11.15
チオールがアルコールの硫黄類似体であるのと同様に、硫化物はエーテルの硫黄類似体です。 エーテルと同様に、硫化物も中心の硫黄原子に結合した 2 つの炭化水素基から構成されます。 存在する基の種類に応じて、硫化物は対称または非対称になります。 対称硫化物は、2 当量のハロゲン化アルキルと 1 当量の硫化…
硫化物またはチオエーテルでは、中央の硫黄原子が両側の2つの炭化水素基に結合していることを思い出してください。対称的な硫化物は同一の基で構成されていますが、非対称的な硫化物は異なるグループを持っています。
通常、2モルのハロゲン化アルキルが1モルの硫化ナトリウムとSN2の方法で反応すると、対称的な硫化物が生成されます。
1,4-ジクロロブタンと1,5-ジクロロペンタンに同じ反応条件を適用して、それぞれ5員環状硫化物と6員環状硫化物を合成できます。
一方、塩基の存在下でチオールがハロゲン化アルキルと反応すると、非対称の硫化物が生成されます。
例えば、ベンゼンチオールとヨウ化メチルおよび水酸化ナトリウムとの反応は、メチルフェニル硫化物を生成します。
機構的には、塩基がチオールを脱プロトン化してチオレートイオンを生成すると、反応が始まります。
その後、チオレートイオンは求核剤として作用し、ハロゲン化アルキルのアルファ炭素を攻撃し、ハロゲン化物イオンを置換してSN2反応で硫化物を形成します。
この反応にはチオレートイオンのアルキル化が含まれるため、ウィリアムソンエーテル合成の硫黄類似体と呼ばれ、メチルおよび第一級ハロゲン化アルキルと良好に機能します。
酸素で酸化しないエーテルとは異なり、硫化物は硫黄で容易に酸化してスルホキシドを生成し、スルホキシドはさらにスルホンに酸化します。
通常、室温での過酸化水素の1等量は、メチルフェニルスルフィドをメチルフェニルスルホキシドに酸化し、さらにペルオキシ酸で処理すると、メチルフェニルスルホンに酸化します。
しかし、メチルフェニルスルフィドは、2等量の過酸化水素の存在下でメチルフェニルスルホンに直接変換することができます。
スルホキシドとスルホンの一般的な例としては、ジメチルスルホキシドとテトラメチレンスルホンがあり、これらは優れた非プロトン性溶媒です。
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Q1: What is the difference between symmetrical and asymmetrical sulfides?
Symmetrical sulfides contain identical hydrocarbon groups bonded to the central sulfur atom, while asymmetrical sulfides have different groups attached to sulfur. Symmetrical sulfides form when 2 moles of alkyl halide react with 1 mole of sodium sulfide via SN2 mechanism. Asymmetrical sulfides are produced when a thiol reacts with an alkyl halide in the presence of a base, such as when benzenethiol reacts with methyl iodide and sodium hydroxide to yield methyl phenyl sulfide.
Q2: How does the thiolate ion mechanism work in sulfide synthesis?
The base first deprotonates the thiol to produce a thiolate ion, which acts as a nucleophile. The thiolate ion then attacks the alpha carbon of the alkyl halide, displacing the halide ion and forming the sulfide through an SN2 reaction. This reaction is called the sulfur analog of Williamson ether synthesis and works best with methyl and primary alkyl halides, preferring these substrates over tertiary halides.
Q3: What are the products when sulfides undergo oxidation?
Sulfides readily oxidize at the sulfur atom to produce sulfoxides, which can further oxidize to sulfones. One equivalent of hydrogen peroxide at room temperature converts a sulfide to a sulfoxide. Further treatment with a peroxy acid oxidizes the sulfoxide to a sulfone. Alternatively, two equivalents of hydrogen peroxide directly converts the sulfide to a sulfone in a single step.
Q4: How can cyclic sulfides be synthesized from dihalogenated compounds?
Cyclic sulfides form when dihalogenated compounds react with sodium sulfide under SN2 conditions. For example, 1,4-dichlorobutane produces a five-membered cyclic sulfide, while 1,5-dichloropentane yields a six-membered cyclic sulfide. The two halide groups are displaced sequentially by the sulfide nucleophile, forming the ring structure with sulfur as a ring atom.
Q5: What makes sulfoxides and sulfones useful as solvents?
Sulfoxides and sulfones are excellent dipolar aprotic solvents due to their chemical structure and polarity. Common examples include dimethyl sulfoxide (DMSO) and tetramethylene sulfone. These compounds can dissolve both polar and nonpolar substances effectively, making them valuable in organic synthesis, reactions, and laboratory applications where aprotic solvent properties are required.
Q6: Why do sulfides oxidize more readily than ethers?
Unlike ethers, which are non-oxidizable at the oxygen atom, sulfides can readily oxidize at the sulfur atom. This difference arises from sulfur's larger atomic size, lower electronegativity, and greater ability to expand its valence shell compared to oxygen. These properties make sulfur more susceptible to nucleophilic attack by oxidizing agents like hydrogen peroxide and peroxy acids.
Q7: What reaction conditions favor the formation of asymmetrical versus symmetrical sulfides?
Symmetrical sulfides form when 2 moles of alkyl halide react with 1 mole of sodium sulfide in an SN2 reaction without added base. Asymmetrical sulfides require a thiol starting material, an alkyl halide, and an external base like sodium hydroxide. The choice of starting material and reagents determines the sulfide structure, allowing chemists to selectively prepare either symmetrical or asymmetrical products.