تفاعل الإين

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء العضوية ، يُعرف تفاعل الإين (أو تفاعل ألدر-إين نسبةً إلى مكتشفه كورت ألدر عام 1943) بأنه تفاعل كيميائي بين مجموعة أليل غنية بالإلكترونات ( الإين ) ورابطة باي فقيرة بالإلكترونات ( الإينوفيل ). وهو تفاعل نقل مجموعة حلقية ؛ [ 1 ] حيث يهاجم الإينوفيل الإين لتكوين رابطة سيجما جديدة مصحوبة بإعادة ترتيب أليلي وانتقال متزامن للهيدروجين. [ 2 ]

الشكل 1 - تفاعل الإين
الشكل 1 - تفاعل الإين

يشبه هذا التفاعل تفاعل ديلز-ألدر الحلقي ، حيث تتشابه المجموعات المنشطة والهندسة الانتقالية، ولكنه أقل تلقائية بكثير. ويتطلب عادةً ركائز عالية التنشيط، ودرجات حرارة مرتفعة، [ 3 ] أو حمض لويس محفز . ومع ذلك، يتميز بتحمل ممتاز للمجموعات الوظيفية.

عناصر

وكما هو معتاد، فإن تفاعلات الإين داخل الجزيء تسير بسهولة أكبر من تفاعلات الإين المقابلة بين الجزيئات، لأنها تتميز بإنتروبيا تنشيط أقل سلبية. وتحدث هذه التفاعلات حتى في حالة الإينوفيلات البسيطة، مثل الألكينات والألكاينات غير المنشطة. [ 4 ]

إيني

الإينات هي جزيئات ذات روابط باي تحتوي على ذرة هيدروجين واحدة على الأقل في موقع الأليل أو البروبارجيل. تشمل أنواع الإينات المحتملة روابط أوليفينية، وأسيتيلينية، وألينية، وعطرية، وسيكلوبروبيلية، وبعض روابط الكربون مع الذرات غير المتجانسة. تخضع الإينات المتوترة وأنظمة الحلقات الصغيرة المندمجة لتفاعلات الإين عند درجات حرارة منخفضة جدًا. في المقابل، يمكن أن تعمل الأرينات كإين، لكنها تتطلب درجات حرارة عالية؛ على سبيل المثال ، يتفاعل الفينول مع ثنائي هيدروبيران عند 150-170 درجة مئوية (302-338 درجة فهرنهايت) .   

تم الإبلاغ عن وجود مركبات غير متجانسة تحتوي على روابط C=O و C=N و C=S، ولكنها نادرة. [ 5 ] في المقابل، تُعد الإينولات والأنواع المشابهة من الإينات الشائعة: تفاعلاتها هي تفاعل كونيا-إين ومشتقاته.

عادة ما يشارك الهيدروجين الأليلي للمكونات الألينية في تفاعلات الإين، ولكن في حالة سيلانات الألينيل، فإن ذرة الهيدروجين الألينية α لمستبدل السيليكون هي التي يتم نقلها، مما يؤدي إلى تكوين سيليل ألكاين.

محب النبيذ

تُعدّ الإينوفيلات عادةً أوليفينات محبة للإلكترونات وديينوفيلات جيدة ، [ 6 ] ولكن تشارك العديد من الجزيئات ذات الروابط π مع بدائل ساحبة للإلكترونات. بالإضافة إلى الروابط المتعددة بين ذرات الكربون (الأوليفينات، الأسيتيلينات)، قد تحتوي الإينوفيلات على روابط متعددة بين الكربون وذرات غير متجانسة (C=O في حالة تفاعلات الكربونيل-إين، C=N، C=S، C≡P )، وروابط متعددة بين ذرات غير متجانسة (N=N، O=O، Si=Si، N=O، S=O)، وأنظمة الكومولين (N=S=O، N= S =N، N=Se=N، C=C=O، C=C=S، SO2 )، وأنظمة π مشحونة ( C=N + ، C=S + ، C≡O + ، C≡N + ). [ 5 ]

