Příprava mesylátů a tosylátů

Z alkoholů lze připravit mesyláty a tosyláty. A důvod k jejich přípravě je ten, že jsou to velmi dobré odstupující skupiny. Podívejme se na obecnou reakci přípravy tosylátu. Začneme s alkoholem a když k němu přidáme tosylchlorid a pyridin, získáme tosylát. Pojďme se podívat na mechanismus. Začneme s tosylchloridem a zaměřme se teď na atom síry. Síra je zde vázána na dva kyslíky a chlor. Víme, že chlor i kyslík mají vyšší elektronegativitu než síra. Takže budou ze síry odčerpávat část její elektronové hustoty. Síra tedy přichází o část své elektronové hustoty, a tím pádem se stává parciálně kladnou. Bude tedy sloužít jako elektrofilní centrum. Síra tedy bude chtít elektrony. Elektrony může získat právě z alkoholu. Nevazebný elektronový pár na alkoholu může atakovat síru. Nukleofil tedy atakuje elektrofil. A tyhle elektrony pak mohou přejít na chlor za vzniku chloridového iontu. Nakresleme si, co nám tím vznikne. Máme zde R skupinu, kyslík. Kyslík má vazbu na síru. Na kyslíku je stále navázán vodík a stále má volný elektronový pár. Kyslík ve výsledku bude mít formální náboj plus jedna. Síra má stále dvojné vazby na dva kyslíky. A stále zde budeme mít cyklus připojený na atom síry. Doplňme tu π elektrony. π elektrony máme hotové a ještě přidáme methylovou skupinu. Podívejme se, co se dělo s elektrony. Růžové elektrony na kyslíku alkoholu vytvořily vazbu se sírou. Zde je máme. V dalším kroku budeme chtít odpojit vodík od kyslíku. S tím nám pomůže pyridin, který převezme roli zásady. Volný elektronový pár na dusíku vytvoří vazbu s vodíkem. Tyto elektrony pak zůstanou na kyslíku. Nakresleme si, co nám vznikne. Budeme tu mít skupinu R. Pak zde máme kyslík, který má dva nevazebné elektronové páry. Dále tu je síra se dvěma dvojnými vazbami na kyslíkové atomy. Pak zde máme aromatický cyklus a nakonec methylovou skupinu. Koukněme se teď, co se nám dělo s elektrony. Tyto modré elektrony se přesunou na kyslík. A tím jsme vytvořili ester kyseliny toluensulfonové. Který můžeme jinak nazvat tosylát, je to to samé. Tato dvě schémata tedy zobrazují to samé. To horní je jen více zjednodušená verze. Vytvořili jsme tedy náš tosylát. Tosyláty můžeme připravit třeba z toho důvodu, že chceme, aby nám nukleofilní substituce běžela efektivněji. Pojďme se teď podívat, jak připravit tosylát z tohoto alkoholu nalevo. Můžeme si všimnout, že uhlík s hydroxylem je chirální centrum. Toto je chirální centrum. Při přípravě tosylátu se nám ale tosylová skupina vytvoří na kyslíku. Nakresleme si, jak to bude vypadat. Substituent bude stále vystupovat směrem k nám, naše reakce chirální centrum neovlivňuje, účastní se jí akorát kyslík. Vazbou tosylu na kyslík nám vznikl tosylát, který je mnohem lepší odstupující skupinou než původní hydroxyl. Tosylát je tedy vynikající odstupující skupinou pro nukleofilní substituce. Pokud bychom tedy nyní chtěli nějakou nukleofilní substituci uskutečnit, přidali bychom třeba bromid sodný, tedy Na plus a Br minus. Pokud bychom uvažovali SN2 mechanismus, bromid by nám atakoval tento uhlík, který má kladný parciální náboj. Tady máme tedy parciální kladný náboj. A pak nám proběhne nukleofilní atak od bromidu. U SN2 mechanismu nám pak dojde k inverzi konfigurace. Náš produkt tedy bude vypadat takto. To, že jsme začali s tosylátem, tuto reakci do velké míry usnadnilo. Další velmi dobrou odstupující