7.1. Đại cương về chuyển vị Payne
Năm 1962, Payne báo cáo các kết quả về sự chuyển đổi vị trí của 2,3-epoxypropan-1-ol (1) thành 1,2-epoxy-3-ol (2) trong mơi trường kiềm. Hơn nữa, Payne chỉ ra rằng chuyển hóa này là một cân bằng hóa học (Hình 21) trong dung dịch nước kiềm (NaOH 0.5M trong nước). Đặc biệt, khi xử lý chất 3 với NaH, người ta thấy có sự thốt ra khí hydrogen, tuy nhiên sự chuyển vị lại hầu như không xảy ra trong 1,5 h, ở 10 oC (70% nguyên liệu đầu được tái phân lập cùng với chỉ khoảng 2% sản phẩm chuyển vị 4). Điều này cho thấy sự tạo thành cặp ion bền vững (muối sodium alkoxide) trong dung môi không chứa proton (nước) – nơi không xảy ra sự solvate hóa cặp ion – làm bất hoạt đáng kể sự chuyển vị.
Hình 21. Sự chuyển vị Payne của các 2,3-epoxy alcohol đơn giản
Các kết quả nghiên cứu khảo sát của Payne rất có giá trị không những trong việc củng cố nền tảng kiến thức đại cương hữu cơ, mà còn là tiền đề quan trọng để ứng dụng sự chuyển vị này trong tổng hợp tồn phần. Từ kết quả trên Hình 21, có thể kết luận rằng có hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ chuyển hóa của phản ứng này, đó là:
1/ Độ bền của base liên hợp (alkoxide bậc thấp bền hơn alkoxide bậc cao).
2/ Độ bền tương đối giữa epoxide ban đầu và sản phẩm: epoxide dạng trans bền hơn dạng
cis (do tương tác lập thể), epoxide nhiều lần thế nhiều hơn epoxide ít lần thế (do hiệu ứng
31
Bài 39. Quan sát các cân bằng trên Hình 21 và trả lời các câu sau:
1. Nêu nhận xét và giải thích kết quả của cân bằng 3 4.
2. Nêu nhận xét và giải thích kết quả của cân bằng (E)-5 anti-6.
3. Tại sao cân bằng (Z)-5 syn-6 lại dịch chuyển thuận lợi theo chiều thuận hơn cân bằng
(E)-5 anti-6?
4. Tại sao cân bằng (Z)-7 syn-8 lại dịch chuyển thuận lợi theo chiều thuận hơn cân bằng
(E)-7 anti-8? Sự khác biệt này có mâu thuẫn với yếu tố ảnh hưởng thứ 2/ đã được
nêu ở bảng trên?
Bài 40. Để làm rõ sự ảnh hưởng của base liên hợp đến sự chuyển dịch cân bằng, cân bằng chuyển
hóa từ 11 sang 12 đã được thực hiện ở 2 môi trường: NaOH/t-BuOH-H2O và KH/THF-HMPA và đã cho kết quả hoàn toàn trái ngược.
Liệu kết quả thực nghiệm này có mâu thuẫn với nguyên lý chung và các kết quả thực nghiệm được nêu phía trên? Hãy giải thích sự khác biệt này.
7.2. Ứng dụng chuyển vị Payne trong tổng hợp hữu cơ
Trong tổng hợp hữu cơ, việc hiểu được chuyển vị này giúp cho các nhà hóa học tránh được những phản ứng phụ không mong muốn. Hơn thế nữa, một số nhà hóa học có thể ứng dụng nó để chuyển đổi vị trí của các nhóm epoxide nhằm tạo thành dạng mong muốn. Tuy nhiên, tới thời điểm hiện tại, tính ứng dụng của chuyển vị này vẫn còn tương đối khó tiếp cận và hạn chế.
Bài 41. Dysiherbaine là một chất độc thần kinh được phân lập từ một loại bọt biển Micronesian có
tên khoa học là Dysidea herbacea. Q trình tổng hợp alkaloid này có đi thơng qua trung gian 1, một chất được tạo thành từ trung gian 2. Quan sát lập thể chất 2, ta có thể dự đốn tiền chất tạo thành nó có thể là epoxide 3. Tuy nhiên, dạng alcohol của 3 khơng có mặt phổ biến trên thị trường, thay vào đó dạng 4 (1,6-anhydro-β-D-glucopyranose) lại là dạng được thương mại hóa phổ biến hơn và được tổng hợp một cách đơn giản từ D-glucose:
Cách tổng hợp chất 4 từ D-glucose được trình bày như sau: Xử lý dung dịch D-glucose với 2-chloro-1,3-dimethylimidazolinium chloride (DMC) với sự có mặt của lượng dư Et3N, thấy phản ứng xảy ra hoàn toàn và tạo thành sản phẩm 5 (C6H10O5). Cho chất 5 tác dụng với TsCl trong pyridine rồi đun nóng
32
trong dung dịch NaHCO3/DMF-H2O một thời gian thu được trung gian 4.12,13
1. Vẽ công thức cấu dạng của D-glucopyranose và chất 4.
2. Biết rằng chất 5 chứa năm nhóm thế ở vị trí trục. Hãy vẽ cấu trúc lập thể của chất 5 và đề nghị cơ chế tạo thành nó.
3. Chỉ sử dụng BnBr là hợp chất hữu cơ duy nhất và các chất vô cơ cần thiết khác, hãy đề nghị sơ đồ tổng hợp chuyển chất 4 thành 2 (thông qua trung gian 3). Giả sử các dung môi và điều kiện cần thiết đều đầy đủ.
4. Vẽ các chất còn thiếu (với lập thể phù hợp) trong chuỗi phản ứng tổng hợp trung gian 1 từ chất 2 theo sơ đồ bên dưới:14
12Tetrahedron Letters 50 (2009) 2154–2157
13 Chinese Journal of Chemistry, 2009, 27, 1589—1592
33