II תרכובות קרבוניליות – 18פרק

: מתחלקות לשתי קבוצות, )O=C(תרכובות עם קבוצה קרבונילית , ראינו כי תרכובות קרבוניליות17בפרק . תרכובות קרבוניליות בעלות קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופיל– Iסוג • .אלדהידים וקטונים: יל תרכובות קרבוניליות חסרות קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופ– IIסוג •

) Rקבוצת ( הקבוצה הקרבונילית קשורה למימן ולאלקיל ):aldehyde(אלדהיד

הוא סוג של אלדהיד בו הקבוצה formaldehyde-ה). aryl(או לאריל .הקרבונילית קשורה לשני מימנים

הקבוצה קרבונילית קשורה לשתי קבוצות אלקיליות או לשתי ):ketone(קטון .ריליותקבוצות א

והן קרבואניונים )-H(הסיבה לכך שאלדהידים וקטונים אינם מכילים קבוצה שיכולה להתחלף בנוקליאופיל היא שהן יוני מימן

)R- ( הם לא יוותרו על מקומם לטובת נוקליאופיל בתנאי מעבדה רגילים. י נוקליאופילים"להיתלש עכדי בסיסיים מדי. ). 3חלק (17וקטונים נדונו בפרק התכונות הפיזיקליות של אלדהידים

נומנקלטורה. 1

אלדהידיםפחמני -אלדהיד חד, לדוגמא. ”al“ - משם ההורה הפחמימני ב”e“י החלפת סיומת "השם הסיסטמתי של של אלדהיד מתקבל ע

תמיד ימצא בקצה משום שהוא , אין צורך לציין את מיקום הפחמן הקרבונילי. ethanalפחמני הוא -אלדהיד דו, methanalהוא . 1ההורה הפחמימני ולכן תמיד יקבל את מיקום

השם הרגיל של אלדהיד זהה לשם הרגיל של

מלבד , החומצה הקרבוקסילית המקבילה ”oic acid“ או ”ic acid“שהסיומת כאשר . ”aldehyde“ -מוחלפת ב

מיקומו של , משתמשים בשמות רגיליםהפחמן . י אות יוונית"מתמיר מצוין ע

כך שהפחמן , קרבונילי אינו מקבל אותה .αהשכן לו תמיד יהיה פחמן

, אם הקבוצה האלדהידית מחוברת לטבעת

י הוספת "האלדהיד מקבל את שמו ע“carbaldehyde” לשמה של התרכובת

.הציקלית

לקבוצה הקרבונילית יש עדיפות נומנקלטורית על פני קבוצת כובות הקרבוניליות לא לכל התר, למרות זאת. כוהל או אמין

סדר העדיפויות הנומנקלטורי מרוכז בטבלה . יש עדיפות זהה18.1 ←.

הקבוצה בעלת , אם לתרכובת יש שתי קבוצות פונקציונליותהקידומת של חמצן . העדיפות הנמוכה תרשם בהתחלה השם

. ”oxo“אלדהידי שהינו חלק מההורה הפחמימני היא נית שאינה חלק פחמ-הקידומת של קבוצה אלדהידית חד

.”formyl“מההורה הפחמימני היא

האלקן ירשם , אם התרכובת בעלת אלֵקן וקבוצת אלדהיד .”e“תוך הסרת הסיומת , קודם

1

קטונים השרשרת ממוספרת בכיוון ”one“ משם ההורה הפחמימני והוספת ”e“י הסרת סיומת "השם הסיסטמתי של קטון מתקבל ע

אין צורך להעניק לפחמן הקרבונילי מספר מאחר , במקרה של קטונים ציקלים. ספר הנמוך ביותרשייתן לפחמן הקרבונילי את המרושמים את המתמירים המחוברים לקבוצה : לעיתים קרובות משתמשים בשמות אחרים לקטונים. 1והוא תמיד יהיה בעמדה

.”ketone“הקרבונילית בסדר אלפבתי ובסוף

. אצטון-מכונה בשמו המוכר יותר, propanone, הקטון הקטן ביותר. יםלקטונים בודדים יש שמות רגילי השם הרגיל של "מצוין ע) שאינם על הטבעת הפנילית(מספר הפחמנים : שמות רגילים ניתנים גם לקטונים עם מתמירים פנילים

.”ophenone“ - ב”ic acid“והחלפת , החומצה הקרבוקסילית המקבילה .”oxo“י הקידומת "החמצן של הקטון יצוין ע, נלית נוספת עם עדיפות נומנקלטוריתאם לקטון קבוצה פונקציו

ריאקטיביות יחסית של תרכובות קרבוניליות. 2

מאכלס יותר את האלקטרונים של הקשר , שיותר אלקטרונגטיבי מפחמן, ראינו שקבוצה קרבוקסילית פולרית משום שחמצן . י נוקליאופילים" הקרבונילי גורם לתרכובות קרבוניליות להיות מותקפות עהמטען החיובי החלקי על הפחמן. הכפול

לאלדהיד יש מטען חיובי חלקי גדול יותר על הפחמן הקרבונילי שלו מאשר קטון

פחות , אם כן, אלדהיד. מאחר ומימן מושך אלקטרונים טוב יותר מקבוצה אלקילית .קליאופיליתולכן ריאקטיבי יותר כלפי התקפה נו, יציב מקטון

הפחמן . הפרעות סטריות גם משפיעות על הריאקטיביות הגבוהה יותר של אלדהידים

הקרבונילי של אלדהיד חשוף יותר בפני נוקליאופיל מאשר הפחמן הקרבונילי של היות ומימן המחובר לפחמן הקרבונילי של אלדהיד קטן יותר מהקבוצה , קטון

.ל קטוןהאלקילית שמחוברת לפחמן הקרבונילי שלהפרעות סטריות יש גם השפעה על מצב המעבר הטטראהדרלי משום שזוויות

