V organickej chémii zohrávajú redukčné reakcie kľúčovú úlohu pri konštrukcii a modifikácii mnohých zlúčenín. Jedným z najsilnejších redukčných činidiel na trhu je lítium-hliník hydzbaviťe(LAH). Je známy svojou schopnosťou redukovať zmesi obsahujúce karbonyl, ako sú aldehydy, ketóny, estery a karboxylové kyseliny, s ich porovnateľnými alkoholmi. Je však účinný aj proti amidom.
Áno, LAH môže konvertovať amidy na ich zodpovedajúce amíny. Táto odozva zahŕňa zníženie zhromažďovania karbonylu v amide na amínový zväzok. Najmä LAH preruší väzbu C=O v amide a nakoniec ju zmení na amín oboznámením vodíka s karbonylovým uhlíkom. Táto odpoveď je veľmi užitočná v inžinierskych prírodných vedách, pretože zvažuje zmenu amidov, ktoré sa často používajú ako medziprodukty alebo praktické zoskupenia v komplexných časticiach, na amíny, ktoré majú veľa aplikácií v oblasti liečiv a materiálov.
Flexibilita LAH ako špecialistu na zmenšovanie je teda dodatočne doložená jej schopnosťou skutočne sa vysporiadať s amidmi, čo ukazuje svoju expanzívnu užitočnosť v prirodzenom spojení.
pochopenie lítiumalumíniumhydridu: silné redukčné činidlo
Od svojho uvedenia na trh v štyridsiatych rokoch minulého storočia mala robustná anorganická zlúčenina lítium-hlinitý hydrid (LAH), tiež známa ako AlLiH4, významný vplyv na oblasť organickej syntézy. Vďaka svojim silným redukčným vlastnostiam je táto biela kryštalická pevná látka mimoriadne užitočným činidlom v chemických laboratóriách. Aldehydy, ketóny, estery, karboxylové kyseliny a amidy sú len niektoré z funkčných skupín, ktoré je možné pomocou LAH redukovať na ich alkoholy alebo amíny. Jeho vysoká reaktivita a adaptabilita stanovili LAH ako základný prístroj vo vedeckej výrobe, ktorý umožňuje presnú kontrolu a výrobu mätúcich atómov pre rôzne aplikácie.
Štruktúra LAH pozostáva zo záporne nabitého [AlH4]-ión vyvážený kladne nabitým Li+ión. Toto jedinečné zloženie mu dáva schopnosť darovať hydridové ióny (H-) na rôzne organické zlúčeniny.
Efektívne ich znižovanie. Niektoré kľúčové vlastnosti lítium-hlinitého hydridu zahŕňajú:
Vysoká reaktivita s vodou a vzduchom
Silné redukčné schopnosti
Všestrannosť v organickej syntéze
Schopnosť redukovať široké spektrum funkčných skupín
Vzhľadom na svoju silnú povahu sa LAH bežne používa na redukciu karboxylových kyselín, esterov, aldehydov a ketónov na ich zodpovedajúce alkoholy. Ale čo amidy? Preskúmajme to ďalej.
problém redukcie amidov lítiumalumíniumhydridom
Amidy sú organické zlúčeniny obsahujúce karbonylovú skupinu (C=}O) naviazanú na atóm dusíka. Sú známe svojou stabilitou a odolnosťou voči redukcii, čo z nich robí náročný cieľ pre mnohé redukčné činidlá. Otázka znie: môžeLítium-hlinitý hydridprekonať túto výzvu?
Odpoveď je áno, ale s určitými výhradami. Lítiumalumíniumhydrid je skutočne schopný redukovať amidy, ale proces je zložitejší ako pri iných funkčných skupinách. Tu je dôvod:
Pevnosť väzby
Väzba CN v amidoch je obzvlášť silná a vyžaduje viac energie na prerušenie v porovnaní s inými karbonylovými zlúčeninami.
Rezonančná stabilizácia
Amidy profitujú z rezonančnej stabilizácie, ktorá ďalej zvyšuje ich odolnosť voči redukcii.
Reakčné podmienky
Redukcia amidov pomocou LAH často vyžaduje silnejšie podmienky, ako sú vyššie teploty alebo dlhšie reakčné časy.
