Редукция на карбоксилни киселини

Ако добавиш литиево-алуминиев хидрид към карбоксилна киселина, и след това обработиш източника на протони, то ти ще можеш да редуцираш карбоксилната киселина до алкохол. Помисли за степента на окисление на този въглерод. Този въглерод е ето тук в молекулата на алкохола. Ако определим степента му на окисление тук, то ще видим понижение на степента на окисление. Следователно той е бил редуциран. Единият начин да редуцираме карбоксилна киселина е с литиево-алуминиев хидрид Същото може да постигнем и с бороводород (ВН3), който всъщност е по-химиоселективен. Ще обсъдим това в края на това видео. За сега да се фокусираме върху механизмите на литиево-алуминиевия хидрид да реагира с карбоксилната киселина Да направим структурната формула на карбоксилната киселина. Ще поставя карбонилната група. И след това знаем, че киселинният протон на карбоксилната група е този при кислорода. Литиево-алуминиевият хидрид е силна основа. Ще направя и неговата структурната формула. Алуминият има 4 връзки с водород, което му дава отрицателен формален заряд. После имаме и литий Li+. Хидридите са водороди с два електрона, и както знаеш това са силни основи. Може да мислим за тези два електрона, все едно взимат този протон и оставят тези два електрона за кислорода. Затова първата стъпка от механизма би трябвало да е киселинно-основна реакция. Ако отнемеш протон от карбоксилна киселина, това, което остава, е спрегната основа, която е карбоксилатният анион. Затова формалният заряд на този кислород е -1. Да проследим тези електрони. Тези електрони, обозначени с цикламено, отиват при този кислород, за да формират карбоксилатен анион. Имаме литий, който най-вероятно ще се свърже с този кислороден атом. И също така ще се образува газообразен водород. Ще формираме Н2, затова нека да маркираме електроните. Тези електрони в синьо ще вземат този протон, така че да сформират Н2 (газ). И сега вземаме една връзка от алуминия, така че той остава свързан за 3 водорода, което му отнема формалния заряд. Така че, формалният заряд на алуминия ще е 0 сега. След като вече се е формирал карбоксилатният анион, то той ще реагира с AlH3. Ще направя структурната формула на карбоксилатния анион тук. Имаме карбонилната група, имаме R група и също имаме кислорода с трите несвързани двойки електрони, което дава формален заряд –1. Сега AlH3 идва в уравнението. Това е само една от възможностите за механизма. Ще направим връзка между кислорода тук и алуминия. Ще направим и връзка между въглерода и водорода. Ако помислим за тези електрони, които са в червено тук, този въглерод е частично позитивен, защото кислородът отнема част от електронната плътност от него. Затова тези електрони тук могат да формират връзка. И в същото време, тези електрони в синьо могат да сформират връзка между кислорода и алуминия. Нека да направим резултата от това. Нашият въглерод ще е тетраедрално разположен. (разположен е в центъра на правилна триъгълна пирамида) Ще го напиша ето така. Ще имаме връзка към този водород тук. Тези електрони в червено ще се преместят тук, за да формират тази връзка. Въглеродът ще си остане свързан за кислорода с трите несвързани електронни двойки, който ще запази неговия -1 формален заряд. Нашият въглерод е свързан и към този кислород. Той има две несвързани двойки електрони към него. И ние сформирахме и връзка с алуминия. Затова тези електрони в синьо сформират връзка тук. И алуминият е все още свързан към двата водорода. Може да поставим тези водородни атоми тук. Ако вземем тези електрони и ги преместим тук, за да формират двойна връзка, ще трябва да ги прибавим към кислорода. Затова ще имаме кислород свързан с алуминия, и имаме тези два водорода тук, затова кислородът ще има три несподелени двойки електрони, което ще му даде формален заряд от -1. Този литий най-вероятно ще се свърже с кислорода. И ние просто преправихме нашата