Cơ chế hình thành urea và nhựa formaldehyde từ methylol urea

R
1
H
N C
H
N CH
2
OHO
R
1
H
N C
H
N
O
CH
2
R
2
N C
H
N
O
R
3
R
2
N C
H
N
O

R
3
R
1
H
N C
H
N CH
2
O
NH C
O
H
N R
3
R
2
N C
H
N
O
R
3
H
+ OH
+
poly (methylene-bridged)ure
Continuing H
2
O

eliminations following
the same mechanism
∆
- H
2
O
Hình 7.26 Cơ chế hình thành urea/ nhựa formaldehyde từ methylol urea (R
1
=H trong công
thức A; sự chuẩn bị hợp lý: hình 7.25) hoặc dimethylol urea (R
1
=HO–CH
2
trong công thức A; sự
chuẩn bị hợp lý: hình 7.25). Các nhóm thế R
1
, R
2
, R
3
đại diện cho sự tăng chuỗi dẫn xuất của chúng
CH
2
NH C(=O) NH
. . .
CH
2
. . .
với hai nhóm thế CH
3

trên các nguyên tử N.
Fig. 7.26 Mechanism for the formation of a urea/formaldehyde resin from methylol urea
(R
1
=H–CH
2
in formula A; possible preparation: Figure 7.25) or dimethylol urea (R
1
=HO–CH
2
in
formula A; possible preparation: Figure 7.25). The substituents R
1
, R
2
, and R
3
represent the
growing
CH
2
NH C(=O) NH
. . .
CH
2
. . .
chains as well as derivatives thereof with two CH
3

substituents on the N atoms.

Với urea, formaldehyde tạo hai N,O-hemiacetals ổn định (hình 7.25): sản phẩm
cộng 1:1 (''methylol urea'') và sản phẩm cộng 1:2 (''dimethylol urea''). Khi chúng được
gia nhiệt, cả hai hợp chất được chuyển thành phân tử vĩ mô N,N-acetals (hình 7.26). Một
đường cắt ba chiều liên kết urea/ nhựa formaldehyde được sản xuất, nó là một chất dẻo
quan trọng.
With urea, formaldehyde forms two stable N,O-hemiacetals (Figure 7.25): a 1:1
adduct (''methylol urea'') and a 1:2 adduct (''dimethylol urea''). When they are heated, both
compounds are converted to macromolecular N,N-acetals (Figure 7.26). A
1
threedimensionally cross linked urea/formaldehyde resin is produced; it is an important
plastic.
Một cấu trúc liên quan phân tử N,N-acetal thu được từ melamine
(2,4,6-triamino-1,3,5-triazine) và formaldehyde. Nó được gọi là nhựa
melamine/formaldehyde và được sử dụng như là một chất dẻo.
A structurally related macromolecular N,N-acetal is obtained from melamine
(2,4,6- triamino-1,3,5-triazine) and formaldehyde. It is called melamine/formaldehyde
resin and is likewise used as a plastic.
7.4 Phản ứng cộng nucleophile nitrogen vào hợp chất carbonyl kết hợp với phản
ứng tách E1 tiếp theo: phản ứng ngưng tụ của nucleophile nitrogen với các hợp chất
carbonyl (Addition of Nitrogen Nucleophiles to Carbonyl Compounds in
Combination with Subsequent E1 Eliminations: Condensation Reactions of Nitrogen
Nucleophiles with Carbonyl Compounds)
Ion iminium xuất phát từ nitrogen nucleophile và formaldehyde có nhiều ái lực
điện tử và bố trí không gian ít cản trở hơn so với các ion iminium thu được từ aldehyde
bậc cao hơn không liên quan đến ketone. Điều này giải thích tại sao các loại ion iminium
đầu tiên có khả năng kết hợp với một phân tử phụ của nitrogen nucleophile và trong cách
này, hơn nữa phản ứng cho N,N-acetals (mục 7.3.4). Các ion iminium thay thế càng cao
càng ít ái lực điện tử vì sự thế điện tử không cho hydrogen của chúng và bởi vì chúng
cũng có nhiều cản trở lập thể. Do đó bất kỳ nucleophile nitrogen nào thừa sẽ cộng từ từ
vào các ion iminium loại này. Thay vào đó như một nucleophile N sử dụng một cách thức

phản ứng khác nhau: nó phản ứng với các ion này iminium như là một base, ví dụ, tách
proton. Điều này diễn ra chọn lọc lập thể: ion iminium thứ hai tách proton tại nitrogen,
trong khi các ion iminium thứ ba tách proton tại carbon ở vị trí β. Theo cách này, lúc đầu
thu được sản phẩm bổ sung các nucleophile N vào nối đôi C=O các aldehyde và ketone
bậc cao được chuyển thành các sản phẩm không bão hòa thông qua phản ứng tách E1 của
H
2
O. Một cách tốt nhất, các sản phẩm này có chứa một liên kết đôi C=N. Chỉ khi nó
không thể hình thành một nối đôi C=C.
2
Iminium ions which stem from nitrogen nucleophiles and formaldehyde are more
electrophilic and sterically less hindered than iminium ions obtained from higher
aldehydes let alone from ketones. This explains why the first type of iminium ion is likely
to combine with an extra molecule of the nitrogen nucleophile and in this way reacts
further to give N,N-acetals (Section 7.3.4). The more highly substituted iminium ions are
less electrophilic because of their electron-donating nonhydrogen substituent and because
they are also more sterically hindered. Therefore any excess N nucleophile would add
only slowly to iminium ions of this type. Instead such an N nucleophile uses a different
reaction mode: It reacts with these iminium ions as a base, i.e., deprotonates them.This
takes place regioselectively: Secondary iminium ions are deprotonated at the nitrogen,
whereas tertiary iminium ions are deprotonated at the b carbon. In this way, the initially
obtained addition products of N nucleophiles to the C=O double bond of higher aldehydes
or ketones are converted to unsaturated products through an E1 elimination of H
2
O.
Preferably, these products contain a C=N double bond. Only if this is impossible is a C=C
double bond formed.
Các phản ứng như vừa mô tả, ví dụ, hai phân tử vật liệu ban đầu phản ứng để tạo
thành một phân tử sản phẩm cộng với một sản phẩm phụ có trọng lượng phân tử hấp hơn
đáng kể được gọi là các phản ứng ngưng tụ. Ở đây, như trong nhiều phản ứng ngưng tụ

