Chapter 19 - Carbonilic III

III תרכובות קרבוניליות – 19פרק

ראינו כי אתר , 18 - ו17כאשר למדנו על תגובות של תרכובות קרבוניליות בפרקים י "שמותקף ע, הריאקטיביות הוא הפחמן הקרבונילי הטעון במטען חיובי חלקי

.נוקליאופילים

מימן המחובר לפחמן הסמוך לפחמן . שנידימותמרים יש אתר ריאקטיביות-N,Nאסטרים ואמידים , קטונים, לאלדהידים αמימן המחובר לפחמן . αפחמן הפחמן הסמוך לפחמן הקרבונילי נקרא . י בסיס חזק" להיתלש ע כדימספיק הקרבונילי חומצי

. αמימן נקרא

αחומציות של מימני . 1

. ותפים באופן זהה בין שני האטומיםכלומר האלקטרונים הקושרים ביניהם מש, למימנים ולפחמנים אלקטרונגטיביות דומהשערך האלקטרונגטיביות שלו הינו , sp3לרבות מימן המחובר לפחמן , כ"מימן המחובר לפחמן אינו חומצי בד, כתוצאה מכך

הגבוה של אתאן הוא הוכחה טובה לחומציות הנמוכה של מימנים pKa -ה. הזהה ביותר לערך האלקטרונגטיביות של מימן ).sp3) pKa = 50 הקשורים לפחמני

-ה, לדוגמא. אחריםsp3 הסמוך לפחמן קרבונילי חומצי הרבה יותר ממימנים המחוברים לפחמני sp3מימן המחובר לפחמן

pKa לניתוק מימן α ו, 20 - ל16 מאלדהיד או מקטון נע בין- pKa של ניתוק מימן α למרות , שימו לב. 25 מאסטר הוא בערךתרכובת שמכילה ). pKa=15.7(הוא פחות חומצי ממימן של מים , ים אחרים המחוברים לפחמן חומצי יותר ממימנαשמימן

.)carbon acid(חומצת פחמן קרוי sp3מימן חומצי יחסית המחובר לפחמן

שסמוך לפחמן קרבונילי sp3מדוע מימן המחובר לפחמן ? אחריםsp3חומצי יותר ממימנים שמחוברים לפחמני

תר משום שהבסיס שנוצר כאשר הפרוטון חומצי יוαמימן

יציב יותר מבסיס שנוצר כאשר פרוטון נתלש αנתלש מפחמן י היציבות של "והרי חוזק החומצה נקבע עפ, אחרsp3מפחמן

.הבסיס הצמוד שנוצר כאשר החומצה נפטרת מהפרוטון שלה

?מדוע הבסיס יציב יותר

יר אחריו האלקטרונים שהוא מות, כאשר פרוטון מוסר מאתאןמאחר ופחמן אינו . מתאכלסים בעיקר באטום הפחמן

קרבואניון אינו יציב יחסית ועל כן לא , אלקטרונגטיבי במיוחד של החומצה גבוה pKa -ערך ה, כתוצאה מכך. נוצר בקלות

.מאד

:רשני גורמים משתלבים להעלאת יציבות הבסיס שנוצ, כאשר פרוטון מוסר מפחמן הסמוך לפחמן הקרבונילי

והרי לאלקטרונים בלתי מאותרים יש השפעה מייצבת , האלקטרונים שנותרים כאשר הפרוטון נתלש אינם מאותרים )1 .על התרכובת

מאחר והוא , אטום שיכול לאכלס אותם טוב יותר מאשר פחמן, על גבי חמצן)delocalize(האלקטרונים מפוזרים )2 .יותר אלקטרונגטיבי

1

האלקטרונים שמותיר ). pKa = 25(חומציים יותר מאסטרים ) pKa = 16-20(ים וקטונים כעת ניתן להבין מדוע אלדהידעל פני החמצן הקרבונילי כפי שהאלקטרונים שמותיר ) delocalize( שהוסר מאסטר אינם נוטים להתפזר αאחריו מימן באסטר גם יכול OR של קבוצת היות וזוג אלקטרונים לא קושר על החמצן. שהוסר מאלדהיד או קטון נוטיםαאחריו מימן

שתי , להתפזר על גבי החמצן הקרבוניליזוגות האלקטרונים הלא קושרים מתחרים

.על התפזרות על החמצן

דימותמרים גם בעלי מימני -N,Nניטרילים ואמידים , ניטרואלקאניםα חומציים יחסית משום שבכל מקרה האלקטרונים שנותרים לאחר

התפזר על אטום שיותר אלקטרונגטיבי שהפרוטון נקטף יכולים ל .מפחמן

. תהיה אף גדולה יותרαהחומציות של מימן , מצוי בין שתי קבוצות קרבוניליותαאם פחמן , בין קבוצת קטון קרבונילית וקבוצת אסטר קרבוניליתαתרכובת עם פחמן , ethyl 3-oxobutyrate של αלמימן , לדוגמא

pKa = 10.7 .תרכובת זו נקראת β-keto ester משום שלאסטר .βיש קבוצה קרבונילית בעמדה

בין שתי αתרכובת עם פחמן , pentanedione-2,4 של αלמימן . pKa = 8.9, קבוצות קטון קרבוניליות

