مروری بر روش‌های سنتز ۲۰ خانواده اصلی ترکیبات آلی

شیمی آلی بازدید: 53

در این قسمت ، مروری گذرا ساختاریافته بر روش‌های کلاسیک سنتز ۲۰ خانواده اصلی ترکیبات آلی ارائه شده است. این متن می‌تواند به عنوان یک مرجع موجز برای دانشجویان، پژوهشگران و شیمی‌دانان صنعتی در طراحی مسیرهای سنتزی مفید واقع شود.

۱. آلکان‌ها

هیدروژناسیون آلکن و آلکین: در حضور کاتالیزورهای فلزی (Ni, Pd, Pt)، هیدروژن به پیوندهای ناپیونده اضافه شده و ترکیب اشباع می‌شود.
واکنش ورتز (Wurtz): دو مولکول هالید آلکیل با سدیم فلزی واکنش داده، آلکانی با دو برابر تعداد کربن تولید می‌کند.
الکترولیز کلب (Kolbe): الکترولیز نمک‌های سدیم یا پتاسیم اسیدهای کربوکسیلیک منجر به تشکیل آلکان می‌شود.
احیای هالید آلکیل با Zn/acid: فلز روی در محیط اسیدی، هالوژن را از هالید جدا کرده و هیدروژن جایگزین می‌کند.

۱. مثال برای سنتز آلکان‌ها

هیدروژناسیون: CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃ (Ni, Pt, Pd)
واکنش ورتز: 2CH₃CH₂Br + 2Na → CH₃CH₂CH₂CH₃ + 2NaBr
الکترولیز کلب: 2CH₃COONa → CH₃-CH₃ + 2CO₂ + 2Na⁺ + 2e⁻
احیای هالید: CH₃CH₂Br + Zn/H⁺ → CH₃CH₃ + ZnBr⁺

۲. آلکن‌ها

حذف E1/E2: از الکل یا هالید آلکیل، یک گروه ترک‌کننده حذف شده و پیوند دوگانه تشکیل می‌شود.
دهیدراسیون الکل‌ها: با حرارت و اسید، آب از الکل حذف و آلکن تولید می‌گردد.
واکنش ویتیگ (Wittig): آلدهید یا کتون با فسفونیم ید واکنش داده، آلکن خالص و مشخص تولید می‌کند.
حذف هافمن: از آمین‌های کواترنری، گروه کم‌حجم‌تر حذف شده و آلکن نهایی تشکیل می‌شود.

۲. مثال برای سنتز آلکن‌ها

حذف E1/E2: CH₃CH₂CH₂OH → CH₃CH=CH₂ + H₂O (H₂SO₄, Δ)
دهیدراسیون: CH₃CH₂OH → CH₂=CH₂ + H₂O (H₂SO₄, ۱۸۰°C)
واکنش ویتیگ: Ph₃P=CH₂ + CH₃CHO → CH₃CH=CH₂ + Ph₃P=O
حذف هافمن: CH₃CH₂N⁺(CH₃)₃OH⁻ → CH₂=CH₂ + N(CH₃)₃ + H₂O

۳. آلکین‌ها

دهالوژناسیون دی‌هالیدهای مجاور: با حذف دو اتم هالوژن از کربن‌های مجاور، پیوند سه‌گانه تشکیل می‌شود.
آلکیلاسیون یون استیلید: یون استیلید به عنوان نوکلئوفیل با هالید آلکیل واکنش داده، آلکین جایگزین‌شده تولید می‌کند.
واکنش فیشِر–تروپش (Fischer–Tropsch): تبدیل گاز سنتز (CO + H₂) به آلکین‌های کوتاه‌زنجیر در مقیاس صنعتی.

۳. آلکین‌ها

دهالوژناسیون: CH₃CHBrCH₂Br + 2KOH → CH≡CH + 2KBr + 2H₂O
آلکیلاسیون یون استیلید: HC≡C⁻Na⁺ + CH₃I → HC≡C-CH₃ + NaI
فیشِر–تروپش: nCO + (2n+1)H₂ → CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O (صنعتی)

۴. ترکیبات آروماتیک

واکنش‌های فریدل–کرافتس: آلکیلاسیون یا آسیلاسیون حلقه آروماتیک در حضور کاتالیزور Lewis اسید (AlCl₃).
تریمریزاسیون استیلن: سه مولکول استیلن (C₂H₂) در دمای بالا به بنزن تبدیل می‌شوند.
آروماتیزاسیون آلکان‌ها: حلقه‌سازی و تشکیل پیوند کَن‌یوگاتی در آلکان‌های حلقوی.

