Chapter 18 - Carbonilic Ii

‫פרק ‪ – 18‬תרכובות קרבוניליות ‪II‬‬ ‫בפרק ‪ 17‬ראינו כי תרכובות קרבוניליות‪ ,‬תרכובות עם קבוצה קרבונילית )‪ ,(C=O‬מתחלקות לשתי קבוצות‪:‬‬ ‫• סוג ‪ – I‬תרכובות קרבוניליות בעלות קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופיל‪.‬‬ ‫• סוג ‪ – II‬תרכובות קרבוניליות חסרות קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופיל‪ :‬אלדהידים וקטונים‪.‬‬ ‫אלדהיד )‪ :(aldehyde‬הקבוצה הקרבונילית קשורה למימן ולאלקיל )קבוצת ‪(R‬‬ ‫או לאריל )‪ .(aryl‬ה‪ formaldehyde-‬הוא סוג של אלדהיד בו הקבוצה‬ ‫הקרבונילית קשורה לשני מימנים‪.‬‬ ‫קטון )‪ :(ketone‬הקבוצה קרבונילית קשורה לשתי קבוצות אלקיליות או לשתי‬ ‫קבוצות אריליות‪.‬‬ ‫הסיבה לכך שאלדהידים וקטונים אינם מכילים קבוצה שיכולה להתחלף בנוקליאופיל היא שהן יוני מימן )‪ (H-‬והן קרבואניונים‬ ‫)‪ (R-‬בסיסיים מדי כדי להיתלש ע"י נוקליאופילים‪ .‬הם לא יוותרו על מקומם לטובת נוקליאופיל בתנאי מעבדה רגילים‪.‬‬ ‫התכונות הפיזיקליות של אלדהידים וקטונים נדונו בפרק ‪) 17‬חלק ‪.(3‬‬ ‫‪ .1‬נומנקלטורה‬ ‫אלדהידים‬ ‫השם הסיסטמתי של של אלדהיד מתקבל ע"י החלפת סיומת ”‪ “e‬משם ההורה הפחמימני ב‪ .“al” -‬לדוגמא‪ ,‬אלדהיד חד‪-‬פחמני‬ ‫הוא ‪ ,methanal‬אלדהיד דו‪-‬פחמני הוא ‪ .ethanal‬אין צורך לציין את מיקום הפחמן הקרבונילי‪ ,‬משום שהוא תמיד ימצא בקצה‬ ‫ההורה הפחמימני ולכן תמיד יקבל את מיקום ‪.1‬‬ ‫השם הרגיל של אלדהיד זהה לשם הרגיל של‬ ‫החומצה הקרבוקסילית המקבילה‪ ,‬מלבד‬ ‫שהסיומת ”‪ “ic acid‬או ”‪“oic acid‬‬ ‫מוחלפת ב‪ .“aldehyde” -‬כאשר‬ ‫משתמשים בשמות רגילים‪ ,‬מיקומו של‬ ‫מתמיר מצוין ע"י אות יוונית‪ .‬הפחמן‬ ‫הקרבונילי אינו מקבל אות‪ ,‬כך שהפחמן‬ ‫השכן לו תמיד יהיה פחמן ‪.α‬‬ ‫אם הקבוצה האלדהידית מחוברת לטבעת‪,‬‬ ‫האלדהיד מקבל את שמו ע"י הוספת‬ ‫”‪ “carbaldehyde‬לשמה של התרכובת‬ ‫הציקלית‪.‬‬ ‫לקבוצה הקרבונילית יש עדיפות נומנקלטורית על פני קבוצת‬ ‫כוהל או אמין‪ .‬למרות זאת‪ ,‬לא לכל התרכובות הקרבוניליות‬ ‫יש עדיפות זהה‪ .‬סדר העדיפויות הנומנקלטורי מרוכז בטבלה‬ ‫‪.← 18.1‬‬ ‫אם לתרכובת יש שתי קבוצות פונקציונליות‪ ,‬הקבוצה בעלת‬ ‫העדיפות הנמוכה תרשם בהתחלה השם‪ .‬הקידומת של חמצן‬ ‫אלדהידי שהינו חלק מההורה הפחמימני היא ”‪.“oxo‬‬ ‫הקידומת של קבוצה אלדהידית חד‪-‬פחמנית שאינה חלק‬ ‫מההורה הפחמימני היא ”‪.“formyl‬‬ ‫אם התרכובת בעלת אלקֵן וקבוצת אלדהיד‪ ,‬האלקן ירשם‬ ‫קודם‪ ,‬תוך הסרת הסיומת ”‪. “e‬‬ ‫‪1‬‬

‫קטונים‬ ‫השם הסיסטמתי של קטון מתקבל ע"י הסרת סיומת ”‪ “e‬משם ההורה הפחמימני והוספת ”‪ “one‬השרשרת ממוספרת בכיוון‬ ‫שייתן לפחמן הקרבונילי את המספר הנמוך ביותר‪ .‬במקרה של קטונים ציקלים‪ ,‬אין צורך להעניק לפחמן הקרבונילי מספר מאחר‬ ‫והוא תמיד יהיה בעמדה ‪ .1‬לעיתים קרובות משתמשים בשמות אחרים לקטונים‪ :‬רושמים את המתמירים המחוברים לקבוצה‬ ‫הקרבונילית בסדר אלפבתי ובסוף ”‪.“ketone‬‬

‫לקטונים בודדים יש שמות רגילים‪ .‬הקטון הקטן ביותר‪ ,propanone ,‬מכונה בשמו המוכר יותר‪ -‬אצטון‪.‬‬ ‫שמות רגילים ניתנים גם לקטונים עם מתמירים פנילים‪ :‬מספר הפחמנים )שאינם על הטבעת הפנילית( מצוין ע"י השם הרגיל של‬ ‫החומצה הקרבוקסילית המקבילה‪ ,‬והחלפת ”‪ “ic acid‬ב‪.“ophenone” -‬‬ ‫אם לקטון קבוצה פונקציונלית נוספת עם עדיפות נומנקלטורית‪ ,‬החמצן של הקטון יצוין ע"י הקידומת ”‪.“oxo‬‬

‫‪ .2‬ריאקטיביות יחסית של תרכובות קרבוניליות‬ ‫ראינו שקבוצה קרבוקסילית פולרית משום שחמצן‪ ,‬שיותר אלקטרונגטיבי מפחמן‪ ,‬מאכלס יותר את האלקטרונים של הקשר‬ ‫הכפול‪ .‬המטען החיובי החלקי על הפחמן הקרבונילי גורם לתרכובות קרבוניליות להיות מותקפות ע"י נוקליאופילים‪.‬‬ ‫לאלדהיד יש מטען חיובי חלקי גדול יותר על הפחמן הקרבונילי שלו מאשר קטון‬ ‫מאחר ומימן מושך אלקטרונים טוב יותר מקבוצה אלקילית‪ .‬אלדהיד‪ ,‬אם כן‪ ,‬פחות‬ ‫יציב מקטון‪ ,‬ולכן ריאקטיבי יותר כלפי התקפה נוקליאופילית‪.‬‬ ‫הפרעות סטריות גם משפיעות על הריאקטיביות הגבוהה יותר של אלדהידים‪ .‬הפחמן‬ ‫הקרבונילי של אלדהיד חשוף יותר בפני נוקליאופיל מאשר הפחמן הקרבונילי של‬ ‫קטון‪ ,‬היות ומימן המחובר לפחמן הקרבונילי של אלדהיד קטן יותר מהקבוצה‬ ‫האלקילית שמחוברת לפחמן הקרבונילי של קטון‪.‬‬ ‫להפרעות סטריות יש גם השפעה על מצב המעבר הטטראהדרלי משום שזוויות‬ ‫הקשר הן ‪ 109.5°‬ולכן הקבוצות האלקיליות קרובות יותר אחת לשניה מאשר‬ ‫בתרכובת הקרבונילית‪ ,‬בה זוויות הקשר הינן ‪ .120°‬לקטונים יש הפרעות‬ ‫סטריות גדולות יותר במצבי המעבר‪ ,‬ולכן מצבי המעבר שלהם יציבים פחות‬ ‫מאלו של אלדהידים‪.‬‬ ‫היכן ממוקמת הריאקטיביות של אלדהיד או קטון כלפי נוקליאופילים בהשוואה לתרכובות הקרבוניליות שנלמדו בפרק ‪?17‬‬ ‫אלדהידים וקטונים מצויים בדיוק באמצע‪ -‬הם פחות ריאקטיבים מאציל הלידים וחומצות אנהידרידיות‪ ,‬אך יותר ריאקטיבים‬ ‫מאסטרים‪ ,‬חומצות קרבוקסיליות ואמידים‪.‬‬ ‫אציל הליד < חומצה אנהידרידית < אלדהיד < קטון < אסטר ~ חומצה קרבוקסילית < אמיד < יון קרבוקסילאט‬ ‫לתרכובות הקרבוניליות שנדונו בפרק ‪ 17‬יש זוג אלקטרונים לא קושר על אטום המחובר לקבוצה הקרבונילית שיכול להיות‬ ‫משותף לפחמן הקרבונילי ע"י רזוננס‪ ,‬וכך להקטין את מחסור האלקטרונים שלו‪ .‬ראינו שהריאקטיביות של תרכובות‬ ‫קרבוניליות אלו קשורה לבסיסיות של הקבוצה העוזבת‪ .‬ככל שהבסיסיות של הקבוצה העוזבת נמוכה יותר‪ ,‬כך גדלה‬ ‫‪2‬‬