. β-diketoneתרכובת זו נקראת

והאלקטרונים שנותרים המצויים בין שתי קבוצות קרבוניליות מוגברת מאחר שמחוברים לפחמנים αהחומציות של מימני β-keto נמוכים מאלו של pKa יש ערכי β-diketones -ל. לאחר תלישת המימן יכולים להתפזר על פני שני אטומי חמצן

esters מכיוון שאלקטרונים מתפזרים בקלות רבה יותר על פני קבוצות קטון קרבוניליות מאשר על פני קבוצות אסטר .קרבוניליות

enol-keto טאוטומרים. 2

. נבדלים במיקומו של הקשר הכפול והמימןketo-enolטאוטומרים . מ מהיר" איזומרים שמצויים בש– טאוטומרים

. enolמ עם טאוטומר "קטון יכול להתקיים בש .keto הרבה פחות יציב מטאוטומר enolטאוטומר , עבור רוב הקטונים

keto טאוטומר 99.9%מ של "שתמיסה מימית של אצטון הינה תערובת ב, לדוגמא .enol טאוטומר 0.1% -ופחות מ

י " מיוצב עenol משום שטאוטומר β-diketone בתמיסה מימית גבוה באופן משמעותי עבור enolהאחוז של הטאוטומר

.פחמן כפול עם הקבוצה הקרבונילית השניה-י צימוד של קשר פחמן"מולקולריים וע-קשרי מימן תוך keto הוא ארומטי אך טאוטומר enol היות וטאוטומר keto שלו יציב יותר מטאוטומר enolבכך שטאוטומר פנול יוצא דופן

.אינו

מחליפים keto - וenolאנו מבינים מדוע טאוטומרים , שאנו יודעים שמימן על פחמן הסמוך לפחמן קרבונילי הוא חומצי, כעת -ה. keto-enol tautomerization or enolization נקרא גם Keto-enol interconversion. צורה בינם לבין עצמם

interconversionי חומצות או בסיסים" של טאוטומרים מזורז ע.

2

: האניון שנוצר בעל שני תורמים רזונטיבים. keto של טאוטומר αיון הידרוקסיד מסיר פרוטון מפחמן , בתמיסה בסיסיתי חמצן מאשר "ולאט תורם יותר להיבריד הרזונטיבי משום שמטען שלילי מאוכלס טוב יותר עיון האנ. קרבואניון ויון אנולאט

.keto יוצר מחדש את טאוטומר αבעוד שפרוטונציה על פחמן , enolפרוטונציה על חמצן יוצרת טאוטומר . י פחמן"ע

.enol -ליצירת ה, α פרוטון מפחמן עובר פרוטונציה ומים מסיריםketoהחמצן הקרבונילי של טאוטומר , בתמיסה חומצית

. י חומצה"י בסיס הפוכים לשלבים בריאקציה המזורזת ע"שימו לב שהשלבים בריאקציה המזורזת ע . בשלב הראשון והחמצן עובר פרוטונציה בשלב השניαהבסיס מסיר פרוטון , י בסיס"בריאקציה המזורזת ע . מוסר בשלב השניαופרוטון , יה בשלב הראשון בשל נוכחות החומצההחמצן עובר פרוטונצ, י חומצה"בריאקציה המזורזת ע

כיצד אנולים ויוני אנולאט מגיבים. 3

. בדיוק כמו אלֵקן–הופך אותו לנוקליאופיל פחמן באנול -הקשר כפול של פחמןאנול יותר עשיר באלקטרונים מאשר אלקן משום שאטום החמצן תורם

.הוא נוקליאופיל טוב יותר מאשר אלקן, ם כןע, אנול. י רזוננס"אלקטרונים ע . αריאקציות התמרה בפחמן תרכובות קרבוניליות שיוצרות אנולים עוברות

של התרכובות הקרבונילית שעברה αמים מסירים פרוטון מפחמן , בסביבה חומצית מתרחשת αכאשר ריאקצית התמרה

) +E( אלקטרופיל אחד – αריאקצית התמרה התגובה הכוללת היא . האנול הנוקליאופילי מגיב אז עם אלקטרופיל. פרוטונציה ).+H(מותמר באחר

ויון האנולאט הנוקליאופילי מגיב אז αבסיס מסיר את הפרוטון מפחמן , בסביבה בסיסית מתרחשת αכאשר ריאקצית התמרה

. ים שליליתיוני אנולאט הם נוקליאופילים טובים יותר מאנולים מאחר והם טעונ. עם אלקטרופיל

התורמים הרזונטיבים של יון אנולאט מראים שיש לו שני אתרים עשירים ambident -יון האנולאט הוא דוגמא ל. והחמצןαפחמן : באלקטרונים

nucleophile) ambi = both ,dent = teethנוקליאופיל אמבידנטי ). בלטינית, יודעתמה אני"... two teeth("הוא נוקליאופיל עם שני אתרים נוקליאופילים

..) .אני רק המתרגמת

3

ישנה עדיפות לפרוטונציה של . יגיב עם האלקטרופיל תלוי באלקטרופיל ובתנאי הריאקציה) O או C(איזה אתר נוקליאופיל כאשר האלקטרופיל הוא , אולם. החמצן לאור הריכוז הגבוה יותר של מטען שלילי על אטום החמצן היותר אלקטרונגטיבי

.סביר יותר שהפחמן יהיה הנוקליאופיל משום שפחמן הוא נוקליאופיל טוב יותר מחמצן, הו אחר מפרוטוןמש

