- Ví dụ về các hợp chất với nhóm benzyl
- Benzyl hydrogens
- Cacbocation và gốc benzyl
- Cộng hưởng trong nhóm benzyl
- Các gốc khác
- Phản ứng
- Người giới thiệu
Các benzyl hoặc benzyl là một nhóm nhóm thế trong hóa học hữu cơ phổ biến mà công thức là C 6 H 5 CH 2 - hoặc TĐ. Về mặt cấu trúc, nó đơn giản bao gồm liên hợp của một nhóm metylen, CH 2 , với một nhóm phenyl, C 6 H 5 ; nghĩa là, một cacbon sp 3 liên kết trực tiếp với một vòng benzen.
Do đó, nhóm benzyl có thể được xem như một vòng thơm gắn với một chuỗi nhỏ. Trong một số văn bản, việc sử dụng chữ viết tắt Bn được ưu tiên thay vì C 6 H 5 CH 2 -, dễ dàng nhận ra trong bất kỳ hợp chất nào; đặc biệt là khi nó được gắn với một nguyên tử oxy hoặc nitơ , tương ứng là O-Bn hoặc NBn 2 .
Nhóm Benzyl. Nguồn: IngerAlHaosului
Nhóm này cũng được tìm thấy tiềm ẩn trong một số hợp chất được biết đến rộng rãi. Ví dụ, axit benzoic, C 6 H 5 COOH, có thể được coi là một benzyl có cacbon sp 3 đã trải qua quá trình oxy hóa hoàn toàn; hoặc benzaldehyde, C 6 H 5 CHO, từ quá trình oxy hóa một phần; và rượu benzyl, C 6 H 5 CH 2 OH, thậm chí còn ít bị oxi hóa hơn.
Một ví dụ rõ ràng khác về nhóm này có thể được tìm thấy trong toluen, C 6 H 5 CH 3 , có thể trải qua một số phản ứng nhất định do sự ổn định bất thường do các gốc benzylic hoặc cacbocation tạo ra. Tuy nhiên, nhóm benzyl phục vụ để bảo vệ các nhóm OH hoặc NH 2 khỏi các phản ứng làm thay đổi sản phẩm được tổng hợp một cách không thể tránh khỏi.
Ví dụ về các hợp chất với nhóm benzyl
Các hợp chất nhóm benzyl. Nguồn: Jü
Trong hình ảnh đầu tiên, đại diện chung của một hợp chất có nhóm benzyl được hiển thị: C 6 H 5 CH 2 -R, trong đó R có thể là bất kỳ phân tử hoặc nguyên tử nào khác. Do đó, bằng cách thay đổi R, có thể thu được nhiều ví dụ; một số đơn giản, một số khác chỉ dành cho một vùng cụ thể của cấu trúc hoặc cụm lớn hơn.
Ví dụ, rượu benzyl được tạo ra từ việc thay thế OH cho R: C 6 H 5 CH 2 -OH. Nếu thay OH là nhóm NH 2 thì tạo thành hợp chất benzylamin: C 6 H 5 CH 2 -NH 2 .
Nếu Br là nguyên tử thay thế R thì hợp chất tạo thành là benzyl bromua: C 6 H 5 CH 2 -Br; R đối với CO 2 Cl tạo ra một este, benzyl clorocarbonat (hoặc cacbobenzoxyl clorua); và OCH 3 tạo ra benzyl metyl ete, C 6 H 5 CH 2 -OCH 3 .
Bao gồm (mặc dù không hoàn toàn chính xác), R có thể được giả định bởi một electron duy nhất: gốc benzyl, C 6 H 5 CH 2 ·, sản phẩm của sự giải phóng gốc R ·. Một ví dụ khác, mặc dù không có trong hình, là phenylacetonitril hoặc benzyl xyanua, C 6 H 5 CH 2 -CN.
Có những hợp chất mà nhóm benzyl hầu như không đại diện cho một vùng cụ thể. Khi trường hợp này xảy ra, chữ viết tắt Bn thường được sử dụng để đơn giản hóa cấu trúc và hình ảnh minh họa của nó.
Benzyl hydrogens
Các hợp chất trên có điểm chung là không chỉ có vòng thơm hoặc vòng phenyl, mà còn có các hiđro hóa benzylic; đây là những chất thuộc về sp 3 cacbon .
Các hydro như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng: Bn-CH 3 , Bn-CH 2 R hoặc Bn-CHR 2 . Hợp chất Bn-CR 3 thiếu benzyl hydro, và do đó khả năng phản ứng của nó kém hơn các hợp chất khác.
Những hydro này khác với những hydro thường được gắn vào một carbon sp 3 .
Ví dụ, xét metan, CH 4 , cũng có thể được viết là CH 3 -H. Để liên kết CH 3 -H bị phá vỡ trong quá trình phân cắt dị phân (hình thành gốc), cần phải cung cấp một lượng năng lượng nhất định (104kJ / mol).
Tuy nhiên, năng lượng để phá vỡ cùng một liên kết C 6 H 5 CH 2 -H thấp hơn so với năng lượng của metan (85 kJ / mol). Khi năng lượng này thấp hơn, có nghĩa là gốc C 6 H 5 CH 2 · bền hơn CH 3 ·. Điều tương tự cũng xảy ra ở mức độ lớn hơn hoặc thấp hơn với các hydro hydro benzylic khác.
