Μια εις βάθος επισκόπηση της ιδέας σύνθεσης Williamson

Η σύνθεση του Williamson είναι μια οργανική διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή αιθέρα από αποπρωτονισμένο αλκοόλ και ένα οργανοαλογονίδιο. Ο Alexander Williamson εφηύρε αυτήν την οργανική αντίδραση το έτος 1850. Περιλαμβάνει μια αντίδραση SN2 μεταξύ ενός ιόντος αλκοξειδίου και του κύριου αλκυλαλογονιδίου. Αυτή η αντίδραση είναι σημαντική στην ιστορία της οργανικής χημείας αφού συνέβαλε στην ανακάλυψη της σύνθεσης των αιθέρων. Μετά από μια καλά καθορισμένη εισαγωγή στη σύνθεση Williamson, πρέπει να είστε περίεργοι για την ιδέα. Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε με τη γνώση του μηχανισμού αντίδρασης.

Γενικός Μηχανισμός Αντίδρασης

Ακολουθεί ο γενικός μηχανισμός απόκρισης:

R-OΘ+R' —   X    →  R -O- R' + X¯

Η αντίδραση που δημιουργήθηκε όταν το αιθοξείδιο του νατρίου και το χλωροαιθάνιο χρησιμοποιούνται μαζί για τη δημιουργία χλωριούχου νατρίου και ο διαιθυλαιθέρας είναι μια απεικόνιση. Η αντίδραση που παράγεται είναι:

[Na]+[C2H5O] − + C2H5Cl → C2H5OC2H5 + [Na ]+[Cl]−

Μηχανισμός σύνθεσης Williamson

Ένας μηχανισμός διμοριακής πυρηνόφιλης υποκατάστασης SN2 διέπει την αντίδραση σύνθεσης αιθέρα Williamson. Μια οπίσθια επίθεση ενός ηλεκτρόφιλου από ένα πυρηνόφιλο προκύπτει σε μια διαδικασία αντίδρασης SN2 σε μια συντονισμένη διαδικασία. Για την αντίδραση SN2, πρέπει να υπάρχει μια κατάλληλη αποχωρούσα ομάδα που είναι σημαντικά ηλεκτραρνητική, συχνά ένα αλογονίδιο.

Το πυρηνόφιλο στη σύνθεση Williamson είναι ένα ιόν αλκοξειδίου (RO) που επιτίθεται στον ηλεκτροφιλικό άνθρακα, συμπεριλαμβανομένης της αποχωρούσας ομάδας. Συνήθως είναι ένα αλκυλαλογονίδιο ή ένα τοσυλικό αλκύλιο. Εφόσον τα δευτερεύοντα και τριτογενή σημεία απομάκρυνσης συνεχίζονται ως αντίδραση απομάκρυνσης, το σημείο αναχώρησης πρέπει να είναι ο πρωτεύων άνθρακας. Λόγω της στερεοχημικής παρεμπόδισης, αυτή η διαδικασία δεν προάγει τη δημιουργία ογκωδών αιθέρων όπως ο δι-τριτοταγής βουτυλαιθέρας και αντ' αυτού ευνοεί την παραγωγή αλκενίων.

Ποια αλκυλαλογονίδια είναι αποτελεσματικά στη σύνθεση αιθέρα Williamson;

Μια αντίδραση SN2 χρησιμοποιείται στη σύνθεση αιθέρα Williamson. Επειδή η αντίδραση SN2 λαμβάνει χώρα σε ένα μόνο βήμα στο οποίο το πυρηνόφιλο κάνει μια «οπίσθια επίθεση» στο αλκυλαλογονίδιο, το στερεοχημικό εμπόδιο είναι το «μείζον εμπόδιο» για τον μηχανισμό SN2. Ο ρυθμός του μηχανισμού SN2 ήταν πιο σημαντικός για τα μεθυλαλογονίδια, ακολουθούμενο από το πρωτογενές, το δευτερογενές και το τριτογενές. Η αντίδραση Williamson Ether ακολουθεί την ίδια διαδικασία.

Το Williamson λειτουργεί καλά με μεθυλο και πρωτοταγή αλκυλαλογονίδια ως υποστρώματα.

Σύνθεση αιθέρα οξειδίου του αργύρου

Μια παραλλαγή της σύνθεσης αιθέρα Williamson αντικαθιστά το οξείδιο του αργύρου (Ag2O) συμπαγής βάση. Δεδομένου ότι σε αυτήν την έκδοση δεν απαιτείται ισχυρή βάση και η δημιουργία ενός ενδιάμεσου αλκοξειδίου, οι περιστάσεις είναι πιο ήπιες από ό,τι στη συμβατική εισαγωγή στη σύνθεση Willamson. Αυτή η αντίδραση μετατρέπει αποτελεσματικά τις ομάδες -ΟΗ στα σάκχαρα σε αιθέρες.