ולכן הקבוצות האלקיליות קרובות יותר אחת לשניה מאשר 109.5°הקשר הן לקטונים יש הפרעות . 120°בה זוויות הקשר הינן , בתרכובת הקרבונילית

יבים פחות ולכן מצבי המעבר שלהם יצ, סטריות גדולות יותר במצבי המעבר .מאלו של אלדהידים

?17היכן ממוקמת הריאקטיביות של אלדהיד או קטון כלפי נוקליאופילים בהשוואה לתרכובות הקרבוניליות שנלמדו בפרק

אך יותר ריאקטיבים , הם פחות ריאקטיבים מאציל הלידים וחומצות אנהידרידיות-אלדהידים וקטונים מצויים בדיוק באמצע . קרבוקסיליות ואמידיםחומצות, מאסטרים

יון קרבוקסילאט> אמיד > חומצה קרבוקסילית ~ אסטר > קטון > אלדהיד > חומצה אנהידרידית > אציל הליד

יש זוג אלקטרונים לא קושר על אטום המחובר לקבוצה הקרבונילית שיכול להיות 17לתרכובות הקרבוניליות שנדונו בפרק

ראינו שהריאקטיביות של תרכובות . וכך להקטין את מחסור האלקטרונים שלו, נסי רזונ"משותף לפחמן הקרבונילי עכך גדלה , ככל שהבסיסיות של הקבוצה העוזבת נמוכה יותר. קרבוניליות אלו קשורה לבסיסיות של הקבוצה העוזבת

2

ת האלקטרונים מהפחמן הריאקטיביות של הפחמן הקרבונילי היות ובסיסים חלשים תורמים פחות לרזוננס וטובים יותר במשיכ .הקרבונילי

אציל (אלדהידים וקטונים אינם ריאקטיבים כמו תרכובות קרבוניליות בהן הקבוצה העוזבת היא בסיס חלש מאד , כתוצאה מכךחומצות (אך יותר ריאקטיבים מתרכובות קרבוניליות בהן הקבוצה העוזבת היא בסיס חזק יחסית ) הלידים וחומצות אנהידרידיות

). אסטרים ואמידים, יליותקרבוקס כיצד אלדהידים וקטונים מגיבים. 3

ראינו כי הקבוצה הקרבונילית של חומצה קרבוקסילית או תולדה של חומצה קרבוקסילית מחוברת לקבוצה שניתן 17בפרק .תרכובות אלו מגיבות עם נוקליאופילים ליצירת תוצרי התמרה, אי לכך. להחליפה בנוקליאופיל

, כתוצאה מכך. הקבוצה הקרבונילית של אלדהיד או קטון מחוברת לקבוצה שבסיסית מדי להסרה בתנאים רגילים, ךבניגוד לכאלדהידים וקטונים עוברים , לכן. ולא תוצרי התמרה, אלדהידים וקטונים מגיבים עם נוקליאופילים ליצירת תוצרי סיפוח

.ריאקציות התמרה אצילית נוקליאופיליתבוקסיליות עוברות בעוד שתולדות של חומצות קרריאקציות סיפוח נוקליאופילי

17בפרק . sp3 - לsp2 -הפחמן הקרבונילי מחליף את ההיברידיזציה שלו מ, כאשר נוקליאופיל מסתפח לקבוצה הקרבונילית

ם מחובר לאטוsp3 שמחובר לאטום חמצן לא תהיה יציבה אם אותו פחמן sp3ראינו כי תרכובת עם פחמן ) 5חלק (אז , )C או H הינו Z, בדוגמא( אלקטרונגטיבי אינואם הנוקליאופיל שמסתפח לאלדהיד או לקטון , על כן. אלקטרונגטיבי נוסף

. י חומצה"י הממס או ע"התוצר יהיה יון אלקוקסיד שיכול לעבור פרוטונציה ע. תוצר הסיפוח הטטראהדרלי יהיה יציב

אז תוצר הסיפוח , )N או O הינו Z, בדוגמא(יד או לקטון הינו אלקטרונגטיבי הנוקליאופיל שמסתפח לאלדה, מצד שני, אם

.אלימינציה נוקליאופילים-ריאקצית סיפוחריאקציה זו קרויה . מים יוסרו מתוצר הסיפוח. יהיה יציבלאהטטראהדרלי .Z-נראה בהמשך שגורלו של התוצר תלוי ב

)C(אופילים פחמנים ריאקציות של תרכובות קרבוניליות עם נוקלי. 4

סיפוח נוקליאופיל פחמני לתרכובת קרבונילית הוא . חדשיםC-Cמעט ריאקציות בכימיה האורגנית מסתיימות בהיווצרות קשרי . חדש ולכן יוצרת תוצר בעל יותר אטומי פחמן מאשר המגיבC-Cדוגמא לריאקציה שיוצרת קשר

)Grignard(ריאקצית גריגנארד הריאקציה . יגנארד לתרכובת קרבונילית הוא ריאקציה מגוונת שמובילה ליצירת קשר חדש בין שני פחמניםסיפוח של מגיב גר

.מפיקה תרכובות עם מבנים מגוונים כיוון שיתכנו מספר מבנים שונים למגיב הגריגנארדי ולתרכובת הקרבוניליתי הוספת אלקיל הליד לשביבי מגנזיום "ניתן להכין מגיב גריגנארד ע

:מגיב גריגנארד מתנהג כמו קרבואניון. diethyl etherיבת בסב

יון האלקוקסיד שנוצר כתוצאה מהתקפה של מגיב גריגנארד על . הוספת מים או חומצה מהולה שוברת את הקומפלקס. הפחמן הקרבונילי יוצר קומפלקס עם יון המגנזיום

:שניוני או שלישוני, התרכובת הקרבונילית בה נשתמש תקבע אם האלכוהול יהיה ראשוני

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

3

הם מציינים שהוספת המים מתבצעת רק כאשר הושלמה הריאקציה עם המגיב , ם מספרים מעל ומתחת לחץאם מופיעי .הגריגנארדי