تتميز تفاعلات الإين التي تحتوي على الكربون فقط، بشكل عام، بحاجز تنشيط مرتفع. فعلى سبيل المثال، يمتلك تفاعل البروبيلين مع الإيثيلين حاجز تنشيط قدره138  كيلوجول/مول (1.4  إلكترون فولت/حالة). ينخفض ​​هذا الحاجز بشكل كبير مع ازدياد قطبية الحالة الانتقالية؛ وتُحدد الحسابات باستخدام الدالة M06-2X ومجموعة الأساس def2-TZVPP حاجزًا قدره61.5  كيلوجول/مول (0.6  إلكترون فولت/جزيء) للبروبيلين + ثيوفورمالديهايد . وبشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن المواد المحبة للإلكترونات تقلل الحاجز بالترتيب التالي: [ 7 ]

H₂C = CH₂ > H₂C =NH₂ > H₂C = CH(COOCH₃ ) > H₂C = O > H₂C = PH₃ > H₂C = S

يؤدي تكوين معقدات بين الإينوفيل وحمض لويس إلى تسريع تفاعل الإين أيضًا: [ 3 ]

التحسينات التي أُدخلت على تفاعل الإين بواسطة التحفيز بحمض لويس
التحسينات التي أُدخلت على تفاعل الإين بواسطة التحفيز بحمض لويس

الآلية

التفاعلات المدارية ذات الصلة بالآلية المتناسقة لتفاعل الإين

يشكل المدار الجزيئي الأعلى طاقة المشغول (HOMO) للإين والمدار الجزيئي الأدنى طاقة غير المشغول (LUMO) للإينوفيل التفاعل الرئيسي بين المدارات الجزيئية في تفاعل الإين. [ 8 ] يجمع المدار الجزيئي الأعلى طاقة المشغول للإين بين رابطة π الفينيلية ورابطة CH الأليلية. أما المدار الجزيئي الأدنى طاقة غير المشغول للإينوفيل فيتميز بطابع π * قوي.

على غرار تفاعل ديلز-ألدر، يُطلق على تفاعل الإين غالبًا اسم التفاعل المتناسق؛ ويُرمز له بـ [ σ 2 s + π 2 s + π 2 s ] في ترميز وودوارد-هوفمان. [ 8 ] من المؤكد أن الركائز غير القطبية نسبيًا تتفاعل بشكل متناسق (ولكن بحاجز تنشيط عالٍ). تشير بعض الحسابات إلى أن الركائز الأكثر قطبية لها حاجز تنشيط أقل لأن آلية التفاعل تتحول إلى إضافة غير متزامنة ومتدرجة مع وسائط أيونية. [ 3 ] [ 7 ] من ناحية أخرى، فإن الطبيعة المتناسقة الشاملة لعملية الإين مدعومة تجريبيًا [ 9 ] وحسابيًا. [ 10 ]

الانتقائية الموضعية

يتحدد نجاح تفاعل الإين إلى حد كبير بمدى سهولة الوصول الفراغي لذرة الهيدروجين في مجموعة الإين الأليلية. ويكون ترتيب تفاعلية ذرة الهيدروجين المنتزعة حراريًا في تفاعل الإين مستقلًا عن استقرار الناتج الديناميكي الحراري، ويكون أوليًا > ثانويًا > ثالثيًا. ويمكن أن ينعكس هذا الترتيب في التفاعلات المحفزة بحمض لويس، والتي قد تُكوّن أحيانًا شحنة موجبة جزئية كبيرة على ذرة كربون داخلية في مجموعة الإين أثناء التفاعل، مما يستلزم تثبيتًا فائق الاقتران . [ 1 ] [ 3 ]

يمكن التنبؤ باتجاه إضافة الإين من خلال الاستقرار النسبي للشحنات الجزئية المتكونة في حالة انتقالية غير متناظرة مع التكوين المبكر للرابطة سيجما. وسينتج المتصاوغ الموضعي الرئيسي من الحالة الانتقالية التي تكون فيها الشحنات العابرة مستقرة على أفضل وجه من خلال اتجاه الإين والإينوفيل. [ 5 ]

الحث غير المتماثل

يتميز تفاعل الإين بتفضيل ضعيف لحالة انتقالية داخلية ، والتي يمكن التغلب عليها بسهولة من خلال التفاعلات الفراغية الأخرى: [ 1 ]

تفضيل الإندو لتفاعل الإين
تفضيل الإندو لتفاعل الإين

يتم تحديد شكل حالة الانتقال السداسية بواسطة التنافرات 1،3-المحورية و 1،2-الاستوائية: [ 1 ] [ 10 ]