Αλκοξυυδράρισμα για σύνθεση αιθέρα

Ένα προϊόν αλκοξυυδράρματος σχηματίζεται όταν ένα αλκένιο αντιδρά με μια αλκοόλη στο τριφθοροξικό παρουσία άλατος υδραργύρου (II) [(CF3CO2)2Hg]. Η αφυδάτωση με βοριοϋδρίδιο του νατρίου (NaBH4) παράγει αιθέρα. Γενικά, αυτή η αντίδραση επιτρέπει στις προσθήκες αλκοόλης Markovnikov σε ένα αλκένιο να παράγουν αιθέρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το αντιδραστήριο αλκοόλης χρησιμοποιείται ως διαλύτης, και χρησιμοποιείται άλας τριφθοροξικού υδραργύρου (II) αντί για οξικό υδράργυρο. Οι περισσότερες αλκοόλες 1o, 2o και 3o μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά σε αυτήν τη διαδικασία.

Ενδομοριακοί αιθέρες Williamson

Η σύνθεση Williamson μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή κυκλικών αιθέρων. Θα χρειαστείτε ένα μόριο με μια ομάδα υδροξυλίου σε έναν άνθρακα καθώς και ένα άτομο αλογόνου σε ένα άλλο. Αυτή η ένωση στη συνέχεια θα αναλάβει έναν μηχανισμό SN2 με τον εαυτό της, παράγοντας ένα ανιόν αλογόνου και έναν κυκλικό αιθέρα. Μια άλλη μέθοδος λήψης αιθέρων είναι ο μετασχηματισμός αλοαλκοολών σε κυκλικούς αιθέρες.

Αυτή η αντίδραση πυροδοτείται από τη διάσταση του υδρογόνου που συνδέεται με το οξυγόνο από ένα ανιόν ΟΗ. Αυτό προκαλεί την αποχώρηση του αλογόνου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας ρίζας αλογόνου και ενός κυκλικού αιθέρα. Το μέγεθος του δακτυλίου είναι ένα άλλο στοιχείο για να αποφασίσετε εάν θα αναπτυχθεί ένας κυκλικός αιθέρας. Οι τριμελείς δακτύλιοι είναι οι πιο γρήγοροι, μετά τους πενταμελείς, εξαμελείς, τετραμελείς και τέλος οκταμελείς. Τόσο οι εντροπικοί όσο και οι ενθαλπικοί παράγοντες επηρεάζουν τους αντίστοιχους ρυθμούς σχηματισμού δακτυλίου.

Συμβολές της Εντροπίας και της Ενθαλπίας

Η σημαντική επίδραση της ενθαλπίας στον σχηματισμό του δακτυλίου είναι η τάση του δακτυλίου, αν και δεν είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει το σχηματισμό. Οι δακτύλιοι με τη σημαντικότερη καταπόνηση θα μπορούσαν να αναπτυχθούν πιο αργά αν συνέβαινε αυτό. Λόγω των συνθηκών εντροπίας, αυτή δεν είναι η τάση για ανάπτυξη δακτυλίου. Οι μικρότεροι δακτύλιοι έχουν λιγότερη εντροπία, γεγονός που τους καθιστά πιο πλεονεκτικούς λόγω της μικρότερης μοριακής διάταξης.

Ωστόσο, η δημιουργία δακτυλίου δεν συμμετέχει σε αυτή τη διαδικασία λόγω ενός άλλου φαινομένου που είναι γνωστό ως το φαινόμενο της εγγύτητας. Σύμφωνα με το φαινόμενο εγγύτητας, το πυρηνόφιλο τμήμα της ανθρακικής αλυσίδας είναι τόσο κοντά στον ηλεκτρόφιλο άνθρακα που μόνο ένα μικρό στέλεχος δακτυλίου φαίνεται στην αρχική κατάσταση του μορίου.

Παράπλευρες αντιδράσεις

Οι αντιδράσεις Williamson συχνά συγκρούονται με την αποβολή αλκυλιωτικού παράγοντα που καταλύεται από βάση. Ο τύπος της αποχωρούσας ομάδας και οι συνθήκες αντίδρασης (ιδιαίτερα ο διαλύτης και η θερμοκρασία), μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά το ποιο ευνοείται. Συγκεκριμένες συνθέσεις αλκυλιωτικών παραγόντων, ειδικότερα, μπορεί να είναι ιδιαίτερα ευάλωτες στην απομάκρυνση. Επειδή το αρυλοξείδιο είναι ένα αμφίβολο πυρηνόφιλο, η σύνθεση Williamson μπορεί να έρχεται σε σύγκρουση με την αλκυλίωση όποτε το πυρηνόφιλο φαίνεται να είναι ιόν αρυλοξειδίου.

Συμπέρασμα

Αυτά είναι όλα όσα πρέπει να πούμε για το θέμα προς το παρόν. Έχουμε καλύψει τα πάντα, από την εισαγωγή στη σύνθεση Williamson μέσω του μηχανισμού και των παρενεργειών. Ωστόσο, στο μέρος των ερωτήσεων σύνθεσης Williamson παρακάτω, έχουμε αντιμετωπίσει συγκεκριμένες ανησυχίες σχετικά με την αντίδραση Williamson. Για να κατανοήσετε καλύτερα, διαβάστε τα.