What is ozonolysis and how does it work on alkenes?

Ozonolysis is the oxidation of unsaturated bonds by ozone, most commonly used to cleave alkenes into two carbonyl products. The reaction begins with cycloaddition of ozone across the carbon-carbon double bond, forming an unstable molozonide intermediate. This intermediate dissociates and rearranges to form a more stable ozonide, which is then worked up to produce the final carbonyl products.

What carbonyl products form from ozonolysis depending on workup conditions?

The carbonyl product depends on substituents and workup method. If both substituents are carbon groups, a ketone forms regardless of workup. With a hydrogen substituent, oxidative workup with hydrogen peroxide produces a carboxylic acid, while reductive workup with zinc in acetic acid or dimethyl sulfide produces an aldehyde.

Why is Sudan III indicator used in ozonolysis reactions?

Sudan III serves as a visual indicator to track reaction progress. The indicator changes color from bright red to deep blue or purple when ozone is present. Since alkenes undergo ozonolysis faster than Sudan III, the color change signals that the alkene ozonolysis reaction has completed, allowing chemists to know when to stop the reaction.

How is the ozonolysis product characterized after synthesis?

After ozonolysis and workup, the product is purified and characterized through multiple techniques. The melting point is determined and compared to literature values. A proton NMR spectrum is obtained and compared to previous literature reports to confirm product identity and purity.

What are the main industrial applications of ozonolysis?

Ozonolysis is widely used in industrial pharmaceutical synthesis. For example, antibiotics ceftibuten and cefaclor are produced from intermediates accessed by ozonolysis of terminal alkenes to ketones. The intermediate ketone can interconvert with an enol form, enabling different downstream reactions to produce distinct antibiotics from a common precursor.

How does ozonolysis enable stereoselective alkylation of carbonyl compounds?

Ozonolysis can be the final step in stereoselective alkylation of aldehydes and ketones. A pyrrolidine reagent forms a sterically bulky hydrazone that controls stereoselectivity during carbon-carbon bond formation at the alpha carbon. After alkylation, ozonolysis with reductive workup cleaves the carbon-nitrogen double bond to regenerate the ketone or aldehyde product.

What is the role of ozone in ozonolysis reactions beyond alkenes?

While ozonolysis is most frequently used to cleave alkenes, ozone also reacts with alkynes and hydrazones. This broader reactivity makes ozonolysis a versatile oxidation tool in organic chemistry research, particularly in natural product synthesis and industrial-scale pharmaceutical production where multiple unsaturated functional groups may be present.

تحلل الأزونويل للألكينات

0 مشاهدة06:52 دقيقة

أضف 200 مجم من الأيزيوجينول ، و 15 مل من MeOH ، و ~ 2 مجم من السودان III إلى قارورة قاع مستديرة ذات 3 رقبة 50 مل مزودة بقضيب تحريك مغناطيسي.
قم بتوصيل قارورة التفاعل بخزان الأكسجين والفقاعات.
قم بتشغيل تدفق الأكسجين.
قم بتبريد خليط التفاعل بحمام ثلج جاف / أسيتون.
قم بتشغيل مولد الأوزون ، الذي يحول الأكسجين من الخزان إلى الأوزون الذي يدخل في قارورة التفاعل. سيكون المولد بين خزان الأكسجين وقارورة التفاعل. اترك خليط التفاعل يقلب حتى يتغير اللون الأحمر إلى اللون الأرجواني / الأزرق.
قم بإيقاف تشغيل مولد الأوزون ، واترك الأكسجين يطهر خليط التفاعل من الأوزون لمدة 5 دقائق.
قم بإزالة حمام التبريد وأضف 0.2 مل من كبريتيد ثنائي ميثيل.
قلب خليط التفاعل مع التسخين إلى درجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة.
قم بإزالة المذيب عن طريق التبخر الدوار. اصنع سدادة السيليكا عن طريق وضع هلام السيليكا في قمع Büchner. قم بإذابة البقايا في 10٪ أسيتات الإيثيل في الهكسان وتمرير المحلول عبر سدادة السيليكا تحت الفراغ لإزالة الشوائب. اغسل سدادة السيليكا مرتين أخريين باستخدام 10٪ أسيتات إيثيل في الهكسانات. اجمع المرشح وقم بإزالة المذيب عن طريق التبخر الدوار للحصول على الفانيلين كمادة صلبة بيضاء.
احسب النسبة المئوية لإنتاجية الفانيلين التي تم الحصول عليها وحدد نقاوتها وهويته عن طريق نقطة الانصهار (m.p.) و ¹H NMR.

