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Organic Chemistry II

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알케네스의 오조노리시스

Overview

출처: 비 M. 동과 지웨이 첸, 캘리포니아 대학교 어바인, 캘리포니아 화학학과

본 실험은 이소우제놀로부터 의아닐린을 합성하기 위한 오존석증 반응의 예를 보여준다(도 1). 알케네의 오존분해, 오존과 알케네 사이의 산화 반응은 알데히드, 케톤 및 카복실산을 준비하는 일반적인 방법입니다. 이 실험은 또한 오존 발생기와 저온(−78°C) 반응의 사용을 보여줍니다.

Figure 1
그림 1. 이소우게놀의 오존을 보여주는 다이어그램.

Principles

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알케인의 산화분열은 2개의 탄산염-그룹 함유 화합물로 오존석반응(도2)이라고불린다. 제안된메커니즘(도 3)은[3+2] 오존이 있는 알케네 1 사이에 [3+2] 사이클로추가첨가로 시작하여 연체중형 A를생성한다. A는 불안정하며 zwitterion B를통해 보다 안정적인 오존니드 C로 재배열합니다. C는 두 탄산염 제품(2, 3)및 디메틸 황산화물을 가구하는 디메틸 황화물과 같은 환원의 존재에서 분해. 뉴클레오필성 용매가 사용될때(예를 들어,메탄올), 뉴클레오필은 중질고화물 E를형성하기 위해 중간 B를 공격하며, 이는 디메틸 황화물이 첨가될 때 생성물 3에 분해된다(도4). 반응은 전형적으로 -78°C에서 수행되어 측면 반응을 방지하고 반응이 완료된 시기를 결정하는 지표의 존재에 있다. 수단 III는 일반적으로 사용되는 지표입니다. 처음에 반응 혼합물은 빨간색이며 모든 알케인이 소비될 때 보라색 /파란색으로 변합니다. 모든 알케인이 반응하면 N-N 이중 결합이 있는 지표가 오존과 반응하여 색상변화를 줍니다.

Figure 2
그림 2. 환원 작업과 알케인의 일반적인 오존리시스 반응을 보여주는 다이어그램.

Figure 3
그림 3. 알케네 오존리시스의 일반적인 메커니즘을 보여주는 다이어그램.

Figure 4
그림 4. 중간 B에서 하이드로퍼산화물의 형성을 보여주는 다이어그램.

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Procedure

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  1. 200 mg의 이소우제놀, 15mL의 MeOH, ~ 2 mg의 수단 III를 마그네틱 교반 바가 장착된 3넥 50mL 라운드 하단 플라스크에 넣습니다.
  2. 반응 플라스크를 산소 탱크와 버머에 연결합니다.
  3. 산소의 흐름을 켭니다.
  4. 반응 혼합물을 드라이 아이스/아세톤 욕조로 식힙니다.
  5. 오존 생성기를 켜면 탱크에서 오존으로 산소를 변환하여 반응 플라스크로 전환합니다. 발전기는 산소 탱크와 반응 플라스크 사이에 있을 것입니다. 붉은 색이 보라색 /파란색으로 변할 때까지 반응 혼합물을 저어 줍니다.
  6. 오존 발생기를 끄고 산소가 오존의 반응 혼합물을 5분 동안 제거하도록 허용합니다.
  7. 냉각 목욕을 제거하고 디메틸 황화물 0.2 mL를 추가합니다.
  8. 1 시간 동안 실온으로 따뜻하게하면서 반응 혼합물을 저어줍니다.
  9. 회전 증발에 의해 용매를 제거합니다. 실리카 젤을 뷔흐너 깔때기에 넣음으로써 실리카 플러그를 만드세요. 잔류물을 헥산의 10% 에틸 아세테이트로 녹이고 진공 아래 실리카 플러그를 통해 용액을 전달하여 불순물을 제거합니다. 실리카 플러그를 헥산에 10% 에틸 아세테이트로 2회 더 씻으십시오. 분과를 수집하고 회전 증발에 의해 용매를 제거하여 바닐린을 백색 고체로 얻습니다.
  10. 얻은 바닐라닌의 백분율 수율을 계산하고 융점(m.p.) 및 1HNMR을 사용하여 순도와 정체성을 확립합니다.