thì sản phẩm phụ này là H
2
O. Bảng 7.2 tóm tắt các phản ứng ngưng tụ quan trọng nhất
của nucleophile nitrogen với các hợp chất cacbonyl, trong đó nối đôi C=N được tạo ra.
Reactions such as those just described, i.e., ones in which two molecules of
starting material react to form one product molecule plus a by-product of considerably
lower molecular weight are referred to as condensation reactions. Here, as in many other
condensations this by-product is H
2
O. Table 7.2 summarizes the most important
condensation reactions of nitrogen nucleophiles with carbonyl compounds, in which C=N
double bonds are produced.
Bạn nên quen thuộc với khoảng một nửa trong số các phản ứng liệt kê
trong bảng 7.2 từ lớp mở đầu. Hơn nữa, nếu bạn đã thực hiện hoặc đang dùng một
phòng thí nghiệm phân tích cổ điển, bạn có thể thử hoặc cố gắng chuẩn bị một oxime, một
3
phenylhydrazone, một 2,4-dinitrophenylhydrazone, hoặc một semicarbazone. Các hợp
chất này như là các dẫn xuất của tinh thể với điểm nóng chảy sắc nét và đặc trưng để xác
định aldehyde và keton và để phân biệt chúng. Khi các phương pháp quang phổ để giải
thích rõ cơ cấu không có sẵn, các hợp chất cacbonyl có nhiều khó khăn để mô tả rõ ràng
bởi vì các biến động của chúng.
You should already be familiar with approximately half of the reactions listed in
Table 7.2 from your introductory class. Moreover, if you have taken or are taking a
classical analytical laboratory course, you have possibly tried or are trying to prepare an
oxime, a phenylhydrazone, a 2,4-dinitrophenylhydrazone, or a semicarbazone. These
compounds serve as crystalline derivatives with sharp and characteristic melting points
for identifying aldehydes and ketones and for distinguishing them. When spectroscopic
methods for structure elucidation are not available, carbonyl compounds are more
difficult to characterize unambiguously because of their volatility.
Hầu hết các loại sản phẩm khác trong bảng 7.2 được sử dụng trong hóa học dự bị.

Aldimines, đặc biệt chúng có nguồn gốc từ cyclohexylamine, được xem như là tiền thân
của azaenolate (hình 10.30). Điều này cũng đúng với các hydrazones SAMP, ngoại trừ
đối quang tinh khiết azaenolate dễ bị ảnh hưởng thông qua chúng (hình 10.31,14.31 và
10.32). Bắt đầu từ phenylhydrazone có thể tổng hợp indoles theo Fischer. Tosylhydrazone
được sử dụng trong hai bước phản ứng đối với các hợp chất cacbonyl và hydrocarbon
(hình 14.60 và 14.61). Đôi khi, semicarbazone được sử dụng tương tự (hình 14.59).
Most of the other product types in Table 7.2 are used in preparative chemistry.
Aldimines, especially those that are derived from cyclohexylamine, serve as precursors to
azaenolates (Figure 10.30). The same holds for the SAMP hydrazones, except that
enantiomerically pure azaenolates are accessible through them (Figures 10.31 and 14.31;
also see Figure 10.32). Starting from phenylhydrazones it is possible to synthesize indoles
according to the Fischer procedure. Tosylhydrazones are used in two-step reductions of
carbonyl compounds to hydrocarbons (Figures 14.60 and 14.61). Occasionally,
semicarbazones are used similarly (Figure 14.59).
4
Amin bậc hai phản ứng với keton có chứa một nguyên tử H ở vị trí thông qua
một sự cộng và khử E1 để tạo enamines (hình 7.27). Để cho enamines được tạo thành ở
trong tất cả các cách đã trình bày, người ta phải thêm một chất xúc tác axit. Để chúng có
thể được hình thành hoàn toàn, lượng nước thoát ra phải được cất đẳng phí. Các phương
pháp lựa chọn để chuẩn bị enamines là đun nóng một dung dịch của hợp chất cacbonyl,
các amin, và một số lượng xúc tác của acid toluenesulfonic trong cyclohexane đun hoàn
lưu trong dụng cụ kết nối với một ống chữ U Dean-Stark.
Secondary amines react with ketones that contain an H atom in the a position
through an addition and subsequent E1 elimination to form enamines (Figure 7.27). In
order for enamines to be formed at all in the way indicated, one must add an acid catalyst.
In order for them to be formed completely, the released water must be distilled off
azeotropically. The method of choice for preparing enamines is therefore to heat a
solution of the carbonyl compound, the amine, and a catalytic amount of toluenesulfonic
acid in cyclohexane to reflux in an apparatus connected to a Dean–Stark trap.
Việc khử proton của một ion iminium (công thức A trong hình 7.27) để cung cấp