‫הריאקטיביות של הפחמן הקרבונילי היות ובסיסים חלשים תורמים פחות לרזוננס וטובים יותר במשיכת האלקטרונים מהפחמן‬ ‫הקרבונילי‪.‬‬ ‫כתוצאה מכך‪ ,‬אלדהידים וקטונים אינם ריאקטיבים כמו תרכובות קרבוניליות בהן הקבוצה העוזבת היא בסיס חלש מאד )אציל‬ ‫הלידים וחומצות אנהידרידיות( אך יותר ריאקטיבים מתרכובות קרבוניליות בהן הקבוצה העוזבת היא בסיס חזק יחסית )חומצות‬ ‫קרבוקסיליות‪ ,‬אסטרים ואמידים(‪.‬‬ ‫‪ .3‬כיצד אלדהידים וקטונים מגיבים‬ ‫בפרק ‪ 17‬ראינו כי הקבוצה הקרבונילית של חומצה קרבוקסילית או תולדה של חומצה קרבוקסילית מחוברת לקבוצה שניתן‬ ‫להחליפה בנוקליאופיל‪ .‬אי לכך‪ ,‬תרכובות אלו מגיבות עם נוקליאופילים ליצירת תוצרי התמרה‪.‬‬ ‫בניגוד לכך‪ ,‬הקבוצה הקרבונילית של אלדהיד או קטון מחוברת לקבוצה שבסיסית מדי להסרה בתנאים רגילים‪ .‬כתוצאה מכך‪,‬‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם נוקליאופילים ליצירת תוצרי סיפוח‪ ,‬ולא תוצרי התמרה‪ .‬לכן‪ ,‬אלדהידים וקטונים עוברים‬ ‫ריאקציות סיפוח נוקליאופילי בעוד שתולדות של חומצות קרבוקסיליות עוברות ריאקציות התמרה אצילית נוקליאופילית‪.‬‬

‫כאשר נוקליאופיל מסתפח לקבוצה הקרבונילית‪ ,‬הפחמן הקרבונילי מחליף את ההיברידיזציה שלו מ‪ sp2 -‬ל‪ .sp3 -‬בפרק ‪17‬‬ ‫)חלק ‪ (5‬ראינו כי תרכובת עם פחמן ‪ sp3‬שמחובר לאטום חמצן לא תהיה יציבה אם אותו פחמן ‪ sp3‬מחובר לאטום‬ ‫אלקטרונגטיבי נוסף‪ .‬על כן‪ ,‬אם הנוקליאופיל שמסתפח לאלדהיד או לקטון אינו אלקטרונגטיבי )בדוגמא‪ Z ,‬הינו ‪ H‬או ‪ ,(C‬אז‬ ‫תוצר הסיפוח הטטראהדרלי יהיה יציב‪ .‬התוצר יהיה יון אלקוקסיד שיכול לעבור פרוטונציה ע"י הממס או ע"י חומצה‪.‬‬

‫אם‪ ,‬מצד שני‪ ,‬הנוקליאופיל שמסתפח לאלדהיד או לקטון הינו אלקטרונגטיבי )בדוגמא‪ Z ,‬הינו ‪ O‬או ‪ ,(N‬אז תוצר הסיפוח‬ ‫הטטראהדרלי לא יהיה יציב‪ .‬מים יוסרו מתוצר הסיפוח‪ .‬ריאקציה זו קרויה ריאקצית סיפוח‪-‬אלימינציה נוקליאופילים‪.‬‬ ‫נראה בהמשך שגורלו של התוצר תלוי ב‪.Z-‬‬

‫‪ .4‬ריאקציות של תרכובות קרבוניליות עם נוקליאופילים פחמנים )‪(C‬‬ ‫מעט ריאקציות בכימיה האורגנית מסתיימות בהיווצרות קשרי ‪ C-C‬חדשים‪ .‬סיפוח נוקליאופיל פחמני לתרכובת קרבונילית הוא‬ ‫דוגמא לריאקציה שיוצרת קשר ‪ C-C‬חדש ולכן יוצרת תוצר בעל יותר אטומי פחמן מאשר המגיב‪.‬‬ ‫ריאקצית גריגנארד )‪(Grignard‬‬ ‫סיפוח של מגיב גריגנארד לתרכובת קרבונילית הוא ריאקציה מגוונת שמובילה ליצירת קשר חדש בין שני פחמנים‪ .‬הריאקציה‬ ‫מפיקה תרכובות עם מבנים מגוונים כיוון שיתכנו מספר מבנים שונים למגיב הגריגנארדי ולתרכובת הקרבונילית‪.‬‬ ‫ניתן להכין מגיב גריגנארד ע"י הוספת אלקיל הליד לשביבי מגנזיום‬ ‫בסביבת ‪ .diethyl ether‬מגיב גריגנארד מתנהג כמו קרבואניון‪:‬‬ ‫יון האלקוקסיד שנוצר כתוצאה מהתקפה של מגיב גריגנארד על‬ ‫הפחמן הקרבונילי יוצר קומפלקס עם יון המגנזיום‪ .‬הוספת מים או חומצה מהולה שוברת את הקומפלקס‪.‬‬ ‫התרכובת הקרבונילית בה נשתמש תקבע אם האלכוהול יהיה ראשוני‪ ,‬שניוני או שלישוני‪:‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫‪3‬‬

‫כאשר מגיב גריגנארד מגיב עם פורמלדהיד‪ ,‬תוצר הסיפוח הוא אלכוהול ראשוני‪.‬‬ ‫כאשר מגיב גריגנארד מגיב עם אלדהיד שאינו פורמלדהיד‪ ,‬תוצר הסיפוח הוא אלכוהול שניוני‪.‬‬ ‫כאשר מגיב גריגנארד מגיב עם קטון‪ ,‬תוצר הסיפוח הוא אלכוהול שלישוני‪.‬‬

