Кіріспе
1=Карбонил (>C=O) қосылысын депротондау арқылы түзілген органикалық анион. Органикалық химияда эноляттар карбонил (RR'C=O) қосылыстарының депротондануынан туындаған органикалық аниондар болып табылады. Олар көбінесе оқшауланбайды, бірақ органикалық қосылыстарды синтездеу үшін реагенттер ретінде кеңінен қолданылады.
In organic chemistry, enolates are organic anions derived from the deprotonation of carbonyl (|RR'C\dO) compounds. Rarely isolated, they are widely used as reagents in the synthesis of organic compounds.
Бiрiктiру және құрылым
Энолат аниондары аллиль аниондарымен электрондық жағынан байланысты. Аниондық заряд оттек және екі көміртегі атомы арасында кеңейтіледі. Сондықтан олар алкоксидтің де, карбанионның да қасиеттерін көрсетеді. Көбінесе олар қарапайым тұздар түрінде бейнеленгенімен, іс жүзінде олар күрделі құрылымдарға ие, көбінесе агрегаттар түзейді.
Дайындық
Энолизделетін кетондарды, ароматты спирттерді, альдегидтерді және эфирлерді депротондыру энолаттарды тудырады. Күшті негіздерде депротондыру толыққанды жүреді. Әдетте, энолаттар литий диизопропиламидін (LDA) қолдану арқылы жасалады. Көбінесе, дәстүрлі Клайзен конденсацияларында, Манних реакцияларында және альдоль конденсацияларында энолаттар алкоксид негіздерімен төмен концентрацияларда түзіледі. Мұндай жағдайларда олар төмен концентрацияда болады, бірақ электрофильдермен реакцияға түседі. Энолаттардың мінез-құлқына көптеген факторлар әсер етеді, әсіресе еріткіш, қосымшалар (мысалы, диаминдер) және қарсы катион (Li+ vs Na+ және т.б.). Симметриялық емес кетондар үшін депротондырудың региохимиясын бақылауға арналған әдістер бар. Көмір қышқылдарының депротондыруы кинетикалық немесе термодинамикалық реакция бақылауымен жүзеге асырылуы мүмкін. Мысалы, фенилацетон жағдайында депротондыру екі түрлі энолатты тудыруы мүмкін. LDA метил тобын депротондыратыны көрсетілді, бұл депротондырудың кинетикалық бағыты. Кинетикалық өнімнің түзілуін қамтамасыз ету үшін литий диизопропиламидінің шамалы артық мөлшері (1,1 эквивалент) қолданылады және кетон -78 °C температурада негізге қосылады. Кетон жылдам және толыққанды түрде энолатқа айналады және негіз әрқашан артық мөлшерде болады, сондықтан кетон термодинамикалық өнімнің біртіндеп түзілуін катализдеу үшін протондық көпірше ретінде әрекет ете алмайды. Алкоксид сияқты әлсіз негіз субстратты кері депротондырады, нәтижесінде термодинамикалық тұрақты бензилді энолат түзіледі. Энолаттар ацилдену және силилдену арқылы тұтқындалуы мүмкін, бұл реакциялар оттегі атомында жүреді. Силил энол эфирлері органикалық синтезде жиі қолданылатын реагенттер болып табылады, мысалы, Мукайяма альдоль реакциясында:
Энолаттардың геометриясы
Энолаттардың қалыптасуына қатысты кең ауқымды зерттеулер жүргізілді. Көптеген жағдайларда қажетті энолат геометриясын жасау мүмкін: кетондар үшін энолизация жағдайларының көпшілігі Z энолаттарын береді. Эстерлер үшін энолизация жағдайларының көпшілігі E энолаттарын береді. HMPA қосылысы депротондаудың стереоселективтілігін өзгертеді. Энолаттардың стереоселективті қалыптасуы Ирландия моделімен түсіндірілді, бірақ оның дұрыстығы шамалы күмәнді. Көп жағдайларда, егер аралық заттар болса, олардың мономерлік немесе олигомерлік екені белгісіз; алайда, Ирландия моделі энолаттарды түсіну үшін пайдалы құрал болып табылады. Ирландия моделінде депротондау алты мүшелі немесе циклдік мономерлік өтпелі күй арқылы жүзеге асады деп есептеледі. Электрофилдегі екі топтың үлкені (мысалы, жоғарыда метил протондан үлкен) артықшылыққа ие өтпелі күйде экваториалды орналасуға бейім, бұл E энолаттарына қалаулылық тудырады. Модель көптеген жағдайларда сәтсіздікке ұшырайды; мысалы, егер еріткіш қоспасы THF-тан 23% HMPA THF-қа ауыстырылса (жоғарыда көрсетілгендей), энолат геометриясы өзгеріп, бұл модельге және оның циклдік өтпелі күйіне қайшы келеді.