cho một enamine có thể đảo ngược dưới điều kiện phản ứng thông thường. Vì vậy, các
enamine ổn định nhất có thể được tạo ra một cách ưu tiên. Hình 7.28 nhấn mạnh điều này
bằng cách sử dụng ví dụ của một sự hình thành enamine từ một α-methylcyclohexanone
(tức là, từ một ketone bất đối xứng). Các enamine với các liên kết đôi có 3 nhóm thế được
tạo ra một cách có chọn lọc lập thể và không phải là enamine với các liên kết đôi có 4
nhóm thế. Vì sự ổn định của olefin thường tăng với mức độ ngày càng tăng của sự ankyl
hóa, kết quả này lúc đầu đáng ngạc nhiên. Tuy nhiên, những mâu thuẫn rõ ràng biến mất
khi nhớ lại những điều sau đây: nối đôi C=C của enamines được ổn định đáng kể bởi sự
cộng hưởng enamine C=C–NR
2
↔‾C–C=N
2
R
+
. Tính khả thi của sự cộng hưởng này đòi
hỏi sự lai hóa sp
2
của nguyên tử nitrogen. Hơn nữa, AO 2p
z
ở nguyên tử N
và các orbital π của nối đôi C=C phải được song song. Nói cách khác, sự cộng hưởng
amin tối ưu có thể thực hiện được vào nối đôi C=C, sự gắn kết của nitrogen và năm
nguyên tử khác liên kết với các nguyên tử C này và những nguyên tử N phải nằm trên
một mặt phẳng.
5
The deprotonation of an iminium ion (formula A in Figure 7.27) to give an
enamine is reversible under the usual reaction conditions. Therefore, the most stable
enamine possible is produced preferentially. Figure 7.28 emphasizes this using the
example of an enamine formation from α-methylcyclohexanone (i.e., from an
asymmetrical ketone). The enamine with the trisubstituted double bond is produced

regioselectively and not the enamine with the tetrasubstituted double bond. Since the
stability of olefins usually increases with an increasing degree of alkylation, this result is
at first surprising. However, the apparent contradiction disappears when one recalls the
following: The C=C double bond of enamines is stabilized considerably by the enamine
resonance C=C–NR
2
↔‾C–C=N
2
R
+
. The feasability of this resonance requires an sp
2
hybridization of the nitrogen atom. Furthermore, the 2p
z
AO at the N atom and the
π-orbital of the C=C double bond must be parallel. In other words, for optimumen amine
resonance to be possible the C=C double bond, the attached nitrogen and the five other
atoms bound to these C and N atoms all must lie in a single plane.
Bảng 7.2 Phản ứng ngưng tụ của nucleophile nitrogen với hợp chất cacbonyl
thông qua liên kết đôi C=N đang được thiết lập – cơ chế và phạm vi
Table 7.2 Condensation reactions of nitrogen nucleophiles with carbonyl compounds
through which C=N double bonds are established—mechanism and scope
HO
R
2
R
1
R
2
R

1
NH
2
R
3
HO
R
2
R
1
NH
R
3
H
2
O
R
3
N
H
R
1
R
2
R
3
N
R
1
R

2
R
3
N
R
1
R
2
R
2
R
1
O
+
NH
2
R3
via
H X (cat.
or stoichiometric
amounts);
OH -workup
- H (at the latest
in the basic
workup)
- H
2
O
~ H
+ H

fast
at room
temperature
overall reaction
6
R
3
Tên của N nucleophile Tên của sản phẩm ngưng tụ
H Ammonia
Sản phẩm không ổn định
Alk Alkylamine bậc I
Đối với R
1
=R
2
=H; sản phẩm không ổn định
Đối với R
1
≠H, R
2
=H: aldimine
Đối với R
1
, R
2
≠H: ketimine
Ph Aniline Anil
OH Hydroxylamine Oxime
N
OMe

(S)-N-Aminoprolinol
methylether (SAMP)
SAMP hydrazone
NHPh Phenylhydrazine Phenylhydrazone
NH
NO
2
NO
2
2,4-Dinitrophenylhydrazine 2,4-Dinitrophenylhydrazone
NHTs Tosylhydrazide Tosylhydrazone
NH
C O
NH
2
Semicarbazide Semicarbazone
7
HO
HO N
N
H
2
O
α
β
N
α
β
H
N

N
O
H
+
A
- H
- H
- H
2
O
via
+ H
overall reaction
cat. p-TsOH,
removal of the released H
2
O by
azeotropic distillation
Hình 7.27 Cơ chế hình thành của enamines từ amin thứ cấp và cyclohexanone. Phản ứng
tổng quát ở dòng dưới cùng
Fig. 7.27. Mechanism of the formation of enamines from secondary amines and
cyclohexanone. Overall reaction in the bottom line
Điều này chính xác những gì là không thể trong alkyl hóa enamine A của hình
7.28. Một lực đẩy đáng kể (lực kéo của 1,3-allylic) giữa các nhóm methyl và
dị vòng đã được giới thiệu, nó sẽ rất tốt khi vòng chứa nitrogen được xoay khỏi mặt
phẳng nối đôi C=C. Kết quả là, sẽ không có sự cộng hưởng enamine nào cả. Mặt khác,
enamine B được quan sát sẽ được lợi từ cộng hưởng enamine. Tuy nhiên, ngay cả khi
phân tử này phải tránh sự xuất hiện của lực kéo, cụ thể là lực kéo syn-pentane giữa nhóm
methyl và dị vòng. Sức căng này được tránh khỏi khi nhóm methyl thông qua một sự định
hướng trục giả bất thường.