تحلل الأوزونويل هو أكسدة الروابط غير المشبعة في المركبات العضوية بواسطة الأوزون.

يستخدم تحلل الأوزونويل بشكل متكرر لشق الألكينات للحصول على منتجين من الكربونيل. يتفاعل الأوزون أيضا مع الألكينات والهيدرازونات. يستخدم تحلل الأوزونول في أبحاث الكيمياء العضوية ، وخاصة تخليق المنتجات الطبيعية ، وفي التخليق الصناعي للأدوية.

سيوضح هذا الفيديو إجراء تحلل الأوزون للألكينات ويقدم بعض تطبيقات تحلل الأوزون في الكيمياء.

يبدأ

تحلل الأوزون للألكين بإضافة دورية للأوزون عبر الرابطة المزدوجة بين الكربون والكربون لتشكيل وسيط غير مستقر يسمى مولوزونيد. ثم ينفصل المولوزونيد إلى أكسيد الكربونيل والكربونيل. يتم إعادة ترتيب هذه الأجزاء لتحريك أكسجين الكربونيل بعيدا عن أكسجين أكسيد الكربونيل. ثم يتم إعادة تجميع الشظايا عن طريق الإضافة الحلقية إلى أوزونيد أكثر استقرارا ، حيث يرتبط أكسجين الكربونيل بذرات الكربون.

يتم عمل الأوزونيد لشق الحلقة في منتجات الكربونيل. إذا كان كلا البديلين على الجانب عبارة عن مجموعات كربونية ، يتم تشكيل الكيتون بغض النظر عن ظروف العمل. بالنظر إلى بديل الهيدروجين ، فإن العمل التأكسدي مع بيروكسيد الهيدروجين سينتج حمض الكربوكسيل. سينتج عن العمل المختزل مع الزنك في حمض الأسيتيك أو كبريتيد ثنائي ميثيل الألدهيد.

عادة ما يتم إجراء تحلل الأوزون في الألكين في وجود مؤشر لتتبع تقدم التفاعل. المؤشر هو مركب ذو مظهر بصري مختلف في مراحل مختلفة من التفاعل. على سبيل المثال ، ينتج عن تحلل الأوزون لمؤشر السودان III تغير اللون من الأحمر الفاتح إلى الأزرق الغامق أو الأرجواني. تخضع الألكينات لتحلل الأوزون بشكل أسرع من السودان III ، لذا فإن تغير اللون يشير إلى اكتمال تفاعل تحلل الأوزون في الألكين.

الآن بعد أن فهمت مبادئ تحلل الأوزون للألكينات ، دعنا ننتقل إلى إجراء تحلل الأوزون للأيزويوجينول في أحد التفاعلات الرائدة لتخليق الفانيلين التجاري.

لبدء الإجراء ، امزج 200 مجم من الأيزويوجينول ، و 15 مل من الميثانول ، وحوالي 2 مجم من مؤشر السودان III في قارورة دائرية القاع ذات 3 أعنق مزودة بقضيب تحريك.

قم

بتثبيت القارورة في غطاء دخان فوق لوح تحريك. تأكد من إيقاف تشغيل مولد الأوزون ، ثم قم بتوصيل القارورة بالمولد وفقاعات الزيت.

قم بتشغيل محرك التحريك لخلط المحلول. تأكد من توزيع المؤشر الأحمر بالتساوي في جميع أنحاء خليط التفاعل. ثم قم بإعداد حمام تبريد من الثلج الجاف في الأسيتون.

