định cấu trạng giai đoạn tách nước Viết cấu trạng giai đoạn tách nước phản ứng benzaldehid với isobutilmetilceton xúc tác baz Tại nói: "Trạng thái chuyển tiếp vòng dạng ghế giải thích chọn lọc lập thể phản ứng, sản phẩm nhận chủ yếu hỗn hợp tiêu triền loại đồng phân syn anti" Hãy vẽ vị trí phản ứng để thấy rõ trạng thái chuyển tiếp bền loại đồng phân tạo thành nhiều Tại phản ứng sản phẩm anti tạo thành nhiều hơn? 37 O Li O OH O H Ph PhCHO + OH H Ph + 16% 84% Phản ứng Perkin ln sử dụng xúc tác muối carboxilat anhidrid tương ứng Nếu sử dụng muối acid khác với anhidrid acid phản ứng xảy nào? Phản ứng Mannich thường tiến hành với formaldehid amin bậc với amin bậc amoniac phản ứng thường phức tạp Hãy giải thích việc sử dụng amin bậc phản ứng sau Me N CH2COOMe CHO + + NH2CH3 C COOMe O CH2COOMe CHO MeOOC O Phản ứng Wittig thuận lợi việc tạo liên kết C=C Nhưng tác chất Wittig số trường hợp khơng thể tương tác với hợp chất carbonil, hợp chất khơng phản ứng với ceton, hợp chất khơng phản ứng với aldehid Giải thích O Ph3P CH Ph Ph3P C C H Ph 10 Viết phản ứng sau EtONa a/ CH3CH2COCH3 b/ CH3CH2COCH3 c/ HCHO + CH3CH2CHO d/ HCHO + CH3COCH3 e/ CH3COCH3 f/ EtOOC(CH2)5CH(CH3)COOEt g/ HCOOCH3 h/ CH3COCH2CH2CH2CH2COCH3 HCl NaOH KOH + + CH3COOEt EtONa H 3O EtONa H 3O H 3O MeONa CH3CH2CH2COOCH3 EtONa 38 H 3O Buổi thứ năm 1.2.14 Phản ứng ngưng tụ benzoin Phản ứng ngưng tụ benzoin ngưng tụ mol aldehid thơm dị vòng có mặt ion cianur, cho sản phẩm -hidroxiceton thơm, gọi benzoin KCN PHCHO Ph EtOH C CH O OH Ph bezoin Người ta nhận thấy tạo thành cianohidrin nhanh ngưng tụ.Vận tốc phản ứng phụ thuộc bậc vào nồng độ aldehid bậc vào nồng độ ion cianur Phản ứng bắt đầu cộng thân hạch ion cianur vào aldehid, trao đổi proton nội phân tử cho carbanion chất thân hạch mạnh Carbanion cộng thân hạch vào nhóm carbonil phân tử aldehid thứ cho trung gian ion alcoxid, O① đẩy điện tử làm nhóm xuất CN đi, cho sản phẩm benzoin Ph C O CN + Ph C N C O Ph C N C OH H H O cham - CN Ph C H C Ph Ph CN H C C O Ph Ph Ph CN H C C O O C H Ph O OH OH H Xúc tác cianur phù hợp cho phản ứng đáp ứng u cầu phản ứng Đó chất thân hạch tốt để phản ứng xảy dễ dàng, nhóm rút điện tử tốt để làm linh động H cho phản ứng xảy làm bền ion carbanion tạo thành, nhóm xuất tốt để phản ứng xảy Về sau người ta tìm xúc tác khác tốt cho phản ứng ion tiazolium Me R R = PhCH2, Alkil 12C N X H S X = Cl, Br, I CH2CH2OH Tiazolium tác dụng baz nhẹ H cho carbanion, cộng thân hạch vào C=O aldehid Trung gian tạo thành trao đổi proton nội phân tử, cho carbanion bền hóa cộng hưởng với vòng tiazol Sự cộng thân hạch carbanion vào phân tử aldehid thứ 2, tách tiazolium cho sản phẩm ngưng tụ Xúc tác tiazolium tỏ tốt cianur xúc tác cho phản ứng với aldehid dây thẳng R thường dùng gốc dodecil để ion tiazolium tan dung mơi hữu H C N S có tính linh động cao (pKa ~ 10) nên mơi trường baz nhẹ amin bậc dễ dàng tách dạng proton, cho carbanion bền Sự cộng