التحفيز بحمض لويس

تُعاني تفاعلات الإين الحرارية من عدة عيوب، كالحاجة إلى درجات حرارة عالية جدًا واحتمالية حدوث تفاعلات جانبية، مثل بلمرة الأوليفينات المحفزة بالبروتونات أو تفاعلات التماثل. تُعرف هاليدات ألكيل الألومنيوم بقدرتها على امتصاص البروتونات، وقد ساهم استخدامها كمحفزات حمض لويس في تفاعلات الإين في توسيع نطاق هذه التفاعلات بشكل كبير، وسمح بدراستها وتطويرها في ظروف أكثر اعتدالًا. [ 3 ]

بما أن حمض لويس قادر على الارتباط المباشر بأكسجين الكربونيل، فقد طُوِّرت العديد من محفزات ثلاثي ألكيل الألومنيوم للإينوفيلات المنشطة بالكربونيل. وعلى وجه الخصوص، يُعدّ Me₂AlCl محفزًا مفيدًا للغاية لأن روابط الميثانيد قادرة على امتصاص البروتونات لإنتاج الميثان وألكوكسيد الألومنيوم: [ 3 ]

تفاعلات الكربونيل-إين المحفزة بواسطة Me2AlCl
تفاعلات الكربونيل-إين المحفزة بواسطة Me 2 AlCl

يمكن أن تسمح إضافة حمض لويس بدرجات حرارة منخفضة بما يكفي بحيث تؤثر التفضيلات المتماثلة للحالة الانتقالية على متماثل موضعي واحد: [ 1 ]

تفاعل الكربونيل-إين الموجه والمحفز بواسطة حمض لويس.
تفاعل الكربونيل-إين الموجه والمحفز بواسطة حمض لويس.

أحماض لويس الكيرالية

وقد أبلغ ميكامي عن استخدام مركب تيتانيوم كيرالي، تم تحضيره في الموقع من (i-PrO) 2 TiX 2 وثنائي النفثول النقي بصريًا، في تفاعل إين غير متماثل:

تفاعل غليوكسيلات-إين غير المتماثل المحفز بواسطة مركب تيتانيوم كيرالي
تفاعل غليوكسيلات-إين غير المتماثل المحفز بواسطة مركب تيتانيوم كيرالي

مع ذلك، لا تنطبق هذه الطريقة إلا على الأوليفينات ثنائية الاستبدال في الموضع 1،1، نظرًا لحموضة لويس المعتدلة لمركب التيتانيوم-BINOL. [ 11 ] يفسر كوري وزملاؤه الانتقائية الفراغية العالية الملاحظة بحالة انتقالية مبكرة لهذا التفاعل: إذ يشكل الألدهيد، المنشط بالتكوين المعقد، بنية تيتانيوم خماسية التناسق. ويحدث ارتباط هيدروجيني بين مجموعة الفورميل CH—O والزوج الإلكتروني الحر للأكسجين الأكثر استقرارًا فراغيًا في رابطة BINOL. في مثل هذه البنية، يكون الوجه العلوي (re) لمجموعة الفورميل أكثر عرضة لهجوم النيوكليوفيل، لأن الوجه السفلي (si) محمي بواسطة جزء النفثول المجاور. [ 12 ]

الحالة الانتقالية المقترحة للتفاعل
الحالة الانتقالية المقترحة للتفاعل

اقترح إيفانز وزملاؤه نوعًا جديدًا من محفزات النحاس (II) المتناظرة C2 الانتقائية للإنانتيومرات والتي يمكن للركائز أن ترتبط بها من خلال مجموعتين من الكربونيل:

تم تطوير محفزات النحاس الثنائي المتناظرة C2 لتفاعلات الكربونيل-إين الانتقائية للإنانتيومرات بين الأوليفينات وإيثيل جليوكسيلات. يتميز المحفز 2، على وجه الخصوص، بثباته في ظروف المختبر ويمكن تخزينه لفترة غير محددة.