‫אם מופיעים מספרים מעל ומתחת לחץ‪ ,‬הם מציינים שהוספת המים מתבצעת רק כאשר הושלמה הריאקציה עם המגיב‬ ‫הגריגנארדי‪.‬‬ ‫מגיב גריגנארדי יכול להגיב גם עם פחמן דו‪-‬חמצני‪ .‬תוצר הריאקציה הינו חומצה קרבוקסילית בעלות אטום פחמן אחד יותר‬ ‫מאשר המגיב הגריגנארדי‪.‬‬ ‫]בספר מצויות דוגמאות בעמוד ‪[.739‬‬ ‫מגיבים גריגנארדים מגיבים עם תרכובות קרבוניליות מסוג ‪ I‬גם כן‪.‬‬ ‫קבוצות קרבוניליות מסוג ‪ I‬עוברות שתי ריאקציות עם מגיב גריגנארד‪ :‬כאשר אסטר מגיב עם מגיב גריגנארד‪ ,‬הריאקציה‬ ‫הראשונה תהיה ריאקצית התמרה אצילית נוקליאופילית מאחר ולאסטר‪ ,‬בניגוד לאלדהיד או לקטון‪ ,‬יש קבוצה שניתן להחליפה‬ ‫במגיב גריגנארד‪ .‬תוצר הריאקציה הינו קטון‪ .‬אולם‪ ,‬הריאקציה אינה מפסיקה בשלב זה‪ ,‬משום שקטונים ריאקטיבים יותר כלפי‬ ‫התקפה נוקליאופילית מאשר אסטרים‪ .‬ריאקציה של קטון עם מולקולה שניה של מגיב גריגנארד יוצרת אלכוהול שלישוני‪.‬‬ ‫מאחר ואלכוהול שלישוני נוצר כתוצאה משתי ריאקציות עם מגיב גריגנארד‪ ,‬לאלכוהול יש שתי קבוצות זהות המחוברות לפחמן‬ ‫השלישוני‪] .‬מנגנון ע"מ ‪ 740‬בספר‪[.‬‬ ‫אלכוהולים שלישוניים נוצרים גם כתוצאה מריאקציה בין אציל להליד לבין כמות כפולה של מגיב גריגנארד‪.‬‬ ‫‪ .5‬ריאקציות של תרכובות קרבוניליות עם יון הידריד )‪(H-‬‬ ‫סיפוח של יון הידריד לאלדהיד או לקטון יוצר יון אלקוקסיד‪ .‬פרוטונציה של היון ע"י חומצה יוצרת אלכוהול‪ .‬התגובה הכוללת‬ ‫מספחת ‪ H2‬לקבוצה הקרבונילית‪ .‬זכרו כי סיפוח מימן לתרכובת אורגנית הוא ריאקצית חיזור‪.‬‬

‫אלדהידים וקטונים מחוזרים בד"כ ע"י נתרן בורוהידריד ‪ NaBH4‬כמקור ליוני הידריד‪ .‬אלדהידים מחוזרים לאלכוהולים‬ ‫ראשוניים‪ ,‬וקטונים מחוזרים לאלכוהולים שניוניים‪ .‬שימו לב שהחומצה אינה נוספת לתערובת עד שהריאקציה עם תורם‬ ‫ההידריד הושלמה‪.‬‬

‫ריאקציה בין תרכובת קרבונילית מסוג ‪ I‬עם יון הידריד כוללת שתי ריאקציות עם הנוקליאופיל‪ NaBH4 .‬אינו תורם הידריד חזק‬ ‫מספיק להגיב עם הקבוצות הפחות ריאקטיביות מאלדהידים וקטונים )אסטרים‪ ,‬חומצות קרבוקסיליות ואמידים( ולכן קבוצות‬ ‫אלו מחוזרות ע"י תורם הידריד ריאקטיבי יותר‪.LiAlH4 -‬‬ ‫מאחר ו‪ LiAlH4 -‬ריאקטיבי יותר מ‪ ,NaBH4 -‬אין הוא פשוט או בטוח לשימוש‪ .‬מאחר והוא מגיב באלימות עם ממסים‬ ‫פרוטים‪ ,‬יש להשתמש בו בממס אפרוטי יבש‪.‬‬ ‫‪4‬‬

‫ריאקציה בין ‪ LiAlH4‬לבין אסטר‪:‬‬ ‫ריאקציה בין אסטר ל‪ LiAlH4 -‬יוצרת שני אלכוהולים ‪ -‬אחד שמתאים לחלק האצילי של האסטר והשני שמתאים לחלק‬ ‫האלקילי של האסטר‪.‬‬ ‫כאשר אסטר מגיב עם יון הידריד‪ ,‬הריאקציה הראשונה הינה התמרה אצילית נוקליאופילית משום שלאסטר יש קבוצה שניתן‬ ‫להחליפה ביון ההידריד‪ .‬תוצר הריאקציה הוא אלדהיד‪ .‬האלדהיד עובר ריאקצית סיפוח נוקליאופילית עם יון הידריד שני‪,‬‬ ‫ליצירת יון אלקוקסיד שעובר פרוטונציה והופך לאלכוהול‪ .‬לא ניתן לעצור את הריאקציה בשלב האלדהיד מאחר ואלדהיד יותר‬ ‫ריאקטיבי מאסטר כלפי התקפה נוקליאופילית‪.‬‬

‫ריאקציה בין ‪ DIBALH‬לבין אסטר‪:‬‬ ‫כימאים גילו כי אם משתמשים ב‪ diisobutylaluminum hydride (DIBALH) -‬כתורם הידריד בטמפרטורה נמוכה‪ ,‬ניתן‬ ‫לעצור את הריאקציה אחרי הוספת כמות אקוויוולנטית אחת של יון הידריד‪ .‬כלומר מגיב זה הופך אסטרים לאלדהידים )מה‬ ‫שמפתיע לאור העובדה שאלדהידים ריאקטיבים יותר כלפי יוני הידריד מאשר אסטרים(‪.‬‬

‫ריאקציה זו מתרחשת ב‪ ,-78°C -‬שמייצבת את תוצר הביניים הטטראהדלי שנוצר בהתחלה כך שאין הוא מסלק את יון‬ ‫האלקוקסיד‪ .‬כל תורם ההידריד מוסר מהתערובת לפני שהתערובת מחוממת‪ .‬אי לכך‪ ,‬כאשר תוצר הביניים הטטראהדרלי יסלק‬ ‫את יון האלקוקסיד‪ ,‬לא יהיה גורם מחזר להגיב עם האלדהיד‪ .‬אם הריאקציה תבוצע בטמפרטורת החדר‪ ,‬יתקבל אלכוהול‬ ‫ראשוני‪ ,‬אותו תוצר שמתקבל כאשר אסטר מגיב עם ‪.LiAlH4‬‬ ‫ריאקציה בין ‪ LiAlH4‬לבין חומצה קרבוקסילית‪:‬‬ ‫הריאקציה בין חומצה קרבוקסילית לבין ‪ LiAlH4‬יוצרת אלכוהול ראשוני‪.‬‬ ‫בשלב הראשון של הריאקציה‪ ,‬יון הידריד מגיב עם המימן החומצי של החומצה הקרבוקסילית ליצירת ‪ H2‬ויון קרבוקסילאט‪.‬‬ ‫ראינו שנוקליאופילים אינם מגיבים עם יוני קרבוקסילאט לאור מטענם השלילי‪ .‬אולם במקרה זה‪ ,‬האלקטרופיל ‪ AlH3‬שנוכח‬ ‫בתערובת יכול לקבל את זוג האלקטרונים מיון הקרבוקסילאט ליצירת תורם הידריד חדש‪ .‬אז‪ ,‬בדומה לחיזור אסטר ע"י‬ ‫‪ ,LiAlH4‬מתרחשים שני סיפוחים של יון ההידריד‪ ,‬כאשר אלדהיד נוצר כתוצר ביניים בדרך ליצירת האלכוהול הראשוני‪.‬‬

‫ריאקציה בין ‪ LiAlH4‬לבין אציל כלורידים‪:‬‬ ‫בדומה לאסטרים ולחומצות קרבוקסיליות‪ ,‬אציל כלורידים עוברים שני סיפוחים של יון הידריד בתגובה עם ‪.LiAlH4‬‬

