Williamson Ether Synthesis
Βασικές έννοιες
Σε αυτό το σεμινάριο οργανικής χημείας, θα μάθετε για το Williamson Ether Synthesis, συμπεριλαμβανομένης της σημασίας της στην οργανική χημεία, του χημικού μηχανισμού της και, τέλος, των αξιοσημείωτων περιορισμών της.
Τι είναι το Williamson Ether Synthesis;
Η Williamson Ether Synthesis είναι μια κοινή αντίδραση οργανικής χημείας που παράγει αιθέρες από οξείδια (ή αλκοόλες) και αλκυλαλογονίδια. Ο Άγγλος χημικός Alexander Williamson ανακάλυψε για πρώτη φορά και άρθρωσε την αντίδραση το 1850, αντιδρώντας το χλωροαιθάνιο με το αιθοξείδιο του καλίου, δίνοντας διαιθυλαιθέρα.
Η αντίδραση παραμένει βασικό στοιχείο του εργαστηρίου οργανικής χημείας, τόσο στην έρευνα όσο και στη σύνθεση ρουτίνας, λόγω της ευκολίας και της ευελιξίας της. Με μερικά απλά αντιδραστήρια κάτω από μη ακραίες συνθήκες, μπορείτε εύκολα να συνθέσετε μια μεγάλη ποικιλία αιθερικών ενώσεων.
Μηχανισμός σύνθεσης αιθέρα Williamson
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η σύνθεση αιθέρα Williamson περιλαμβάνει μια αλκοόλη ή οξείδιο που αντιδρά με ένα αλκυλαλογονίδιο. Αυτά τα αντιδραστήρια ουσιαστικά εκτελούν ένα SN 2 μηχανισμός.
Εάν χρησιμοποιείται αλκοόλη, απαιτείται μια βάση για την αποπρωτονίωση του οξυγόνου. Συνήθως, οι χημικοί χρησιμοποιούν μια κοινή ισχυρή βάση με ένα αδρανές κατιόν, όπως το υδροξείδιο του νατρίου ή του καλίου. Κατά συνέπεια, αυτή η βάση αποπρωτονιώνει την αλκοόλη, αφήνοντας πίσω της ένα εξαιρετικά ηλεκτραρνητικό είδος οξειδίου. Συχνά, το κατιόν της βάσης συνδέεται ασθενώς με το οξείδιο λόγω ηλεκτροστατικής έλξης.
Ένα άλας αλκοξειδίου μπορεί να χρησιμεύσει ως εναλλακτική λύση στο αλκοόλ, το οποίο διασπάται αμέσως για να δημιουργήσει τα απαραίτητα είδη οξειδίων.
Στη συνέχεια, το SN 2 αρχίζει η αντίδραση. Το οξείδιο επιτίθεται στον άνθρακα που συνδέεται με το αλογονίδιο, το οποίο στη συνέχεια εκτοξεύει το αλογονίδιο. Αυτό κατά συνέπεια δημιουργεί έναν αιθέρα με αλκυλομάδες που αντιστοιχούν στα αρχικά είδη αλκοόλης και αλκυλαλογονιδίου.
Μπορείτε επίσης να σκεφτείτε ότι το ελεύθερο αλογονίδιο τότε αλληλεπιδρά με το κατιόν βάσης, σχηματίζοντας ένα άλας. Ωστόσο, στη λύση, και τα δύο ιόντα είναι πιθανό να παραμείνουν ως ελεύθεροι θεατές.
Στο εργαστήριο οργανικής χημείας, αυτός ο μηχανισμός ισχύει για τους περισσότερους συνδυασμούς αλκοολών και αλκυλαλογονιδίων. Όταν και οι δύο ομάδες εμφανίζονται στο ίδιο μόριο, συχνά σχηματίζονται αυθόρμητα κυκλικοί αιθέρες. Αυτό συμβαίνει ακόμα κι αν οι ομάδες εντοπίζουν μόνο έναν άνθρακα μακριά, παρέχοντας έναν αξιόπιστο τρόπο παραγωγής εποξειδίων.