For ketones, most enolization conditions give Z enolates. For esters, most enolization conditions give E enolates. The addition of HMPA is known to reverse the stereoselectivity of deprotonation. The stereoselective formation of enolates has been rationalized with the Ireland model, although its validity is somewhat questionable. In most cases, it is not known which, if any, intermediates are monomeric or oligomeric in nature; nonetheless, the Ireland model remains a useful tool for understanding enolates. In the Ireland model, the deprotonation is assumed to proceed by a six membered or cyclic monomeric transition state. The larger of the two substituents on the electrophile (in the case above, methyl is larger than proton) adopts an equatorial disposition in the favored transition state, leading to a preference for E enolates. The model clearly fails in many cases; for example, if the solvent mixture is changed from THF to 23% HMPA THF (as seen above), the enolate geometry is reversed, which is inconsistent with this model and its cyclic transition state.
Энолатты түзілудің аймақтық химиясы
Егер симметриясыз кетонға негіз қолданылса, ол екі аймақтық изомерлік энолат (энолат геометриясын ескермей) түзету мүмкіндігіне ие. Мысалы:
Трисубституцияланған энолат кинетикалық энолат деп есептеледі, ал тетрасубституцияланған энолат термодинамикалық энолат деп есептеледі. Альфа-сутегі кинетикалық энолатты түзету үшін депротондалады, ол аз кедергіге ие, сондықтан тез депротондалады. Жалпы, гиперконъюгациялық тұрақтандыруға байланысты тетрасубституцияланған олефиндер трисубституцияланған олефиндерге қарағанда тұрақтырақ. Энолаттың аймақтық изомерлерінің арақатынасына қолданылатын негіздің таңдалуы зор әсер етеді. Жоғарыда келтірілген мысал үшін, LDA −78 °C температурада кинетикалық бақылауды қамтамасыз етеді, нәтижесінде кинетикалық: термодинамикалық энолаттың 99:1 селективтілігіне қол жеткізіледі, ал термодинамикалық бақылау бөлме температурасында трифенилметиллитиймен жүзеге асырылуы мүмкін, бұл 10:90 селективтілігін береді. Жалпы, кинетикалық энолаттар төмен температурада қолайлы, бұл салыстырмалы түрде иондық металл-оттек байланысын қамтамасыз етеді, сондай-ақ күшті, кең кеңістіктік кедергісі бар негіздің шамалы артығын қолдана отырып, жылдам депротондауға мүмкіндік береді. Үлкен негіз тек қолжетімді сутекті депротондайды, ал төмен температура мен артық негіз бастапқы энолат түзілгеннен кейін тұрақтырақ альтернативті энолатқа тепе-теңдікке жетуін болдырмауға көмектеседі. Термодинамикалық энолаттарға жоғары температурада ұзақ тепе-теңдік уақыты, салыстырмалы ковалентті металл-оттек байланысын қамтамасыз ететін жағдайлар және күшті негіздің стехиометриялық мөлшерінен аздап кем мөлшерін пайдалану қолайлы. Карбонил молекулаларының барлығын депротондау үшін жеткіліксіз негізді қолдану арқылы энолаттар мен карбонилдер бір-бірімен протон алмасып, олардың тұрақты изомерлеріне тепе-теңдікке келе алады. Әртүрлі металдар мен еріткіштерді қолдану металл-оттек байланысындағы иондық сипаттаманың деңгейін бақылауға мүмкіндік береді.