הוא ריאקצית keto-enol inerconversion, למעשה. α והתמרה keto-enol inerconversionשימו לב לדימיון בין כאשר האנול או יון (αל שמתווסף לפחמן והן כאלקטרופיα בה המימן מתפקד הן כאלקטרופיל שנקטף מפחמן αהתמרה

).ketoהאנולאט חוזר להיות טאוטומר

והאנול αבסיס מסיר פרוטון מפחמן : י מנגנון זהה"אך שימו לב שהם פועלות עפ, שונותαבפרק זה נדון בריאקציות התמרת ובתנאים בהם מתרחשת , והאלקטרופילהריאקציות נבדלות רק בסוג הבסיס . או יון האנולאט שנוצרים מגיבים עם אלקטרופיל

.הריאקציה של אלדהידים וקטוניםαהלוגנציה של פחמן . 4 הלוגנציה בזירוז חומצה. א

של התרכובת αהלוגן מחליף את אחד ממימני , לתמיסה חומצית של אלדהיד או קטוןI2 או Br2 ,Cl2כאשר מוסיפים .הקרבונילית

, ליצירת אנולαמים הם הבסיס שמסיר פרוטון מפחמן . הקרבונילי עובר פרוטונציההחמצן , בשלב הראשון של ריאקציה זו .שמגיב עם ההלוגן האלקטרופילי

הלוגנציה בעידוד בסיס. ב

.α מימני כלההלוגן מחליף את , לתמיסה בסיסית של אלדהיד או קטוןI2 או Br2 ,Cl2כאשר מוסיפים עודף יון האנולאט שנוצר מגיב עם ההלוגן , בשלב השני. αרוקסיד מסיר פרוטון מפחמן יון היד, בשלב הראשון של ריאקציה זו

. הוחלפו בהלוגניםαשני שלבים אלו חוזרים על עצמם עד שכל מימני . האלקטרופילי αכל הלוגנציה מוצלחת מתרחשת מהר יותר מהקודמת מאחר וההלוגן המושך אלקטרונים מגדיל את החומציות של מימני

כל הלוגנציה מוצלחת איטית יותר מהקודמת , מצד שני, בתנאים חומציים. בהלוגןα מימני כלמסיבה זו מוחלפים . הנותרים .וכך מקשה על הפרוטונציה שלו, משום שההלוגן המושך אלקטרונים מקטין את הבסיסיות של החמצן הקרבונילי

ריאקציה הלופורמית. ג

לאחר ). בעל שלושה מתמירים הלידים (=trihalo-substitutedילי הופך לקטון קטון מת, בנוכחות עודף בסיס ועודף הלוגן הוא בסיס חלש יותר מיון trihalomethylהיות ויון . מכן תוקף יון ההידרוקסיד את הפחמן הקרבונילי של הקטון

הפיכת . קרבוקסיליתכך שהתוצר הסופי הוא חומצה, הוא יוסר בקלות רבה יותר מתוצר הביניים הטטראהדרלי, ההידרוקסיד, CHCl3: קטון מתילי לחומצה קרבוקסילית נקראת ריאקציה הלופורמית בגלל שאחד התוצרים של הריאקציה הוא הלופורם

CHBr3 או СHI3 .

4

Zelinski-Volhard-Hellריאקצית : של חומצות קרבוקסיליותαהלוגנציה של פחמן . 5

לפני שיסיר פרוטון OH משום שהבסיס יסיר פרוטון מקבוצת αציות התמרה בפחמן חומצות קרבוקסיליות אינן עוברות ריאק יוחלפו αאז כל מימני , Br2 - וPBr3אם מגיבים חומצה קרבוקסילית עם , אולם. חומצית יותרOHהיות וקבוצת ,αמפחמן , נים את מנגנון הריאקציהכשבוח. HVZ או בקיצור ריאקצית Hell-Voldermort-Zelinskiהלוגנציה זו נקראת . בברום

.הוא התרכובת שעוברת את ההתמרה, ולא חומצה קרבוקסילית, מתרחשת מאחר ואציל ברומידαרואים שהתמרת מימני מ עם היון האנולי "שנמצא בש, הופך את החומצה הקרבוקסילית לאציל ברומידHVZ ,PBr3בשלב הראשון של ריאקצית

תוצר זה יכול לעבור הידרוליזה ליצירת חומצה . שלו מותמר בברוםαאחד ממימני כלומר , האנול עובר ברומינציה. שלו .αקרבוקסילית עם ברום בעמדת

αתרכובות קרבוניליות עם הלוגן בעמדה . 6

. הופך להיות נוקליאופיליαפחמן , או של קטון של אלדהידαראינו שכאשר בסיס מסיר פרוטון מפחמן הופך להיות αפחמן , י הלוגן מצוαכאשר בעמדה , אולם

. אלקטרופיל

. לאלקטרופילי או לנוקליאופיליαניתן להפוך את פחמן , לכן שימושיים מאד לכימאים מסנתזים αתרכובות קרבוניליות עם ברום בעמדה

ניתן להכין תרכובת קרבונילית, αשברגע שהברום הסתפח לעמדה משום α,β-ציה י ריאקצית אלימינ"בלתי רוויה עE2 בשימוש בסיס חזק וגדול לעידוד