۴. مثال برای سنتز ترکیبات آروماتیک

فریدل–کرافتس آلکیلاسیون: C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅CH₃ + HCl (AlCl₃)
فریدل–کرافتس آسیلاسیون: C₆H₆ + CH₃COCl → C₆H₅COCH₃ + HCl (AlCl₃)
تریمریزاسیون استیلن: 3C₂H₂ → C₆H₆ (حرارت بالا)
آروماتیزاسیون: C₆H₁₂ → C₆H₆ + 3H₂ (Pt/Δ)

۵. آلکیل هالید‌ها

الکل + HX: الکل اولیه، ثانویه یا سوم با اسیدهای هیدروهالیک (HCl, HBr, HI) واکنش داده، هالید تشکیل می‌شود.
الکل + SOCl₂ / PBr₃: تبدیل الکل به کلرید آلکیل (SOCl₂) یا برماید آلکیل (PBr₃) با حفظ کانفیگوریشن.
هالوژناسیون رادیکالی آلکان‌ها: در حضور نور یا حرارت، هیدروژن آلکان با هالوژن جایگزین می‌شود.
واکنش اپل (Appel): تبدیل الکل به هالید با استفاده از CBr₄/PPh₃ یا CCl₄/PPh₃.

۵. مثال برای سنتز آلکیل هالید‌ها

الکل + HX: CH₃CH₂OH + HBr → CH₃CH₂Br + H₂O
الکل + SOCl₂: CH₃CH₂OH + SOCl₂ → CH₃CH₂Cl + SO₂ + HCl
الکل + PBr₃: CH₃CH₂OH + PBr₃ → CH₃CH₂Br + H₃PO₃
هالوژناسیون رادیکالی: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (hν)
واکنش اپل: CH₃CH₂OH + CBr₄/PPh₃ → CH₃CH₂Br + Ph₃PO

۶. الکل‌ها

هیدراسیون آلکن‌ها: افزودن آب به پیوند دوگانه بر اساس قانون مارکونیکوف.
احیای آلدهید/کتون: کاهش با NaBH₄ (ملایم) یا LiAlH₄ (قوی) به الکل اولیه یا ثانویه.
واکنش گرینیارد: رِنجنت گرینیارد با آلدهید، کتون یا اپوکسید واکنش داده، الکل تولید می‌کند.
هیدروبوراسیون-اکسایش: افزودن BH₃ به آلکن و سپس اکسیداسیون با H₂O₂/NaOH، الکل ضدمارکونیکوف می‌دهد.
اکسی‌جیوه‌دارکردن-کاهش: افزودن Hg(OAc)₂ و آب به آلکن و سپس کاهش با NaBH₄.

۶ .مثال برای سنتز الکل‌ها

هیدراسیون آلکن: CH₂=CH₂ + H₂O → CH₃CH₂OH (H⁺)
احیای آلدهید: CH₃CHO + NaBH₄ → CH₃CH₂OH
احیای کتون: CH₃COCH₃ + NaBH₄ → CH₃CH(OH)CH₃
واکنش گرینیارد: CH₃MgBr + CH₃CHO → CH₃CH(OMgBr)CH₃ → CH₃CH(OH)CH₃
هیدروبوراسیون-اکسایش: CH₃CH=CH₂ + BH₃ → CH₃CH₂CH₂OH (H₂O₂/NaOH)
اکسی‌جیوه‌دارکردن: CH₃CH=CH₂ + Hg(OAc)₂/H₂O → CH₃CH(OH)CH₃ (NaBH₄)

۷. فنول‌ها

فرآیند کومن (Cumene process): اکسیداسیون کومن (ایزوپروپیل بنزن) به هیدروپراکسید و سپس شکستن اسیدی به فنول و استون.
هیدرولیز نمک دی‌آزونیوم: نمک دی‌آزونیوم آروماتیک با آب گرم واکنش داده، فنول تولید می‌کند.
ذوب قلیایی کلروبنزن: کلروبنزن با NaOH مذاب در دمای بالا و فشار، فنول می‌دهد.

