Образуване на алкохоли с помощта на хидридни редуциращи агенти

Ще разгледаме получаването на алкохол с използване на хидриден редуциращ агент и ще започнем с натриев борхидрид. Ще напиша структурната формула на това съедиение. Това е бор с четири водорода. Това дава на бора отрицателен заряд –1. После имаме натриев катион. Можем да разглеждаме хидридните редуциращи агенти като хидрид-трансферни агенти. Ще трансферираме хидрид в нашия алдехид или кетон. Само да си припомним какво е хидрид, това е водород с два електрона, който има заряд –1. Сега ще покажа преноса на хидрид от натриев борхидрид към нашия карбонил. Спомни си, че карбонилът е частично отрицателен и частично положителен. Значи този въглерод тук иска електрони. Той може да получи електрони от тук. Тези два електрона ще атакуват този въглерод, като ще изтласкат тези електрони към кислорода. Сега да видим какво се получава. Сега въглеродът е свързан с водород и после тук отляво имаме кислород, който сега има три несподелени електронни двойки, заряд –1, R и Н. Нека да проследим тези електрони. Електроните в синьо, ето тук, ще образуват тази връзка ето тук. После това ще бъде този водород ето тук. Пренасяме хидрид, водород с тези два електрона в нашия карбонил. Причината да се нуждаем от нещо като натриев борхидрид е, че не можем да използваме натриев хидрид, защото хидридът сам по себе си не е добър нуклуофил, той е добра основа. Орбиталата е твърде малка, за да взаимодейства добре с този въглерод тук. Ето защо се нуждаем от хидрид трансфериращ агент, нещо като натриев борхидрид. След като присъединим хидрида, можем сега да протонираме това. Има различни начини за това в учебниците. Единият начин е във втората стъпка да добавим протони и да протонираме алкоксида, за да получим крайния продукт. Това може да се направи в процеса, или в някои учебници просто се посочва натриев борхидрид с етер или алкохол като метанол или етанол и вода. Можеш да протонираш алкоксида също и по този начин. Зависи как ще проведеш тази реакция. Важното нещо е, че се образува алкохол с трансфер на хидрид. Този водород тук, и после два електрона, два с този въглерод тук. Редуцираш карбонила. Ще се върна тук горе вляво... Да видим този алдехид или кетон. Имаме въглерод с двойна връзка към кислород и като добавим хидрид сега този въглерод има само единична връзка с кислорода. Ако определиш степените на окисление, ще видиш, че този въглерод тук в червено е бил редуциран. Хидрид редуциращият агент редуцира карбонила и се получава алкохол. Сега да видим един пример с използване на натриев борхидрид. Тук имаме кетон и имаме натриев борхидрид и метанол. За крайния продукт можем да запишем непроменения пръстен, като поставям това тук. После разглеждаме присъединяването на хидрид. Водород с два електрона към нашия карбонилен въглерод. Ще го напиша ето тук. Ще присъединим водород и два електрона към нашия карбонилен въглерод, който ще образува алкоксид, после ще протонираме алкоксида в процеса и ще получим алкохол. Пак ще покажа присъединяването на този хидрид. Това е този водород и тези два електрона, които се присъединяват, за да се получи алкохол. Тук започваме с кетон, а завършваме с вторичен алкохол. Въглеродът, свързан с ОН групата, е свъразан с два други въглерода. Така се получава вторичен алкохол. Редукция на кетон за получаване на вторичен алкохол. Друг хидрид редуциращ агент е литиево-алуминиевият хидрид. Сега да видим тази реакция. Имаме литиево-алуминиев хидрид. Ще запиша структурната му формула. Имаме алуминий, този път с четири връзки с водород. Което дава на алуминия отрицателен заряд –1. Тук ще има и литий 1+, ето така. Пак повтарям, че това е хидрид-трансфериращ агент. Сега ще разгледаме трансфера на хидрид от литиево-алуминиевия хидрид към карбонилната група. Ще опитам да съм последователен с цветовете. Тези два електрона и този водород идват и атакуват тук, като изтласкват тези електрони при кислорода. Това е доста опростено представяне на механизма. Но пак е най-лесният начин да си го представим. Сега имаме алкоксида тук отляво, ще го напиша тук. Отрицателен заряд –1 при кислорода. Тук отдясно прибавихме хидрид. Започнахме с водород, който идва от алдехида, нека да го покажа. Хидридът, който прибавихме... искам да кажа ето това тук, тези електрони. Имахме водород в началото, който е от алдехида. Това е ето този водород тук. В следващата стъпка протонираме нашия алкоксид. В следващата стъпка можем да добавим вода, разредена киселина или нещо такова, за да протонираме алкоксида. Това взима протон от тук, изтласква тези електрони, и се получава нашият алкохол като продукт. Ще го напиша ето тук. Ще