This is precisely what is impossible in the more highly alkylated enamine A of
Figure 7.28. A considerable repulsion (1,3-allylic strain) between the methyl group and
the heterocycle would be introduced; it would be so great that the nitrogen-containing
ring would be rotated out of the plane of the C=C double bond. Kết quả là, there would
be no enamine resonance at all. On the other hand, the observed enamine B would benefit
from enamine resonance. However, even this molecule must avoid the occurrence of
strain, namely of syn-pentane strain between the methyl group and the heterocycle. This
strain is avoided when the methyl group adopts an unusual pseudoaxial orientation.
8
O
Me
N
H
O
+ cat. p-TsOH
N
O
Me
N
O
Me
O
N
Me
N
O
Me
N
O
Me

H
Me
N
O
+
because
as
pseudoaxially oriented
A
B
Hình 7.28 Sự hình thành enamine có chọn lọc vị trí từ một keton bất đối xứng.
Fig. 7.28 Regioselective formation of an enamine from an asymmetrical ketone.
9
CHƯƠNG 8: PHẢN ỨNG CỘNG NHỮNG HỢP CHẤT HYDRUA CUNG
CẤP ELECTRON VÀ HỢP CHẤT CƠ KIM VÀO HỢP CHẤT CACBONYL
(Addition of hydride donors and organometallic compounds to carbonyl
compounds)
Trong phần 6.5 bạn được học rằng acyl hóa những hợp chất hydrua cho electron và
hợp chất cơ kim, tạo ra các aldehyde và ketone, thường theo sau bởi phản ứng thứ hai khó
tránh khỏi: phản ứng cộng của hydrua hoặc hợp chất cơ kim vào aldehyde hoặc ketone.
Trong chương này, chúng ta sẽ học sự thực hiện của những đối tượng phản ứng cộng.
Chúng không bắt đầu từ những hợp chất carbonyl được tạo ra ở đúng chỗ của chúng mà
từ những hợp chất carbonyl đã được sử dụng như vậy.
In Section 6.5 you learned that the acylations of hydride donors or of
organometallic compounds, which give aldehydes or ketones, often are followed by an
unavoidable second reaction: the addition of the hydride or organometallic compound to
the aldehyde or the ketone. In this chapter, we will study the intentional execution of such
addition reactions. They do not start from carbonyl compounds produced in situ but from
carbonyl compounds used as such.
8.1. Những hợp chất chất cung cấp hydride và hợp chất cơ kim thích hợp và tổng

quát về cấu trúc những hợp chất cơ kim (Suitable Hydride Donors and
Organometallic Compounds and a Survey of the Structure of Organometallic
Compounds)
Sự cộng của một chất cung cấp hydride vào một aldehyde hoặc vào một ketone tạo
ra alcohol. Ngoài ra sự cộng này cũng là một phản ứng oxy hóa khử, cụ thể, khử một hợp
chất cacbonyl để tạo alcohol. Tuy nhiên, loại phản ứng được thảo luận ở đây không thuộc
chương oxi hóa khử (Chương 14).
The addition of a hydride donor to an aldehyde or to a ketone gives an alcohol.
This addition is therefore also a redox reaction, namely, the reduction of a carbonyl
compound to an alcohol. Nevertheless, this type of reaction is discussed here and not in
the redox chapter (Chapter 14).
10
Chất cung cấp hydride có thể chia thành 3 nhóm:
• Ion, phức hydro hòa tan của B và Al (″phức hydrua″)
• Những hợp chất cộng hóa trị với ít nhất một liên kết B–H và một liên kết Al–H,
hay
• Những hợp chất cơ kim không chứa liên kết M–H nhưng có chứa nguyên tử H có
thể di chuyển ở nguyên tử C ở vị trí β đối với kim loại.
Hydride donors can be subdivided into three classes. They are
• ionic, soluble hydrido complexes of B or Al (″complex hydrides″),
• covalent compounds with at least one B–H or one Al–H bond, or
• organometallic compounds which contain no M–H bond but do contain a
transferable H atom at the C atom in the position b to the metal.
Nhóm đầu tiên của H nucleophiles bao gồm NaBH
4
(có thể dùng trong MeOH,
EtOH, hay HOAc), phản ứng đáng kể hơn với LiAlH4 (trong THF hay ether), và sản
phẩm tách rượu của các thuốc thử như Red-Al [NaAlH
2
(O–CH