‫‪5‬‬

‫ריאקציה בין ‪ LiAlH4‬לבין אמידים‪:‬‬ ‫אמידים גם עוברים שני סיפוחים של יון הידריד כאשר הם מגיבים עם ‪ .LiAlH4‬תוצר הריאקציה הינו אמין‪ .‬אמינים ראשוניים‪,‬‬ ‫שניוניים ושלישוניים יכולים להיווצר‪ ,‬בהתאם למספר המתמירים שמחוברים לחנקן של האמיד‪ .‬בריאקציה הכוללת‪ ,‬נהפכת‬ ‫קבוצה קרבונילית לקבוצה מתילנית )‪.(methylene‬‬ ‫שימו לב שמשתמשים ב‪ H2O -‬ולא ב‪ H3O+ -‬בשלב השני של הריאקציה‪ ,‬ולכן התוצר הינו אמין ולא יון אמוניום‪.‬‬ ‫כמוכן‪ ,‬שימו לב לדימיון בין מנגנון זה לבין מנגנון הריאקציה בין יון הידריד לבין חומצה קרבוקסילית‪.‬‬

‫‪ .6‬ריאקציות של אלדהידים וקטונים עם נוקליאופילים חנקנים )‪(N‬‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמין ראשוני )‪ (RNH2‬ליצירת אימין‪ .‬אימין )‪ (imine‬הוא תרכובת עם קשר פחמן‪-‬חנקן כפול‪.‬‬ ‫אימין שמתקבל מריאקציה של תרכובת קרבונילית עם אמין ראשוני נקרא לעיתים בסיס שיף )‪.(Schiff base‬‬ ‫המודל האורביטלי של קבוצת ‪ C=N‬דומה למודל האורביטלי של קבוצה ‪.C=O‬‬ ‫לחנקן באימין היברידיזציה ‪ .sp2‬אחת מאורביטלות ‪ sp2‬יוצר קשר ‪ σ‬עם הפחמן באימין‪ ,‬השניה‬ ‫יוצרת קשר ‪ σ‬עם מתמיר‪ ,‬ובשלישית יש זוג אלקטרונים לא קושר‪ .‬אורביטלת ‪ p‬של החנקן חופפת‬ ‫לאורביטלת ‪ p‬של הפחמן ליצירת קשר ‪.π‬‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמין שניוני ליצירת אנמין‪ .‬אנמין )‪ (enamine‬הוא אמין שלישוני ‪-α,β‬בלתי רווי‪ ,‬כלומר אמין‬ ‫שלישוני עם קשר כפול בעמדה ‪ α,β‬ביחס לאטום המימן‪ .‬שימו לב שהקשר הכפול הוא החלק במולקולה שמקורו מהאלדהיד או‬ ‫מהקטון‪.‬‬ ‫למרות השוני בין התוצרים‪ ,‬הריאקציה להיווצרות אמין והריאקציה להיווצרות אנמין זהות לחלוטין למעט האתר ממנו מתנתק‬ ‫פרוטון בשלב האחרון של הריאקציה‪.‬‬ ‫סיפוח של אמינים ראשוניים‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמינים ראשוניים ליצירת אימינים‪ .‬הריאקציה דורשת כמות קטליטית )קטנה( של חומצה‪ ,‬אך יש‬ ‫לשמור היטב על ה‪ pH -‬של התמיסה כפי שנראה בהמשך‪.‬‬

‫לשיווי משקל יש העדפה לתוצר ביניים בו יש חנקן טעון חיובית כיוון שהחנקן בסיסי יותר מהחמצן‪ .‬ניתן לדחוף את‬ ‫התגובה לכיוון יצירת האימין ע"י הוצאת מים בזמן שהם נוצרים או ע"י שיקוע התוצר האימיני‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫התגובה הכוללת‪ ,‬סיפוח נוקליאופיל חנקני לאלדהיד או לקטון‪ ,‬היא ריאקצית סיפוח‪-‬אלימינציה נוקליאופילים‪ :‬סיפוח‬ ‫נוקליאופילי של אמין ליצירת תוצר ביניים טטראהדרלי לא יציב‪ ,‬ולאחר מכן הוצאה של מים‪ .‬תוצר הביניים‬ ‫הטטראהדרלי אינו יציב משום שפחמן ‪ sp3‬שנוצר מחובר לשני אטומים אלקטרונגטיבים‪ -‬חמצן וחנקן‪ .‬מים יוצאים‬ ‫מהמולקולה‪ ,‬ומוסר פרוטון מהמולקולה ע"מ לייצב את האמין‪.‬‬ ‫בניגוד לכך‪ ,‬ריאקציה בין אלדהיד או קטון לבין פחמן או מימן נוקליאופילים יוצרת תרכובת טטראהדרלית יציבה מאחר‬ ‫ופחמן ‪ sp3‬שנוצר אינו מחובר לאטום אלקטרונגטיבי שני‪.‬‬ ‫לכן‪ ,‬אלדהידים וקטונים עוברים ריאקציות סיפוח נוקליאופילי עם נוקליאופילים פחמנים או מימנים‪ ,‬ולעומת זאת הם‬ ‫עוברים ריאקציות סיפוח‪-‬אלימינציה נוקליאופילים עם נוקליאופילים חנקנים‪.‬‬ ‫רמת ה‪ pH-‬בה נוצר האימין חייבת להיות מבוקרת היטב‪ .‬נדרשת כמות חומצה מספיקה לגרום לפרוטונציה של תוצר‬ ‫הביניים הטטראהדרלי כך שהקבוצה העוזבת תהיה ‪ H2O‬ולא ‪ OH-‬הבסיסי‪ .‬אולם‪ ,‬אם כמות החומצה תהיה גדולה‬ ‫מידי‪ ,‬היא תגרום לפרוטונציה של כל האמין המגיב‪ .‬אמינים שעברו פרוטונציה אינם נוקליאופילים טובים‪ ,‬ולכן אין הם‬ ‫יכולים להגיב עם קבוצות קרבוניליות )הריאקציה לא תצא לפועל(‪ .‬לכן‪ ,‬בניגוד לריאקצית המזורזות ע"י חומצה‬ ‫שראינו עד כה‪ ,‬אין מספיק חומצה בתגובה זו ע"מ שהקבוצה הקרבונילית תעבור פרוטונציה‪.‬‬ ‫היווצרות אימין הינה ריאקציה הפיכה‪ :‬בסביבה חומצית‪-‬מימית‪ ,‬אימינים עוברים הידרוליזה לקבלת תרכובת קרבונילית‬ ‫ואמין‪ .‬בתמיסה חומצית האמין עובר פרוטונציה ולכן אינו ריאקטיבי לתרכובת הקרבונילית‪.‬‬ ‫לחובבי ביוכימיה‪ :‬היווצרות אימין והידרוליזה הינם ריאקציות חשובות במערכות ביולוגיות‪ .‬הידרוליזת אימין היא‬ ‫הסיבה מדוע דנ"א מכיל בסיסי ‪ G,C,A‬ו‪ T -‬ואילו רנ"א מכיל ‪ G,C,A‬ו‪.U -‬‬ ‫סיפוח של אמינים שניוניים‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמינים שניוניים ליצירת אנמינים‪ .‬בדומה להיווצרות אימין‪ ,‬הריאקציה דורשת כמות‬ ‫מזערית על זרז חומצי‪.‬‬ ‫המנגנון עבור היווצרות אנמין זהה לחלוטין למנגנון היווצרות אימין‪ ,‬עד השלב האחרון של הריאקציה‪.‬‬ ‫כאשר אמין ראשוני מגיב עם אלדהיד או קטון‪ ,‬האימין שעבר פרוטונציה מאבד פרוטון מהחנקן בשלב האחרון ליצירת‬ ‫אימין נייטרלי‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬כאשר האמין שניוני‪ ,‬החנקן הטעון חיובית אינו מחובר למימן‪ .‬מולקולה יציבה ונייטרלית‬ ‫מתקבלת ע"י הסרת פרוטון מפחמן ‪ α‬של התרכובת שנגזרה מהתרכובת הקרבונילית‪ .‬התוצאה הינה אנמין‪.‬‬