thân hạch vào 39 aldehid thứ cho trung gian có H linh động (pKa ~ 10), dễ dàng cho carbonium bền Phản ứng thực khơng cần đun, dùng điều kiện xúc tác chuyển pha O R H R' N baz S R' N RCH S R' O CH N S -H Me Me CH2CH2OH R R'N OH S + Me CH2CH2OH OH O C CHR OH R RCHO R' N CH2CH2OH S R' C N S RCOCHR Me CH2CH2OH Me CH2CH2OH Me CH2CH2OH Ngưng tụ aldehid khác gọi ngưng tụ benzoin tréo, cho sản phẩm Trong ngưng tụ benzoin với xúc tác cianur, aldehid thơm có nhóm đẩy điện tử 4(dimethylamino)benzaldehid khơng cho phản ứng Nếu thêm aldehid thơm khác benzaldehid, ngưng tụ benzoin tréo xảy Me Me N CHO + CN CHO Me N Me C CH O OH (86%) Đúng phản ứng cho sản phẩm 1, chất thân hạch CN① tác kích vào nhóm carbonil benzaldehid (chứ khơng phải 4-(dimethylamino)benzaldehid, sao?) bắt đầu phản ứng Sản phẩm tạo thành Sự hỗ biến qua endiol làm xuất sản phẩm Sản phẩm trạng thái cân bằng, sản phẩm bền (tại sao?), sản phẩm chuyển gần hồn tồn sang sản phẩm Me Me N Me CH C OH O N Me C CH O OH C C OH OH 1.3 Phản ứng nhóm carbonil tiếp cách, 1.3.1 Đại cương Các hợp chất chứa hai nối đơi C=C C=O thường có tính chất đặc trưng nhóm Tại nối đơi C=C đặc trưng phản ứng cộng thân điện tử acid, halogen, hidrogen hóa, 40 hidroxil hóa Tại nối đơi C=O phản ứng cộng thân hạch Với hợp chất carbonil tiếp cách chờ đợi loại phản ứng Tuy nhiên tính chất nhóm hợp chất có khác biệt so với nối C=C C=O lập Điều giải thích cộng hưởng nhóm carbonil tiếp cách C C C O C C C O Trên cơng thức cộng hưởng ta thấy tâm chịu tác kích thân điện tử nằm O, tâm chịu tác kích thân hạch nằm C Như nhóm carbonil tiếp cách cho phản ứng cộng thân điện tử lẫn thân hạch Nhưng cộng vào hệ cộng hưởng nên đặc trưng cộng 1,4 Phản ứng cộng thân điện tử Nhóm C=O rút điện tử làm giảm mật độ điện tử nhóm C=C, làm giảm độ phản ứng, đồng thời định hướng cộng tác chất thân điện tử: H tác kích vào C, nhóm điện tích âm tác kích vào C Phản ứng bắt đầu tác kích H vào O, lấy điện tử hệ, làm phần lại hệ mang điện tích dương Phần điện tích âm tác kích vào C bìa hệ cho sản phẩm enol, hỗ biến thành ceton Sản phẩm nhận dường cộng vào nối đơi C=C, chế phản ứng cho thấy xảy cộng 1,4 Sự cộng HCl, HBr, H2O/H, CH3OH/H theo kiểu 1,4 C C C O H C C C OH Z C C C OH C C C O Z H Z Phân tử Cl2, Br2 CCl4 cộng vào nhóm carbonil theo kiểu 1,2 vào nối đơi C=C Cộng thân hạch Cơng thức cộng hưởng cho thấy tâm chịu tác kích thân hạch nhóm carbonil C Tác chất thân hạch tác kích vào hệ tiếp cách C, cho hệ điện tử, làm phần lại hệ mang điện tích âm Proton tác kích vào hệ mang điện tích âm ngun tử bìa O (chứ khơng phải C, sao?), cho enol, hỗ biến thành ceton Cũng giống cộng thân điện tử, cộng theo kiểu 1,4 C C C O Z C C Z C O H C C C OH C C C O Z H Z Ta thấy cộng vào nhóm carbonil tiếp cách tác chất thân điện tử hay thân hạch xảy theo kiểu cộng 1,4 cho sản phẩm giống cộng vào nhóm C=C Phản ứng qua giai 41 đoạn, giai đoạn chậm tạo thành anion cation trung gian Sản phẩm phản