תוצר הריאקציה הינו חומצה קרבוקסילית בעלות אטום פחמן אחד יותר . חמצני-מגיב גריגנארדי יכול להגיב גם עם פחמן דו .מאשר המגיב הגריגנארדי

.]739 בספר מצויות דוגמאות בעמוד[

. גם כןIמגיבים גריגנארדים מגיבים עם תרכובות קרבוניליות מסוג הריאקציה , כאשר אסטר מגיב עם מגיב גריגנארד: עוברות שתי ריאקציות עם מגיב גריגנארדIקבוצות קרבוניליות מסוג

יש קבוצה שניתן להחליפה , וןבניגוד לאלדהיד או לקט, מאחר ולאסטרריאקצית התמרה אצילית נוקליאופיליתהראשונה תהיה משום שקטונים ריאקטיבים יותר כלפי , הריאקציה אינה מפסיקה בשלב זה, אולם. תוצר הריאקציה הינו קטון. במגיב גריגנארד

. ריאקציה של קטון עם מולקולה שניה של מגיב גריגנארד יוצרת אלכוהול שלישוני. התקפה נוקליאופילית מאשר אסטריםלאלכוהול יש שתי קבוצות זהות המחוברות לפחמן , שלישוני נוצר כתוצאה משתי ריאקציות עם מגיב גריגנארדמאחר ואלכוהול

.] בספר740מ "מנגנון ע. [השלישוני .אלכוהולים שלישוניים נוצרים גם כתוצאה מריאקציה בין אציל להליד לבין כמות כפולה של מגיב גריגנארד

)H-(ת עם יון הידריד ריאקציות של תרכובות קרבוניליו. 5

התגובה הכוללת . י חומצה יוצרת אלכוהול"פרוטונציה של היון ע. סיפוח של יון הידריד לאלדהיד או לקטון יוצר יון אלקוקסיד .ריאקצית חיזורזכרו כי סיפוח מימן לתרכובת אורגנית הוא . לקבוצה הקרבוניליתH2מספחת

אלדהידים מחוזרים לאלכוהולים . כמקור ליוני הידרידNaBH4נתרן בורוהידריד י "כ ע"אלדהידים וקטונים מחוזרים בדשימו לב שהחומצה אינה נוספת לתערובת עד שהריאקציה עם תורם . וקטונים מחוזרים לאלכוהולים שניוניים, ראשוניים

.ההידריד הושלמה

אינו תורם הידריד חזק NaBH4. ריאקציות עם הנוקליאופיל עם יון הידריד כוללת שתיIריאקציה בין תרכובת קרבונילית מסוג ולכן קבוצות ) חומצות קרבוקסיליות ואמידים, אסטרים(מספיק להגיב עם הקבוצות הפחות ריאקטיביות מאלדהידים וקטונים

.LiAlH4 -י תורם הידריד ריאקטיבי יותר"אלו מחוזרות עמאחר והוא מגיב באלימות עם ממסים . א פשוט או בטוח לשימושאין הו, NaBH4 - ריאקטיבי יותר מLiAlH4 -מאחר ו .יש להשתמש בו בממס אפרוטי יבש, פרוטים

4

: לבין אסטר4LiAlHריאקציה בין אחד שמתאים לחלק האצילי של האסטר והשני שמתאים לחלק - יוצרת שני אלכוהוליםLiAlH4 -ריאקציה בין אסטר ל .האלקילי של האסטר

הריאקציה הראשונה הינה התמרה אצילית נוקליאופילית משום שלאסטר יש קבוצה שניתן , עם יון הידרידכאשר אסטר מגיב , האלדהיד עובר ריאקצית סיפוח נוקליאופילית עם יון הידריד שני. תוצר הריאקציה הוא אלדהיד. להחליפה ביון ההידריד

לעצור את הריאקציה בשלב האלדהיד מאחר ואלדהיד יותר לא ניתן. ליצירת יון אלקוקסיד שעובר פרוטונציה והופך לאלכוהול .ריאקטיבי מאסטר כלפי התקפה נוקליאופילית

: לבין אסטר DIBALHריאקציה ביןניתן , כתורם הידריד בטמפרטורה נמוכהdiisobutylaluminum hydride (DIBALH) -כימאים גילו כי אם משתמשים ב

מה (מגיב זה הופך אסטרים לאלדהידים כלומר . אקוויוולנטית אחת של יון הידרידלעצור את הריאקציה אחרי הוספת כמות ).שמפתיע לאור העובדה שאלדהידים ריאקטיבים יותר כלפי יוני הידריד מאשר אסטרים

שמייצבת את תוצר הביניים הטטראהדלי שנוצר בהתחלה כך שאין הוא מסלק את יון , 78°C- -ריאקציה זו מתרחשת בכאשר תוצר הביניים הטטראהדרלי יסלק , אי לכך. כל תורם ההידריד מוסר מהתערובת לפני שהתערובת מחוממת. קסידהאלקו

יתקבל אלכוהול , אם הריאקציה תבוצע בטמפרטורת החדר. לא יהיה גורם מחזר להגיב עם האלדהיד, את יון האלקוקסיד .LiAlH4אותו תוצר שמתקבל כאשר אסטר מגיב עם , ראשוני

: לבין חומצה קרבוקסילית4LiAlHאקציה בין רי

. יוצרת אלכוהול ראשוניLiAlH4הריאקציה בין חומצה קרבוקסילית לבין . ויון קרבוקסילאטH2יון הידריד מגיב עם המימן החומצי של החומצה הקרבוקסילית ליצירת , בשלב הראשון של הריאקציה

שנוכח AlH3האלקטרופיל , אולם במקרה זה. ילאט לאור מטענם השליליראינו שנוקליאופילים אינם מגיבים עם יוני קרבוקסי "בדומה לחיזור אסטר ע, אז. בתערובת יכול לקבל את זוג האלקטרונים מיון הקרבוקסילאט ליצירת תורם הידריד חדש

LiAlH4 ,ול הראשוניכאשר אלדהיד נוצר כתוצר ביניים בדרך ליצירת האלכוה, מתרחשים שני סיפוחים של יון ההידריד.

