If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah
Aktuální čas:0:00Celková doba trvání:13:45

Syntéza alkoholů za použití Grignardových činidel I

Transkript

V tomto videu si ukážeme syntézu alkoholů s pomocí Grignardových činidel. Nejdříve si musíme ukázat, jak si připravit Grignardovo činidlo. Začneme s alkylhalogenidem tady nalevo, přidáme kovový hořčík a potřebujeme přidat například diethylether. V reakci nesmí být přítomna voda, protože by zreagovala s Grignardovým činidlem. Napravo máme to, co nám vznikne. Výsledná molekula má atom uhlíku navázaný na atom kovu. Uhlík je navázán na hořčík, tomu říkáme organokovová vazba. Jde to i s jinými kovy, například s lithiem, ale o Grignardových činidlech uslyšíte nejčastěji. Můžete vidět, že tyhle červeně vyznačené elektrony jsem nakreslil jako kovalentní vazbu mezi uhlíkem a hořčíkem. Ve skutečnosti je tato vazba více iontová než kovalentní, takže vypadá jako struktura nakreslená dole. Pokud se budeme bavit o elektronegativitě, uhlík je elektronegativnější než hořčík, červené elektrony tedy budou blíže k uhlíku. Dávají mu záporný náboj a vytváří karbanion. Tohle je neobvyklé, protože karbanion se může chovat jako nukleofil v mechanismu tvorby alkoholů. Tohle je příprava Grignardova činidla, které se ukázalo tak užitečné v organické syntéze, že Viktor Grignard získal za svůj výzkum Nobelovu cenu za chemii. Podívejme se na mechanismus přípravy Grignardova činidla. Začneme s alkylhalogenidem. Tentokrát si nakreslíme všechny volné elektronové páry halogenu. Přidáme magnesium, o kterém víme, že má dva valenční elektrony, protože je ve 2.A skupině. Nakreslíme si k hořčíku dva valenční elektrony. V prvním kroku mechanismu hořčík daruje jeden elektron. Ukážeme si pohyb jednoho z elektronů na tenhle uhlík. Použijeme poloviční šipku. Vytvoříme tu anion, protože uhlík si vezme elektron. Bude mít záporný náboj. Tomuhle meziproduktu říkáme anion-radikál. Je to anion, protože si vzal elektron, díky kterému má záporný náboj, a je to radikál, protože ten elektron je nepárový. Anion-radikál je nestabilní a rozpadá se. Tyhle dva elektrony přeskočí na halogen. Nakreslíme si, co vznikne. Teď máme uhlík s jedním elektronem na pravé straně. Teď tu máme halogen, který má tři volné elektronové páry a vzal si ještě jeden navíc. Nyní má záporný náboj. Hořčík, se kterým jsme začínali, daroval elektron. Kolem hořčíku je jeden valenční elektron. Přišel o jeden elektron, takže má kladný náboj +1. Hořčík je teď kladně nabitý, protože daroval elektron v prvním kroku. V dalším kroku mechanismu může hořčík darovat druhý valenční elektron. Když daruje elektron, bude stabilnější, protože se dostane na konfiguraci vzácného plynu. Hořčík tedy daruje svůj druhý elektron tomuto uhlíku. Nakreslíme si výsledek. Máme tady uhlík se třemi vazbami. Má kolem sebe dva elektrony, které mu dávají formální záporný náboj −1 a tvoří karbanion. Hořčík daroval oba své elektrony, proto je to nyní kation s kladným nábojem +2. Mg²⁺ Halogen vytvoří s hořčíkem iontovou vazbu. Máme tu proto záporně nabitý halogen a hořčík se dvěma kladnými náboji. Okolo hořčíku dvě záporně nabité částice, se kterými vytvoří iontové vazby. Tohle je náš karbanion. Když si překreslíme sloučeninu nalevo s tímhle uhlíkem... Můžeme z toho udělat