.אלימינציה במקום התמרה ליצירת אנולאטLDA -שימוש ב. 7

. α של התרכובת הקרבונילית והבסיס המסוים בו משתמשים להסרת מימן pKa -כמות התרכובת שהופכת לאנולאט תלויה ב של חומצתו הצמודה הואpKa(כאשר משתמשים ביון הידרוקסיד , לדוגמא

רק כמות קטנה של , )pKa = 17( מציקלוהקסאנון αלהסרת מימן ) 15.7התרכובת הקרבונילית הופכת לאנולאט משום שיון הידרוקסיד הוא בסיס

בסיס מעודד ריאקציה -מ של ריאקציות חומצה"ש(חלש יותר מהבסיס שנוצר ).1 פרק -של חומצה חזקה ויצירה של חומצה חלשה

lithium diisopropylamide (LDA) -ים בכאשר משתמש, בניגוד לכך

כמעט כל , )35 הוא LDA של חומצתו הצמודה של α )pKaלהסרת מימן הוא בסיס חזק LDA -התרכובת הקרבונילית הופכת לאנולאט מכיוון ש

הוא הבסיס הנבחר עבור ריאקציות LDA, לכן. יותר מהבסיס שנוצראט לפני שהיא מגיבה שדורשות שכל התרכובת הקרבונילית תהפוך לאנול

.עם אלקטרופיל

כלומר לתקוף את , שימוש בבסיס חנקני ליצירת אנולאט יכול להוות בעיה היות ובסיס חנקני יכול להגיב גם כנוקליאופיל מקשים על החנקן להתקרב לפחמן LDAשני המתמירים האלקילים הגדולים שמחוברים לחנקן של , אולם. הפחמן הקרבונילי

הרבה αולכן הוא מסיר מימן , הוא בסיס חזק אך נוקליאופיל גרועLDA, כתוצאה מכך. שיוכל להגיב עימוהקרבונילי כך . יותר מהר מאשר הוא תוקף פחמן קרבונילי

5

של תרכובות קרבוניליותαאלקילציה של פחמן . 8

-דרך נוספת ליצירת קשר פחמן של תרכובת קרבונילית היא ריאקציה חשובה משום שהיא נותנת לנו αאלקילציה של פחמן מאחר . והוספת האלקיל הליד המתאיםLDAם בסיס חזק כגון עαי הסרת פרוטון מפחמן "אלקילציה מתרחשת ע. פחמן

.הלידים ואלקיל הלידים ראשונים-היא פועלת נהדר עם מתיל, SN2ואלקילציה היא ריאקצית

נותנים ניצולת גרועה של , לעומת זאת, אלדהידים. דרך זו בαה בפחמן אסטרים וניטרילים יכולים לעבור אלקילצי, קטונים .αתוצרי אלקילצית

שני תוצרים , כאשר הקטון אינו סימטרי

מתילציה , לדוגמא. שונים יכולים להיווצר עם כמות methylcyclohexanone-2של

אקוויוולנטית של מתיל יודיד יוצרת הן 2,6-dimethylcyclohexanone 2,2 והן-

dimethylcyclohexanone . הכמויותהיחסיות של שני התוצרים תלויות בתנאי

.הריאקציה

שנקטף ליצירת אנולאט זה הוא αמשום שמימן קינטי האנולאט ה הוא dimethylcyclohexanone-2,6 -האנולאט שמוביל ל dimethylcyclohexanone-2,6 ,לכן. וחומצי יותר) LDAבעיקר אם משתמשים בבסיס מסוכך סטרית כגון (נגיש יותר

.78°C-נוצר מהר יותר ולכן יהיה התוצר העיקרי אם ריאקציה זו מתרחשת בטמפרטורה של משום שהוא מכיל את הקשר הכפול תרמודינמיהאנולאט ה הוא dimethylcyclohexanone-2,2 -האנולאט שמוביל ל

הוא התוצר העיקרי אם הריאקציה dimethylcyclohexanone-2,2, לכן. ולכן הוא האנולאט היציב יותר, המותמר יותר .KHמתרחשת בתנאים שגורמים לתהליך היווצרות האנולאט להיות הפיך ואם משתמשים בבסיס פחות מסוכך כגון

+LiBu-

+LiBu-

מבלי – הפחות מותמר יכול לעבור אלקילציהαפחמן לפקח על תנאי הריאקציה כך שתהליך מסוים לא יהיה

ון י הפיכת הקט" ע–הפיך .N,N-dimethylhydrazone -ל יווצר כך שקבוצת N,N-dimethylhydrazone -ה

dimethylamino פונה הרחק מפחמן α המותמר מכוון את dimethylaminoהחנקן של קבוצת . יותר

י קואורדינציה עם יון "הבסיס לפחמן הפחות מותמר עהבסיס בו משתמשים , butyllithiumליתיום של ידרוליזה של ההידרזון תיצור מחדש ה. בריאקציה זו .את הקטון

דרך תוצר ביניים αאלקילציה ואצילציה של פחמן . 9

אנמיני

ראינו שאנמין נוצר כאשר אלדהיד או קטון מגיב עם אמין אנמינים מגיבים עם אלקטרופילים באותו אופן כמו . שניוני

.אנולאטיםי הפיכת התרכובת הקרבונילית לאנמין " של אלדהיד או של קטון עαמן משמעות הדבר שאלקטרופילים יכולים להסתפח לפח

