การสังเคราะห์พทาลิไมด์ของ Gabriel: กลไก ข้อจำกัด และข้อสอบ JEE/NEET
คำตอบสั้น ๆ: พทาลิไมด์ถูกดึงโปรตอนด้วย KOH (N–H มี pKa ≈ 8.3) แอนไอออนที่ได้ถูกแทนที่ด้วยหมู่แอลคิลจากแอลคิลเฮไลด์ปฐมภูมิ (SN2) แล้วไฮดราซีน (หรือการไฮโดรไลซิส) จะปลดปล่อยเอมีนปฐมภูมิออกมา เนื่องจาก N-แอลคิลพทาลิไมด์ไม่สามารถเกิดการแทนที่ด้วยหมู่แอลคิลซ้ำได้อีก จึงไม่เกิดเอมีนทุติยภูมิหรือตติยภูมิ
การสังเคราะห์พทาลิไมด์ของ Gabriel คืออะไร
แอมโมเนียกับแอลคิลเฮไลด์ให้ของผสมของเอมีนปฐมภูมิ ทุติยภูมิ ตติยภูมิ และเกลือควอเทอร์นารี การสังเคราะห์ของ Gabriel หลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยใช้พทาลิไมด์เป็น NH2 ที่ถูกป้องกันไว้ ซึ่งรับหมู่แอลคิลได้เพียงหมู่เดียว
แม่แบบนี้วาดการดึงโปรตอน การแทนที่หมู่แอลคิลแบบ SN2 และการเข้าทำครั้งแรกของไฮดราซีน เปิดแม่แบบเพื่อเปลี่ยนเบนซิลโบรไมด์เป็นเฮไลด์ปฐมภูมิตัวอื่น
ปฏิกิริยาโดยสังเขป
| สารตั้งต้น | พทาลิไมด์ (benzene-1,2-dicarboximide) |
|---|---|
| ขั้นที่ 1 | KOH (ในเอทานอล) → โพแทสเซียมพทาลิไมด์ |
| ขั้นที่ 2 | R–X (เมทิล ปฐมภูมิ; SN2) → N-แอลคิลพทาลิไมด์ |
| ขั้นที่ 3 | N2H4 (Ing–Manske) หรือ H3O+/OH− → R–NH2 |
| ได้ | เฉพาะเอมีนแอลิฟาติกปฐมภูมิบริสุทธิ์ |
กลไกทีละขั้น
- การดึงโปรตอน ไฮดรอกไซด์ดึงโปรตอนของ N–H ออก แอนไอออนเสถียรขึ้นด้วยการกระจายประจุไปยังออกซิเจนของหมู่คาร์บอนิลทั้งสอง นี่คือเหตุผลที่พทาลิไมด์มีความเป็นกรด
- การแทนที่ที่ N ด้วยหมู่แอลคิล (SN2) ไนโตรเจนของอิไมด์เข้าทำคาร์บอนของแอลคิลเฮไลด์จากด้านหลัง แทนที่โบรไมด์ ผลิตภัณฑ์ N-แอลคิลพทาลิไมด์ไม่เหลือ N–H แล้ว
- ไฮดราซิโนลิซิส ไฮดราซีนเข้าทำหมู่คาร์บอนิลหนึ่ง (การเติม–การกำจัด) แล้วเข้าทำอีกหมู่หนึ่งภายในโมเลกุล พทาลไฮดราไซด์วงหกเหลี่ยมถูกขับออก และเอมีนปฐมภูมิถูกปลดปล่อย
ทุกขั้นในแม่แบบได้รับการตรวจสอบทีละอิเล็กตรอน ลูกศรโค้งให้โครงสร้างตรงตามที่วาดไว้ทุกประการ เปิดใน MolDraw เพื่อไล่ตามลูกศรทีละขั้น
ตัวอย่างโจทย์
- เบนซิลโบรไมด์ → เบนซิลเอมีน ตัวอย่างในแม่แบบ
- เอทิลโบรไมด์ → เอทิลเอมีน ใช้เมทิลเฮไลด์หรือเฮไลด์ปฐมภูมิใดก็ได้
