PHẢN ỨNG CỘNG VÀO LIÊN KẾT ĐÔI C=C
3. PHẢN ỨNG CỘNG ELECTROPHILE VÀO DIENE VÀ NUCLEOPHILE VÀO LIÊN KẾT ĐÔI C=C LIÊN HỢP VỚI C=O
3.2. Phản ứng cộng nucleophile vào liên kết đôi C=C liên hợp với C=O
Mật độ điện tử tại liên kết đôi C=C lớn nên những alkene đơn giản hầu như không cho phản ứng cộng với tác nhân nucleophile. Khi alkene có chứa những nhóm rút điện tử mạnh, gây ra tính dương điện một phần tại carbon , khi đó nucleophile có thể tấn công vào carbon này.
Trong phần này sẽ đi sâu vào tìm hiểu phản ứng cộng nucleophile của liên kết đôi C=C liên hợp với C=O. Xét cấu trúc cộng hưởng của aldehyde hay keton ,-bất bão hòa:
Mặc dù cấu trúc B và C mang điện tích riêng rẽ, chúng vẫn có đóng góp đáng kể vào sự tạp chủng vì điện tích âm nằm trên nguyên tử oxygen có độ âm điện cao.
Cấu trúc B và C chỉ ra rằng carbon carbonyl và carbon phải mang một phần điện tích dương. Công thức tạp chủng có thể viết dưới dạng:
Cấu trúc trên khiến chúng ta có thể mong đợi tác nhân nucleophile có thể tấn công vào cả carbon carbonyl (cộng 1,2) và carbon (cộng 1,4).
-258-
Ví dụ, phản ứng của tác nhân Grignard vào hợp chất sau xảy ra theo cả hai kiểu cộng 1,2 và 1,4:
3.2.2. Cơ chế phản ứng
Thường hầu hết các tác nhân nucleophile cộng vào hợp chất carbonyl ,-bất bão hòa sẽ cộng vào carbon . Trong một số trường hợp, khi nucleophile yếu được dùng, phản ứng cộng vào C=C liên hợp là hướng đi chính hoặc độc quyền.
Cơ chế phản ứng trên có thể được mô tả như sau:
-259- Tương tự cho phản ứng cộng Me2NH:
3.2.2.1. Phản ứng cộng Michael
Phản ứng cộng liên hợp của enolate vào hợp chất carbonyl ,-bất bão hòa được biết đến là phản ứng cộng Michael (được khám phá vào năm 1887 bởi Arthur Michael, trường đại học Tufts và sau đó là Harvard).
Cơ chế phản ứng có thể mô tả như sau:
-260-
Phản ứng cộng Michael có thể xảy ra với các tác nhân khác như ester acetylenic, nitrile ,-bất bão hòa.
3.2.2.2. Phản ứng tạo vòng Robinson
Phản ứng cộng Michael sau đó là sự ngưng tụ aldol được sử dụng để tạo một vòng gắn vào khung có sẵn. Quy trình này được biết đến như là phản ứng tạo vòng Robinson (sau nhà hóa học người Anh, Robert Robinson, người thắng giải Nobel Hóa Học vào năm 1947 cho việc nghiên cứu các hợp chất xuất hiện trong tự nhiên).
-261- 3.2.3. Một số ví dụ khác
Yêu cầu cơ bản cho các phản ứng kể trên là anion tạo thành phải được làm bền bởi nhóm rút điện tử như carbonyl.
Với amine bậc 1, sản phẩm tạo thành không dừng lại vì vẫn còn tính nucleophile, phản ứng cộng lần hai xảy ra thay thế nguyên tử hydrogen của N.
Phenyl phosphine có thể cộng vào acetonitrile hai lần, trong khi alcohol chỉ một lần:
Nếu có sự cạnh tranh các tâm nucleophile cùng hiện diện trong một phân tử, chẳng hạn cùng chu kì hai (N hay O) và cùng chu kì ba (S hay P), thường nguyên tố chu kì ba sẽ thắng do cặp điện tử cô lập nằm trên orbital 3sp3 có mức năng lượng cao hơn 2sp3.
-262-
Các nhóm –CN có thể chịu tấn công trực tiếp bởi tác nhân nucleophile.
Với hợp chất nitro ,-bất bão hòa, sản phẩm từ sự tấn công trực tiếp của tác nhân nucleophile vào nhóm nitro rất kém bền và nghịch đảo nhanh chóng trở về nguyên liệu đầu.
Xét phản ứng của hợp chất sau với NaBH4/MeOH:
Một phản ứng khá quan trọng là phản ứng thế electrophile vào hệ thơm: hợp chất carbonyl ,-bất bão hòa có thể kết hợp với acid Lewis để tạo tác nhân electrophile cho phản ứng với dẫn xuất benzene:
-263- Xét cơ chế của phản ứng sau:
Xét phản ứng sau:
-264-
Phản ứng này không đơn giản chỉ là sự thế nucleophile trực tiếp với sự ra đi của nhóm xuất theo cơ chế SN2 vì như đã biết, phản ứng thế SN2 không xảy ra tại carbon lai hóa sp2. Phản ứng bắt đầu bằng sự cộng liên hợp:
Halogen là những nhóm xuất rất tốt thường dùng cho phản ứng thế liên hợp:
Epoxide hóa nucleophile:
- Hydroperoxide là nucleophile tốt vì có hiệu ứng alpha: sự tương tác của hai cặp điện tử cô lập nằm trên các nguyên tử oxygen liền kề làm tăng mức năng lượng của HOMO anion hydroperoxide, làm cho nó là nucleophile tốt hơn và mềm hơn ion hydroxide. Hydroperoxide có tính base kém hơn hydroxide do hiệu ứng cảm rút điện tử của nguyên tử oxygen thứ nhì.
-265- Ví dụ:
Có thể dùng m-CPBA (sẽ phân tích trong phần sau):
-266- Cơ chế cộng-tách:
Xét ví dụ: enone vòng có nhóm thế -fluoro phản ứng với amine bậc 2 trong phản ứng sau: ban đầu là sự cộng liên hợp bình thường, sau đó là sự ra đi của nhóm xuất.