получим, да видим, това е алкохолът, с ОН група. Сега да преброим въглеродните атоми тук, просто за да сме сигурни, че сме работили вярно. Тук има един, два, три, четири въглерода в началото. Тук имаме един, два, три, четири въглерода. Сега ще покажа хидрида, който прибавихме. Присъединихме този хидрид ето тук и после тук имаше водород при този въглерод, който идва от изходния алдехид. Това е нашият продукт. Тръгнахме от алдехида тук отляво, ако редуцираме този алдехид, тогава получаваме първичен алкохол. Нека анализираме това. Това е първичен алкохол, въглеродът, който е свързан с ОН групата, е свързан с още един въглерод. Това е редукция на алдехид с използване на литиево-алуминиев хидрид, което води до получаване на първичен алкохол. При използване на литиево-алуминиев хидрид непременно трябва да спазиш тези две стъпки. Литиево-алуминиевият хидрид реагира бурно с вода и ще покажа защо. Ако имаш литиево-алуминиев хидрид и вода, протича бурна, даже понякога потенциално опасна реакция. Имаме отрицателно заредения алуминий, ето така. Ако смесим тези едновременно, това, което ще се случи, е че ще трансферираш хидрид. Ще получиш това и това. Взимаме този протон от водата и се получава газообразен водород. Н2 е потенциално опасен. Натриевият борхидрид не е така реактивоспособен както литиево-алуминиевият хидрид, така че можеш да го използваш в алкохол. Но не можеш да използваш нещо като литиево-алуминиев хидрид, трябва да се увериш, че всичко е напълно сухо, когато правиш това. Да разгледаме по-подробно защо литиево-алуминиевият хидрид е по-реактивоспособен от натриевия борхидрид. Да видим на следващия екран тук и да обсъдим различната химическа активност. Първо да разгледаме натриевия борхидрид. Това е връзката между бора и този водород. Сега да разгледаме литиево- алуминиевия хидрид. Тук имаме алуминий, свързан с този водород. Има разлика в електроотрицателността. Борът има стойност от около 2, а алуминият има около 1,5. Ако разгледаш електроните, които обсъждаме при хидридния трансфер, тези електрони ето тук, борът е по-електроотрицателен от алуминия. Той привлича тези електрони в синьо малко повече. Тъй като алуминият не иска толкова много тези електрони, неговата електроотрицателност не е толкова голяма, затова е по-лесно да ги отдаде. По-лесно е да бъдат отдадени тези електрони, ако имаме връзка с алуминий. Това прави това съединение по-реактивоспособно, алуминият е по-склонен да трансферира хидрид, и към водата, и към карбонилната група. Следователно алуминиевият хидрид е по-реактивоспособен и ще редуцира повече функционални групи, отколкото натриевия борхидрид. Сега да видим какво имаме тук като изходни вещества. Имаме това съединение. Да кажем, че първо имаме редукция с натриев борхидрид. Натриевият борхидрид ще реагира с алдехида ето тук в молекулата. Но той не е достатъчно силен, за да редуцира естера ето тук, така че ще реагира само с тази част от молекулата. Сега да видим крайния продукт, ако използваме натриев борхидрид. Ще имаме пръстена. Ще се редуцира алдехидната група, затова в продукта ще поставя тук ОН. Започнахме с един водород при този въглерод, а сега имаме два. Сега ще оцветя тези тук. Единият Н е този, с който започнахме, а това е този, който присъединихме. Да кажем, че това ето тук са тези електрони, така че това е хидридният трансфер. Редуцирахме алдехидната група до алкохолна. Естерната част на молекулата остава непроменена. Нека да го напиша. Натриевият борхидрид действа избирателно на алдехидната група. Той не е достатъчно силен, за да редуцира естерната група. Литиево-алуминиевият хидрид обаче ще редуцира и двете функционални групи. Сега ще напиша какво ще се получи. Ще напиша нашия пръстен, после ще редуцираме алдехидната група отново до алкохол. По същия начин като преди. Да кажем, че това е водородът, с който започнахме, а това е трансферираният хидрид. Трансферирахме водород с два електрона, ето така. Сега ще се редуцира и естерът. Ще покажа какво се получава. Ще имаме ОН, после ще имаме два водорода, които всъщност се присъединяват в тази редукция. Сега ще го покажа. Този водород и тези електрони, този водород и тези електрони. При тази редукция бяха присъединени два хидрида. В това видео няма да разглеждам причините за това, но в следващо видео ще обсъдим механизма за редуциране на естери с литиево-алуминиев хидрид. После във втората стъпка ще добавим източник на протони тук. Натриевият борхидрид при нормални условия ще редуцира алдехиди и кетони. Литиево-алуминиевият хидрид е много по-реактивоспособен, той ще редуцира алдехиди, кетони, естери и карбоксилни киселини. Но повече за това в следващите видео уроци.