.הוספת האלקטרופיל ואז הידרוליזת האימין חזרה לקטון, )מוסיפים לתרכובת הקרבונילית אמין שניוני(=

6

. ניתן להשתמש רק באלקיל הלידים ראשוניים או במתיל הלידים, SN2מאחר ושלב האלקילציה הוא ריאקצית

כאשר התרכובת , בניגוד לכך. יתרון אחד לשימוש בתוצר ביניים אנמיני הוא שנוצר רק תוצר עם מתמיר אלקילי אחד, הקרבונילית עוברת אלקילציה ישירה

:מתקבלים תוצרים אחרים

.אלדהידים וקטונים יכולים לעבור גם אצילציה דרך תוצר ביניים אנמני, עבור אלקילציהיכולת לבנוסף ל

7

י הפיכת " לתרכובת הקרבונילית או עLDAי הוספת " של אלדהיד או של קטון יכול להפוך לנוקליאופיל עαשימו לב שפחמן י סיפוח ברום לעמדה " של אלדהיד או של קטון יכול להפוך לאלקטרופיל עαפחמן , לחילופין. התרכובת הקרבונילית לאנמין

αשל התרכובת הקרבונילית .

מיכאל ריאקצית – βלציה של פחמן אלקי. 10

ליצירת תוצרי סיפוח ישירים או תוצרי , בלתי רווים וקטונים-α,β ראינו כי נוקליאופילים מגיבים עם אלדהידים 18בפרק בלתי רוויות ליצירת תוצרי התמרה – α,βראינו גם כי נוקליאופילים מגיבים עם חומצות קרבוקסיליות . סיפוח צמודים .יאופילית או תוצרי סיפוח צמודיםאצילית נוקל

. ריאקצית מיכאל–לריאקצית הסיפוח יש שם משלה , כאשר הנוקליאופיל הינו אנולאט אנולאט של: האנולאטים שפועלים הכי טוב בריאקציה זו הם אלה שבקצוותיהם שתי קבוצות מושכות אלקטרונים

β-diketone ,β-diester ,β-ketoesterו - β-ketonitril .הסיפוח מתרחש בפחמן , מאחר ואנולאטים אלו הם בסיסים חלשיםβים של האלדהיד α,β-האנולאטים מסתפחים לפחמן , כמוכן. בלתי רוויים וקטוניםβאסטרים של הα,β- בלתי רוויים

, דוקרבוניל-1,5ת שימו לב שריאקצית מיכאל יוצרת תרכובו. ולאמידים בגלל הריאקטיביות הנמוכה של הקבוצה הקרבונילית .5 והשני בעמדה 1אם אחד מהפחמנים הקרבונילים מצוי בעמדה

האנולאט מסתפח , של החומצה הפחמניתαבסיס מסיר פרוטון מפחמן : ל יוצאות לפועל באותו מנגנון"כל הריאקציות הנ . פרוטון מהממסומחזיר לעצמ αופחמן , בלתי רוויה-α,β של תרכובת קרבונילית βלפחמן

זהה לקבוצה αהבסיס בו משתמשים להסרת מימן , שימו לב שאם אחד מהמגיבים בריאקצית מיכאל בעל קבוצה אסטריתיכול להגיב כנוקליאופיל ולתקוף את הקבוצה , αבנוסף ליכולתו לקטוף מימן , הדבר נעשה מאחר והבסיס. העוזבת של האסטר

.ההתקפה הנוקליאופילית לא תשנה את המגיב, של האסטרORוקליאופיל זהה לקבוצת אם הנ. הקרבונילית של האסטר, כאשר האנמין מתפקד כנוקליאופיל בריאקצית מיכאל. ניתן להשתמש באנמינים במקום אנולאטים בריאקצית מיכאל

.Stork enamine reactionלריאקציה קוראים

סיפוח אלדולי. 11

בחלקים הקודמים בפרק זה ראינו . לדהידים וקטונים הם אלקטרופילים ולכן מגיבים עם נוקליאופילים ראינו שא18בפרק בסיפוח . התוצר הוא אניון נוקליאופילי ולכן מגיב עם אלקטרופילים, של אלדהיד או קטוןαשכאשר פרוטון מוסר מפחמן

פועלת כנוקליאופיל , αלאחר הסרת מימן , קרבוניליתמולקולה אחד של תרכובת : תופעות אלו באות לידי ביטויאלדולי שתי .ותוקפת את הפחמן האלקטרופילי הקרבונילי של המולקולה השניה

. סיפוח אלדולי הוא ריאקציה בין שתי מולקולות של אלדהידים או של קטונים

ולכן , β-hydroxyaldehydeתוצר הסיפוח הינו , כאשר המגיב הוא אלדהיד ). אלכוהול" = ול", אלדהיד" = אלד("אקציה אלדולית הריאקציה קרויה רי

.β-hydroxyketoneתוצר הסיפוח הינו , כאשר המגיב הוא קטון

ניצולת טובה של תוצר הסיפוח מתקבלת רק אם , היות וריאקצית הסיפוח הפיכה . מוציאים אותו מהתמיסה ברגע שנוצר