: לבין אציל כלורידים4LiAlHריאקציה בין . LiAlH4אציל כלורידים עוברים שני סיפוחים של יון הידריד בתגובה עם , בדומה לאסטרים ולחומצות קרבוקסיליות

5

: לבין אמידים4LiAlHריאקציה בין , אמינים ראשוניים. תוצר הריאקציה הינו אמין. LiAlH4אמידים גם עוברים שני סיפוחים של יון הידריד כאשר הם מגיבים עם

נהפכת , בריאקציה הכוללת. בהתאם למספר המתמירים שמחוברים לחנקן של האמיד, שניוניים ושלישוניים יכולים להיווצר ). methylene(קבוצה קרבונילית לקבוצה מתילנית

.כן התוצר הינו אמין ולא יון אמוניוםול, בשלב השני של הריאקציה+H3O - ולא בH2O -שימו לב שמשתמשים ב .שימו לב לדימיון בין מנגנון זה לבין מנגנון הריאקציה בין יון הידריד לבין חומצה קרבוקסילית, כמוכן

)N(ריאקציות של אלדהידים וקטונים עם נוקליאופילים חנקנים . 6

. חנקן כפול- הוא תרכובת עם קשר פחמן)imine(אימין . ליצירת אימין) RNH2 (אמין ראשוניאלדהידים וקטונים מגיבים עם .)Schiff base(בסיס שיף אימין שמתקבל מריאקציה של תרכובת קרבונילית עם אמין ראשוני נקרא לעיתים

. O=C דומה למודל האורביטלי של קבוצה N=Cהמודל האורביטלי של קבוצת

השניה , עם הפחמן באימיןσ יוצר קשר sp2אחת מאורביטלות . sp2לחנקן באימין היברידיזציה של החנקן חופפת pאורביטלת . ובשלישית יש זוג אלקטרונים לא קושר, עם מתמירσיוצרת קשר .π של הפחמן ליצירת קשר pלאורביטלת

לומר אמין כ, בלתי רווי-α,β הוא אמין שלישוני )enamine(אנמין . אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמין שניוני ליצירת אנמין

שימו לב שהקשר הכפול הוא החלק במולקולה שמקורו מהאלדהיד או . ביחס לאטום המימןβ,αשלישוני עם קשר כפול בעמדה . מהקטון

הריאקציה להיווצרות אמין והריאקציה להיווצרות אנמין זהות לחלוטין למעט האתר ממנו מתנתק , למרות השוני בין התוצרים .הריאקציהפרוטון בשלב האחרון של

סיפוח של אמינים ראשוניים

אך יש , של חומצה) קטנה(הריאקציה דורשת כמות קטליטית . אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמינים ראשוניים ליצירת אימינים . של התמיסה כפי שנראה בהמשךpH -לשמור היטב על ה

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

6

סיפוח : אלימינציה נוקליאופילים-ריאקצית סיפוחהיא , סיפוח נוקליאופיל חנקני לאלדהיד או לקטון, התגובה הכוללתתוצר הביניים . ולאחר מכן הוצאה של מים, ירת תוצר ביניים טטראהדרלי לא יציבנוקליאופילי של אמין ליצ

מים יוצאים . חמצן וחנקן- שנוצר מחובר לשני אטומים אלקטרונגטיביםsp3הטטראהדרלי אינו יציב משום שפחמן .מ לייצב את האמין"ומוסר פרוטון מהמולקולה ע, מהמולקולהו קטון לבין פחמן או מימן נוקליאופילים יוצרת תרכובת טטראהדרלית יציבה מאחר ריאקציה בין אלדהיד א, בניגוד לכך

. שנוצר אינו מחובר לאטום אלקטרונגטיבי שניsp3ופחמן

ולעומת זאת הם , עם נוקליאופילים פחמנים או מימניםריאקציות סיפוח נוקליאופיליאלדהידים וקטונים עוברים , לכן . עם נוקליאופילים חנקניםינציה נוקליאופיליםאלימ-ריאקציות סיפוחעוברים

נדרשת כמות חומצה מספיקה לגרום לפרוטונציה של תוצר . בה נוצר האימין חייבת להיות מבוקרת היטבpH-רמת ה

אם כמות החומצה תהיה גדולה , אולם. הבסיסי-OH ולא H2Oהביניים הטטראהדרלי כך שהקבוצה העוזבת תהיה ולכן אין הם , אמינים שעברו פרוטונציה אינם נוקליאופילים טובים. טונציה של כל האמין המגיבהיא תגרום לפרו, מידי

י חומצה "בניגוד לריאקצית המזורזות ע, לכן). הריאקציה לא תצא לפועל(יכולים להגיב עם קבוצות קרבוניליות .וטונציהמ שהקבוצה הקרבונילית תעבור פר"אין מספיק חומצה בתגובה זו ע, שראינו עד כה

אימינים עוברים הידרוליזה לקבלת תרכובת קרבונילית , מימית-בסביבה חומצית: היווצרות אימין הינה ריאקציה הפיכה

.בתמיסה חומצית האמין עובר פרוטונציה ולכן אינו ריאקטיבי לתרכובת הקרבונילית. ואמיןהידרוליזת אימין היא . ות במערכות ביולוגיותהיווצרות אימין והידרוליזה הינם ריאקציות חשוב: לחובבי ביוכימיה .U - וA,C,Gא מכיל " ואילו רנT - וA,C,Gא מכיל בסיסי "הסיבה מדוע דנ

סיפוח של אמינים שניוניים

הריאקציה דורשת כמות , בדומה להיווצרות אימין. אלדהידים וקטונים מגיבים עם אמינים שניוניים ליצירת אנמינים .מזערית על זרז חומצי

.עד השלב האחרון של הריאקציה, המנגנון עבור היווצרות אנמין זהה לחלוטין למנגנון היווצרות אימיןהאימין שעבר פרוטונציה מאבד פרוטון מהחנקן בשלב האחרון ליצירת , כאשר אמין ראשוני מגיב עם אלדהיד או קטון