۷. مثال برای سنتز فنول‌ها

فرآیند کومن: C₆H₅CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅C(CH₃)₂OOH → C₆H₅OH + CH₃COCH₃
هیدرولیز نمک دی‌آزونیوم: C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + H₂O → C₆H₅OH + N₂ + HCl
ذوب قلیایی: C₆H₅Cl + 2NaOH → C₆H₅ONa + NaCl + H₂O (دما و فشار بالا)

۸. اترها

سنتز ویلیامسون: نوکلئوفیل آلکوکسید با الکترونوکسوفیل هالید آلکیل، اتر نامتقارن تولید می‌کند.
دهیدراسیون بین‌مولکولی: دو مولکول الکل با حذف آب در شرایط اسیدی، اتر تشکیل می‌دهند.
واکنش الکل با آلکن (اسیدی): افزودن الکل به آلکن بر اساس قانون مارکونیکوف.

۸. مثال برای سنتز اترها

سنتز ویلیامسون: CH₃ONa + CH₃CH₂Br → CH₃OCH₂CH₃ + NaBr
دهیدراسیون: 2CH₃CH₂OH → CH₃CH₂OCH₂CH₃ + H₂O (H₂SO₄, ۱۴۰°C)
واکنش الکل با آلکن: CH₂=CH₂ + CH₃OH → CH₃OCH₂CH₃ (H⁺)

۹. تیول‌ها (مرکاپتان‌ها)

واکنش SN2 هالید آلکیل با HS⁻: HS⁻ به عنوان نوکلئوفیل، هالوژن را جایگزین کرده و تیول می‌دهد.
احیای دی‌سولفیدها: شکستن پیوند S-S با عامل احیاکننده (Zn/HCl) و تولید دو مولکول تیول.
واکنش گرینیارد با گوگرد: رِنجنت گرینیارد با گوگرد و سپس هیدرولیز، تیول تولید می‌کند.

۹. مثال برای سنتز تیول‌ها

واکنش SN2: CH₃CH₂Br + NaSH → CH₃CH₂SH + NaBr
احیای دی‌سولفید: CH₃CH₂S-SCH₂CH₃ + Zn/H⁺ → 2CH₃CH₂SH
واکنش گرینیارد: CH₃MgBr + S → CH₃S⁻MgBr⁺ → CH₃SH (هیدرولیز)

۱۰. سولفیدها (تیواترها)

واکنش RS⁻ + RX: یون تیولات با هالید آلکیل، سولفید نامتقارن می‌دهد.
احیای سولفوکسیدها: کاهش سولفوکسیدها با معرف‌هایی مانند LiAlH₄.
واکنش ویلیامسون گوگردی: مشابه سنتز ویلیامسون، ولی با گوگرد به جای اکسیژن.

۱۰. مثال برای سنتز سولفیدها

واکنش RS⁻ + RX: CH₃S⁻ + CH₃CH₂Br → CH₃SCH₂CH₃ + Br⁻
احیای سولفوکسید: CH₃SOCH₃ + LiAlH₄ → CH₃SCH₃ + LiAlO₂
واکنش ویلیامسون گوگردی: مشابه مثال بالا

۱۱. آلدهید‌ها

اکسایش ملایم الکل اولیه: با PCC یا Swern، الکل اولیه به آلدهید (نه اسید) تبدیل می‌شود.
اوزونولیز آلکن: شکستن پیوند دوگانه با اوزون و سپس کاهش با Zn/H₂O، آلدهید تولید می‌کند.
واکنش روزنموند (Rosenmund): کاهش اسید کلرید با H₂/Pd-BaSO₄ (کاتالیزور سمی‌شده) به آلدهید.
واکنش استفان (Stephen): کاهش نیتریل با SnCl₂/HCl به آلدهید.

۱۱. مثال برای سنتز آلدهید‌ها

اکسایش ملایم: CH₃CH₂OH + PCC → CH₃CHO (در CH₂Cl₂)
اوزونولیز: CH₂=CH₂ + O₃ → 2CH₂O (Zn/H₂O)
واکنش روزنموند: CH₃COCl + H₂/Pd-BaSO₄ → CH₃CHO + HCl
واکنش استفان: CH₃CN + SnCl₂/HCl → CH₃CHO (پس از هیدرولیز)

۱۲. کتون‌ها

اکسایش الکل ثانویه: با کرومات یا PCC، الکل ثانویه به کتون اکسید می‌شود.
هیدراسیون آلکین با کاتالیزور جیوه: افزودن آب به آلکین در حضور Hg²⁺ و اسید، کتون می‌دهد.
آسیلاسیون فریدل–کرافتس: افزودن گروه آسیل (R-CO-) به حلقه آروماتیک.
معرف گرینیارد + نیتریل: گرینیارد با نیتریل واکنش داده، پس از هیدرولیز کتون می‌دهد.