يتمتع التفاعل بنطاق واسع، وذلك بفضل حموضة لويس العالية للمحفزات، والتي يمكنها تنشيط حتى الأوليفينات المحبة للنواة الضعيفة، مثل 1-هكسين وسيكلوهكسين: [ 13 ]

نطاق التفاعل المحفز بواسطة أحماض لويس الكيرالية المتناظرة C2 من النحاس (II)
نطاق التفاعل المحفز بواسطة أحماض لويس الكيرالية المتناظرة C2 من النحاس (II)

وُجد أن المحفزات تُوفر مستويات عالية من الحث غير المتماثل في العديد من العمليات، بما في ذلك تفاعل الإين بين إيثيل جليوكسيلات وأوليفينات غير مُنشطة مختلفة. بالنسبة للمحفزين 1 و2، يُعتقد أن الحث غير المتماثل ناتج عن تكوين مُركب مُحفز-جليوكسيلات مُربع مُستوي. يتم حجب وجه re للألدهيد بواسطة بدائل ثالثي بوتيل، مما يسمح للأوليفينات الداخلة بمهاجمة وجه si فقط . [ 14 ] في المحفز 3، ينعكس التفضيل الفراغي؛ ويُعتقد أن هذا يحدث لأن المركز المعدني يُصبح رباعي الأوجه: [ 15 ]

نماذج كيميائية فراغية مربعة مستوية ورباعية الأوجه للنحاس (II).
نماذج كيميائية فراغية مربعة مستوية ورباعية الأوجه للنحاس (II).

التطبيقات التجارية

يُنتج الإيزوبرين تجارياً على مرحلتين من الإيزوبوتيلين ، بدءاً من تفاعله مع الفورمالديهايد . ويؤدي نزع الماء من الإيزوبنتينول الناتج إلى إنتاج الإيزوبرين: [ 16 ]

إنتاج الإيزوبرين من الإيزوبوتيلين عبر تفاعل الإين.

التفاعل العكسي

لوحظت العملية العكسية، وهي تفاعل ريترو-إين، في عملية طرد الجزيئات المستقرة ديناميكيًا حراريًا مثل ثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين. على سبيل المثال، تشير البيانات الحركية والدراسات الحاسوبية إلى أن التحلل الحراري لحمض البيوت-3-إينويك لإنتاج البروبين وثاني أكسيد الكربون يتم عبر آلية ريترو-إين. [ 17 ] وبالمثل، تتحلل ديازينات البروبارجيل بسهولة من خلال آلية ريترو-إين لإنتاج منتجات الألين وغاز النيتروجين (انظر تخليق مايرز للألين ).