מולקולה יציבה ונייטרלית . ת אינו מחובר למימןהחנקן הטעון חיובי, כאשר האמין שניוני, לעומת זאת. אימין נייטרלי .התוצאה הינה אנמין. שנגזרה מהתרכובת הקרבוניליתתרכובת של ה αי הסרת פרוטון מפחמן "מתקבלת ע

בריאקציה שדומה להידרוליזה בזירוז , אנמין עובר הידרוליזה בחזרה לתרכובת קרבונילית ואמין שניוני, מימית-בסביבה חומצית .חומצה של אימין בחזרה לתרכובת קרבונילית ואמין ראשוני

היווצרות תולדות אימיניות

דומות semicarbazide (NH2NHCONH2) - וhydroxylamine (NH2OH) ,hydrazine (NH2NH2)תרכובות כגון , ירת אימיניםצהם מגיבים עם אלדהידים וקטונים לי, כמו אמינים ראשונים, כך. NH2לאמינים ראשונים בכך שיש להם קבוצת

. Rכ תולדות אימיניות משום שהמתמיר המחובר לחנקן האימין הוא אינו קבוצת "הקרויים בד

7

נקרא hydroxylamineהאימין שמתקבל מהריאקציה עם •oxime

נקרא hydrazineהאימין שמתקבל מהריאקציה עם •hydrazone

נקרא semicarbazideהאימין שמתקבל מהריאקציה עם •semicarbazone

.phenylhydrazonesהידרזינים עם מתמיר פנילי מגיבים עם אלדהידים וקטונים ליצירת

)Wolff-Kishner Reduction(קישנר -חיזור וולף). 15פרק (methyleneהקבוצה הקרבונילית הופכת לקבוצה , דהיד או קטון מחוממים בתמיסה בסיסית של הידרזיןכאשר אל

.קישנר-חיזור וולףהריאקציה ידועה כ. משום שמוסר חמצן מהמגיב) deoxygenation(תהליך זה נקרא דיאוקסיגנציה מגיב הקטון עם הידרזין , תחילה. ות יצירת הידרזון רגילותקישנר מריאקצי-החום ויון ההידרוקסיד מבדילים את חיזור וולף

החום נדרש מאחר והפרוטון אינו מוסר . NH2יון הידרוקסיד קוטף מימן מקבוצת , לאחר שההידרזון נוצר. ליצירת הידרזוןונים חוזרים על שני השלבים האחר. ולתלוש פרוטון מהמים, על פני הפחמן) delocalize(המטען השלילי יכול להתפזר . בקלות

.עצמם ליצירת התוצר המחוזר וגז חנקן

)O(ריאקציות של אלדהידים וקטונים עם נוקליאופילים חמצנים . 7

סיפוח מים הוא הידראט). hydrate(מים מסתפחים לאלדהיד או לקטון ליצירת הידראט

-gemהידראטים קרויים גם . על אותו הפחמןOHמולקולה עם שתי קבוצות diols) "gem" מהמילה "geminus"תאום"שפירושה , בלטינית.("

כ אינם יציבים מספיק לבודד מאחר "הידראטים של אלדהידים או קטונים בד .והפחמן הטטראהדרלי מחובר לשני אטומי חמצן

זכרו כי . ומציי זרז ח"קצב הריאקציה מוגבר ע. ולכן הם מסתפחים לאט יחסית לקבוצה הקרבונילית, מים הם נוקליאופיל גרוע

–לזרז אין כל השפעה על שיווי המשקל הוא משפיע על הקצב בו האלדהיד או

אך אין לו כל , הקטון יהפכו להידראטהשפעה על הכמות של אלדהיד או קטון

.שתהפוך להידראט

כמות האלדהיד או הקטון שתעבור הידרציה בתמיסה מימית

מאצטון עובר 0.2%רק , לדוגמא. תלויה באלדהיד או בקטון ?מניין ההבדל. מפורמלדהיד99.9%לעומת , מ"הידרציה בש

. מ תלוי ביציבות היחסית של המגיבים ושל התוצרים"קבוע שתלוי ביציבות , על כן, מ עבור היווצרות הידראט"קבוע ש

. היחסית של התרכובת הקרבונילית ושל ההידראטפכות ראינו כי קבוצות אלקיליות תורמות אלקטרונים הו

).פחות ריאקטיבית(תרכובת קרבונילית ליציבה יותר

8

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

הקשר הן ענני האלקטרונים של המתמירים האלקילים אינם מפריעים אחד לשני בתרכובת הקרבונילית היות וזוויות . הכך שהקבוצות האלקיליות קרובות יותר אחת לשני, °109.5זוויות הקשר בהידראט הטטראהדרלי הינן , אולם. °120

משום שהן מייצבות את התרכובת – לכיוון המגיבים –מ לשמאל "הקבוצות האלקיליות דוחפות את ש, אי לכך .מ פחות אצטון יעבור הידרציה מאשר פורמלדהיד"שב, כתוצאה מכך. הקרבונילית ומערערות את יציבות ההידראט

תרומת אלקטרונים ומתמירים . מ תלוי בהשפעות סטריות ואלקטרוניות"אחוז ההידראט שמצוי בתמיסה בש, לסיכום . את אחוז ההידראטמגדיליםואילו משיכת אלקטרונים ומתמירים קטנים , מ" את אחוז ההידראט בשמקטיניםגדולים

סיפוח אלכוהול

.hemiacetal נקרא לאלדהידהתוצר שמתקבל כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפחת .acetal נקרא לאלדהיד כמויות אקוויוולנטיות של אלכוהול מסתפחות 2התוצר שמתקבל כאשר

.hemiketal נקרא לקטוןהתוצר שמתקבל כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפחת .ketal נקרא לקטון כמויות אקוויוולנטיות של אלכוהול מסתפחות 2התוצר שמתקבל כאשר