۱۲. مثال برای سنتز کتون‌ها

اکسایش الکل ثانویه: CH₃CH(OH)CH₃ + CrO₃/H⁺ → CH₃COCH₃ + H₂O
هیدراسیون آلکین: CH≡CH + H₂O/Hg²⁺ → CH₃CHO (برای آلکین داخلی: CH₃C≡CCH₃ → CH₃COCH₂CH₃)
آسیلاسیون فریدل–کرافتس: C₆H₆ + CH₃COCl → C₆H₅COCH₃ + HCl (AlCl₃)
گرینیارد + نیتریل: CH₃MgBr + CH₃CN → (CH₃)₂C=O (کتون) پس از هیدرولیز

۱۳. کربوکسیلیک اسیدها

اکسایش شدید الکل اولیه/آلدهید: با KMnO₄ یا CrO₃، به اسید کربوکسیلیک اکسید می‌شوند.
هیدرولیز نیتریل: با اسید یا باز قوی، نیتریل به اسید تبدیل می‌شود.
کربوکسیلاسیون گرینیارد: رِنجنت گرینیارد با CO₂ و سپس هیدرولیز، اسید تولید می‌کند.
واکنش مالونیک استر: هیدرولیز و دکاربوکسیلاسیون استر مالونیک مشتق‌شده.

۱۳. مثال برای سنتز کربوکسیلیک اسیدها

اکسایش شدید: CH₃CH₂OH + KMnO₄/H⁺ → CH₃COOH + CO₂
هیدرولیز نیتریل: CH₃CN + 2H₂O/H⁺ → CH₃COOH + NH₄⁺
کربوکسیلاسیون گرینیارد: CH₃MgBr + CO₂ → CH₃COOMgBr → CH₃COOH
واکنش مالونیک استر: CH₂(COOEt)₂ →水解 → RCH₂COOH + CO₂

۱۴. استرها

استریفیکاسیون فیشر: واکنش اسید کربوکسیلیک با الکل در شرایط اسیدی و قابل برگشت.
واکنش اسیدکلرید با الکل: واکنش سریع و یک‌طرفه اسید کلرید با الکل.
واکنش ترانس‌استریفیکاسیون: تبادل گروه الکوکسی استر با الکل دیگر.
واکنش کلايزن (Claisen): سنتز استر β-Keto از دو مولکول استر.

۱۴. مثال برای سنتز استرها

استریفیکاسیون فیشر: CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O (H⁺)
اسیدکلرید + الکل: CH₃COCl + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ + HCl
ترانس‌استریفیکاسیون: CH₃COOCH₃ + CH₃CH₂OH ⇌ CH₃COOCH₂CH₃ + CH₃OH
واکنش کلايزن: 2CH₃COOEt + NaOEt → CH₃COCH₂COOEt + EtOH

۱۵. اسیدکلریدها

اسید کربوکسیلیک + SOCl₂: تبدیل کارآمد و با بازده بالا به کلرید.
اسید + PCl₅ / PCl₃: کلریدهای فسفر نیز اسید را به کلرید تبدیل می‌کنند.
اکسایش آلدهید با Cl₂: در شرایط خاص، آلدهید به کلرید اکسید می‌شود.

۱۵. مثال برای سنتز اسیدکلریدها

اسید + SOCl₂: CH₃COOH + SOCl₂ → CH₃COCl + SO₂ + HCl
اسید + PCl₅: CH₃COOH + PCl₅ → CH₃COCl + POCl₃ + HCl
اکسایش آلدهید: CH₃CHO + Cl₂ → CH₃COCl + HCl

۱۶. آمیدها

اسیدکلرید + NH₃ / آمین: واکنش سریع اسید کلرید با آمونیاک یا آمین.
هیدرولیز نیتریل: با آب و اسید یا باز، نیتریل به آمید و سپس اسید تبدیل می‌شود.
بازآرایی بکمن (Beckmann): اکسیم کتون در اسید، به آمید تبدیل می‌شود.
واکنش اشمیت (Schmidt): اسید کربوکسیلیک با HN₃ به آمید تبدیل می‌شود.

