11.15
티올이 알코올의 황 유사물인 것처럼 황화물은 에테르의 황 유사물입니다. 에테르와 마찬가지로 황화물도 중앙 황 원자에 결합된 두 개의 탄화수소 그룹으로 구성됩니다. 존재하는 그룹의 유형에 따라 황화물은 대칭이거나 비대칭일 수 있습니다. 대칭형 황화물은 2당량의 할로겐화…
황화물 또는 티오에테르에서 중앙 유황 원자는 양쪽에 있는 두 개의 탄화수소 그룹에 결합되어 있음을 기억하십시오. 대칭 황화물은 동일한 그룹으로 구성되는 반면 비대칭 황화물은 다른 그룹을 갖습니다.
일반적으로 2 몰의 알킬 할라이드가 1 몰의 황화나트륨과 SN2 방식으로 반응하면 대칭 황화물이 생성됩니다.
동일한 반응 조건을 1,4-디클로로부탄 및 1,5-디클로로펜탄에 적용하여 각각 5원 및 6원 고리형 황화물을 합성할 수 있습니다.
반면에, 티올이 염기의 존재 하에서 알킬 할라이드와 반응하면 비대칭 황화물이 생성됩니다.
예를 들어, 벤젠티올과 요오드화 메틸 및 수산화 나트륨의 반응은 메틸 페닐 설파이드를 생성합니다.
기계적으로, 반응은 염기가 티올을 탈양성자화하여 티올레이트 이온을 생성하면서 시작됩니다.
그 후, 티올레이트 이온은 친핵체로 작용하여 할로겐화 알킬의 알파 탄소를 공격하여 할로겐화물 이온을 대체하고 SN2 반응에서 황화물을 형성합니다.
반응은 티올레이트 이온의 알킬화를 포함하기 때문에 Williamson 에테르 합성의 황 유사체라고 하며 메틸 및 1차 알킬 할로겐화물과 잘 작동합니다.
산소에서 산화되지 않는 에테르와 달리 황화물은 황에서 쉽게 산화되어 설폭사이드를 생성할 수 있으며, 이는 설폰으로 더 산화됩니다.
일반적으로 실온에서 과산화수소의 1 당량은 메틸 페닐 설파이드를 메틸 페닐 설폭 사이드로 산화시키며, 이는 과옥시산으로 추가 처리하면 메틸 페닐 설폰으로 산화됩니다.
그러나, 메틸 페닐 설파이드는 과산화수소의 2 등가물의 존재 하에서 메틸 페닐 설폰으로 직접 전환 될 수 있습니다.
설폭사이드 및 설폰의 일반적인 예로는 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide)와 테트라메틸렌 설폰(tetramethylene sulfone)이 있으며, 이는 우수한 비양성자 용매입니다.
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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.