- เอทิลโบรโมแอซีเทต → ไกลซีน วิธี Gabriel–malonic แบบดัดแปลงใช้เตรียมกรด α-อะมิโน
- ทำไม่ได้: แอนิลีน, tert-บิวทิลเอมีน แอริลเฮไลด์ไม่เกิด SN2 ส่วนเฮไลด์ตติยภูมิจะเกิดการกำจัดแทน
โจทย์ฝึกหัด JEE และ NEET
ข้อ 1 เอมีนใดเตรียมด้วยการสังเคราะห์พทาลิไมด์ของ Gabriel ไม่ได้
แสดงเฉลย
แอนิลีน — คลอโรเบนซีนไม่เกิด SN2 กับแอนไอออนของพทาลิไมด์
ข้อ 2 ทำไมพทาลิไมด์จึงมีความเป็นกรด
แสดงเฉลย
N–H อยู่ระหว่างหมู่ C=O สองหมู่ เบสคู่ควบจึงเสถียรด้วยเรโซแนนซ์ — pKa ≈ 8.3 ดังนั้น KOH ดึงโปรตอนได้สมบูรณ์
ข้อ 3 ทำไมการสังเคราะห์ของ Gabriel จึงให้เฉพาะเอมีนปฐมภูมิ
แสดงเฉลย
N-แอลคิลพทาลิไมด์ไม่มี N–H และไนโตรเจนไม่เป็นนิวคลีโอไฟล์ จึงไม่เกิดการแทนที่ด้วยหมู่แอลคิลครั้งที่สอง — ต่างจาก NH3 + R–X
ข้อ 4 สารใดปลดปล่อยเอมีนภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง
แสดงเฉลย
N2H4 — ไฮดราซิโนลิซิส (Ing–Manske) ให้เอมีนและพทาลไฮดราไซด์
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
- พยายามเตรียมเอมีนอะโรมาติก ทั้งที่การแทนที่ด้วยหมู่แอลคิลเป็น SN2
- ใช้เฮไลด์ทุติยภูมิหรือตติยภูมิ: ทุติยภูมิเกิดปฏิกิริยาได้ไม่ดี ตติยภูมิเกิดการกำจัด
- ลืมขั้นตอนสุดท้ายในการปลดปล่อยเอมีน (ไฮดราซีนหรือการไฮโดรไลซิส)
แก้ไขกลไกนี้ใน MolDraw
- คลิก เปิดใน MolDraw ตัวแก้ไขจะเปิดพร้อมภาพทั้งหมดบนแคนวาส: ปฏิกิริยาโดยรวม แต่ละขั้นที่มีหมายเลข และประเด็นสำคัญ
- ทุกอย่างเป็นโครงสร้างธรรมดา เปลี่ยนหมู่แทนที่ เปลี่ยนสีอะตอม หรือย้ายลูกศร แล้วลูกศรจะยังติดอยู่กับอะตอมของมัน
- ดาวน์โหลดเป็น PNG, SVG หรือ PDF หรือคัดลอกไปใส่ในโน้ตหรือสไลด์ของคุณ
- ภาพเดียวกันนี้อยู่ในตัวแก้ไขที่ Templates → Schemes → Name reactions
คำถามและคำตอบ
โพแทสเซียมพทาลิไมด์ทำปฏิกิริยากับแอลคิลเฮไลด์ได้ผลิตภัณฑ์อะไร
N-แอลคิลพทาลิไมด์ ซึ่งให้เอมีนปฐมภูมิหลังไฮดราซิโนลิซิสหรือการไฮโดรไลซิส
ผลพลอยได้จากไฮดราซิโนลิซิสคืออะไร
พทาลไฮดราไซด์ (2,3-dihydrophthalazine-1,4-dione)
การสังเคราะห์ของ Gabriel เป็น SN1 หรือ SN2
SN2: เมทิลเฮไลด์และเฮไลด์ปฐมภูมิได้ผลดีที่สุด