. מהתרכובת הקרבונילית ויוצר אנולאט αבסיס מסיר מימן , של הסיפוח האלדוליבשלב הראשוןהאנולאט מסתפח לפחמן הקרבונילי של המולקולה השניה והמטען השלילי שנוצר על החמצן בעקבות הסיפוח , בשלב השני .י פרוטון מהממס"מנוטרל ע

הריאטיביות . תרולכן הסיפוח האלדולי מתרחש בקצב איטי יו, קטונים פחות רגישים להתקפה נוקליאופילית מאשר אלדהידים

מאחר וסיפוח אלדולי . αאלקילצית הגבוהה יחסית של האלדהידים בסיפוח אלדולי מתחרה גורמת לניצולת ירודה של תוצרי . פחמנים מהמגיב2התוצר מכיל פי , יוצא לפועל בין שתי מולקולות זהות

8

בלתי רוויים-β,αיצירת אלדהידים וקטונים : הידרציה של תוצרי סיפוח אלדולי-דה. 12

β-hydroxyaldehyde(תוצרי הסיפוח האלדולי . הידרציה כאשר הם מחוממים בנוכחות חומצה-אלכוהולים עוברים דה הידרציה בקלות רבה יותר מרוב האלכוהולים מאחר והקשר הכפול שנוצר כתוצאה -עוברים דה) β-hydroxyketone -ו

אם התוצר של . סמיכות זו מעלה את יציבות התוצר ולכן מקלה על היווצרותו.הידרציה סמוך לקבוצה הקרבונילית-מהדה . דחיסה אלדוליתהריאקציה הכוללת נקראת , הידרציה-הסיפוח האלדולי עובר דה

.לרוב מים או אלכוהול, דחיסה הינה ריאקציה בה מתחברות שתי מולקולות תוך יציאת מולקולה קטנה

β-hydroxyaldehydeו - β-hydroxyketoneהידרציה תתרחש -ולכן הדה, הידרציה גם בתנאים בסיסיים- יכולים לעבור דה מציין – one, מציין קשר כפול– enone) eneאנון הידרציה נקרא -תוצר הדה. בסביבה חומצית או סביבה בסיסית כאחת

).קבוצה קרבונילית תרכובת , במקרים אלו. כך שאין צורך בחימום, יהידרציה מתרחשת לעיתים באותם תנאים כמו הסיפוח האלדול-דה . והאנון הינו התוצר הסופי של הריאקציה, הינה תוצר בינייםβ-hydroxycarbonyl -ה

משום שהקשר הכפול , מאבד מים ברגע שנוצרacetophenone שנוצר בסיפוח אלדולי של β-hydroxyketone -ה, לדוגמא הסמיכות מייצבת את תוצר . ם סמוך לא רק לקבוצה הקרבונילית אלא גם לטבעת הבנזןשנוצר כתוצאה מאיבוד המי

.הידרציה ולכן מקלה על היווצרותו-הדה

סיפוח אלדולי מצולב. 13

אם שתי תרכובות קרבוניליות שונות מגיבות בסיפוח ניתן לקבל ארבעה תוצרים שונים משום שכל , אלדולי

הן עם מולקולה אחרת של אנולאט יכול להגיב התרכובת הקרבונילית ממנה נוצר האנולאט והן עם

. מולקולה של תרכובת קרבונילית אחרת B - וAשני תרכובות הקרבוניל , בדוגמא הבאה

-A ליצירת אנולאט αיכולות לאבד פרוטון מפחמן יכול -B -ו, B או עם A יכול להגיב עם -B- .A -ו

.B או עם Aלהגיב עם

ארבעת . ריאקציה זו נקראת סיפוח אלדולי מצולבמה , התוצרים הינם בעלי תכונות פיזיקליות דומות

. שמקשה על ההפרדה ביניהם

אם אחת מהתרכובות הקרבוניליות אינה מכילה מימני . תוצר מסוים בסיפוח אלדולי מצולבל תהיה עדיפות, בתנאים מסוימיםα ,כמות גדולה יותר של אחד . ר מקטין את מספר התוצרים האפשריים מארבעה לשנייםהדב. היא לא יכולה ליצור אנולאט

את , לכן. משום שסביר יותר שהאנולאט יגיב עימה, נמצאת תמיד בעודף רבαהתוצרים תיווצר אם התרכובת ללא מימני . αיש להוסיף לאט לתמיסה בסיסית של התרכובת ללא מימני αהתרכובת עם מימני

LDA -ניתן לקבל ניצולת גבוהה יותר של תוצר מסוים אם משתמשים ב, α התרכובות הקרבוניליות מכילות מימני אם שתיולא תיוותר , כל התרכובות הקרבוניליות יומרו לאנולאטים, הינו בסיס חזקLDA -היות ו. ליצירת האנולאטαלהסרת מימני

9

הריאקציה לא תצא לפועל עד שנוסיף את התרכובת . לדוליתרכובת קרבונילית עימה האנולאט יכול להגיב בסיפוח ארוב הסיכויים שלא יווצר ממנה אנולאט , אם מוסיפים לאט את התרכובת הקרבונילית השניה. הקרבונילית השניה לתערובת

. עם מולקולות נוספותשיכול להגיב

דחיסה קלייזן. 14

כמו . β-keto esterוהתוצר שמתקבל הינו , נקראת דחיסת קלייזןהיא, כאשר שתי מולקולות אסטר עוברות ריאקצית דחיסה מוסר ממנה αבדחיסת קלייזן משתתפת מולקולה של תרכובת קרבונילית אשר הופכת לאנולאט כאשר מימן , בסיפוח אלדולי

