Қосылыстың заряд қайта бөлу арқылы изомерленуі: Пинакол-пинаколон түрленуі
Pinacol rearrangement
Пинокол-пинаколон қайта құруы: 1,2-диолды карбонил қосылысына айналдыру. Органикалық химиядағы маңызды реакция, қышқыл ортада жүзеге асады. SEO үшін оптимизацияланған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қосындының зарядтық қайта орналасуы арқылы қайта құрылуы. Пинаколь-пинаколон қайта орналасуы – органикалық химияда 1,2-диолды карбонилдық қосылысқа айналдыру әдісі. 1,2-қайта орналасу қышқыл ортада жүзеге асады. Бұл қайта орналасу реакциясының атауы пинакольдің пинаколонға айналуынан туындаған. Бұл реакцияны алғаш рет 1860 жылы Вильгельм Рудольф Фиттиг (Фиттиг реакциясымен танымал) сипаттаған.
Rearrangement of compound by charge rearrangement. The pinacol–pinacolone rearrangement is a method for converting a 1,2 diol to a carbonyl compound in organic chemistry. The 1,2 rearrangement takes place under acidic conditions. The name of the rearrangement reaction comes from the rearrangement of pinacol to pinacolone. This reaction was first described by Wilhelm Rudolph Fittig (of Fittig reaction fame) in 1860.
Механизм
Бұл органикалық реакция барысында бір –OH тобы протондалады және карбокатион пайда болады. Егер –OH топтары әртүрлі болса (яғни пинакол асимметриялық болса), онда көбірек тұрақты карбокатион құрайтын топ реакцияға қатысады. Содан кейін, жақын орналасқан көміртектен алкил тобы карбокатион орталығына миграциялайды. Бұл қайта құрылымдану сатысының қозғаушы күші, пайда болған оксоний ионының салыстырмалы тұрақтылығы деп саналады. Бастапқы карбокатион қазірдің өзінде үшіншілік болғанымен, оттегі барлық орталықтардағы толық октеттік конфигурацияға байланысты оң зарядты әлдеқайда тиімді тұрақтандыра алады. Бұл асимметриялық пинакол мысалында көрініп тұрғандай, ОН-ның бос электрон жұптары алкил тобын итеріп шығару ретінде де қарастырылуы мүмкін. Бұл реакцияда алкил топтарының миграциясы олардың әдеттегі миграциялық бейімділігіне сәйкес жүзеге асады, яғни: фенил карбокация > гидрид > үшінші карбокация (егер миграция нәтижесінде пайда болса) > екінші карбокация (егер миграция нәтижесінде пайда болса) > метил карбокация. Неліктен карбокация? Өйткені, әрбір миграциялық топ өзімен бірге электрон жұбын алып кетеді. Соның нәтижесінде, карбокацияны тиімдірек тұрақтандыратын топ миграциялайды.
In the course of this organic reaction, protonation of one of the –OH groups occurs and a carbocation is formed. If the –OH groups are not alike (i. e. the pinacol is asymmetrical), then the one which creates a more stable carbocation participates in the reaction. Subsequently, an alkyl group from the adjacent carbon migrates to the carbocation center. The driving force for this rearrangement step is believed to be the relative stability of the resultant oxonium ion. Although the initial carbocation is already tertiary, the oxygen can stabilize the positive charge much more favorably due to the complete octet configuration at all centers. It can also be seen as the OH's lone pairs pushing an alkyl group off as seen in the asymmetrical pinacol example. The migration of alkyl groups in this reaction occurs in accordance with their usual migratory aptitude, i. e. phenyl carbocation > hydride > tertiary carbocation (if formed by migration) > secondary carbocation (if formed by migration) > methyl carbocation. {Why carbocation? Because every migratory group leaves by taking electron pair with it.} The conclusion is that the group which stabilizes the carbocation more effectively is migrated.
Асимметриялық пинакольды қайта орналастыру үлгісі
Пинакол симметриялы болмаған жағдайда, қай гидроксил тобының кететіні және қай алкилдің жылғалысы болатыны таңдалуы мүмкін. Бұл таңдамалылық карбокациялардың тұрақтылығымен анықталады. Осы жағдайда, екі нұсқа да үшіншілік болғанымен, фенил топтары резонанс арқылы оң зарядты едәуір тұрақтандырады.
When a pinacol is not symmetrical, there is a choice for which hydroxyl group will leave and which alkyl shift will occur. The selectivity will be determined by the stability of the carbocations. In this case although both choices are tertiary, the phenyl groups result in significantly higher stabilization of the positive charge through resonance.