2
–CH
2
–OMe)
2
] hay các
LiAlH(O-tert-Bu)
3
rất cản trở không gian. Chất cung cấp hydride quan trọng cuối cùng
trong nhóm nàylà LiBH (sec-Bu)
3
(L-Selectride), một dẫn xuất rất cản trở không gian
hiếm khi được sử dụng là LiBH
4
.
The first group of H nucleophiles includes NaBH
4
(which can be used in MeOH,
EtOH, or HOAc), the considerably more reactive LiAlH
4
(with which one works in THF
or ether), and alcoholysis products of these reagents such as Red-Al [NaAlH
2
(O–CH
2
–
CH
2
–OMe)
2

] or the sterically very hindered LiAlH(O-tert-Bu)
3
. The last important
hydride donor in this group is LiBH(sec-Bu)
3
(L-Selectride), a sterically very hindered
derivative of the rarely used LiBH
4
.
Chất cung cấp hydride với một liên kết cộng hóa trị thường được dùng để khử các
nhóm carbonyl là iBu
2
AlH (DIBAL viết tắt của diisobutylaluminum hydride; nó có thể
dùng trong ether, THF, toluene, các hydrocacbon bão hòa, hay CH
2
Cl
2
).
11
The hydride donor with a covalent M–H bond which is most frequently used for
reducing carbonyl groups is iBu
2
AlH (DIBAL stands for diisobutylaluminum hydride; it
can be used in ether, THF, toluene, saturated hydrocarbons, or CH
2
Cl
2
).
Hợp chất cơ kim quan trọng nhất mà chuyển một nguyên tử H cùng với cặp
electron từ vị trí β đến carbon carbonyl là Alpine-Borane (hình 8.19). Một số thuốc thử

Grignard được đề cập với các liên kết C–H ở vị trí β (ví dụ như iBuMgBr) có thể đóng vai
như nucleophile H hơn nucleophile C (xem hình 8.22) đối với nhóm carbonyl ketone cản
trở không gian.
The most important organometallic compound which transfers an H atom along
with the electron pair from the b position to the carbonyl carbon is Alpine-Borane (cf.
Figure 8.19). It should be mentioned that certain Grignard reagents with C–H bonds in the
β position (e.g., iBuMgBr) can act as H nucleophiles rather than C nucleophiles (cf.
Figure 8.22) with respect to the carbonyl carbon of sterically hindered ketones.
Trong chương này, những thuốc thử mà chuyển một carbanion (ngược lại với một
ion enolate) vào nguyên tử C của liên kết đôi C=O được gọi là nucleophile C. Những
nucleophile quan trọng nhất của loại này là các hợp chất cơ kim và các thuốc thử
Grignard. Mặt khác, hợp chất cơ đồng chuyển nửa carbanion của chúng đến carbon
carbonyl không dễ dàng và không thường xuyên chút nào.
In this chapter, reagents which transfer a carbanion (in contrast to an enolate ion)
to the C atom of a C=O double bond are referred to as C nucleophiles. The most
important nucleophiles of this kind are organolithium compounds and Grignard reagents.
On the other hand, organocopper compounds transfer their carbanion moieties to the
carbonyl carbon far less easily and usually not at all.
Trong đa số trường hợp, các hợp chất cơ Li và thuốc thử Grignard chứa
những liên kết C–kim loại cộng hóa trị phân cực. Các Lithioalkane, -anken, và chất thơm,
một mặt, và alkyl, alkenyl, và aryl halide magnesium, mặt khác, được xây dựng với một
dấu gạch nối giữa nguyên tử kim loại và nguyên tử C kế cận. Chỉ những alkyne Li và
thuốc thử Grignard alkynyl được xem là ion, loại carbon, liên kết kim loại tương tự trong
LiCN hoặc Mg(CN)
2
.
12
In the majority of cases, organolithium compounds and Grignard reagents contain
polarized but covalent carbon—metal bonds. Lithioalkanes, -alkenes, and -aromatics, on
the one hand, and alkyl, alkenyl, and aryl magnesium halides, on the other hand, are

therefore formulated with a hyphen between the metal and the neighboring C atom. Only
lithiated alkynes and alkynyl Grignard reagents are considered to be ionic—that is,
species with carbon, metal bonds similar to those in LiCN or Mg(CN)
2
.
Trong các hợp chất cơ Li cộng hóa trị và thuốc thử Grignard cộng hóa trị không
phải lithium cũng không phải magnesium sở hữu một bộ tám hóa trị electron. Điều này vô
cùng bất lợi. Về nguyên tắc, cơ chế tương tự có thể được sử dụng để ổn định các kim loại
này, mà monome borane BH
3-n
R
n
sử dụng để đạt được hóa trị thỏa mãn quy tắc bát bộ ở
nguyên tử B (mục 3.3.3): sự hình thành oligomer hoặc, với các cặp electron tạo liên kết
hóa học, của phức acid Lewis/base Lewis.
In covalent organolithium compounds and covalent Grignard reagents neither the
lithium nor the magnesium possesses a valence electron octet.This is energetically
disadvantageous. In principle, the same mechanism can be used to stabilize these metals,
which monomeric boranes BH
3-n
R
n
use to attain a valence electron octet at the boron atom
(Section 3.3.3): the formation either of oligomers or, with suitable electron pair donors, of
Lewis acid/Lewis base complexes.
Hợp chất alkyllithium xuất hiện trong dung dịch hydrocarbon như hexamer,
tetramer, hay dimer tùy thuộc vào nhóm thế alkyl. Đối với một nhóm thế, mức độ kết hợp
từng giọt trong diethyl ether, đặc biệt trong dung dịch THF vì nguyên tử O của các dung
môi có thể chiếm các vị trí trống xung quanh lithium thiếu hụt điện tử. Dạng monomer
của hợp chất cơ kim đôi khi có thể được ổn định trong hydrocacbon và luôn luôn trong