קבוצה הבסיס בו משתמשים זהה ל. האנולאט תוקף מולקולה שניה של התרכובת הקרבונילית של האסטר. י בסיס חזק"ע .העוזבת של האסטר כך שהמגיב אינו משתנה במקרה והבסיס משמש כנוקליאופיל ותוקף את הקבוצה הקרבונילית

. דחיסת קלייזן והסיפוח האלדולי אינן זהות יותר, אחרי ההתקפה הנוקליאופילית בינו לבין π - ההחמצן הטעון שלילית יוצר מחדש את קשר, בדחיסת קלייזןהמטען השלילי על החמצן , בדחיסה האלדולית. -ORאת קבוצת הפחמן ומגרש

. י פרוטון מהממס"מנוטרל ע

ההבדל בין שני השלבים האחרונים של דחיסת קלייזן והסיפוח האלדולי נובע הפחמן , במקרה של אסטרים. מההבדלים בין אסטרים לבין אלדהידים או קטוניםבמקרה . נוספת שניתן לסלקהאליו מחובר החמצן הטעון שלילית קשור לקבוצה

הפחמן אליו מחובר החמצן הטעון שלילית אינו לקבוצה , של אלדהידים וקטוניםואילו סיפוח אלדולי , דחיסת קלייזן הינה ריאקצית התמרה, לכן. שניתן לסלקה

. הינו ריאקצית סיפוח

הביניים הטטראהדרלי סילוקו של יון אלקוקסיד הפיך משום שליון יש נטייה ליצור מחדש את תוצר -ניתן לדחוף את הריאקציה לסיום מלא אם מסירים פרוטון מ, אולם. β-keto esterי תגובה עם "ע

β-keto ester . הסרת הפרוטון מונעת את הריאקציה ההפיכה משום שיון האלקוקסיד הטעון שלילית α משום שפחמן β-keto ester -קל להסיר פרוטון מ. טעון שליליתβ-keto esterלא יגיב עם אניון

מאשר בחומר חומציים יותרαמה שהופך את מימני , י שתי קבוצות קרבוניליות"נתחם עהמרכזי שלו . המוצא

כאשר . ולא רק כמות קטליטית וכמות שווה של בסיס αדחיסת קלייזן מוצלחת דורשת אסטר עם שני מימני , כתוצאה מכךכל יוני . β-keto esterומצה לתערובת הריאקציה גורמת לפרוטונציה מחודשת של אניון הוספה של ח, הריאקציה מסתיימת

.לריאקציה הפוכה עוברים פרוטונציה גם כןהאלקוקסיד שעלולים היו לגרום

10

דחיסת קלייזן מצולבת . 15

דחיסת קלייזן , י המצולבכמו הסיפוח האלדול. ינה ריאקציה בין שתי מולקולות שונות של אסטריםהדחיסת קלייזן מצולבת אלמלא כן תתקבל . מצולבת הינה ריאקציה יעילה רק אם היא מבוצעת בתנאים שמעודדים היווצרות תוצר אחד בעיקר

ולכן לא αתהיה עדיפות להיווצרות תוצר מסוים אם לאחד האסטרים אין מימני . תערובת של תוצרים שקשה להפריד ביניהם צריך להיות תמיד αהאסטר ללא מימני , כמו כן. ני מוסף באיטיות לתערובת הריאקציהוהאסטר הש, יוכל ליצור אנולאט

. בעודף

של הקטון חומציים יותר מאלו של αמשום שמימני . ריאקציה דומה לדחיסת קלייזן מצולבת הינה דחיסת קטון עם אסטר .β-diketoneהתוצר הינו . בת האסטריש עדיפות לתוצר אחד אם הן הקטון והן הבסיס מוספים לאט לתערו, האסטר

. αיווצר בעודף תוצר אחד גם אם לשני המגיבים יש מימני , α -בשל הבדלי חומציות במימני ה

מולקולריות-ריאקציות דחיסה וסיפוח תוך. 16

מולקולרית אם זו -ךתתרחש ריאקציה תו, ראינו שאם לתרכובת יש שתי קבוצות פונקציונליות שיכולות להגיב אחת עם השניה, אם נוסיף בסיס לתרכובת שמכילה שתי קבוצות קרבוניליות, כלומר. תוביל להיווצרות טבעות מחומשות או משושות

תרכובת אם שתי קבוצות , אי לכך. מולקולרית תתרחש אם תוצר בעל טבעת מחומשת או משושה יכול להיווצר-ריאקציה תוך-ותרכובת עם שתי קבוצות אלדהידיות או קטוניות תעבור סיפוח אלדולי תוך, ריתמולקול-אסטר תעבור דחיסת קלייזן תוך

.מולקולרי

מולקולריות-דחיסות קלייזן תוך ליצירת טבעת מחומשת של , מולקולרית- תגרום לדיאסטר לעבור דחיסת קלייזן תוךdiester-1,6 -הוספת בסיס לβ-keto ester .דחיסת דיקמן לרית נקראת מולקו-דחיסת קלייזן תוךDieckmann condensation.