"hemi" התרכובת עברה , כאשר כמות אקוויוולנטית של אלכוהול מסתפח לאלדהיד או לקטון". חצי" מהמילה היוונית

. הקטלי הסופי/חצי דרך לקראת התוצר האצטלי .אלכוהול הוא נוקליאופיל גרוע ועל כן יש צורך בזרז חומצי

מה שהופך את הפחמן הקרבונילי , י החומצה"החמצן הקרבונילי עובר פרוטונציה ע, בשלב הראשון של יצירת אצטל או קטל

היות . סילוק פרוטון מתוצר הביניים הטעון חיובית יוצר את המיאצטל או המיקטל. רגיש יותר להתקפה נוקליאופיליתשני אטומי החמצן של . מ עם צורתם החומצית"יקטל מצויים בשההמיאצטל או ההמ, והריאקציה מבוצעת בסביבה חומצית

הוצאת מים מתוצר הביניים . ולכן לכל אחד אותו סיכוי לעבור פרוטונציה, ההמיאצטל או ההמיקטל בסיסים באותה מידהת התקפה נוקליאופילית של מולקול. הטטראהדרלי יוצרת תרכובת ריאקטיבית מאד בגלל מחסור האלקטרונים על הפחמן

.יוצרים את האצטל או הקטל, ואז איבוד פרוטון, אלכוהול שנייה על תרכובת זו

המים מתערובת י סילוק של"ניתן לבודד אותו ע, אטומי חמצןלמרות שהפחמן הטטראהדרלי של אצטל או קטל מחובר לשני O-methylatedא תרכובת קרבונילית התרכובת היחידה שיכולים האצטל או הקטל ליצור הי, אם המים אינם זמינים. הריאקציה

.שפחות יציבה מהאצטל או מהקטל .חומצית- בתמיסה מימיתןהאצטל או הקטל יכולים להפוך חזרה לאלדהיד או לקטו

9

אמין ראשוני (לאחר שנוקליאופיל . הידראט ואצטל או קטל זהים, אנמין, שימו לב שהמנגנונים עבור יצירת אימין) מים במקרה של הידראט ואלכוהול במקרה של אצטל או קטל, וני במקרה של אנמיןאמין שני, במקרה של אימין

. מים יוצאים מתוצר הביניים הטטראהדרלי ליצירת תוצר ביניים טעון חיובית, מסתפח לקבוצה הקרבונילית

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

.אלימינציה של מים תחזיר אותנו לאלדהיד או לקטון המקוריים, היות והנוקליאופיל ביצירת הידראט הינו מים-בנוסף

קבוצות מגנות. 8

diols-1,3עם ועם טבעות מחומשות ) או אצטלים( ליצירת קטלים diols-1,2מגיבים עם ) דהידיםאו אל(קטונים . זכרו כי טבעות מחומשות או משושות יציבות ולכן נוצרות בקלות. עם טבעות משושות) או אצטלים(ליצירת קטלים

, ות נפרדות של אלכוהולחוץ מזה שבמקום להגיב עם שתי מולקול, בפרק זה7המנגנון זהה לזה שהוצג בחלק ).diol(התרכובת הקרבונילית מגיבה עם שתי קבוצות אלכוהול של אותה מולקולה

יש , מעוניינים שרק אחת מהן תגיב עימואך אנו, אם לתרכובת יש שתי קבוצות פונקציונליות שיגיבו עם ריאגנט נתון

קבוצה מגנה בוצה פונקציונלית נקראת קבוצה שמגינה על ק. ולהגן על הקבוצה הפונקציונלית השניה מפניprotection group .יש לעטוף את הרהיטים בניילון כך שלא יצבעו גם , אם רוצים לצבוע את קירות החדר, לדוגמא

. להגן על קבוצה קרבונילית של אלדהידים וקטוניםdiols-1,3 - וdiols-1,2 -משתמשים ב, באותו אופן. הם בתהליך

יכול LiAlH4 החומר,keto ester - מhydroxyketoneזה של סינת, בדוגמא הבאהכאשר הקבוצה שאיננו , keto ester -לחזר את שתי הקבוצות הפונקציונליות של ה

.היא הריאקטיבית מבין השתיים, keto -קבוצת ה, רוצים שתגיב

י "ר את הקבוצה המגנה עניתן להסי. LiAlH4אז רק הקבוצה האסטרית תגיב עם , הופכת לקטלketo -אם קבוצת ה שאסור לתנאים בהם תוסר הקבוצה המגנה להשפיע להדגישיש . הידרוליזה בזירוז חומצה לאחר שהאסטר עבר חיזור

, )sitesלא , ethers(אצטלים וקטלים הם קבוצות מגנות טובות בגלל היותם אתרים . על שאר הקבוצות במולקולה . מחמצניםריאגנטיםם או מחזריריאגנטים, שאינם מגיבים עם בסיסים

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

אין טעם לתאר אותם מילולית מאחר ובמילא לא ניתן יהיה להבין , 759-760מוד דוגמאות נוספות מצויות בספר בע [

.]ללא תמונות סיפוח נוקליאופילים גופרתיים. 9

אנלוגים (thiolsאלדהידים וקטונים מגיבים עם thioacetalsליצירת ) גופרתיים לאלכוהולים

זהה לזה של thiolהמנגנון של סיפוח . thioketals -ו . לכוהולסיפוח א

10

היא ריאקציה שימושית מבחינה thioketal או thioacetalיצירת גופרתיזציה - עוברים דהthioketal או thioacetal -משום ש, סינטתית

גופרתיזציה מחליפה -דה. Raney nickel - וH2כאשר הם מגיבים עם .C-H בקשרי C-Sאת קשרי

לנו דרך שלישית גופרתיזציה מעניקה - ואחריה דהthioketalיצירת

). methylene(להפיכת הקבוצה הקרבונילית של קטון לקבוצה מתילנית ).18פרק (Wolff-Kishnerוחיזור ) 15פרק (Clemmensenחיזור : שתי השיטות הקודמות היו