ابدأ تدفق الأكسجين عبر مولد الأوزون. ضع حمام التبريد على مقبس المختبر وارفع الحمام لتبريد خليط التفاعل. بمجرد أن يبرد الخليط ، ابدأ تشغيل مولد الأوزون.

راقب خليط التفاعل أثناء التقليب حتى يصبح الخليط أزرق إلى أرجواني في المظهر. ثم قم بإيقاف تشغيل مولد الأوزون وقم بتطهير خليط التفاعل بالأكسجين ثنائي الذرة لمدة 5 دقائق.

بمجرد اكتمال التطهير ، قم بإيقاف تشغيل تدفق الأكسجين وخفض حمام التبريد من أسفل القارورة. لبدء العمل المختزل ، أضف 0.2 مل من كبريتيد ثنائي ميثيل إلى القارورة. اتركي الخليط يسخن إلى درجة حرارة الغرفة مع التحريك لمدة 1 ساعة.

ثم قم بإزالة المذيبات الزائدة باستخدام مبخر دوار. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بإذابة البقايا في 10 مل من أسيتات الإيثيل بنسبة 10٪ في الهكسانات.

قم بتوصيل قارورة الترشيح الفراغي بخط تفريغ. قم بتأمين قمع Büchner في القارورة وقم بتحميل القمع بهلام السيليكا.

تنقية خليط المنتج عن طريق الترشيح بالفراغ. اغسل المنتج من خلال هلام السيليكا بجزأين من أسيتات الإيثيل بنسبة 10٪ في الهكسانات.

انقل المرشح إلى قارورة مستديرة القاع. قم بإزالة المذيب مرة أخرى باستخدام مبخر دوار للحصول على الفانيلين مثل الإبر البلورية الصفراء إلى البيضاء.

احسب النسبة المئوية للعائد ، وحدد نقطة الانصهار ، واحصل على طيف البروتون بالرنين المغناطيسي النووي للمنتج.

يتم الحصول على الفانيلين كمادة صلبة بلورية بيضاء. نطاق درجة الانصهار في الأدب هو 81 إلى 83 درجة. يمكن مقارنة أطياف البروتون بالرنين المغناطيسي النووي بتقارير الأدبيات السابقة.

يستخدم

تحلل الأوزونول على نطاق واسع في الكيمياء وعلم الأحياء. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.

تحلل الأوزونيل هو خطوة من العديد من التوليفات الصناعية للأدوية. على سبيل المثال ، يتم إنتاج المضادات الحيوية سيفتيبوتين وسيفاكلور من منتج وسيط شائع يتم الوصول إليه عن طريق تحلل الأوزون للألكين الطرفي إلى الكيتون. يمكن لمنتج الكيتون الوسيط أن يتحول مع شكل إينول. ثم تخضع مجموعة هيدروكسي الإينول لتفاعلات مختلفة في الخطوات المتبقية للمضادات الحيوية.

يمكن أن يكون تحلل الأوزونيل هو الخطوة الأخيرة في تقنية للألكلة التجسيمية لانتقائية لكربون ألفا من الألدهيدات والكيتونات في هذا التفاعل ، يتحكم كاشف البيروليدين في الانتقائية التجسيمية لتكوين رابطة الكربون والكربون عن طريق تكوين هيدرازون ضخم بشكل ستيري. بعد ألكلة كربون ألفا ، يمكن شق الرابطة المزدوجة بين الكربون والنيتروجين للهيدرازون عن طريق تحلل الأوزون لتجديد الكيتون أو الألدهيد بعد العمل المختزل.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتحلل الأوزون. يجب أن تفهم الآن المبادئ الأساسية لتحلل الأوزون ، وإجراء تحلل الأوزون للألكينات ، وبعض الأمثلة على كيفية استخدام تحلل الأوزون في الكيمياء العضوية. شكرا للمشاهدة!