ứng quy định trạng thái chuyển tiếp: trạng thái chuyển tiếp phân tán điện tích tốt bền cho sản phẩm Như cộng vào nhóm carbonil tiếp cách xảy theo kiểu 1,4 cho enol, hỗ biến cho ceton với cấu giống cộng vào nối đơi C=C Tuy nhiên số trường hợp cộng thân hạch, cộng xảy theo kiểu 1,2 vào nhóm C=O Với chất thân hạch mạnh tác chất Grignard, hợp chất kim, hidrur kim loại chất nhóm carbonil hoạt tính cao aldehid, cộng xảy theo kiểu 1,2 Ceton cho cộng 1,2 1,4 Một số thí dụ CH3CH CH CN KCN CHO CH3CH CH CH OH CH3COOH/CH3OH KCN PhCH CH PhCH COPh CH3COOH/CH3OH CH2 COPh CN CH3CH CH CH3MgBr CHO CH3CH CH CHCH3 H3O OH CH3CH CH3MgBr CH COCH3 CH3CH H3O CH (72%) C(CH3)2 + CH3CH OH CH3 CH2 COCH3 (28%) EtMgBr PhCH CH COEt PhCH H3O CH (30%) + CEt2 PhCH Et OH CH2 COEt (70%) EtMgBr PhCH CH PhCH COCMe3 CH2 COCMe3 H3O Et OH MeLi/eter (65%) O H3O Me OH LiAlH4/eter, -10OC O (97%) H3O, 0OC H 1.3.2 Phản ứng cộng Michael Phản ứng Michel cộng thân hạch enolat tạo thành từ hợp chất có nhóm metilen tăng hoạt tác dụng xúc tác baz vào hợp chất carbonil tiếp cách Nhóm metilen tăng hoạt thường hợp chất dialkilmalonat, -diceton, alkil cianoacetat, nitroalcan, alkil -nitroalcanoat, -cetoester Baz thường amin bậc 2,3, alcoxid kim loại Ph HC CH C Ph + CH2(COOEt)2 EtONa H3O O 42 Ph CH CH2 C CH(COOEt)2 O Ph Hợp chất có nhóm metilen tăng hoạt mơi trường baz dạng carbanion (enolat) tác kích thân hạch vào C hợp chất carbonil tiếp cách, cho sản phẩm enolat, acid hóa hỗn hợp phản ứng thành enol, hỗ biến thành ceton EtOOC HC Na + Ph CH CH EtOOC Ph C Ph O CH C H C Ph Na O (EtOOC)2CH H3O Ph H2 C CH C Ph O (EtOOC)2CH Sản phẩm cộng Michael cho tiếp phản ứng ngưng tụ aldol H2 C H3C H3C COOEt C CH C + CH3 CH2 EtONa C CH CH3 H3C COOEt H3C O C O EtOOC COOEt oxit mesitil - EtO H3C O H2 C H3C H3C H3O C C H3C CH - CO2 EtOOC CH2 C O O dimedon Cộng Michael từ dạng enol bền 43 O 1.3.3 Phản ứng Diels - Alder Phản ứng Diel – Alder đóng vòng theo kiểu (4 + 2) dien chất thân dien, cho sản phẩm dẫn xuất ciclohexen Hợp chất dien dien tiếp cách, hoạt tính cao có nhóm đẩy điện tử Hợp chất thân dien có nhóm C=C, hoạt tính cao có nhóm rút điện tử Hợp chất carbonil tiếp cách có nhóm C=C gắn với nhóm rút điện tử C=O nên đóng vai trò chất thân dien Xét phản ứng Diels – Alder but-3-en-2-on với dien có nhóm A đẩy điện tử Trong chất thân dien, nhóm C=O rút điện tử làm nối đơi C=C phân cực phía C5 Trong chất dien, nhóm A đẩy điện tử làm hệ tiếp cách phân cực phía C4 Tương tác tâm giàu điện tử tâm nghèo điện tử tạo liên kết C1-C5 C4-C6 Giữa C2-C3 nối đơi Có thể dùng xúc tác acid Lewis Phản ứng Diels – Alder coi cộng thân điện tử theo kiểu 1,2 vào nhóm C=C hợp chất carbonil tiếp cách O A A O C C CH3 CH3 Đặc điểm phản ứng Diels – Alder: hợp chất dien phản ứng cấu trạng s-cis; đóng vòng xảy ta từ hướng (cộng cis); sản phẩm endo ưu đãi exo Một số thí dụ N N COOEt COOEt + O H H + O C O O 44 C O O Bài tập: Tại ngưng tụ benzoin xúc tác cianur