ether hay THF bằng cách thêm TMEDA (tetramethylethylenediamine;
Me
2
N–CH
2
–CH
2
–NMe
2
). Các nguyên tử N của phụ gia này sau đó chiếm hai trong ba vị
trí trống của lithium. Sự monomer hóa các hợp chất cơ Li chắc chắn diễn ra trong sự hiện
diện của đến ba đương lượng HMPA (cấu trúc công thức trong hình 2.16). Oxygen có
tính base của phụ gia này là một cặp cung cấp electron rất tốt.
13
Alkyllithium compounds occur in hydrocarbon solutions as hexamers, tetramers,
or dimers depending on the alkyl substituent. For a given substituent, the degree of
association drops in diethyl ether or especially in THF solutions because the O atoms of
these solvents can occupy vacant coordination sites around the electron-deficient lithium.
The monomeric form of organolithium compounds can sometimes be stabilized in
hydrocarbons and always in ether or THF by adding TMEDA
(tetramethylethylenediamine; Me
2
N–CH
2
–CH
2
–NMe
2
). The N atoms of this additive then
occupy two of the three vacant coordination sites of the lithium. The monomerization of

oligomeric organolithium compounds takes place most reliably in the presence of up to
three equivalents of HMPA (structural formula in Figure 2.16). The basic oxygen of this
additive is an excellent electron pair donor.
Vỏ điện tử hóa trị của magnesium có thể được lấp đầy lên đến mức độ nào đó
thông qua sự tương tác với các nguyên tử O của ether phù hợp ngay cả một điều kiện tiên
quyết để thu được thuốc thử Grignard từ các halide và magnesium. Nói chung, hình thành
Grignard có thể được thực hiện thành công chỉ trong diethyl ether, trong THF, hoặc trong
dimethoxyethane (DME) hiếm khi được dùng (cơ chế: hình 14.37). Về cơ bản, ethyl
magnesium bromide hiện diện trong diethyl ether như dimer A (Hình 8.1, X=Br, R=Et).
Cùng mặt đó, dạng này phân ly thuận nghịch với kết quả một lượng nhỏ các monomer.
Nó cũng tham gia trong cân bằng Schlenk, ví dụ, trong cân bằng giữa Et
2
Mg và MgBr
2
(Hình 8.1).
That the valence electron shell of magnesium can be filled up to some extent
through the interaction with the O atoms of suitable ethers is even a prerequisite for
obtaining Grignard reagents from halides and magnesium. In general, this Grignard
formation can be done successfully only in diethyl ether, in THF, or in the seldom used
dimethoxyethane (DME) (mechanism: Figure 14.37). Ethyl magnesium bromide is
present in diethyl ether essentially as dimer A (Figure 8.1, X=Br, R=Et). On the one hand,
this species dissociates reversibly to yield a small amount of the monomer. It also
participates in the Schlenk equilibrium, i.e., in the equilibration with Et
2
Mg and MgBr
2
(Figure 8.1).
14
Et
R

2
O
X
X
Mg Mg
Et
OR
2
Et
2
Mg + MgX
2
A
Hình. 8.1. Cân bằng Schlenk của các ethyl magnesium halides
Fig. 8.1. Schlenk equilibrium of ethyl magnesium halides.
Không có cơ chế cho tất cả các phản ứng cộng của chất cung cấp hydride cho
carbon carbonyl cũng không có cơ chế cho tất cả các phản ứng cộng của hợp chất cơ kim
vào carbon carbonyl được biết chi tiết. Mặc dù nghi ngờ chỉ ion trung gian xuất hiện. Ví
dụ, đối với một số LiAlH
4
cộng một cơ chế chuyển electron có thể cùng thực hiện. Có thể
đúng đối với việc cộng một số hợp chất cơ kim vào ketone thơm. Thậm chí thường thì nó
không rõ liệu hợp chất cơ kim oligomer và/hoặc monomer là những dạng có liên quan đến
việc cộng. Ngoài ra, các ion X của thuốc thử Grignard RMgX có thể gây ảnh hưởng đến
phản ứng của chúng (so sánh bảng 8.1 và 8.3) nhưng không biết làm như thế nào.
Neither the mechanism for all addition reactions of hydride donors to the carbonyl
carbon nor the mechanism for all addition reactions of organometallic compounds to the
carbonyl carbon is known in detail. It is even doubtful whether only ionic intermediates
occur. For instance, for some LiAlH
4