R skupinu s volným elektronovým párem a záporným formálním nábojem −1. Věci napravo můžeme zapsat dohromady. Je tu několik způsobů, jak se na to koukat. Můžeme říct, že MgX má náboj +1, abychom se mohli soustředit na karbanion se záporným nábojem −1. Nebo můžeme předstírat, že to jsou všechno kovalentní vazby, a ušetřit si čas. Můžeme to tak udělat. Organický chemik rozumí tomu, co znamená organokovová vazba. Ví, že R skupina je záporně nabitá jako karbanion. Je více způsobů, jak zapsat Grignardovo činidlo, ale je třeba rozumět tomu, co píšete. To je to nejdůležitější. Podívejme se na Grignardovo činidlo, které jsme vytvořili, a připravíme s ním alkohol. Zapíšeme si to posledním způsobem, nezáleží na tom jak. Ukážeme si obecnou reakci. Vezmeme si karbonylovou sloučeninu. Je to obecná reakce, takže zapíšeme obecný karbonyl. Je nám jedno, co je na stranách karbonylu. Opět použijeme diethylether jako rozpouštědlo. Nesmíme mít v reakci vodu, protože by s ní Grignardovo činidlo reagovalo. V prvním kroku chceme, aby reagovalo s karbonylem. Ve druhém kroku, když už zreagovalo s karbonylem, můžeme přidat vodu ve formě H₃O⁺. Dojde ke vzniku alkoholu. Produkt této reakce bude alkohol. Tenhle uhlík jsme vzali z karbonylu a R skupina se připojí ke karbonylovému uhlíku. Ten přišel z Grignardova činidla. Je to velmi užitečná reakce, protože vytváříme novou vazbu uhlík-uhlík. Tato R skupina měla na konci uhlík a pak je uhlík tady. Tvorba vazby uhlík-uhlík je velmi důležitá, když se snažíme vytvořit velké organické molekuly s použitím organické syntézy. Tohle je užitečná cesta pro tvorbu primárního, sekundárního nebo i terciárního alkoholu. Všechno záleží na typu karbonylu, se kterým pracujeme. Ukážeme si mechanismus, abychom viděli, co se děje. Řekneme, že Grignardovo činidlo je zdroj karbaniontů. Nakreslíme sem karbanion a potom karbonyl. Máme uhlík navázaný dvojnou vazbou na kyslík. K tomuto uhlíku teď může být připojeno cokoli. Znovu si zopakujeme, že když děláme chemii s karbonylem, musíme si určit rozdíl v elektronegativitě uhlíku a kyslíku. Můžete si pustit video o elektronegativitě. Víme, že kyslík je elektronegativnější, a proto si přitáhne elektrony z dvojné vazby blíž k sobě, a tím získá parciální záporný náboj a uhlík zůstane s parciálním kladným nábojem. Uhlík je částečně kladně nabitý, proto potřebuje elektrony. Je to elektrofil. Z Grignardova činidla se stal nukleofil. Karbanion se bude chovat jako nuklefil. Záporný a kladný náboj se přitahují. Karbanion zaútočí na karbonylový uhlík, tím tyhle elektrony přeskočí na kyslík. Nakreslíme si sem meziprodukt. Máme zbytek, R, připojen přímo na bývalý karbonylový uhlík. Kyslík má kolem sebe tři volné elektronové páry, takže má formální záporný náboj −1. Tohle je první krok reakce. Ve druhém kroku přijde hydroniový ion. Nakreslíme si sem H₃O⁺. Ve druhém kroku dojde k acidobazické reakci. Volný elektronový pár na kyslíku si vezme proton z H₃O⁺, nechá tam tyhle elektrony a vznikne voda. Tak dostaneme náš alkohol. Po acidobazické reakci dostaneme produkt, kterým je alkohol. Podívejme se na tři příklady syntézy alkoholů. Ukážeme si různé typy alkoholů, které můžeme vytvořit. Začneme s formaldehydem. Začínáme s velmi jednoduchou molekulou. Vytvoříme Grignardovou činidlo. Konkrétně