dùng cho aldehid thơm? Tại tiazolium xúc tác cho phản ứng với aldehid dây thẳng? Tạo aldehid thơm có nhóm đẩy điện tử khơng cho ngưng tụ benzoin? Chất thân hạch cộng vào nhóm carbonil tiếp cách theo kiểu 1,4 chất thân hạch mạnh carbonil hoạt tính cho phản ứng theo kiểu cộng 1,2 Có thể có kiểm sốt động học hay nhiệt động phản ứng khơng? Trong phản ứng Diels – Alder, nhóm rút đẩy điện tử chất dien thân dien quy định đồng phân ưu đãi Xét phản ứng sau A B tOC Điều kiện phản ứng Tỷ lệ A : B 150 25 khơng xúc tác xúc tác SnCl4.5H2O 59 :41 96 : Xúc tác làm tăng tính ưu đãi sản phẩm Giải thích Phản ứng Diels – Alder cho sản phẩm ưu đãi endo, sản phẩm exo thuận lợi mặt lập thể Có thể có kiểm sốt động học hay nhiệt động phản ứng khơng? Viết chế phản ứng CH3 CH3 EtONa / EtOH H 2C a/ CHCOCH3 KOH, tO O O OCH3 OCH3 b/ + CH3CH2COCH CH2 MeONa H3C MeOH O O Viết phản ứng sau 45 O a/ + 50 - 70OC O O OCH3 b/ 160OC + CHO O CH3 benzen 100OC 1:1 CH3 + c/ CH3O O d/ + Cl eter CH2 CHNO2 CH2 CHCOCH2CH3 25OC O CH3 e/ EtONa + 140OC O COOEt f/ H3C + H2C COOEt g/ CH3CCH2CCH3 O EtONa C CHCOOEt H3C + CH2 EtOH 25OC Et3N CHCN EtOH O 46 [...]... R'M C C Ph R A OH Me R' Ph OH Me R Ph R A R' B Tỷ lệ A:B R’M Dung mơi R=Me, R’=Ph R=Ph, R’=Me A=OH A=OCH3 A=OH A=OCH3 R’Li Pentan 5,0 - 3,4 - nt Eter 7,0 9 11 2 R’2Mg Eter 1, 8 7 3,5 1, 7 nt THF 1, 6 13 6 1, 1 R’MgBr Eter 0,56 6 2,7 2 nt THF 1, 4 19 10 1, 2 Nếu C bất đối xứng chứa nhóm halogen, trong phản ứng với chất hữu cơ kim loại hay chất khử là phức hidur kim loại, ta có mơ hình lưỡng cực Halogen có... CH3COCOCH3 (CH2)5CO CH3COCH2COOEt CH3COCH2COCH3 PhCOCH2COCH3 1, 2-Ciclohexandion 1, 2-Ciclopentadion (dung dịch nước, pKa 9 ,14 ) 0,00025 0,0056 0,020 7,5 80 99 10 0 10 0 Một số enol có liên kết hidro nội phân tử làm tăng tính bền của enol 2,4-Ciclohexadienon chỉ tồn tại dưới dạng enol do có vòng thơm 1. 2 .1 Sự tiêu triền hố Do có sự tạo thành enol, 1 đồng phân quang học của hợp chất carbonil có carbon bất đối... Al(OPr )3 H R H C R R 11 O C H i O Al(OPr )3 O i Al(OPr )3 R C OCH2R Phản ứng bắt đầu bằng tương tác của nhơm như 1 tâm acid Lewis với O của nhóm carbonil, làm tăng hoạt nhóm carbonil Khi đó nhóm carbonil của phân tử aldehid thứ 2 với ngun tử O giàu điện tử có thể tác kích như 1 chất thân hạch vào C tăng hoạt Trung gian là cơ cấu có 1 ngun tử H giàu điện tử, có thể tác kích như 1 chất thân hạch vào... Khi thay thế 1 H bằng Br, do Br rút điện tử nên ở H còn lại tính acid tăng lên, vận tốc phản ứng brom hóa tăng lên Do đó ngun tử brom thứ hai thay thế H nhanh hơn Tương tự, ngun tử brom thứ 3 thay thế H còn nhanh hơn Kết quả là khi phản ứng bắt đầu với sự thay thế 1 ngun tử H của C nào thì tất cả H của carbon đó bị thế bằng brom Nếu 1 mol aceton phản ứng với 1 mol brom thì thu được 1/ 3 mol sản... sản phẩm ngưng tụ + PhCOOEt CH3COOEt có sẵn H 3O EtONa + PhCOCH2COOEt EtOH cho chậm Nếu 1 ester khơng có H và có nhóm carbonil hoạt tính mạnh thì phản ứng cho 1 sản phẩm + HCOOEt CH3COOEt H 3O EtONa HCOCH2COOEt + EtOH 1. 