Syntetické reakce s alkyny

Koukáme na schéma vytvořené doktorem Schwartzem. To byl můj učitel organické chemie. Je na něm krásné to, že vidíte všechny nebo alespoň většinu reakcí, které jsme se naučili v první části kurzu organické chemie. Znázorňuje, jak jsou všechny tyto reakce vzájemně propojené. Je to velmi šikovné, když se snažíte vymyslet kroky syntézy. Pokud se snažíte syntetizovat jednu molekulu z jiné, musíte znát reakci, která propojuje dané funkční skupiny. Schéma je nejsnazší způsob, jak si to ukázat. Tedy jak si ukázat všechna možná propojení. A syntéza je to, o čem je celá organická chemie. Jak syntetizovat tuto molekulu z téhle? Jak syntetizovat molekulu, která je důležitá pro lidstvo? Molekulu, která se využívá v medicíně, aby pomohla zachránit životy nebo aby pomohla zlepšit život společnosti? Celá organická chemie je o syntéze a často to může být velmi komplikované. Proto se s těmito příklady setkáváme v organických testech. To je také důvod, proč to je dobré procvičovat s používáním schémat. Podívejme se na tento příklad. Syntetizujte následující molekuly pouze s využitím acetylenu a methylbromidu a s jakýmkoli anorganickým reaktantem nebo rozpouštědlem. Začneme s molekulou propan-2-olu. Zamyslíme se, jak bychom mohli tento alkohol vytvořit z acetylenu? Nejdříve není úplně jasné, co můžeme dělat. Můžeme na to jít odzadu. To se nazývá retrosyntéza, proto zde nakreslím retrosyntetickou šipku. Ta vypadá takhle. Zamyslíme se, z čeho můžeme vyrobit alkohol? Alkohol můžeme udělat z alkenu. To je jedna z reakcí, které jsme si už ukazovali. Nakreslíme si alken takto. Vrátíme se zpět ke schématu. Zkusme najít vhodnou reakci. Jdeme od alkenu k alkoholu. Podíváme se na schéma. Tady je alken. Tady přecházíme z alkenu na alkohol. Používáme tedy tuhle šipku. Máme dvě možnosti reaktantů. Můžeme přidat vodu a kyselinu sírovou, což by byla Markovnikovova adice OH. Nebo by to mohla být hydroborace/oxidace, což by byla antimarkovnikovovská adice OH. Podíváme se sem a rozhodneme se, kterou chceme. Chceme Markovnikovovu adici. Chceme, aby se OH přidalo na nejvíce substituovaný uhlík. Bude to voda a kyselina sírová pro tuto reakci. Teď máme alken, ale chceme zpátky k acetylenu. Vrátíme se ke schématu. Zkusím najít ve schématu acetylen. Acetylen je až tady nahoře. A máme alken. Zamyslíme se nad retrosyntézou. Musíme pracovat od konce. Z čeho můžu udělat alken? Můžeme ho udělat z tohle alkynu. Jak přeměníme alkyn na alken? Buď můžeme použít vodík a Lindlarův katalyzátor, tedy palladium, tím bychom dostali cis-produkt. Nebo můžeme použít kovový sodík a amoniak, abychom získali trans-produkt. Zamyslíme se nad retrosyntézou. Máme tu alken, který si vyrobím z alkynu. Jaké reaktanty tu potřebuju? Jak by měl alkyn vypadat? Pokud navážeme vodík na trojnou vazbu, přeměníme molekulu nalevo na alkyn. To je všechno, co musíme dělat. Přidali jsme trojnou vazbu do molekuly a udělali jsme ji tím lineární, jako vždy. Jak jsme to udělali? V tomto případě se nemusíme starat o cis nebo trans. Je proto velmi jednoduché použít vodík s Lindlarovým katalyzátorem, palladium. Teď tu mám požadovaný alkyn. Chceme se dostat zpět k acetylenu. Nakreslíme si sem naší retrosyntetickou šipku. Zamyslíme se, jak můžeme tuto molekulu udělat z acetylenu? Vrátíme se zpět ke schématu. Jak uděláme terminální alkyn z acetylenu? Nacházíme se tady. Chceme vyrobit alkyn z acetylenu. Uděláme alkylační reakci. Protože potřebujeme jen jednu alkylovou skupinu, uděláme to jen jednou. Potřebujeme jen jednu alkylační reakci. V prvním kroku přidáme velmi silnou bázi, amid sodný. Ve druhém kroku přidáme primární alkylhalogenid. Nakreslíme si to sem. V prvním kroku chceme přidat amid sodný. Ve druhém kroku přidáme alkylhalogenid. Jaký alkylhalogenid chceme použít? Na alkyn chceme přidat methylovou skupinu. Tady nahoře se říká, že můžeme použít methylbromid. To tedy bude náš alkyhalogenid, který použijeme v alkylační reakci. Takže použiji CH₃Br. Teď jsme hotovi, je to tak? Použili jsme retrosyntetický přístup. Pokud bychom to měli psát do testu, nejspíš bychom to psali v opačném pořadí. Začli bychom s acetylenem a použili bychom normální šipku. V prvním kroku přidáme amid sodný. Poté přidáme methylbromid pro alkylační reakci, abychom navázali tuto skupinu na acetylen. Nyní máme terminální alkyn, který můžeme přeměnit na alken, pokud přidáme vodík a otrávený katalyzátor, který