additions an electron transfer mechanism might
apply. The same might be true for the addition of a number of organometallic compounds
to aromatic ketones. Often it is not even clear whether oligomeric and/or monomeric
organometallic compounds are the species involved in the additions. Also,the counterion
X of Grignard reagents RMgX can exert an influence on their reactivity (compare Tables
8.1 and 8.3) but it is not known how.
Vì vậy, chúng ta sẽ tiến hành thực hành trong chương này: Đối với những phản
ứng cộng được thảo luận, các chất nền, các thuốc thử công thức là monomer, và các trung
gian tứ diện được xem xét thiết lập sẽ được hiển thị bởi các công thức cấu trúc. Các thuốc
thử được chuyển đổi thành các chất trung gian vẫn còn chưa biết chính xác như thế nào.
Tuy nhiên, việc chuyển đổi nên diễn ra trong bước xác định tốc độ.
Therefore, we will proceed pragmatically in this chapter: For the additions
discussed, the substrates, the reagents formulated as monomers, and the tetrahedral
15
intermediates considered established will be shown by structural formulas. How exactly
the reagents are converted into these intermediates remains unknown. However, this
conversion should occur in the rate-determining step.
8.2 Chọn lọc hóa học của phản ứng cộng của các hydrua cho electron vào các hợp
chất carbonyl (Chemoselectivity of the addition of hydride donors to carbonyl
compounds)
Trong việc cộng chất cho electron vào aldehyde (khác formaldehyde) các trung
gian tứ diện là một alkoxide bậc một. Trong việc cộng vào keton nó là một ankoxide bậc
hai. Khi một ankoxide bậc nhất được hình thành, những trở ngại lập thể nhỏ hơn. Ngoài
ra, khi liên kết đôi C=O của một aldehyde bậc một bị phá vỡ bởi sự hình thành nhóm
CH(OM) của ankoxide, giảm sự ổn định cộng hưởng của liên kết đôi C=O bằng nhóm
alkyl sườn bị mất ít hơn khi việc chuyển đổi tương tự xảy ra trong một ketone (xem bảng
7.1). Đối với hai lý do aldehyde phản ứng nhanh hơn với chất hydride cung cấp electron
hơn ketones. Với một chất cung cấp hydride phản ứng vừa phải như NaBH
4
ở nhiệt độ

thấp thậm chí có thể giảm aldehyde trong sự hiện diện của một ketone một cách chọn lọc
hóa học (Hình 8.2, bên trái).
In the addition of hydride donors to aldehydes (other than formaldehyde) the
tetrahedral intermediate is a primary alkoxide. In the addition to ketones it is a secondary
alkoxide. When a primary alkoxide is formed, the steric hindrance is smaller. Also, when
the C=O double bond of an aldehyde is broken due to the formation of the CH(OM)
group of an alkoxide, less resonance stabilization of the C=O double bond by the flanking
alkyl group is lost than when the analogous transformation occurs in a ketone (c.f. Table
7.1). For these two reasons aldehydes react faster with hydride donors than ketones.With
a moderately reactive hydride donor such as NaBH
4
at low temperature one can even
chemoselectively reduce an aldehyde in the presence of a ketone (Figure 8.2, left).
Bởi vì ảnh hưởng hiệu ứng +I của hai nhóm alkyl sườn, oxygen của ketone có tính
base hơn của aldehyde. Vì vậy, dạng ketone thường ổn định phức acid/base Lewis với
muối kim loại có ái lực với electron hơn aldehyde. Điều này được khai thác trong phản
ứng Luche đối với phản ứng chọn lọc hóa học của một ketone có sự hiện diện của một
16
aldehyde (Hình 8.2, bên phải). Ở bước khởi đầu, nhóm keto bị chọn lọc phức tạp với một
đương lượng CeCl
3
. Điều này làm tăng khả năng hút electron nên vượt trội so với
aldehyde. Do đó, NaBH
4
mà giờ được thêm vào khử nối đôi C=O của ketone một cách ưu
ái.
Because of the +I effect of two flanking alkyl groups, the carbonyl oxygen of
ketones is more basic than that of aldehydes. Therefore, ketones form more stable Lewis
acid/Lewis base complexes with electrophilic metal salts than aldehydes. This is exploited
in the Luche reduction for the chemoselective reduction of a ketone in the presence of an

aldehyde (Figure 8.2, right). As the initiating step, the keto group is complexed
selectively with one equivalent of CeCl
3
. This increases its electrophilicity so that it
exceeds that of the aldehyde. Therefore, the NaBH
4
which is now added reduces the
ketonic C=O double bond preferentially.
O O
OH O
H
O OH
H
O O
CeCl
3
via
activated
NaBH
4
,
MeOH/CH
2
Cl
2
- 78 C
°
CeCl
3
;

NaBH
4
,
MeOH
Chemoselective reduction
of the ketone
of the aldehyde
Hình 8.2 Các phản ứng khử một nhóm carbonyl chọn lọc hóa học. Bên trái, một phản ứng
khử chọn lọc hóa học xảy ra, trong khi bên phải là một phản ứng khử chọn lọc lập thể của ketone
được minh họa.
Fig. 8.2. Chemoselective carbonyl group reductions I. On the left side a chemoselective
reduction of the aldehyde takes place, whereas on the right side a chemoselective reduction of the
ketone is shown.
17
Hai liên kết đôi C=O của ketone, không gian ít cản trở phản ứng ưu tiên với chất
chất cung cấp hydride. Việc chọn lọc cao hơn, chất cho hydride kích thước lớn. Điều này
làm cho chất phản ứng L-Selectride của sự lựa chọn cho các phản ứng loại này (Hình 8.3,
bên trái).
Of two ketonic C=O double bonds, the sterically less hindered one reacts
preferentially with a hydride donor. The higher the selectivity, the bulkier the hydride
donor is. This makes L-Selectride the reagent of choice for reactions of this type (Figure
8.3, left).
Ngược lại, liên kết đôi C=O của một diketone càng dễ bị ảnh hưởng được kết hợp
chọn lọc một acid Lewis, có phản ứng nhạy với các trở ngại không gian khác nhau
do các nhóm thế ở hai nhóm C=O. Một chất phản ứng thích hợp cho một phức chọn lọc là
một aluminoxane A (hình 8.3, bên phải). Sau khi quá trình tạo phức xảy ra, DIBAL được
thêm vào như là một chất khử. Trái ngược với NaBH
4
, chất phản ứng này thể hiện một
trung tâm thu hút electron vì nguyên tử nhôm thiếu hụt điện tử. Do đó, ưu tiên tấn công

