در قلمرو علوم طبیعی، پاسخهای کاهشی برای اختلاط بسیاری از مخلوطها، ولیتیوم آلومینیوم هیدرید(LAH) یکی از قابل توجه ترین متخصصان در حال کاهش است که هر کسی می تواند امیدوار باشد که پیدا کند. LAH در کاهش ترکیبات حاوی کربونیل مانند آلدئیدها، کتون ها، استرها و اسیدهای کربوکسیلیک به الکل های مربوطه به دلیل ظرفیت آن برای اهدای یون های هیدرید (H) برتر است. با این حال، پیوندهای دوگانه مانند پیوندهای موجود در آلکن ها معمولاً توسط LAH کاهش نمی یابد.
واکنش LAH به طور استثنایی برای تجمع کربونیل در نظر گرفته شده است. ماهیت هسته دوست یونهای هیدرید، که ترجیحاً به کربن کربنیل الکتروفیل حمله میکنند و فرآیند کاهش را تسهیل میکنند، دلیل این ویژگی است. در حالی که LAH در کاهش تجمعات مختلف سودمند بسیار موفق است، ناتوانی آن در هدف قرار دادن پیوندهای دوگانه کربن نشان می دهد که معرف های مختلفی مانند هیدروژناسیون واکنش دهنده با پالادیوم یا پلاتین برای آن تغییرات مورد انتظار است.
در خلاصه، در حالی که LAH یک متخصص کاهش انعطافپذیر و دلچسب در ترکیب طبیعی است، گسترش آن به کاهش پیوندهای دوگانه گسترش نمییابد، که شامل نیاز به استراتژیهای همبستگی در علم تولیدی است.
درک لیتیوم آلومینیوم هیدرید: یک عامل کاهش دهنده قوی
یک ترکیب معدنی که با نام اختصاری LAH یا LiAlH4 شناخته می شود، انقلابی در زمینه سنتز آلی ایجاد کرده است. این جامد سفید و کریستالی که در دهه 1940 کشف شد، به دلیل خواص کاهنده استثنایی اش، به سرعت به یکی از مواد اصلی در آزمایشگاه های شیمی در سراسر جهان تبدیل شد.
اتم های لیتیوم و آلومینیوم در LAH به اتم های هیدروژن متصل می شوند. به دلیل ساختار منحصر به فردش به شدت در حال کاهش است. این به دلیل توانایی آن در کاهش تعداد زیادی از تجمعات مفید از جمله آلدئیدها، کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک و استرها و تبدیل آنها به الکل های مربوط به خود شناخته شده است.
اما آنچه به طور خاص متمایز می کندلیتیوم آلومینیوم هیدرید? یکپارچگی آن در توانایی آن برای تولید ذرات هیدرید (H-) است که عمیقاً پاسخگو هستند و بدون شک می توانند به دنبال تمرکزهای فاقد الکترون در اتم های طبیعی باشند. این ویژگی، LAH را به یکی از پایهگذاریترین متخصصان کاهشدهنده تبدیل میکند که هر کسی میتواند امیدوار باشد که به متخصصان علمی بیابد، و مجهز به حتی سختترین گردهماییهای مفید را کاهش دهد.
|
|
|
برهمکنش بین لیتیوم آلومینیوم هیدرید و پیوندهای دوگانه
ما باید بیشتر در مورد چرایی تحقیق کنیملیتیوم آلومینیوم هیدرید(LAH) علیرغم اینکه بهعنوان زمینههای جدی قدرت برای یک متخصص شناخته میشود، معمولاً پیوندهای دو برابری کربن را کاهش نمیدهد. دلیل اصلی این است که پیوندهای دوگانه الکترونیکی تر از بسترها هستند که LAH به طور موثر آن را کاهش می دهد.