.diester-1,7 תיווצר מדחיסת דיקמן של β-keto esterטבעת משושה של

ההבדל היחידי בין שתי הריאקציות הוא שהאנולאט התוקף והקבוצה . המנגנון של דחיסת דיקמן זהה למנגנון של דחיסת קלייזןאך מצויים באותה מולקולה בדחיסת , ת מצויים במולקולות שונות בדחיסת קלייזןהקרבונילית שעוברת התקפה נוקליאופילי

הוספת כמות מספקת של בסיס להסרת פרוטון עם -ניתן לדחוף דחיסת דיקמן לסיום כמו שדוחפים דחיסת קלייזן. דיקמן .פרוטונציה-ה רהמ להעביר את תוצר הדחיס"חומצה נוספת ע, כשהריאקציה תמה. β-keto ester של תוצר αמפחמן

מולקולרים-סיפוחים אלדולים תוך אחד –בעקרון מולקולרי יכולים להתקבל -שני תוצרי סיפוח תוך, α יש שני סוגים שונים של מימן diketone-1,4 -מאחר ול

יתרון "היציבות הגבוהה של טבעות מחומשות ומשושות מעניקה להם . עם טבעת מחומשת ואחד עם טבעת משלושת .diketone-1,4מולקולרי של -התוצר עם הטבעת המחומשת הוא התוצר היחידי של סיפוח אלדולי תוך, למעשה". יווצרותה

11

, שוב. פאות7 פאות או 5 יכול להוביל בפוטנציאל לתוצר עם טבעת בעלת diketone-1,6מולקולרי של -סיפוח אלדולי תוך

.יה התוצר היחידי של הריאקציה יה– פאות 5 טבעת עם –התוצר היציב יותר

1,5-diketones1,7 - ו-diketonesמולקולרי ליצירת תוצרים עם טבעת משושה- עוברים סיפוח אלדולי תוך.

The Robinson Annulation קולות לא ניתן היה ליצור מול, ללא ריאקציות אלו. פחמן חשובות מאד לכימאי המסתנז-ריאקציות שיוצרות קשרי פחמן

. פחמן-ראינו שריאקצית מיכאל וסיפוחים אלדולים יוצרים קשרי פחמן. אורגניות גדולות ממולקולות קטנות יותרומעניקה דרך לסתנז , פחמן אלו- הוא ריאקציה שמחברת בין שתי ריאקציות יוצרות קשרי פחמןRobinson Annulation -ה

ריאקצית , לכן. בלטינית" טבעת" שפירושו annulus נגזר מהמילה – ”Annulation“. מולקולות אורגניות מסובכות רבותannulationטבעות- היא ריאקציה יוצרת .

diketone-1,5 -הרגע ראינו ש. diketone-1,5 הוא ריאקצית מיכאל שיוצרת Robinson annulationהשלב הראשון של -שימו לב ש. Robinson annulation וזהו השלב השני של –בסיס מולקולרי כאשר מוסיפים לו -עובר סיפוח אלדולי תוך

Robinson annulation 2 יוצר תוצר עם טבעת-cyclohexenone.

אוקסוקרבוקסיליות-3קרבוקסילציה של חומצות -דה. 17

משום שהקבוצה העוזבת –מאותה סיבה שאלקאנים כגון אתאן אינם מאבדים פרוטון , CO2יוני קרבוקסילאט אינם מאבדים .קרבואניונים הינם בסיסים חזקים מאד ולכן קבוצות עוזבות גרועות מאד. תהיה קרבואניון

יכולה להתנתק היות והאלקטרונים שהיא CO2קבוצת , מחוברת לפחמן שסמוך לפחמן קרבוניליCO2אם קבוצת , לעומת זאת

יוני (oxocarboxylate-3יוני , כתוצאה מכך. הקרבוניליעל החמצן ) delocalize(מותירה אחריה יכולים להתפזר קרבוקסילציה -דה נקרא CO2איבוד . כאשר הם מחוממיםCO2מאבדים ) 3 בעמדה ketoקרבוקסילאט עם קבוצת

decarboxylation.

CO2(המתמיר , בשתי הריאקציות. α לבין הסרת פרוטון מפחמן oxocarboxylate-3 מיון CO2שימו לב לדימיון בין הסרת .על החמצן) delocalize( ואלקטרוניו הקושרים מתפזרים αמוסר מפחמן ) במקרה השני+H -במקרה אחד ו

י מעבר פרוטון "משום שהריאקציה מזורזת ע, קרבוקסילציה קלה עוד יותר אם הריאקציה מתרחשת בתנאים חומציים-דה :האנול שנוצר מיד עובר טואטומריזציה לקטון. מולקולרי מהקבוצה הקרבונילית לחמצן הקרבונילי-תוך

12

אם האלקטרונים אינם מאותרים על הקבוצה הקרבונילית של α בפרק זה כי קשה יותר להסיר פרוטון מפחמן 1ראינו בחלק טמפרטורה גבוהה יותר נדרשת כדי להעביר חומצת, מאותה סיבה. אסטר מאשר על הקבוצה הקרבונילית של קטון

β-dicarboxylic) קרבוקסילציה מאשר חומצת -ריאקצית דה) כגון חומצה מלוניתβ-keto.

) β-dicarboxylic וחומצות β-ketocarboxylicחומצות (3חומצות קרבוקסיליות עם קבוצה קרבונילית בעמדה , לסיכום . כאשר הן מחוממותCO2מאבדות

13