‫בסביבה חומצית‪-‬מימית‪ ,‬אנמין עובר הידרוליזה בחזרה לתרכובת קרבונילית ואמין שניוני‪ ,‬בריאקציה שדומה להידרוליזה בזירוז‬ ‫חומצה של אימין בחזרה לתרכובת קרבונילית ואמין ראשוני‪.‬‬ ‫היווצרות תולדות אימיניות‬ ‫תרכובות כגון )‪ hydrazine (NH2NH2) ,hydroxylamine (NH2OH‬ו‪ semicarbazide (NH2NHCONH2) -‬דומות‬ ‫לאמינים ראשונים בכך שיש להם קבוצת ‪ .NH2‬כך‪ ,‬כמו אמינים ראשונים‪ ,‬הם מגיבים עם אלדהידים וקטונים ליצירת אימינים‪,‬‬ ‫הקרויים בד"כ תולדות אימיניות משום שהמתמיר המחובר לחנקן האימין הוא אינו קבוצת ‪.R‬‬

‫‪7‬‬

‫•‬ ‫•‬ ‫•‬

‫האימין שמתקבל מהריאקציה עם ‪ hydroxylamine‬נקרא‬ ‫‪oxime‬‬ ‫האימין שמתקבל מהריאקציה עם ‪ hydrazine‬נקרא‬ ‫‪hydrazone‬‬ ‫האימין שמתקבל מהריאקציה עם ‪ semicarbazide‬נקרא‬ ‫‪semicarbazone‬‬

‫הידרזינים עם מתמיר פנילי מגיבים עם אלדהידים וקטונים ליצירת ‪.phenylhydrazones‬‬ ‫חיזור וולף‪-‬קישנר )‪(Wolff-Kishner Reduction‬‬ ‫כאשר אלדהיד או קטון מחוממים בתמיסה בסיסית של הידרזין‪ ,‬הקבוצה הקרבונילית הופכת לקבוצה ‪) methylene‬פרק ‪.(15‬‬ ‫תהליך זה נקרא דיאוקסיגנציה )‪ (deoxygenation‬משום שמוסר חמצן מהמגיב‪ .‬הריאקציה ידועה כחיזור וולף‪-‬קישנר‪.‬‬ ‫החום ויון ההידרוקסיד מבדילים את חיזור וולף‪-‬קישנר מריאקציות יצירת הידרזון רגילות‪ .‬תחילה‪ ,‬מגיב הקטון עם הידרזין‬ ‫ליצירת הידרזון‪ .‬לאחר שההידרזון נוצר‪ ,‬יון הידרוקסיד קוטף מימן מקבוצת ‪ .NH2‬החום נדרש מאחר והפרוטון אינו מוסר‬ ‫בקלות‪ .‬המטען השלילי יכול להתפזר )‪ (delocalize‬על פני הפחמן‪ ,‬ולתלוש פרוטון מהמים‪ .‬שני השלבים האחרונים חוזרים על‬ ‫עצמם ליצירת התוצר המחוזר וגז חנקן‪.‬‬

‫‪ .7‬ריאקציות של אלדהידים וקטונים עם נוקליאופילים חמצנים )‪(O‬‬ ‫סיפוח מים‬ ‫מים מסתפחים לאלדהיד או לקטון ליצירת הידראט )‪ .(hydrate‬הידראט הוא‬ ‫מולקולה עם שתי קבוצות ‪ OH‬על אותו הפחמן‪ .‬הידראטים קרויים גם ‪gem-‬‬ ‫‪ "gem") diols‬מהמילה "‪ "geminus‬בלטינית‪ ,‬שפירושה "תאום"(‪.‬‬ ‫הידראטים של אלדהידים או קטונים בד"כ אינם יציבים מספיק לבודד מאחר‬ ‫והפחמן הטטראהדרלי מחובר לשני אטומי חמצן‪.‬‬ ‫מים הם נוקליאופיל גרוע‪ ,‬ולכן הם מסתפחים לאט יחסית לקבוצה הקרבונילית‪ .‬קצב הריאקציה מוגבר ע"י זרז חומצי‪ .‬זכרו כי‬ ‫לזרז אין כל השפעה על שיווי המשקל –‬ ‫הוא משפיע על הקצב בו האלדהיד או‬ ‫הקטון יהפכו להידראט‪ ,‬אך אין לו כל‬ ‫השפעה על הכמות של אלדהיד או קטון‬ ‫שתהפוך להידראט‪.‬‬ ‫כמות האלדהיד או הקטון שתעבור הידרציה בתמיסה מימית‬ ‫תלויה באלדהיד או בקטון‪ .‬לדוגמא‪ ,‬רק ‪ 0.2%‬מאצטון עובר‬ ‫הידרציה בש"מ‪ ,‬לעומת ‪ 99.9%‬מפורמלדהיד‪ .‬מניין ההבדל?‬ ‫קבוע ש"מ תלוי ביציבות היחסית של המגיבים ושל התוצרים‪.‬‬ ‫קבוע ש"מ עבור היווצרות הידראט‪ ,‬על כן‪ ,‬תלוי ביציבות‬ ‫היחסית של התרכובת הקרבונילית ושל ההידראט‪.‬‬ ‫ראינו כי קבוצות אלקיליות תורמות אלקטרונים הופכות‬ ‫תרכובת קרבונילית ליציבה יותר )פחות ריאקטיבית(‪.‬‬ ‫‪8‬‬

‫בניגוד לכך‪ ,‬קבוצות אלקיליות הופכות את ההידראט לפחות יציב בגלל אינטראקציות סטריות בין הקבוצות האלקיליות‪.‬‬

‫ענני האלקטרונים של המתמירים האלקילים אינם מפריעים אחד לשני בתרכובת הקרבונילית היות וזוויות הקשר הן‬ ‫‪ .120°‬אולם‪ ,‬זוויות הקשר בהידראט הטטראהדרלי הינן ‪ ,109.5°‬כך שהקבוצות האלקיליות קרובות יותר אחת לשניה‪.‬‬ ‫אי לכך‪ ,‬הקבוצות האלקיליות דוחפות את ש"מ לשמאל – לכיוון המגיבים – משום שהן מייצבות את התרכובת‬ ‫הקרבונילית ומערערות את יציבות ההידראט‪ .‬כתוצאה מכך‪ ,‬בש"מ פחות אצטון יעבור הידרציה מאשר פורמלדהיד‪.‬‬ ‫לסיכום‪ ,‬אחוז ההידראט שמצוי בתמיסה בש"מ תלוי בהשפעות סטריות ואלקטרוניות‪ .‬תרומת אלקטרונים ומתמירים‬ ‫גדולים מקטינים את אחוז ההידראט בש"מ‪ ,‬ואילו משיכת אלקטרונים ומתמירים קטנים מגדילים את אחוז ההידראט‪.‬‬ ‫סיפוח אלכוהול‬ ‫התוצר שמתקבל כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפחת לאלדהיד נקרא ‪.hemiacetal‬‬ ‫התוצר שמתקבל כאשר ‪ 2‬כמויות אקוויוולנטיות של אלכוהול מסתפחות לאלדהיד נקרא ‪.acetal‬‬ ‫התוצר שמתקבל כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפחת לקטון נקרא ‪.hemiketal‬‬ ‫התוצר שמתקבל כאשר ‪ 2‬כמויות אקוויוולנטיות של אלכוהול מסתפחות לקטון נקרא ‪.ketal‬‬ ‫"‪ "hemi‬מהמילה היוונית "חצי"‪ .‬כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפח לאלדהיד או לקטון‪ ,‬התרכובת עברה‬ ‫חצי דרך לקראת התוצר האצטלי‪/‬הקטלי הסופי‪.‬‬ ‫אלכוהול הוא נוקליאופיל גרוע ועל כן יש צורך בזרז חומצי‪.‬‬ ‫בשלב הראשון של יצירת אצטל או קטל‪ ,‬החמצן הקרבונילי עובר פרוטונציה ע"י החומצה‪ ,‬מה שהופך את הפחמן הקרבונילי‬ ‫רגיש יותר להתקפה נוקליאופילית‪ .‬סילוק פרוטון מתוצר הביניים הטעון חיובית יוצר את המיאצטל או המיקטל‪ .‬היות‬ ‫והריאקציה מבוצעת בסביבה חומצית‪ ,‬ההמיאצטל או ההמיקטל מצויים בש"מ עם צורתם החומצית‪ .‬שני אטומי החמצן של‬ ‫ההמיאצטל או ההמיקטל בסיסים באותה מידה‪ ,‬ולכן לכל אחד אותו סיכוי לעבור פרוטונציה‪ .‬הוצאת מים מתוצר הביניים‬ ‫הטטראהדרלי יוצרת תרכובת ריאקטיבית מאד בגלל מחסור האלקטרונים על הפחמן‪ .‬התקפה נוקליאופילית של מולקולת‬ ‫אלכוהול שנייה על תרכובת זו‪ ,‬ואז איבוד פרוטון‪ ,‬יוצרים את האצטל או הקטל‪.‬‬

