Aldolizace

V tomto videu vám chci představit mechanismus aldolové kondenzace. Je to jeden z nejdůležitějších mechanismů a reakcí v celé organické chemii, protože to je mocný nástroj k vytvoření vazby mezi dvěma uhlíky. A bude to takový souhrn toho, co jste viděli s enoly, enolátovými ionty a v keto-enol tautomerii. Těžko se mi to vyslovuje. Začneme s dvěma aldehydy. Pro zjednodušení budou oba stejné. Řekněme, že jeden z těchto aldehydů má pouze uhlíkatý řetězec. To symbolizuje to „R“, může mít jakoukoliv délku. A pak máme další uhlík tady. To je místo, kde je navázaná karbonylová skupina a my z toho uděláme aldehyd, ačkoliv tato reakce by fungovala i s ketonem. A pro ujasnění, tento uhlík, který bude hrát důležitou roli... Nakreslím mu vodíky. Normálně je nemusíme kreslit. A jen pro zopakování, uhlík, který sousedí s karbonylovým uhlíkem, se nazývá alfa uhlík. Kdyby to byl keton, také by se jednalo o alfa uhlík, kdyby toto byl uhlík. Kromě toho, že budeme zkoumat tuto reakci, také zjistíme, že tyto vodíky jsou mnohem kyselejší než vodíky na uhlících na zbytku řetězce. Je to kvůli tomu, že tento proton může být předán něčemu jinému, elektron pak půjde k tomuto uhlíku, a pak to bude rezonančně stabilizováno. A to uvidíme za okamžik. Řekl jsem, že nakreslím dvě stejné molekuly, protože potřebujeme dvě. Vlastně budeme v určitém smyslu tyto dvě molekuly spojovat. Takže nakreslím další aldehyd sem. Nakreslím ho symetricky k tomuto, protože pak bude jednodušší představit si to. Nakreslím to stejně. Ale jinou barvou. Takže tady je „R“ skupina a tady je pak kyslík. Nebudu už kreslit všechny vodíky, ale pořád platí, že jsou to stejné molekuly. Vodíky tam jsou, jen je nekreslím. Aldolová reakce, kterou vám nyní ukážu, bude v zásaditém prostředí. Takže bude katalyzována bází. A teď si představte, že se tu někde potuluje hydroxid. Nějaký hydroxidový anion. Nakreslím to jinou barvou. Takže tady kolem jsou všude záporně nabité hydroxidové anionty. Řekli jsme, že tyto vodíky jsou mnohem kyselejší, než vodíky kdekoli jinde na uhlíkovém řetězci - tyto alfa vodíky. Může se tedy stát, že elektron z hydroxidu přeskočí na jeden z protonů vodíku a jakoby vytlačí původní elektron, který na tom vodíku byl, zpět k alfa uhlíku. A když se tak stane, další krok v naší reakci by vypadal takto. Nakreslím to v rovnovážném stavu. Vlastně, nakreslím to takto. Výsledek tohoto kroku by byl v rovnováze s… Tady je uhlíkový řetězec molekuly. Jen na ukázku toho, že by to mohlo být cokoliv. Je připojen k alfa uhlíku, který se teď stane záporným, jak ukáži za chvilku, který je připojen ke karbonylové skupině, která je připojena k vodíku. Odteď přestanu kreslit ten vodík. My víme, že tady je. Ale tento vodík nepřestanu kreslit. Další vodík byl odebrán a tento alfa uhlík má teď záporný náboj, protože dostal elektron od tohoto vodíku. A samozřejmě, tady je hydroxid, který se spojil s tímto vodíkem, a vznikla voda. Důvod, proč to vůbec mělo kyselý charakter je ten, že se jedná o resonanční strukturu. Ukážu vám, že se opravdu jedná o resonanční strukturu. Tento alfa uhlík může dát své elektrony karbonylovému uhlíku. A když karbonylový uhlík dostane elektron, může pak předat elektron tomu kyslíku. To přeruší dvojnou vazbu. Takže tato konfigurace má rezonanční strukturu takovou… Mohl bych to nakreslit takto. Tady je „R“, pak jednoduchá vazba k tomuto kyslíku… Získal elektron, takže je záporný. A dvojná vazba se vytvořila tady. Kdybych chtěl, mohl bych tady nakreslit ten vodík, ale nemusím. Víme, že tam je. Tohle už možná znáte, je to enolátový anion. Přesně toto je enolátový anion. Kdybychom tady měli vodík, byl by to enol, a mohli bychom říct, že toto je keto forma a toto enol forma. Už jsme to dřív viděli. Zajímavé na enolátovém iontu je, že se chová jako nukleofil. Může provést nukleofilní útok na karbonylovou skupinu jiného aldehydu. Ale nedělá to úplně běžným způsobem, ukážu vám jak. Probíhá to takto. Nakreslím sem toto. Tady je karbonylová skupina s jejím alfa uhlíkem a tady je „R“ skupina. Tady ten vodík pořád je. Jen jsem to převrátil. Tyto dvě molekuly jsou stejné. Aby to bylo jasné, tyto dvě molekuly jsou rezonanční struktury. To je důvod, proč je jednodušší vzít alfa vodík karbonylové skupiny, než vodík z uhlíkového řetězce. Je jednodušší odebrat alfa vodík a dát ho karbonylové skupině, díky existenci těchto resonančních struktur. Tento enolátový anion, zvlášť v této konfiguraci, dělá něco takového: Tento kyslík vrací zpět elektron karbonylovému uhlíku, tady tomu uhlíku, a když se tak stane, tak se ten uhlík vzdá jednoho ze svých elektronů. A elektron, kterého se vzdal, nakreslím ho novou barvou, ten elektron může jít sem a „zaútočit“ na jádro této karbonylové skupiny. Když tento karbonylový uhlík přijme elektron, může věnovat jeden ze svých tomuto kyslíku. Výsledkem by bylo něco takového… Opět to nakreslím, jakože jsou v rovnováze. Odtud se dostaneme sem a co máme, je situace, kdy… Nakreslím nejdřív to nalevo. Máme dvojnou vazbu k tomuto kyslíku… Nebo vlastně nakreslím tu druhou vazbu fialově. Toto je kyslík. Máme teď dvojnou vazbu. Nakreslím to stejnou fialovou. A pak máme zbytek toho, co bylo aldehydem. Kde máte -nakreslím to stejnou barvou- a tady je „R“ skupina. Ale teď tento elektron zaútočí na tento aldehyd, takže tento alfa uhlík, ten stejný alfa uhlík, se kterým jsme doteď pracovali, bude teď navázán k tomuto karbonylovému uhlíku. A bude to vypadat takto… Nakreslím to správnými barvami. Karbonylový uhlík je teď navázán jednoduchou vazbou ke kyslíku, který si od něj vzal jeden elektron, takže kyslík má teď záporný náboj a je vázán ke svému alfa uhlíku a ten je navázán na tento uhlovodíkový zbytek, nebo něco podobného. Jakkoliv to chcete nazvat. A závěrečný krok… Tento anion se může zbavit svého záporného náboje jednoduše tím, že si vezme vodík z vody, která byla vytvořena na začátku. Je jasné, že to nebude ta stejná molekula, která byla vytvořena v předchozím kroku. Ale voda vytvořena v předchozím kroku může přijmout elektron. Samozřejmě, vše je v zásaditém prostředí. Kyslík tedy předá elektron vodíku molekuly vody a ten ho pak předá hydroxidové skupině, která se opět stane negativní. Co tedy bude konečným produktem? Konečným produktem bude... Pokusím se to znovu nakreslit sem. Tady je tedy karbonylová skupina připojená k této radikálové skupině- -to je první část molekuly. Můžu to nakreslit stejnými barvami. Tato vazba je tady a tato zase tam. A tento uhlík je připojen k uhlíku, který je teď připojen k hydroxylové skupině. Bude to vypadat takto… Tento kyslík je teď tady a navázal na sebe vodík z vody. Vznikla tedy hydroxylová (alkoholová) skupina. Tedy -OH skupina. A pak konečně, toto je vázáno k bývalému alfa uhlíku. Co bylo alfa uhlíkem, je teď připojeno k radikálové skupině. Můžeme si připomenout, že je tady ten vodík, který tu byl celou dobu. Tak proč je to nazýváno aldolová reakce a proč na ní záleží? Říká se ji aldolová reakce, protože produktem je jak aldehyd, tak alkohol. To je tedy původ slova „aldol“. Důležité je, že by tohle fungovalo i s ketonem. Mohli byste mít methylovou či ethylovou skupinu nebo dlouhý uhlíkový řetězec, pořád by to fungovalo. Takže aldolové reakci nepodléhají vždy jen aldehydy a alkoholy. Mohly by to být taky ketony a alkoholy. Proto se to nazývá aldolová kondenzace. Důležitější věc je, že aldolová reakce ukazuje, jak enolátový ion může být nukleofilem. Taky vysvětluje, proč jsou alfa vodíky kyselejší než vodíky na zbytku uhlíkového řetězce. Ale hlavně poskytuje užitečný způsob spojení dvou uhlíkových řetězců. Všimněte si, že jsme spojili tento alfa uhlík s tímto karbonylovým uhlíkem a vytvořili tak aldol. Někdy taky může být nazýván… Protože tady je alfa uhlík, toto je beta uhlík, takže někdy se tomu aldolu může říkat „beta hydroxy“… Pravděpodobně najdeme takové věci v lékárně, které v sobě mají toto spojení. Takže se tomu říká „beta hydroxy“… Tohle je alfa a toto beta uhlík. Hydroxylová skupina je na beta uhlíku, takže „beta-hydroxy aldehyd“. Doufám, že vás to bavilo.