Napriek týmto výzvam môže hydrid lítno-hlinitý účinne redukovať amidy na ich zodpovedajúce amíny. Reakcia zvyčajne prebieha v nasledujúcich krokoch:
Počiatočný útok hydridu na karbonylový uhlík
Tvorba intermediárneho komplexu
Ďalšia redukcia na prerušenie väzby CN
Tvorba konečného amínového produktu
Stojí za zmienku, že redukcia amidov pomocou LAH je často menej jednoduchá ako iné funkčné skupiny a chemici musia starostlivo zvážiť faktory, ako je štruktúra substrátu, reakčné podmienky a potenciálne vedľajšie reakcie.
Praktické úvahy a alternatívy redukcie amidov
Aj keď hydrid lítno-hlinitý skutočne dokáže redukovať amidy, nie je to vždy najpraktickejšia alebo najefektívnejšia voľba.
Chemici pri výbere redukčného činidla pre amidy často zvažujú niekoľko faktorov:
Selektivita
LAH je silné redukčné činidlo, ktoré môže tiež redukovať ďalšie funkčné skupiny prítomné v molekule.
Obavy o bezpečnosť
Vzhľadom na vysokú reaktivitu s vodou a vzduchom si manipulácia s LAH vyžaduje prísne bezpečnostné opatrenia.
Zväčšovacie výzvy
Použitie LAH vo väčších mierkach môže byť problematické vzhľadom na jeho exotermickú povahu a potenciál pre nekontrolované reakcie.
Úvahy o nákladoch
LAH môže byť drahší ako niektoré alternatívne redukčné činidlá.
Vzhľadom na tieto faktory chemici často skúmajú alternatívne metódy redukcie amidov. Niektoré populárne alternatívy zahŕňajú:
Borane (BH3) a jeho deriváty
Tieto zlúčeniny môžu účinne redukovať amidy za miernejších podmienok.
Katalytická hydrogenácia
Použitie plynného vodíka s kovovým katalyzátorom môže selektívne redukovať amidy.
Borohydrid sodný (NaBH4)
Aj keď je menej účinný ako LAH, môže byť účinný pri určitých redukciách amidov.
Rozpúšťanie kovových redukcií
Metódy ako Birchova redukcia môžu byť užitočné pre špecifické amidové substráty.
Pri výbere redukčného činidla zohrávajú úlohu špecifický amidový substrát, prítomnosť ďalších funkčných skupín a požadovaný výsledok reakcie.
záver
Berúc do úvahy všetko, kýmLítium-hlinitý hydridmôže bezpochyby znižovať amidy, nie je to vo všeobecnosti najlepšia voľba pre túto špecifickú zmenu. Jeho silné klesajúce kapacity z neho robia významný prístroj v prírodnej zmesi, ale fyzici by mali pri aplikácii na zníženie amidov opatrne zvážiť výhody a nevýhody. Chemici si budú môcť vybrať najlepšiu stratégiu pre svoje konkrétne syntetické požiadavky, ak si budú vedomí reaktivity LAH a budú skúmať iné prístupy.
Oblasť organickej chémie naďalej predstavuje vzrušujúce výzvy a príležitosti na inovácie, či už ste študent, ktorý sa učí o redukčných reakciách, alebo skúsený chemik, ktorý chce zlepšiť svoju syntetickú cestu. Schopnosť lítiumalumíniumhydridu znižovať amidy je len jedným z príkladov strhujúcej výmeny medzi konštrukciou zlúčeniny, reaktivitou a skonštruovaným systémom.
referencie
Seyden-Penne, J. (1997). Redukcie pomocou alumino- a borohydridov v organickej syntéze. Wiley-VCH.
Clayden, J., Greeves, N., & Warren, S. (2012). Organická chémia. Oxford University Press.
Carey, FA a Sundberg, RJ (2007). Pokročilá organická chémia: Časť B: Reakcia a syntéza. Springer.
Kürti, L., & Czakó, B. (2005). Strategické aplikácie pomenovaných reakcií v organickej syntéze. Elsevier Academic Press.
Smith, MB a March, J. (2007). March's Advanced Organic Chemistry: Reakcie, mechanizmy a štruktúra. John Wiley & Sons.