vào liên kết đôi C=O mà tạo phức bằng aluminoxane A. Điều này bởi vì liên kết đôi C=O
(duy nhất) cung cấp cho alumimun các electron tự do của nguyên tử O như một điểm
nucleophile của sự tấn công. Kết quả là DIBAL phản ứng với liên kết đôi C=O của ketone
bị cản trở nhiều hơn.
Conversely, the more easily accessible C=O group of a diketone can be selectively
complexed with a Lewis acid, which responds sensitively to the differential steric
hindrance due to the substituents at the two C=O groups. A suitable reagent for such a
selective complexation is the aluminoxane A (Figure 8.3, right). After the complexation
has taken place, DIBAL is added as a reducing agent. In contrast to NaBH
4
, this reagent
exhibits a certain electrophilicity because of the electron-deficient aluminum atom.
Therefore, it preferentially attacks the C=O double bond which is not complexed by the
aluminoxane A. This is because that is the (only) C=O double bond which offers the
aluminum the free electron pair of the O atom as a nucleophilic point of attack. The result
is that DIBAL reacts with the more strongly hindered ketonic C=O double bond.
18
O O
Me
tert
-Bu
tert
-Bu
O Al Me
OH O
H
O OH
H
Li BH(
sec

-Bu)
3
via
Chemoselective reduction
i
Bu
2
AlH
A
2
O
Al
O
Me
O
O
sterically hindered,
carbonyl O atom
no longer basic
of the
hindered
ketone
of the
unhindered
ketone
Hình 8.3 Khử chọn lọc hóa học nhóm cacbonyl II. Khử chọn lọc hóa học của ketone ít cản
trở diễn ra ở phía bên trái, và khử chọn lọc hóa học của ketone cản trở mạnh mẽ hơn nữa diễn ra ở
phía bên phải.
Fig. 8.3. Chemoselective carbonyl group reductions II. A chemoselective reduction of he less
hindered ketone takes place on the left side, and a chemoselective reduction of the more strongly

hindered ketone takes place on the right side.
Một ketone α, β không bão hòa và một ketone bão hòa, có khả năng phản ứng
khác nhau đối với các chất chất cung cấp hydride (Hình 8.4). NaBH
4
phản ứng để hình
thành tứ diện trung ưu tiên với liên kết đôi C=O không liên hợp (Hình 8.4 hình, bên trái).
Kiểm soát sự phát triển của sản phẩm chịu trách nhiệm cho việc này: Phản ứng cộng
không liên hợp giữa các liên kết đôi C=O và C=C bị mất. Sẽ có trường hợp việc cộng
NaBH
4
xảy ra tại liên kết đôi C=O của các keton không bão hòa. Ngược lại, nhóm thế
không bão hòa, do hiệu ứng +M của nó, làm tăng tính base của nhóm cacbonyl ketone
19
liên hợp. Do đó, nhóm này có thể được tạo phức ưu tiên với một đương lượng của CeCl
3
.
Tuy nhiên, bằng cách đó, nó có ái lực với electron nhiều hơn và có thể được khử chọn lọc
hóa học sau khi thêm vào NaBH
4
trong sự khử Luche (Hình 8.4, bên phải).
O O
OH O
H
O OH
H
O O
CeCl
3
via
activated

CeCl
3
;
NaBH
4
,
MeOH
NaBH
4
,
MeOH/CH
2
Cl
2
- 78 C
°
Chemoselective reduction
of the
unsaturated ketone
of the
saturated ketone
Hình 8.4 Khử chọn lọc hóa học nhóm cacbonyl III. Sự khử một ketone bão hòa trong sự hiện
diện của một ketone không bão hòa (trái) và khử một ketone không bão hòa trong sự hiện diện của
một ketone bão hòa (bên phải).
Fig. 8.4. Chemoselective carbonyl group reductions III. Reduction of a saturated ketone in
the presence of an unsaturated ketone (left) and reduction of an unsaturated ketone in the presence
of a saturated ketone (right).
An α, β-unsaturated ketone and a saturated ketone have different reactivities with
respect to hydride donors (Figure 8.4). NaBH
4

reacts to form the tetrahedral intermediate
preferentially with the nonconjugated C=O double bond (Figure 8.4, left). Product-
development control is responsible for this: In this addition no conjugation between the
C=O and the C=C double bond is lost. This would be the case if the addition of NaBH
4
occurred at the C=O double bond of the unsaturated ketone. Conversely, the unsaturated
substituent, because of its +M effect, increases the basicity of the conjugated ketonic
carbonyl group. Therefore, this group can be complexed preferentially with one
equivalent of CeCl
3
. Thereby, however, it becomes more electrophilic and can be reduced
20
chemoselectively with subsequently added NaBH
4
in a Luche reduction (Figure 8.4,
right).
21