11.14
Tiyollerin Hazırlanması ve Reaksiyonları
Tiyoller, alkil halojenürlerle nükleofilik yer değiştirme reaksiyonunda bir nükleofil olarak hidrosülfit anyonu kullanılarak hazırlanır. Örneğin bromo…
Tiyoller, –SH fonksiyonel grubuna sahip kükürt içeren organik bileşiklerin bir sınıfıdır.
Genellikle bir hidrosülfür anyonu gibi bir kükürt nükleofili ile birSN2reaksiyonu yoluyla alkil halojenürlerden hazırlanırlar.
Örneğin, 1-bromobütan, 1-bütanetiyol vermek üzere sodyum hidrosülfür ile reaksiyona girer.
Burada, hidrosülfür anyonu, halojenür grubunu taşıyan karbon üzerine güçlü bir nükleofilik saldırı uygular, böylece halojenür iyonunuSN2şeklinde yer değiştirir ve tiyolu oluşturur.
Bununla birlikte, bu sentez yöntemi iyi çalışmaz çünkü ürün tiyol, alkil halojenür ile ikinci bir SN2 reaksiyonuna girebilir ve bir yan ürün olarak sülfür üretebilir.
Bu sınırlama, nükleofil olarak bir tiyoüre kullanılarak aşılabilir. Tiyoüre, bir alkil izotioüre tuzu ara maddesi oluşturmak için alkil halojenür üzerindeki halojenür iyonunun yerini alır.
Tuz daha sonra sulu bir baz ile hidrolize uğrar ve bir ürün olarak tiyol verir.
Tiyoller, kükürt atomunun çoklu oksidasyon durumlarından dolayı disülfitler, sülfinik ve sülfonik asitler oluşturmak için kolayca oksidasyona uğrar.
Tiyollerin sülfinik asit yoluyla sülfonik aside oksidasyonu, hidrojen peroksit veya potasyum permanganat gibi güçlü oksitleyici maddeler gerektirir.
Tiyollerin disülfidlere oksidasyonu, bazdaki moleküler brom veya iyot gibi hafif oksitleyici maddelerle meydana gelebilir.
Örneğin, sulu sodyum hidroksit içindeki brom, iki eşdeğer ethanethiol'ü dietil disülfide oksitler.
Reaksiyon, tiyolün hidroksit iyonu tarafından protondan arındırılmasıyla devam eder ve bir tiolat iyonu oluşturur.
Daha sonra, tiolat iyonu güçlü bir nükleofil gibi davranır ve bir SN2 reaksiyonunda moleküler broma saldırırve bir bromür iyonunun yerini alır.
Son olarak, ikinci bir tiyolat iyonu, bir disülfür ürünü vermek için SN2 reaksiyonunun ikinci turunda elektrofilik kükürt üzerinenükleofilik bir saldırı uygular.
Tiyollerin disülfidlere oksidasyonu geri dönüşümlüdür ve elde edilen disülfür, hidroklorik asit ve çinko gibi indirgeyici maddeler kullanılarak kolayca tiyollere geri indirgenebilir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How are thiols prepared from alkyl halides?
Thiols are prepared through nucleophilic substitution reactions with alkyl halides. The hydrosulfide anion acts as a strong nucleophile, attacking the carbon bearing the halide group and displacing it in an SN2 mechanism. For example, 1-bromobutane reacts with sodium hydrosulfide to produce 1-butanethiol. This method is straightforward but has limitations due to unwanted side reactions.
Q2: Why does the direct hydrosulfide method produce sulfide byproducts?
The thiol product can undergo a second SN2 reaction with excess alkyl halide, generating sulfide as a byproduct. This occurs because the thiol remains reactive in the presence of the halide reagent. Using thiourea as the nucleophile overcomes this limitation by forming an alkyl isothiourea salt intermediate that hydrolyzes cleanly to thiol without further reaction.
Q3: What is the thiourea synthesis method for preparing thiols?
Thiourea displaces the halide ion on the alkyl halide to form an alkyl isothiourea salt intermediate. This salt then undergoes hydrolysis with aqueous base to yield thiol as the final product. This two-step process avoids the sulfide byproduct problem because the intermediate is stable and does not react further with excess alkyl halide.
Q4: How do thiols oxidize to disulfides?
Thiols oxidize to disulfides through a reversible redox reaction. Mild oxidizing agents like molecular bromine or iodine in base facilitate this conversion. The thiol is first deprotonated to form a thiolate ion, which then attacks bromine in an SN2 reaction. A second thiolate ion attacks the electrophilic sulfur to form the disulfide product.
Q5: What oxidizing agents convert thiols to sulfonic acids?
Strong oxidizing agents such as hydrogen peroxide or potassium permanganate oxidize thiols to sulfonic acids via an intermediate sulfinic acid. This multi-step oxidation requires powerful oxidants because it involves multiple changes in the sulfur oxidation state. The sulfur atom's ability to access multiple oxidation states makes these transformations possible.
Q6: Why must thiols be stored in an inert atmosphere?
Thiols are highly susceptible to air oxidation, readily forming disulfides when exposed to atmospheric oxygen. The weak S–S bond in disulfides, approximately half the strength of other covalent bonds, makes this oxidation thermodynamically favorable. Storing thiols under inert gas prevents unwanted oxidation and maintains product purity.
Q7: Can disulfides be converted back to thiols?
Yes, disulfides can be easily reduced back to thiols using reducing agents such as hydrochloric acid in the presence of zinc. This reduction reverses the oxidation process, demonstrating the reversible nature of thiol-disulfide interconversion. This redox equilibrium is important in biochemistry and synthetic applications.