۱۶ .مثال برای سنتز آمیدها

اسیدکلرید + NH₃: CH₃COCl + NH₃ → CH₃CONH₂ + HCl
هیدرولیز نیتریل: CH₃CN + H₂O → CH₃CONH₂ → CH₃COOH
بازآرایی بکمن: C₆H₅C(=NOH)CH₃ → C₆H₅NHCOCH₃ (H⁺, Δ)
واکنش اشمیت: CH₃COOH + HN₃ → CH₃CONH₂ + N₂ + H₂O (H₂SO₄)

۱۷. آمین‌ها

احیای ترکیبات نیترودار: کاهش NO₂ آروماتیک به NH₂ با Sn/HCl یا H₂/Pd.
سنتز گابریل: فتالیمید با هالید آلکیل و سپس هیدرولیز، آمین اولیه خالص می‌دهد.
احیای نیتریل: کاهش نیتریل با LiAlH₄ یا H₂/Ni، آمین اولیه تولید می‌کند.
تنزل هوفمن: آمید اولیه با Br₂/NaOH، یک کربن از دست داده و آمین اولیه می‌دهد.
تنزل کورتیوس: استر آزید کربوکسیلیک با از دست دادن CO₂، آمین اولیه می‌دهد.

۱۷. مثال برای سنتز آمین‌ها

احیای نیترودار: C₆H₅NO₂ + 6[H] → C₆H₅NH₂ + 2H₂O (Sn/HCl)
سنتز گابریل: فتالیمید + CH₃CH₂Br → N-فنیل فتالیمید → هیدرولیز → CH₃CH₂NH₂
احیای نیتریل: CH₃CN + 4[H] → CH₃CH₂NH₂ (LiAlH₄)
تنزل هوفمن CH₃CONH₂ + Br₂ + 4OH⁻ → CH₃NH₂ + CO₃²⁻ + 2Br⁻ + 2H₂O
تنزل کورتیوس: CH₃COON₃ → CH₃NCO + N₂ → هیدرولیز → CH₃NH₂

۱۸. نیتریل‌ها

واکنش RX + CN⁻: هالید آلکیل با NaCN یا KCN، نیتریل تولید می‌کند.
دهیدراسیون آمید: با P₂O₅ یا SOCl₂، آب از آمید حذف و نیتریل تشکیل می‌شود.
واکنش سندمایر: آمین آروماتیک اولیه با NaNO₂/HCl و سپس CuCN، نیتریل آروماتیک می‌دهد.

۱۸. مثال برای سنتز نیتریل‌ها

واکنش RX + CN⁻: CH₃CH₂Br + NaCN → CH₃CH₂CN + NaBr
دهیدراسیون آمید: CH₃CONH₂ + P₂O₅ → CH₃CN + 2HPO₃
واکنش سندمایر: C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + CuCN → C₆H₅CN + N₂ + CuCl

۱۹. ترکیبات نیترو

نیتراسیون آروماتیک: تعویض الکتروفیلی آروماتیک با HNO₃/H₂SO₄، NO₂ به حلقه اضافه می‌شود.
جانشینی نوکلئوفیلی RX: هالید آلکیل با نمک نیترو (NaNO₂) واکنش داده، نیتروآلکان می‌دهد.
اکسایش آمین‌ها: اکسیداسیون آمین‌های اولیه با پراستیک اسید یا کرومات، مشتقات نیترو تولید می‌کند.

۱۹ . مثال برای سنتز ترکیبات نیترو

نیتراسیون آروماتیک: C₆H₆ + HNO₃/H₂SO₄ → C₆H₅NO₂ + H₂O
جانشینی نوکلئوفیلی: CH₃CH₂Br + NaNO₂ → CH₃CH₂NO₂ + NaBr
اکسایش آمین‌ها: CH₃CH₂NH₂ + H₂O₂ → CH₃CH₂NO₂ + H₂O

۲۰. نمک‌های دی‌آزونیوم

دی‌آزوتاسیون آمین آروماتیک اولیه: با NaNO₂/HCl در دمای پایین (۰-۵°C)، نمک دی‌آزونیوم تشکیل می‌شود.
واکنش‌های ساندمایر، گاترمن، بالز–شیمان: جانشینی گروه دی‌آزونیوم با هالوژن، سیانور، فنول یا آروماتیک دیگر.

۲۰ .مثال برای سنتز نمک‌های دی‌آزونیوم

دی‌آزوتاسیون: C₆H₅NH₂ + NaNO₂ + 2HCl → C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + NaCl + 2H₂O (۰-۵°C)
واکنش ساندمایر: C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + CuCl → C₆H₅Cl + N₂ + CuCl
واکنش گاترمن: C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + Cu/HCl → C₆H₅Cl + N₂ + CuCl
واکنش بالز–شیمان: C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + C₆H₆ → C₆H₅-C₆H₅ + N₂ + HCl (CuCl₂)

پربیننده ترین

تازه ترین مطالب

ورود اعضا

جستجوی پیشرفته