2.8 Phản ứng Dieckman Phản ứng Dieckman là phản ứng ngưng tụ Claisen nội phân tử của 1, 6- hoặc 1, 7-diester, cho sản phẩm là -cetoester vòng 5 hoặc 6 Cơ chế phản ứng tương tự ngưng tụ... thành ion carboxilat từ lacton 1. 2 .10 Phản ứng Darzens Phản ứng Darzen là sự ngưng tụ aldehid hay ceton với enolat từ hợp chất có nhóm halometilen hoạt động, cho sản phẩm là -epoxiester hay ester glicidic R1 R3 O + X - EtOH R2 O R1 EtO R3 R2 COOEt COOEt Baz thường dùng là alcoxid kim loại, dung dịch kiềm Dưới tác dụng của baz, hợp chất halometilen hoạt động tách 1 proton, cho enolat Enolat cộng... 25% Những yếu tố làm giảm vận tốc giai đoạn 1 (nhóm thế lớn, dung mơi khơng phân cực), làm giai đoạn 1 là giai đoạn chậm, khi đó thành phần sản phẩm được xác định bằng vận tốc tạo thành các trung gian aldol Phản ứng ngưng tụ Darzens có ứng dụng rộng rãi, ngồi -haloester còn sử dụng cho nhiều hợp chất như -halogennitril, -halogentioeter, -halolacton 1. 2 .11 Phản ứng Knoevenagel Phản ứng Knoevenagel... -khơng no, trong trietanolamincho sản phẩm là -khơng no Ở 10 0OC decarboxil hóa xảy ra trong sự liên hợp với sự tách nhóm xuất piperidinium O O H H NH COOH 10 0OC + COOH 35 NH + CO2 1. 2 .12 Phản ứng Mannich Phản ứng Mannich là phản ứng của hợp chất carbonil có thể enol hóa trong mơi trường acid với aldehid (thường dùng formaldehid) và amin bậc 1 hay 2 hay amoniac (thường dùng amin bậc 2), xúc tác bằng... chuyển thành alcan Người ta cũng biết rằng phản ứng bắt đầu bằng tương tác của Mg như 1 acid Lewis với O của carbonil, qua đó làm tăng hoạt nhóm carbonil Sau đó là tương tác của C giàu điện tử của nhóm R trong tác chất như 1 chất thân hạch Như vậy tham gia phản ứng có 2 phân tử tác chất, 1 phân tử đóng vai trò như xúc tác, 1 phân tử đóng vai trò chất thân hạch Người ta đề xuất cơ chế phản ứng ngang qua... H O H 3O H H Nếu dùng dung dịch acid hay baz deuteri thì có sự deuteri hóa H của hợp chất carbonil 1. 2.2 Phản ứng halogen hố 1/ Halogen hóa aldehid và ceton H của aldehid và ceton có thể thay thế dễ dàng bằng halogen trong sự xúc tác acid hoặc baz 21 - Xúc tác baz Trong mơi trường baz, tất cả H của 1 C bị thay thế bằng halogen Phản ứng bắt đầu bằng sự tạo thành carbanion, sau đó brom tác kích nhanh ... A=OCH3 R’Li Pentan 5,0 - 3,4 - nt Eter 7,0 11 R’2Mg Eter 1, 8 3,5 1, 7 nt THF 1, 6 13 1, 1 R’MgBr Eter 0,56 2,7 nt THF 1, 4 19 10 1, 2 Nếu C bất đối xứng chứa nhóm halogen, phản ứng với chất hữu kim loại... tử tầng hóa trị mang điện tích âm Ngun tử C sp2 phẳng chuyển sang C sp3 tứ diện 1. 1 .1 Phản ứng cộng đơn giản 1. 1 .1. 1 Cộng nước Nước chất thân hạch yếu nên phản ứng cộng nước vào aldehid ceton xảy... khơng cao Phản ứng thuận lợi vùng pH khoảng 4-5 R1 C O + R2 NH2–R3 R1 H2N–R3 (chậm) R2 NH–R3 R1 C C R2 O OH H R1 H C N C N R2 H R1 R3 R2 H2O NH–R3 R1 C R3 R2 OH2 Amin cộng thân hạch vào nhóm carbonil