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 ميكامي، ك.؛ شيميزو، م. (1992). "تفاعلات الإين غير المتماثلة في التخليق العضوي". مراجعة كيميائية 92 (5): 1021. doi : 10.1021/cr00013a014 .
  2. ^ ألدر، ك. باشر، ف؛ Schmitz، A. "Über die Anlagerung von Maleinsäure-anhydrid und Azodicarbonsäure-ester an einfach ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Zur Kenntnis von Substitutionsvorgängen in der Allyl-Stellung". بير. دتش. الكيمياء. جيز . 7 : 2. دوى : 10.1002/cber.19430760105 .
  3. 1 2 3 4 5 6 سنايدر، ب.ب. (1980). "تفاعلات الإين المحفزة بحمض لويس". مجلة أبحاث الكيمياء 13 (11): 426-432 . doi : 10.1021/ar50155a007 .
  4. ↑ أوبولزر، دبليو؛ سنيكوس، في. (1978). "تفاعلات الإين داخل الجزيئية في التخليق العضوي". Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 17 (7): 476. doi : 10.1002/anie.197804761 .
  5. 1 2 3 باديريس، جي دي؛ يورغنسن، دبليو إل (1992). "التقييم الآلي للتفاعلات العضوية بمساعدة الحاسوب. 20. كيمياء الإين والريترو-إين". مجلة الكيمياء العضوية . 57 (6): 1904. doi : 10.1021/jo00032a054 .والمراجع الواردة فيها
  6. ↑ سميث، مايكل ب.؛ مارش، جيري (2007)، الكيمياء العضوية المتقدمة: التفاعلات والآليات والبنية ( الطبعة السادسة)، نيويورك: وايلي-إنترساينس، ص 1103-1105، ISBN   978-0-471-72091-1
  7. 1 2 فرنانديز، آي.؛ بيكلهاوبت، إف إم (2012). "تفاعل ألدر-إين: تحليل العطرية وإجهاد التنشيط" . مجلة الكيمياء الحاسوبية . 33 (5): 509-516 . doi : 10.1002/jcc.22877 . PMID 22144106 . 
  8. 1 2 إيناغاكي، س.؛ فوجيموتو، هـ؛ فوكوي، ك. ج. (1976). "التفاعل المداري في ثلاثة أنظمة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 41 (16): 4693. Bibcode : 1976JAChS..98.4693I . doi : 10.1021/ja00432a001 .
  9. ↑ ستيفنسون، إل إم؛ ماتيرن، دي إل (1976). "الكيمياء الفراغية لتفاعل الإين لثنائي ميثيل أزوديكاربوكسيلات". مجلة الكيمياء العضوية 41 ( 22): 3614. doi : 10.1021/jo00884a030 .
  10. 1 2 شنابل، كريستوف؛ ستيرز، كاتيا؛ مولر، هنريك؛ ريبين، جوليا؛ ويز، مايكل؛ هيرسمان، مارتن (2011). "التخليق الكلي لمركبات ثنائي التربين الطبيعية وغير الطبيعية من نوع Δ5,6Δ12,13-جاتروفان وتقييمها كمعدلات لمقاومة الأدوية المتعددة". مجلة الكيمياء العضوية . 76 (2): 512-522 . doi : 10.1021/jo1019738 . PMID 21192665 . 
  11. ↑ ميكامي، ك.؛ تيرادا، م.؛ تاكيشي، ن. (1990). "تفاعل غليوكسيلات-إين غير المتماثل المحفز: طريقة عملية للوصول إلى إسترات ألفا-هيدروكسي بنقاوة عالية من المتماثلات الضوئية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 112 (10): 3949. Bibcode : 1990JAChS.112.3949M . doi : 10.1021/ja00166a035 .
  12. ↑ كوري، إي جيه؛ بارنز-سيمان، دي؛ لي، تي دبليو؛ غودمان، إس إن (1997). "نموذج حالة انتقالية لتفاعل ميكامي الانتقائي للإنانتيومرات". رسائل رباعي السطوح . 38 (37): 6513. doi : 10.1016/S0040-4039(97)01517-7 .
  13. ↑ إيفانز، د.أ.؛ تريجاي، س.و.؛ بورجي، س.س.؛ باراس، ن.أ.؛ فوجكوفسكي، ت. (2000). "مركبات النحاس (II) المتناظرة C2 كأحماض لويس كيرالية. تفاعلات الكربونيل-إين المحفزة الانتقائية للإنانتوميرات مع إسترات الجليوكسيلات والبيروفات". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 122 (33): 7936. Bibcode : 2000JAChS.122.7936E . doi : 10.1021/ja000913t .
  14. ↑ جونسون، جيه إس؛ إيفانز، دي إيه (2000). "مركبات النحاس (II) ثنائية (أوكسازولين) الكيرالية: محفزات متعددة الاستخدامات لتفاعلات الإضافة الحلقية الانتقائية للإنانتوميرات، وتفاعلات ألدول، ومايكل، وتفاعلات الكربونيل إين". مجلة أبحاث الكيمياء . 33 (6): 325-335 . doi : 10.1021/ar960062n . PMID 10891050 . 
  15. ↑ يوهانسن، موغنس؛ يورغنسن، كارل أنكر (1995). "تفاعلات ديلز-ألدر غير المتماثلة وتفاعلات الإين المحفزة بواسطة معقدات النحاس (II) الكيرالية". مجلة الكيمياء العضوية . 60 (18): 5757. doi : 10.1021/jo00123a007 .
  16. ^ ويتز، هانز مارتن. الخاسر، إيكهارد (2000). "ايزوبرين". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . دوى : 10.1002/14356007.a14_627 . رقم ISBN 3-527-30673-0.
  17. ↑ ديوار، مايكل جيه إس؛ فورد، جورج بي. (1977-12-01). "إزالة الكربوكسيل الحرارية لحمض البيوت-3-إينويك. حسابات MINDO/3 لمعاملات التنشيط وتأثيرات النظائر الحركية الأولية" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 99 (25): 8343-8344 . Bibcode : 1977JAChS..99.8343D . doi : 10.1021/ja00467a049 . ISSN 0002-7863 .