Williamsonova syntéza etherů

Jedním ze způsobů tvorby etherů je Williamsonova syntéza etherů. V té vycházíme z alkoholu, ke kterému přidáváme silnou bázi, která ten alkohol deprotonuje. Po deprotonaci alkoholu přidáváme alkylhalogenid, přičemž primární alkylhalogenid funguje nejlépe. Za chvilku si vysvětlíme, proč tomu tak je. Když spojíte uhlovodíkový zbytek R z alkylhalogenidu s tím, co původně bylo alkoholem, vytvoříte ether. Pojďme se podívat se na mechanismus Williamsonovy syntézy etheru, která potřebuje alkohol jako výchozí látku. Víme, že alkoholy jsou slabými kyselinami. Proto při reakci alkoholu se silnou bází, jako je například hydrid sodný... Hydridový anion je velmi silnou bází. ... bude volný elektronový pár přijímat tento proton, proto tyto elektrony budou přemístěny na kyslík. Nakreslíme produkt této acidobazické reakce, máme teď kyslík se třemi elektronovými páry, a proto kyslík nese náboj minus jedna. Vzniklý anion se nazývá alkoxidovým aniontem. Bude interagovat s kladně nabitým sodným kationtem, který je v roztoku. Je to elektrostatické iontové přitahování mezi dvěma opačnými náboji. Teď přijde alkylhalogenid. Nakreslíme alkylhalogenid, který bude vypadat takto. Víme, že mezi tímto uhlíkem a halogenem je rozdíl elektronegativit, proto halogen bude částečně záporný, zatímco uhlík částečně kladný. Částečně kladný uhlík znamená, že tento uhlík chce elektrony. Proto v dalším reakčním kroku bude v roli elektrofilu. Volný elektronový pár na kyslíku se bude chovat jako nukleofil. Opačné náboje se přitahují. Volný elektronový pár nukleofilu bude atakovat elektrofilní uhlík. Současně s tím se elektrony vazby mezi uhlíkem a halogenem přemístí na atom halogenu. Je to SN₂ mechanismus, který vysvětluje, proč primární alkylhalogenid je nejlepší, jelikož má nižší sterické bránění v porovnání s jinými alkylhalogenidy. Výsledkem tohoto nukleofilního ataku bude připojení kyslíku na tento uhlík za vzniku etheru. Výsledný ether můžeme překreslit tímto způsobem, aby bylo vidět, že jsme navázali primární alkylový substituent R. Pojďme se podívat na příklad Williamsonovy syntézy etherů. Začneme touto molekulou vlevo. Tato molekula vypadá zajímavě. Nazývá se beta-naftol. Beta-naftol má dvě spojená aromatická jádra a hydroxyskupinu na jednom z nich. Taková je struktura beta-naftolu. V prvním kroku budeme přidávat zásadu, konkrétně hydroxid draselný. Hydroxid draselný je slabší báze, než je hydrid sodný, ale v našem případě je v pořádku použít trochu slabší bázi. Volný elektronový pár na hydroxidu přijme tento proton a nechá tyto elektrony na alkoxidovém kyslíku. Nakreslíme konjugovanou bázi k beta-naftolu tak, že odtrhneme proton, a kyslík zbude se třemi volnými elektronovými páry, a proto bude mít náboj minus jedna. Máme alkoxidový anion. Tento alkoxidový anion je stabilizován rezonancí. Tím, že rezonance stabilizuje alkoxidový anion, lze vysvětlit to, že beta-naftol je silnější kyselinou, než jakými jsou jiné alifatické alkoholy. To, že beta-naftol kyselejší, vysvětluje možnost použití slabší báze pro deprotonaci. Hydroxid draselný je dostatečně kyselý na to, aby odštěpil kyselý vodík v beta-naftolu, protože konjugovaná báze k beta-naftolu je stabilizovaná rezonancí. V druhém reakčním kroku, hned po tvorbě alkoxidového aniontu, budeme přidávat alkylhalogenid. Přidáváme alkylhalogenid, například methyljodid. Methyljodid vypadá takto. Víme, že tento uhlík je elektrofilní. Máme elektrofil, máme nukleofil. Volný elektronový pár kyslíku atakuje uhlík, elektrony se přemístí na atom jodu, a dojde ke vzniku produktu. Pojďme nakreslit výsledný produkt reakce, Aromatická jádra zůstanou nezměněná. Ale teď máme methylovou skupinu, navázanou na tento kyslík, která vznikla z methyljodidu. Získali jsme produkt. Nazývá se nerolin a používá se jako ustalovač v parfumerii. Má zajímavou vůni. Pokud budete mít možnost provést Williamsonovu syntézu tohoto etheru, podívejte se, jak vypadá a jak voní a jak může být použit jako složka parfému. Vraťme se k syntéze etherů. Máme před sebou úkol připravit takovýto ether. Co k tomu budeme potřebovat? Máme ten ether a můžeme jej získat z nějakých jiných látek. Podíváme se na alkylové skupiny připojené na kyslík. Tady máme methylovou skupinu a tady cyklohexylovou skupinu. Jedna z těchto skupin vznikla z alkylhalogenidu. Chceme použit alkylhalogenid s nejmenším sterickým bráněním, jelikož reakce funguje SN₂ mechanismem. Chceme alkylhalogenid s methylovou skupinou. V druhém reakčním kroku budeme přidávat něco jako je methyljodid. Je nejméně stericky bráněný, a proto se zvýší výtěžek reakce. Je to druhý reakční krok. V prvním kroku budeme přidávat silnou bází, například použijeme hydrid sodný. To znamená, že alkohol bude obsahovat tuto část molekuly. Nakreslíme výchozí alkohol, který bude vypadat takto. V prvním kroku nastane reakce alkoholu s hydridem sodným, který odtrhne proton a vytvoří alkoxid, který následně provede nukleofilní atak na methyljodidu a vytvoří ether vpravo. Takhle máme postupovat ve Williamsonově syntéze etherů. Myslíte retrosynteticky a rozhodnete, která z alkylových skupin je nejlepší pro alkylhalogenid.