Do đó, các hydro hydro benzylic phản ứng mạnh hơn trong việc tạo ra các gốc hoặc cacbocation ổn định hơn so với các phản ứng gây ra bởi các hydro khác. Tại sao? Câu hỏi được trả lời trong phần tiếp theo.
Cacbocation và gốc benzyl
Gốc C 6 H 5 CH 2 · đã được xem xét, thiếu cacbocation benzyl: C 6 H 5 CH 2 + . Trong trường hợp đầu tiên có một điện tử chưa ghép đôi và đơn độc, và trong trường hợp thứ hai có một điện tử thiếu. Hai loại đều có phản ứng cao và đại diện cho các hợp chất thoáng qua mà từ đó các sản phẩm cuối cùng của phản ứng bắt nguồn.
Cacbon sp 3 , sau khi mất một hoặc hai electron để tạo thành gốc hoặc cacbocation, tương ứng có thể áp dụng lai hóa sp 2 (mặt phẳng tam giác), theo cách mà có ít lực đẩy nhất có thể giữa các nhóm điện tử của nó. Nhưng nếu nó xảy ra ở sp 2 , cũng giống như các cacbon vòng thơm, có thể xảy ra liên hợp không? Câu trả lời là có.
Cộng hưởng trong nhóm benzyl
Sự liên hợp hoặc cộng hưởng này là yếu tố then chốt để giải thích sự ổn định của các loài benzyl hoặc có nguồn gốc từ benzyl này. Hình ảnh sau đây minh họa một hiện tượng như vậy:
Liên hợp hoặc cộng hưởng trong nhóm benzyl. Các hydro khác đã được bỏ qua để đơn giản hóa bức tranh. Nguồn: Gabriel Bolívar.
Lưu ý rằng ở vị trí của một trong các hydrogens benzylic, một obitan p với một electron chưa ghép đôi (gốc, 1e - ), hoặc trống (cacbocation, +) vẫn còn . Có thể thấy, obitan p này nằm song song với hệ thơm (các vòng tròn màu xám và xanh nhạt), với mũi tên kép cho biết sự bắt đầu của sự liên hợp.
Do đó, cả điện tử chưa ghép đôi và điện tích dương đều có thể được chuyển hoặc phân tán qua vòng thơm, vì sự song song của các obitan của chúng có lợi cho nó về mặt hình học. Tuy nhiên, chúng không nằm trong bất kỳ obitan p nào của vòng thơm; chỉ ở những nguyên tố thuộc nguyên tử cacbon ở vị trí ortho và para đối với CH 2 .
Đó là lý do tại sao các vòng tròn màu xanh lam nhạt nổi bật trên các vòng tròn màu xám: trong đó mật độ âm hoặc dương của gốc hoặc cacbocation, tương ứng, tập trung.
Các gốc khác
Cần lưu ý rằng sự liên hợp hoặc cộng hưởng này không thể xảy ra ở các nguyên tử sp 3 xa vòng thơm hơn.
Ví dụ, gốc C 6 H 5 CH 2 CH 2 · không bền hơn nhiều vì electron chưa ghép đôi không thể liên hợp với vòng do nhóm CH 2 xen vào và lai hóa sp 3 . Điều này cũng đúng với C 6 H 5 CH 2 CH 2 + .
Phản ứng
Tóm lại: các hiđro benzylic có xu hướng phản ứng, hoặc tạo ra một gốc hoặc một cacbocation, do đó sẽ tạo ra sản phẩm cuối cùng của phản ứng. Do đó, chúng phản ứng thông qua cơ chế SN 1 .
Một ví dụ là sự brom hóa toluen dưới bức xạ tử ngoại:
C 6 H 5 CH 3 + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CH 2 Br
C 6 H 5 CH 2 Br + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CHBr 2
C 6 H 5 CHBr 2 + 1 / 2Br 2 => C 6 H 5 CBr 3
Thực tế, trong phản ứng này tạo ra các gốc Br ·.
Mặt khác, bản thân nhóm benzyl phản ứng để bảo vệ nhóm OH hoặc NH 2 trong một phản ứng thế đơn giản. Do đó, rượu ROH có thể được 'benzyl hóa' bằng cách sử dụng benzyl bromua và các thuốc thử khác (KOH hoặc NaH):
ROH + BnBr => ROBn + HBr
ROBn là một benzyl ete, mà nhóm OH ban đầu của nó có thể được trả lại nếu nó chịu tác động của môi trường khử. Ete này sẽ không thay đổi trong khi các phản ứng khác được thực hiện trên hợp chất.
Người giới thiệu
- Morrison, RT và Boyd, RN (1987). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ 5). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Carey, FA (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ 6). McGraw-Hill, Interamerica, Editores SA
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Hóa học hữu cơ. Các amin. (Tái bản lần thứ 10.). Wiley Plus.
- Wikipedia. (2019). Nhóm Benzyl. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
- Tiến sĩ Donald L. Robertson. (Ngày 5 tháng 12 năm 2010). Phenyl hoặc Benzyl? Được khôi phục từ: home.miracosta.edu
- Gamini Gunawardena. (2015, ngày 12 tháng 10). Cacbocation benzylic. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org