오조노리시스는 오존에 의한 유기 화합물의 불포화 결합을 산화하는 것입니다.

오조노리시스는 알케인을 갈라서 두 개의 카보닐 제품을 얻는 데 가장 자주 사용됩니다. 오존은 또한 알키네스와 히드라존과 반응한다. Ozonolysis는 유기 화학 연구, 특히 천연 제품 합성 및 의약품의 산업 규모의 합성에 사용됩니다.

이 비디오는 알켄의 오존용증 에 대한 절차를 설명하고 화학에서 오존용증의 몇 가지 응용 프로그램을 소개합니다.

알케네의 오조노리시스는 탄소 탄소 이중 결합을 가로질러 오존을 순환하여 몰로존이라고불리는 불안정한 중간체를 형성하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 연체동물은 탄산산화물과 탄산염으로 해리됩니다. 이 파편은 탄산산화산소로부터 탄산산소를 이동시키기 위해 재배열한다. 그런 다음 파편은 카보닐 산소가 탄소 원자에 묶여있는 보다 안정적인 오존으로사이클로 추가에 의해 재결합됩니다.

오존은 링을 카보닐 제품으로 갈라지도록 작용합니다. 측면에 있는 두 대체체가 탄소 군인 경우, 케톤은 작용 조건에 관계없이 형성된다. 과산화수소와 산화 작용은 수소 대체물을 감안할 때 카복실산을 생성합니다. 아세트산 또는 디메틸 황화물의 아연을 가진 환원 작용은 알데히드를 생성합니다.

알케네 오존리시스는 일반적으로 반응 진행 상황을 추적하는 지표의 존재에서 수행됩니다. 표시기는 반응의 다른 단계에서 다른 시각적 외관을 가진 화합물입니다. 예를 들어, 지표 수단 III의 오존리시스는 밝은 빨간색에서 깊은 파란색 또는 보라색으로 색상 변화를 초래합니다. 알케네스는 수단 III보다 더 빨리 오존수증을 겪기 때문에 색 변화는 알케네 오존리시스 반응이 완료되었음을 나타냅니다.

이제 알케인의 오존석증의 원리를 이해하게 되었으므로 상업용 바닐린 합성을 위한 선구적인 반응 중 하나에서 이소우게놀의 오존석증 절차를 살펴보겠습니다.

시술을 시작하려면 200 mg의 이소우제놀, 메탄올 15mL, 그리고 약 2 mg의 지표 수단 III를 교반 바가 장착된 3넥 라운드 하단 플라스크에 결합합니다.

교반판 위에 연기 후드로 플라스크를 고정합니다. 오존 발전기가 꺼져 있는지 확인하고 플라스크를 발전기와 오일 버블러에 연결합니다.

교반 모터를 켜면 용액을 혼합합니다. 빨간색 표시등이 반응 혼합물 전체에 고르게 분포되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 아세톤에 드라이 아이스의 냉각 목욕을 준비합니다.

오존 발생기를 통해 산소 흐름을 시작합니다. 실험실 잭에 냉각 목욕을 놓고 반응 혼합물을 냉각하기 위해 목욕을 올립니다. 혼합물이 냉각되면 오존 생성기를 시작합니다.

혼합물이 외관에서 보라색으로 파랗게 될 때까지 저어주면서 반응 혼합물을 모니터링합니다. 이어서 오존 발생기를 끄고 5분 동안 다원자 산소로 반응 혼합물을 제거합니다.

정화가 완료되면 산소 흐름을 끄고 플라스크 아래에서 냉각 목욕을 낮춥니다. 환원 작업을 시작하려면 플라스크에 0.2 mL의 디메틸 황화물을 추가하십시오. 혼합물을 실온으로 따뜻하게 하는 동시에 1시간 동안 저어줍니다.