skupinou je mesylát. Jeho příprava je velmi podobná té u tosylátu. V rámci nějaké obecné reakce opět budeme začínat s alkoholem. V tomto případě k němu budeme přidávat mesylchlorid a triethylamin, který nám bude fungovat během přípravy mesylátu jako zásada. Mechanismus zde bude trošku odlišný od toho u přípravy tosylátu. Pojďme se tedy podívat, co se bude dít. V prvním kroku triethylamin zapůsobí jako zásada a odštěpí jeden z těchto vodíků. A elektrony vazby zůstanou na uhlíku. Triethylamin tedy reaguje s mesylchloridem. Nakresleme si, co nám vznikne po odštěpení vodíku. Máme tu síru navázanou dvojnou vazbou ke dvěma kyslíkům a jednoduchou na chlor. A pak zde máme uhlík, který má vazbu na dva vodíky a volný elektronový pár. Je to tedy karbanion a bude mít formální náboj minus jedna. Ukažme si, odkud se ty elektrony vzaly. Tyto elektrony z vazby mezi uhlíkem a vodíkem oba zůstaly na uhlíku a vytvořily karbanion. V dalším kroku se růžové elektrony přesunou a vytvoří dvojnou vazbu mezi sírou a uhlíkem. Což způsobí přesun těchto elektronů na chlor a vznikne chloridový ion. Nakresleme si, co nám vznikne. Máme síru, ta je navázaná dvojnou vazbou na dva kyslíky a pak má novou dvojnou vazbu na uhlík. Na uhlík jsou pak navázány vodíky. Síru opět vnímáme jako elektrofil, protože je navázaná na kyslíky, které mají vyšší elektronegativitu. Budou tedy odčerpávat ze síry část její elektronové hustoty, což na ní indukuje kladný parciální náboj. To je tedy naše elektrofilní centrum. A alkohol zde bude opět plnit funkci nukleofilu. Volný elektronový pár na alkoholu bude atakovat elektrofil. To způsobí přesun těchto elektronů zpátky na uhlík. Pojďme si o trochu níže nakreslit, co nám vzinkne. To, co nám vzniklo, se nazývá sulfen. Alkohol, což je nukleofil, atakuje sulfen, tedy elektrofil. Namalujme si, co nám vznikne. Budeme mít skupinu R navázanou na kyslík, na kyslíku je vodík. Tento kyslík pochází z alkoholu a prostřednictvím něj došlo k ataku síry. Takže bude mít vazbu na síru. Na kyslíku budeme mít stále volný elektronový pár. V důsledku toho bude mít formální náboj plus jedna. Síra bude mít dále dvě dvojné vazby na dva kyslíky a jednu jednoduchou vazbu na uhlík. Uhlík má na sobě napojené dva vodíky a je na něm volný elektronový pár, v důsledku toho bude mít formální náboj minus jedna. Podívejme se, odkud nám všechny ty elektrony přišly. Tyto elektrony se přemístily na uhlík a daly vzniknout karbanionu. Zaměřme se ještě na elektrony pocházející z alkoholu. Zvýrazněme si je červeně. Tyto elektrony na kyslíku vytvořily vazbu mezi kyslíkem a sírou. Můžeme tedy říct, že jsou to elektrony téhle vazby. V posledním kroku mechanismu se karbanion bude chovat jako zásada. A tento volný elektronový pár odštěpí tento vodík a elektrony z původní vazby zůstanou na kyslíku. Nakresleme si, co nám vznikne. Budeme zde mít skupinu R a kyslík se dvěma volnými elektronovými páry. Ten kyslík bude mít vazbu na síru. A síra je dvojnými vazbami navázaná ke dvěma kyslíkům. A nakonec nám tu chybí methylová skupina. Ta nám vznikla tím, že uhlík, který si podtrhneme růžově, odštěpil tento vodík. A tím se vytvořil mesylát. Tyhle dvě následující věci jsou stejné. Můžeme si to zjednodušit. Můžeme říct, že máme R, kyslík a pak Ms, což reprezentuje mesylovou skupinu. Takto tedy můžeme připravovat mesyláty a tosyláty, které jsou velmi dobrými odstupujícími skupinami.