Αν και υπόκεινται σε στερικούς περιορισμούς, όπως διερευνούμε στην επόμενη ενότητα, τα μη πρωτογενή αλκυλαλογονίδια περιλαμβάνουν ειδικές μηχανιστικές εκτιμήσεις. Εφόσον η αντίδραση περιλαμβάνει ένα SN 2, η χειραλικότητα του άνθρακα που είναι δεσμευμένος στο αλογονίδιο αντιστρέφεται. Αυτό οφείλεται στην οπίσθια επίθεση των ειδών οξειδίου
Περιορισμοί σύνθεσης αιθέρα του Williamson
Στη σύνθεση αιθέρα Williamson, υπάρχουν τρία σημαντικά ζητήματα που επηρεάζουν την παραγωγή αιθέρα σας:
- Διαλύτης
- Σχηματισμός δευτερεύοντος προϊόντος
- Κατάλυση
Περιορισμοί διαλυτών
Για να βεβαιωθείτε ότι τα αντιδρώντα σας λειτουργούν όπως προβλέπεται, πρέπει να πραγματοποιήσετε την αντίδραση χρησιμοποιώντας έναν μη πυρηνόφιλο διαλύτη. Οι κοινοί διαλύτες για τη σύνθεση αιθέρα Williamson περιλαμβάνουν το τολουόλιο, το ακετονιτρίλιο και το Ν,Ν-διμεθυλοφορμαμίδιο.
Οι πυρηνόφιλοι διαλύτες, όπως το νερό ή η αιθανόλη, μπορούν να εκτελέσουν το SN 2 στο αλκυλαλογονίδιο αντί για το επιδιωκόμενο είδος οξειδίου. Δεδομένου ότι οι διαλύτες υπάρχουν πάντα «σε περίσσεια» σε μια χημική αντίδραση, σχεδόν όλα τα μόρια αλκυλαλογονιδίου σας θα αντιδράσουν με τον διαλύτη αντί για το οξείδιο σας.
Περιορισμοί παράπλευρων προϊόντων
Η πιο σημαντική παράμετρος για τις συνθήκες σύνθεσης αιθέρα Williamson αφορά την ελαχιστοποίηση του σχηματισμού παραπροϊόντων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα αλκένιο και η αλκοόλη χρησιμεύουν ως τα πιο κοινά παραπροϊόντα, λόγω του ότι τα αντιδραστήρια εκτελούν μια αντίδραση Ε2 αντί για μια SN 2.
Ο μηχανισμός Ε2 τείνει να ευνοείται όταν αμφότερα ή κάποιο από τα οξείδια και το αλκυλαλογονίδιο είναι ογκώδη. Ο υπερβολικός μοριακός όγκος έχει ως αποτέλεσμα τα αντιδραστήρια να αναστέλλουν στερικά το ένα το άλλο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το οξείδιο τείνει να αντιδρά με το πιο προσιτό Ɑ-υδρογόνο, αντί του στερικά μη διαθέσιμου άνθρακα αλογονιδίου.
Ως αποτέλεσμα, τα πρωτογενή οξείδια και τα πρωτογενή αλογονίδια τείνουν να αντιδρούν ταχύτερα με τις υψηλότερες αποδόσεις. Τα δευτερεύοντα οξείδια τείνουν επίσης να δημιουργούν αξιόπιστα το SN 2 προϊόν, αλλά τα δευτερεύοντα αλογονίδια συχνά συνεπάγονται σημαντική απώλεια απόδοσης. Τα τριτογενή οξείδια και τα αλογονίδια παράγουν πολύ λίγο αιθέρα.
Περιορισμοί κατάλυσης
Ενώ πολλές συνθέσεις αιθέρων Williamson μπορούν να πραγματοποιηθούν χωρίς τη βοήθεια καταλύτη, τα λιγότερο ευνοημένα αντιδραστήρια μπορεί να απαιτούν λίγη κινητική βοήθεια. Το οξείδιο του αργύρου μπορεί να χρησιμεύσει ως ένας τέτοιος χημικός βοηθός, καταλύοντας την αντίδραση συνδέοντας με συντεταγμένες το αλογονίδιο. Αυτό καθιστά τον άνθρακα πιο ηλεκτροφιλικό και επομένως πιο ευνοϊκό για το SN 2 αντίδραση,
Επιπρόσθετα, τα διαλυτά άλατα ιωδίου μπορούν επίσης να αντικαταστήσουν μια λιγότερο δραστική αποχωρούσα ομάδα αλογονιδίου, όπως το χλωρίδιο ή το βρωμίδιο. Ωστόσο, αυτή η προσθήκη αποδεικνύεται χρήσιμη μόνο εάν δεν αντιμετωπίζετε σημαντικά προβλήματα σχηματισμού παρενθετικών προϊόντων. Αυτό συμβαίνει επειδή το ιωδίδιο κάνει και το SN Οι αντιδράσεις 2 και Ε2 είναι ευκολότερες.
