11.3
يمكن تحضير الإيثرات من المركبات العضوية بطرق مختلفة. وبعض منها تناقش أدناه،
في هذه الطريقة، في وج…
الطريقتان الأكثر شيوعا لتحضير الإيثرات من الكحول هما الجفاف الكحولي وتخليق الأثير ويليامسون.
يستخدم الجفاف الكحولي للتحضير الصناعي للإيثرات. تتضمن الطريقة تجفيف الكحول المحفز بالحمض عبر آليةS N2.
ضع في اعتبارك جفاف الإيثانول في وجود حمض الكبريتيك لإعطاء ثنائي إيثيل الأثير.
يبدأ التفاعل بنقل البروتون من المحفز الحمضي إلى مجموعة الهيدروكسيل من الإيثانول ، مكونا أيون الأكسونيوم. يحول نقل البروتون الهيدروكسيل ، وهي مجموعة مغادرة فقيرة ، إلى أيون أكسونيوم ، وهي مجموعة مغادرة أفضل.
بعد ذلك ، يهاجم جزيء الإيثانول الثاني ، الذي يعمل كمادة نووية ، أيون الأوكسونيوم في تفاعل SN2 ويزيح جزيء الماء ، مكونا أيون أكسونيوم جديد.
أخيرا ، يكمل نقل البروتون من أيون الأوكسونيوم الجديد إلى الماء التفاعل ، مما يعطي الإيثوكسي إيثان كمنتج نهائي.
تقتصر طريقة الجفاف الكحولي على تحضير الإيثرات المتماثلة المشتقة من الكحول الأولي. لا يمكن استخدام الكحول الثانوي والثالثي لأنها تجف إلى الألكينات.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطريقة غير مناسبة لإعداد الإيثرات غير المتماثلة لأنها تنتج مزيجا من الإيثرات.
طريقة أكثر عمومية لإعداد الإيثرات هي تخليق ويليامسون الأثير. إنها عملية من خطوتين وتوفر طريقا مهما لإعداد الإيثرات غير المتماثلة.
مثال محدد هو تخليق إيثوكسي بروبان من البروبانول.
يبدأ التفاعل بإزالة البروتون من الكحول ، حيث يتفاعل البروبانول مع هيدريد الصوديوم ، وهو قاعدة قوية ، لتكوين أيون الألكوكسيد.
الخطوة الثانية هي تفاعل SN2 حيث يعمل أيون الألكوكسيد كمادة نووية ويزيح أيون اليوديد ، مكونا الأثير.
يفضل تخليق الأثير ويليامسون هاليدات الميثيل أو الألكيل الأولي كركائز لأنها أقل إعاقة ولها تفاعل SN2 عال.
في المقابل ، فإن هاليدات الألكيل الثانوية أو الثالثة أقل تفضيلا ، لأنها أكثر إعاقة وتخضع للتخلص بدلا من ذلك.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How does acid-catalyzed alcohol dehydration produce ethers?
Acid-catalyzed alcohol dehydration begins with proton transfer from the acid catalyst to the hydroxyl group, forming an oxonium ion—a better leaving group than hydroxyl. A second alcohol molecule then attacks this oxonium ion via an SN2 mechanism, displacing water and forming a new oxonium ion. Final proton transfer to water yields the ether product.
Q2: Why is alcohol dehydration limited to primary alcohols and symmetrical ethers?
Secondary and tertiary alcohols preferentially dehydrate to alkenes rather than ethers because elimination competes favorably with substitution. Additionally, using different primary alcohols yields a mixture of ethers, making the method unsuitable for asymmetrical ether preparation. These limitations make alcohol dehydration practical only for symmetrical ethers from primary alcohols.
Q3: What is the Williamson ether synthesis and why is it more versatile?
Williamson ether synthesis is a two-step process that deprotonates an alcohol with a strong base like sodium hydride to form an alkoxide ion, which then undergoes an SN2 reaction with an alkyl halide to form the ether. This method is more versatile because it produces asymmetrical ethers and avoids the mixture problems and elimination side reactions associated with alcohol dehydration.
Q4: Why do methyl and primary alkyl halides work best in Williamson ether synthesis?
Methyl and primary alkyl halides are preferred substrates because they are less sterically hindered and exhibit high SN2 reactivity. Secondary and tertiary alkyl halides are more hindered and undergo elimination instead of substitution, reducing ether yield. The nucleophilic alkoxide ion attacks the carbon bearing the halide most effectively when steric hindrance is minimal.
Q5: What role does the alkoxide ion play in Williamson ether synthesis?
The alkoxide ion, formed by deprotonating an alcohol with a strong base, acts as the nucleophile in the SN2 reaction. It attacks the carbon of the alkyl halide, displacing the halide as a leaving group and forming the ether product. The alkoxide's strong nucleophilicity and basicity make it ideal for this substitution reaction.
Q6: How do temperature conditions affect alcohol dehydration outcomes?
Temperature significantly influences whether alcohol dehydration produces ethers or alkenes. At lower temperatures like 413 K with sulfuric acid, ethanol dehydration yields ethoxyethane. At higher temperatures around 443 K, the same reaction produces ethene instead. This temperature dependence reflects the competing pathways of substitution and elimination.
Q7: What is the mechanism difference between alcohol dehydration and Williamson synthesis?
Alcohol dehydration uses an acid catalyst to activate the hydroxyl group and proceeds via an SN2 mechanism where one alcohol acts as substrate and another as nucleophile. Williamson synthesis uses a strong base to deprotonate the alcohol first, then the resulting alkoxide nucleophile attacks an alkyl halide via SN2. Both follow SN2 mechanisms but differ in activation strategy and substrate requirements.