‫למרות שהפחמן הטטראהדרלי של אצטל או קטל מחובר לשני אטומי חמצן‪ ,‬ניתן לבודד אותו ע"י סילוק של המים מתערובת‬ ‫הריאקציה‪ .‬אם המים אינם זמינים‪ ,‬התרכובת היחידה שיכולים האצטל או הקטל ליצור היא תרכובת קרבונילית ‪O-methylated‬‬ ‫שפחות יציבה מהאצטל או מהקטל‪.‬‬ ‫האצטל או הקטל יכולים להפוך חזרה לאלדהיד או לקטון בתמיסה מימית‪-‬חומצית‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫שימו לב שהמנגנונים עבור יצירת אימין‪ ,‬אנמין‪ ,‬הידראט ואצטל או קטל זהים‪ .‬לאחר שנוקליאופיל )אמין ראשוני‬ ‫במקרה של אימין‪ ,‬אמין שניוני במקרה של אנמין‪ ,‬מים במקרה של הידראט ואלכוהול במקרה של אצטל או קטל(‬ ‫מסתפח לקבוצה הקרבונילית‪ ,‬מים יוצאים מתוצר הביניים הטטראהדרלי ליצירת תוצר ביניים טעון חיובית‪.‬‬ ‫‬‫‬‫‪-‬‬

‫ביצירת אימין והידראט‪ ,‬תוצר נייטרלי מתקבל ע"י איבוד פרוטון מחנקן או מחמצן בהתאמה‪.‬‬ ‫ביצירת אנימין‪ ,‬תוצר נייטרלי מתקבל ע"י איבוד פרוטון מפחמן ‪.α‬‬ ‫ביצירת אצטל או קטל‪ ,‬תוצר נייטרלי מתקבל ע"י סיפוח שני של אלכוהול‪.‬‬

‫בנוסף‪ -‬היות והנוקליאופיל ביצירת הידראט הינו מים‪ ,‬אלימינציה של מים תחזיר אותנו לאלדהיד או לקטון המקוריים‪.‬‬ ‫‪ .8‬קבוצות מגנות‬ ‫קטונים )או אלדהידים( מגיבים עם ‪ 1,2-diols‬ליצירת קטלים )או אצטלים( עם טבעות מחומשות ועם ‪1,3-diols‬‬ ‫ליצירת קטלים )או אצטלים( עם טבעות משושות‪ .‬זכרו כי טבעות מחומשות או משושות יציבות ולכן נוצרות בקלות‪.‬‬ ‫המנגנון זהה לזה שהוצג בחלק ‪ 7‬בפרק זה‪ ,‬חוץ מזה שבמקום להגיב עם שתי מולקולות נפרדות של אלכוהול‪,‬‬ ‫התרכובת הקרבונילית מגיבה עם שתי קבוצות אלכוהול של אותה מולקולה )‪.(diol‬‬ ‫אם לתרכובת יש שתי קבוצות פונקציונליות שיגיבו עם ריאגנט נתון‪ ,‬אך אנו מעוניינים שרק אחת מהן תגיב עימו‪ ,‬יש‬ ‫להגן על הקבוצה הפונקציונלית השניה מפניו‪ .‬קבוצה שמגינה על קבוצה פונקציונלית נקראת קבוצה מגנה‬ ‫‪ .protection group‬לדוגמא‪ ,‬אם רוצים לצבוע את קירות החדר‪ ,‬יש לעטוף את הרהיטים בניילון כך שלא יצבעו גם‬ ‫הם בתהליך‪ .‬באותו אופן‪ ,‬משתמשים ב‪ 1,2-diols -‬ו‪ 1,3-diols -‬להגן על קבוצה קרבונילית של אלדהידים וקטונים‪.‬‬ ‫בדוגמא הבאה‪ ,‬סינתזה של ‪ hydroxyketone‬מ‪ ,keto ester -‬החומר ‪ LiAlH4‬יכול‬ ‫לחזר את שתי הקבוצות הפונקציונליות של ה‪ ,keto ester -‬כאשר הקבוצה שאיננו‬ ‫רוצים שתגיב‪ ,‬קבוצת ה‪ ,keto -‬היא הריאקטיבית מבין השתיים‪.‬‬ ‫אם קבוצת ה‪ keto -‬הופכת לקטל‪ ,‬אז רק הקבוצה האסטרית תגיב עם ‪ .LiAlH4‬ניתן להסיר את הקבוצה המגנה ע"י‬ ‫הידרוליזה בזירוז חומצה לאחר שהאסטר עבר חיזור‪ .‬יש להדגיש שאסור לתנאים בהם תוסר הקבוצה המגנה להשפיע‬ ‫על שאר הקבוצות במולקולה‪ .‬אצטלים וקטלים הם קבוצות מגנות טובות בגלל היותם אתרים )‪ ,ethers‬לא ‪,(sites‬‬ ‫שאינם מגיבים עם בסיסים‪ ,‬ריאגנטים מחזרים או ריאגנטים מחמצנים‪.‬‬

‫בריאקציה הבאה‪ ,‬האלדהיד מגיב עם ה‪ diol -‬משום שאלדהידים ריאקטיבים יותר מקטונים‪ .‬לאחר מכן‪ ,‬מגיב גריגנארד‬ ‫יגיב רק עם קבוצת ה‪ .keto -‬הקבוצה המגנה תוסר בתום הריאקציה ע"י הידרוליזה בזירוז חומצה‪.‬‬

‫]דוגמאות נוספות מצויות בספר בעמוד ‪ ,759-760‬אין טעם לתאר אותם מילולית מאחר ובמילא לא ניתן יהיה להבין‬ ‫ללא תמונות‪[.‬‬ ‫‪ .9‬סיפוח נוקליאופילים גופרתיים‬ ‫אלדהידים וקטונים מגיבים עם ‪) thiols‬אנלוגים‬ ‫גופרתיים לאלכוהולים( ליצירת ‪thioacetals‬‬ ‫ו‪ .thioketals -‬המנגנון של סיפוח ‪ thiol‬זהה לזה של‬ ‫סיפוח אלכוהול‪.‬‬ ‫‪10‬‬