Wittigריאקצית . 10

איד הוא תרכובת בעלת איל. ליצירת אלֵקן) phosphonium ylide(אלדהיד או קטון מגיב עם אילאיד פוספוניום

ניתן גם לכתוב אילאיד עם קשר . מטענים מנוגדים על אטומים שכנים המחוברים בקשר קוולנטי ובעלי אוקטט מלא .משום שלזרחן יכולים להיות יותר משמונה אלקטרוני ערכיות) במקום מטענים מנוגדים(כפול

התגובה הכוללת . Wittig reaction אלקן נקראת הריאקציה בין אלדהיד או קטון לבין אילאיד פוספוניום ליצירת .מסתכמת בהחלפת החמצן המחובר בקשר כפול לפחמן הקרבונילי בפחמן המחובר בקשר כפול באילאיד פוספוניום

כאשר הפחמן , מרוכזת] 2+2[ היא ריאקצית סיפוח ציקלי Wittigהוכחות ניסוייות מצביעות על כך שריאקצית היא נקראת ריאקצית סיפוח . לי של האילאיד תוקף את הפחמן האלקטרופילי של התרכובת הקרבוניליתהנוקליאופי

שנים מגיעים מהקבוצה , המעורבים במצב המעבר הציקליπמרוכזת משום שמתוך ארבעת אלקטרוני ] 2+2[ציקלי .התוצר האלקני יוצרת את triphenylphosphine oxideאלימינציה של . הקרבונילית ושנים מהאילאיד

לבין אלקיל הליד עם המספר הדרוש של triphenylphophine בין SN2י ריאקצית "האילאיד פוספוניום מתקבל עי בסיס חזק כגון "פרוטון מהפחמן הסמוך לאטום הזרחן הטעון חיובית הוא מספיק חומצי להיתלש ע. פחמנים

butyllithium:

11

עדיף להשתמש באחד שצורך אלקיל הליד עם הכי פחות , ל מגיבים אפשריים לסינתזת אלקןאם ישנם שני סוגים שכך הוא פחות ריאקטיבי , זכרו כי ככל שלאלקיל הליד יש יותר הפרעות סטריות. הפרעות סטריות לסינתזת האילאיד

נים ותרכובת פחמ3 עדיף להשתמש באלקיל הליד עם ethyl-3-hexene-3בסינתזת , לדוגמא. SN2בריאקצית משום שקל יותר ליצור , פחמנים3 פחמנים ותרכובת קרבונילית עם 5 פחמנים מאשר אלקיל הליד עם 5קרבונילית עם

.bromopropane-3 - מאשר מbromopropane-1 -אילאיד מ

:Wittigועכשיו לפרסומת קצרה על ריאקצית הקשר הכפול יהיה רק : יוסלקטיבית לחלוטין' היא שיטה נהדרת להפקת אלקן משום שהיא רגWittigריאקצית •

.במקום אחדמשום שבשיטות אחרות , היא גם הדרך הטובה ביותר ליצירת אלקן עם הקשר הכפול בקצוותWittigריאקצית •

.אלקן עם קשר כפול בקצה תמיד יתקבל כתוצר משני או כלל לא יווצר ...]הבין ללא תמונות שקשה ל763 משפטים על אילאידים בספר בעמוד 2ישנם עוד [

Si - וReצדדי : סטריאוכימיה של ריאקציות סיפוח נוקליאופיליות. 11

פחמן קרבונילי פחמן קרבונילי המחובר לשני מתמירים שונים הוא היות והוא יהפוך למרכז )prochiral carbonyl carbon(פרוכיראלי

הקבוצות אם תתווסף לו קבוצה השונה משתי ) פחמן אסימטרי(כיראלי . זוג אננטיומריםו הסיפוח יהייתוצר. שכבר מחוברות לו

.הפחמן הקרבונילי ושלושת האטומים הקשורים לו מגדירים מישור

ה ֵרצד אחד של התרכובת הקרבונילית קרוי . הנוקליאופיל יכול להתקרב מכל צד של המישורRe ַסאי והצד השני קרויSi .י "את שלושת הקבוצות עפמדרגים , מ להבדיל בין הצדדים"ע

הוא הצד Reצד . S- וR ונומנקלטורת Z- וEסדר העדיפויות בו משתמשים לקביעת איזומרי הוא הצד Siוצד , )1 < 2 < 3(יורד הקרוב לצופה כאשר סדר העדיפויות בכיוון השעון

.שקרוב לצופה כאשר סדר העדיפויות נגד כיוון השעון יורד

, דוגמאל. יוצרת את האננטיומר השניSiבעוד שהתקפה בצד , יוצרת אננטיומר אחד Reצד בהתקפת נוקליאופיל .2-butanol-(R) יוצרת Si והתקפת צד 2-butanol-(S)י יון הידריד יוצרת " של בוטאנון עReהתקפת צד

עדיפויות של הקבוצות תלויה בעדיפות הנוקליאופיל ביחס לסדרי הS או R תניב אננטיומר Reבין אם ההתקפה על צד אך 2-butanol-(S) של בוטנאנון יוצרת Reבצד י יון הידריד "התקפה ע, לדוגמא. ת לפחמן הקרבוניליוהמחובר .2-butanol-(R)תרכובת יוצרת האותו צד של אותה בי מגיב גריגנארד מתילי "התקפה ע

12

אותה סבירות להיות Si - וReלצדדי , ירים מישורמאחר והפחמן הקרבונילי ושלושת האטומים המחוברים לו מגד .ריאקצית סיפוח יוצרת כמויות שוות של שני האננטיומרים, כתוצאה מכך. מותקפים

בלתי רוויים-β,αסיפוח נוקליאופילי לאלדהידים או קטונים . 13

בלתי רוויה -α,βהתורמים הרזונטיבים עבור תרכובת קרבונילית

הפחמן : שני אתרים אלקטרופיליםמראים כי למולקולה יש .βהקרבונילי ופחמן

משמעות הדבר היא שאם לאלדהיד או לקטון יש קשר כפול בעמדה α,β , נוקליאופיל יכול להסתפח או לפחמן הקרבונילי או לפחמןβ.