Қайта орналасудың стереохимиясы
Циклдік жүйелерде реакция көбірек қызығушылық тудыратын ерекшеліктерді көрсетеді. Осындай реакцияларда диолдың стереохимиясы басты өнімді анықтауда шешуші рөл атқарады. Егер алкил тобы шығып кететін –OH тобына транс-жағдайда орналасса, ол карбокация орталығына көше алады, бірақ цис-жағдайдағы алкил топтары өте төмен жылдамдықпен көшеді. Транс-алкил топтары болмаған жағдайда, негізгі өнім ретінде сақинаның қысқаруы байқалуы мүмкін, яғни сақинадағы көміртектің өзі көшеді. Бұл реакцияның тағы бір қызықты ерекшелігін көрсетеді, атап айтқанда, реакция көбінесе консерттік сипатта өтеді. Реакция бойында көшудің бастапқы және соңғы нүктелері арасында байланыс бар сияқты. Сонымен қатар, егер көшуге ұшыраған алкил тобында хиральдық орталық болса, көшу орын алғаннан кейін де осы орталықтың конфигурациясы сақталады.
In cyclic systems, the reaction presents more features of interest. In these reactions, the stereochemistry of the diol plays a crucial role in deciding the major product. An alkyl group which is situated trans to the leaving –OH group may migrate to the carbocation center, but cis alkyl groups migrate at a very low rate. In the absence of trans alkyl groups, ring contraction may occur as the major product instead, i. e. the ring carbon itself may migrate. This reveals another interesting feature of the reaction, viz. that it is largely concerted. There appears to be a connection between the migration origin and migration terminus throughout the reaction. Moreover, if the migrating alkyl group has a chiral center as its key atom, the configuration at this center is retained even after migration takes place.
Тарих
Фиттиг пинаколдың қайта орналасуы туралы алғаш жариялағанмен, реакция өнімдерін дұрыс анықтаған Фиттиг емес, Александр Бутлеров болды. 1859 жылы Вильгельм Рудольф Фиттиг ацетонның калий металлмен реакциясын сипаттады. Фиттиг ацетонның молекулалық формуласын (C3H3O)n деп қате қабылдады, бұл ұзақ жылдар бойы атомдық салмақ туралы даудың нәтижесінде 1860 жылы Карлсруэ конгресінде шешілді. Ол сондай-ақ ацетонды спирт деп жаңылыстырды және металл алкоксид тұзын жасау арқылы оны дәлелдеуді үміттенеді. Бірақ ол алған реакция өнімін парацетон деп атады, оның ацетонның димері екеніне сенді. 1860 жылы екінші жарияланымда ол парацетонды күкірт қышқылымен реакцияға түсірді (шын мәнінде пинаколдың қайта орналасуы). Фиттиг тағы да реакция өнімінің молекулалық құрылымын анықтауға құмар болған жоқ, ол оның тағы бір изомер немесе полимер деп ойлады. Сол кездегі химияшылар да жаңа атомдық салмақ шындығына бейімделгенімен, жақсы нәтижеге қол жеткізе алмады. Олардың бірі, Чарльз Фридель, реакция өнімінің этиленгликоль реакцияларымен салыстыра отырып, эпоксид тетраметилэтилен оксид екеніне сенді. Соңында 1873 жылы Бутлеров триметилацетил қышқылын (пиваль қышқылын) дербес синтездегеннен кейін дұрыс құрылымдарды тапты, оны Фридель бұрын дихроматпен тотықтыру арқылы алған болатын. Құрылымды анықтаудағы кейбір қиындықтардың себебі – сол кезде көміртек тізбегінің қайта орналасуы белгісіз болды және осылайша жаңа тұжырымдаманы табу қажеттігі туды. Бутлеровтың теориясы молекуладағы көміртек атомдарының құрылымын өзгертуге мүмкіндік берді, осы тұжырымдама арқылы пинаколонның құрылымын табуға болады.
Although Fittig first published about the pinacol rearrangement, it was not Fittig but Aleksandr Butlerov who correctly identified the reaction products involved. In an 1859 publication Wilhelm Rudolph Fittig described the reaction of acetone with potassium metal. Fittig wrongly assumed a molecular formula of (C3H3O)n for acetone, the result of a long standing atomic weight debate finally settled at the Karlsruhe Congress in 1860. He also wrongly believed acetone to be an alcohol which he hoped to prove by forming a metal alkoxide salt. The reaction product he obtained instead he called paraceton which he believed to be an acetone dimer. In his second publication in 1860 he reacted paraceton with sulfuric acid (the actual pinacol rearrangement). Again Fittig was unable to assign a molecular structure to the reaction product which he assumed to be another isomer or a polymer. Contemporary chemists who had already adapted to the new atomic weight reality did not fare better. One of them, Charles Friedel, believed the reaction product to be the epoxide tetramethylethylene oxide in analogy with reactions of ethylene glycol. Finally Butlerov in 1873 came up with the correct structures after he independently synthesised the compound trimethylacetic (pivalic) acid which Friedel had obtained earlier by oxidizing with a dichromate. Some of the problems during the determination of the structure are because carbon skeletal rearrangements were unknown at that time and therefore the new concept had to be found. Butlerov theory allowed the structure of carbon atoms in the molecule to rearrange and with this concept a structure for pinacolone could be found.