‫יצירת ‪ thioacetal‬או ‪ thioketal‬היא ריאקציה שימושית מבחינה‬ ‫סינטתית‪ ,‬משום ש‪ thioacetal -‬או ‪ thioketal‬עוברים דה‪-‬גופרתיזציה‬ ‫כאשר הם מגיבים עם ‪ H2‬ו‪ .Raney nickel -‬דה‪-‬גופרתיזציה מחליפה‬ ‫את קשרי ‪ C-S‬בקשרי ‪.C-H‬‬ ‫יצירת ‪ thioketal‬ואחריה דה‪-‬גופרתיזציה מעניקה לנו דרך שלישית‬ ‫להפיכת הקבוצה הקרבונילית של קטון לקבוצה מתילנית )‪.(methylene‬‬ ‫שתי השיטות הקודמות היו‪ :‬חיזור ‪) Clemmensen‬פרק ‪ (15‬וחיזור ‪) Wolff-Kishner‬פרק ‪.(18‬‬ ‫‪ .10‬ריאקצית ‪Wittig‬‬ ‫אלדהיד או קטון מגיב עם אילאיד פוספוניום )‪ (phosphonium ylide‬ליצירת אלקֵן‪ .‬אילאיד הוא תרכובת בעלת‬ ‫מטענים מנוגדים על אטומים שכנים המחוברים בקשר קוולנטי ובעלי אוקטט מלא‪ .‬ניתן גם לכתוב אילאיד עם קשר‬ ‫כפול )במקום מטענים מנוגדים( משום שלזרחן יכולים להיות יותר משמונה אלקטרוני ערכיות‪.‬‬ ‫הריאקציה בין אלדהיד או קטון לבין אילאיד פוספוניום ליצירת אלקן נקראת ‪ .Wittig reaction‬התגובה הכוללת‬ ‫מסתכמת בהחלפת החמצן המחובר בקשר כפול לפחמן הקרבונילי בפחמן המחובר בקשר כפול באילאיד פוספוניום‪.‬‬

‫הוכחות ניסוייות מצביעות על כך שריאקצית ‪ Wittig‬היא ריאקצית סיפוח ציקלי ]‪ [2+2‬מרוכזת‪ ,‬כאשר הפחמן‬ ‫הנוקליאופילי של האילאיד תוקף את הפחמן האלקטרופילי של התרכובת הקרבונילית‪ .‬היא נקראת ריאקצית סיפוח‬ ‫ציקלי ]‪ [2+2‬מרוכזת משום שמתוך ארבעת אלקטרוני ‪ π‬המעורבים במצב המעבר הציקלי‪ ,‬שנים מגיעים מהקבוצה‬ ‫הקרבונילית ושנים מהאילאיד‪ .‬אלימינציה של ‪ triphenylphosphine oxide‬יוצרת את התוצר האלקני‪.‬‬

‫האילאיד פוספוניום מתקבל ע"י ריאקצית ‪ SN2‬בין ‪ triphenylphophine‬לבין אלקיל הליד עם המספר הדרוש של‬ ‫פחמנים‪ .‬פרוטון מהפחמן הסמוך לאטום הזרחן הטעון חיובית הוא מספיק חומצי להיתלש ע"י בסיס חזק כגון‬ ‫‪:butyllithium‬‬

‫‪11‬‬

‫אם ישנם שני סוגים של מגיבים אפשריים לסינתזת אלקן‪ ,‬עדיף להשתמש באחד שצורך אלקיל הליד עם הכי פחות‬ ‫הפרעות סטריות לסינתזת האילאיד‪ .‬זכרו כי ככל שלאלקיל הליד יש יותר הפרעות סטריות‪ ,‬כך הוא פחות ריאקטיבי‬ ‫בריאקצית ‪ .SN2‬לדוגמא‪ ,‬בסינתזת ‪ 3-ethyl-3-hexene‬עדיף להשתמש באלקיל הליד עם ‪ 3‬פחמנים ותרכובת‬ ‫קרבונילית עם ‪ 5‬פחמנים מאשר אלקיל הליד עם ‪ 5‬פחמנים ותרכובת קרבונילית עם ‪ 3‬פחמנים‪ ,‬משום שקל יותר ליצור‬ ‫אילאיד מ‪ 1-bromopropane -‬מאשר מ‪.3-bromopropane -‬‬ ‫ועכשיו לפרסומת קצרה על ריאקצית ‪:Wittig‬‬ ‫• ריאקצית ‪ Wittig‬היא שיטה נהדרת להפקת אלקן משום שהיא רג'יוסלקטיבית לחלוטין‪ :‬הקשר הכפול יהיה רק‬ ‫במקום אחד‪.‬‬ ‫• ריאקצית ‪ Wittig‬היא גם הדרך הטובה ביותר ליצירת אלקן עם הקשר הכפול בקצוות‪ ,‬משום שבשיטות אחרות‬ ‫אלקן עם קשר כפול בקצה תמיד יתקבל כתוצר משני או כלל לא יווצר‪.‬‬ ‫]ישנם עוד ‪ 2‬משפטים על אילאידים בספר בעמוד ‪ 763‬שקשה להבין ללא תמונות‪[...‬‬ ‫‪ .11‬סטריאוכימיה של ריאקציות סיפוח נוקליאופיליות‪ :‬צדדי ‪ Re‬ו‪Si -‬‬ ‫פחמן קרבונילי המחובר לשני מתמירים שונים הוא פחמן קרבונילי‬ ‫פרוכיראלי )‪ (prochiral carbonyl carbon‬היות והוא יהפוך למרכז‬ ‫כיראלי )פחמן אסימטרי( אם תתווסף לו קבוצה השונה משתי הקבוצות‬ ‫שכבר מחוברות לו‪ .‬תוצרי הסיפוח יהיו זוג אננטיומרים‪.‬‬ ‫הפחמן הקרבונילי ושלושת האטומים הקשורים לו מגדירים מישור‪.‬‬ ‫הנוקליאופיל יכול להתקרב מכל צד של המישור‪ .‬צד אחד של התרכובת הקרבונילית קרוי ֵר ה‬ ‫‪ Re‬והצד השני קרוי סַאי ‪ .Si‬ע"מ להבדיל בין הצדדים‪ ,‬מדרגים את שלושת הקבוצות עפ"י‬ ‫סדר העדיפויות בו משתמשים לקביעת איזומרי ‪ E‬ו‪ Z-‬ונומנקלטורת ‪ R‬ו‪ .S-‬צד ‪ Re‬הוא הצד‬ ‫הקרוב לצופה כאשר סדר העדיפויות בכיוון השעון יורד )‪ ,(1 > 2 > 3‬וצד ‪ Si‬הוא הצד‬ ‫שקרוב לצופה כאשר סדר העדיפויות נגד כיוון השעון יורד‪.‬‬ ‫התקפת נוקליאופיל בצד ‪ Re‬יוצרת אננטיומר אחד‪ ,‬בעוד שהתקפה בצד ‪ Si‬יוצרת את האננטיומר השני‪ .‬לדוגמא‪,‬‬ ‫התקפת צד ‪ Re‬של בוטאנון ע"י יון הידריד יוצרת ‪ (S)-2-butanol‬והתקפת צד ‪ Si‬יוצרת ‪.(R)-2-butanol‬‬

‫בין אם ההתקפה על צד ‪ Re‬תניב אננטיומר ‪ R‬או ‪ S‬תלויה בעדיפות הנוקליאופיל ביחס לסדרי העדיפויות של הקבוצות‬ ‫המחוברות לפחמן הקרבונילי‪ .‬לדוגמא‪ ,‬התקפה ע"י יון הידריד בצד ‪ Re‬של בוטנאנון יוצרת ‪ (S)-2-butanol‬אך‬ ‫התקפה ע"י מגיב גריגנארד מתילי באותו צד של אותה התרכובת יוצרת ‪.(R)-2-butanol‬‬