zastavuje hydrogenaci ve stadiu alkenu. Poté použijeme Markovnikovovu adici OH s použitím vody a kyseliny sírové, abychom navázali OH na alken. A už jsme konečně hotovi. Takto by se mělo přistupovat k syntetické reakci. Máme čas na ještě jeden příklad. Zkusíme vymyslet postup syntézy této molekuly napravo. Podíváme se na molekulu napravo. Zkuste se nad tím sami zamyslet. Překreslíme si tu molekulu sem dolů, abychom měli víc místa. Tady napravo máme naši molekulu. Použijeme žlutou pro tento příklad. Toto je moje molekula. Máme dva bromy, které jsou trans, tedy proti sobě. Hned by nás měla napadnout reakce z předchozího videa. Halogenace přidá tyhle dva atomy na opačné strany alkynu. Můžeme přidat brom. Naše rozpouštědlo bude tetrachlormethan, čili CCl₄. Tak jsme to udělali v minulém videu. Podívejte se na poslední video o halogenaci alkynů. Co tím získáme? Co bychom dostali z našeho alkynu? Máme náš alkyn. A potom budeme mít ethylové skupiny na každé straně. To bude naše reakce. Tento alkyn potřebujeme připravit z acetylenu. Znovu jsme v této fázi. Opět jsme tady. Tento alkyn chceme vyrobit z acetylenu. Uděláme znovu alkylační reakci. Přidáme amid sodný v prvním kroku a alkylhalogenid ve druhém kroku. Nakreslíme si to. Nakreslíme si sem retrosyntetickou šipku. Chceme syntetizovat alkyn z acetylenu. Proto si sem nakreslíme acetylen. Víme, že to zvládneme ve dvou krocích. V prvním kroku přidám amid sodný. Ve druhém kroku přidám alkylhalogenid. Jaký druh alkylhalogenidu musíme přidat? Musíme přidat ethylovou skupinu na acetylen. Něco jako ethylbromid by fungovalo. Takže ethylbromid nám dá produkt. Možná si myslíte, že jsme hotovi. Že syntéza je skončena. Ale ve skutečnosti to tak není. Když se vrátíme nahoru a přečteme si otázku, zjistíme, že otázka říká: Syntetizujte následující molekuly jen s využitím acetylenu nebo methylbromidu, nikoli ethylbromidu. Takže ethylbromid nemůžeme použít. Musíme přijít na to, jak vyrobit ethylbromid. Ethylbromid obsahuje dva uhlíky. Zkusíme vymyslet způsob, jak udělat ethylbromid z acetylenu. Zkuste se zamyslet. Tahle cesta funguje, teď musíme zjistit, jak vyrobit ethylbromid z acetylenu. Znovu použijeme retrosyntézu. Potřebujeme alkylhalogenid. Jak uděláme alkylhalogenid z alkynu? Znovu si můžeme pomoci naším schématem. Vrátíme se zpátky nahoru a podíváme se na něj. Chceme vyrobit alkylhalogenid z alkynu. Zkusme najít náš alkylhalogenid. Ten je tady. Náš alkylhalogenid je až tady. Pokud uděláme retrosyntézu, chceme se dostat zpět k alkynu. Alkylhalogenid z alkenu můžeme udělat přidáním halogenovodíku, tedy HX. Retrosynteticky vyrobíme alkylhalogenid z alkenu s použitím halogenovodíku. Posuneme se dopředu a co sem napíšeme? Začneme s alkenem. Tohle je náš alken. Stačí ethen (ethylen) a naším halogenem je brom. Příslušný halogenovodík bude HBr. Pokud přidáme k ethylenu HBr, vznikne ethylbromid. Máme alken, ale musíme začít s acetylenem. Jak uděláme alken z alkynu? Ještě jednou se vrátíme zpět ke schématu, abychom si osvěžili paměť. Jsme opět u schématu. Potřebujeme alken a víme, jak udělat alken z alkynu. Stačí jen provést hydrogenaci s otráveným katalyzátorem, Lindlarovým palladiem. Nakreslíme si to. Alken můžeme udělat z alkynu, když přidáme vodíkový plyn a otrávený katalyzátor, Lindlarovo palladium. Z toho bude acetylen, je to tak? Vezmeme si acetylen a zkontrolujeme naši syntézu. Splnili jsme všechny podmínky? Pokud začneme s acetylenu... Vrátíme se zpátky sem. ... a přidáme vodíkový plyn a otrávený katalyzátor, dojde k hydrogenaci a z alkynu se stane alken. Vezmeme tento alken a přidáme k němu HBr. Dojde k adici H⁺ a Br⁻ na dvojnou vazbu, a tím dostaneme ethylbromid. Vezmeme další molekulu acetylenu a k ní přidáme amid sodný. K tomu přidáme ethyl bromid, který jsme teď vytvořili z acetylenu, abychom naalkylovali náš alken. Dáme sem ethylovou skupinu. A nakonec uděláme halogenaci alkynu, abychom dostali dva bromy v anti poloze. A jsme hotovi. Pokud to budete psát do testu, má asi větší smysl psát to takhle. Ale tohle je dobrý příklad práce se schématem. Vrátíme se zpět nahoru a ještě jednou se na něj podíváme. Doporučuji vám toto schéma používat. Udělejte si vlastní a vyzkoušejte si hodně příkladů. Udělejte si hodně příkladů na syntézu. Můžou vám je zadat kamarádi nebo si je můžete vymýšlet sami. Toto je velmi důležitá schopnost, zvlášť pokud chcete být dobří v organické chemii.