Реакциялар
Қуатты нуклеофилдер ретінде эноляттар әр түрлі электрофилдермен оңай реакцияға түседі. Бұл реакциялар жаңа C-C байланыстарын және көбінесе жаңа стереоорталықтарды жасайды. Стереоселективтілік және региоселективтілік қосымша заттарға, еріткішке, қарсыиондарға және т.б. байланысты болады. Электрофилдердің маңызды класы – алкил галоидтар, және осы жағдайда классикалық мәселе туындайды: O-алкилдеуге қарсы C-алкилдеу. Осы таңдаулылықты бақылауға көп көңіл бөлінеді. Эноляттардағы теріс заряд оттегіге жинақталған, бірақ бұл орталық та күшті сольваттанған, нәтижесінде C-алкилдеу жүреді. Басқа маңызды электрофилдер – альдегидтер/кетондар және Майкл қабылдағыштары.
Энондардың аймаққа тән энолаттар түзілуін және маскаланған функционалдылықты пайдалану арқылы синтезі
Региоспецификалық түзілу – кетонның бастапқы молекуласының α-көміртектерінің біреуіндегі спецификалық депротондау арқылы бақыланатын энолаттың түзілуі. Бұл табиғи өнімдердің және жалпы синтездің химиялық күрделілігін енгізуге арналған ең жақсы түсінілген синтетикалық стратегиялардың бірі болып табылады. Оның қолданылуының көрнекті мысалы – «Прогестеронның жалпы синтезіндегі региоспецификалық энолат түзілуі» суретінде көрсетілген прогестеронның жалпы синтезі. Кетонды негізбен өңдегенде, энолаттар α-көміртектерінің кез келгенінде депротондау арқылы түзілуі мүмкін. Селективтілік α-көміртектеріне стерикалық және электрондық әсерлермен, сондай-ақ қолданылған нақты негізбен анықталады («Региоспецификалық энолат түзілуі үшін маскаланған функционалдық» суретіне қараңыз). Энолаттың түзілуі термодинамикалық тұрғыдан ең қышқыл протонның түзілуіне ұмтылады, бұл нәтижедегі анионның электрондық тұрақтандыруына байланысты. Дегенмен, селективтілікті термодинамикалық өнімді стерикалық түрде тежеу арқылы, соның салдарынан басқа α-көміртек орталығында депротондауды кинетикалық тұрғыдан ынталандыру арқылы өзгертуге болады. Региоселективті энолаттарды түзілудің дәстүрлі әдістері электрондық белсенді топтарды (мысалы, альдегидтер) немесе стерикалық кедергі жасайтын топтарды (мысалы, 1,2-этандитиолмен қорғалған кетон) пайдаланады. Энон да энолаттың региоспецификалық түзілуінің прекурсоры ретінде қызмет ете алады, мұнда энон энолат үшін «маскаланған функционалдық» болып табылады. Бұл процесті алғаш рет Гилберт Сторк сипаттаған, ол органикалық синтезде селективті энолаттарды түзілу әдістерін зерттеуге қосқан үлесімен танымал. Энонды литий металлымен реакцияластырғанда, энонаттың α-көміртегінде энолат түзіледі. Энолат өнімін тұтқындауға немесе алкилдеуге болады. «Маскаланған функционалдылықты» пайдалану арқылы дәстүрлі әдістермен қол жеткізе алмайтын энолаттарды жасауға болады. Региоспецификалық энолаттарды түзілуге арналған «маскаланған функционалдық» тәсілі табиғи өнімдердің жалпы синтезінде кеңінен қолданылған. Мысалы, стероидтық гормон прогестеронның толық синтезінде Сторк және оның әріптестері молекуладағы төртіншілік көміртектердің біреуін стереоспецификалық түрде құру үшін «маскаланған функционалдылықты» қолданды.