Příprava alkoholů s pomocí LiAlH4

V poslední videu jsme viděli, jak tetrahydridoboritan sodný redukuje aldehydy nebo ketony na primární nebo sekundární alkoholy. Pokud se podíváme na obecnou reakci, máme tady buď aldehyd, nebo keton. Pokud přidáme v prvním kroku tetrahydridoboritan lithný a následně zdroj protonů ve druhém kroku, v našem případě vodu, vznikne primární nebo sekundární alkohol, záleží na našich výchozích látkách. V tomto ohledu reaguje tetrahydrido hlinitan lithný stejně jako NaBH₄. Borohydrid sodný ale zredukuje pouze aldehydy nebo ketony, nezredukuje karboxylové kyseliny nebo estery. A to tetrahydridohlinitan lithný zvládne. Vidíme, že pokud je tu OH skupina, bude to karboxylová kyselina. Když odstraníme H a dáme místo toho alkylovou skupinu R', dostaneme ester. Nejen že tetrahydridoboritan lithný redukuje aldehydy a ketony, redukuje také karboxylové kyseliny a estery, protože je reaktivnější, což je důvod, proč musíme tyhle kroky oddělovat. Nemůžeme mít vodu ve stejné reakční baňce jako tetrahydridohlinitan lithný, protože by s ní zreagoval zrychleji. Náš produkt bude opět záviset na výchozím materiálu. Mechanismus redukce aldehydů a ketonů s tetrahydridohlinitanem lithným je stejný jako s tetrahydridoboritanem sodným. Přesuneme se k mechanismu redukce esteru. Pojďme na to. Začneme s tímto esterem tady dole. Máme tu karbonyl. Dokreslíme si volné elektronové páry. Tady dole máme R'. Máme tu ester a přidáme přebytek tetrahydridohlinitanu lithného. Přebytek je zde myšlen molárně. Nakreslíme si sem tetrahydridohlinitan lithný. Li⁺, potom tu je Al navázaný na 4 vodíky. To dá hliníku formální záporný náboj −1. První krok mechanismu je stejný jako v předchozím videu. Zamyslíme se nad rozdílem elektronegativit mezi uhlíkem a kyslíkem v karbonylové skupině. Kyslík je elektronegativnější, přitáhne elektrony dvojné vazbě k sobě, a tím získá částečný záporný náboj. Oproti tomu, uhlík elektrony ztrácí, a stává se částečně kladným. Karbonylový uhlík je elektrofil. Chce elektrony. Dostane elektrony od těchto dvou tady nahoře. Tyto dva elektrony napadnou uhlík. Nukleofilní útok. Tyto elektrony přeskočí na kyslík. Tohle byl první krok, útok nukleofilu. Máme tu R, dříve tu byly dvě vazby mezi uhlíkem a kyslíkem, teď je tu jen jedna, protože elektrony se přesunuly na kyslík, který tím získal záporný náboj −1. Přidali jsme vodíky. Stále ještě tu máme O a zbytek R. Bude to vypadat takhle. V dalším kroku se karbonyl obnoví. Tyto elektrony přeskočí zpátky sem, aby opět vznikl karbonyl. To by ale znamenalo 5 vazeb na uhlíku a my víme, že to nejde, takže tyto elektrony odejdou na kyslík. Nakreslíme si výsledek tohoto přesunu. Nyní máme R navázané na uhlík a znovu jsme vytvořili karbonyly. Máme jen dva volné elektronové páry na kyslíku. Tady je ještě vodík. Ztratili jsme kyslík se zbytkem R'. Kyslík s formálním záporným nábojem −1 má kolem sebe tři volné elektronové páry. Kyslík je relativně elektronegativní, takže to zvládá a je docela stabilní. Teď tu máme aldehyd. Víme, že reakce se může s aldehydem zopakovat. Protože tu máme navíc tetrahydridohlinitan lithný, dojde k další reakci. Další reakce bude stejná jako ta předchozí. Tetrahydridohlinitan lithný je tak reaktivní, že tato reakce nejde zastavit tak, aby proběhla jen jednou. Postupujeme úplně stejně. Částečný záporný náboj na kyslíku, částečný kladný náboj na uhlíku. Uhlík chce elektrony. Vezme si elektrony odtud, takže tyto elektrony zaútočí na uhlík a vezmou s sebou vodík. Potom tyhle elektrony přeskočí na kyslík. Nakreslíme produkt nukleofilního útoku. Teď tu máme zbytek R a uhlík navázaný na kyslík. Stejně jako předtím, měl dva volné elektronové páry, teď má tři, a tím pádem záporný formální náboj −1. Vodík tady nalevo tu zůstane. Přidáme sem další vodík. Ve druhém kroku reakce přidáme vodu. Vrátíme se nahoru, abychom si osvěžili paměť. Ve druhém kroku této reakce jsme přidali vodu jako zdroj protonů. Nakreslíme si vodu, jak tu plave okolo. Tady je molekula