to bude methylmagnesiumbromid. Methylmagnesiumbromid přidáme v prvním reakčním kroku. Jako rozpouštědlo použijeme ether. Ve druhém kroku přidáme H₃O⁺ . Pečlivě si teď prohlédneme Grignardovo činidlo. Kde je vlastně karbanion? Tenhle uhlík je záporně nabitý a právě on napadne karbonyl. Tenhle uhlík zaútočí. Elektrony přeskočí sem a na obou stranách uhlíku v tomto meziproduktu budou vodíky. Záporně nabitý kyslík je tady. Zbytek označovaný jako R je tentokrát methylová skupina. Ve druhém kroku dojde k protonaci. Tyhle volné elektronové páry si vezmou proton z H₃O⁺. Vznikne uhlík se dvěma vodíky. Naprotonujeme alkoxid a vznikne alkohol. Pokud se podíváme na molekulu zblízka, zjistíme, že jde o ethanol. Z formaldehydu můžeme udělat primární alkohol. Tohle je primární alkohol. Je primární, protože uhlík s navázanou OH skupinou je připojen na další uhlík. Podívejme se jak vytvořit sekundární alkohol. Musíme začít s aldehydem. Místo dvou vodíků je jeden na každé straně uhlíku jako předtím. Na jedné straně teď musíme mít skupinu R. Tohle bude náš aldehyd. Použijeme stejné Grignardovo činidlo. Opět to bude methylmagnesiumbromid. Ve druhém kroku přidáme H₃O⁺. Co je tu vlastně v roli nukleofilu? Nukleofilem je záporně nabitý uhlík. Zaútočí na karbonyl a vykopne tyhle elektrony pryč. Nakreslíme si meziprodukt. Bude obsahovat alkoxidový anion, záporně nabitý. Vodík je tu pořád a přidali jsme methylovou skupinu. CH₃ dole v meziproduktu přišlo z Grignardova činidla. Acidobazickou reakcí naprotonujeme alkoxid a vznikne sekundární alkohol. Touto reakcí vznikne sekundární alkohol. Tento uhlík je připojen na dva další uhlíky, takže nám vznikne sekundární alkohol. Ještě jeden příklad. Tentokrát zkusíme s Grignardovým činidlem nechat zreagovat keton. Začneme s tímto ketonem. Tohle je náš keton. Je to cyklohexanon. Budeme zase pracovat s methylmagnesiumbromidem. Přidáme do reakce methylmagnesiumbromid. Jako rozpouštědlo použijeme opět bezvodý ether. Ve druhém kroku přidáme zdroj protonů, čili H₃O⁺. Pořád děláme to samé, úplně stejný mechanismus. Záporně nabitý uhlík zaútočí na karbonylový uhlík a vyšoupne elektrony na kyslík. Pojďme si nakreslit meziprodukt. Kyslík má na sobě tři volné elektronové páry a je záporně nabitý. Tohle teď tedy spíš smažu, abychom si mohli lépe ukázat atomy navázané na karbonylovém uhlíku. Chceme si ukázat methylovou skupinu útočící na karbonyl, posunu tedy alkoxid trochu doleva, a ten získá záporný náboj. Takhle získáme prostor, abychom sem mohli dát methylovou skupinu. To už je zase o kousek blíž k tomu, jak bude vypadat náš finální produkt. Tady je volný elektronový pár. Jako obvykle si tenhle volný elektronový pár vezme proton a vznikne náš produkt. Naprotonovali jsme alkoxid, a tím vznikl alkohol. Tady se vytvořil alkohol a sem se přidala methylová skupina. Pokud si prohlédneme alkohol, který jsme právě vytvořili, zjistíme, že je to terciární alkohol. Tenhle uhlík je připojen k jednomu, dvěma, třem dalším uhlíkům. Grignardova činidla jsou velmi užitečná pro přípravu alkoholů. Můžeme připravit primární, sekundární i terciární alkoholy, Je to velmi univerzální činidlo. V dalším videu si o nich řekneme ještě něco víc. Podíváme se na retrosyntézu, tedy jak řešit příklady odzadu, a nějaké příklady ze syntézy.