그런 다음 회전 증발기로 과도한 용매를 제거합니다. 일단 이 작업이 완료되면, 헥산에서 10% 에틸 아세테이트의 10mL에 잔류물을 녹입니다.

진공 여과 플라스크를 진공 선에 연결합니다. 플라스크에 뷔흐너 깔때기를 고정하고 실리카 젤로 깔때기를 로드합니다.

진공 여과로 제품 혼합물을 정화합니다. 육산에 10% 에틸 아세테이트의 2부분으로 실리카 젤을 통해 제품을 씻어내십시오.

여과물을 둥근 바닥 플라스크로 옮습니다. 다시 회전 증발기로 용매를 제거하여 흰색 결정 바늘에 노란색으로 바닐린을 얻습니다.

백분율 수율을 계산하고, 융점을 결정하고, 제품의 양성자 NMR 스펙트럼을 얻습니다.

바닐라닌은 백색 결정성 고체로 얻어진다. 문학의 융점 범위는 81 ~83도입니다. 양성자 NMR 스펙트럼은 이전 문학 보고서와 비교될 수 있습니다.

오조노리시스는 화학및 생물학에 널리 사용됩니다. 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

오조노리시스는 의약품의 많은 산업 합성의 단계입니다. 예를 들어, 항생제 세프티부텐과 세파클러는 말단 알케네의 오존용해증에 의해 케톤에 접근하는 일반적인 중간 제품에서 생산된다. 중간 케톤 제품은 enol 형태로 상호 변환할 수 있습니다. 에놀 하이드록시 그룹은 두 항생제에 대한 나머지 단계에서 다른 반응을 겪습니다.

오조노리시스는 알데히드와 케톤의 알파 카본을 선택적으로 알킬 수 있는 기술의 마지막 단계가 될 수 있다. 이러한 반응에서, 피롤리딘 시약은 sterically 부피가 큰 히드라존을 형성하여 탄소 탄소 결합 형성의 고정관성 선택성을 제어한다. 알파 탄소의 알킬레이션 후, 히드라존의 탄소 질소 이중 결합은 환원 작용 에 따라 케톤 또는 알데히드를 재생하기 위해 오존 분해에 의해 절단 될 수 있습니다.

당신은 오존 석면에 JoVE의 소개를 보았다. 이제 오존용증의 기본 원리, 알케인의 오존용해 절차, 유기 화학에 오존용해가 사용되는 방법의 몇 가지 예를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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바닐라닌은 백색 고체 (150 mg, 76 % 수율);로 수득되었다; m.p. 76-79 °C; 1 H NMR (400 MHz, CDCl3)δ 9.82 (br s, 1H), 7.43-7.41 (m, 2H), 7.04 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 6.30 (s, 1H), 3.96 (s, 3H).

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Applications and Summary

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본 실험에서, 우리는 오존석 반응을 사용하여 이소우제놀에서 바닐라닌의 합성을 시연했다. 또한, 저온 반응을 수행하면서 오존 발생기를 사용하는 것이 나타났다.

오조노리시스는 알케네스로부터 알데히드, 케톤 및 카복실산을 준비하는 데 유용한 반응이다. 천연 제품 합성 및 의약품의 산업 규모의 제조에 적용되었습니다. Artemisinin는 강력한 말라리아 에이전트이고 의학에서 2015 년 노벨상에서 인정된 천연 물 중 하나였습니다. (R)(+)-pulegone로부터의 10단계 합성에서, 오존석은 천연제품을 만들기 위해 마지막 단계에서 사용되었다(도5). 세프티부텐과 세파클로르는 산업 규모에서 생산되는 세팔로스포린 항생제입니다. 하나의 상용 경로는 오존용증을 사용하여 두화합물(그림 6)에정교하게 할 수 있는 공통 키 중간체에 액세스합니다.

Figure 5
그림 5. 아테미신 합성의 마지막 단계로 오존석증을 보여주는 다이어그램.

Figure 6
그림 6. 오존용을 보여주는 다이어그램은 세파클러와 세프티부텐의 발산 합성에서 핵심 중간체를 준비한다.

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Transcript

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