. 1,2- או סיפוחdirect additionסיפוח ישיר סיפוח נוקליאופילי לפחמן הקרבונילי נקרא

משום שהסיפוח מתרחש , 1,4- או סיפוחconjugate additionסיפוח צמוד נקרא β נוקליאופילי לפחמן סיפוחכך שהריאקציה , עובר טאוטומריזציה לקטון או לאלדהיד, אנול, התוצר, התרחש1,4-לאחר שהסיפוח. 4- ו1בעמדות

ופרוטון מתערובת הריאקציה βחמן כאשר הנוקליאופיל מסתפח לפ, פחמן כפול-הכוללת מסתכמת בסיפוח לקשר פחמן . αמסתפח לפחמן

בלתי רווי הוא תוצר סיפוח ישיר או תוצר סיפוח -α,βבין אם התוצר שמתקבל מסיפוח נוקליאופילי לאלדהיד או לקטון .מבנה התרכובת הקרבונילית והתנאים בהם מתרחשת הריאקציה, צמוד תלוי בסוג הנוקליאופיל

כלומר נוקליאופילים שהינם בסיסים חלשים ומאפשרים לסיפוח – תוצרי סיפוח בלתי יציביםם שיוצרים נוקליאופילי

. צמוד יציב יותרהסיפוח הותוצר , אינו הפיך יוצרים תוצרי סיפוח צמוד משום שסיפוח צמוד –הישיר להיות הפיך .לכוהולים ואמיניםא, thiols, יוני ציאניד, נוקליאופילים בקבוצה זו כוללים יוני הלידים

כלומר נוקליאופילים שהינם בסיסים חזקים ואינם מאפשרים לסיפוח – תוצרי סיפוח יציביםנוקליאופילים שיוצרים

נוקליאופילים בקבוצה זו כוללים יוני . יוצרים הן תוצרי סיפוח ישיר והן תוצרי סיפוח צמוד–הישיר להיות הפיך ולכן התוצר שמתקבל תלוי בריאקטיביות של , בור היא זו שמתרחשת מהר יותרהריאקציה שתג. הידריד וקרבואניוניםתרכובות עם קבוצות קרבוניליות ריאקטיביות יוצרות בעיקר תוצרי סיפוח ישיר משום שעבור . הקבוצה הקרבונילית

ות יוצרות תרכובות עם קבוצות קרבוניליות פחות ריאקטיבי, לעומת זאת. ובות אלו הסיפוח הישיר מהיר יותרתרכלאלדהידים יש קבוצות , לדוגמא. הסיפוח הצמוד מהיר יותר, בעיקר תוצרי סיפוח צמוד משום שעבור תרכובות אלו

יוצר בעיקר תוצרי סיפוח ישיר עם sodium borohydrideולכן , קרבוניליות ריאקטיביות יותר מאלו של קטונים .תוצר הסיפוח ישיר ויותר מתוצר הסיפוח הצמודקטונים יוצרים פחות מ, בהשוואה לאלדהידים. אלדהידים

י הוספת צריום כלורידי לתערובת "ניתן להשיגו ע, סיפוח הידרידאם הסיפוח הישיר הוא התוצאה הרצויה של

י "צריום כלורידי הוא בסיס לואיס שמגביר את רגישות הקבוצה הקרבונילית להתקפה נוקליאופילית ע. הריאקציה .מצן הקרבונילייצירת קומפלקס עם הח

13

מגיבי גריגנארד מגיבים עם , לכן. מסתפחים באופן בלתי הפיך לקבוצות קרבוניליותמגיבי גריגנארד , כמו יוני הידריד .בלתי מעוכבים ליצירת תוצרי סיפוח ישיר-α,βבלתי רוויים וקטונים -α,βאלדהידים

גריגנארדי יצור תוצר סיפוח צמוד משום מגיב, י הפרעות סטריות"קצב הסיפוח הישיר מואט ע, לעומת זאת, אם . שבמקרה זה הסיפוח הצמוד מהיר יותר

בלתי -α,βמגיבים עם אלדהידים וקטונים ) lithium dialkylcuprates (מגיבי גילמןרק סיפוח צמוד מתרחש כאשר . רוויים

מגיבי גילמן כאשר נרצה וב, נשתמש במגיבי גריגנארד כאשר נרצה לספח קבוצה אלקילית לפחמן הקרבונילי, לכן

.βלספח קבוצה אלקילית לפחמן

בלתי רוויות-β,αסיפוח נוקליאופילי לתולדות חומצה קרבוקסילית . 14

שני אתרים בעלות , בלתי רוויים-α,βבלתי רוויות כמו אלדהידים וקטונים -α,βתולדות חומצה קרבוקסילית הם עוברים התמרה אצילית . ה אצילית נוקליאופיליתהתמראו סיפוח צמוד יכולות לעבור הן: אלקטרופילים

. בלתי רוויה יש קבוצה שניתן להחליפה בנוקליאופיל-α,βנוקליאופילית ולא סיפוח ישיר משום שלתרכובת קרבונילית סיפוח אצילי נוקליאופילי הופך להתמרה אצילית , כמו בתרכובות קרבוניליות לא צמודות, במילים אחרות

. הקבוצה הקרבונילית מחוברת לקבוצה שניתן להחליפה בקבוצה אחרתנוקליאופילית אם

כגון ( קבוצות קרבוניליות ריאקטיביות בעלותבלתי רוויות -α,βנוקליאופילים מגיבים עם תולדות חומצה קרבוקסילית ופילים נוקליאתוצרי סיפוח צמוד נוצרים מריאקציה של . ליצירת תוצרי התמרה אצילית נוקליאופילית) אציל כלורידים

).כגון אסטרים ואמידים( ריאקטיביות עם קבוצות קרבוניליות פחות

14