Tổng quan nhóm carbonyl !!!

[bluemonster]

Hoàn tất ảnh hưởng acidic catalyst đối với phản ứng của amide, bây giờ ta sang ảnh hưởng basic catalyst:
xét một amide bất kì đặt trong môi trừơng là base, giả sử nếu chỉ để điều kiện êm dịu thì còn lâu amide mới xảy ra phản ứng, tác nhân nucleophile lúc này chính là ion hydroxide của base, nhưng phải ở nhiệt độ cao thì ion này mới đủ độ hoạt động để attack vào carbonyl group. Mặt khác, nếu ion hydroxide attack vào được hình thành tetrahedral intermediate, thì theo như qui luật elimination dựa vào chênh lệch pKa, nhóm NH2- cũng khó mà tách ra vì có pKa cao hơn rất nhiều so với ion hydroxide, nên phản ứng sẽ có xu hướng reverse, nhưng dù sao cũng có một phần tạo ra carboxylic acid.


Đối với amide bậc cao hơn, nếu xét ở cùng điều kiện như trên (basic catalyst NaOH 10%) thì phản ứng còn xảy ra chậm tàn bạo hơn, hiệu suất không cao !
Nhưng cũng phản ứng trên, chỉ cần ta thay đổi điều kịên phản ứng cũng như tác nhân một tí, đó là thay NaOH vừa làm reagent vừa làm catalyst bằng t-BuOK (6 phần) với H2O (2 phần) chỉ đóng vai trò tác nhân trong DMSO.


Chú ý, giai đoạn sau thêm HCl là tách biệt với giai đoạn tiến trình phản ứng !!! Chủ yếu giai đoạn này chỉ để protonate carboxylate salt !
Tại sao lại có sự thay đổi lớn như vậy giữa các hệ tác nhân ??? t-BuOK là một base mạnh, các bước đầu của tiến trình phản ứng sẽ tương tự như tiến trình đã đề cập trứơc, tới giai đoạn intermediate, do basic lần này mạnh nên có khả năng deprotonate để tạo dianion, hai thằng dianion đều có pKa cao, nên không còn sự lựa chọn nào khác ngoài việc NMe2 - phải leaving, và cho sản phẩm cuối cùng là muối !!!
Ngoài ra, còn một phản ứng cũng dùng để tổng hợp amide với hiệu suất cao, đó là đi từ chất nền nitrile.


Nhìn vào toàn bộ cơ chế trên, ta thấy, trừ step 1, tất cả step còn lại đều là sự proton transfer, đó là điểm đặc biệt của tiến trình này !
Các hợp chất nitrile thừơng dùng để tổng hợp carboxylic acid tăng thêm một carbon, hoặc cũng có thể tổng hợp ra mandelic acid nhờ cyanohydrin, mà cyanohydrin thì BM đã có dịp giới thiệu ở những bài đầu tiên, rất đơn giản, chỉ cần cho CN- và H+ tấn công liên tiếp vào carbonyl (thường là aldehyde) theo phản ứng nucleophilic addition.


Như vậy xem như đã phần nào hoàn tất được phản ứng nucleophilic substitution với những tác nhân cũng như điều kiện xúc tác cổ điển nhất hồi đó giờ được học, BM chỉ mới tổng kết lại hết mà thôi !!!
Tiếp theo, ta nghía tới hai thằng tác chất đóng vai trò là chất mang có hoạt tính hoá học cao, là SOCl2 và PCl5. Để hiểu ứng dụng của hai chú này, ta cùng nhìn lại, giả sử như muốn từ carboxylic acid tổng hợp ra mấy anh dẫn xuất, đơn cử như anh acyl chloride, cách thông thường là dùng hệ xúc tác acid, protonated –OH để tạo ra leaving group H2O ở trạng thái trung gian sau khi tạo ra được tetrahedral intermediate.
Trong bài này, ta sẽ xét đến hai chất mang chloride cũng khá hiệu quả, đó là thionyl chloride với phosphorus pentachloride.


Chủ yếu vai trò của hai chất mang này là tách thằng Oxygen của carboxylic acid ra, rồi sau đó mới thay thế bằng Chloride. Cơ chế tách phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về hai tác nhân, như SOCl2 thì ta dự đoán, sau này nó sẽ phải tìm cách lấy Oxygen để trở thành SO2 – good leaving group ! Còn PCl5 thì sau này nó lấy Oxygen và danh chính ngôn thuận đi ra với một cấu tạo bền POCl3 !

Bây giờ ta đi vào từng bước một của cơ chế:


Như đã biết, cấu tạo đặc biệt của các nguyên tố chu kì 3, đặc biệt là S với P được dùng rất nhiều làm tác nhân phản ứng cũng như dung môi, vì nó có tính electrophile cao ! Ở step 1 của phản ứng trên thionyl chloride đóng vai trò là chất nền, và carboxylic acid đem electron pi attack vào, sau đó deprotonated tạo unstable intermediate.
Đặc trưng quan trọng của hai loại tác nhân này chính là tự sản xuất được acid chloride ! Có thể giải thích điều này với những kiến thức về pK ta đã học, nhóm xuất anion hầu như chỉ xuất ra nếu nó có pKa nhỏ nhất mà thôi !!! Chính vì vậy, ở step 1 của phản ứng có thể xảy ra theo cơ chế SN2, và ở intermediate, thằng anion chloride ngậm ngùi ra đi vì pKa thấp nhất !!!


step gắn anion chloride vào là quan trọng nhất, vì khi carbonyl đã được protonated thì khả năng electrophile vô địch, gặp em anion chloride thì chắc hắn ta không tha cho đâu !!!
Cuối cùng là một bước chuyển vị vòng 6 cạnh theo cơ chế của họ chuyển vị sigmatropic để hình thành nên acyl chloride, với các sản phẩm tách như nhận định ban đầu !
Cũng với cơ chế tổng thể như trên mà xét tương tự cho phosphorus pentachloride :


Mọi giải thích cho cơ chế này đều giống như cơ chế attack vào SOCl2.

Tạm thời nghĩ ngơi một thời gian, nhưng anh em vẫn có thể thảo luận thoải mái, vì chắc hẳn còn rất nhiều vấn đề liên quan trong số các vấn đề BM đã post, và BM cũng đã chuẩn bị sẳn một ít dữ liệu liên quan chờ anh em thảo luận ! Nếu ko thảo luận thì các dữ liệu này coi như vật ko share luôn vậy !!! hehehe !
Chúc vui !!!