الکترونهای پیوندی که ناحیهای از چگالی الکترون را تشکیل میدهند همان چیزی هستند که پیوندهای دوگانه کربن-کربن را متمایز میکنند. آنها کمتر در برابر حمله LAH آسیب پذیر هستند زیرا الکترون های زیادی دارند. واکنش LAH بیشتر توسط یون های هیدرید نوکلئوفیلیک (H) که آزاد می کند هدایت می شود. LAH به ویژه تجمعات کربونیل را مورد هدف قرار می دهد - مانند تجمعات موجود در آلدئیدها، کتون ها، استرها و اسیدهای کربوکسیلیک - که در آن کربن کربونیل به دلیل قطبش پیوند C{5}} فاقد الکترون است. این قطبش یک مکان الکتروفیلیک معقول برای حمله هیدرید ایجاد می کند و باعث کاهش موثر این مخلوط های کربونیل به الکل می شود.
برعکس، ضخامت الکترون در اطراف پیوندهای دوگانه کربنی به طور مشابه مجذوب نمی شود، و باعث می شود آنها تمایل کمتری به حمله هسته دوست توسط LAH داشته باشند. عدم وجود ویژگی الکتروفیلیک در پیوندهای دوگانه نشان می دهد که LAH به سرعت با این مقاصد تحت شرایط معمولی ارتباط برقرار نمی کند.
در هر صورت، در ادغام طبیعی، متخصصان علمی اغلب نیاز به کاهش پیوندهای دوگانه دارند. برای چنین تحولاتی از رویکردهای متفاوتی استفاده می شود. هیدروژناسیون واکنش دهنده با استفاده از فلزاتی مانند پالادیوم، پلاتین یا نیکل یک روش معمولی است که در آن از هیدروژن زیر اتمی (H2) برای افزودن هیدروژن در سراسر پیوندهای دوگانه استفاده می شود و با موفقیت آنها را کاهش می دهد. علاوه بر این، روشهای کاهش انتخابی، مانند روشهایی که از بوروهیدرید سدیم (NaBH4) در شرایط خاص استفاده میکنند، ممکن است در شرایط خاصی مورد استفاده قرار گیرند، علیرغم این واقعیت که قدرت کلی آنها معمولاً کمتر از LAH است.
در نتیجه تفاوتهای اساسی در واکنشپذیری بین گروههای کربونیل مورد هدف و پیوندهای دوگانه کربن-کربن جدا شده، علیرغم این واقعیت که LAH در کاهش گروههای عاملی مختلف بسیار مؤثر است، کاربرد آن به این پیوندها گسترش نمییابد. این ویژگی نیاز به تکنیک ها و معرف های مختلف در علوم طبیعی برای انجام تغییرات مورد نظر را نشان می دهد.
با این حال، یک اخطار برای این قانون وجود دارد. در حالی که LAH به طور معمول پیوندهای دوگانه جدا شده را کاهش نمی دهد، می تواند انواع خاصی از پیوندهای دوگانه فعال را کاهش دهد. به عنوان مثال:
- , -ترکیبات کربونیل غیراشباع: در این مولکول ها پیوند دوگانه با یک گروه کربونیل کونژوگه می شود و آن را مستعد احیا می کند.
- آلکین ها: اگرچه پیوندهای سه گانه کاملاً دوگانه نیستند، اما پیوندهای سه گانه را می توان با LAH کاهش داد و آلکن ها را تشکیل داد.
- ترکیبات حلقوی خاص: در برخی ساختارهای حلقوی، این سویه می تواند پیوندهای دوگانه را نسبت به LAH واکنش پذیرتر کند.
توجه به این نکته مهم است که حتی در این موارد، کاهش پیوند دوگانه اغلب یک واکنش جانبی است و کاهش اصلی در سایر گروه های عاملی در مولکول رخ می دهد.
کاربردها و ملاحظات در استفاده از لیتیوم آلومینیوم هیدرید
علیرغم عدم توانایی آن در کاهش پیوندهای دوگانه جدا شده،لیتیوم آلومینیوم هیدریدیک ابزار ارزشمند در سنتز آلی باقی می ماند. کاربردهای آن متعدد و متنوع است:
کاهش ترکیبات کربونیل
LAH به طور موثر آلدئیدها و کتون ها را به ترتیب به الکل های اولیه و ثانویه کاهش می دهد.