‫‪12‬‬

‫מאחר והפחמן הקרבונילי ושלושת האטומים המחוברים לו מגדירים מישור‪ ,‬לצדדי ‪ Re‬ו‪ Si -‬אותה סבירות להיות‬ ‫מותקפים‪ .‬כתוצאה מכך‪ ,‬ריאקצית סיפוח יוצרת כמויות שוות של שני האננטיומרים‪.‬‬ ‫‪ .13‬סיפוח נוקליאופילי לאלדהידים או קטונים ‪-α,β‬בלתי רוויים‬ ‫התורמים הרזונטיבים עבור תרכובת קרבונילית ‪-α,β‬בלתי רוויה‬ ‫מראים כי למולקולה יש שני אתרים אלקטרופילים‪ :‬הפחמן‬ ‫הקרבונילי ופחמן ‪.β‬‬ ‫משמעות הדבר היא שאם לאלדהיד או לקטון יש קשר כפול בעמדה‬ ‫‪ ,α,β‬נוקליאופיל יכול להסתפח או לפחמן הקרבונילי או לפחמן ‪.β‬‬ ‫סיפוח נוקליאופילי לפחמן הקרבונילי נקרא סיפוח ישיר ‪ direct addition‬או סיפוח‪.1,2-‬‬

‫סיפוח נוקליאופילי לפחמן ‪ β‬נקרא סיפוח צמוד ‪ conjugate addition‬או סיפוח‪ ,1,4-‬משום שהסיפוח מתרחש‬ ‫בעמדות ‪ 1‬ו‪ .4-‬לאחר שהסיפוח‪ 1,4-‬התרחש‪ ,‬התוצר‪ ,‬אנול‪ ,‬עובר טאוטומריזציה לקטון או לאלדהיד‪ ,‬כך שהריאקציה‬ ‫הכוללת מסתכמת בסיפוח לקשר פחמן‪-‬פחמן כפול‪ ,‬כאשר הנוקליאופיל מסתפח לפחמן ‪ β‬ופרוטון מתערובת הריאקציה‬ ‫מסתפח לפחמן ‪.α‬‬

‫בין אם התוצר שמתקבל מסיפוח נוקליאופילי לאלדהיד או לקטון ‪-α,β‬בלתי רווי הוא תוצר סיפוח ישיר או תוצר סיפוח‬ ‫צמוד תלוי בסוג הנוקליאופיל‪ ,‬מבנה התרכובת הקרבונילית והתנאים בהם מתרחשת הריאקציה‪.‬‬ ‫נוקליאופילים שיוצרים תוצרי סיפוח בלתי יציבים – כלומר נוקליאופילים שהינם בסיסים חלשים ומאפשרים לסיפוח‬ ‫הישיר להיות הפיך – יוצרים תוצרי סיפוח צמוד משום שסיפוח צמוד אינו הפיך‪ ,‬ותוצר הסיפוח הצמוד יציב יותר‪.‬‬ ‫נוקליאופילים בקבוצה זו כוללים יוני הלידים‪ ,‬יוני ציאניד‪ ,thiols ,‬אלכוהולים ואמינים‪.‬‬ ‫נוקליאופילים שיוצרים תוצרי סיפוח יציבים – כלומר נוקליאופילים שהינם בסיסים חזקים ואינם מאפשרים לסיפוח‬ ‫הישיר להיות הפיך – יוצרים הן תוצרי סיפוח ישיר והן תוצרי סיפוח צמוד‪ .‬נוקליאופילים בקבוצה זו כוללים יוני‬ ‫הידריד וקרבואניונים‪ .‬הריאקציה שתגבור היא זו שמתרחשת מהר יותר‪ ,‬ולכן התוצר שמתקבל תלוי בריאקטיביות של‬ ‫הקבוצה הקרבונילית‪ .‬תרכובות עם קבוצות קרבוניליות ריאקטיביות יוצרות בעיקר תוצרי סיפוח ישיר משום שעבור‬ ‫תרכובות אלו הסיפוח הישיר מהיר יותר‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬תרכובות עם קבוצות קרבוניליות פחות ריאקטיביות יוצרות‬ ‫בעיקר תוצרי סיפוח צמוד משום שעבור תרכובות אלו‪ ,‬הסיפוח הצמוד מהיר יותר‪ .‬לדוגמא‪ ,‬לאלדהידים יש קבוצות‬ ‫קרבוניליות ריאקטיביות יותר מאלו של קטונים‪ ,‬ולכן ‪ sodium borohydride‬יוצר בעיקר תוצרי סיפוח ישיר עם‬ ‫אלדהידים‪ .‬בהשוואה לאלדהידים‪ ,‬קטונים יוצרים פחות מתוצר הסיפוח ישיר ויותר מתוצר הסיפוח הצמוד‪.‬‬ ‫אם הסיפוח הישיר הוא התוצאה הרצויה של סיפוח הידריד‪ ,‬ניתן להשיגו ע"י הוספת צריום כלורידי לתערובת‬ ‫הריאקציה‪ .‬צריום כלורידי הוא בסיס לואיס שמגביר את רגישות הקבוצה הקרבונילית להתקפה נוקליאופילית ע"י‬ ‫יצירת קומפלקס עם החמצן הקרבונילי‪.‬‬ ‫‪13‬‬

‫כמו יוני הידריד‪ ,‬מגיבי גריגנארד מסתפחים באופן בלתי הפיך לקבוצות קרבוניליות‪ .‬לכן‪ ,‬מגיבי גריגנארד מגיבים עם‬ ‫אלדהידים ‪-α,β‬בלתי רוויים וקטונים ‪-α,β‬בלתי מעוכבים ליצירת תוצרי סיפוח ישיר‪.‬‬ ‫אם‪ ,‬לעומת זאת‪ ,‬קצב הסיפוח הישיר מואט ע"י הפרעות סטריות‪ ,‬מגיב גריגנארדי יצור תוצר סיפוח צמוד משום‬ ‫שבמקרה זה הסיפוח הצמוד מהיר יותר‪.‬‬ ‫רק סיפוח צמוד מתרחש כאשר מגיבי גילמן )‪ (lithium dialkylcuprates‬מגיבים עם אלדהידים וקטונים ‪-α,β‬בלתי‬ ‫רוויים‪.‬‬ ‫לכן‪ ,‬נשתמש במגיבי גריגנארד כאשר נרצה לספח קבוצה אלקילית לפחמן הקרבונילי‪ ,‬ובמגיבי גילמן כאשר נרצה‬ ‫לספח קבוצה אלקילית לפחמן ‪.β‬‬ ‫‪ .14‬סיפוח נוקליאופילי לתולדות חומצה קרבוקסילית ‪-α,β‬בלתי רוויות‬ ‫תולדות חומצה קרבוקסילית ‪-α,β‬בלתי רוויות כמו אלדהידים וקטונים ‪-α,β‬בלתי רוויים‪ ,‬בעלות שני אתרים‬ ‫אלקטרופילים‪ :‬הן יכולות לעבור סיפוח צמוד או התמרה אצילית נוקליאופילית‪ .‬הם עוברים התמרה אצילית‬ ‫נוקליאופילית ולא סיפוח ישיר משום שלתרכובת קרבונילית ‪-α,β‬בלתי רוויה יש קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופיל‪.‬‬ ‫במילים אחרות‪ ,‬כמו בתרכובות קרבוניליות לא צמודות‪ ,‬סיפוח אצילי נוקליאופילי הופך להתמרה אצילית‬ ‫נוקליאופילית אם הקבוצה הקרבונילית מחוברת לקבוצה שניתן להחליפה בקבוצה אחרת‪.‬‬ ‫נוקליאופילים מגיבים עם תולדות חומצה קרבוקסילית ‪-α,β‬בלתי רוויות בעלות קבוצות קרבוניליות ריאקטיביות )כגון‬ ‫אציל כלורידים( ליצירת תוצרי התמרה אצילית נוקליאופילית‪ .‬תוצרי סיפוח צמוד נוצרים מריאקציה של נוקליאופילים‬ ‫עם קבוצות קרבוניליות פחות ריאקטיביות )כגון אסטרים ואמידים(‪.‬‬

‫‪14‬‬