H₂O. Proběhne tu acidobazická reakce. Volný elektronový pár útočí a bere si tenhle proton. Elektrony se přesouvají na kyslík. Naprotonujeme alkoxidový anion, a tím jsme vytvořili alkohol. Máme hotovo. Teď máme R a kyslík navázaný na tento vodík. Jsou tu jen dva volné elektronové páry a mizí formální náboj. Podívejme se, co se stalo. Vlastně jsme přidali dva vodíky k původně karbonylovému uhlíku. Toto je původní karbonylový uhlík. Když se podíváme sem, nemá na sebe navázaný žádný vodík. Oba tyto vodíky přišly z tetrahydridohlinitanu lithného. Tohle je první a tohle druhý. Reakce proběhla dvakrát. Pokud uděláme tuhle reakci s karboxylovou kyselinou, proběhne podobným mechanismem. Nemáme čas si to teď ukazovat. Skončíme se stejným produktem. Přidáme dva vodíky na původně karbonylový uhlík. Podívejme se na selektivitu této reakce. Když jsme si ukázali tetrahydridoboritan sodný a tetrahydridohlinitan lithný, podívejme se jak vybrat, které z činidel bude lepší. Začneme s reaktanty. Nakreslíme si benzenový kruh a na něj něco navážeme. Dáme sem dvojnou vazbu a aldehydovou funkční skupinu na jednom konci. Na téhle straně sem dáme ester. Podívejme se, jak selektivně zreagovat různé části molekuly s použitím různých činidel. Pojďme si ukázat reakci s přidáním tetrahydridoboritanu sodného a zdroje protonů v dalším kroku. Zamyslíme se, co se stane. Tetrahydridoboritan sodný je selektivní pouze pro aldehydy a ketony. Nezredukuje karboxylovou skupinu ani ester. Bude reagovat jen s aldehydovou skupinou v pravé horní části naší molekuly. Zkusme si to nakreslit. Bude reagovat s aldehydovou skupinou v pravé horní části naší molekuly. Pořád tu budeme mít dvojnou vazbu. Aldehyd se přemění na primární alkohol. Dostaneme primární alkohol tam, kde dřív byl aldehyd. Tetrahydridohlinitan sodný zredukoval karbonyl. Ve druhém kroku při protonaci alkoxidu vznikne primární alkohol jako produkt. Zbytek molekuly zůstane stejný. Ester tady dole zůstane nedotčený. To je selektivita reakce. Vezmeme si stejnou výchozí látku a v prvním kroku použijeme tetrahydridohlinitan lithný. Ve druhém kroku přidáme vodu. Tetrahydridohlinitan lithný dokáže zredukovat aldehydy, ketony i estery. Budeme předpokládat, že máme přebytek tetrahydridohlinitanu sodného. Pak zreaguje s aldehydickou částí této molekuly. Bude také reagovat s esterovou částí molekuly. Zredukuje obě skupiny, a vznikne alkohol. Nakreslíme si sem produkt. Benzenový kruh zůstane nedotčený. Víme, že nahoře udělá tetrahydridohlinitan lithný primární alkohol. Dole, kde byla esterová skupina, jsme ke karbonylu přidali dva molární ekvivalenty vodíku. Přeruší se vazba mezi uhlíkem karbonylu a kyslíkem. Všechno tohle odchází pryč jako odstupující skupina. Přidáme dva vodíky k uhlíku, a vznikne alkohol. Přidáme dva vodíky k tomuto uhlíku za vzniku primárního alkoholu. Je to přesně jako v mechanismu, o kterém jsme mluvili. Pro redukci esteru musíme použít tetrahydridohlinitan lithný. Co kdybychom přidali vodík a palladium jako kovový katalyzátor. O této redukci jsme už také dříve mluvili. Hydrogenace je příkladem redukční reakce a je selektivní. Pokud použijeme normální podmínky hydrogenace, jediná věc, která se zredukuje, bude dvojná vazba. Dojde k redukci dvojné vazby. Nakreslíme si produkt. Nedotkneme se aldehydu, nedotkneme se esteru, a nedotkneme se benzenového kruhu. Nakreslíme si produkt. Benzenový kruh nebude za normálních podmínek hydrogenován, přidáme však dva vodíky na dvojnou vazbu. Aldehydu se nedotkneme. Tady dole je nedotčený ester. Toto je produkt hydrogenace. Tři různé redukce, tři různé produkty. Vodík za správných podmínek zredukuje karbonylovou skupinu. Obvykle pokud zvýšíme tlak a teplotu, můžeme zredukovat karbonyly. Kontrolou reakčních podmínek můžeme ovlivnit, která část molekuly bude redukována. Tolik k redukcím karbonylu s použitím tetrahydridoboritanu sodného a tetrahydridohlinitanu lithného. V dalším jednom nebo dvou videích se podíváme na organokovy, zejména na Grignardova činidla.