карбонилова група, нали? Нека да продължим с доказателството за това. Ще я направим тази карбонилна група тук, по този начин. Имаме този водород. Ще покажа някои от тези електрони. Тези електрони в зелено тук към този кислород, ще се преместят, за да формират карбонилна група, нали? И сега имаме тези електрони в червено, така че този водород е този водород, и ние имаме алдехид. Имаме алдехид и имаме излишък на литиево-алуминиев хидрид. Литиево-алуминиевият хидрид ще премести хидрид към алдехида. Може да продължим с редуциране на алдехида с друг литиево-алуминиево хидрид. Ще го поставя тук. Имаме литиево-алуминиев хидрид. Алуминият има формален заряд от -1. Нашата карбонилна група е поляризирана, което ни дава частично отрицателен кислород, и частично позитивен въглерод ето тук. Затова още веднъж трябва да помислим за тези електрони ето тук, които атакуват този въглерод и изтласкват електроните в зелено към кислорода. Ще направя малко място, за да поясня това. Това би трябвало да го помниш от предишните видеа. Сега ще имаме нашия въглерод, свързан към кислород. Този кислород има три несвързани двойки електрони. Една от тези двойка е тази в зелено. Ще ги поставя ето така, което ще даде формален заряд от -1. Ще формираме връзка между въглерода и водорода. Поставям е така. Ще отбележа това със син цвят. Тези електрони и този въглерод са хидрид, затова литиево-алуминиевият хидрид ще реагира като хидридно-трансферен агент и ще премести тези два електрона и този водород към нашият въглерод. Все още ще имаме този водород в червено тук, който ще е свързан към въглерода. И след това ще имаме и нашата R група. Последната стъпка е приемане на протони на нашия алкохолат (алкоксид). Ще добавим разредена киселина към нашето съединение. Ще добавим Н3О+, която има следната структурна формула. Тогава нашият алкохолат ще вземе протон и ще остави тези електрони. Протонизирането на алкохолата ще произведе алкохол като продукт. Ще опиша това тук. Имаме тези два водорода, ОН група, както и R група Това е една от възможностите за редукцията на карбоксилната киселина с литиево-алуминиев хидрид. Крайният резултат е преместването на два хидрида, нали? Този водород и тези електрони, и също така този водород и тези електрони. И двата идват от литиево-алуминиевия хидрид. Този механизъм е доста по-сложен от това, което направихме, но показаният начин улеснява възприемането му. Да разгледаме практически пример. Ако имаме съединението, показано отляво, и към него добавим литиево-алуминиев хидрид, който е източникът ни на протони , то резултата ще е точно това, за което говорехме - редукция на карбоксилна киселина. Имаме кетон, поставен тук, и както видяхме в предишни видеа, литиево-алуминиевият хидрид ще редуцира кетона и ще го превърне в алкохол. Затова, когато пишем продукта, използвайки бензеновия пръстен, ще превърнем кетона във вторичен алкохол, както видя преди. След това, тази карбоксилна киселина тук ще се превърне в първичен алкохол.Ще поставя въглеродите. Този въглерод ето тук, е ето този от другата страна (отбелязан в лилав цвят). И този въглероден атом в червено, е ето този от другата стана. Ще редуцираме и двете функционални групи, като използваме литиево-алуминиев хидрид. Може да направим тази реакция и с бороводород (ВН3), който е по-химиоселективен към карбонилната група. Това значи, че той ще редуцира само нея. Ще направя продукта на реакцията с бороводорода. Ще имаме бензеновия пръстен. Бороводородът няма да реагира с кетоните, затова те ще се запазят непроменени. Но той ще редуцира карбоксилната киселина и ще я превърне в първичен алкохол. Този въглерод в червено, е ето този от другата страна. Често пъти бороводородът се смята за по-добрата алтернатива поради това, че е химиоселективен. Той ще редуцира само киселинната карбоксилна група. Това е много полезно, когато не искаме да редуцираме други части от нашата молекула.