01
مشتقات کربوکسیلیک اسید
می تواند کربوکسیلیک اسیدها، استرها و کلریدهای اسیدی را به الکل های اولیه تبدیل کند.
02
کاهش نیتریل
LAH نیتریل ها را به آمین های اولیه کاهش می دهد.
03
کاهش ترکیب نیترو
می تواند گروه های نیترو را به گروه های آمینه تبدیل کند.
04
باز شدن حلقه اپوکسید
LAH می تواند حلقه های اپوکسید را باز کند و الکل ها را تشکیل دهد.
05
هنگام استفاده از لیتیوم آلومینیوم هیدرید، چندین نکته مهم وجود دارد که باید در نظر داشته باشید:
واکنش پذیری
LAH بسیار واکنش پذیر است و می تواند به طور خود به خود در هوا مشتعل شود. باید با احتیاط بسیار مورد استفاده قرار گیرد و به درستی نگهداری شود.
01
گزینش پذیری
در حالی که LAH قدرتمند است، همیشه انتخابی نیست. ممکن است چندین گروه عاملی را در یک مولکول کاهش دهد که بسته به نتیجه مورد نظر می تواند یک مزیت یا یک ضرر باشد.
02
انتخاب حلال
LAH معمولا در حلال های اتری مانند دی اتیل اتر یا THF استفاده می شود. با حلال های پروتیک مانند آب یا الکل ها به شدت واکنش نشان می دهد.
03
کار
انجام واکنش های LAH نیاز به مراقبت برای خاموش کردن ایمن هر معرف واکنش نداده دارد.
04
در نتیجه، در حالی که لیتیوم آلومینیوم هیدرید به طور معمول پیوندهای دوگانه جدا شده را کاهش نمی دهد، قدرت و تطبیق پذیری آن در کاهش سایر گروه های عملکردی آن را به ابزاری ضروری در سنتز آلی تبدیل می کند. درک توانایی ها و محدودیت های آن به شیمیدانان اجازه می دهد تا از پتانسیل کامل آن در ایجاد مولکول های آلی پیچیده استفاده کنند.
چه دانش آموزی باشید که در مورد واکنش های کاهشی یاد می گیرد یا یک شیمیدان باتجربه که به دنبال بهینه سازی مسیرهای مصنوعی خود است، درک عمیق رفتار لیتیوم آلومینیوم هیدرید بسیار مهم است. توانایی آن در کاهش انتخابی گروه های عملکردی خاص در حالی که بقیه را دست نخورده باقی می گذارد (مانند اکثر پیوندهای دوگانه) آن را به یک دارایی ارزشمند در طراحی سنتزهای آلی چند مرحله ای تبدیل می کند.
همانطور که ما به کشف و درک پیچیدگی های واکنش های شیمیایی ادامه می دهیم، ترکیباتی مانندلیتیوم آلومینیوم هیدریدپیچیدگی و پتانسیل شگفت انگیز شیمی آلی را به ما یادآوری می کند. آنها ما را به چالش می کشند تا خلاقانه در مورد تحولات مولکولی فکر کنیم و مرزهای آنچه در شیمی آلی مصنوعی ممکن است را کنار بگذاریم. برای اطلاعات بیشتر، می توانید با آنها تماس بگیریدSales@bloomtechz.com.
مراجع
اسمیت، ام بی، و مارس، جی (2007). شیمی آلی پیشرفته مارس: واکنش ها، مکانیسم ها و ساختار جان وایلی و پسران
کری، FA، و Sundberg، RJ (2007). شیمی آلی پیشرفته: بخش B: واکنش و سنتز. Springer Science & Business Media.
رویش، دبلیو (2013). کتاب درسی مجازی شیمی آلی. دانشگاه ایالتی میشیگان
کلیدن، جی.، گریوز، ن.، و وارن، اس. (2012). شیمی آلی. انتشارات دانشگاه آکسفورد
Kürti, L., & Czakó, B. (2005). کاربردهای استراتژیک واکنش های نامگذاری شده در سنتز آلی. الزویر.