18.7: Бічні ланцюгові реакції похідних бензолу

Last updated
Save as PDF

Page ID: 23026

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Окислення алкільних бічних ланцюгів

Існує ще одна реакція, яка відбувається на атомі, безпосередньо прикріпленому до ароматичного кільця. Це відоме як «окислення бічного ланцюга». _{Коли сполука, яка має алкільну групу, безпосередньо приєднану до арильної групи, обробляють сильним окислювачем, таким як перманганат калію (KMnO ₄) або реагент Джонса (CrO 3/H ₂ SO ₄), бензиловий вуглець окислюється до групи карбонових кислот, яка залишається} приєднаний до ариловой групи. Будь-які інші вуглецево-вуглецеві зв'язки в алкільної групі порушені. Для реакції окислення кількість атомів вуглецю в алкільної бічній ланцюзі не має значення, Однак бензиловий вуглець повинен мати принаймні один бензиловий водень. Таким чином, третинні вуглеці, прикріплені до ароматичного кільця, ці реакції не впливають. Слід зазначити, що під час цієї реакції орто/пара спрямовуюча алкільна група перетворюється на метанаправляючу карбонову.

альт

ч 18 розділ 7 приклад 1.png

Додайте третинну реакцію

Два інших приклади цієї реакції наведені нижче, і ілюструють її корисність при приготуванні заміщених бензойних кислот.

Додайте ланцюг натягу і третинну.

Механізм цієї реакції незрозумілий, але той факт, що вона спеціально вимагає наявності бензилового зв'язку C-H, говорить про те, що розрив цього зв'язку є важливим. Будь-який проміжний продукт, який може утворитися при розриві цього зв'язку, буде стабілізований резонансом з арилової групою, що дає пояснення специфіки атаки в бензиловому положенні. Такі реакції відбуваються і в біологічному контексті. Ферменти окислюють алкільні бічні ланцюги на ароматичних кільцях, роблячи такі сполуки досить розчинними для усунення.

Аналогічні окислення бічного ланцюга відбуваються в різних біосинтетичних шляхах. Наприклад, нейромедіатор норадреналін біосинтезується з дофаміну реакцією бензилового гідроксилювання. Процес каталізується мідсодержащим ферментом дофаміном-монооксигеназа і відбувається за радикальним механізмом. Вид мідь-кисень у ферменті спочатку абстрагує pro- R бензиловий водень, щоб дати радикал, а гідроксил потім переноситься з міді на вуглець.

Бромування бензилового вуглецю

Реакція бромізації - це радикал N-бромсукцинаміду (NBS), реакція заміщення, раніше вивчена. Як і при реакції окислення, потрібен один бензиловий водень, щоб його можна було замінити бромом. Приклади обох реакцій наведені нижче.

Броміруючий реагент, N-бромсукцинімід (NBS), виявився корисним для досягнення алілового або бензилового заміщення в розчині CCl ₄ при температурах нижче його температури кипіння (77 ºC). Одне таке застосування показано у другому рівнянні. аллілобромування з NBS є аналогом реакції галогенації алканів (розділ 10.3), оскільки воно також відбувається як радикальна ланцюгова реакція. NBS служить джерелом для брому, який використовується на етапі ініціації для створення бромного радикала, який потім абстрагує протон з алілічного положення на стадії поширення. Створений радикал потім реагує з NBS, щоб стати бромірованою, і цикл триває, поки він не закінчиться.

Переважання алілової заміщення над іншими позиціями зводиться до енергій дисоціації зв'язків. Відносні енергії дисоціації зв'язків наведені в таблиці вгорі цього розділу. C-H зв'язок, на якій ми зосереджуємося як точка різниці для кожної з енергій, показує, що алліловий зв'язок C-H має міцність близько 88 ккал/моль. Це означає, що створений алліловий радикал більш стійкий, ніж типовий алкіловий радикал з таким же заміщенням приблизно на 9 ккал/моль. Тому цей радикал є найбільш імовірним, щоб сформувати і таким чином реагувати.

Бензилові C-H зв'язки слабкіше, ніж більшість sp ³ гібридизованих С-Н. Це пояснюється тим, що радикал, утворений в результаті гомолізу, стабілізується резонансом.

альт

Резонансна стабілізація бензилового радикала

альт

Через слабкі C-H зв'язки бензилові водні можуть утворювати бензилові галогеніди в радикальних умовах.

альт

NBS як джерело брому

NBS (N-бромосукцинімід) є найбільш часто використовуваним реагентом для отримання низьких концентрацій брому. При суспензії в тетрахлорид (cCl ₄), NBS реагує з слідовими кількостями HBr, щоб отримати досить низьку концентрацію брому для полегшення реакції аллілільного бромування.

Слайд 1 (1) .jpg

Механізм аллілового бромування

Крок 1: Ініціація

Після того, як етап попередньої ініціації за участю NBS виробляє невеликі кількості Br ₂, молекули брому гомолітично розщеплюються світлом для отримання бромних радикалів.

Крок 2 і 3: Розмноження

альт

Крок 4: Припинення

альт

Ацилові скорочення бічних ланцюгів

Оскільки існує кілька обмежень алкілування Фріделя-Crafts, які не спостерігаються при ацилюванні Фріделя-Crafts, зменшення ацильного бічного ланцюга до алкільного бічного ланцюга є корисною реакцією для багатоступеневого синтезу. Реакція Вольфа-Кішнера зменшує вуглецеві групи (альдегіди та кетони) до алканів і не обмежується ацильними групами, пов'язаними з бензольними кільцями. Ця реакція відновлення ацилу також корисна, оскільки ацильні групи деактивуються, мета-директори та алкільні групи активують, орто-, парадиректори, що додає гнучкості стратегіям багатоступеневого синтезу.

ч 18 розділ 7 Вольф Kishner.png